モノクロームの諧調について

質問

白黒画像の諧調はどのように実現されているのでしょうか。
単に光子の多寡でしょうか。
あるいはひとつひとつの光子に強弱があるのでしょうか。桿体細胞は、個々の光子を波長によって強弱という区分で認識するのでしょうか。

回答No.5

ichiro-hot · ベストアンサー

●＃３です。
　意味を理解していただきありがとうございます。
　光源から発射されるエネルギーE，距離Rとして，それが波として半径Rの球面上に均一に散らばるとすると単位面積当たりのエネルギーはE/πR^2となって、Rが天文学的距離とするとそれはほとんど０になるはずで、よほど近いところの星しか見えないはずだというのですけれどね。
　光子の数が多いときはシャボン玉の膜のように連続して広がっていき波の性質が強く出てくるけれど、いつかはシャボン玉がはじけるように水蒸気の水分子になっていくように、少なくなってくると粒子性がはっきりと出てくる、そんなイメージで捉えるようにしていますけど。さらに１個の光子も波と粒子の両方の性質を持つと考えないといけないようなので、光の２重性を正しく理解するのは難しいですね。
　天文も趣味の1つですが、夜空をみると、瞬間見えてはいるのだけど次の瞬間には光子がたどりつかず、目は見てるのだろうけれど、それは視覚として捉えられず、見えてないと思っている星がたくさん有るんだろうと・・・
　　『　見えぬけれどもあるんだよ
　　　　見えぬものでもあるんだよ　』
　　・・・金子みすずの『星とタンポポ』ですね。
　昼の明るいときに見る光と、夜空に見る星の世界と、実は光の違う二つの面を見てるのではないかな？
　人間はその2面性を、しっかり感覚細胞レベルの錐体細胞と桿体細胞の受光のしくみの違いとして、しっかり区別してとらえているというところが、すごいなぁと思ってしまうのですけど。
　桿体細胞は人間がはるか大昔の夜行性動物だったときの名残という説が有力ですね。光量の少ない夜間では、その色彩よりも物の形を見分けることのほうが重要で、そのためすべての可視光線を区別せずに単に明暗として認識するほうが有利だったということなのでしょうね。

回答No.4

fatbowler

光を波として表現します。
波長は色彩です。
波長が長い方が赤く、短い方が青く見えます。
可視光領域で、バランスよくいろいろな波長が含まれていると
無彩色に見えます。
強弱は振幅です。

ＴＶやモニタでは、Red、Green、Blueの光の三原色の強さを変えて
様々な色や明るさを表現します。
R、G、Bの強さを同じに保ったまま、連動して強くしたり弱くしたり
したのが白黒画像です。

・・・と、こういうことを聞きたかったのではないでしょうか？
あるいは、光子としての表現にこだわりますか？

補足

回答ありがとうございます。

みなさんからいろいろご回答いただいてから自分なりにも調べてみたんですが、電磁波に振幅の大小があるのかどうかわかりませんでした。
短波のほうが長波よりエネルギーが強いということは、振幅は一定と考えるべきなのでしょうか。振幅がまちまちだと速度は一定でもエネルギーはまちまちになってしまいそうです。
干渉による減衰や増幅といった現象があるということだから、この場合は融合してひとつになるという概念でよいのかもわかりません。

聞きたかったことは質問に書いたそのままです。錐体細胞が捉えるする色（波長）については質問外で、桿体細胞が捉える光の量的なものは、個々の光の強さなのか（たとえば紫が赤より白っぽく見えたりすることがあるのか）、あるいは数量的なものかということです。

回答No.3

ichiro-hot

●「夜空の星はなぜ見える」という本があり、それを読んだときのことを思い出しました。
　光が波だとすると何万光年もの距離があるときには単位面積当たりのエネルギーはどんなに明るい星でも目の明暗の認識可能な光量にならないのだそうです。だから光が波とすると夜空の星はほとんど見えなくなってしまうはずです。
　だから光は銃弾のようにバラバラと飛んできていて、その光の粒が運よく虹彩（ひとみ）の隙間を通り抜けて網膜に当たったときに明るく感じている、本当は光の粒子が感覚細胞に当たったときだけ見えているはずなのですが、1秒当たり30個ぐらい（ちょうど映画とかのように）の光の粒が当たり続けると人間の目にはずっとそこに光源が有るように見える、だから星からの光をひとつの細胞が少なくとも３０個以上は受け取っているということになるのだそうです。
　明暗視・薄明視はこれからすると、単位時間に桿体細胞が受け取る可視光領域の『光子数』ということになるのではないでしょうか。桿体細胞は色彩を区別できませんから、可視光量域の光子をすべて受け入れているのだろうと思います。

補足

回答ありがとうございます。

私もなにかで一定数量の光子が桿体細胞にぶつかると光が認識されるとかいった内容を読んだ記憶がありますがうろ覚えです。
やっぱり数でしょうか。そういえば黒はすべての波長の光を吸収して白はすべて乱反射する、だし、数でいいのかなー。

波だったら拡散するから宇宙空間に媒質ダークマターがあったとしても距離が遠いと光は届かないっていう意味でしょうか。なるほどそれはわかる気がします。

光の強弱は数だ！と誰がエラい学者さんが言ってくれてるとうれしいのですがｗ

回答No.2

foobar

白黒画像の諧調となると、光子の多寡が対応していると思います。
光子のエネルギーは波動として見たときの波長に対応しているでしょうから、どちらかというと色に関係しているように思います。（「白黒」ということは、光子のエネルギーはある一定の分布をもって存在している、ということを暗黙のうちに言っているように思います。）

お礼

さっそくのご回答ありがとうございます。
数ですか。
そういうのの研究論文とかって無いんでしょうか？個数をかぞえるのって難しいとは思うんですが。

回答No.1

noname#160321

>個々の光子を波長によって強弱
波長ではなく振幅です。
>光子の多寡
>ひとつひとつの光子に強弱がある
この辺は「ボーズ粒子」である光子の場合、どちらか「説明しづらい」らしいです。
と言うことは「フェルミ粒子」である電子や陽子は比較的「粒子」っぽいと言えるという意味でしょう。
私の能力では「光子の多寡」と「光子の強度」の違いを説明出来ません。

補足

さっそくの回答ありがとうございます。

『「光子の多寡」と「光子の強度」の違い』にまで疑問が追いついてませんので、説明が困難であるとしても、違いがあるのであれば、どちらがモノクロームの諧調に影響しているかを教えていただけるとありがたいです。

頭記の質問とは異なりますが、振幅とは波長と違うということでしょうか。
波長が横軸だとしたら振幅は縦軸という認識でよろしいでしょうか。
それがたとえば一個の光子の持つエネルギー量であってモノクロームの画像がより黒く見えたり白く見えたりすることに影響しているということでしょうか。
せっかく説明していただきましたが浅学のためぜんぜんわかりませんでした。