画面が見せられない色はどこにあるのか
(moultano.wordpress.com)- 現実世界には sRGBやDisplay-P3色域の外にある色 があり、特に強いcyan系はデジタル写真や一般的な画面では伝えにくい
- 画面は実際のスペクトルを再現するのではなく、人間の 3種類の錐体細胞の反応 を模倣するため、CIE色度図の一部領域はどんなRGBの組み合わせでも作れない
- 落葉樹の森の透過光、水とプランクトン、鳥や蝶の構造色、生物発光・蛍光、交通信号やレーザーが、画面の外の色を見られる代表的な例である
- LED照明と画面はどちらもcyanの再現が弱く、標準的なPCモニター・インターネット・一般向け写真の多くは sRGB色域 の中に閉じ込められている
- こうした色は写真で共有しにくく、何を見るべきか分かる前には見過ごしやすいため、結局は 直接観察 する必要がある
画面が取りこぼす色の範囲
- 現実世界には画面で見せられない色があり、そのかなりの部分は cyan系 に近い
- デジタル写真はこうした色を正しく捉えにくく、一般的な画面も表示できないため、専門機材がなければデジタル世界では事実上消えてしまう
- 人間は光の波長を直接読んでいるのではなく、3種類の錐体細胞が異なる強さで反応したパターンを色として認識している
- 異なるスペクトルでも、錐体細胞の反応パターンが同じなら同じ色に見える
- 画面は実際の物体のスペクトルを再現する代わりに、錐体細胞の反応を操作して色を模倣している
CIE色度図とsRGBの限界
- 1931年にCIEは人間の色覚空間を特性化し、色度図の外縁は人が見える個々の波長を表している
- 3原色を選ぶと、その原色が作る三角形の内側の色だけが混色で作れる
- CIEが選んだ原色の組み合わせでも、green/cyan/blueの一部領域は三角形の外に残る
- 最もcyanに近い色を作るには 負のred が必要だが、そのような光は存在しない
- 純粋な波長を作るためにCIEは、プリズムと細いスリットを使う 単色化装置(monochromator) を用いたが、画面に組み込むには大きく非効率な装置だった
- カラーテレビは単色化装置の代わりに 蛍光体(phosphor) を使ったが、蛍光体は純粋な波長では発光しないため、原色を色度図の端まで押し出せなかった
- その結果、標準的なPCモニター、インターネット、一般向け写真の多くは sRGB色域 の中にとどまっている
- Appleはより広いDisplay-P3系の色域を採用して改善した
- 現在ではほとんどのスマートフォン画面、すべてのMac、多くのスマートフォン写真がより広い三角形をサポートしている
- ただし、ソースから目に届くまでのチェーン全体で色空間が保持されていなければ、実際にはその全範囲を活用できない
- matplotlibはsRGBしかサポートしていないため、記事中のグラフでもsRGB外の色は実際の色として表現されていない
照明もcyanを奪う
- 画面だけでなく照明もcyanを十分に再現できない
- 一般的な白色LEDはblue LEDとyellow蛍光体で作られ、cyanはその間の空白領域 にある
- 高CRIの電球は複数の蛍光体を追加して改善するが、それでもcyanは依然として最も放射の少ない光である
- 画面の外に出るだけでは足りず、本物のcyanを見るには屋外環境を探す必要がある
自然のフィルター: 森と水
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葉を通った光
- 植物の葉の反射色は通常sRGBの三角形内にある
- 植物はgreenだが、画面色域を超えるほどgreenな例はまれである
- 魔法が起こるのは光が葉で反射するときではなく、葉を通過するとき である
- 葉の透過曲線は反射曲線よりも選択性が高い
- 日光を受けた葉は上から見ると普通でも、下から見ると光っているように見える
- 光が葉を1回通るとblueはほぼ消え、redは半分ほど減る
- その後、別の葉を通って反射するたびに効果が指数関数的に積み重なる
- 繰り返しの相互作用は光をおおむね550nm付近のスペクトルピークへと精製する
- 一度葉を通った光を受けたgreenの葉もすでにsRGBの外に出ており、「greenよりgreen」な色になる
- 真夏の正午のカエデ林では、greenの強さが描写しにくいほど強烈になる
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水とプランクトン
- 水はredを強く吸収し、greenをゆっくり吸収し、blueはほとんど吸収しない
- 海岸の浅瀬で砂を見ると、水深に応じて色空間の曲線に沿って移動していく
- 日光は水を通って下り、砂で反射したあと、再び水を通って目に届く
- 白い砂や黄色い砂は、まず表現不可能なcyanへ、次に表現不可能なblueへと移る
- 非常に深く暗い水では、sRGBのblue原色に近づく
- 自然の水には微生物が多く、そのかなりの部分は光合成を行うためgreen成分を持つ
- 実際の水は純水と森の混合物のように振る舞う
- 植物プランクトン密度 が、水深に応じてスペクトルがどの経路で移動するかを決める
- 水面上から見ると、水や粒子による散乱が砂の色より優勢になる
- 水中深くに入ると散乱層を抜け、水とプランクトンが光を繰り返しフィルタリングし、画面では捉えにくいblueやgreenの強さが見えてくる
- BBCのBlue Planetのような映像でも、それをそのまま見せることはできない
- 水中写真家は、シーン全体がセンサーの限界で切り落とされないようにblueを遮るフィルターを使うこともある
鳥、蝶、構造色
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鳥の色覚と羽毛
- 鳥を基準にするなら、画面で見せられる鳥の色のごく一部だけを説明したほうが早い
- 画面は人間という哺乳類の目に合わせて設計されており、哺乳類は全体として色覚が限定的である
- 霊長類だけがredとgreenを区別する能力を再進化させた
- シカはtiger orangeとgrass greenを区別できず、これはトラがorangeである理由にもつながっている
- 鳥は太陽光スペクトルによく適応した目を持っている
- 錐体細胞のピーク感度がスペクトル上に均等に配置されている
- 紫外線を見る独立した錐体細胞もあり、完全飽和色空間は3次元である
- 人間向けの画面では鳥の視覚を近似することすらできず、鳥には白黒に1色足した程度に見えるかもしれない
- 鳥はyellow、orange、redを作るときにcarotenoidを使う
- carotenoidはトマトやニンジンのような野菜の色を作る物質である
- 動物はこれを直接合成できないため、鳥は餌から得て羽毛へ移す
- blueとgreenはまったく別の仕組みである 構造色 によって作られる
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構造色の物理
- 可視光の波長は約0.5~0.75µmで、クモの糸の太さの約1/10、ラップフィルムの厚さの約1/20に相当する
- 自然の構造がこのサイズに近いパターンを持つと、光と化学的にだけでなく物理的にも相互作用する
- シャボン玉や油膜の虹色はその原理による
- 羽毛はrachis、barbs、barbules、barbicelsへと続く多段階の細い構造を持つ
- Bluejayのように平面的で全方位的な色を持つ鳥は、barbsの中に波長の半分ほどの幅の気泡を詰めて色を作る
- Hummingbirdやpeacockのように虹色に輝く鳥は、barbulesにdark brown melanin層を半波長間隔で積み重ねる
- 適切なサイズの光はbrown層の間を避け、それより大きい光や小さい光は吸収される
- 虹色の構造色は、しばしば最も高彩度な構造色である
- 選択的反射を起こすには、常に同じ間隔のすき間に出会う必要がある
- 角度によって光が一致して強め合ったり、ずれて吸収されたりするため、虹色が現れる
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クジャクと蝶
- クジャクはbarbulesのmelanin層の形だけでさまざまな色を作る
- 胸と首のblue、尾のeye spot周辺のcyanは色域外にある
- クジャクの羽から同じ色の部分だけを選んで粉にしても、結果はdark brownである
- sRGB色域外の色を持つ鳥は約500種、Display-P3外の色を持つ鳥は約100種と集計されている
- 使用したデータセットは完全ではなく、実際にはもっと多い可能性がある
- 西部アマゾンのハチドリである golden-tailed sapphire のオスは、ほぼスペクトル全体を1羽に収めている
- 蝶は、自分が食べにくいか有毒であることを鳥に示すために、虹色を何度も独立に進化させてきた
- Birdwing butterflyの Ornithoptera Croesus は、Display-P3画面よりさらにorangeな色を持つ
- 虹色の蝶の翅の鱗粉は複雑で多様で、単一の「色」よりも状況ごとの色の範囲として見るほうが適切である
- papilio palinurus は観察角度によってgreenからblueへ、偏光によってyellowからblueへ移る
- morpho rhetenor は写真と実際の印象が大きく異なり、実物はよりblueでありながら、よりgreenにも見える
発光と蛍光
- 光が残らない深海の生物は、自ら光を作らなければならない
- 深海でも水の吸収特性は同じなので、遠くまで届くには光はblueまたはgreenである必要がある
- cyanに光る生物は深海に多く、条件が合えば表層のdinoflagellate bloomが波の中でcyanの光を放つ
- Puerto RicoのVieques島の暖かいhypersaline lagoonのように条件が常に整う場所では、夜にカヤックのパドルを水に入れるだけでcyanの光の軌跡が残る
- New Zealandの洞窟では、水面上に伸びた岩の天井にcyanの星のようにglow wormが光る
- この光は海洋生物発光に似て見えるが、独立した化学と進化史を持つ
- glow wormは最長2フィートまで垂れ下がる粘液の糸で獲物を誘う
- 乾燥地帯で夜にblack light flashlightを当てると、scorpionはcyanに近いtealで強く蛍光する
- ほぼすべてのscorpion種がUV下で強く蛍光する
- 理由ははっきりしていない
- 主な仮説は、scorpionが尾のphotoreceptorで自分の体の露出具合を確認しているというものだ
人が作った色: 交通信号とレーザー
- 日常で最も身近な画面外の色は 交通信号の「green」灯 である
- 実際にはgreenではなく、強いturquoiseに近い
- greenの交通信号は赤信号のときしか長く見つめない習慣のため、かえって目立ちにくい
- greenの交通信号の色は、red-green colorblindの人でもredと区別できるようにするスペクトル要件と関係している
- NISTの交通信号規格はdisplay gamutと少し重なるが、現代の交通信号はLEDで作られている
- 蛍光体を加えていないLEDは、ほぼ純粋なスペクトル色を出す
- LEDは、色空間全体を再現する最も安価で実用的な方法にかなり近い
- Laserはさらに純粋な光を作れる
- Laserは特定の材料にエネルギーを与え、1つのphotonが原子の近くを通ると同じphotonを複製させる仕組みで動作する
- 複製が繰り返されると1つの波長が勝ち残り、反対側に届くphotonはすべて同じ波長になる
- 自然界で520nm付近のblue-green最上部の色を十分に純粋に出す例は見つかっていない
- bioluminescent fungusはその近辺にピークを持つが、他波長の混合のため色度図の上端には届かない
- 520nm付近は色空間境界の頂点にあるため、スペクトルが左右に少しでも広がると色は中心へ下がってしまう
- 最も人工的な色であり、高度技術と接続する視覚信号は green laser beam へとつながる
直接見る体験と限界
- こうした色を実際に見たときすぐ気づくのかという点について、経験上「知る前は見えず、知った後は見えなかったことが信じられない」というパターンが繰り返される
- 何を見るべきか分かると感覚により注意を向け、その感覚が意識の中で大きくなる
- 世界の見え方は画面だけでなく、思考、注意、重要だとみなすものによって媒介されている
- 色標準の設計者がどの感覚を再現し何を残すかを決めたように、人もまた注意をどこに向けるかを絶えず選んでいる
- 画面外の色は写真に撮っても伝わらず、他の人も結局は自分で見るしかない
方法論とデータ
- すべての物体色は、測定されたreflectance dataを使って D65 standard illuminant の下でレンダリングした
- リポジトリにデータがあれば直接使用し、論文図版にしかないデータはGemini 3.1 Proで10nm刻みに抽出したうえで、原図と大きな誤差がないか確認した
- 事例はまず仮説を立て、それを裏づけるspectral dataを探す方法で収集した
- 見つけられていない例が多い可能性がある
- 花とsynthetic pigmentは探索していない
- 葉と水の物理シミュレーションは、正確な物理条件よりも色の強度を誇張しない自然な水準を目標にした
- 実際にはグラフよりも深いまたは浅い水、より澄んだまたはより富栄養な水が必要かもしれない
- 調査には colour python package と Bird Color Database が使われた
1件のコメント
Hacker Newsの意見
RGBにシアンを追加してRGcBにすれば解決するのでは？ イエローとマゼンタまで加えてRyGcBmにする方法もありそう
飽和した青緑系の一部が三原色だけでは再現できないのは事実だが、記事で使われているCIE 1931 色度図はその重要性を誇張して見せている
実際には人間の目はその領域の多くの色を見分けられない
それでも、いまだにデフォルトとしてあまりにも頻繁に使われている sRGB 色空間の最大の欠点は、身の回りでよく見る花、果物、服などの飽和したオレンジ/赤/紫をあまり再現できないことだ
図表では欠けているオレンジ-赤-紫の角は欠けている青緑の角より小さく見えるが、実際には人間はオレンジ/赤/紫の領域ではるかに多くの色差を知覚するので、均一色空間では関係が逆に見えるはず
Display P3は sRGB よりオレンジ/赤/紫の再現がはるかに優れており、今では低価格モニターにも多く搭載されているが、Display P3 を再現できるモニターでも初期設定が sRGB の場合が多い
そうしたモニターは常に Display P3 に再設定したほうがよい
Rec. 2020 色空間のより大きな部分を再現できるモニターは、当然ながら Display P3 止まりのモニターより優れているが、通常はより高価であり、Rec. 2020 全体は単色の原色を使うためレーザープロジェクターでしか再現できない
スクリーン選びを慎重にしないとレーザースペックル[^1]も発生しやすい
JVC(LCoS)、Sony(LCoS)、Epson(LCD) のレーザープロジェクターは、いずれも単一の青色 LED レーザーと蛍光体ホイールで白色光を作り、プリズムとフィルターで RGB を分けているため、DCI P3 の 87〜98% 程度にしか届かない
その代わり黒はより良好で、レインボーアーティファクトもないが、色再現はより不完全になる
結局のところ、プロジェクターの世界では今でも妥協が必要で、https://www.christiedigital.com/products/projectors/all-proj... に40万ドルを出せるのでない限りそうだ、という話
[^1]: https://www.valerion.com/blog/triple-laser-speckle
sRGB にはなく BT.2020 にはある青緑の領域も、赤-黄の領域に匹敵するくらい大きな塊に見える
[1] https://www.researchgate.net/publication/345252499_Evaluatin...
それとも、単なる普通の RGB の色レベルで、色空間の良くないモニターではより不正確な色へ押しやられて見えていただけなのか、よく分からない
ここで話している現象も同じ理由なのか気になる
数年前にアクリル画を始めたのだが、写真や映像では本当に多くのものが失われることに驚いた
特にウルトラマリンブルーとプルシアンブルーで最も強く感じた
色だけの問題ではなく、絵の表面で光がどう反射するか、自分がどこに立っているか、質感や筆致も影響する
部屋に何点か掛けてある絵を時々しばらく眺めていると、自分で描いた絵なのに、以前は見落としていた新しい見方が現れることがある
この記事を見て、外に出て森の中に身を置き、緑の色合いを受け止めたくなった
印刷媒体の未来について知っている人がいるだろうか
記事で抜けていると感じた点は、3種類の錐体細胞の反応曲線が互いに重なっていることだ
錐体細胞の種類を個別に刺激できるなら、まったく新しい色が見えるのではないだろうか？
目にレーザーを当てる人もいるが、このウェブサイトも試せる: https://dynomight.net/colors/
以前 HN に上がっていたが、検索では見つけられない
silent substitution を検索するとよい
B&O MX8000 TVの蛍光体スクリーンは、シアンの強さという点で今まで見たどの画面とも違っていた
2020年に見たものだが、TV自体は1980年代の製品で、Philipsのブラウン管を使ったモデルだった
その画面でDonkey Kongを遊ぶと他の画面とはまったく違って見え、Morphoチョウのようだった
しかし記事では、蛍光体スクリーンの色域は限られていると書かれている
画面ごとの三角形はチューニングによって変わるかもしれないが、おそらくどれも範囲には限界があるのだろう
あの体験がTV好きゆえの「ブランド体験」だったのか、それとも実際にここ数年のHDR/DVフラットパネルより色が鮮烈だったのか、まだ検証できていない
この記事はあまりにもよく書けていて、その比較を実際に試してみたくなるだけのエネルギーをくれる
例も豊富で文章も見事なので、これまで数え切れないほど画面を見ながら見落としてきた色を探したくなる
とくに、画面が取りこぼすものを生き生きと描写したあとで海辺のような画像を見せるやり方がよかった
あの画像を見ると、実際の場所の記憶や想像に比べて完全に平板に感じられ、画面がどれほど限定的かが実感できる
スマホの標準的な自動JPEG処理のまま写真を上げれば、たしかに平板に見えることがある
逆に、生のセンサーデータを巧みに解釈して利用可能な表示領域を最大限に使えば、印象は変えられる
写真で現実を客観的に正しく表現する方法はなく、知覚まで考えればニュートラルグレーという概念ですら実際には存在しない
カメラのデフォルトの解釈は、気まずい例外的状況をできるだけ避けるための基準線であり、安全な選択でもある
鮮やかなピンクの夕焼けを撮ったのに、スマホが淡い黄色やオレンジにレンダリングしてしまう経験は誰にでもあるだろう
しかし同じ場面でも、人間の注意の向き方を反映させれば、実際に見たほどピンクにはならなくても、十分に目立たせて見る人に似た反応を起こさせることはできる
写真家の仕事は、生データを特定のやり方で扱い、自分にとって印象的だった部分が観客にも際立つようにすることだ
色は相互の関係の中でも、限られた表示空間の絶対的な範囲の中でも配置しなければならない
人間の目は驚くほど順応的で、関連する閾値を下げ、ニュートラルグレーに対する感覚まで調整する
結局のところ、与えられた表示媒体と写真のスタイルに順応し、目に入る色域が実際の場面のごく一部しかなくても、写真の中に本当に豊かなラグーンを知覚するようになる
初期NTSCのシアンは、DCI-P3のシアンよりもさらに高彩度だった
一般的なCRTは、sRGB色域の土台になったSMPTE Cが規定する、より安価で明るい蛍光体を使い、その代わり回路で彩度を引き上げて補っていた
その画面は、色補正回路の代わりにより良い蛍光体を使っていた可能性が高い
本当にいい記事だった
もともと知っていた題材なのにとても面白く、文章も上手く、新しい細部もいくつか得られた
ただ、Jurassic Parkを弁護するなら、少なくとも本ではT-Rexの視覚の特異性は遺伝子工学の細かな設定として説明されている
ベースになったDNAがある種の両生類のもので、その両生類にそういう問題があったという話で、科学的にすごくもっともらしいわけではないにせよ、映画版ほど愚かではない
結局のところ、あれらは本物の恐竜ではなく人間が作った怪物なのだ、という点を強調するのにも役立っている
Chrichtonの創作だったのか、それとも当時の古生物学者の実際の説だったのか気になる
いい記事だったし、次に緑の信号を見たらもっと注意して見ることになりそうだ
いちばん強烈だった体験は、430nmの青色レーザーで作業していたときだった
あの色を表すいちばんよい言い方は、青がこちらに向かって「青だ！」と叫んでくる感じだった、というものだ
それ以来、画面の#0000FFを見るたびにいつもがっかりする
本題からは少し外れるが、ほかの記事もよくできている
これが面白かった: https://moultano.wordpress.com/2025/02/24/you-should-make-cr...
説明は本当に素晴らしかった。
ただ、この記事が答えようとしていない疑問がひとつある。
私が新しく理解したところでは、目の錐体細胞が同じように反応するようなスペクトルであれば、どれも同じ色に見えるということらしい。
そういう実例を実際に知っているのか気になる。
色覚異常は明白な例に見えるが、異なるスペクトルであることを示せて、なおかつ大半の人には同じ色に見えるような一般的な状況があるのかがもっと気になる。
2つの顔料がある光源の下では同じ色でも、別の光源の下では違う色になるという実用上の問題が起こりうる。
たとえば人工歯は、日光、LED照明、昔ながらの電球の下でも、すべて本物の歯と同じ色でなければならない。
分光器が出てくるこの動画の最初の数分を見ればよい: https://youtu.be/-DyrBDsKA5s?si=mRJPT2ecy6NqpB4N
スペクトル上で青の向こう側にあるバイオレットと、赤と青を混ぜたパープル顔料がその例だ。
ディスプレイが黄色を表示するとき、実際には赤と緑のピークを持つスペクトルだが、単一周波数の黄色いスペクトルと同じように赤と緑の錐体細胞を刺激する。
片方には自然光を受けたリンゴがあり、目には可視光と不可視光の全範囲をまたぐ、微妙に混ざった周波数の豊かな質感が入ってくる。
もう片方には、430、540、570nmのような純粋な周波数だけを粗く出しているリンゴの写真がある。
両者を見分けられるだろうか、ということだ。
「今日、家に帰る途中で交通信号の『緑』の灯りを見てみよう。あれは緑ではない。」
これとは別に、色名 は文化的に定まる。
日本語では緑の信号を青、つまり blue と呼ぶ。
ロシア語には、青の異なる色合いを指す別々の単語がある。
さまざまな文化圏で青/緑の区別が奇妙に現れる事例は、この記事にある:
https://en.wikipedia.org/wiki/Blue%E2%80%93green_distinction...