hirax.net::Keywords::「波長」のブログ

■「肌」と「昼の日差し」のスペクトル　

　夏の日差しを実感するようになりました。肌は日焼けして赤黒くなり、そんな肌はピリピリと痛く、熱っぽさすら感じます。そんな、夏の明るい景色を眺めていると、なぜか楽しくなります。

　痛いけれど日焼けする夏の日差しが気持良く感じる人もいる一方で、日焼けする夏を嫌う人も多いと思います。特に日焼けしたくない女性にとっては、夏は面倒でとても嫌な季節だったりするのかもしれません。

…と考えているうちに、ふと、夏の日差しを浴びる「肌の色」を眺めてみたくなったのです。そこで、２週間ほど前に作った「光スペクトル操作用のMathematicaライブラリ」にいくつかの色関数（スペクトル吸収関数）を追加してみました（サーバからダウンロードできるライブラリ更新は数日後になります）。追加したスペクトル吸収関数は、「血液」「カロチン」「メラニン」…といったもので、皮膚内部にある物質の吸収スペクトルを表現するための（単純化した）スペクトル関数を実装してみました。

　そういった色関数を組み合わせると、いろいろな「肌色」を眺めることができるます。たとえば、右上の図は、(どの波長も均等に含んでいるような)白色光源で照らした時に血液の反射スペクトルがどう見えるかを試しに計算してみたものです。

spectorPlot[transmissionSpector[
whiteLight, bloodColorFilter, 0.5]
]];

　ところで、こんな「色関数」を作り、適当で大雑把な「肌」を作って眺めてみました。すると、色温度6500ケルビンの標準光源、すなわち自然な昼光光源であるD65で、肌色を形作るメラニンや血液を照らしてみると、意外なほど「反射スペクトル」が平らになるものだ、と気づかされました。

　つまり、昼の日差しのスペクトルのうち、スペクトル強度が強い短波長領域では、メラニンや血液などの色吸収率が高く、その一方、「昼光」のスペクトル強度が低下する長波長域では、メラニンや血液などの色吸収率が低く、それらの結果として反射スペクトルが”結構”均等になるのだなぁ、と感じたのです。たとえば、右のスペクトルグラフが、昼光＝D65光源で皮膚を照らした時の反射スペクトルの例になります（ちなみに、右下のグラフがD65光源のスペクトルです）。

　それは、単に長波長領域の光は皮膚中で吸収されることが少なく、短波長の光が吸収される、というだけのことでしょうし、さらには、人によってメラニンの分布量・形状が異なり、反射スペクトルは全然違うわけで、こんな結果も一般的なものでは全くありません。

　けれど、「昼光の逆関数のような、まるで、強い日差しから身を守るかのように最適化されたような皮膚の吸収スペクトル」を適当に作ったライブラリ関数が生成したのを眺めたとき、とても不思議なくらい新鮮さ・意外な面白さを感じたのです。

■「色が変わるガーネット」と"Spectrum Color Conversion"　

　深紅のルビーや青や緑のサファイヤ、つまりは宝石「コランダム」を眺めていると、宝石「ガーネット」に目を惹かれました。コランダムにも色々な色のものがあるのと同じように、ガーネットにもさまざまな色を呈するものがあります。そんな中で、目を惹かれたのは”色が変わる”カラーチェンジガーネットです。

　陽の光の下や白熱灯の下で、あるいは、蛍光灯の下で・・・つまり、その時々の照明光・環境光に応じて違う色姿を見せる「カラーチェンジガーネット」は実に魅力的に見えます。

　ガーネットを照らす光の波長強度分布の関係と、ガーネットの光吸収率分布と、さらにそのガーネットを見る人の色覚・色認識の機構が掛け合わされることで、カラーチェンジガーネットはその色を状況に応じて変えるのでしょうか。そして、その色の変わり具合が激しいのがカラーチェンジガーネットなのでしょうか。

　そういえば、以前光スペクトルデータ操作用のMathematicaライブラリを作ってみたり、そのWEBアプリケーション版のSpectrum Color Conversionを動かしてみました。こんなカラーチェンジガーネットを見ると、その色がどのようなもので・どのように感じているのかを、自分の指でMathematicaのコードで書き下ろしてみたくなります。そして、その「色」の仕組みを頭の中でも納得してみたくなります。

　・・・と思いを巡らせているうちに、ふとそんな色を楽器でコードで奏でたら、指で弦をつまびいてみたら、それは一体どんな音になるのだろうか・・・とふと思ったりもしました。

■「プリンタで偽造したナンバープレート」と「速度取り締まり機の撮影波長」　

　スラッシュドットで「レーザープリンタで光沢紙に車のナンバープレートを出力し、スピード違反取締りカメラを騙す」という記事を読んだ。この記事を読んでふと疑問に感じたのが、「プリンタで偽造したナンバープレート」をどの程度鮮明に「速度取り締まり機」で撮影することができるか、ということである。

　なぜかというと、レーザープリンタで使われるインク（トナー）は赤外光をほとんど吸収しないからである。カーボンブラックを使った黒いインクは赤外線を吸収するが、それ以外のマゼンタ・シアン・イエローといった色インクは赤外線をほとんどそのまま透過させてしまう。右下の図が、光の波長と透過率を示したグラフである(ディジタルハードコピー技術 P.119)。赤外線で眺めてみれば、カラーインクはほぼ透明に近いということがわかるだろう。

　一方、速度取り締まり機、オービスは赤外光で走る車を撮影する。つまり、カラーインクが光吸収しない波長領域で、ナンバープレートを見るのである。・・・ということは、もしもナンバープレートに描かれた「緑色の文字」をイエローとシアンのインクで描いたなら、それはオービスにとってみると「淡い色の文字」にしか見えそうにない。

　実際には暗い緑色を描くために黒インクも使われるだろう。しかし、もしも、イエローとシアンだけを使ってプリントしたなら、そのナンバープレートに描かれた文字は、オービスにはほとんど判別できない（透明）色になってしまいそうだ。人間が見ると、白地に緑色の（それほど不自然でない）ナンバープレートに見えるにも関わらず、である。

　一体、「プリンタで偽造したナンバープレート」は「速度取り締まり機」で眺めてみると、一体どのように見えるのだろうか。どのくらい違って見えるのだろうか。

　自分の目で見たものと他人の目が見るものが違うように、自分の目で見るものと機械が同じとは限らない。機械にはどんな風に見えるのか想像してみて、そして、検証してみることが大切なのだろう(参考リンク)。

■「プリンタで偽造したナンバープレート」と「速度取り締まり機の撮影波長」 実験編 Part.1　

　「プリンタで偽造したナンバープレート」と「速度取り締まり機の撮影波長」で、「赤外光をほとんど吸収しない通常のカラーインクで、ナンバープレートの緑文字を描いたなら、赤外線領域で撮影する速度取り締まり機・オービスからは非常に淡く見えそうだ。一体、プリンタで偽造したナンバープレートを速度取り締まり機で眺めてみたら、一体どのように見えるのだろうか」 と書きました。・・・疑問に思うだけで何もしないのはつまらないですから、実験をしてみることにしました。

　まずは、デジカメを改造します。デジタルカメラの撮像素子の前には赤外線を通過させない赤外線カットフィルタ（シート）が張られていますから、その赤外線カットフィルタを取り外してみます。

　そして、赤外線を撮影することができるようになったそのデジカメのレンズ前に、今度は赤外線だけを通過させる可視光カットフィルタ（右図）を貼り付けてみます。すると、「赤外線だけを撮影できるデジタルカメラ」ができあがります。このデジカメを使えば、「赤外線で見た車のナンバープレート」を撮影することができるわけです。

　とりあえず、今日は、ホワイトボードに黒色ペンと緑色ペンでプリンタで偽造したナンバープレートを模した絵を描いてみました。それが、一番上に貼り付けた写真です。そして、そのナンバープレートの絵を赤外線だけで撮影してみたのが右の写真になります。

　右の写真を見てみると、黒色ペンで描いた部分はハッキリ見えますが、緑色ペンで描いた部分はほとんど透明になってしまい、ナンバープレートの数字がほとんど見えなくなってしまうことがわかります。少なくとも、ホワイトボードとホワイトボード用色ペンで描いた「（いかにもバレバレですが）偽造ナンバープレート」は、速度取り締まり機・オービスからは識別することができなさそうです。

■大人のための自由研究 「ビールの色」を調べてみよう!?　

　「大人のための自由研究 「７色/虹色のビール」を作ってみよう!?」でビールに色んな食用色素を混ぜ込んで、彩り鮮やかなカラフル・ビールを作ってみました。今日は「ビールの色」について調べてみることにします。

　「ビールの色」を決めるやりかたのひとつにAmerican Society of Brewing Chemistsが決めた430nmの波長の光がビール中を通過する間に「どのくらい吸収されるか」で表すというものがあります。430nmということは「青色」ですから、それはつまり、「青色に相当する波長の光をどれだけ吸収するか」でビールの色を表すというわけです。

　「青色の波長光が吸収された光はどのように見えるか」というと、それは「黄色」です。（色処理ライブラリを使って）「青色の波長光が吸収された光スペクトル」（左下図）をRGBに変換し、そのRGB色でビールジョッキ状の円筒形を描いてみると右下のようになります。こう眺めてみると、それは確かにビールの色にも見えてきます。

　

　処理コード:

beerColor=(whiteLight[#]*(1-yellowFilter[#]))&;
spectorPlot[beerColor] (* スペクトル図示 *)
rgb = spectorFitting[ beerColor,
  redLight, greenLight, blueLight ];(* RGB近似 *)
Graphics3D[{RGBColor[rgb], Opacity[0.6], Cylinder[]}]