RGBカラーモデル

フルカラー画像とそのR、G、B成分
CDカバーをビームスプリッターとして使用して加法混色を実証
RGBによる加法混色を示す図

RGBカラーモデルは加法 混色モデル[1]あり、光の三原色である青を 様々な方法で加算することで、幅広い色を再現します。このモデルの名前は、加法混色された三原色である赤、緑、青の頭文字に由来しています。 [2]

RGBカラーモデルの主な目的は、テレビやコンピュータなどの電子システムにおける画像の検知、表現、表示ですが、従来の写真撮影カラー照明にも使用されてきました。電子時代以前から、RGBカラーモデルは人間の色覚に基づいた確固たる理論に基づいていました

RGBはデバイスに依存するカラーモデルです。異なるデバイスは、特定のRGB値の検出や再現方法が異なります。これは、色要素(蛍光体染料など)と、それらの赤、緑、青の個々のレベルに対する反応がメーカーによって、あるいは同じデバイスでも経年変化によって異なるためです。したがって、何らかのカラーマネジメントを行わない限り、RGB値はデバイス間で同じを定義することはできません。[3] [4]

典型的なRGB入力デバイスとしては、カラーテレビやビデオカメライメージスキャナデジタルカメラなどが挙げられます。典型的なRGB出力デバイスとしては、様々な技術(CRTLCDプラズマOLED量子ドットなど)を搭載したテレビ、コンピューター携帯電話のディスプレイ、ビデオプロジェクター、マルチカラーLEDディスプレイ、ジャンボトロンなどの大型スクリーンなどが挙げられます一方、カラープリンターはRGBデバイスではなく、 CMYKカラーモデルを典型的に使用する減色方式のデバイスです

加法混色

加法混色:白い表面に原色の光を投影すると、2 つの色が重なり合う二次色が現れます。3 つの原色すべてを同じ強度で組み合わせると白になります。

RGBで色を作るには、3つの光線(赤、緑、青)を重ね合わせる必要があります(例えば、黒いスクリーンからの放射や白いスクリーンからの反射など)。3つの光線はそれぞれ、その色の成分と呼ばれ、混合された状態では、完全に消灯した状態から完全に点灯した状態まで、任意の強度を持つことができます。

RGBカラーモデルは、異なる色(周波数)の光線が空間的に重ね合わされると、その光スペクトルが波長ごとに加算され、結果として得られる全体のスペクトルを構成するという意味で加法的である。 [5] [6]これは、減法混色モデル、特にCMY カラー モデルとは対照的です。CMYカラー モデルは、色が、見られる光の特定の成分 (周波数) の反射によって決まるペイント、インク、染料などの物質に適用されます。

加法モデルでは、たとえば 3 つの色を重ね合わせた結果として生じるスペクトルが平坦であれば、網膜に直接入射すると人間の目には白色が知覚されます。これは減法モデルとはまったく対照的です。減法モデルでは、知覚される結果として生じるスペクトルは、染色された表面などの反射面が放射するものです。染料はそれ自身の色以外のすべての色をフィルタリングします。2 つの染料を混合すると、それらの間の共通色成分以外のすべての色がフィルタリングされます。たとえば、黄色とシアンの共通成分は緑、マゼンタと黄色の共通成分は赤、マゼンタとシアンの共通成分は青紫です。マゼンタ、シアン、黄色には共通色成分がないため、強度ゼロのスペクトル、つまりになります。

各コンポーネントの強度がゼロの場合、最も暗い色(光がなく、とみなされる)になり、各コンポーネントの強度が最大の場合、になります。この白の品質は主要な光源の性質によって異なりますが、適切にバランスが取れている場合は、システムのホワイトポイントに一致するニュートラルホワイトが得られます。すべてのコンポーネントの強度が同じ場合、強度に応じて灰色、暗く、または明るくなるシェードになります。強度が異なる場合、結果は色相で表され、使用される原色の最も強い強度と最も弱い強度の差に応じて 彩が増したり減ったりします。

いずれかの要素の強度が最も強い場合、その色は原色に近い色相(赤みがかった、緑みがかった、または青みがかった)になります。2 つの要素の強度が同じ場合、その色は二次色の色相シアンマゼンタ、または黄色の色合い)になります。二次色は、強度が等しい 2 つの原色の合計によって形成されます。シアンは緑 + 青、マゼンタは青 + 赤、黄色は赤 + 緑です。すべての二次色は、1 つの原色の補色です。シアンは赤を、マゼンタは緑を、黄色は青を補います。すべての原色を同じ強度で混ぜると、白になります。

RGBカラーモデル自体は、青が測色的に何を意味するのかを定義していないため、それらを混合した結果は絶対的なものではなく、原色に対する相対的なものです。赤、緑、青の原色の正確な色度が定義されると、カラーモデルはsRGBAdobe RGBなどの絶対色空間になります。

赤、緑、青の選択に関する物理的原理

sRGB原色などの原色の集合は色三角形を定義します。この三角形内の色のみが、原色を混ぜることによって再現できます。したがって、色三角形の外側の色は灰色で示されています。sRGBの原色とD65 白色点が表示されています。背景の図はCIE xy色度図です。

原色の選択は人間の目の生理学と関係があり、良い原色は人間の網膜の錐体細胞の異なる波長の光に対する反応の差を最大化し、それによって大きな色の三角形を形成する刺激です。[7]

人間の目にある3種類の光感受性光受容細胞(錐体細胞)は、黄色(長波長またはL)、緑色(中波長またはM)、紫色(短波長またはS)の光(ピーク波長はそれぞれ約570nm、540nm、440nm付近)に最もよく反応します[7]。3種類の光から受け取る信号の違いにより、脳は幅広い色を区別することができ、特に黄緑色の光と、緑からオレンジ色にかけての色相の違いに最も敏感です(全体的に)。

例えば、オレンジ色の波長域(約577nm~597nm)の光が目に入り、網膜に当たるとします。これらの波長の光は、網膜の中波長錐体細胞と長波長錐体細胞の両方を活性化しますが、活性化の程度は均等ではありません。長波長細胞の方がより強く反応するからです。この反応の違いは脳によって感知され、この違いがオレンジ色を知覚する基礎となっています。つまり、物体がオレンジ色に見えるのは、物体からの光が目に入り、異なる錐体細胞を同時に、しかし異なる程度に刺激するからです。

三原色の使用は、すべての色を再現するのに十分ではありません。三原色の色度によって定義される色三角形内の色のみが、それらの光の色を負でない量で加法混合することによって再現できます。[7] [ページが必要]

RGBカラーモデルの理論と使用の歴史

RGB カラー モデルは、19 世紀初頭から中頃にトーマス ヤングヘルマン フォン ヘルムホルツによって開発されたヤング - ヘルムホルツ三色色覚理論と、その理論を詳しく説明したジェームズ クラーク マクスウェルの色三角形 (  1860年頃) に基づいています。

初期のカラー写真

写真

初期のカラー写真におけるRGBの最初の実験は、1861年にマクスウェル自身によって行われ、3つのカラーフィルターを通した別々の撮影を組み合わせるプロセスが含まれていました。[1]カラー写真を再現するには、暗室のスクリーンに3つの一致する投影が必要でした。

加法RGBモデルとオレンジ・グリーン・バイオレットなどのバリエーションは、 20世紀初頭のオートクローム・リュミエール・カラープレートや、ジョリー・カラースクリーンパジェット・プロセスといった他のスクリーンプレート技術にも使用されました。3枚のプレートを別々に撮影するカラー写真は、 1909年から1915年にかけてロシアのセルゲイ・プロクジン=ゴルスキーといった先駆者たちによっても使用されました。 [8]このような手法は、高価で非常に複雑な3色カーブロ・オートタイププロセスを用いて、1960年頃まで存続しました。[9]

3 プレート写真からのプリントの複製は、補色CMYモデルを使用した染料または顔料によって、フィルターをかけたテイクのネガ プレートを使用するだけで実行されました。つまり、赤を逆にするとシアン プレートが生成されます。

テレビ

実用的な電子テレビが開発される以前、ロシアでは1889年には既に機械走査方式のカラーシステムの特許が取得されていました。カラーテレビのパイオニアであるジョン・ロジー・ベアードは、1928年に世界初のRGBカラー伝送を、そして1938年にはロンドンで世界初のカラー放送を実証しました。彼の実験では、走査と表示は回転するカラーホイールによって機械的に行われていました。[10] [11]

コロンビア放送システム(CBS)は1940年に実験的なRGBフィールドシーケンシャルカラーシステムを開始しました。画像は電気的にスキャンされていましたが、このシステムには可動部品が使用されていました。それは、垂直スキャンと同期して1,200rpm以上で回転する透明なRGBカラーホイールです。カメラとブラウン管(CRT)はどちらも単色でした。色はカメラと受信機のカラーホイールによって提供されました。[12] [13] [14]近年では、テキサス・インスツルメンツ社のモノクロDLPイメージャーをベースにしたフィールドシーケンシャルプロジェクションTV受信機にもカラーホイールが使用されています。

カラーCRTディスプレイ用の現代のRGBシャドウマスク技術は、1938年にドイツのヴェルナー・フレヒシグによって特許を取得されました。[15]

パーソナルコンピュータ

1970年代後半から1980年代前半のパーソナルコンピュータ、たとえばApple IIVIC-20などは、コンポジットビデオを使用しています。コモドール64Atari 8ビットコンピュータは、Sビデオ派生品を使用しています。IBMは1981年にIBM PC用のカラーグラフィックスアダプタ(CGA)で16色スキーム(4ビット - 赤、緑、青、明度にそれぞれ1ビット)を導入し、その後1984年に拡張グラフィックスアダプタ(EGA)で改良されました。PC用のトゥルーカラーグラフィックスカード(TARGA)を最初に製造したのは1987年のTruevisionでしたが、アダプタとモニタ間の接続にアナログ信号を使用して非常に広範囲のRGBカラーを可能にしたことが主な理由で、1987年にビデオグラフィックスアレイ(VGA)が登場するまでRGBは普及しませんでした。実際には、最初のVGAカードはEGAと同様にパレット駆動型でしたが、VGAよりも自由度が高く、VGAコネクタがアナログだったため、さらに数年待たなければなりませんでした。そのため、後期のVGA(様々なメーカーがSuper VGAという非公式な名称で製造)には、ようやくトゥルーカラー機能が追加されました。1992年には、雑誌でトゥルーカラーのSuper VGAハードウェアの広告が盛んに取り上げられました。

RGBデバイス

RGBとディスプレイ

カラーCRTの断面図:1. 電子銃2. 電子ビーム3. 集束コイル4. 偏向コイル5. 陽極接続6. 表示画像の赤、緑、青の部分のビームを分離するためのマスク7. 赤、緑、青の領域を持つ蛍光体層8. 画面の蛍光体でコーティングされた内側のクローズアップ
RGBピクセルのカラーホイール
CRTモニターのRGB蛍光体ドット
液晶テレビのRGBサブピクセル(右: オレンジと青の色、左: クローズアップ)

RGBカラーモデルの一般的な応用例の一つは、テレビ、コンピューターのモニター、大型スクリーンなどのブラウン管(CRT)、液晶ディスプレイ(LCD)、プラズマディスプレイ有機ELディスプレイ(OLED)における色表示です。画面上の各ピクセルは、3つの非常に近いながらも互いに離れたRGB光源を駆動することで形成されます。通常の視距離では、個々の光源は区別がつかず、目には単色として認識されます。長方形のスクリーン面に配置されたすべてのピクセルが、カラー画像を形成します。

デジタル画像処理において、各ピクセルはコンピュータメモリまたはインターフェースハードウェア(例えばグラフィックカード)において、赤、緑、青の色成分を表す2進値として表現されます。これらの値は、適切に処理されていれば、ガンマ補正によって輝度または電圧に変換され、一部のデバイスに固有の非線形性を補正することで、意図した輝度がディスプレイ上で再現されます。

シャープが発売したクアトロン、RGBカラーを使用し、サブピクセルとして黄色を追加することで、使用可能な色の数を増やすことができるようです。

ビデオエレクトロニクス

RGBは、ビデオエレクトロニクス業界で使用されるコンポーネントビデオ信号の一種を指す用語でもあります。これは、3つの別々のケーブル/ピンで伝送される赤、緑、青の3つの信号で構成されています。RGB信号形式は、多くの場合、モノクロビデオ用のRS-170およびRS-343標準の修正バージョンに基づいています。このタイプのビデオ信号は、標準のSCARTコネクタで伝送できる最高品質の信号であるため、ヨーロッパで広く使用されています。[16] [17]この信号はRGBS(4つのBNC / RCA終端ケーブルも存在)として知られていますが、別々の水平同期信号と垂直同期信号を伝送するコンピューターモニターで使用されるRGBHV (通常は15ピンD-subまたは5つのBNCコネクタで終端された15ピンケーブルで伝送)と直接互換性があります。

ヨーロッパ以外では、RGBはビデオ信号フォーマットとしてあまり普及していません。ヨーロッパ以外のほとんどの地域では、Sビデオがその地位を占めています。しかしながら、世界中のほぼすべてのコンピューターモニターはRGBを使用しています。

ビデオフレームバッファ

フレームバッファはコンピュータのデジタルデバイスであり、いわゆるビデオメモリ(ビデオ RAMまたは同様のチップのアレイから構成される)にデータを保存します。このデータは、3 つのデジタル/アナログ変換器(DAC)(アナログモニタの場合)(原色ごとに 1 つ)に送られるか、またはデジタルモニタに直接送られます。ソフトウェアによって駆動され、CPU(またはその他の専用チップ)が適切なバイトをビデオメモリに書き込み、画像を定義します。最近のシステムでは、R、G、B の各コンポーネントに 8 ビットを割り当てることで、ピクセルの色値をエンコードします。RGB 情報は、ピクセルビット自体によって直接伝えられるか、またはインデックス付きカラーグラフィックモードが使用されている 場合は別のカラールックアップテーブルCLUT)によって提供されます。

CLUT は、特定の色を定義する R、G、B 値を格納する特殊なRAMです。各色には独自のアドレス (インデックス) があり、これは画像に必要なときに特定の色を提供する説明的な参照番号と考えてください。CLUT の内容は、色のパレットに似ています。インデックス カラーを使用する画像データは、CLUT 内のアドレスを指定して、特定のピクセルごとに 1 ピクセルずつ必要な R、G、B 値を提供します。もちろん、表示する前に、レンダリングする各画像に必要な色のパレットを定義する R、G、B 値を CLUT にロードする必要があります。一部のビデオ アプリケーションでは、このようなパレットをPAL ファイルに格納し(たとえば、 Age of Empiresゲームでは 6 種類以上のパレットを使用[18] )、画面上で CLUT を組み合わせることができます。

RGB24とRGB32

この間接的な方式では、画像のCLUTで利用可能な色数が制限されます。通常、RGB24 CLUTテーブルの各色はR、G、Bの原色それぞれに256個のコードを表す8ビットのみで構成され、16,777,216色となります。しかし、インデックスカラー画像ファイルのサイズは、原色ごとにピクセルあたり8ビットのみの場合よりも大幅に小さくなります。

ただし、最新のストレージはコストがはるかに低いため、画像ファイルのサイズを最小限に抑える必要性が大幅に軽減されています。 赤、緑、青の強度を適切に組み合わせることで、多くの色を表示できます。現在の一般的なディスプレイ アダプタは、各ピクセルに最大24 ビットの情報を使用します。つまり、1 コンポーネントあたり 8 ビットに 3 つのコンポーネントを掛けたものです (以下の「数値表現」セクションを参照 (24 ビット = 256 3、各原値は 8 ビットで値は 0 ~ 255)。 このシステムでは、16,777,216 (256 3または 2 24 ) 個の R、G、B 値の離散的な組み合わせが許可されており、何百万もの異なる (ただし、必ずしも区別できるとは限りません) 色相、彩度、明度の陰影が提供されます。 シェーディングの増加はさまざまな方法で実装されており、.png ファイル.tgaファイルなどの一部の形式では、4 番目のグレースケールカラー チャネルをマスキング レイヤーとして使用し、RGB32と呼ばれることがよくあります。

最も暗い部分から最も明るい部分までの明るさの範囲が比較的狭い画像では、原色あたり8ビットで良好な画質が得られますが、極端な画像では、原色あたりより多くのビット数と高度な表示技術が必要になります。詳しくは、ハイダイナミックレンジ(HDR)イメージングをご覧ください。

非線形性

従来のCRT装置では、加速電子の影響による蛍光スクリーン上の任意の点の輝度は、電子銃制御グリッドに印加される電圧に比例せず、その電圧の膨張関数となります。この偏差の量はガンマ値()と呼ばれ、べき乗関数の引数として知られており、この挙動を厳密に記述します。線形応答はガンマ値1.0で与えられますが、実際のCRTの非線形性は2.0から2.5程度です。

同様に、テレビやコンピュータの表示装置の出力の強度は、R、G、Bに印加された電気信号(またはデジタル-アナログ変換器を介してそれらを駆動するファイルデータ値)に直接比例するわけではありません。一般的な標準2.2ガンマCRTディスプレイでは、入力強度RGB値(0.5, 0.5, 0.5)は、最大輝度(1.0, 1.0, 1.0)の50%ではなく、約22%しか出力しません。[19]正しい応答を得るために、画像データのエンコード時にガンマ補正が使用され、デバイスの色補正プロセスの一環としてさらに補正が行われる場合もあります。ガンマはカラーだけでなく白黒テレビにも影響します。標準的なカラーテレビでは、放送信号はガンマ補正されています。

RGBとカメラ

デジタル画像センサーのピクセルアレイ上のカラーフィルターのベイヤーフィルター配列

1990年代以前に製造されたカラーテレビやビデオカメラでは、入射光はプリズムとフィルターによってRGBの3原色に分離され、各色が別々のビデオカメラ管(または撮像管)に送られていました。これらの管はブラウン管の一種であり、CRTディスプレイのブラウン管と混同しないでください。

1980年代に商業的に実現可能な電荷結合素子(CCD)技術が登場すると、まず撮像管がこの種のセンサーに置き換えられました。その後、(主にソニーによって)高集積エレクトロニクスが導入され、中間光学系が簡素化され、場合によっては不要になったことで家庭用ビデオカメラのサイズが縮小され、最終的には本格的なカムコーダーの開発につながりました。現在のウェブカメラやカメラ付き携帯電話は、この技術の最も小型化された商用製品です。

CMOSまたはCCDイメージセンサーを使用するデジタルカメラは、多く場合、RGBモデルのバリエーションで動作します。ベイヤーフィルター配列では、緑には赤と青の2倍の検出器(比率1:2:1)が割り当てられ、色差解像度よりも高い輝度解像度を実現します。センサーには、赤、緑、青の検出器がグリッド状に配置されており、最初の行はRGRGRGRGRG、次の行はGBGBGBGBとなり、このシーケンスが後続の行でも繰り返されます。各チャンネルにおいて、欠落しているピクセルはデモザイク処理によって補間され、完全な画像が構築されます。また、カメラのRGB測定値をsRGBなどの標準色空間にマッピングするために、他の処理も適用されていました。

RGBとスキャナー

コンピュータにおいて、イメージスキャナとは、画像(印刷されたテキスト、手書き文字、または物体)を光学的にスキャンし、デジタル画像に変換してコンピュータに転送する装置です。フラットスキャナ、ドラムスキャナ、フィルムスキャナなど、様々な形式があり、そのほとんどはRGBカラーをサポートしています。これらは、初期の望遠写真入力装置の後継機と言えるでしょう。初期の望遠写真入力装置は、連続した走査線をアナログ 振幅変調信号として標準的な電話回線を介して適切な受信機に送信できました。このようなシステムは、1920年代から1990年代半ばまで印刷機で使用されていました。カラー望遠写真は、3つのRGBフィルター処理された画像が連続して送信されていました。

現在市販されているスキャナーは、一般的にCCDまたはコンタクトイメージセンサー(CIS)をイメージセンサーとして使用していますが、古いドラムスキャナーは光電子増倍管をイメージセンサーとして使用しています。初期のカラーフィルムスキャナーはハロゲンランプと3色フィルターホイールを使用していたため、1枚のカラー画像をスキャンするには3回の露光が必要でした。加熱の問題、特にスキャンしたフィルムが破損する可能性があるため、この技術は後にカラーLEDなどの非加熱光源に置き換えられました

数値表現

#FFCCCC#FFC0C0#FF9999#FF8080#FF6666#FF4040#FF3333#FF0000
#FFE5CC#FFE0C0#FFCC99#FFC080#FFB266#FFA040#FF9933#FF8000
#FFFFCC#FFFFC0#FFFF99#FFFF80#FFFF66#FFFF40#FFFF33#FFFF00
#FFFFE5#FFFFE0#FFFFCC#FFFFC0#FFFFB2#FFFFA0#FFFF99#FFFF80
#E5FFCC#E0FFC0#CCFF99#C0FFA0#B2FF66#A0FF40#99FF33#80FF00
#CCFFCC#C0FFC0#99FF99#80FF80#66FF66#40FF40#33FF33#00FF00
#E5FFE5#E0FFE0#CCFFCC#C0FFC0#B2FFB2#A0FFA0#99FF99#80FF80
#CCE5CC#C0E0C0#99CC99#80C080#66B266#40A040#339933#008000
#CCFFE5#C0FFE0#99FFCC#80FFC0#66FFB2#40FFA0#33FF99#00FF80
#CCFFFF#C0FFFF#99FFFF#80FFFF#66FFFF#40FFFF#33FFFF#00FFFF
#E5FFFF#E0FFFF#CCFFFF#C0FFFF#B2FFFF#A0FFFF#99FFFF#80FFFF
#CCE5E5#C0E0E0#99CCCC#80C0C0#66B2B2#40A0A0#339999#008080
#CCE5FF#C0E0FF#99CCFF#80C0FF#66B2FF#40A0FF#3399FF#0080FF
#CCCCFF#コッコッコ#9999FF#8080FF#6666FF#4040FF#3333FF#0000FF
#CCCCE5#C0C0E0#9999CC#8080C0#6666B2#4040A0#333399#000080
#E5E5FF#E0E0FF#CCCCFF#コッコッコ#B2B2FF#A0A0FF#9999FF#8080FF
#E5CCFF#E0C0FF#CC99FF#C080FF#B266FF#A040FF#9933FF#8000FF
#E5CCE5#E0C0E0#CC99CC#C080C0#B266B2#A040A0#993399#800080
#FFCCFF#FFC0FF#FF99FF#FF80FF#FF66FF#FF40FF#FF33FF#FF00FF
#FFE5FF#FFE0FF#FFCCFF#FFC0FF#FFB2FF#FFA0FF#FF99FF#FF80FF
#FFCCE5#FFC0E0#FF99CC#FF80C0#FF66B2#FF40A0#FF3399#FF0080
#FFE5E5#FFE0E0#FFCCCC#FFC0C0#FFB2B2#FFA0A0#FF9999#FF8080
#E5CCCC#E0C0C0#CC9999#C08080#B26666#A04040#993333800000番
#E5E5CC#E0E0C0#CCCC99#C0C080#B2B266#A0A040#999933#808000
#E5E5E5#E0E0E0#CCCCCC#C0C0C0#B2B2B2#A0A0A0#999999#808080
#FF0000#CC0000#C00000990000800000番#660000#400000330000番
#FF8000#CC6600#C06000#994C00#804000#663300#402000#331900
#FFFF00#CCCC00#C0C000999900番#808000#666600#404000#333300
#FFFF80#CCCC66#C0C060#99994C#808040#666633#404020#333319
#80FF00#66CC00#60C000#4C9900#408000#336600#204000#193300
#00FF00#00CC00#00C000#009900#008000#006600#004000#003300
#80FF80#66CC66#60C060#4C994C#408040#336633#204020#193319
#008000#006600#006000#004C00#004000#003300#002000#001900
#00FF80#00CC66#00C060#00994C#008040#006633#004020#003319
#00FFFF#00CCCC#00C0C0#009999#008080#006666#004040#003333
#80FFFF#66CCCC#60C0C0#4C9999#408080#336666#204040#193333
#008080#006666#006060#004C4C#004040#003333#002020#001919
#0080FF#0066CC#0060C0#004C99#004080#003366#002040#001933
#0000FF#0000CC#0000C0#000099#000080#000066#000040#000033
#000080#000066#000060#00004C#000040#000033#000020#000019
#8080FF#6666CC#6060C0#4C4C99#404080#333366#202040#191933
#8000FF#6600CC#6000C0#4C0099#400080#330066#200040#190033
#800080#660066#600060#4C004C#400040#330033#200020#190019
#FF00FF#CC00CC#C000C0#990099#800080#660066#400040#330033
#FF80FF#CC66CC#C060C0#994C99#804080#663366#402040#331933
#FF0080#CC0066#C00060#99004C#800040#660033#400020#330019
#FF8080#CC6666#C06060#994C4C#804040#663333#402020#331919
800000番#660000600000番#4C0000#400000330000番200000番190000番
#808000#666600#606000#4C4C00#404000#333300#202000#191900
#808080#666666#606060#4C4C4C#404040#333333#202020#191919
主要125色の16進数8ビットRGB表現

RGBカラーモデルにおける色は、赤、緑、青のそれぞれの成分がどれだけ含まれているかを示すことで表現されます。色はRGBの3成分(rgb)で表現され、各成分は0から定義された最大値まで変化します。すべての成分が0の場合、結果は黒になり、すべての成分が最大値の場合、結果は表現可能な最も明るい白になります。

これらの範囲は、いくつかの異なる方法で定量化できます。

たとえば、最も明るい彩度の高いは、さまざまな RGB 表記法では次のように表されます。

表記RGBトリプレット
算術(1.0, 0.0, 0.0)
パーセンテージ(100%、0%、0%)
デジタル8ビット/チャンネル(255, 0, 0)
#FF0000 (16進数)
デジタル12ビット/チャンネル(4095, 0, 0)
#FFF000000
デジタル16ビット/チャンネル(65535, 0, 0)
#FFFF00000000
デジタル24ビット/チャンネル(16777215, 0, 0)
#FFFFFF000000000000
デジタル 32 ビット/チャンネル(4294967295, 0, 0)
#FFFFFFFF0000000000000000

多くの環境では、範囲内の成分値は線形(つまり、数値とそれが表す強度が非線形の関係にある)で管理されません。例えば、デジタルカメラやテレビ放送受信では、ガンマ補正が用いられます。[20]線形および非線形変換は、多くの場合、デジタル画像処理によって処理されます。ガンマ補正を用いる場合、成分あたり8ビットの表現で十分であると考えられています。 [21]

以下は、RGB 空間と HSI 空間 (色相、彩度、強度: HSI 色空間) の間の数学的関係です。

もし なら

色深度

RGBカラーモデルは、コンピューターで色をエンコードする最も一般的な方法の1つであり、いくつかの異なるデジタル表現が使用されています。それらすべてに共通する主な特徴は、成分(技術的にはサンプル)ごとの可能な値を、通常は0から2のべき乗マイナス1(2 n − 1)までの範囲の整数値のみを使用して 、いくつかのビットグループに当てはめることによって量子化することです。1色あたり1、2、4、5、8、16ビットのエンコードが一般的です。RGBカラーに使用されるビットの総数は、通常、色深度と呼ばれます。

幾何学的表現

RGBカラーモデルを立方体にマッピングしました。水平X軸は赤の値が左に向かって増加し、Y軸は青の値が右下に向かって増加し、垂直Z軸は緑の値が上に向かって増加します。原点である黒は、視界から隠れた頂点です。

通常、色は RGB モデルだけでなく、CIELABY'UVなどの他の色モデルでも 3 つの要素で定義されるため、3 次元 ボリュームは、要素値をユークリッド空間内の通常の直交座標として扱うことで記述されます。RGB モデルの場合、これは 0~1 の範囲の非負値を使用する立方体で表され、頂点 (0, 0, 0) の原点に黒が割り当てられ、3 つの軸に沿って強度値が増加し、対角線の黒の反対側の頂点 (1, 1, 1) の白まで上がります。

RGBトリプレット(rgb)は、立方体内、面内、または辺に沿った、指定された色の点の3次元座標を表します。このアプローチにより、 2つのRGB色間の距離を計算するだけで、それらの色の類似度を計算できます。距離が短いほど、類似度が高くなります。色域外の計算もこの方法で実行できます。

ウェブページデザインにおける色彩

当初、ほとんどのビデオハードウェアの色深度が限られていたため、Netscape Color Cubeで定義された216色のRGBカラーパレットしか利用できませんでした。Webセーフカラーパレットは、赤、緑、青の216(6の3乗)の組み合わせで構成され、各色は6つの値(16数)のいずれかになります。#00、#33、#66、#99、#CC、#FF(前述の各値の範囲は0~255)です。これらの16進値は0、51、102、153、204、255で、10進数では0%、20%、40%、60%、80%、100%に相当します。 216色を6次元の立方体に分割するには、この方法は適切であるように思われます。しかし、ガンマ補正がないため、標準的な2.5ガンマのCRT/LCDで知覚される輝度は、0%、2%、10%、28%、57%、100%のいずれかになります。実際のウェブセーフカラーパレットを見れば、生成される色の大部分が非常に暗いことが視覚的に確認できます。[22]

24ビットディスプレイの普及により、HTML RGBカラーコードの1670万色すべてを使用することは、ほとんどの閲覧者にとってもはや問題ではなくなりました。HTMLのsRGBカラースペース(デバイスに依存しないカラースペース[23])は、 HTML 3.2で正式にインターネット標準として採用されましたが、[24] [25]それ以前から使用されていました。すべての画像と色は(別のカラースペースが指定されていない限り)sRGBとして解釈され、すべての最新ディスプレイはこのカラースペースを表示できます(カラーマネジメント機能はブラウザ[26] [27]またはオペレーティングシステム[28]に組み込まれています)。

CSSの構文は次のとおりです。

rgb(#,#,#)

ここで、#はそれぞれ赤、緑、青の割合を表します。この構文は、「background-color:」や(テキストの場合は)「color:」などのセレクターの後に使用できます。

現代のCSSでは広色域カラーが可能であり[29] 2023年以降、すべての主要ブラウザでサポートされています。[30] [31] [32]

たとえば、DCI-P3カラー スペース上の色は次のように表されます。

カラー(ディスプレイ-p3 # # #)

ここで、# はそれぞれ 0.0 ~ 1.0 の赤、緑、青の割合に等しくなります。

カラーマネジメント

特にプロの環境において色を適切に再現するには、生産工程に関係するすべての機器の色管理が必要であり、その多くはRGBを使用しています。色管理により、典型的な生産サイクル中に、工程全体で色の一貫性を確保するために、機器に依存しない色空間( sRGBXYZL*a*b*[23]と機器に依存する色空間(RGBおよびカラー印刷用のCMYKなど)との間で透過的な変換が何回も行われます。創造的な処理に加えて、デジタル画像に対するこのような介入は、特に色域が縮小されている場合に、色の正確さや画像の詳細を損なう可能性があります。プロのデジタル機器およびソフトウェアツールでは、このような損傷を最小限に抑えるために、48 bpp(ピクセルあたりのビット数)の画像(チャネルあたり16ビット)の操作が可能です。

Adobe PhotoshopなどのICCプロファイルに準拠したアプリケーションは、色空間間の変換時に、Lab色空間またはCIE 1931色空間のいずれかをプロファイル接続空間として使用します[33]

RGBモデルと輝度・色差形式の関係

NTSCYIQPALYUVSECAMYD B D R、コンポーネントビデオのYP B P Rなど、様々なテレビやビデオ規格で使用される輝度-色差フォーマットはすべて色差信号を使用しています。色差信号を使用することで、RGBカラー画像を放送/録画用にエンコードし、その後、再びRGBにデコードして表示することができます。これらの中間フォーマットは、既存の白黒テレビフォーマットとの互換性を保つために必要でした。また、これらの色差信号は、フルRGB信号と比較してデータ帯域幅が低く抑えられます。

同様に、 JPEGMPEGなどの現在の高効率デジタルカラー画像データ圧縮方式では、 RGBカラーを内部的にYC B C R形式(YP B P Rに基づくデジタル輝度・色差形式)で保存します。YC B C Rを使用することで、コンピュータは色差チャンネル(通常は4:2:2または4:1:1の比率)で非可逆サブサンプリングを実行できるため、結果として得られるファイルサイズが縮小されます。

参照

参考文献

  1. ^ ロバート・ハーシュ著 (2004). 『カラー写真の探求:完全ガイド』ローレンス・キング出版. ISBN 1-85669-420-8
  2. ^ フェアマン、ヒュー・S.、ブリル、マイケル・H.、ヘメンディンガー、ヘンリー(1997年2月)「CIE 1931等色関数がライト・ギルドデータからどのように導き出されたか」『カラー・リサーチ&アプリケーション22 (1): 11– 23. doi :10.1002/(SICI)1520-6378(199702)22:1<11::AID-COL4>3.0.CO;2-7. 1931年の会議に提出された最初の決議は、間もなく採用される標準観測者の等色関数を、波長435.8nm、546.1nm、700nmを中心とするギルドの分光原色を用いて定義した。ギルドは標準化技術者の観点からこの問題に取り組んだ。彼の考えでは、採用する原色は国家標準化研究所レベルの精度で製造可能でなければならなかった。最初の二つの波長は水銀の励起線であり、最後の波長は人間の視覚系において、スペクトル光の色相が波長によって変化しない領域に発生する。視覚色彩計でこのスペクトル原色の波長を製造する際にわずかな誤差が生じても、全く誤差は生じないと考えられた。
  3. ^ GrantMeStrength (2021年12月30日). 「デバイス依存のカラースペース - Win32 アプリ」. learn.microsoft.com . 2022年10月24日閲覧
  4. ^ クリーン、バックリー。「デバイスに依存しないカラー—誰がそれを望んでいるのか?」PDF) SPIE 2171 : 267。 2023年2月4日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2022年10月24日閲覧
  5. ^ Charles A. Poynton (2003). デジタルビデオとHDTV:アルゴリズムとインターフェース. Morgan Kaufmann. ISBN 1-55860-792-7
  6. ^ ニコラス・ボーゲン (2003). Lightwave 3d 7.5 ライティング. Wordware Publishing, Inc. ISBN 1-55622-354-4
  7. ^ abc RWG Hunt (2004). The Reproduction of Colour (6th ed.). Chichester UK: Wiley–IS&T Series in Imaging Science and Technology. ISBN 0-470-02425-9
  8. ^ 皇帝の写真家:セルゲイ・ミハイロヴィチ・プロクジン=ゴルスキー、アメリカ議会図書館。
  9. ^ 「カラー顔料印刷の進化」 Artfacts.org . 2013年4月29日閲覧
  10. ^ ジョン・ロジー・ベアード、「テレビ装置等」、米国特許、1928年に英国で出願。
  11. ^ ベアード・テレビジョン:クリスタル・パレス・テレビジョン・スタジオ。英国と米国における以前のカラーテレビのデモンストレーションは、閉回路経由で行われていた。
  12. ^ 「カラーテレビのテスト成功」NYタイムズ、1940年8月30日、21ページ。 2008年5月12日閲覧
  13. ^ 「CBSがフルカラーテレビを実演」ウォールストリートジャーナル、1940年9月5日、1ページ。
  14. ^ 「テレビ聴診器」NYタイムズ、1940年11月13日、26ページ。 2008年5月12日閲覧
  15. ^ モートン、デイビッド・L. (1999). 「テレビ放送」. 1945年以降の電子娯楽の歴史(PDF) . IEEE. ISBN 0-7803-9936-6. 2009年3月6日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。
  16. ^ 家庭用および類似の電子機器の相互接続要件:ペリテレビコネクタ(PDF) .英国規格協会. 1998年6月15日. ISBN 0580298604
  17. ^ 「コンポジットビデオとコンポジットシンクの違いとRGBビデオの謎を解明」www.retrogamingcables.co.uk . 2022年10月24日閲覧。
  18. ^ ディレクトリ検索
  19. ^ スティーブ・ライト(2006年)『映画とビデオのためのデジタル合成』Focal Press. ISBN 0-240-80760-X
  20. ^ エドウィン・ポール・J・トーザー(2004年)『放送技術者のための参考書』エルゼビア社ISBN 0-240-51908-6
  21. ^ ジョン・ワトキンソン (2008). デジタルビデオの芸術. フォーカル・プレス. p. 272. ISBN 978-0-240-52005-6
  22. ^ 適切なガンマ補正を適用していない色と、適切なガンマ補正を適用した色を並べて比較した図については、Doucette, Matthew (2006年3月15日). "Color List". Xona Games を参照してください。
  23. ^ ab 「デバイスに依存しないカラースペース - MATLAB & Simulink」。www.mathworks.com
  24. ^ 「HTML 3.2リファレンス仕様」1997年1月14日。
  25. ^ 「インターネットの標準デフォルトカラースペース - sRGB」。W3C
  26. ^ 「インターネットにおけるカラー管理」www.color-management-guide.com
  27. ^ 「Webブラウザで適切なカラーマネジメントを設定する方法 - Greg Benz Photography」gregbenzphotography.com . 2021年4月27日。
  28. ^ 「カラー管理について」。support.microsoft.com
  29. ^ 「Display-P3を使用したCSSでの広色域カラー」2020年3月2日。
  30. ^ 「"color" は使えますか… HTML5、CSS3 などのテーブルをサポートします。」は使えますか…
  31. ^ 「Display-P3を使用したCSSでの広色域カラー」2020年3月2日。
  32. ^ 「CSS color() 関数」。使用できますか?
  33. ^ King, James C. 「なぜカラーマネジメントが必要なのか?」(PDF) . 国際カラーコンソーシアム. 2008年4月16日閲覧. ICCシステムにはCIE-XYZとCIELABという2つのPCSがある。
  • RGBミキサー
  • デモ用カラー変換アプレット
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=RGB_color_model&oldid=1315743897"