加法混色とRGB
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自然界、及び人工的造形を問わず、世界には無限のカラーが有ります。
真っ白から真っ黒迄（いわゆるグレースケール）をとっても、その階調バリエーションは無限だし、まして色彩を含めたカラーバリエーションは無限の多様性を持っています。
しかしこの無限のカラーバリエーションも、ごく限られたキーカラーの一定の混合によって殆ど再現が可能です。
カラーの混合（混色）システムには、「加法混色（加色混合とも言う）」と「減法混色（減色混合）」の二種類有ります。
加法混色はTVやカラーモニタ等、色光の再現・表示に係わって来ます。又、人間の眼がカラーを感知する際の仕組みも加法混色です。
減法混色は絵の具の混ぜ合わせや、カラーインクによる印刷に係わる問題で、何れもコンピュータグラフィックの中心問題です。
加法混色、減法混色、何れもその基礎はスペクトルです。
■加法混色
加法混色は光の混合に関する問題であり、人間の眼がカラーを認識するシステムに係わってきます。
■色光の混合
■加法原色
「スペクトルとカラー」の復習になりますが、連続的に変化するスペクトルの、それぞれ1/3ずつの領域をまとめると、加法三原色、R・G・Bが得られます。
- 波長の長い方1/3は、R（赤）
- 中間1/3は、G（緑）
- 短い方1/3は、B（青）
■三原色光の混合
加法三原色の色光（R・G・Ｂ）を、適切な割合で再混合することによって、スペクトルに含まれるあらゆる色光を再現することが出来る、と言うのが加法混色の原理です。
※ 光の三原色
光を混ぜあわせて色を作る仕組みから、加法三原色のことを「光の三原色」とも言います。又その色の名前をそのまま並べて「RGBカラー」とも言います。
加法混色は、直接、光を混ぜ合わせることでカラーを作るシステム、舞台照明やカラーTV、コンピュータのモニタ画面表示等に利用されています。
■加法混色の考え方
加法混色の理解は比較的容易だと思います。
懐中電灯1個で照らすより、2個、3個と照明を増やすことで明るさが増しますが、イメージとしては同じことです。
照明の量が少ないうちは、その量を増やすごとに明るさも増して行きますが、ある程度になると、それ以上に照明を増やしても明るさは変わらない状況になります。
つまり飽和状態になった訳です。
加法混色においても、色光が 0 の状態（黒）から、加法三原色の最高輝度の混合による飽和状態（白）までの、様々な段階が有ります。
CG等、コンピュータのカラーシステムでは、R・G・B それぞれを256階調に分けることで、その組み合わせとして256の3乗、つまり16,777,216万色を表現できるようになっています。
■加法混色の種類
加法混色には次の三種類が有ります。
■ 同時的加法混色
加法混色の基本的な方式です。
左図のように、光が重なっている場合です。舞台照明、カクテル光線など。
一つの懐中電灯で照らすより二つの方が明るくなると同じ様に、光が重なれば重なるほど明るい混色が得られます。三色光を均等に最高輝度で混色した場合、白になります。三色の輝度が中間の場合、混合色はその輝度に応じたグレースケール(灰色）になります。
なおカクテル光線一個一個の光源は、通常カラーフィルタで色光を作っています。
このこと自体は「減法混色」です。
■ 併置的加法混色
非常に近い位置で隣り合っているカラーを見た場合、それらが一緒になって一つのカラーに見えます。
例えば、点描絵画、色の違う縦糸と横糸で折られた布の色等。
カラーTV・モニタ等も併置的加法混色です。
カラーモニタは、RGB3色にそれぞれ感応する蛍光体が並んでおり、そこに電子銃からのビームを走査させて発光させます。
我々は、ごく近い位置に並んだRGB三色を同時に見ることにより、その組み合わせで様々なカラーを感じます。
又、インクジェットカラープリンタ等も、次ページで説明する「減法混色」と合わせ、「併置的加法混色」を使い、様々なカラーを作り出しています。
■ 継時（続）的加法混色
違うカラーを連続的に見た時、交じり合って一つのカラーに見えます。
回転面に別々なカラーを配したコマを廻した時、カラーが交じり合って中間のカラーが出現すると言う様な場合です。
上記例のカクテル光線などは、光による混色で完全な加法混色と言えます。カラーの追加が明るさの上昇に繋がります。
しかし他の、併置的加法混色と、継時的加法混色の例は、別なカラーを追加するとその分他のカラーの配分が減り、従って明るさが増す、と言うことは有りません。
そのためこの二つの方式を「中間的加法混色」等とも言います。
ただし、併置的加法混色で有っても、カラーモニタは完全な加法混色と言えるかも知れません。つまり電子銃ビームの量を自由に調整することが出来、ビームが多くなる分、輝度が高くなります。
■加法混色の体系化（グラスマンの法則）
限られた加法三原色の混合だけで、あらゆる色を作り出せると言う、加法混色についての基本原理を実証し、体系化したものとして、「グラスマンの法則」（1853年）があります。
これは後に、CIE XYZ表色系の基礎ともなり、現在に応用されています。
※ 等色実験
グラスマンの法則を知る前に、等色実験について理解しておく必要が有ります。
下の図のように、用意された色光の組み合わせや強さを調整して、サンプル光と同じ色にすることを「等色」と言います。
遮蔽版で仕切られた下のスクリーンに様々な単色光を照射。
上のスクリーンには、R,G,Bの三色光（原刺激と言います）の量を、それぞれ適当に調整して混合照射。
双方を目視で比較する。
単色光 C に、どんな色を持ってきても、RGBだけの適切な混合によって全く同じ色を作り出せることが分かっている。
■ グラスマンの法則
1、色の三色性（グラスマンの第一法則）
加法三原色（R・G・B）の色刺激による加法混色によって、あらゆる色を作り出せる。
実は等色する色刺激は、独立した色つまり、どの1色も残りの2色の加法混色で作ることが出来ない色で有れば必ずしも、Ｒ、Ｇ、Ｂ に限らないが、通常はこの三色が使われる。
条件等色（メタメリズム）
ここで重要なことは、サンプル色光 C が、どのような波長によって構成された色かを問わず、R,G,Bの三刺激値によって「等色」されると言うことです。
550nm（緑）と650nm（赤）の波長を混合した光は、人間にとって黄色に感じられます。
或いは長波長域2/3のスペクトルを集めても黄色として感じます。
しかし又、 元々スペクトルには、600nm波長に単色光としての黄色があります。
つまり物理的には全く違う波長構成を持った光であっても、人間にとって「同じ色」だと感覚されるケースはいくらでも有り得ます。
波長構成がどのようであるかに関わらず、人間にとって同じに見えるサンプル色光 C は、全て、R,G,Bの同じ混合比で等色することができます。
これを条件等色（メタメリズム）と言います。
もう一つ重要なことは、サンプルCと等色する、R,G,Bの混合組み合わせは1種類しかない、と言うこと。
つまり原刺激を、R,G,Bと決めておけば、サンプルCの値は一義的に特定できる。
2、色の連続性（グラスマンの第二法則）
加法混色に用いる三つの色刺激のうちの、一つの混色量を連続的に変化させると、混色によって作られる色も連続変化する。
3、色の等価性と加法性（グラスマンの第三法）
色の等価性
等色している色光は、その波長構成がどのようなものであっても、加法混色において同じ効果をもたらす。
つまり、見え方が同じ色であれば、それがどのような波長構成の光であっても、加法混色に用いた結果は同じになる。
色の加法性
色の等価性から、色の加法性を導くことが出来る 。
上図「等色実験」において、サンプル色光Cに、別のサンプル色光C'を加えて出来た色光C-2は、色光Cと等色した原刺激R・G・Bに、色光C'と等色した原刺激R'・G'・B' を加えた原刺激-2と等色が成立する。
■ 視細胞とカラー認識
人間の眼が色彩を感知するシステムは加法混色です。
……と言うより、人間にそのシステムが備わっているからこそ、R・G・B 三色の混合であらゆるカラーを作り出せると言う現象が成り立つのでしょう。
条件等色（メタメリズム）からも分かるように、上記「グラスマンの法則」で表される、加法混色の法則性は、人間の眼が色を認識するシステムに基づいています。
つまり人間は物理的な光の組成ではなく、網膜上の3つの錐体への刺激をもとに色を感じているのです。
■ グラスマンの法則と錐体
人間の眼の網膜には、錐体と杆体という二種類の視細胞が並んでおり、色の認識は錐体が担っています。
人間の錐体は三種類あり、それぞれ長波長域、中波長域、短波長域の光に感応しています。
そしてその波長構成の違いを、この三種類の錐体への刺激として捉え、脳の中で色の感覚を作り出しています。
光に含まれる波長の構成により、三種類の錐体への刺激の割合が変化し、色の感覚信号となります。
このとき、三錐体への刺激が同じであれば、光の波長構成は違っても、眼は同じ色だと感覚するのです。
つまり物理現象としての光の波長特性を、必ずしも忠実に反映している訳では有りません。
例えば、600nmにピークを持つ1つの光と、550nm及び650nmピークを持つ2つの光との2つのケースが有った場合、各錐体が受ける刺激の比率は、どちらも同じと言うことが有り得ます。
錐体が受ける刺激の比率が同じ場合 、眼はこの2ケースの光の「色」を区別することが出来ず、どちらも同じ色、この場合では「黄色」と判断します。
このように三つの錐体が受ける刺激の比率によって、様々な「色」を合成して感じる訳ですが、その刺激は上記の様に、錐体の感度ピークに一致している必要は無く、特にどの波長の光でなければならない、と言うことも有りません。
錐体は色の違いを識別し視力も良いのですが、錐体が機能するためには多量の光刺激が必要で、暗いところでは機能しません。
つまり、暗いところでは色を感じることが出来ず、次に述べる杆体の機能である明暗の違いだけが感覚されます。
■ 杆体
杆体は一種類だけです。 従って光の波長構成の違いを区別することが出来ず、色の感覚を持つことが出来ません。 光の強度、つまり明暗の違いだけを識別します。
スペクトルの全領域に反応しますがピーク波長は約510nm。
光に対する感受性はきわめて高く、光子1個に対しても感応するそうです。 逆に昼間や明るい照明の元では、大量の光で飽和状態となり機能せず、錐体だけが機能しています。
杆体は専ら、暗いところでの視力を担っています。
※視細胞の分光分布
実線は錐体です。錐体は三種類あります。
点線は杆体の感度曲線です。ピークは510nm。
S錐体、又は青錐体（B錐体）
短波長域、400〜500nmに感受性を示し、ピークは430nm。
M錐体、又は緑錐体（G錐体）
中波長域、500〜600nmに感受性を示し、ピークは530nm。
L錐体、又は赤錐体（R錐体）
長波長域、550〜650nmに感受性を示し、ピークは560nm。
赤錐体のピークは必ずしもRed域では有りません、どちらかと言うと、黄緑から黄色域です。
■ 可視光線波長域の根拠
ではなぜ人間は、幅広い電磁波の波長域の中で、上記波長域にのみ感度を示し、「可視光線」となっているのでしょうか。
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太陽光線の波長分布
地上における日中の太陽光線の中で、もっとも強い波長領域がこの、760〜380ナノメータ近辺です。
人間を含む殆ど全ての生物が、種によって多少のぶれは有るにしても、この領域の電磁波に感度を示し、太陽光線のエネルギーを最大限に利用することに特化する形で進化してきたからでしょう。 - 分解能
もうひとつの理由として分解能の問題が有ります。
実は「波長」の長さはものを見分ける「分解能」と直接関係して来ます。その波長よりも小さいものは見分けることが出来ないのです。
光学顕微鏡では、可視光線の波長の制約で、どうしても1000倍程度にしか倍率を上げられず、それより小さいサンプルはさらに波長の短い電子顕微鏡を使うしかないのもそう言う理由です。
人間を含む全ての動物は、自分の体の大きさを基準にして、餌や敵を識別できる程度の波長域の電磁波に感度を示すよう、長い進化の過程で淘汰圧が掛かって来たのでしょう。