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色空間のいろいろ

 コンピュータで使われる色空間の種類と特徴を簡単に記載します。 より詳細な内容については,Poynton's Color FAQを参照してください。



  1. RGB
     コンピュータではおなじみのフォーマットです。 RGBは,Red(赤),Green(緑),Blue(青)という光の三原色を指しています。 PCなどでフルカラーと言う場合は,各色8bitずつのデータを持ち,計24bitのデータを使います(ものによっては,32bitカラーを使う場合もあります。)。
     8bit,すなわち256階調は,人間の目で境界を区別することができません。 このため,各色8bitずつ使うとフルカラーと言うことになりますが,あくまで色の境界の区別がつかないというだけの話であって,自然界に存在するすべての色を作ることができるという話ではありません。
     なお,RGB各色の値をすべて0にすると黒色に,逆にすべての値を255にすると白色になります。この点が,光の三原色(RGB)と下記で説明する色の三原色(CYM)の違いです。

  2. CMY(K)
     プリンターのインク,トナーカートリッジでおなじみのフォーマットです。 一般的に,Cyan(藍色),Magenta(深紅色),Yellow(黄色)の色の三原色に加え,blaK(黒)が使われています。
     光の三原色(RGB)が,各色を合わせると白色(又はグレー)になるのに対し,色の三原色(CYM)では,各色を合わせると黒色(又はグレー)になります。 印刷物では,正確な大きさや濃度で各色を混合しないと黒やグレーを再現できないので,K(黒)が用いられています。
     また,光の三原色と色の三原色では,各色に微妙な違いがあるため,プリンタドライバーの性能一つによって,ディスプレイ上の色を印刷物の色に再現する能力に違いが発生します。

  3. YUV
     TVやVTRなどの映像や,大半のビデオファイルに使われているフォーマットです。 YUVは,輝度信号と赤の色差,青の色差という2つの色差信号で映像を再現します。
     多くのほ乳類が色を識別できないことからも分かるように,ほ乳類の中では色に敏感な人間の目でも,彩度に対して鈍感です。 これは,ほ乳類がの祖先が,夜行生物として進化したことに起因します。 このため,鳥類やは虫類,昆虫などは,人間よりも色を識別する網膜細胞が多い傾向にあります。 これに対し,ほ乳類は,他の生物よりも明るさに反応する網膜細胞が多くある傾向にあります (しかし,数万人に一人ぐらいの確率で,鳥目であるけれども色に敏感な人もいるそうです。)。
     この人間の目の特性を利用して,明るさを重点的に再現し,色については黄色からの色差を使う簡便な手法がYUVです。

     ディジタルのYUVフォーマットは,YUV=X:X:Xという形で表されます。
    YUV=4:4:4
     水平方向4ピクセルにおいて,各ピクセルごとに輝度=8bit,2つの色差をそれぞれ8bitでサンプリングします。情報量は,1ピクセル平均24bitになります。
     各ピクセルごとに,輝度,色差ともに256階調でサンプリングしているため,最も元の映像に近いフォーマットです。

    YUV=4:2:2
     水平方向4ピクセルにおいて,輝度は各ピクセルごとに8bit,色差は2ピクセルごとに平均化して8bitでサンプリングします。情報量は,1ピクセル平均16bitになります。
     各ピクセルにおいて,輝度情報は256階調で記録されていますが,色差情報については隣のピクセルと混ぜ合わせた色として扱われるため,YUV=4:4:4と比べると若干色の境界が曖昧になります。

    YUV=4:2:0
     YUV=4:2:2でサンプリングしたのち,輝度情報はそのまま残し,色差情報を垂直方向に2ピクセル分平均化(サブサンプリング)して記録するフォーマットです。情報量は,1ピクセル平均12bitになります。
     各ピクセルにおいて,輝度情報は256階調のまま記録されていますが,色差情報については,横方向に2ピクセル,縦方向に2ピクセルの計4ピクセルで平均化されたデータが記録されています。

    YUV=4:1:1
     水平方向4ピクセルにおいて,輝度情報は各ピクセルごとに8bit,色差情報は4ピクセルの情報を平均化して8bitでサンプリングします。情報量は,1ピクセル平均12bitになります。
     情報量はYUV=4:2:0と同じですが,横方向にのみ色差情報が平均化されているため,YUV=4:2:0よりも色がぼやけた感じになるフォーマットです。


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