単なる記録にしろ、アートにしろ、写真は光を操ります。音がないと音楽が始まらないように、写真は光がないと成り立ちません。
ヒトは、光や色をどのように感じているのでしょうか。また、よく光の「明るさ」という表現が出てきますが、単位が不明確ですね。今回はそのあたりを。
関連
光に色は無い、脳が感じているだけ：色の不思議（1）
波長のない色、マゼンタ：色の不思議（2）
再現できない色がある：色の不思議（3）
ヒトは3色型色覚
自然界にある可視光線は、図1に示すように、およそ400nmから800nmの波長の光からなる、連続的なアナログデータです。
一方、 意外と奥が深い：デジカメの画像処理（1）のシリーズで紹介したように、デジダルカメラと現像処理では、最終的にJPEGデータとして、可視光線をRGB（赤、緑、青）の3つの色の256階調のデータとして記録しています。図2に示すように、RGB、それぞれの単色光、又はその組合せとして、ほぼ全ての色を見ているのです。例えば、デイスプレイでは、黄色や水色の光（単色光）を発色しているわけではありませんね。
図1 光のスペクトル Wikipedia を改変。
図2 光の3原色
（ ）の数値は、（R,G,B）の各色の明るさ（輝度）を256階調で示した数値。それぞれ最大値の単色又は混色としています。ちなみに、Whiteは白色という色ではなく、明るさが飽和した状態です。Wikipedia を改変。
■3色型色覚
実は、ヒトも同じような仕組みなのです。ヒトの目にある網膜にある色を感じる錐体には3 種類あって、それぞれでRGBの3色を感じる3色型色覚（trichromacy）になっています。
下図は、ヒトの錐体細胞のスペクトル感度（Wikipedia より）。最大感度を1とした相対的な感度分布を示しています。短波長 (S）、中波長 (M)、長波長 (L) を感知する3種類の錐体細胞があります。必ずしもRGBの色と対応しているわけだはないので、SMLとされています。
図3 ヒトの錐体細胞のスペクトル感度
上の図3、錐体の説明でよくある図ですが、最大感度を1として、相対的な感度分布を示しているため、実際の感度とは異なります。
下の図4は等色関数です。実際にヒトで測定した結果です。SMLは、ヒトのそれぞれの錐体細胞の感度に類似しています。ヒトは緑色を強く感じるため、M錐体（緑）を輝度の基準とし、その最大値を1.0としています。
図4 等色関数（実際のヒトの錐体の感度スペクトル）
デジタルカメラの記録やディスプレイの表示と同じように、3つの錐体細胞からの情報を脳で処理して、全ての光の色を感じているのです。
しかしながら、ヒトの錐体の感度曲線はMとLが近いことやそれぞれの感度強度が異なること、またオーバーラップしているため、単純なRGBの足し算ではありません。微妙な色表現が可能になります。
【動物の目】
ヒトの目は緑を感じる部分が多いと紹介しましたが、霊長類以外の哺乳類には、緑色のセンサーはなく、赤と青だけの2色型色覚（dichromacy）です。イヌやネコは、図2で示した緑や黄色、水色を感じることはないのです。緑多き自然の世界はどのように見えているんでしょうね。一方、鳥類は4色型となり、RGBに加えて、紫外線も感じることができます。紫外線が見えるなんて、日焼け対策にはいいかもしれませんね。
光に色はない、脳が感じているだけ
光の波長と色が関連することから、光に色があるように思えますが、光自体に色はありません。受け取る側で、例えば700nmの波長の光を赤色だと感じるように、波長を識別する色覚システムが、色として感じているだけなのです。
つまり色は物理量ではなく、心理的物理量なのです。絶対的、普遍的な値ではなく、知覚や感覚のように、人間の感覚によって左右される値なのですね。「心理」というと気分で変化するようなので、「感覚」のほうがぴったりくる感じですが。ちなみに、英語では、psychophysical value といいます。
心理的物理量 = 物理量 ☓ 心理量
例えば、下図のように、波長 590nm の単色光を見ても、波長 550nm の光（緑）と 700nm の光（赤）の2つの光（混合光）を見ても、どちらもヒトには黄色に見え、区別することはできません。つまり、色（黄色）という物理量はなく、ヒトが感じているだけなのです。
図5 光の波長とヒトの目
ヒトは、光の波長（物理量）を、脳内で色（心理的物理量）に変換して感じています。赤と緑の光を見ても黄色と感じることができます。
一面のキンポウゲ畑。ディスプレイの最小単位、サブピクセル（副画素）は、黄色ではなく、赤と緑の光を出しています。
光の「明るさ」も心理的物理量
光はエネルギーを持っており、その単位は、 J（ジュール）や W（ワット） といった物理量です。
一方、人間が感じる「明るさ」も色と同じく心理的な量（心理的物理量）なのです。下に示すように、光束、光度、輝度、照度は心理的物理量で、同じエネルギーの光でもヒトには波長によって感じる明るさが違い、エネルギーの量がそのまま明るさに比例しないのです。
単位時間あたりの光の放射エネルギーを放射束といいます。これは物理量であって、単位はワット（W）又はジュール／秒（J／s）です。
一昔前までは、電球の明るさの単位はワットでしたが、最近のLED電球では、ルーメン（lm）になりました。
ルーメ ンとは、光束の単位で、こちらは心理的物理量です。光のうち、人間が感じるのは、およそ400nm～800nm の波長だけなので、その範囲にある光（放射束）のことを光束といいます。当然、その波長以外の光（放射束）はいくらあっても光束にはなりません。
ちなみに、ある面積に入ってくる光（光束）をその面積で割ったものが照度です。こちらも心理的物理量で、その単位はルックス（lx）で、ルーメン／m2（lm／m2）です。
参考
1）Wikipedia CIE 1931 色空間 ：CIE1931表色系は、物理的な色と人間の知覚色の関係を定量的に定義した色空間です。
2）「色」は光にはなく、脳の中にある（ナショジオ）
最後に
自然光に波長はありますが、色はありません。ヒトの脳が色を定義しているだけなのですね。また、光の「明るさ」も光のエネルギー（物理量）そのものではなくて、人間が感じている物理量（心理的物理量）です。
色でさえ感覚的なものなので、形状などが加わる写真の「美しさ」はもっと感覚的なものでしょう。しかし、AIがディープラーニングで学習を重ねることで、ある程度は数値化されるかもしれませんね。
