アブニー効果

アブニー効果または色相純度効果は、単色光源に白色光を加えたときに生じる知覚される 色相の変化である。 ^{[1] [2]}

白色光を追加すると、人間の観察者には単色光源の彩度が低下したように知覚されます。しかし、白色光の追加によって知覚される、より直感的でない効果は、見かけの色相の変化です。この色相の変化は、物理的というよりは生理学的な性質です。

白色光を加えることで生じる色相の変化は、1909年にイギリスの化学者で物理学者のウィリアム・デ・ウィヴレスリー・アブニー卿によって初めて説明されましたが、この日付は一般的に1910年と報告されています。白色光源は、赤、青、緑の光を組み合わせることで作成できます。アブニーは、色相の見かけの変化の原因はこの光源を構成する赤と緑の光であり、青色光の成分はアブニー効果に寄与していないことを実証しました。^[3]

色度図は、国際照明委員会(CIE)のXYZ 色空間を(x, y) 平面に投影した 2 次元の図です。X、Y、Z 値 (または三刺激値) は、テレビや写真で原色から色を作成するために RGB が使用されるのとほぼ同じように、原色から新しい色を作成するための重み付けとして使用されます。色度図を作成するために使用される x 値と y 値は、X と Y を X、Y、Z の合計で割ることによって XYZ 値から作成されます。その後プロットできる色度値は、主波長と彩度の 2 つの値に依存します。光エネルギーが含まれていないため、明度のみが異なる色は図上で区別されません。たとえば、低輝度 (多くの場合、彩度が低い) のオレンジである茶色は、そのようには表示されません。^[4]

アブニー効果は色度図でも説明できます。単色光に白色光を加えると、色度図に直線が現れます。このような直線に沿う色はすべて同じ色相を持つと認識されると考えられます。しかし実際にはそうではなく、色相の変化が認識されます。同様に、同じ色相を持つと認識される色 (純度のみが異なる) をプロットすると、曲線が得られます。^{[どれですか? ]}

色度図では、アブニー効果を考慮するために、知覚される色相が一定である線は曲線でなければなりません。^[5]したがって、アブニー効果を考慮して補正された色度図は、視覚システムの非線形^{[説明が必要]な性質をよく表しています。 [6]}また、アブニー効果は、色度図上のすべての直線を否定するものではありません。2つの単色光を混ぜても^{[どちらですか? ]}色相の変化が見られない場合があり、そのため、色度図では、混合の異なるレベルを直線でプロットするのが適切であることが示唆されます。^[7]

視覚系の対立過程モデルは、2 つの彩度神経チャネルと 1 つの無彩度神経チャネルから構成されます。 ^[8] 彩度チャネルは、赤緑チャネルと黄青チャネルから構成され、色情報を伝達します。無彩度チャネルは、輝度、つまり白黒の識別を担っています。色相と彩度は、網膜神経節細胞からの軸索経路からなるこれらの神経チャネルの活動量の変化によって知覚されます。^[8]これら 3 つのチャネルは、色に対する反応時間と密接に関係しています。無彩度神経チャネルは、ほとんどの状況下で彩度神経チャネルよりも応答時間が速くなります。これらのチャネルの機能はタスクに依存します。一部の活動はどちらか一方のチャネルに依存しますが、他の活動は両方のチャネルに依存します。有色刺激が白色刺激と加算されると、有色チャネルと無彩度チャネルの両方がアクティブになります。無彩度チャネルは、異なる輝度に適応する必要があるため、応答時間がわずかに遅くなります。しかし、この遅延した反応にもかかわらず、無彩色チャネルの速度は有彩色チャネルの速度よりも速いままである。^[5]これらの刺激が加算された状態では、無彩色チャネルから発せられる信号の大きさは、有彩色チャネルのそれよりも強くなる。無彩色チャネルからのより速い反応とより高い振幅の結合は、反応時間が刺激の輝度と彩度レベルの両方に依存する可能性が高いことを意味する。^[5]

色覚に関する従来の説明では、色相知覚の違いは、観察者の生理に固有の基本的な感覚であると説明されている。しかし、特定の生理学的制約や理論では、それぞれの固有の色相に対する反応を説明できなかった。このため、観察者のスペクトル感度と錐体細胞の相対的な数は、異なる色相を知覚する際に重要な役割を果たしていないことが証明されている。^[9]おそらく、環境は、個人間の異なる生理学的特徴よりも、固有の色相の知覚に大きな役割を果たしている。これは、長期間にわたる色環境の違いに応じて色の判断が変わる可能性があるが、加齢や網膜に影響を与えるその他の個人の生理学的要因にもかかわらず、色環境が同じであれば、これらの同じ有彩色および無彩色の判断は一定に保たれるという事実によって裏付けられている。^[10]

ベゾルト・ブリュッケ効果と同様に、アブニー効果は色相知覚段階に対する錐体細胞反応（LMS）間の非線形性を示唆している。^[11]

色の彩度、つまり色の淡さの度合いは、比色純度と関係があります。比色純度の方程式は、P = L /( L _w + L )です。^[12]この方程式で、L は色光刺激の輝度、L _{w は}色光と混合される白色光刺激の輝度です。 上記の方程式は、色光と混合される白色光の量を定量化する方法です。 白色光が追加されていない純粋なスペクトル色の場合、L は1 に等しく、L _{w は}0 に等しくなります。 これは、比色純度が 1 に等しくなり、白色光の追加が含まれる場合は常に、比色純度、つまりPの値が1 未満になることを意味します。 スペクトル色刺激の純度は、白、黒、またはグレーの刺激を追加することで変更できます。 ただし、アブニー効果は、白色光の追加による比色純度の変化について説明します。純度の変更が知覚される色相に与える影響を判断するには、純度が実験における唯一の変数であり、輝度は一定に保たれていることが重要です。

色相識別という用語は、目が色相の変化を検知するために必要な波長の変化を表すために使用されます。λ + Δλという式は、必要な波長調整を定義します。^[12]波長の小さな変化（< 2 nm）により、ほとんどのスペクトル色は異なる色相を帯びて見えるようになります。ただし、青色光と赤色光の場合、人が色相の違いを識別できるようにするには、はるかに大きな波長シフトが発生する必要があります。

アブニー効果を説明した最初の論文は、ウィリアム・デ・ウィヴェレスリー・アブニー卿によって1909年12月にロンドン王立協会紀要シリーズAに掲載されました。^[3]彼は、色の視覚的観察が蛍光モデルを使用したときに写真で得られた支配的な色と一致しないという発見を受けて、定量的な研究を行うことを決意しました。

1900年代の実験で一般的に使用されていた色測定装置は、部分的に銀メッキされた鏡と組み合わせて使用​​され、1本の光線を2本に分割しました。^[13]この結果、同じ強度と色を持つ互いに平行な2本の光線が得られました。光線は白い背景に投影され、1.25インチ（32 mm）四方の光のパッチが作成されました。白色光は、有色光のパッチの1つ（右側のパッチ）に追加されました。2本の光線の経路にロッドが挿入され、有色面の間に隙間ができないようにしました。追加のロッドは、白色光が追加されないパッチ（左側のパッチ）に白色光が散乱する場所に影を作成するために使用されました。追加された白色光の量は、有色光の明度の半分として決定されました。たとえば、赤色の光源には、黄色光源よりも多くの白色光が追加されました。彼は赤色光のパッチを2つ使い始めましたが、実際、右側のパッチに白色光を加えると、純粋な赤色光源よりも黄色味が強くなりました。実験光源がオレンジ色のときも同じ結果になりました。光源が緑色のとき、白色光を加えるとパッチの外観は黄緑色になりました。その後、黄緑色の光に白色光を加えると、光のパッチは主に黄色に見えました。青緑色の光（わずかに高い割合の青）と白色光を混ぜると、青は赤みがかった色調を帯びて見えました。紫色の光源の場合、白色光を加えると紫色光は青みがかった色になりました。^[3]

アブニーは、結果として生じた色相の変化は、追加された白色光の構成要素である赤色光と緑色光によるものだという仮説を立てた。また、白色光線を構成する青色光は、見かけの色相の変化には影響しない無視できる要素だと考えた。アブニーは、赤、緑、青の感覚のパーセンテージ構成と明度の実験値を計算値とほぼ正確に一致させることで、この仮説を実験的に証明することができた。彼は、追加された白色光源だけでなく、さまざまなスペクトル色のパーセンテージ構成と明度も調べた。^[3]

神経による色彩コーディングの非線形性は、アブニー効果の古典的な理解と特定の波長の光に対する白色光の使用によって証明されており、過去に徹底的に研究されてきましたが、ネバダ大学の研究者によって新しい方法が試みられました。^[10]単色光に白色光を加えるのではなく、スペクトルの帯域幅が変化されました。この帯域幅の変化は、人間の目が知覚する色相の変化を識別する手段として、3 種類の錐体受容体を直接ターゲットにしました。^[14] この研究の全体的な目標は、色の見え方が目のスペクトル感度のフィルタリング効果によって影響を受けるかどうかを判断することでした。実験により、色相を知らせる錐体比は、光源の中心波長と一致する一定の色相を生成するように調整されることが示されました。また、実施された実験により、アブニー効果は光純度のすべての変化に当てはまるわけではなく、純度の低下の特定の手段、つまり白色光の追加に非常に限定されることが基本的に示されました。実施された実験では光の帯域幅が変動し、単色光の純度と色調を変えるという類似した、しかし異なる手段が用いられたため、結果の非線形性は従来見られてきたものとは異なっていた。最終的に研究者らは、スペクトル帯域幅の変動により、錐体細胞の感度と網膜前吸収によって課せられたフィルタリング効果を補正する受容器後機構が引き起こされ、アブニー効果は、ある意味では、自然には発生しない色を見るように目が騙され、したがってその色を近似しなければならないために発生するという結論に達した。アブニー効果を補正するためのこの近似は、広帯域スペクトルで経験される錐体細胞の励起の直接的な関数である。^[10]

アブニー効果を補正すると主張するカラープリンターの特許は1995年に公開されました。^[15]

現代の戦闘機のコックピットを設計する際には、アブニー効果を考慮する必要があります。画面に白色光が当たると、画面に表示される色の彩度が低下するため、アブニー効果を打ち消すために特別な配慮がなされています。^[5]

さまざまなレベルの白色光を加えることで、純粋な色と正確に一致するようにできるスペクトル色の幅広い配列が存在します。^[16]

アブニー効果が色覚中に偶然に生じる現象なのか、それとも目が色をコード化する方法において意図的な機能を果たすものなのかは不明です。

アブニー効果は、既知の色の見え方モデルではほとんど説明されていません。フェアチャイルドが色の見え方モデル（第3版）でレビューした多くのモデルのうち、ハントモデルとATDモデルだけがアブニー効果を予測します。^[17]

• 色彩外観モデル
• ホワイトポイント
• ベツォルト・ブリュッケシフト