Ｗｅｂ教材一覧＞ ハードウェアとソフトウェア

色の基本知識

キーワード

画素。ピクセル、加法混色、光の３原色、ＲＧＢ、階調、色深度、カラーコード、透明度、α値、色の３属性、色相、彩度、明度、色相環、補色、グレイスケール、減法混色、色の３原色、ＣＭＹ、ＣＭＹＫ、インク

前提知識

色と波長

光（可視光線）は、Ｘ線や電波などとともに電磁波で、波長３８０～７８０ナノミリの範囲です。
　光は重ね合わせると明るくなります。それを加法混色といいます。太陽の光は可視光線のほとんどの波長を含んでいるので白く見えるのです。また、虹が紫から赤へ連続的に見えるのは、紫は波長が短く、赤は波長が長いからです。

（拡大図）

ディスプレイの仕組み

ディスプレイなどのデジタル表示機器では、画面の縦横に表示点が並んでいます。その一つの点を画素（ピクセル）といいます。

また、取り扱うデータは連続的な可視光線を赤とか青などいくつかの離散的な波長の光にデジタル化したデータです。それぞれのデータの光情報により、光の強さに応じた電圧を発生し、電圧に応じた強さの光にする発行体と、光の波長の色フィルタを通すことにより再現するのです。

赤・緑。青の３色の場合、各画素にはそれぞれの色に対応した３つの発光点があり、明るく点灯したり消灯したりします。その発光点の距離が小さいので、一つの画素が元の色で光っているように見えます。また、画素間の距離も短いので、点ではなく面が光っているように見えるのです。

光色のデジタル表現

ＲＧＢ

「いくつかの離散的な波長の光」に分解するといっても、それが多数では機器の設備が巨大になってしまいます。１９世紀前半に光色に関する研究が進み、赤（red）・緑（green）・青（blue）を３原色として、それらの光を加法混色しすることにより、ほとんどの色を表現できることが示されました。これをＲＧＢ形式といいます。
（どうして３原色で再現でき、２原色ではできないのか、などに関しては私にはわかりません。）

ＹＵＶ

輝度信号（Y）、輝度信号と青色成分の差（U）、輝度信号と赤色成分の差（V）の３つの組み合わせでほとんどの色を表現する方式です。
　人間の目が色の変化よりも明るさの変化に敏感な性質を利用したものです。輝度情報により多くの情報量を割り当てることで、少ない画質の劣化で高いデータ圧縮率を得ることができます。
　JPEGやMPEGなどの画像・映像データ圧縮やテレビ放送の映像信号の圧縮などに用いられています。

なお、生活の場では、色の３原色として、ＲＹＢ（赤、黄、青）が使われることがありますが、これは歴史的慣行であり、色彩理論では使われません。

階調と色深度

１ピクセルの色を表現するのに必要なビット数を階調（shade）といい、bpp（bits per pixel）を単位にします。ＲＧＢでの一つの色での必要ビット数を色深度（color depth）といいます。
　色深度が１ビットのときは、点灯・消灯の２つだけです。色数も１なら階調は２bpp、白・黒だけになります。
　色深度が８ビットのときは、１色の明暗は２８＝２５６段階が表現できます。ＲＧＢ形式なら、階調は３×８＝２４bppになり、２２４≒１６万色が表現できます。

　　　色深度 色数　階調　表示色数　 名称
　　　　１　　１　　１　　　　２　　白黒
　　　　１　　３　　３　　　　８
　　　　４　　１　　４　　　１６　　モノクロ
　　　　８　　１　　８　　２５６　　＊
　　　　４　　３　１２　４０９６
　　　　８　　３　２４　１５万　　　フルカラー

２５６色のとき、色深度に関係なく、元の画像から頻度の多い２５６色をパレットとして当てはめたインデックスカラーにすることもあります。

カラーコードの形式

ＲＤＢ形式のフルカラーの色を表示する代表的な形式を掲げます。

　　　　　　　　　色名　　１０進数　　　 １６進数
　　　Ａ　■■■　red　　(255,　0,　0)　　#FF0000
　　　Ｂ　■■■　green　(　0,255,　0)　　#00FF00
　　　Ｃ　■■■　blue　 (　0,　0,255)　　#0000FF
　　　Ｄ　■■■　white　(255,255,255)　　#FFFFFF
　　　Ｅ　■■■　black　(　0,　0,　0)　　#000000
　　　Ｆ　■■■　yellow (255,255,　0)　　#FFFF00
　　　Ｇ　■■■　olive　(128,128,　0)　　#808000
　　　Ｈ　■■■　?????　( 51,102,153)　　#336699

透明度（α値）

二つの画像を重ね書きすると、重なる部分は前の部分は隠れてしまいます。前の部分を透けて見えるようにするには、後の画像のカラーコードに透明度を与えます。
　α値はＲＧＢと同様に０～２５５で指定しますが、アプリによっては０～１の小数点数で指定することもあります。
　α＝２５５とすると透明度なして前の部分は見えません。
　α＝０とすると１００％透明なのですから、後の画面は全然見えません。
　α＝１００とすると、重ねた部分は透けて両方が見えます。重ならない部分の後の画像は薄くなります。
通常は(255,　0,　0, 100)のように１０進数表示を用います。ＲＧＢＡ形式といいます。

α指定があると、１ピクセルの色数を４として、最後の色のところにα値を格納します。

色の３属性

属性とは、混色した色の見た目の印象の尺度のようなことです。色相・彩度・明度があります。
　写真の色合いや明るさを変更するときに用います。多くの画像編集ソフトでは、対象個所の設定をした後、これらの３つをスライド画面にして、元の画像を編集する機能を持っています。

色相（Hue）
「赤」「緑」「青」のような色の相違、色合いのことです。赤を強くするとか緑を暗くするなどです、
彩度（Saturation)
色の鮮やかさの度合いです。彩度が低いと落ち着いた色になります。
明度（Brightness）
色の明るさ度合いです。明度が高いと明るくやわらかな印象になります。 画像全体で明度の差が大きいことをコントラストが大きいといいます。画面全体がはっきりとします。
トーン
明度と彩度を合わせた概念です。色の調子ともいいます。
ビビッド（鮮やかな）、ブライト（明るい）、ストロング（強い）などの用語があり、それを指定すれば自動的に編集を行うソフトもあります。

色相環と補色

波長から見た可視光線は直線ですが、その両端を結ぶと右図のような輪になります。これを色相環(Hue circle)といいます。この環の各色は波長の等間隔ではなく、物理的あるいは心理的な観点などや用途により若干の違いがあります。ここでは標準的な「１２色相環」を示します。
　色相環での色の配置を理解することにより、イラストや文字の色を目的に適した選択ができます。

グレイスケール

カラー写真を白黒写真にするには、各ピクセルでＲ・Ｇ・Ｂの値を平均すればよいと思えます。ところが、
　　　　Ｙ＝0.2126Ｒ＋0,7152Ｇ＋0.0722Ｂ
のように重み付けするのがよいとされています。
　人間の視覚が最も敏感に反応するのは緑で、最も反応が鈍いのは青だからだそうです。

　

色彩感覚

色彩とは色のことですが、特に「いろどり＝人間が受ける色の感覚」を重視した用語です。画面を目立たせたり見やすくするためには、色の組み合わせを工夫することが効果的です。
　人により見え方に違いがあります。それを色覚特性といいます。特に遺伝や目の病気、加齢などによ色の識別能力には個人差があります。 多様な色覚特性に考慮することをユニバーサルデザインといいます。

減法混色

インクや染料などを混ぜると黒っぽくなってしまいます。そのような現象を減法混色といいます。プリンタ出力ではインクを減法混色の理論に合わせて混ぜているのです。

ＣＭＹ

光の３原色に対する色の３原色はＣＭＹです。シアン、マゼンタ、イエロー（黄）を３原色とすると、２色を混色することにより、Ｒ・Ｇ・Ｂが得られます。Ｃ・Ｍ・Ｙすべてを混色すれば黒、何もなければ地の色（白）になります。
　そのため、プリンタのインクはＣ・Ｍ・Ｙの３色だけあればよいのですが、文字の印刷など黒が多く消費されること、混ぜるよりも単色の黒のほうがきれいなこと、黒のインクの原料はカーボン（炭）なので安価なことなどにより、黒のインクを加えてＣＭＹＫとするのが通常です（黒のＫはキー・プレート（Key Plate））。

なぜプリンタでもＲＧＢにしないのでしょうか？　印刷物の場合、インクが付いたところが光るのではなく、そこに外部から来た光が反射して見えるのです。赤く見えるのはインクが赤を吸収しないからです。逆に緑と青を吸収するインクが赤く見えるのです。そのようなインクを考えるよりも赤だけを吸収するインク、すなわちマゼンタ色のインクのほうが簡単です。それで、光の３原色と色の３原色は逆の関係にあるのです。

ＲＤＢ→ＣＭＹＫ変換

パソコンの内部ではＲＧＢ形式になっています。これをプリンタで出力するにはＣＭＹＫに変換する必要があります。
　そのとき、忠実に変換することは、不可能なのです。

このような理由により、ＲＤＢをＣＭＹＫに変換するには、インクの特徴なども含めて、かなり複雑な計算が必要になります。プリンタメーカーが認めていないインクを使用したとき、微妙に色が異なることがあるのはそのためです。