16.視覚:色覚 color vision
§1.色調(color hue)、彩度(saturation)
色感の形作る要素のうち、明るさを別にし、さらに白味、黒味を問題にしない。
このときの要素が色調である。単色光の場合は、光りの物理的性質(波長)と
生理的色調の間に一定の関係がある。赤、燈、黄、緑、青、藍、紫の順に 650,
600, 575, 520, 470, 410 nm とだんだん波長が短くなる。
彩度は色の純度を表す。すなわち、白光色によって、いかにうすめられて
いないかの程度を示す。彩度の高い色は鮮やかである。
§2.色混合(color mixing)
ある色調の色を感じるには、単色光である必要はない。一般に3つの(単)
色光を選び、それを適当に混合するか、差し引くと、全ての色調を作ることが
出来る。これを混色(color mixing)という。差し引くということは物理的に
不可能である。色Bが色Aから色Cを差し引いたものという意味はBとCを加
えたものと、Aが等色出来るということである(Grassmanの法則)。
<図17−1>
§3.色の客観化−測色学
このことから、一方では色受容に関する説が生まれ、他方では色を客観的に
記述する学問が生まれた。すなわち、3つの原色(普通、 赤、緑、青)を選び、
それぞれの単位輝度を決める。このとき、全ての色は、3つの原色の単位量の
適当倍を加えれば、等色できる。すなわち、5R+3G+7Bのようにで
→ → →
ある。このことは、3原色の単位ベクトルをR,G,Bとしたとき、全ての色は
空間ベクトル
→ → → →
C=mR+nG+pB
で表すことが意味する。ここで、全部たしたものが1とし、
m : n : p
が同じならば、同じ色調の光であるから、
m n p
──────:──────:───────
m+n+p m+n+p m+n+p
の値が重要となる。この値をその色の三色刺激値という。逆に3色刺激値が
わかれば、その光の色調がわかる。
さらに、三色刺激値は等色というような面倒な操作をしなくても、分光エネ
ルギーの分布がわかればわかり、色は完全に客観的に記述することが出来る。
<図17−2>
<図17−3>
§4.色度図(chromaticity diagram)
上述のことから色調は、
m n p
→ → → →
Cu=──────R+──────G+──────B
m+n+p m+n+p m+n+p
で表せる。これはRGB時苦情の単位の長さの点を通る平面となる。この平面上
にすべての色を示すことが出来る。このように平面上に色を表したものを色度図
という。この色平面を直角の方向から見れば正三角形となり、(Maxwellの色三角
形)、又B軸の方向からみれば直角三角形となる。
このようにして作った色度図は、かならず、負の値が出てくる。そこで、仮想的
な軸すなわち、原色をつくり、全ての値が正となるように座標変換して、作った
色度図が一般に用いられている。
<図17−4>
<図17−5>
<図17−6>
<図17−7>
§5.色覚の機序−三色説(trichoromatic theory)
網膜の一定の場所に特定の色光が照射されたとき、それに相当する視野が特定の
色に見えるのは次のような機序による。
その場所には、スペクトル吸収率の異なる3種類の錐体がある。従って、1つの
色覚をあたえたとき、それぞれの錐体が吸収する光量子の数はことなる。従って、
それぞれの錐体に生じた受容器電位の大きさもことなり、さらに、それに持続して
いるニュ−ロンのインパルスの頻度もことなる。そのとき、この3種類の錐体から
発して、中枢に行くまでの路(channel)は独立(separate)している。この3つ
の channel を上行するインパルスの頻度の比で、我々の見える色が決まる。
このような考えは、Helmholzの3色説である。彼は、3つの色を選び、それを
混色すれば、地球上に存在するあらゆる色と等色できることから、この説を主張
した。
この考えは、更に近年、単一錐体の吸収スペクトルを測定することによって、
たしかめられた。特殊な装置をつかって、錐体外節の吸光スペクトルを測定すると
3種類ある。人では 445nm(青),535nm(緑),570nm(黄)に吸収スペクトルの
ピークを持つ(図17-8)。さらに、網膜錐体の受容器電位の大きさを指標にして、
各スペクトル光に対する効果を見ても、錐体には3種類あることがわかった。
<図17−8>
§6.中枢視覚系での色覚情報の変容
以上述べた3つの separate channel を上行する色覚情報は、中枢視覚系を上行
するに従って、変容する。
神経節細胞、外側膝状体ユニット活動を記録し、色光を与えたとき、その反応の
仕方から次の3つのユニットに分けられる。(図17-9)
<図17−9>
(イ)非色ユニット(non-color cell) どんな色を用いても受容野は on-中央、
off-周辺の余名指抗的な体制になっている。
(ロ)色反対ユニット(color opponent cell) 白色で反応せず。受容野に周辺なし。
緑-ON・赤-OFF、赤-ON・緑-OFFのように1つの色で興奮、その補色で抑制。
(ハ)二重反対ユニット(double opppnent cell) 白色ならば()と同じ。色光で
照射したとき。中心部を照射したとき()と同じ周辺部ではその反対。すなわち、
中心部、赤-OFF、緑-ON、周辺部、赤-ON・緑-OFF、
視覚領視覚領ユニットでは、
(イ)非色ユニット(non-color cell) 単純、複雑、超複雑細胞である。
(ロ)色反対ユニット 外側膝状体とおなじである。
(ハ)空間色ユニット(spatial color cell) side-by-side に小区あり、1小区で
は例えば red+, green-,他方ではそれと反対に red-, green+。
§7.色覚の精致化(elaboration) - Hering の反対色説
以上のような中枢視覚系での色情報の変容は、我々が色のついた物を見るときに、
その分解能を、時間的、空間的によくしていると考えられる。
時間的分解能の 精致化は color opponent cell によって生じると考えられる。
すなわち、Color opponent cells のように1つの錐体から興奮性入力、他方、
それの補色から抑制性の入力があるとする。赤刺激→興奮、次に緑が続くと抑制
して時間的分解能を高める。
一方、double opponent cell は空間的分解能を高めている。double
opponent cell は中心と周辺で異なる入力を受ける。このようなとき、赤面と
緑面の境界が強調される。したがって、色まで含めた周辺対比に役立っていると
考えられる。この事は、Heringの反対色説に相当すると考えられる。
<図17−10>
<図17−11>
§8.色盲(Color blindness)と色弱(Color weakness)
色は3つのchannelで感じられることを述べた。そのうち少なくとも1つ以上の
channel がやられると色弁別に支障を来す。これが色盲、色弱である。
(イ)全色盲(total color blindness) スペクトル光に対して色調を感じない。
すなわち、どの色の光も、1つの色で等色される。スペクトル視感度曲線は
正常人の時順応状態でのそれと一致する。プルキニエ現象はない。
(ロ)部分色盲(partialcolor blindness) 色調弁別に必要な要素の一部が欠損
しているものである。
(1)赤緑盲(red-green blindness) スペクトルの長波長部はすべて黄色、
短波長部は青色に感じる。両者の中間に灰色(無色帯 neutral zone)
がある。更に2つに分かれる。
(a)赤盲(第一盲:protanopia) 赤要素がやられらもの。スペクトル赤端暗い。
極大視感度は正常よりも短波長寄り。黄緑弁別できず。無色帯は青緑
(490nm)。
(b)緑盲(第二盲:deuteranpia) 緑要素がやられたもの。無色帯緑(500nm)
にある。その補色の赤紫が感じない。従って赤端部は明る い。
(2)青黄盲(第三盲:tritanopia) まれなもので、無色帯黄とその補色であ
る青緑から紫が同一色調(緑)として感じる。青と黄色の区別ができない。
色盲の程度の差でその障害の弱いものを、色弱(color weakness)という。赤色弱
(protanonalia)、緑色弱(deuteranomalia)、青黄色弱(tritanomalia)がある。
<図17−12>
<図17−13>