色いろ域いき

典型てんけい的てきなCRTの色いろ域いき
灰色はいいろの中なかの馬蹄ばてい形がたはCIE 1931 xy色しょく度ど図ずに表示ひょうじされた人ひとに見みえる色いろの色いろ度どの範囲はんいである。色いろ付つきの三角形さんかっけいは、一般いっぱん的てきなコンピューターモニターで使用しようされるsRGB色いろ空間くうかんの色いろ域いきで、人ひとの見みるすべての色いろをカバーしているわけではない。三角形さんかっけいの3つの頂点ちょうてんはこの色いろ域いきをつくる原色げんしょくである。

色いろ域いき（しきいき、英えい: gamut, color gamut）は、コンピュータグラフィックスや写真しゃしんなどでの色いろのサブセットである。特定とくていの色いろ空間くうかんや特定とくていの出力しゅつりょく機器ききなど、与あたえられた状況じょうきょうで正確せいかくに表現ひょうげんできる色いろのサブセットを指さすことが多おおい。また、特定とくていの画像がぞうに使つかわれている色いろの完全かんぜんなセットを指さすこともある。この場合ばあい、写真しゃしんをデジタイズし、デジタイズした画像がぞうを別べつの色いろ空間くうかんに変換へんかんしたり、固有こゆうの色いろ域いきを持もつ出力しゅつりょく機器ききを使つかって出力しゅつりょくしたりすると、オリジナルの持もっていた色いろはその過程かていで失うしなわれることがある。

概要がいよう

英語えいごで色いろ域いきに相当そうとうする gamut は元々もともとは音楽おんがく用語ようごであり、メロディを構成こうせいする音おと高だかのセットを意味いみしていた。シェイクスピアの『じゃじゃ馬うまならし』でこの言葉ことばを使つかっているが、作曲さっきょく家かトマス・モーリーの影響えいきょうがあるとされることもある。1850年代ねんだいにはこの用語ようごを色いろの範囲はんいや色相しきそうに使つかうようになった。例たとえば、トマス・ド・クインシーは「斑むら岩がんは大理石だいりせきのように様々さまざまな色相しきそうの色いろ域いきが入はいり混まじっていると聞きいていた」と書かいている。

色いろ理論りろんにおいては、色いろ域いきとは機器ききや処理しょりで表現ひょうげんまたは再現さいげんできる色いろ空間くうかんの部分ぶぶんを意味いみする。一般いっぱんに色いろ域いきは色相しきそう-彩いろどり度ど平面へいめんで示しめされ、多おおくのシステムがその色いろ域内いきないで広範囲こうはんいの輝度きどで色いろを生成せいせいできるものとされる。さらに印刷いんさつなどの減法げんぽう混合こんごうの表ひょう色しょく系けいでは、照明しょうめいを考慮こうりょしないと可能かのうな輝度きどの範囲はんいを論ろんじることはできない。

ある色いろモデル内ないで表示ひょうじできない色いろがあるとき「その色いろは色いろ域外いきがいである(out of gamut) 」と言いわれる。例たとえば、RGBの色いろモデルに含ふくまれる純粋じゅんすいな赤あかは、CMYKモデルでは色いろ域外いきがいである。

可視かしな色いろ空間くうかん全体ぜんたいを再現さいげんできる機器ききは、カラーディスプレイや印刷いんさつ技術ぎじゅつに関かんする工学こうがくにとって未いまだ実現じつげんされていない目標もくひょうである。新あらたな技術ぎじゅつがよりよい近似きんじを可能かのうにしているが、複雑ふくざつすぎて実用じつよう的てきでないことが多おおい。

どの程度ていどで「十分じゅうぶん」なのかは、人間にんげんの知覚ちかくの限界げんかいとの関かかわりが重要じゅうようである。

デジタル画像がぞうを処理しょりするとき、最もっともよく使つかわれるのはRGBモデルである。RGBモデルで作成さくせいされたデジタル画像がぞうを印刷いんさつするには、RGB色しょく空間くうかんをプリンタのCMYK色しょく空間くうかんに変換へんかんする必要ひつようがある。このとき、RGBの色いろがCMYKで色いろ域外いきがいだった場合ばあい、CMYKの色いろ域内いきないの近似きんじした色いろに変換へんかんする必要ひつようがある。単純たんじゅんにCMYK色しょく空間くうかんからはみ出でた色いろだけをトリミングして印刷いんさつ先さきの色いろ空間くうかんの最もっとも近ちかい表現ひょうげん可能かのうな色いろにすると、画像がぞうの見みた目めが変かわってしまう。この変換へんかんで近似きんじを行おこなうアルゴリズムがいくつか存在そんざいするが、色いろ域外いきがいの色いろをその機器ききで出力しゅつりょくできないのはどうしようもなく、どれも完全かんぜんとは言いえない。そのため、色いろ空間くうかん変換へんかん処理しょりにおいて、画像がぞう内ないの色いろのうち対象たいしょうの色いろ空間くうかんの色いろ域外いきがいとなる色いろを素早すばやく識別しきべつすることは、最終さいしゅう的てきな画質がしつの向上こうじょうにとって非常ひじょうに重要じゅうようである。

色いろ域いきの表現ひょうげん

可視かし色しょく域いきと、sRGBおよび色いろ温度おんどを比較ひかくしたCIE 1931 xy色しょく度ど図ず

色いろ域いきは右みぎ図ずで示しめすように CIE 1931 xy色しょく度ど図ず内うちの領域りょういきとして表現ひょうげんすることが多おおく、曲線きょくせんの境界きょうかい線せんは単色たんしょくを表あらわしている。

一般いっぱんに色いろの再現さいげんには三原色さんげんしょくを使つかうことが多おおいので、色いろ域いきは三角形さんかっけいの領域りょういきとなっていることが多おおい。

しかし、実際じっさいの色いろ域いきは明あかるさも関係かんけいするので、完全かんぜんな色いろ域いきは左ひだりの図ずのように3次元じげん空間くうかんで表現ひょうげんしなければならない。

RGB色しょく域いき

自然しぜんの色いろの色いろ域いき

左ひだりの図ずは、コンピュータディスプレイなどで使つかわれるRGB色しょく空間くうかんの色いろ域いき（上うえ）と自然しぜん界かいの反射はんしゃ色しょく（下した）を示しめしている。灰色はいいろの線せんで描えがかれている円錐えんすい状じょうの部分ぶぶんは右みぎ上じょうのxy色しょく度ど図ずと大おおまかに対応たいおうし、それに明あかるさの次元じげんを加くわえている。

これらの図ずにある軸じくは、人間にんげんの目めにある短みじかい波長はちょう(S)、中間ちゅうかんの波長はちょう(M)、長ながい波長はちょう(L)の錐きり体たい細胞さいぼうの反応はんのうに対応たいおうしている。その他たの文字もじは、黒くろ(Blk)、赤あか(R)、緑みどり(G)、青あお(B)、シアン(C)、マゼンタ(M)、黄色おうしょく(Y)、白しろ(W)に対応たいおうしている。なお、この図ずは縮尺しゅくしゃく的てきには正ただしくない。

左ひだり図ずのRGB色しょく域いきの形状けいじょうを見みてみると、暗くらいところでは赤あか・緑みどり・青あおの三角形さんかっけいになっているが、明あかるいところではシアン・マゼンタ・黄色おうしょくの三角形さんかっけいになっており、最もっとも明あかるいところに白色はくしょく点てんがある。各かく頂点ちょうてんの正確せいかくな位置いちは、例たとえばブラウン管ぶらうんかんでは蛍光けいこう物質ぶっしつの発光はっこうスペクトルで決きまり、3種類しゅるいの蛍光けいこう物質ぶっしつの最大さいだい光度こうどの比率ひりつ（すなわちカラーバランス）に左右さゆうされる。CMYK色しょく空間くうかんの色いろ域いきは理想りそう的てきにはRGBとほぼ同おなじだが、頂点ちょうてんの位置いちは微妙びみょうに異ことなり、染料せんりょうの性質せいしつや光源こうげんに左右さゆうされる。実際じっさいプリンタのように走査そうさ型がたで印刷いんさつした色いろは、隣接りんせつする部分ぶぶんに付着ふちゃくした染料せんりょうが相互そうごに影響えいきょうしあい、紙かみからも影響えいきょうを受うける。また、理想りそう的てきな吸光スペクトルではないため、色いろ域いきが小ちいさくなり、その頂点ちょうてん部分ぶぶんも丸まるくなる。

自然しぜん界かいの反射はんしゃ色しょくの色いろ域いきもそれと似にたような丸まるい形状けいじょうとなっているが、印刷いんさつ色しょくよりもさらに丸まるい。 狭せまい帯域たいいきの周波数しゅうはすうだけを反射はんしゃする物体ぶったいはxy色いろ度ど図ずの境界きょうかい線せんに近ちかい色いろとなるが、それは同時どうじに非常ひじょうに反射はんしゃ光こうが弱よわい（暗くらい）ということになる。 明あかるいとxy色いろ度ど図ずのうちでアクセス可能かのうな領域りょういきはどんどん狭せまくなり、最終さいしゅう的てきに白しろの1点てんに収束しゅうそくし、その点てんではあらゆる波長はちょうが100%反射はんしゃされており、白色はくしょく点てんの座標ざひょうはもちろん光源こうげんの色いろで決きまっている。

色いろ表現ひょうげんの限界げんかい

物体ぶったい表面ひょうめん

理想りそう的てきな材質ざいしつのスペクトル

CIE標準ひょうじゅんの光ひかりの1つ、CIE FL4の CIE xyY における MacAdam limits

20世紀せいき初はじめごろ、色いろを制御せいぎょ可能かのうな形かたちで記述きじゅつする方法ほうほうが産業さんぎょう界かいで必要ひつようとされるようになり、光ひかりのスペクトルの測定そくていが可能かのうとなったことで色いろを数学すうがく的てきに表現ひょうげんする研究けんきゅうが行おこなわれるようになった。

ドイツの化学かがく者しゃヴィルヘルム・オストヴァルトは最適さいてき色しょく (optimal colors) の考かんがえ方かたを提唱ていしょうした。エルヴィン・シュレーディンガーは1919年ねんの論文ろんぶん Theorie der Pigmente von größter Leuchtkraft（高こう輝度きど顔料がんりょうについて）で、最もっとも飽和ほうわした色いろは可視かしスペクトル上じょうのゼロまたは完全かんぜんな反射はんしゃがもたらす刺激しげきによって生成せいせいされるとした（つまり、反射はんしゃスペクトルはゼロと100%の間あいだで高々たかだか2回かい遷移せんいする必要ひつようがある）。

したがって、2種類しゅるいの最適さいてき色しょくスペクトルが考かんがえられ、右みぎの図ずにあるようにスペクトルの両りょう端はしはゼロで途中とちゅうに1になる部分ぶぶんがある場合ばあいと、一方いっぽうの端はしでは1でもう一方いっぽうの端はしでゼロとなる場合ばあいがある。前者ぜんしゃはスペクトル色しょくのような色いろとなり、xy色しょく度ど図ずにおける馬蹄ばてい形がた部分ぶぶんに大おおまかに対応たいおうする。後者こうしゃは同おなじxy色いろ度ど図ずの直線ちょくせん部分ぶぶんに近ちかい色いろとなり（ただし、一般いっぱん的てきに彩いろどり度どが低ひくい）、だいたいマゼンタ系けいの色いろになる。

シュレーディンガーの業績ぎょうせきはデビッド・マクアダムとSiegfried Röschが受うけ継つぎ、さらに発展はってんさせた。マクアダムは、世界せかいで初はじめて CIE 1931 色しょく空間くうかんに明あかるさを Y = 10 から 95 まで10単位たんいで設定せっていし、最適さいてき色しょくの立体りったいの正確せいかくな位置いちを計算けいさんした。これにより、実用じつよう的てきな精度せいどで最適さいてき色しょくの立体りったいを描えがけるようになった。この業績ぎょうせきにより、最適さいてき色しょく立体りったいの境界きょうかい線せんを MacAdam limit と呼よぶようになった。

今日きょうでは、効率こうりつ的てきアルゴリズムで実用じつよう的てきな時間じかん内ない（最近さいきんのコンピュータでは1時じ間あいだ程度ていど）に高こう精度せいどに境界きょうかいを計算けいさんできる（明あかるさのレベル毎ごとに数すう百ひゃくポイント。マクアダムは明あかるさレベル毎ごとに12ポイントを計算けいさん）。 MacAdam limit は最もっとも飽和ほうわした（最適さいてきな）色いろが対応たいおうする境界きょうかい線せんであり、黄色きいろ以外いがいの単色たんしょくに近ちかい色いろは輝度きどが低ひくいところにあることを示しめしており、黄色おうしょくの輝度きどが高たかいのは、スペクトルの赤あかから緑みどりまでの長ながい部分ぶぶんを1とすることで単色たんしょくの黄色きいろに非常ひじょうに近ちかい色いろになるためである。

光源こうげん

加法かほう混こん色しょくシステムで原色げんしょくとして使用しようされる光源こうげんは、明あかるい必要ひつようがあるため一般いっぱん的てきに単色たんしょくには近ちかくない。すなわち、多おおくの光源こうげんの色いろ域いきは純粋じゅんすいな単色たんしょく（単たん波長はちょう）の光ひかりを作つくり出だすことが難むずかしいため、このようになっていると理解りかいできる。技術ぎじゅつ的てきに最良さいりょうの（ほぼ）単色たんしょくの光源こうげんはレーザーだが、高価こうかであり多おおくの場合ばあい現実げんじつ的てきでない。しかしながら、光ひかりエレクトロニクス技術ぎじゅつが成熟せいじゅくするにつれて、単一たんいつ縦たてモードのダイオードレーザーはより安価あんかになっており、ラマン分光ぶんこう法ほう、ホログラフィー、生物せいぶつ医学いがく研究けんきゅう、蛍光けいこう、複製ふくせい印刷いんさつ、干渉かんしょう法ほう、半導体はんどうたい検査けんさ、遠隔えんかく検出けんしゅつ、光ひかりデータストレージ、画像がぞう記録きろく、分光ぶんこう分析ぶんせき、印刷いんさつ、P2P自由じゆう空間くうかん通信つうしん、光ひかりファイバー通信つうしんなどの多おおくのアプリケーションが利益りえきを得えることができている。レーザー以外いがいでは、多おおくのシステムは多少たしょう大おおざっぱな近似きんじで高こう飽和ほうわ色しょくを表現ひょうげんしており、必要ひつような色いろ以外いがいの波長はちょうの光ひかりも含ふくんでいる。これは一部いちぶの色相しきそうで顕著けんちょに現あらわれることがある。

加法かほう混こん色しょくを使つかうシステムでは、色いろ域いきはおおよそ色相しきそう飽和ほうわ平面へいめん内ないの凸とつ多角たかく形がたとなる。この多角たかく形がたの頂点ちょうてんがシステムが生成せいせいできる最もっとも飽和ほうわした色いろである。

減法げんぽう混こん色しょくの場合ばあい、色いろ域いきはもっと不規則ふきそくな形かたちになる。

各種かくしゅシステムの比較ひかく

CIE 1931 xy色しょく度ど図上ずじょうの一部いちぶのRGBとCMYKの色いろ域いきの比較ひかく

CIE xyY色しょく空間くうかんに投影とうえいされたsRGB色いろ域いき（左ひだり）と、D65照明しょうめい下かの可視かし色しょく域いき（右みぎ）。横よこ軸じくがxとy、縦たて軸じくがYを示しめす。

代表だいひょう的てきなカラーシステムを、色いろ域いきの大おおきいものから順じゅんに、以下いかに示しめす：

• レーザープロジェクターは、三原色さんげんしょくのレーザーを使つかい、レーザーが完全かんぜんな単色たんしょくの原色げんしょくを発はっすることができるため現在げんざい実用じつよう化かされているディスプレイ装置そうちとしては最もっとも広ひろい色いろ域いきを実現じつげんしている。映像えいぞう全体ぜんたいを1ドットずつ走査そうさし、CRTの電子でんしビームのようにレーザーを高周波こうしゅうはで直接ちょくせつ変調へんちょうする方式ほうしきと、レーザーを光学こうがく的てきに拡散かくさんさせて変調へんちょうし、1ラインずつ操作そうさする方式ほうしきがあり、このラインはDLPプロジェクターと同様どうようの方法ほうほうで変調へんちょうされる。レーザーはDLPプロジェクターの光源こうげんとしても使用しようすることができる。三原色さんげんしょく以上いじょうのレーザーを加くわえれば、さらに色いろ域いきが広ひろがり、ホログラフィーにも応用おうようされている。
• DLP技術ぎじゅつ（Digital Light Processing）はテキサス・インスツルメンツの登録とうろく商標しょうひょうである。DLPチップには最大さいだい200万まん個このヒンジに取とり付つけられた顕微鏡けんびきょうサイズの鏡かがみの長方形ちょうほうけいのアレイが搭載とうさいされている。それぞれのマイクロミラーの大おおきさは、人間にんげんの髪かみの毛けの5分ぶんの1以下いかである。DLPチップのマイクロミラーは、DLPプロジェクションシステムの光源こうげんに向むかって傾かたむくか（ON）、離はなれる方向ほうこうに傾斜けいしゃする（OFF）。これによって、投影とうえい面めんに明あかるいピクセルと暗くらいピクセルが作つくられる。現在げんざいのDLPプロジェクターは、透過とうか色しょくの「パイ型がた」の高速こうそく回転かいてんホイールを使用しようして、各かくカラーフレームを連続れんぞくして表示ひょうじする。ホイール一いち回転かいてんで完全かんぜんな画像がぞうが表示ひょうじされる。
• 写真しゃしんフィルムはテレビやコンピュータや家庭かてい用ようビデオシステムなどよりも再現さいげんできる色いろ域いきが広ひろいという主張しゅちょうがある。
• LEDディスプレイや有機ゆうきELディスプレイは、三原色さんげんしょくそれぞれの独立どくりつした光源こうげんを用もちいている為ため、世間せけん一般いっぱんに広ひろく浸透しんとうしている表示ひょうじ機器ききの中なかではトップクラスの広こう色いろ域いき・高こう色しょく純度じゅんどを誇ほこる。
• ブラウン管ぶらうんかんなどはほぼ三角形さんかっけいの色いろ域いきを持もち、可視かし色しょく空間くうかんの主要しゅような部分ぶぶんをカバーしている。ブラウン管ぶらうんかんでの制約せいやくは、三原色さんげんしょく（赤あか、緑みどり、青あお）を生成せいせいする蛍光けいこう物質ぶっしつの特性とくせいである。
• 液晶えきしょうディスプレイ (LCD) はバックライトの発はっする光ひかりにフィルタで色いろをつけている。したがってその色いろ域いきはバックライトの放射ほうしゃスペクトルに左右さゆうされる。典型てんけい的てきなLCDは冷ひや陰極いんきょく管かん (CCFL) をバックライトに使つかっている。発光はっこうダイオードや広こう色いろ域いきのCCFLをバックライトとしているLCDでは、ブラウン管ぶらうんかんより色いろ域いきが広ひろいものもある。しかしながら、一部いちぶのLCD技術ぎじゅつでは表示ひょうじ角度かくどによって表示ひょうじされる色いろが変化へんかする。IPS方式ほうしきないしen:Patterned vertical alignmentスクリーンは、TN液晶えきしょうよりも視野しや角かくが広ひろい。
• テレビ受像じゅぞう機きは通常つうじょう、CRT、LCD、LEDないしプラズマディスプレイを使用しようしているが、放送ほうそうの制限せいげんからカラーディスプレイの特性とくせいを十分じゅうぶんに活用かつようしていない一般いっぱん的てきな受像じゅぞう器きのカラープロファイルはITU規格きかくRec. 601を基もとにしている。HDTVは制限せいげんが少すくなく、ITU規格きかくRec. 709に基もとづいてわずかに改善かいぜんされたカラープロファイルを使用しようする。それでも、例たとえば同おなじディスプレイ技術ぎじゅつを使用しようするコンピューターディスプレイよりは多少たしょう狭せまい色いろ域いきとなっている。これは放送ほうそうではRGBの限定げんていされたサブセット（16〜233の範囲はんいの値ね）を使用しようするが、コンピューターディスプレイでは0〜255の全すべての値ねが使用しようされるフルRGBを使用しようするからである。
• 塗料とりょうや絵具えのぐは広告こうこくなどに使つかわれるが、元々もともと三原色さんげんしょく以上いじょうの様々さまざまな色素しきそがあるため、色いろ域いきはそれなりに広ひろい。塗料とりょうと電子でんし機器ききの性格せいかくの違ちがいから、電子でんし機器ききでは再現さいげんできない色いろも再現さいげんできる。
• 印刷いんさつは一般いっぱんにCMYK色いろ空間くうかん（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）を使つかう。黒くろを使つかわずに印刷いんさつする場合ばあいもあるが、それでもCMYKで表示ひょうじできる色いろ域いきは狭せまい。このため、原色げんしょく以外いがいの色いろのインクを追加ついかして色いろ域いきを広ひろげたりしており、オレンジ色しょくと緑色みどりいろ、ライトシアンとライトマゼンタなどが加くわえられる場合ばあいがある。また、複数ふくすうの着色ちゃくしょく材料ざいりょうの併用へいようで色いろを作つくると明度めいど・彩いろどり度どが低下ていかすることもあり、特色とくしょくと呼よばれる特定とくていのインクを使つかうこともある。
• モノクロディスプレイの色いろ域いきは、色いろ空間くうかん内ないの1次元じげんの曲線きょくせんとなる。

広こう色いろ域いき

Ultra HDフォーラムは広こう色いろ域いき（Wide Color Gamut, WCG）をRec. 709よりも広ひろいシステム色しょく域いき（原色げんしょく色いろ度どと、白色はくしょく点てん）を有ゆうするものと定義ていぎした。 一般いっぱん的てきな広こう色いろ域いきは次つぎの通とおり：

• Rec. 2020 – UHDTV向むけのITU-R勧告かんこく
• Rec. 2100 – HDRテレビ向むけのITU-R勧告かんこく（Rec. 2020と同一どういつの原色げんしょく色いろ度どと、白色はくしょく点てん）
• DCI-P3
• Adobe RGB

拡張かくちょう色しょく域いき印刷いんさつ

上記じょうきのようにシアン、マゼンタ、イエローおよびブラックを使用しようした印刷いんさつ範囲はんいは非常ひじょうに貧弱ひんじゃくである。

これに対応たいおうするため、様々さまざまな印刷いんさつ手法しゅほうが開発かいはつされ続つづけており、グリーン・オレンジを追加ついかしたヘキサクローム方式ほうしき、緑みどり、オレンジ、紫むらさきを含ふくむ3色しょくを追加ついかしたOGV印刷いんさつ、CMYKインキ自体じたいの再現さいげん領域りょういきを拡張かくちょうしたKaleidoが存在そんざいする。

外部がいぶリンク

• Using the Chromaticity Diagram for Color Gamut Evaluation by Bruce Lindbloom.
• Color Gamut Mapping book by Jan Morovic.