技術コラム
Technology Column

アピアランスに基づく照明設計
第 1 回 照度に基づく設計から輝度に基づく設計へ
Invitation to Appearance-based lighting design
1. Need to Change of Lighting Design from
Illuminance-based to Luminance-based

東京工業大学 環境 ･ 社会理工学院
教授 中村 芳樹
Tokyo Institute of Technology
Yoshiki Nakamura

1. はじめに
今では流通する照明用光源のほとんどが LED となった。LED は、導入当初こそ発光効率の高さが特徴であったが、フローのほぼ 100% が LED 照明器具となり、LED
単体の発光効率もほぼ 200 ℓm/W にまで上がって横並

図1

外部環境の物体が結像して目に見える

びとなり、限界といわれる 270 ℓm/W 程度にも近づいするという目の機構である（図 1）。小難しくいえば、3てきた。照明器具の訴求力をエネルギー消費効率だけに次元の外部環境が、2 次元の網膜像に射影変換され、そ求めることはそろそろ限界に近いだろう。おそらく照明

れが目に入力されている。大切なことは、そのような網メーカー各社とも、次にどのような形で訴求力を上げて膜像を基本データとして、われわれの視知覚が成り立っいけばよいかを、真剣に検討し始めていることだと思う。

ているということである。ただ、われわれの目に見える

そのような中、まず考えそうなものが演色性であろう。

外部環境は、あまりにもリアリティがあって、このよう

しかしながら、今ある演色性の評価指標を使って、旧来な陳腐な画像から成り立っていることに、正直なかなかの考え方に基づいて性能向上を図っても、その答えは容合点がいかない。しかしこの事実を疑う人は目をつぶっ

易に推定できる範囲のものでしかなく、分光分布を比較てみればよい。何も見えなくなり、物の見え方も判断で的容易に調整できるようになった現在では、それで大ききないはずだ。目をつぶることで失われるものは何か。

な差別化を図ることは難しいように思う。できればこれ

それは両目に結像された網膜像のみである。

を機会に「そもそも論」から始めてはどうか。これが筆者の提案である。

われわれは、このようにして外部環境を見ているわけであるから、見え方、すなわちアピアランスを考えるな

そもそも照明が必要とされるのは、光がなければ物がら、画像を考えなければならないことは明らかであり、見えないからである。そして物は、光が異なれば、さま

その画像は、後述するように、目に入射する光から構成

ざまな異なる見え方（アピアランス）を提供する。そうすされたもの、すなわち輝度の画像であって、照度ではな

ると、照明の良さを説明する最終的なロジックとは、「こい。そしてさらに、色を扱うとすると、輝度と線形関係

こでは物を～のように見せる必要がありますが、それににある色光（筆者はそれを測光色と呼んでいる）を扱わなは～のような光が必要で、それを提供するのが、この～ければならない。現実環境では、さまざまな輝度画像（測という照明器具を使った～のような照明設計です」とい光色画像）がさまざまなアピアランスを作り出している。

うものになるはずである。このロジックを展開するため

アピアランスには、視認性（見えやすさ）やグレア（まぶには、われわれが現実の物の見え方を正しく捉えているしさ）も含まれ、知覚される「明るさ」ももちろん含まれことが重要になるが、そのために基本的に重要なものが、る。筆者は、それらのアピアランスを直接調整すること

目に映る画像である。

を最終目標として、必要な光を考え、必要な照明設計を

人が物を見る基本的な機構は、ほとんどすべての読者行うことを目指しており、これをアピアランス・デザイがご存知の通り、外部環境の様子を網膜に像として結像ンと呼んでいる。最終的な照明の良さを説得するロジッ

2017.11

照明工業会報15

クは、このアピアランス・デザインに他ならない。これに考える読者も多いことだろう。しかしこれと類似の現が筆者の主張である。

象は通常の部屋でも十分起こりうる。

今回の技術コラムでは、このような考え方や、この考部屋が暗いというクレームを受けたとしよう。このとえ方に基づき具体的に輝度画像を扱う方法を、できるだ

き、とりあえず天井照明器具の全光束を上げれば、それ

け実務をイメージして順次紹介する予定である。ぜひこ

で暗いというクレームはほぼ解消できるように思える。

れらをご理解いただき、アピアランス・デザインを実務

しかしながら、すでに述べたように、宇宙空間におけるに役立てていただくことを期待したい。なお、今回の連手にあたるもの、すなわち光を有効に反射する壁や床と載では、複雑さを避けるため、色をできるだけ扱わない

いった面がなければ、いくら光の量を増やしても明るくことにしたい。

感じることはない。もし床のカーペットの色が暗ければ、すなわち床面が光を反射する効率が悪ければ、いくら光

2. 光は存在するだけでは目に見えない束を増やしても床面の輝度はほとんど上がらず、部屋を明るくすることはできない。ここでこの部屋に白い机を唐突だが、まず、光環境を設計する者が最も陥りやす置く。すると机の白い面が光を受けて高い輝度を持つこ

い誤りを指摘してみたい。それは「光は目に見えるものとになり、おそらく暗いというクレームが解消されるこである」という認識である。あまりにもキャッチーな表とになるだろう。暗いといクレームを受けたときの最も現で恐縮なのだが、事実光は、単に存在するだけでは目有効な解決方法が、天井照明の光を受ける反射面をつくに見えないものなのである。

り出すこと、すなわち室内に白い机をセットすることで極端な例ではあるが、自分が宇宙空間にいて、太陽方あった、という笑えない話も十分ありうる。

位と直角方向に視線を向けている場合を考えてみよう。

このように、光を知覚させるためには、光を反射する

このとき、目の前の空間には太陽から大量の直射光が与面をつくり、目に見える光、すなわち輝度を作り出すこ

えられているが、その光は目の前の空間を素通りして、とが必要である。輝度をもつ面を作り出すことで、光ははるか彼方に発散してしまい、このとき目に見えるのは、

初めてわれわれの目に見えるようになる。そして実環境

向こうに見える暗黒の宇宙のみで、光を感じることはなにあるさまざまな部位の輝度は、われわれの目に網膜像い。すなわち、目の前の空間には大量の光が存在する（通として投影され、さまざまなアピアランスを作り出すこ過している）にも関わらず、われわれの目にはそれが見とになる。

えないということである。しかしここで、自分の手を目の前にかざしてみる。すると手に太陽からの大量の光が当たり、手が光り輝く。このときわれわれは、手に強烈

3. アピアランスとは何かな明るさを感じ、光が大量に存在することを初めて知る。

われわれがある視対象（見ようと意図している対象）

図 2 に示すのは照度と輝度の関係である。これらの定を見ようと目を凝らすとき（中心視：focal vision）、ある

義はおそらく照明にかかわりのある人なら誰でも知っていは環境全体を何となく見渡すとき（環境視：ambient

いることだろう。照度は面に当たる光の量であり、輝度

vision）、その視対象や環境全体の光学像は、眼球の奥には（ある小領域から）目に入る光の量である。しかし定義ある網膜に結ばれ、われわれは網膜に結ばれたその画像を知っていることと、その本来の意味を知っていることを知覚する。すなわち、目という受容器を通して入力さの間には大きな隔たりがある。この二つの定義から、前れる知覚刺激はもともと投影された画像である（このよ

述のような状況を想像したことのある人は、ほとんどいうな投影を透視投影、あるい中心射影という）。そのたないのではないだろうか。

め、部屋や物体の見え方、すなわちアピアランスは、言そのような状況は想像上でしか起こらない、そのよう葉や一つの物理的指標を用いて正確に伝えることは難し
く、画像としての表現が必要となる。すなわち、アピア
ランスを過不足なく説明するには、パースペクティブな画像が不可欠である。
パースペクティブな画像の簡易的なものが写真である。
多くのインテリア照明に関係する雑誌が写真であふれ、プロのインテリア写真家という職業が存在することからわかるように、うまく撮影された写真はアピアランスを

図2

16

照明工業会報 No.28

照度と輝度

過不足なく伝えることができる。しかし写真はあくまで

図3

眼前に正確な輝度画像を投影すると現実環境は再現される

図4

床置き間接照明によって生じた天井の陰

簡易的なもので正確とはいえず、正確な画像が輝度画像

灯で正面から光を当てたときには、人の顔には陰や影はである。輝度画像は、基本的には白黒写真と同じようなない。それが、スポットライトを斜め上から当てると陰ものだが、各画素には輝度の絶対値が格納されている。

や影が出現し（appear）、蛍光灯とスポットライトを組み全視野を含む輝度画像（色を含む場合は測光色画像）を合わせて出力を変化させると、現れた影の強さや陰の深

正確に眼前スクリーンに再現すれば、ほぼ同じ視覚体験

さ、すなわちそれらの見え方が変化する。影や陰はもとができると考えられる。もちろん、現実空間では、われもと視対象ではなく、光の与え方によって新たに出現し

われは両目を用いて視差を感じるし、見ようとする対象たものであり、アピアランスという言葉は、このようなによってフォーカスを変えているし、移動しながら対象「新たに出現して見えるもの」という視点も含んでいるを見ることも多いから、全く同じというわけではないが、（図 4）。

ほとんどの視覚的な体験は再現可能であるといってもよ
いだろう
（図 3）
。

読者の多くは、想定していないものが何かの拍子に出現することはそれほどないだろうと思われるかもしれな

このような視覚体験をここではアピアランスといういが、これは結構頻繁におこる。たとえば、昼光を利用が、別段アピアランスという言葉をあえて使わずとも、しようとして窓を大きくとると、その脇の壁や柱には陰「見え方」といっても良いようにも思える。ただ、現実環が出現するし、オフィスのような広い空間で床置きの天

境での視覚的な体験をよく考えてみると、あらかじめ視

井間接照明器具を点在させると、明るい部分と明るい部

対象が想定されている場合もあるが、想定されてはいな

分の間に暗い陰が出現する。また、天井から自然の光をい視対象が生ずることも多々あり、この両者を含めた見有効に導入する照明を設計し、室内の照明を電球色とすえ方を表現する必要があるため、ここではアピアランス

ると、天窓に照らされた部分に青い色が出現する。

という用語を用いる。
立体的な彫の深い物体、たとえば人の顔に光を当てて見え方を観察すると、視対象である人の顔の見え方は光

4. 照度に基づく設計から輝度に基づく設計への当て方によって変化する。顔の正面から蛍光灯のよう

アピアランスの設計では、シミュレーションを用いてな拡散性の高い照明器具で光を当てると、人の顔は平板

パースペクティブな輝度画像を生成し、これを表示したに見えるし、一つのスポットライトだけで斜め上から光り、解析したりして、設計が現実化したときの視覚的なを当てると、その同じ顔が彫の深い立体的な顔に見える。

体験を推定しながら設計を進める。すでに述べたように、

そして蛍光灯とスポットライトを組み合わせて、その出

アピアランスは輝度画像がなければ表現できないからで力をさまざまに変化させると、人の顔の見え方はさまざある。そのため結果的に、アピアランスの設計では照度まに変化する。これは、良く知られた光によるモデリン

ではなく輝度を用いることになるが、照度を単純に輝度グの効果である。

に置き換えるだけではいけない。一点の輝度ではアピア

人の顔というように視対象がはっきり想定されている

ランスを推定することができないからである。

場合、見え方という言葉を使えばこの光の効果を十分に一方、経験豊富な照明デザイナーは、照度を用いてア説明できる。しかしながら少し視点を変えて、陰や影にピアランスを検討しているように思える。照度だけから注目して説明しようとすると状況は異なってくる。蛍光輝度画像を推定することは、論理的に不可能であること

2017.11

照明工業会報17

は確かなのだが、実は多くの制約条件をつければそれが可能となる。場数を踏んだ照明デザイナーは、この制約条件を経験値としてもっているため、照度を用いてアピ

アピアランスに基づいて光の効果を検討するためにアランスを検討することができる。一方、普通のエンジ

は、輝度画像が必要で、アピアランスを物理的な根拠にニアにそのような経験値はない。そのような場合には必基づいて検討するためには、その画像を定量的に分析す

ず輝度画像を生成し、それに基づいてアピアランスを検ることが必要である。ただ、大まかな検討でよければ、討しなければならない。エンジニアは、照度だけではア

頭の中に実現されるだろう画像を思い浮かべ、その精度

ピアランスがわからないことを、まずは素直に認めるべを検証する必要がある場合にだけ、シミュレーションをきであろう。

利用するという方法もある。キーワードは画像である。

アピアランスは、上述のように影や陰の見え方であっ次回は、アピアランスを物理的に推定するための第一たり、部屋の雰囲気であったり、また従来から照明環境

段階として、輝度画像データを扱う方法を具体的に紹介の基本とされる、視認性（明視性）やグレア、そして知覚する。

される明るさも含まれる。ここでこれらのアピアランスの出現の仕方をよく観察すると、輝度変化の状況がとても重要であることが分かる。陰や影は明らかに周辺よりも輝度が低い部分に生ずるし、部屋の雰囲気も、輝度の不均一な状態と深い関係があることは間違いない。そして視対象の視認性は、視対象の大きさと、輝度、周辺との輝度対比で説明され、グレアの程度は、グレア源の大きさと輝度、周辺との輝度対比、そして視線方向からのずれによって推定される。これらに共通するのは輝度変化や輝度の対比である。すなわち、アピアランスを推定する肝は輝度の対比であるといえる。そこで次回は、この輝度の対比を輝度画像から客観的に抽出する方法を中心に紹介したい。

18

5. おわりに

照明工業会報 No.28

技術コラムTechnology Column

アピアランスに基づく照明設計
第 2 回 輝度画像を分析する技術
Invitation to Appearance-based lighting design
2. Technique for Analyzing Luminance Image

東京工業大学 環境 ･ 社会理工学院
教授 中村 芳樹
Tokyo Institute of Technology
Yoshiki Nakamura

しかしながら、輝度を照度の単なる延長上にあるもの

1. はじめにと考えていてはいけない。なぜなら、前回もふれたが、われわれは今現在、社会から照明用エネルギーを削減

さまざまな物の見え方は基本的に輝度分布によって決まするよう求められている。これまで発光効率の高い LEDり、さらに次回紹介する輝度・色度分布（本稿では測光を照明用光源として採用する活動を進め、これはほぼ達

色分布という）を扱えば、色を含めたほぼすべての見え成されつつある。しかしながら、更なる省エネ化を求め方が決まり、時間的な効果を別にすれば、われわれの視られており、それを実現する方法として注目されている覚的な体験のほぼすべてを記述できることになるからでのがタスク・アンビエント照明方式
（TAL）
である。

ある。これは、これまで曖昧に表現されてきた見え方が、TAL とは、視作業が行われる領域の光量を確保しつつ、物理的な指標を用いて説明される可能性があることを意

それ以外の領域の光量を抑えることで省エネルギー化を味している。本稿では、この辺りの事情を具体的に紹介図ろうとするもので、1970 年の後半に起こった石油シ

したい。

ョック
（原油供給のひっ迫）の際にも注目された照明方式である。当時、TAL を試みた例は数件あったが、実現した部屋の印象が暗く、陰気であったため、その後は姿を消してしまった。これは、当時は作業面以外の領域の光

視環境を物理的な指標を用いて評価しようとする研究を検討する手段を持たなかったためで、そのようなことは、これまで多く試みられてきた。それらは大きく、明が繰り返されないよう、新しく改訂されたオフィス照明

るさ知覚、グレア、視認性の三つの分野に大別でき、こ設計技術指針では、部屋の明るさ感（明るさの印象）を確

こではまず、それぞれの分野の現在までの到達点を整理保するため、天井面や壁面の照度を確保することとされしてみよう。

た。すなわち、作業面照度だけでなく、壁面や天井面の（1）明るさ知覚

照度も設計要件に入ることになった。

光の効果でまず最初にあげられるのは明るさ知覚であ

読者はご存知のことだとは思うが、天井や壁は光沢のろう。明るさの知覚量と物理量の関係を探る研究の歴史ない塗装となっていることが普通だから、近似的に均等は古く、知覚量は物理量の対数で表現できるとするウェ

拡散面とすることができる。反射率（ρ）は塗装の色が決ーバー・フェヒナーの法則や、知覚量は物理量のべき乗

まれば算出できるから、輝度（L［cd/m ］）
は、照度（E［lx］）（例えば1/3乗）
で表現できるとするスチーブンスの法則がより L =1/ π×ρ E の式を用いて算出できることになる。

よく知られている。しかしこれらの法則は、知覚量と物

すなわち、照度分布を算出することと輝度分布を算出

理量との関係を関数表現することが主な目的であり、実することはほとんど同じであり、実質的には輝度を用い環境での明るさ知覚を推定しようとした研究ではない。

た設計を進め始めていることになる。そのようなことか

実環境で利用可能な明るさ知覚の推定式を作成するたら、建築学会の照明環境規準では、輝度の推奨値を提示

めには、視野内に単純な輝度条件を作り、その条件を操している。すなわち輝度はすでに設計する際には無視で作した上で、被験者に明るさ知覚を評価させることが必

きないものとなっている。

要となる。このような実験を行った研究も多く、特にホ220

2. 既往の明るさ知覚、グレア、視認性の推定式

照明工業会報 No.29

プキンソンらの研究が有名だが、今現在最も信頼されてらのグレアについても、基本的には、視対象サイズ、視いる明るさ知覚の実験式は、やや複雑な式だが、下記に対象輝度、背景輝度によって推定できる。

示すボードマンらによって提案されたものである。

（3）視認性B ＝ C（・L t － B（t φ）
0 L u, φ ）
n

（式 1）

ただし B（
＝ C（
t φ［
）S（
＋ S（
・L u ］
0 L u, φ ）
0 φ）
1 φ）
n

視認性の研究で代表的なものは、ブラックウェルの一連の研究で、彼は円形視標の閾値を求め、その値を基に

ここで、B は推定される明るさ知覚（300 cd/m の視

実際の状況に適合させるための変換係数を乗じて、適正

野内均一輝度条件の明るさ知覚を 100 とした数量）で、照度を算出するという方法を提案した。視認性について

L t[cd/m ] は円形視対象の輝度、L u[cd/m ] は視野全体の均は、国内でも、伊藤ら、中根らが研究を進め、視認性（閾

一背景輝度、φ [sr] は円形視対象のサイズ（立体角）、n

値や見やすさレベル）を推定するさまざまな実験式が求はべき乗係数で 0.31、C t、S o、S 1 は、φ 毎に一覧表で与められている。視認性実験の視対象は、文字などが用いえられている。

られることも多いが、汎用性を考えるとブラックウェル

2

2

2

これは一見複雑な式に見えるが、単純に言ってしまえのような円形視対象が基本と考えてよい。それぞれの研ば、視対象サイズ、視対象輝度、背景輝度が決まれば、究で求められた実験式は複雑なものであるため、ここで円形視標の明るさ知覚が推定できることを示している。

具体的にあげることはしないが、明視の条件としてよく

（2）
グレア

知られているように、視認性は、視対象サイズ、背景輝

グレア研究の歴史も長いが、研究は大きく二つのグル度、輝度対比で評価できる。すなわち視認性は、視対象

ープに分かれる。一つは光源のサイズが小さい照明器具

サイズ、視対象輝度、背景輝度が決まれば推定できるとからのグレア、もう一つは光源サイズが大きい窓からのいうことである。
以上をまとめると、明るさ知覚、グレア、視認性といグレアである。
照明器具からのグレアがひどい場合は視覚機能を低下

った視環境評価（Ev ）は、いずれも視対象輝度（L t ）、背景させる減能グレアを起こすが、建築空間でそのようなグ輝度（L b ）、視対象サイズ（S t ）が決まれば推定できる。すレアが生ずることはまずなく、視力の低下はなくとも不なわち、その評価関数を f と表現すると、視環境評価（Ev ）快である不快グレアが問題となる。室内環境の不快グレは下記のように表されることになる。

アの程度は、その良し悪しは別にしても、1995 年に定められた下記に示す UGR（Unified Glare Rating）が世界標準となっている。

Ev = （f L t、L b、S t）（式 4）

3. 実環境における視環境評価パラメータの抽出
前章で示したように、視環境評価に必要なパラメータ（式 2）

は、視対象輝度（L t）、背景輝度（L b）、視対象サイズ
（S t）

2
2
ここで、L［cd/ms］はグレア源輝度、L［cd/m］は背景bの三つであるから、実環境での視環境評価を行うために輝度、ω［sr］
sはグレア源サイズ、P はポジション・イン

は、これら三つのパラメータを、複雑な実環境の条件下デックスで、視線をグレア源に向けた場合は 1 となる。

で、客観的に抽出することが求められる。もう少し具体

この式よりわかるように、UGR は、少なくとも視線を的にいうと、前回述べたように、評価者の目の前に透明グレア源に向けた場合は、グレア源輝度、背景輝度、グなスクリーンを想定し、そのスクリーン上の輝度分布よレア源の大きさ（立体角）によって推定される量であり、り、この三つのパラメータを算出することが求められる。

ここでグレア源を視対象と呼ぶことにすると、UGR は視それを可能とするのがコントラスト・プロファイル法と対象サイズ、視対象輝度、背景輝度によって推定できる呼ばれる演算方法である。
コントラスト・プロファイル法では、表 1 に示すようことになる。
光源サイズの大きい窓からのグレアは、1970 年にホ

な、N-filter と呼ばれる理想的なバンドパスフィルタをプキンソンらが提案した DGI や、戸倉、岩田が提案した近似したデジタルフィルタを、対数輝度画像に畳み込む

PGSV があるが、例として PGSV の推定式を上げると下ことによってコントラストを算出する。視対象はデジタ

記のようになる。

ルフィルタの正の領域に、背景は負の領域に対応し、対PGSV ＝3.2log10Ls ＋（0.79log10 ω－0.61）log10Lb －0.64log10 ω－8.2 （式 3）

数輝度画像の 1 ピクセルのサイズが R［deg］のとき視対象
サイズは約 3R となる。この 3R を検出サイズという。計ここで、L［cd/m］はグレア源輝度、L［cd/m
］は背景
s
b

算対象とする対数輝度画像の画像解像度を落とし、すな

輝度、ω
［sr］はグレア源サイズである。すなわち、窓か

わち画像の 1 ピクセルのサイズをリ・サンプリング
（通

2

2

2018.1

照明工業会報21表 1 コントラスト・プロファイル法で使用される空間フィルタ（畳み込みマトリックス）

表2

平均化フィルタ（平均マトリックス）

常は平均化）によって大きくしたのち、同じ畳み込み計
算をすると、検出サイズを大きくした場合のコントラス
トが算出される。たとえば画像の 1 ピクセルのサイズを2R と大きくしてからコントラストを算出すると、検出サイズは 6R となる。
想定される視対象の中央付近で、検出サイズを次々に変化させてコントラストを求めると、図 1 のようなコントラストの状態を表す関数が得られ、これをコントラス
ト・プロファイルという。ここで求められているコント
ラスト・プロファイルは、輝度 100 cd/m2、サイズ 4°の円形視対象を、10 cd/m2 の均一背景に提示した条件を実環境で作成し、それを測定した輝度画像より求められた。

図２

理想的な円形視対象とマトリックスの関係

図より、矢印の位置でコントラストがピークの値を持つことが分かるが、これはこの検出サイズで視対象と背景均が求められ、これを A 値という。

が最もはっきりと分離できることを示しており、このとオリジナルの画像解像度が十分高いとき、すなわちピきの検出サイズを視対象サイズ、このときのコントラス

クセルサイズが十分小さいとき、円形視対象とデジタル

トの値（C 値という）を視対象と背景の輝度比とする。こフィルタの関係は図 2 に示すようなものになるため、視のように、基本的に視対象サイズや輝度比は小さく検出

対象が重なる面積の割合を算出することによって、視対されることになるが、その程度は、測定画像の画像解像

象輝度 L t、背景輝度 L b と、フィルタリングによって求め度と測定システムの MTF（どの程度細かい変化を正しくられた C 値（CV ）と A 値（AV ）の関係を求めることができ、測定できるかを示す関数）によって左右される。このコ

それは次式のようなものとなる。

ントラストの計算と同時に、表 2 のような計算範囲全体の平均をとるフィルタ計算をすると、計算範囲の対数平

Log 10（Lt ）＝ AV ＋ 1.178*CV
Log 10（Lb ）＝ AV － 0.113*CV（式 5）

この式は、コントラスト・プロファイルの計算によって求められた C 値と A 値より視対象輝度と背景輝度が算出できることを表しており、このようにして算出された
視対象輝度と背景輝度を、コントラスト・プロファイル法によって算出された等価の視対象輝度、等価の背景輝度といい、このときの検出サイズを、等価の視対象サイズという。等価の視対象輝度、背景輝度、視対象サイズをそれぞれ、L t '、L b '、S t ' とすると、次式のように、複雑な輝度画像の中に存在する視対象であっても、その明るさ知覚、グレア、視認性はすべて推定できることになる。
図１

22

コントラスト・プロファイルの例

照明工業会報 No.29

Ev = （f Lt'、Lb'、St'）（式 4'）

いれば視環境が評価できることを示していて、図 4 のような、横軸を A 値、縦軸を C 値とした図を作成し、C 値、
A 値の変化により視環境評価がどのように変化するかを図示すれば、その図を用いて視環境を評価できる。この
図を輝度コントラスト評価図、あるいは CA 図という。
図 4 は、視対象サイズが 2.5 分のときの視認閾値を示し
図3

コントラスト画像と対数平均画像の例たもので、黒丸で示す見えない領域と白丸で示す見える
領域が、明確に分離できることを示している。

実際の輝度画像を評価するときには、もちろん、画像

4. 見え方を近似する画像変換の一点だけについて上記の演算をするのではなく、画像全体に対しフィルタリング計算をする。一つの検出サイ

前述したように、さまざまな検出サイズを用いてコンズ、すなわち S t を想定して、画像全体に対し表 1 と表 2

トラスト画像と対数平均画像を作成すれば、視環境は評のデジタルフィルタを用いた畳み込み演算を行い、図 3

価できる。しかしながら、直観的にいえば、われわれのに示すようなコントラスト画像と対数平均画像を算出す

実際の視覚的な体験は、それら多数の画像を統合した一る。2 つの画像を組み合わせると、画像のすべての点につの画像体験のように思われるし、実空間の全体に渡っ

ついて Lt' と Lb' を算出したことになるから、この値から、て見え方を検討する際には、多数の画像を作成して検討

例えば
（式 2）
を用いて UGR を算出すると、画像すべてのすることは非現実的で、精度は少々低くとも、大まかな点について、S t ' のサイズを想定したときの UGR が算出

効果を簡単に検討できたほうがよい。これを実現することされる。さらに、S t を順次大きくして同様の計算をしてができるのがウェーブレット変換という画像変換である。

いき、グレア源が一つである場合は、それらすべての結コントラスト・プロファイル法で検出サイズを連続的果より算出された UGR の最大値を求めればよい。このに変化させる解析は、実は連続ウェーブレット変換とよような形で UGR を算出すると、対象とする光源が、実ばれる変換法の変形手法であるということもでき、コンは小さい光源から構成されていて、その小さい光源が強トラスト・プロファイル法で利用する N-filter を近似しいグレア源となる可能性がある場合にも、正しく評価すたマザー・ウェーブレット（変換を行うための基本関数）

ることができる。なお、UGR は画像上に分布として表をうまく選べば、高速処理が可能な直交離散ウェーブレ

現されるから、視線方向を決めればポジション・インデ

ット変換を利用することができる。この方法は逆変換もックスも容易に算出できる。

可能で、変換後の画像に手を加えたものを逆変換すれば、''上記の分析は、C 値と A 値という二つ値をそのまま用元の画像をどのように調整すればそれが実現できるかを示すこともできる。
このウェーブレット変換を利用して、各画素が明るさ
知覚の程度を表す数値を持った画像、すなわち明るさ画像
を、輝度画像より生成できるようにしたものが、図 5 に示す輝度－明るさ画像変換である。輝度画像は、さまざ
まな粗さの輝度変化を抽出した複数の輝度変化画像と、

図４の例

輝度コントラスト評価図（CA 図）を用いた視認性評価

図５

輝度画像から明るさ画像への変換の概念図

2018.1

照明工業会報23それらの輝度変化を全て抜き取った結果として得られるであることが分かる。これを式 6 でボードマンの明るさ

近似画像に分解され、それぞれに対し、実験より求めた

評定値 B に変換すると、それぞれ 123 と 228 になり、周係数（明るさ知覚に対する感度）をかけ、それをウェーブ

辺の輝度の状態が異なることで、それぞれ 300cd/m^2

レット合成することによって明るさ画像が生成される。

均一刺激の 1.23 倍、2.28 倍の明るさに知覚されること

明るさ画像は、普通に使う形容詞を用いて、各画素のが分かる。

明るさ知覚を表現した画像で、この数値を NB 値
（Natural

画像変換を利用して生成する画像は、この明るさ画像

Brightness Value）といい、各数値はそれぞれ、13：とての他にリアル・アピアランス画像がある。誌面の関係もも明るい、11：明るい、9：やや明るい、7：明るくもあり、これについては次回に解説することにしたい。

暗くもない、5：やや暗い、3：暗い、1：とても暗い、という表現に対応する。この画像で推定される明るさ知
覚は、大まかなものではあるが、式 1 に示すボードマンの明るさ評定値との対応関係は比較的よく、ボードマンのB値（明るさ評定値）の常用対数を BB とすると、

BB = 0.1776 * NB + 0.404 （式 6）

ここまで読み進められてきた読者は、照度ではなく輝度を扱うことで、視環境評価の方法が劇的に変化しつつあることを理解していただけることと思う。この変化は、将来ではなく今起こっている。そしてこの影響は、色をという関係になっている。ボードマンの明るさ評定値は、含めた見え方評価にも、次第に及びつつある。さらにこ300cd/m^2 の均一刺激を 100 としたものであるが、このれらは、これからの環境提示法と考えられる VR（Virtual

ときの NB 値は式 6 より約 9 となり、明るさ画像では｢やReality）システムとも深い関係にある。次回はこれらのや明るい｣評価であることが分かる。

点を紹介していきたい。

輝度画像と明るさ画像の違いを分かりやすく示したものが図 6 である。小さな机の上にノート PC とスタンド照明が設置されており、上段の（a）はスタンド照明が点灯された状態を、下段の（b）はスタンド照明が消灯された状態を示している。われわれは、スタンド照明が消灯
した暗い状態では PC 画面はかなり明るく見えるが、ス
タンド照明を点灯すると、それほどの明るさは感じない。
（a）、（b）の輝度画像を比べると、ノート PC の画面はほぼ 200cd/m^2 程度と両者で変わらないことが分かるが、明るさ画像を比べるとその明るさ知覚が大きく変わり、（a）では 9.5
（やや明るい）程度、（b）では 11（明るい）程度

図６

24

5. おわりに

明るさ画像の活用例

照明工業会報 No.29

技術コラムTechnology Column

アピアランスに基づく照明設計
第 3 回 測光色画像とアピアランス
Invitation to Appearance-based lighting design
3. Relationship between a luminous color image
and its appearance

東京工業大学 環境 ･ 社会理工学院
教授 中村 芳樹
Tokyo Institute of Technology
Yoshiki Nakamura

は、照明関係者なら非常に気になるところであろう。こ1. はじめにれらの命題を解く鍵が測光色画像である。測光色画像は、

前回までに解説した通り、視認性、グレア、明るさ知

後述するように物理的に定義できる画像であるため、こ覚などの視環境評価は、いずれも視対象輝度（L t ）、背景

れらのアピアランスの違いが物理的に解析できることに輝度（L b ）、視対象サイズ（S t ）によって決まるため、これなる。

までに蓄積された多くの研究成果を使って評価可能であ

アピアランスを評価する基本的な考え方は、本技術コった。それにも関わらず、これらの評価が実環境であまラムの第一回目に説明した考え方、すなわち「全視野をり利用されてこなかったのは、実環境の輝度画像を測定

含む測光色画像を正確に眼前スクリーンに再現すれば、しても評価に必要な三つのパラメータを決定する方法がほぼ同じ視覚体験ができる」とする考え方である。これなく、信頼性の高い検証ができなったためである。しかをもう少しかみ砕いて説明すると、「正確な測光色画像

し、これがコントラスト・プロファイル法によって可能があれば誰でもそれを見れば分かる」というものだ。そとなった。今後、照明環境の利用者がこのような評価をして、プリントした写真のような物体色も、PC ディス

要求するようになることは明らかで、これからは輝度画

プレイに表示した画像も、そしてもちろん VR で表示す像を用いた検証が頻繁に行われることになろう。

る画像も、われわれが見るものはすべて「眼前スクリー

しかし変化はこれだけに止まらない。輝度画像を利用ンに再現」した測光色画像として表現できるから、それするようになると、自然にその概念を色にまで広げた測らが本物のアピアランスを表現しているかどうかが問わ

光色画像を利用することにつながり、これが色の扱い方

れることになる。

に大きな変化をもたらすことになる。色のアピアランスを定量的に分析できるようになるからである。この色のアピアランスへの展開は、われわれの業界に大きな影響を与えることになりそうだ。

測光色画像とは、一言でいうと、正確な物理量をもっそもそも、われわれが実環境で体験するアピアランス

たカラー写真である。読者の中には、色を専門とする方は非常に多様で、そのほんの一部が、視認性、グレア、もいらっしゃるとは思うが、ここではすべての読者に理明るさ知覚である。たとえば、商業施設の照明環境では、解してもらうため、光の色の物理量について、まずはざ

空間の雰囲気や印象など、空間のアピアランスが重要とっくりとした解説をしたい。

され、雰囲気さえよければ少しくらいのグレアは許容されるということが、実務では頻繁に起こる。

20

2. 測光色画像とは

光は電磁放射の一部であるから分光分布を持つが、われわれ人間は、その分光分布の情報を網膜にある 3 種類

さらに重要なのは、環境に存在するさまざまな物のアの視細胞の反応という形で知覚する。そのため、この 3

ピアランスである。食事がおいしそうに見えるアピアラ

つの視細胞の反応がわれわれの知覚する光の基本情報とンスとはどのようなものか、人の肌が美しく、健康的になり、光の色は三原色で表現できる。光の色を正しく表見えるアピアランスとは何か、服や着物が美しく見える現するためには、CIE（国際照明委員会）が定めた XYZ 表

アピアランスとはどのようなものか．
．
．．これらの命題

色系を用いる。この X、Y、Z は公式に認められた光の三

照明工業会報020-025_技術コラム.indd 20

No.30

18/02/27 15:53

原色であるといえ、われわれが知覚できるすべての色は、

X1, Y,1 Z1

X、Y、Z という三つの基本刺激の混合量で表すことがで

X2, Y,2, Z2

きる。ここで、ある点から目に入射してくる電磁放射を・・・

考えると、その X、Y、Z の値は色彩輝度計などを用いて測定することができ、このようにして測定された色づいた光、すなわち色光が、測光色である。測光色の Y 値は・・・輝度を表す。
測光色は図 1 に示すような X、Y、Z の 3 軸で構成される 3 次元空間で、ベクトル（図の C、色ベクトルと呼ばれる）として表現される。測光色の強さはベクトルの長さに対応することになるが、測光量の定義を踏まえて Y 成
分の値である輝度を用いる。一方光の色味は、ベクトルの向きで表される。図 1 に、X、Y、Z それぞれだけが１となる点を結んだ三角形が書き込まれているが、色ベク

図 2 測光色画像とは眼前の透明なスクリーン上に並んだ測光色からなる画像

図2 測光色画像とは眼前の透明なスクリーン上に並んだ測光色からなる画像
トル C と、この三角形の交点を色度といい、ベクトルの向きの変化は、この色度の変化で表することができる。

ここで写真を PC ディスプレイに表示する状況を考え

色度は x、y、z と小文字で表されるが、通常利用されてる。ディスプレイ表面には、赤、緑、青の光を発する小いるのはこのうち x、y である。

さな三つの発光体が密に並べられており、それらが発する光が混合して見えることによって（加法混色）、われわれには多くの色が見える（図 3）。現在のディスプレイは
主に sRGB とよばれる規格に準拠しており（JIS X 9204）、
R、G、B、それぞれの発光体が放射する光の色度が、R（x=0.640、y=0.33）、G（x=0.300、y=0.600）、B（x=0.15、

図1

測光色 C の 3 次元表示

図 1 測光色Cの3次元表示
測光色画像は、このような測光色を発する点が上下左右に並んだ画像をいう（図 2）。すでに述べたように、ほぼ完全なアピアランスは、全視野を含む測光色画像を正確に眼前スクリーンに再現すれば達成できるが、図のよ

図３

PC ディスプレイ上に生成された測光色画像

図３ PCディスプレイ上に生成された測光色画像[G]
ば、すなわち周辺の測光色画像に変化がなければ、そのうに視野の一部であっても、周辺の状況が変わらなけれ

部分のアピアランスはその部分の測光色画像によって決まる。たとえば、映画やスライド映写など、カメラ撮影
した画像をスクリーンに映写した状況はこれに当たる。
ただこれらの画像は、XYZ 表色系とは異なった sRGB と[R]呼ばれる規格に通常準拠している。XYZ 表色系では、実際に提示して見せることのできない色までが含まれる
が、カメラや写真システムの目的は「見せる」ことであり、[B]提示できない色は意味をなさないため、別の表色系が利用されるわけである。

図４

測光色 C の sRGB 表色系での表示
図４ 測光色CのsRGB表色系での表示

2018.3020-025_技術コラム.indd 21

照明工業会報21

18/02/27 15:53

y=0.06）と定められ、それらを混合して色を作り出す。
この R、G、B の色度は図 4 の三角形の色度平面上の赤光源 C, D65

丸で示され、sRGB 表色系ではこれらの点を通るベクト
ル
［R］
、
［G］
、
［B］
を使って色ベクトル C を表す。
［R］［G］

マンセル色票

［B］は
［X］
［Y］
［Z］の内側にあるが、［R］［G］［B］の内側にある色ベクトルであれば、sRGB 表色系でも XYZ 表
色系でも同じように表すことができ、相互に線形変換することができる。すなわち、sRGB 表色系で表現された
測光色画像は、XYZ 表色系で表現された測光色画像と同じものである。ただ、PC ディスプレイやスクリーン映

図5

色の恒常性が成り立つ条件

図5 色の恒常性が成り立つ条件

像には、ガンマと呼ばれる非線形性が導入されているだ
けでなく、美しい絵を作るためのさまざまな操作が行わそれぞれ、視対象を Xt、Yt、Zt、背景を Xb、Yb、Zb とれていることが多く、表示されている正確な測光色画像

しよう。これらは光源の分光分布と色票表面の反射率でを画像諧調値と呼ばれる値からそのままでは推定できな決まる物理量である。次に、視対象と背景の測光色コン

い場合もあり、そのようなときは、2 次元の輝度色彩計

トラスト（X、Y、Z 値のコントラスト）を計算する。それなどを用いて表示画面を測定することが必要となる。

らはそれぞれ、Xt/Xb、Yt/Yb、Zt/Zb となるが、この測光
色コントラストが、光源が C から D65 に変化してもほぼ

3. 色の恒常性と測光色コントラスト

一定になることは明らかだろう。なぜなら、マンセル色
はそもそも反射率で定義されているからである。さらに、

実環境の中心射影によって得られた測光色画像は、図2

机や室内といった他の物体の色もマンセル色で表現できのように実環境と目の間に透明なスクリーンを想定し、そるから、それぞれの物体の間の測光色コントラストもまのスクリーン上の測光色分布をデジタル画像として測定した、光源にかかわらずほぼ一定となる。すなわち、色のたものである。図を見ればわかるように、透明スクリーン

恒常性は、測光色コントラストが一定であれば同じ色のに射影されるものは、物体色（山の色）
であれ、光源色（空

アピアランスを生ずると考えることに等しい。

の色）であれ、同じように透明スクリーンに射影された測光色となるから、両者を区別することはできない。

この考え方を、図 6 のように、机の上にさらに PC ディスプレイが設置された場合に適用してみる。PC ディ

しかしながら、実環境での自らの体験を振り返ると、スプレイに何かの画像が表示されている場合、その画像

身の回りにある色のついた物体は、昼の自然光の下でも内の測光色コントラストは光源が変化してもほぼ保存さ

夜の LED 照明の下でもほとんど同じ色に見える。これをれているから、画像内の個々の色のアピアランスは光源

色の恒常性という。昼の自然光と夜の人工光では光源のが変わってもほとんど変化しない。しかしながら、ディ分光分布が大きく異なるから、その物体表面に反射してプレイ全体の測光色と環境の測光色とのコントラストは目に入射する測光色は大きく異なっている。色の恒常性

光源が変わると変化するため、ディスプレイ全体としてが正しいとすると、測光色では色のアピアランスを推定の色のアピアランスは多少変化することになる。

できず、色のアピアランスは表面の反射率で決まること

このように測光色画像のアピアランスは、測光色コンになる。これがマンセル表色系など、色票で決まる（反トラストを客観的に算出できれば推定でき、これには前射率で決まる）表色系がある理由である。しかし、ここで注意しなければならないのは、考えているのがある 1

透明スクリーン

点の測光色であって、測光色画像ではないことである。
図 5 に示すように、二つの異なった色（反射率）をもつ
マンセル色票が、一つは視対象、一つは背景として机上に設置されている状況を考えよう。色の恒常性が成り立光源 C, D65

測光色分布

マンセル色票:視対象
マンセル色票:背景

つとすると、照明が異なっても 2 つの色は常に同じ色に見える。照明光源がたとえば標準光源 C と D65 に変化した場合を想定すると、それぞれの標準光源で照射された
ときのマンセル色票の測光色はもちろん異なった値となる。ここで、視対象と背景となるマンセル色の測光色を

図６

物体色と PC ディスプレイが共存する測光色画像

図６ 物体色とPCディスプレイが共存する測光色画像

22

照明工業会報020-025_技術コラム.indd 22

No.30

18/02/27 15:53

回紹介した、輝度画
像（Y 値の画像）に対し て 行 っ たC値（輝度コントラスト値）、
A値（対数輝度平均値）の算出を X 画像、
Z 画像に展開すればよい。輝度画像から
算 出 さ れ る C 値、A値から明るさ知覚（明るさのアピアラ
ンスといえる）が推定できることを考えると、色のアピアラ
ンスは、測光色コン
トラスト
（すなわち
C 値）だけではなく、測光色対数平均（す
な わ ち A 値 ）に よ っ図7ても影響を受けるとマンセル色票と測光色コントラストの関係

図7 マンセル色票と測光色コントラストの関係考えられる。ただ、通常の照明光源の間では、測光色対で表現される）、b* は黄 - 青成分（黄が正、青が負で表現

数平均の違いが小さいため、ほとんど同じような色知覚される）を表す。したがって、物体色の色味、すなわちが生じていると解釈すればよい。

色相と彩度は、a*-b* 平面でのプロット点として表現される。
ここで、この式をコントラストという観点から改めて

4. 測光色コントラスト画像

見直すと、背景を完全拡散面とした場合の、視対象と背測光色は、図 1 に示すように、Y を輝度とした、X、Y、景とのコントラストを扱った変換式とみなせる。すなわ

Z の 3 次元空間のベクトルとして表現される。前回解説

ち、X、Y、Z それぞれについて背景と視対象の対比を求め、した輝度コントラストの検討は、測光色空間の Y 軸につ求められた対比を感覚量に変換するためにその 1/3 乗をいてのコントラストを検討していることになり、全く同

とり、L* の場合はそのままの値を利用し、a* の場合は X

じ検討方法が、X 値、Z 値にも適用可能であることは明対比と Y 対比の差を、b* の場合は Y 対比と Z 対比の差をらかであろう。しかしながら、Y 値、すなわち輝度は、とった値を利用している。

われわれの明るさ知覚に対応していて理解しやすいが、物理量から感覚量に変換する方法には、べき乗を用い

X 値、Z 値となるとその解釈が難しい。そこで、これらる方法と対数をとる方法があり、輝度コントラストを扱を色味に対応する物理量に変換するため、L*a*b* の考えった前節で紹介した通り、画像処理を利用することを考方、すなわち反対色過程を想定した操作を適用する。

えると、対数画像を求めてからさまざまな演算処理を行

L*a*b* は、次式のように表され、測光色から物体色を推定する方法である。

うのが望ましい。そこで、この感覚量への変換を対数を取ることによって表現するとし、完全拡散面を背景の色に一般化し、さらに細かい係数は考慮しないことにすれば、

L*=116（Y/Yn）

（1/3）

-16

（1/3）
（1/3）
a*=500［（X/Xn）（Y/Yn）］

b*=200［（Y/Yn）（式 1）（Z/Zn）
］

（1/3）

（1/3）

LC=［log10（Yt/Yb）］aC=［log10（Xt/Xb）－ log10（Yt/Yb）］

（式 2）

bC=
［log10（Yt/Yb）－ log10（Zt/Zb）］
X、Y、Z は物体、すなわち視対象の三刺激値で、Xn、Yn、Zn は同じ照明下における完全拡散反射面の三刺激

LC：輝度コントラスト、aC：赤－緑成分コントラスト、値である。L* は明度、a* は赤 - 緑成分（赤が正、緑が負bC：黄－青成分コントラスト

2018.3020-025_技術コラム.indd 23

照明工業会報23

18/02/27 15:53

を算出することが必

実環境のカラー写真

要 と な る。 こ こ で、
X _ A、Y _ A、Z _ A は
そ れ ぞ れ、X、Y、Zの対数画像に対して
平均化フィルタを適用 し た 結 果 で あ る。
強い色味をもった照明用光源では完全な色の恒常性は成り立たず、全体として色 づ い て 見 え る が、
a A、b A は、 そ の 効果を表すと考えられる。 す な わ ち、 測

bC(y-b contrast) 画像

aC(r-g contrast) 画像
図8

実環境の測光色コントラスト画像

光色の効果は、輝度のCA図（L C - L A 図 ）と、a の CA 図
（aC-aA図 ）、b の CA 図
（b C -

図8 実環境の測光色コントラスト画像と表すことができる。ここで、Xt、Yt、Zt は視対象の三bA 図）に基づいて検討しなければならず、これらを測光

刺激値、Xb、Yb、Zb は背景の三刺激値である。

色コントラスト評価図という。

背景と対象がともに物体色として定義されていると

図 8 は、実環境で測定された測光色画像に対し、特き、すなわち X、Y、Z の反射率として定義されているとき、定の視対象サイズ（視角 5 度）を想定し、N フィルタを用

標準的な光源であれば Xt/Xb、Yt/Yb、Zt/Zb はほぼ一定で

いて aC 画像と bC 画像を作成した結果である。図の上部あり、そのため aC、bC ともに光源が変化してもほぼ一に示されたカラー写真と比較しながら見ると、どの部分定で、aC、bC が色味のアピアランスに対応するとみなの色が検出されているかが分かる。たとえば赤－緑成分

すと、上式は色の恒常性を表していることがわかる。

コントラストを示す aC 画像では、赤いコントラストは、

図 7 は、N5 の無彩色の背景にさまざまなマンセル色

値が正に高くコンター画像で黄色に表示され、緑のコン

票が提示された条件を想定し、aC と bC を求めた結果でトラストは、値が負となりコンター画像で青く表示されある。それぞれのマンセル色票の輝度、色度は、JIS 標

るが、建物の上部にある赤い看板や正面に見える植栽が準色票に添付されている D65照明下での一覧表データか

正しく検出されていることが分かる。また左の建物の上ら求めた。図よりわかるように、中心から放射状に、同部にも、写真では暗くて見えづらいが赤い看板があり、じ色相で彩度の異なる色票が並び、マンセル色立体を水

それが aC 画像で正しく検出されていることが分かる。

平に切断したときの色相環や彩度のプロットが、aC-bC

このように、物体色か光源色かにかかわらず、測光色画

平面で表現されていることがわかる。

像があれば、実環境での色味の分析が定量的に行える。

一方、輝度コントラストの評価では、対数輝度画像に対し、N- フィルタと平均化フィルタという二つのフィルタリングを適用することで、輝度コントラスト値（C5. アピアランスを変化させる照明の効果値）と対数輝度平均（A 値）を算出し、輝度コントラスト

実環境の色のアピアランスは、実環境を測定した測光の評価を行った。測光色コントラストを評価する場合も

色画像を基に、測光色コントラスト画像で分析すること同様と考えると、ができる。このようにアピアランスが定量的に分析できる影響はとても大きい。

aA ＝［X_A － Y_A］
bA ＝
［Y_A － Z_A］

（式 3）

まず確認しなければならないのは、アピアランスが一定ならば測光色画像に変化はなく、測光色画像が一定ならばアピアランスは変化しないということである。これ

aA：赤－緑成分対数平均、bA：黄－青成分対数平均

24

照明工業会報020-025_技術コラム.indd 24は明らかなことだと思うが、分かりやすい例で説明する

No.30

18/02/27 15:53

と次のようになる。
あるデジタルカラー画像をディスプレイで見ると、デアランス画像を利用すると、ここまで述べた手順を逆に辿ることもできる。

ィスプレイ上に測光色画像が生成され、それがあるアピ

PC ディスプレイ上に、従来光源の下で測定された測

アランスをもたらす。このアピアランスを変化させるた

光色画像を表示するとしよう。このとき、実環境で実測

めには、画像編集ソフトなどを利用して画像に手を入れされた測光色画像をリアル・アピアランス画像に変換して、測光色画像を変化させることが必要になる。画像内て、これを PC ディスプレイで表示すれば、PC ディスプのアピアランスはその測光色画像が変化しなければ変化

レイ上の測光色画像のコントラストは実環境と一致す

しないからである。そして画像に手を入れることで変化る。PC ディスプレイ上の測光色画像を見ながら、これしたアピアランスは、オリジナルの測光色画像と変化後に手を加えて、たとえば、ある赤い花だけがより赤く見の測光色画像の差分、具体的には、LC 画像（輝度コント

えるようなアピアランスを持つ測光色画像を作る。このラスト画像）、aC 画像、bC 画像についての差分をとる手を入れた測光色画像を逆変換することで、実現すべきことで、その違いが定量的に示される。たとえば、ある

実環境の測光色画像を算出することができる。したがっ部分を、少し明るく、やや赤みを増し、さらにやや青みて後は、算出された測光色画像をもたらすような光源のを増すように修正すると、LC 画像の差分が正に、aC 画

分光分布を赤い花の分光反射率と他の部分の分光反射率

像の差分が正に、bC 画像の差分が負に算出される。

を比較しながら推定して行けばよい。そしてもちろん、これを具体的に照明環境に展開すると次のようになる。ある照明光源の特徴が、料理をよりおいしそうに見

修正前と修正後の LC 画像、aC 画像、bC 画像の差分も取れるから、その違いを定量的に示すこともできる。

せること、すなわち、よりおいしいアピアランスを生成

測光色画像の考え方を導入すると、アピアランスに関することであったとしよう。そうするとその効果は、同連するあらゆる照明の効果を再考することが要求され、じ料理を、従来光源とその光源で、それぞれ別々に照明

たとえば演色性の考え方にも再考が促される。演色性のし、測定された二つの測光色画像の違いとして表現する

そもそもの目標は、照射される物体が、自然光の下とあことになる。すなわち、おいしそうに見えることが、二る照明の下で近いアピアランスをもたらすことを期待す

つの画像の、LC 画像、aC 画像、bC 画像の差分で表されるものだが、これも 2 つの条件で測光色画像を作成して、ると主張することに等しい。

その差分をとることで定量的に表せる。このように演色

そして、この二つの測光色画像から販促用のパンプレ性を考えると、現在の演色評価数では本来の意味での演ットを作成するとしよう。電子データとして作成された色性が表現できないことは明らかだろう。おそらくこれ

パンフレットは、ディスプレイ表示すると測光色画像にからの演色性は、照射されると想定される物体反射率分なるため、二つの測光色画像に対して同じ計算をするこ

布に最適化した光源の分光分布という形で示され、料理とができ、同じように、LC 画像、aC 画像、bC 画像の差はもちろん、洋服や着物の色など、アピアランスが重要分が算出される。パンフレットが印刷物であっても、印とされるものに最適化した光源を提供するということに刷物は反射率分布として表現されているから、これはそなろう。

のままで測光色コントラストが算出でき、同様に LC 画
像、aC 画像、bC 画像の差分が算出される。そうすると、
これら販促用のパンフレットで 2 つの照明光源の差が十6. おわりに分に表現できているとすると、LC 画像、aC 画像、bC 画

これからは、何がどのようなアピアランスをもつこと

像の差分は、実環境で測定した測光色画像の差分と同じを良しとするのかが常に問われ、それに答える光とはどでなければならないことになる。

のようなものかを考えていく時代に入っていくのではな

そのように考えると、照明光源の効果を説明するためいだろうか。そして、照明の効果としてのアピアランスには、実環境で測定された測光色画像の LC、aC、bC なの変化が、今後実測して検討できるようになることか

どのコントラストが正しく保存された画像を提供するこら、その変化へのコミットメントが求められることになとが必要となるが、これを実現するのがリアル・アピア

ろう。

ランス画像への変換である。リアル・アピアランス画像

本稿では、測光色コントラストの重要性を分かりやすへの変換では、前回に少し触れたウェーブレット変換をく解説することに主眼を置いたため、アピアランスに基利用することによってコントスラトを定量的に分離し、づいた設計に欠かせないリアル・アピアランス画像につこれを保存した上で画像を生成する。その詳細について

いて詳細な解説をすることができなかった。次回に詳し

は誌面の関係から次回に解説するが、このリアル・アピ

く解説したい。

2018.3020-025_技術コラム.indd 25

照明工業会報25

18/02/27 15:53

技術コラムTechnology Column

アピアランスに基づく照明設計
第4回（最終回） アピアランスに基づく照明設計の進め方
Invitation to Appearance-based lighting design
4. Procedures for Appearance-based Lighting Design

東京工業大学 環境 ･ 社会理工学院
教授 中村 芳樹
Tokyo Institute of Technology
Yoshiki Nakamura

1. はじめに

誰でも自分の目を用いて体験できるものであり、その人の体験の深さは、その人がもつ光の物理的理解とは無関

今回で筆者の担当する技術コラムの連載は終了とな係であるという点である。興味をもって、いろいろな視る。以前より、読者の方々から筆者の解説についてご意

覚体験を多く経験してきた人の深い体験は、貴重で正し見をいただくことがあったが、その多くは、導入は分か

いものであることがほとんどである。ところが、その人

りやすいけれども、ある段階から途端に難しくなってしが、その物理的な背景や理由を説明しようとすると光のまう、というものであった。おそらくこの連載について理解が不十分であるために的を射ていないことが多々あも、そのような印象をお持ちの方も多いことと思う。特り、それが体験自体がナンセンスであるという誤解をしに、前回扱った色のアピアランスは、途中で投げ出してばしば招いてきた。実は、光と色を巡る分野では、このしまった読者も多いかもしれない。前回コラムの主旨をような構図が数百年前からずっと続いてきた。まずその一言でいうと｢色の場合も、絵（画像）という考え方とそ概要を説明しよう。

の処理を導入することで、アピアランスを推定できる｣という単純なものであった。ただ、その論の確かさを納得してもらうためには、そもそもの前提条件から説き始

2. ニュートンとゲーテめる必要があり、今回はその展開が新しいものであった

光や色に興味をもって調べていくと、光や色には、大こともあり、論を追うことを難しくしてしまったようにきく異なった二つの見方があることを感じるようにな思う。これには筆者の筆力の低さも影響しているのだが、る。一つは光や色を物理的にとらえようとする見方であ

光とアピアランスを関係づけるための技術レベルが上がり、もう一つは、光や色を、われわれの視覚体験や視覚ってしまった結果、その全体像を容易に理解することが現象を作り出す抽象的なものとしてとらえようとする見できなくなった、という状況もその背景にある。どのよ方である。この光や色に対する二つの全く異なった見方

うな分野であっても、技術の進展とともにこのような状は、光や色を扱う学問が始まった当初からあった。

況に陥ってしまうものなのだが、この状況が、これから光や色を物理的にとらえる研究をスタートさせたのはの照明と設計、評価を巡る環境を変えていくことになる。

ニュートンである。ニュートンは、自然の白色光をプリ

筆者はそのように思う。

ズムに通すと七色の光に分光し（図 1）、分光した光をプ

一連の技術コラムでは、照明のそもそもの役割を考え

リズムを通して再び集光すると（図 2）、白色の光に戻るることにより、これまで漠然と考えられてきた｢良い照ことを発見した（『光学』：1704 年）。この分光の原理は、明とは何か｣という問いに対する一つの答えを提示する

通常図 1 のように示されている。ここで注意しなければことを目指してきた。筆者は、その答えを考えるには、

ならないことは、光は左側から右側に進んでいることで①光によってどのようなアピアランスが発生するかを素ある。そのことがよくわかるように、図 2 の合成の場合直に体験すること、②その体験をもたらす物理的な背景

では、右側から左側に光が進んでいる様子を矢印で表現を正しく理解すること、この二点が必要であると述べてした。ニュートンはもちろん、二つのプリズムを組み合きた。取り立てて強調したいのは、①の視覚的な体験は、わせることで、この二つの事実を発見したのだが、後々

2018.5

照明工業会報61

夕日の光
ロウソクの光図1

白色光のプリズムによる分光
美しい青い影が生ずる

美しい⻘い影が⽣ずる
図1

白色光のプリズムによる分光
図3

オレンジ⾊の光だけの中に⻘い影が⽣ずる

覚が、周辺の白い紙が赤味を帯びた黄色の光を受けてい図3 オレンジ⾊の光だけの中に⻘い影が⽣ずるることによって生じていると考えざるを得ず、周辺の赤みを帯びた黄色との対比によって、物理的には存在しな
図2分光された光を合成すると白色光に戻る

い、すなわち放射としては存在しない、青の知覚が生じるとした。

の説明では、この光の進む方向が重要になる。
図2
分光された光を合成すると白色光に戻る
ニートンは｢光線には色がついていない｣（The Rays are

た明るさや色の対比以外にも、明順応や暗順応、残像、

not coloured）という有名な言葉を残す。この言葉は、電補色や反対色などがある。これらの多く、特に反対色の磁放射（光線）自体に色がついているわけではなく、特定指摘は、今では物理的な三原色から色の知覚に至るプロの波長をもつ電磁放射がわれわれに色知覚を生じさせセスとして広く認知されるようになっており（前回の色る、すなわち色知覚は心理的な反応であるという事実をの変換式がこれに当たる）、色の知覚理論の中に取り込述べている。この発見を基に、実に多くの実験、研究がまれるに至っている。

展開され、ヤング・ヘルムホルツによって光の三原色がニュートンとゲーテ。両者の違いを最も端的に表すの推定され、現在の色彩工学はこのような研究の延長上には、プリズムを巡る議論である。すでに述べたようにニある。

ュートンは、図 1 のように、プリズムで自然光を分光す

しかしながら、直感的に言って、光や色に対するわれれば赤から菫のスペクトルに分解されることを示した。

われの日常の体験は、ニュートンの分光や光の三原色のゲーテは、それは明らかに実体験とは異なると考え、プような物理的な定義から遠く離れたものであるように感リズムを通して実環境を見て、それを確認しようとした。

じる。そのような指摘を力強く言い放ったのが文豪ゲー読者も同じ実験をすれば確認できるが、プリズムを通しテである。彼はニュートンの『光学』から 100 年余りたって実環境を見ても、実環境が色づいて見えることはない。

た 1810 年に『色彩論』を著し、光や色に関するわれわれ

この観察を受けてゲーテは、ニュートンは正しくないとの体験を、手続き的に確認できるさまざまな知覚現象のしたが、ゲーテの素晴らしいところは、プリズムを通しリストとして示し、これらの現象は決して物理的な光やて見える様子を詳しく記述しているところであり、彼は色の定義では説明できないとした。彼が指摘した現象のエッジの部分では色づいて見えると報告した。

一つは次のようなものである（大山正：色彩心理学入門より引用）。

このエッジ部分だけで色づいて見える理由を、読者はすぐに推察できるだろうか。面食らう方もいることと思｢65 夕方、薄明のとき、低く燃えているろうそくを白

うが、よく考えてみると難しいことではない。プリズム

い紙の上におき、これと弱まっていく日光との間に一本を通して実環境を見ると、目は測光色（輝度・色度）を知の鉛筆を真直ぐに立てる。そして、ろうそくの投ずる陰覚するから、図 4 のように進んだ光が目に入射して実環

影が弱い日光で照らされるが、まったく消されないよう境が見える。これはニュートンの集光の実験（図 2）と同にすると、その陰影は非常に美しい青色に見える｣（図3）。

じ光の流れであることに注意してほしい。次に、壁面の｢66 この陰影が青であるということはすぐに認められ上部が白、下部が黒に塗り分けられている状況を考え、るが、白い紙が赤みを帯びた黄色の面として作用し、こそのエッジ部分を見たときに目に入射する光の様子を図の光によって前の青色が目に要求されたのであるという示してみると、図 5 のようになる。エッジより下の黒いことは、注意しなければ確かめられない｣。

壁の輝度は低く、すなわち目に入射する光の放射エネル

ゲーテは、この現象を説明するためには、この青の知62

彼が指摘した現象には重要なものが多く、ここで示し

照明工業会報 No.31

ギーは低く、上側の白い壁の輝度は高い、すなわち目にている。
すでに何度も述べたように、実環境と一致した全視野の測光色画像が提示されれば、実環境とほぼ同じ視覚体験ができると考えられ、これが HMD（ヘッドマウン
トディスプレイ）の登場によって現実味を帯びてきてい
図4

図4

目で実環境を見たときの光の流れ

目で実環境を見たときの光の流れる。仮に、世界の有名建築物の美しいアピアランスが測光色画像として正しく記録できるとすると、精度の高い
HMD があるだけで、それらが誰でも簡単に体験できることになる。
しかしもちろん、実環境と同じ測光色分布をディスプ
レイ上に作り出すことは難しい。しばしば指摘されるのは、実環境の光の絶対量を再現することの難しさである。
実環境では数千から数万 cd/m2 程度の高輝度があるのが普通だが、通常のディスプレイでは数百 cd/m2 程度まで

図 5 ⽩と⿊のエッジ部分を⾒るときの光の流れ

しか表示できない。しかしながら、さらに重要なのは、分布の様子が再現されていることである。まず、ディス入射する光の放射エネルギーは高い。したがって、それプレイの解像度はできるだけ高い必要がある。そしてさらの光が合成されて得られる光は、当然白ではなく、赤らに、画像内の輝度比（測光色比）が保存されていなけれ

く色づいて見える。そのため、視線方向がエッジの上下ばならない。一方、輝度の高さについては、人の目の順で移動すると、虹のような色づいた知覚が生ずることに応という機能を利用すれば、たとえ輝度が低くとも同じなる。

体験をすることは可能である。通常の室内環境に順応し結論は、ゲーテの観察は正しいが、ニュートンの理論た状態で、屋外実環境の様子を提示した高輝度の HMDも正しい。もう少し詳しく言えば、ゲーテのアピアラン

を見ると、眩しくてたまらず、その視環境を正しく体験スの記述は正しいが、そのアピアランスからニュートン

しているとは到底言えないだろう。

が間違っているとした結論は正しくないということにな

このような体験を実現するための画像生成アルゴリズる。この図式が、本稿のはじめに述べた図式とほぼ同じ

ムが、リアル・アピアランス画像への変換である。連載

であることをご理解いただけると思う。ポイントは、ゲ

第 2 回の｢輝度画像を分析する技術｣で述べたように、視ーテの観察を｢正しい｣としなければならないことにあ認性であれ、グレアであれ、色や明るさの知覚であれ、る。光や色を教科書だけで学んでいる人は、吸収した知

すべて、視対象サイズ、視対象輝度、周辺とのコントラ識に過度に影響されてしまい、実際に自分の目で見えてストという三つの条件でほぼ推定できることが分かっているものを信頼することができず、しばしば自分の目はいる。このうち、視対象サイズは、実環境との同じ視角

誤って見えていると考えてしまう。良いアピアランスを

サイズの画像を提示することで保存することができるか作り出すためには、自分の目を信じることから始めなけ

ら、見え方をできるだけ正しく再現するには、コントラればならない。

スト情報を保存した上で、順応の状態にあわせて、輝度や測光色の絶対値を下げていくことになる。

3. 視覚体験の共有化

リアル・アピアランス画像では、対数をとった輝度
画像や測光色画像を、ウェーブレット分解を使って図 6

これまで述べたように、視覚的な体験に光の知識は無に示すような統合コントラスト画像と近似画像に分解用である。しかしこれまで、光の専門家でない人の視覚する。ウェーブレット分解は連載の第 2 回でも紹介した

体験が顧みられることはなかった。その理由は、美しいが、ここでは、このウェーブレット分解を複数回適用す

アピアランスをもつ実環境を体験するには、その現場にる。ウェーブレット分解は、1 回の分解で、オリジナル

行かなければならなかったからである。そのため、美し画像から抽出可能なもっとも細かいコントラストだけをい（といわれる）視覚体験ができるのは、建築家や照明デ抽出したコントラスト画像と、そのコントラストだけがザイナーなど、一部の人々だけに限られていた。実環境

完全に抜き取られた近似画像を生成する。これらの二つのアピアランスを体験した人の価値は高く、その言説にの画像は、分解によって画像サイズが 2 分の 1、すなわ

は有無を言わさない力があった。それが今変わろうとし

ち 1 画素のサイズが 2 倍となる。得られた近似画像に対

2018.5

照明工業会報63細かい輝度変化

細かい変化を抽出

ーザーは、設計されたものを図面から読む必要はなく、コントラスト画像

設計者に HMD 用の測光色画像を生成させて、自分の目

コントラスト画像
近似画像

で見て確かめることができる。多くの施主は、最終的には、自分の目で見てその設計の良し悪しを判断するよう

合成

×係数

粗い輝度変化図6

リアル・アピアランス
リアル・アピアランス画像
画像

粗い変化を抽出

統合
統合コントラスト
コントラスト画像
コントラスト画像

分解

合成

・・・・

対数輝度画像

コントラスト画像

統合コントラスト画像とリアルアピアランス画像

図6 統合コントラスト画像とリアルアピアランス画像になるだろう。このような装置が一般化すると、照明とさまざまなインテリアを一体として考えることが普通になり、照明デザインはインテリアデザインの一部になる、あるいは逆に、インテリアデザインが照明デザインの一部になるのかもしれない。またこれは、建築家が自ら直接アピアランスを作りたいと考えることにもつながり、
デザイン分野の統合化が進むことになりそうだ。

4. これからの照明設計
このように、照明設計に関わる技術は大きく様変わり
統合コントラスト画像（輝度比が完全に保存されている)することになるが、これを考慮した上で、これからの照明設計の在り方を考えてみたい。
まず、社会の流れから考えて、省エネルギーをさらに進める方向は継続されるはずだ。できるだけ窓を設け、昼間は外部の光を導入することになり、室内の人工照明

オリジナルの輝度画像はその補助として利用されることになろう。すなわち、近似画像

図 7 輝度画像から抽出された
図7 輝度画像から抽出された統合コントラスト画像と近似画像統合コントラスト画像と近似画像

64

照明コントロールが必ず導入されるようになる。照明コ
ントロールは、内部の光環境や視環境に対応して行われることになるから、その状態をモニタリングするセンサ

し、さらに同じ分解を進めると、初めの倍の粗さのコンーが必要であり、何をセンシングするか、その値を受けトラストだけを抽出したコントラスト画像と、そのコンてどのようにコントロールするかというアルゴリズム

トラストがさらに抜き取られた近似画像が得られる。こが、照明設計の中に組込まれていくことになる。

の分解を画像サイズが 1 画素になるまで進めていくと、このコントロールのアルゴリズムの中に、明るさ画像、

図 6 に示すような、様々な粗さのコントラストを抽出しグレア評価画像など、アピアランスを数値として推定すたコントラスト画像群と、それらすべてのコントラスト

る方法が組込まれていくことになろう。結局のところ照が抜き取られた一つの近似画像が得られる。統合コント

明コントロールは、部屋が薄暗く見えないか、眩しくな

ラスト画像とは、抜き取ったすべてのコントラスト画像

いか、視対象がよく見えるかなど、さまざまなモノのアを合成したもので、図 7 を見ればわかるように、この画

ピアランスを中心に考えて行われるからである。

像にはわれわれが通常｢絵｣と呼ぶ情報がすべて含まれて省エネルギーの重要性を考えると、空間全体を一律にいる。この統合コントラスト画像をそのままに、近似画

明るく照らすことはありえないから、アピアランスを検像のみに係数をかけて再合成すると、コントラストが完討する照明の在り方は、図 8 に示すように、フォーカル

全に保存された上で、絶対値が調整された画像を生成す

照明とアンビエント照明の二つに分けて検討することにることができる。これがリアル・アピアランス画像であなろう。これは、今年改定される予定の照明学会｢住宅る。
なお、
近似画像に掛ける係数を1として再合成すると、

照明設計技術指針｣の考え方である。フォーカル照明は、オリジナル画像が得られる。

意識的に目で見る、すなわち中心視で見て受取るアピア

リアル・アピアランス画像のような、HMD の性能にランスの在り方を決める照明で、アンビエント照明は、あわせて最適化した測光色画像と、HMD を組み合わせ

そのような中心視の背景として存在することに意味があて利用すれば、誰でも、いつでも、どこでも、現実環境る部分のアピアランスを作り出す。これまでの設計では、とほぼ同じ視覚体験ができる。すなわち、照明設計案やあらゆる部分の照明をフォーカル照明と考えてきたこと

素晴らしいとされる実例を、だれでも体験できる。これになるが、今後はその一部にアンビエント照明としてのが照明設計に与える影響は大きい。施主や照明環境のユ役割を与えるということになろう。

照明工業会報 No.31

ファンクショナル照明
フォーカル照明
居住者が中心視で見る部分の照明（目で追う視対象部分の照明）

照明環境

視対象の識別が必要な場合の照明（例: 裁縫，読書，食事など）意味を与えるという提案力が求められ、照明だけではな
く、インテリアも含めた、空間全体の提案が求められる

アイストップ照明
視対象に目を留めればよい場合の照明（例:
玄関の飾り棚など）

アンビエント照明

ことになろう。アピアランスによってモノに意味を与えるという行為は、イメージだけであれば光の理解とは無関係にできる。そのためアピアランスのデザイン行為は、居住者が空間全体を眺めたときに視界に入る部分の照明（例: 壁，天井など）

図８

明デザインの本質部分ともいえるアピアランスでモノにフォーカル照明とアンビエント照明

照明デザイナーだけでなく、インテリアデザイナー、プ
ロダクトデザイナー、そして建築家にも可能となり、彼ら自らがアピアランスによってモノに意味を直接与えた

照明デザイナー
図８ フォーカル照明とアンビエント照明

い、という意向を示す可能性も高い。

建築家
意味を与える
アピアランスのデザイン

5. おわりに
照明メーカーの立場からすると、照明器具を販売することによってビジネスが成り立っているから、視環境のアピアランスに基づいた
照明設計
アピアランスを実現する設計

アピアランスを実現する
光の供給

評価や設計はサービスであって、できるだけ手間をかけたくないというのが本音であろう。しかしながら、クライアントやユーザーが本当に求めているのは、体験した
いアピアランスを実現してもらうことであって、それを実現する方法を提供することが、照明業界の本来の役割であろう。アピアランスはもちろん、照明だけでは決ま

照明技術者

照明メーカー

図9 これからの照明設計
これからの照明設計
図8

らない。しかしながら、どのような物であっても光がな
ければアピアランスを作り出すことはできない。光を扱うことの重要性は将来増すことはあれ、減ることはない

前章で述べたように、アピアランスによって照明設計だろう。

の良し悪しが判断されることが多くなろう。これまでも、

本稿で筆者が担当した一連の技術コラムは終了とな

設計案のプレゼンテーションには必ず完成後のイメージる。今回のコラムは、これまでの技術コラムとは書きぶ

パースが利用されていたが、これが、測光色や輝度といりが違っていて、戸惑う読者も多かったのではないかとう物理量との対応関係が明らかにものに代わって行き、思う。筆者としては、単なる技術の紹介ではなく、照明

最終的には、HMD によって施主などが見て、最終版な関連分野の未来と、これから必要とされる技術を考え、判断が下されることになろう。このようなアピアランス

それと関連させる形で現在の技術の解説を試みた。そのに基づいた判断は、背景に実環境で測定可能な物理量をため、ある部分では物語風の読み物になっているのに対持つため、HMD などの提示装置の信頼性はもちろんだ

し、別の部分では、技術のエッセンスだけを短く紹介しが、設計自体の信頼性もチェックできるようになり、設たやや難解な解説になってしまった。しかしながら、こ計コミットメントが強く求められるようになろう。

れからの光や色に関連する技術の全体像は、理解していアピアランスに基づいた設計には、これから高い技術

ただけたことと思う。誌面の関係でエッセンスだけしか力が求められるようになるため、図 9 のような分業化

紹介できなかった技術については、またの機会に改めてが進むことになろう。①何がどのようなアピアランスを解説できればと思う。

もつことを良しとするかを提案し、②そのアピアランスを実現する光を見出し、③その光を具体的に提供するという三つの作業を、それぞれ専門的に行う集団が生まれる。これまでは、この三つの作業を一体として照明デザ
イナーが運用してきた。しかしこれからは、それが技術的に難しくなってくるだろう。デザインとは、モノに意味を与えることであるという（ミラノ工科大学のベルガンティ教授による）。照明デザイナーにはこれから、照2018.5

照明工業会報65