色温度

温度で光の色を表す

熱した物体は、温度が上がるにつれて、暗い赤からオレンジ、白、青白い色へと光の色が変わる。理想的な物体（黒体）が出す光の色は、温度だけで決まる。この関係を使い、光の色みを「同じ色に見える黒体の温度」で表したものが色温度である。単位は絶対温度のケルビン（K）を使う。

値が低いほど暖かい色、高いほど冷たい色になり、温度の高低と色の印象の向きは逆になる。色の「暖かさ」は見た目の印象の言葉であり、温度とは別の物差しだからである。

多くの照明は黒体ではないので、厳密には「もっとも近い色の黒体の温度」（相関色温度）で表す。蛍光灯や LED の「昼白色 5000K」のような表示も、この意味である。

色温度から RGB への変換

黒体の色は、温度から色度 $(x, y)$ を求め、それを RGB に変換して得る。デモでは、色度を温度の 3 次式で近似する方法（Kim らの近似）を使っている。求めた色度から、明るさを $Y = 1$ として XYZ を作り、sRGB のリニアな値に変換する。

$$X = \frac{x}{y},\qquad Y = 1,\qquad Z = \frac{1 - x - y}{y}$$

色温度の違いを比べるときは、ケルビンの差ではなく、逆数（ミレッド、$10^6 / T$）の差で考えることが多い。2000K と 3000K の違いは見た目に大きいが、8000K と 9000K の違いはわずかである。ミレッドでは前者が約 167、後者が約 14 の差になり、見た目の差に近い。デモの帯も、低い側が詰まって見えないよう、対数の目盛りで並べている。

ホワイトバランス

人の目は周りの光の色に順応し、電球の下でも白い紙を白いと感じる。カメラはそのままでは順応しないので、光の色を打ち消す補正（ホワイトバランス）を行う。光の色が $(L_r, L_g, L_b)$ なら、各チャンネルをその値で割ると、白いものが白に戻る。

// 色温度 K の光を、ホワイトバランス wb に合わせたカメラで写したときの光の色
const light = blackbody(K);  // リニアな RGB
const white = blackbody(wb);
const color = [light[0] / white[0], light[1] / white[1], light[2] / white[2]];

ホワイトバランスの値は、「この色温度の光を白として写す」という意味である。そのため、ホワイトバランスの値を下げると、カメラはより赤い光を想定して青みを足すので、写真は青く寄る。光の色温度とは向きが逆になるので、指示するときは「青みを打ち消して」のように、結果の見た目で伝えるほうが誤解が少ない。

見分け方と落とし穴

白い壁、白い紙、灰色の物を見ると、光の色みとホワイトバランスのずれが分かる。デモのカラーチャートの右端の列（白から黒の灰色）が色づいていれば、光の色が打ち消されていない。

画面の白（sRGB の白）は、約 6500K の光の色にあたる。そのため 5500K の昼の太陽光も、画面上ではわずかに黄色みを帯びて見える。場面の光をすべて同じ色温度にすると単調になりやすいので、主な光と補助の光で差を付けることが多い。