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2013年11月27日 (水)

・光と分光感度 第3回:カメラのセンサの分光感度

第1回:光の色
第2回:光の三原色は間違い

 

第2回で光の三原色の赤青緑について書きました。
人が使う分には赤青緑の三原色で特に問題が発生しないので
パソコンやテレビ、カメラなどではこの三色で色を表します。

 

カメラ上で色を記録するには、人間の目の錐体と同じ仕組みが必要です。
つまり、赤を感じるセンサ、緑を感じるセンサ、青を感じるセンサ
が必要になります。
デジタルカメラのセンサーは輝度(明るさ)だけを電気信号に変えるので
そのままでは色は表現できません。

 

色の表現を実現する為に、センサの表面に
青の光だけを透過するカラーフィルタ、
同様に緑と赤の光それぞれだけを透過するカラーフィルタが
ついています。
それが格子状に並んでベイヤー配列をなしています。

 

11

 

 

 

ただし、RGBそれぞれのセンサが特定の波長のみに反応してしまうと
問題が起こります。

 

1

 

 

 

上の図のように完全に分離していると
赤と緑の中間である黄色-オレンジの光に全く反応しなくなってしまいます。
じゃあ、人間の目には黄色が見えるのはなぜ?
ということになってしまいます。
人間の目における分光感度は下のグラフの様になっています。

 

1280pxcones_smj2_esvg
出典:wikipedia

 

黄色の波長は大体580nmです。
この光があたった時に反応する錐体は
赤:10 緑:7
位の割合です。
つまり、RGBの割合が10:7:0で刺激を受けると黄色と脳が判断します。
3つの錐体の反応する範囲がそれぞれ重なっているので
こういった判断ができます。

 

ちょっと見方を変えてみると、
580nmの光と、
緑の光(550nm)と赤の光(650nm)の二つの光が同時に光っているものは同じに見えます。

 

どちらの場合も
赤:10 緑:7
の刺激が与えられてると区別がつかないためです。
赤と緑の光が混ざると黄色に見えるはずです。

 

37

 

 

39

 

 

Rg
Yellow_2

 

 


完全に黄色です。
だけど、拡大してみるとやっぱり緑と赤です。

 

Imgp0112

 

 


緑の波長の光と赤の波長の光を混ぜて黄色に見せています。
570nmの波長の黄色ではありません。
570nmの波長の黄色はディスプレイでは絶対に表せないです。
プリンタで上の画像をプリントすれば、大体570nmの黄色になります。

 

話が脱線してきて書いていてもよくわからなくなりましたが
脱線したまま続けたいと思います。

 

1280pxcones_smj2_esvg

目の分光感度のグラフで、赤の錐体の感じる波長は青の錐体と
重なる所があまりありません。
赤と緑は重なる部分があるので混ぜると黄色になることが理解できます。
じゃあ、赤(650nm)と青(450nm)の光を混ぜるとどうなっちゃうの??

 

次回、幻覚の色マゼンタ(ピンク)について

 

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写真講座」カテゴリの記事

コメント

いつも楽しく拝見しております。一点、気になる点があります。下記ページなど、しばしば「目の分光感度」として示されるグラフがあります。
http://nijikarasu.cocolog-nifty.com/blog/2013/11/2-8483.html
http://nijikarasu.cocolog-nifty.com/blog/2013/11/3-3a8b.html
http://nijikarasu.cocolog-nifty.com/blog/2013/11/4-3d2b.html
縦軸に"Normalised absorbance"と書かれたグラフですが、これは分光感度のグラフではなく、吸光度のグラフではないか思います。分光感度のグラフであれば、英語版Wikipediaのこちらのページのグラフが適切かと思います。
https://en.wikipedia.org/wiki/Spectral_sensitivity
吸光度は、実際に視細胞を取り出して、波長を変えながら光を当て光子がどれだけ吸収されたか計測したグラフ。
分光感度のグラフは、色覚異常者を使った実験データから導出された感度グラフ。
この2つが似ているものの異なるのは、実際には視細胞に到達するまでに角膜、水晶体、硝子体、特に黄斑色素の影響で分光特性が変わるためと思います。
ご確認よろしくお願いします。

コメントありがとうございます。
この記事では写真やカメラ業界の用語を使って記載しているので
正確ではない表現があるかもしれません。
(カメラ関係だと、撮像素子が持つ特性も分光分布、
レンズやIRカットフィルターを通して実際に撮像素子に入る光も分光分布として
分光という言葉を用いて表します)

人間の視覚では言葉が違うとのことですので、補足を記載しておこうと思います。
ご指摘ありがとうございます。

すみません、私の言葉が不正確だったと思います。
もし今使われているグラフを使うのであれば、このグラフの呼び方は、「視細胞物資の分光吸光度」という呼び方が正確だと思います。
そして、視細胞の分光感度という意味でグラフを提示するのであれば、このWikipediaのグラフの方がより適切であると思いました。
https://en.wikipedia.org/wiki/Spectral_sensitivity
こちらの方のグラフの呼び方は「視細胞の分光感度」となるかと思います。

書き間違えました、、、。大変失礼しました。
×「視細胞物資の分光吸光度」
○「視細胞視物質の分光吸光度」

返信が遅くなり申し訳ございません。
ご指摘ありがとうございます。
記事を正しいグラフに差し替えました。

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