RGBと色の波長

質問

質問する場所を間違えていたらすいません。
少し疑問であることがあります。
光の波長で、色が決まると聞きました。
波長は、一次元の数です。(400nm,800nmなど)ので色は原理的に一元的に表現できるはずです。
しかしディスプレイ、画像のファイル形式などは、Red Green Blue(とalpha)で構成されています。三次元です。
なぜ、一次元で表現できるものを、わざわざ三次元で表現しているのでしょうか？

視細胞の構造が関連するのでしょうか？もしくは、RGBを指定する方法の方が直感的に色を指定できるために導入されたご都合的なものなのでしょうか？

ご存知の方、ご教授お願いします。

回答No.6

R_Earl · ベストアンサー

> 波長は、一次元の数です。(400nm,800nmなど)ので色は原理的に一元的に表現できるはずです。

波長は一次元というのは正しいんですが、
色は一次元ではありません。色は無限次元です。
なぜなら、光は合成できます。つまり
『複数の波長の光が同じ場所から発せられたら何色に見えるか？』
というところまで考慮しないといけないんです。
色の波長は無限に存在するので、色の次元も無限次元となります。

一次元で表現できない色の例は、白と黒、それから赤紫です。
とはいっても、これらの色は三次元の色情報でも作れてしまいますが。
ここでいう赤紫というのは、
『波長400nmの青い光と、波長800nmの赤い光を混ぜた時に見える色』
と考えてください。この色はどの波長域にも存在しないはずです（多分）。

> なぜ、一次元で表現できるものを、わざわざ三次元で表現しているのでしょうか？

なので、『一次元で表現できるものを、三次元で表現している』のではなく、
『無限次元でないと表現できないものを、三次元でごまかしながら表現している』
ということになってます。

人間の目には、色を感じる細胞が大体3種類しか存在しないので、
人間の脳に与えられる色の情報は大体三次元になります。
なので人間の脳も色を知覚する時は、
『外界の無限次元の色情報が、目を通過すると三次元の情報になってしまう』
→『脳に送られる色情報も三次元なので、人間が知覚できる色は三次元』
という風になってしまいます。

他の動物も同じです。色を感じる細胞が2種類ある動物ならば、
色情報は無限次元から二次元に減ってしまいます。
色を感じる細胞が4種類ある動物は、
無限次元の色情報を四次元にまで減らして色を知覚します。

人間が知覚できる色が大体三次元なので、
ディスプレイ等も色を大体三次元でごまかしてしまえば
人間の目と脳を欺くことができるんです。
どうせテレビを楽しむのは人間だけですから、
テレビのディスプレイの色情報は人間だけに合わせればよいんです。

パソコンも基本人間が使うものですから、
画像データの色情報も人間にあわせて3次元ということになります。

お礼

「赤紫は一次元では表現できない」
久しぶりに、頭に電気が流れた気がしました。
生物的観点まで突っ込んだ丁寧な解説ありがとうございます。

回答No.5

toy-ut

>　視細胞の構造が関連するのでしょうか？もしくは、RGBを指定する方法の方が直感的に色を指定できるために導入されたご都合的なものなのでしょうか？

その通りと思います。

網膜内にある3種類の錐体細胞が吸収する可視光線の割合が色の感覚を生み、その特徴を利用して、RGBで誤魔化して3 原色の感覚を生まさせます。

人間の視覚が色を認識するには、その光の単色を感じているのではなくて、眼球の錐体細胞に含まれる3つの色素が光を吸収する割合を計っているので、独立した複数の色（RGB）を合成して与えてあげれば人に色を感じさせる事ができます。

色空間の表現方法として、RGB以外にL*a*b*やXYZとかあり、数値化した際に人の判別と近いようになるよう、いろいろ考案されてます。

お礼

>>色空間の表現方法として、RGB以外にL*a*b*やXYZとかあり、数値化した際に人の判別と近いようになるよう、いろいろ考案されてます。
CMYKもその一とカウントしてよろしいのですよね？
確かに、"人間の感覚"の問題であるなら、同じものを表現するのに複数の表現を用いるのは至極普通に感じます。
回答ありがとうございました。

回答No.4

isoworld

面白い質問をされますねぇ。光の波長によって色が決まるので、確かに色は一次元の情報です。
　では、なぜディスプレイなどではＲ・Ｇ・Ｂという三次元の光の色にわざわざ分けているのでしょうか。それは波長を自由に変えられる光を出す技術が（合理的な価格に抑える限り）ないからです。
　レーザーも発光ダイオードも、発光波長は半導体材料の組成によって決まり、電流や電圧その他のコントロールによって発光波長を変えることができません。ディスプレイもそうです。
　自由に色を出そうと思えば、人間の目の構造にあわせて、ＲＧＢの色をそれぞれ発する素子を用意し、そこから出るそれぞれの光の強度を調整して混ぜ合わさなければなりません。色が自由に変えられる（ように見える）ＬＥＤでも内部はＲＧＢの３つの素子に分かれていて、それを一体に見せかけているだけです。
　光の波長を（合理的な価格で）自由に操れるようになれば、事情は変わってくると思いますよ。そのときは画期的な発明になるのでは？

お礼

回答ありがとうございます。
なるほど、経済的な理由でしたか。。。
その考えはありませんでしたが、確かに一番「ありえる」話です。
実際のモノは原理にだけ従っても、うまくできないという一つの例ですね。

回答No.3

sanori

こんばんは。
一応、ディスプレイ関係の元プロです。

これは非常に鋭い質問ですね。

まず、「ディスプレイの気持ち」に立って考えましょう。
液晶ディスプレイは、１つのドットでは１色しか表現できません。（ＣＲＴ（ブラウン管）もですが。）

現実にある液晶ディスプレイは、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色からなるカラーフィルター（ステンドグラスと同じようなことです。）を備えており、Ｒのドット、Ｇのドット、Ｂのドット（それぞれ縦長の長方形）を１組にして、１つの画素（正方形）を構成しています。

ここで、もし、４色以上のカラーフィルタを使ったらどうなるでしょうか？
その答えは、
まず、３つ一組が４つ以上一組になることにより、画素が大きくなってしまう、ということ、
もう一つは、映像信号の種類を増やさないといけないため、ドライバＩＣを増やしたり、映像信号処理回路を複雑にしなければいけなくなります。

ですから、
３波長の混色で映像・画像の信号・データを構成するのが合理的であるということです。

ただし、バックライトについて言えば、最近、深い赤色を表現する工夫がされています。
（２種類の赤のドットがあるということではありません。）
http://plusd.itmedia.co.jp/lifestyle/articles/0707/02/news047.html
バックライトの蛍光管をＬＥＤに置き換えることによって、表示色の範囲が広がる、または、その代わりに明るくする、という技術もあります。
http://ascii.jp/elem/000/000/078/78611/

＞＞＞視細胞の構造が関連するのでしょうか？

人間の視覚には、３色それぞれに対応する検出機能があると言われています。

さて、
こちらは、３次元から明るさを除いて２次元で表した、有名な図です。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%94%BB%E5%83%8F:CIExy1931_sRGB_CMY.png
図中に三角形がありますが、それは一例でして、三角形の頂点に相当する３つの色があれば、それらの混色によって三角形の内側の全ての色を表現できるということです。
（高校数学で言えば、２次元座標において線分の内分をパラメータｔを使って表す式と同じようなことです。）

お礼

ディスプレイのプロならではの回答ありがとうございます。
ちょっとディスプレイ関係に興味が出てきたので、調べてみます。

回答No.2

chiezo2005

色は光の波長で決まるのではなくて，光のスペクトル（光強度の波長分布）で決まります。

典型的なのは白で，これはすべての可視領域の波長の光が同じくらいの強度で存在するときに人間が認識する色です。

色という生物的な感覚は，この光のスペクトルをRGBという3つのパラメータで表した結果ということになります。
したがって，違うスペクトルでも同じ色に見える場合が存在します。

http://www.anfoworld.com/Lights.html
などを参考に勉強してください。

回答No.1

TinyPine

ここの生物学的な基礎をお読みください。
http://wpedia.search.goo.ne.jp/search/%B8%B6%BF%A7/detail.html?from=websearch