ホワイトバランスとは何か?色のしくみから根本的に理解しよう!

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ホワイトバランス

デジタルカメラには、「ホワイトバランス」という設定項目がありますね。

これは「白を白くするための機能」と言われますが、「白は白のはずなのに、その白を白くするって、一体どういうこと!?」と思われるかもしれません。

確かに「白は白」であって、赤でも黒でもありません。

なのに、なんで「白」である白をわざわざ「白」にする必要があるのか、そして、なんで「赤を赤にする機能」でもなく、「黒を黒にする機能」でもないのか?

初めての人にとってホワイトバランスは、ちょっと「意味の分からない」機能ではないでしょうか。

この摩訶不思議な機能を理解するには、「そもそも色って何」ってところから入るのが最もわかりやすいでしょう。

なぜなら、プリセットの「蛍光灯」を選択したときにどうなる、「太陽光」を選択したときにどうなる、などと、個別のケースを「たくさん」覚えるよりも、それらを包括した「根本」であれば、「ひとつ」理解するだけで済むからです。

いきなりそんな「根本」なんて、ハードルが高い、と思われるかもしれませんが、それは全く逆で、物事は根本のほうがむしろシンプルだから、理解してしまえば簡単です。

逆に個別の要素のほうが煩雑で、覚えるのが大変です。

そして、根本は「シンプル」であるからこそ、いろいろなケースに応用可能なのです。

写真に限らず言えることですが、「意味も分からず」ただ手順をなぞるだけでは、本当の面白さがわかりません。

同じ「レンガを積む作業」でも、目的を知らずに積むのと、橋を作ると知って積むのでは出来上がりに差が出る、とCMでも言っていますね。

写真も同じことです

ホワイトバランスひとつとっても、意味を分かっていじるのと、意味も分からずいじるのでは、仕上がりに差が出るハズです。

写真の面白さは、自分がやっていることの「意味を知る」ところから始まります。

パターンを暗記するだけでは、その「意味」までは分かりません。

そして、根本をつかむということは、「意味を理解する」ということです。

というわけで早速、ホワイトバランスもその「根本」をつかみに行きましょう。

根本はシンプルなだけに、覚えておけば何かと応用が利きます。

photo:Yann Gar

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そもそも「色の違い」って何?

そもそも「色」の違いってなんでしょうか?

」と「黄色」が違うということは、すぐに分かることだと思いますが、なんで違うかはわかりますか?

それは赤と黄色では「波長」が違うからです。

じゃあ「波長」って何?

ご存知の通り、光は電磁波という「波」の一種ですね。

そして、「波」と言えば、「寄せては返す」です。

砂浜は~ ロマンティッ~ク 寄せては返す~♪と、「天才たけしの元気が出るテレビ」のオープニングでも歌われていましたね。

そして、「寄せては返す」の1サイクルの長さを「波長」といいます。

そして、その波長の違いが、そのまま色の違いです。

いろ~んな波長がある電磁波のなかで、人間の目が「色」としてとらえることができる波長は、だいたい380~780nm(ナノメートル)と言われています。

400nmあたりがだいたい「青紫」、500nmが「緑」、600nmが「オレンジ」、700nmが「赤」となっていますね。

見ての通り、色の違いとはそのまま、「波長」の違いです。

ものが「見える」仕組み

では次に、ものが「見える」って、どういうことでしょうか?

それは、「目」が光を受け止めて、その「波長」の違いを識別している、ということです。

もちろん「光」には、太陽や蛍光灯といった、「発光体」そのものだけではなく、それらの光を受けて跳ね返ってくる「反射光」も含まれます。

イスやテーブルやカーテンといった、それ自体が発光しない普通の「モノ」については、光がそれに当たって跳ね返ってくる「反射光」を目が受け止めて、それを識別しています。

つまり、直接光であろうと、反射光であろうと、モノを見るということは、最終的にはすべて、「光」を目が受け止める、ということです。全ては光です。

人が目で見て識別する「色の違い」は、つまり、人の目が受け止める光の「波長の違い」が全てです。

今目の前に見えるあれやこれや複雑微妙な色の違いは全て、光の波長の違いによって描き出されています。

ちなみに光には、「色」の違いのほかに、「強さ(明るさ)」の違いもありますが、今回は「色」の話なので、色だけに着目します。

色が「ある」ということと「ない」ということ

さて、「色」とはつまり、「光の波長」ということでしたが、実際の生活環境のなかでは、1コの波長のみが単一で存在するということはまずありません。

いろ〜んな波長がたくさん飛び交っているのが普通です。

例えば、もっともメジャーな光源といえる「太陽」ですが、その光をプリズムで分解してみると、虹の七色に分解されます。

プリズム

photo:Han Cheng Yeh

太陽の光からそれだけの色に分かれたということは、太陽の光の中にそれだけの色が含まれていた、ということですね。

それらの色がまんべんなく混在して、同時に目の中に飛び込んでくるから「白色」、つまり「どの色にも偏らない色」と、目には感じられるのです。

そうです、どの波長にも偏らず、「均等に」波長が存在する場合、その光の色は、「」になります。

パソコンやスマホのモニターは、赤・緑・青の小さな発光体の粒(ピクセル)が集まってフルカラーを表現していますが、その3色が等量に発光する場合の色は「白(グレー)」ですね。

(白とグレーの違いは、光の「強さ」の違いです)

そして、「白」というのは、「どの色でもない色」という意味で、「無彩色」とも呼ばれます。

「白」と「その他の色」の違い

そう考えると、「白」と「その他の色」の違いは、そこに含まれる波長の成分の「偏り具合」であると言えます。

その光の中に、「赤」の成分が多ければ、総体的にその光は赤く見え、「青」の成分が多ければ、青く見えます。

そして、そういった偏りのない、あらゆる波長が均等に存在する色がつまり、「白」です。

すなわち「白(ホワイト)」は、あらゆる色が「バランス」している状態であり、「その他の色」は、特定の色が突出している「アンバランス」な状態、と言えますね。

そして、「ホワイト」は、そのバランスをキープしたまま、光の「強さ(明るさ)」のみを減じていくとグレーになり、その最終的に行き着く先が、光が全くない「黒」です。

光源の色と、物体から反射してくる反射光の関係

さて、光源の色に「バランス」「アンバランス」があるように、それを反射する物体の反射面にもやはり、「バランス」「アンバランス」があります。

リンゴが赤く見えるのは、リンゴがそれを照らす光の「赤の成分」をより多く反射し、その他の色の成分をあまり反射しないからです。

紙が白く見えるのは、それを照らす光の全ての成分を、まんべんなく均等に反射するからです。

つまり、最終的に我々の目に届く光の色の成分は、「光源自体の偏り」と物体の「反射面の偏り」の総和なわけです。

たとえば、リンゴを青い光で照らしても、ちっとも赤く見えないですよね。

青いリンゴを~抱きしめても~ 思い出さえ~帰らな~い~♪と野口五郎も歌っているように、青い光で照らしても、赤い光は返ってこないのです。

そもそもの「照らす光」に、赤の成分が無いと、赤を反射したくてもできないのです。

リンゴを赤く見るためには、そもそもの照らす光に「赤の成分」が必ず含まれている必要があります。

同じように紙の白を白く見るためには、それを照らす光が、あらゆる波長が均等に含まれた「白い光」である必要があります。

なぜなら、紙の反射面は全ての色を、まんべんなく均等に反射するから、照らす光に偏りがあれば、それをそのまま反映してしまうからです。

照らす光に青の成分が多ければ、そのまま青の成分を多く反射し、赤の成分が多ければ、そのまま赤の成分を多く反射します。

要するに白い紙は、青の光に照らされれば青く見え、赤い光に照らされれば赤く見えるというわけです。

「人の目」と「カメラのセンサー」の違い

「そんなことはないよ、どんな状況でもリンゴは赤だし、紙は白だよ」と、こうおっしゃる方もいるでしょう。

しかし本当にそうですか?

白い紙をスタバの店内で見る時と、外に出て昼間の陽の光で見る時と、本当に「同じ色」ですか?

よく見ると違いますよね?

今までそんなこと気にもかけなかったから気づかなかっただけで、電球のオレンジっぽい光に満ちたスタバの店内と、日中屋外の太陽光の下では、確かに「同じ紙」の色が違って見えます。

そうです、人間は目の網膜というセンサーがとらえた色を「そのまま」見るわけではなく、「脳」という画像処理エンジンを通して見るのです。

「脳」という高性能画像処理エンジンによって、補正されて見えてしまうのです。

人間の脳には、これまでの経験の蓄積があり、「これはこうだった、あれはああだった」という、経験に照らし合わせながら生きています。

そうでなければ、マクドナルドで注文ひとつするのにも、毎回メニューの説明から入らなければいけません。

マクドナルドで何の説明もなく毎回スムーズに注文が完了するのは、これまでの経験の蓄積があるから、無意識にそれに照らし合わせて行動しているからです。

「色」についても、これまであらゆる光源下で見てきた、あらゆる色の膨大な蓄積があり、無意識にそれに照らし合わせて見ています。

ほとんど自動的に補完してしまうのです。

しかし、カメラはそんなことしません。

センサーに当たった光の色を、そのまんま数値に変換します。

そこには経験も蓄積もありません。文字どおり「機械的に」変換するだけです。

ですから、オレンジっぽい電球の下で撮影した写真は、そのオレンジっぽさを忠実に反映し、蛍光灯の下で撮影した写真なら、人間の目が感じないようなグリーンの突出した波長も忠実に反映した写真になります。

ホワイトバランスとは

さてようやく「ホワイトバランス」ですが、これはそんな、「補完作用」のないデジカメのための「補完作業」なのです。

人間は勝手に脳ミソが補完してくれますが、機械はそんなことしませんので、そこは人間の手で補完してあげる必要があるのです。

「アンタそれ黄色く写してますけど、ほんとはそれ白だからね」と教えてあげる必要があるのです。

そして、機械君にどのように教えてあげるのかというと、機械君はすべての色をRGB(赤・緑・青)の3色の「数値」で把握していますので、そこはやはり「数値」で教えてあげます。

まず、白いものを写します。

白というのは、「全ての色がバランスしている状態」でしたね。

ですから、その写したものを「白だよ」と教えるためには、「いま君が写したそれは、RGBすべて一緒だよ」と教えてあげればいいのです。

つまり、白い部分のRGB全ての数値を同じにすればいいのです。

ホワイトバランスの仕組み

「白」というのは、光源の偏りを忠実に反射する色でしたね。

ですから、ある光源下で白いものを撮ったその数値が、「R=248 G=212 B=203」とか出れば、それは光源の光が赤に偏っている、ということを表しています。

ですから例えば、その3つの数値の平均をとって「R=221 G=221 B=221」としてやれば、その赤に偏っていたアンバランスな光源を、バランスの取れた「白色光」の光源で撮ったように変換することができるのです。

その場の状況を「白色光に照らされた状況」に、カメラ内で変換することが出来るのです。

なぜ「ホワイト」バランスなのか

さて、最初の質問、「白は白のはずなのに、その白を白くするって、一体どういうこと!?」ですが、これについてはもうお分かりですね。

「白色光ではない光源下では、デジカメでは白は白に写らないから、白を白だと教えてあげる必要がある」

ということですね。

そして、赤を赤にすることによってバランスを取るのではなく、白を白にすることによってバランスを取るのは、白だけがバランスの取れたニュートラルな状態だからですね。

「赤」と呼べるのRGBの数値の組み合わせは、いくらでも考えられますが、「白」は、「全ての数値が同じ」という組み合わせだけです。

白以外のアンバランスなものに基準を取るのではなく、「真ん中」である白を基準に取り、そこからのズレでその他全ての色の位置を把握するわけです。

色がない「白」は、全ての色を内包した、いわば「すべてがそこから始まる色」です。

唯一のバランスの取れた白から、バランスを崩すことによって、あらゆる色が無限に生まれます。

白がすべての色の中心、というわけですね。

「ホワイト」と「グレー」の違い

さて、今までホワイトバランスは、「白」を基準にお話してきましたが、実際に手動でホワイトバランスを取る際は、「グレー」を取る、と言ったりしますね。

ここでは「ホワイト」と「グレー」の違いについてチェックしておきましょう。

なぜ「グレー」か?

実際にホワイトバランスを取るときは、「白いもの」ではなく、いわゆる18%グレーの「グレーカード」を写したりしますね。

それはなぜかと言うと、白は色のバランスの取れた無彩色の中でも、輝度で言うと「明るい方向」に振られています。

つまり、白は、「色」においてはバランスがとれていますが、「輝度」のバランスが取れていないのです。

輝度のバランスとはつまり、明るすぎる「白」でもなく、暗すぎる「黒」でもなく、その中間の「グレー」ということです。

「グレー」でホワイトバランスを取る意味

では、白でも黒でもなく、その中間のグレーでホワイトバランスを取る意味とはなんでしょうか。

2点、ご説明します。

色ごとの輝度のバラつきに対応するため

ホワイトバランスを取るための基準は「無彩色」である必要はありますが、その無彩色の中でも、明るいほうの偏り、つまり「白」を基準に取ると、撮影時の露出によってはRGBの一部のみが白トビということもありえます。

例えばタングステン光のように赤(R)だけが突出して高輝度の場合、Rだけがカメラの許容範囲を超える露出で記録不能となる一方、その他のGとBがカメラの許容範囲に収まる露出であれば、本来と異なるカラーバランスになってしまいます。

ほんとは赤はもっと赤いはずなのに、カメラの許容範囲を超えてしまうと、上限でストップしてしまい、本来の数値よりも低い数値になってしまうからです。

そしてそういった、RGBの輝度のバラつき具合は、一部高輝度・一部低輝度といろんなバラつき方があるので、上下どちらにバラついたとしても、同じように吸収できるちょうど真ん中、つまり18%グレーで取るのがベスト、となるわけです。

輝度ごとの色のバラつきに対応するため

また、光の色は、明るい「高輝度域」のバラつき方と、「中間域」のバラつき方、そして暗い「低輝度域」のバラつき方で、バラつき具合がまた違ったりします。

高輝度域では赤が勝っているけど、低輝度域ではシアンが勝っている、というように。

実際、商品撮影で厳密に色を合わせる場合には、グレーチャートを写しこんで、輝度域ごとにホワイトバランスを合わせたりします。

そして、1回でホワイトバランスを取るなら、白や黒といった偏った位置で取るよりも、それらから等量の位置にある「グレー」が、もっとも平均的な値が得られる、ということになりますね。

18%グレーの「18%」とは?

ちなみに、ちょうど中間のグレーは「18%グレー」と呼ばれています。

なんで18%というハンパな数字が真ん中なの?普通真ん中なら50%じゃない!?

と思われるかもしれませんが、これは写真における露出の単位である「段」が、「半分」とか「倍」とかによるものです。

どういうことかと言いますと、たとえば「100」という明るさがあったとすると、その1段下の明るさは、半分の「50」です。

そして、その「50」の1段下の明るさは、50の半分の「25」です。

というように、ある明るさの1段上は「倍」1段下は「半分」なのです。

これを反射率に言い直すと、100の明るさを100反射するのが「反射率100%(真っ白)」、100の明るさを全く反射しないのが「反射率0%(真っ黒)」です。(実際はあり得ませんが、理論上の話です)

そして、反射率100%から1段ずつ下がってくると、

「100%」「50%」「25%」「12.5%」「6.25%」「3.125%」…となります。

そうすると、「真っ白」と「真っ黒」のちょうど中間の反射率が、だいたい「18%」となり、「白と黒のちょうど中間のグレー」が「反射率18%のグレー」となるのです。

そして、18%グレーは「ちょうど真ん中のグレー」なので、それを撮影した画像のヒストグラムの山がちょうど中間にくれば、露出も適正であるという判断もできます。

物事の基準は「真ん中」から

「色」にしても「露出」にしても、「真ん中」を基準にすると、上にずらしたい場合にも下にずらしたい場合にも、どの方向にずらすにしても同じように対応できるので、ベストです。

「写ルンです」は、ISO感度も絞りもシャッタースピードも固定ですが、その設定は、

  • ISO感度=400
  • 絞り=F=10
  • シャッタースピード=1/140秒

となっています。

これは、露出オーバーになった場合でも、アンダーになった場合でも、同程度対応できる「ちょうど真ん中の露出」だからでしたね。

参考:写ルンですは実はスゴいフィルムカメラなのです

今回の話で言うと、「色」についての真ん中は「白色光」であり、「露出」についての真ん中は「18%グレー」です。

まとめ

さて、今回はホワイトバランスについての、ごく基本の基本でした。

ホワイトバランスは、「好みの色にするための機能」という使われ方が多く、その根本的なところはあまり話題にされないので、今まで「なんとなく」だった方は、少しクリアになったのではないでしょうか。

それでは、今一度おさらいしておきましょう。

ホワイトバランスとは

まず、写真に写ったり人間の目にモノが見えたりするためには、「」が必要です。

そして、その光はさまざまな「波長」によって成り立っています。

そしてその波長の違いはそのまま、光の「」の違いです。

そして、光の色には、あらゆる波長が均等に含まれた「白色光」と、ある特定の波長に偏った「色のある光」に分けられます。

そして、リンゴや紙、イスやテーブルといった「モノ」は、そんな光を「反射」することによって、色を表現します。

しかし、白色光以外の「波長に偏りがある光」は、その偏りを反射時に反映してしまうので、モノ本来の正確な色を再現できません。

白色光だけがどの色にも偏ってないので、モノ本来の色を正確に描き出すことができます

そして、人間の目は、光源の色に多少偏りがあったとしても、ある程度補正して見てしまいます。

光源の違いによる「違った色」を、違った色だと認識しません

でも、機械であるカメラのセンサーは、受け止めた光の色を機械的に数値に変換するだけです。

光源の違いによる「違った色」を、違った色のまま認識します

それを本来の色、つまり白色光下のニュートラルな色に変換することによって、人間の目にも「正しい色」と見せる作業。

それが「ホワイトバランスを取る」ということです。

ホワイトバランスの取り方

ホワイトバランスを取る方法は、「白いもの」を撮影し、それが「白」であることを、カメラに教えてあげる、という方法です。

「白いもの」は光源の色の偏りを正確に反映するので、その偏りを補正することによって、その光源に照らされた画面全体の偏りを補正する、というわけです。

そして、実際にホワイトバランスを取るときは、「白いもの」ではなく、18%グレーの「グレーカード」を撮影する場合がよくあります。

それは、18%グレーが、露出におけるちょうど真ん中であり、RGBの輝度のバラつきが上にズレたとしても、下にズレたとしても、そのズレを最大限吸収できる位置だからです。

また、輝度域ごとの色のバラつきに対しても、中間の18%グレーを基準にすることによって、もっとも平均的な値を取ることができます。

というわけで、ホワイトバランスの根本的な仕組みでした。

ホワイトバランスは、特に初めての人にとってはわかりにくい機能だと思いますので、この記事でまず「そもそも何?」というところを理解していただければと思います。

仕組みに対する理解が深まると、その機能をコントロールしている感覚も深まり、より写真に深みが増してきます。そして、撮る面白さも増してきます。

ホワイトバランスについては、オートやプリセットなど、また、色温度との関係や色カブリとの関係など、まだまだ詳しく解説できる要素があるので、次の機会にはそのあたりを解説したいと思います。

今回はこのへんで。