階調【shade】階調数 / 諧調

概要

階調（shade）とは、コンピュータが画像を扱う際に、色の濃さや明るさを何段階で表現することができるかを表す数。この数が大きいほど細かな色や明るさの違いを表現できるが、画素あたりのデータ量は増大する。

自然界では色は光の波長によって異なり、連続量の一種だが、コンピュータで画像を扱う際にはこれを離散量（有限桁の数値）に変換する必要がある。その際、ある色の最も明るい（濃い）状態と暗い（薄い）状態の間を何段階で識別・表現することができるかを表す値が階調である。

モノクロの階調

最も単純な階調は白黒画像（モノクロ2階調）であり、すべての画素が真っ白と真っ黒のいずれかで表現される。色は「0」（黒）と「1」（白）の2値で識別され、各画素につき1ビットで表現することができる。

一方、一般に「モノクロ画像」あるいは「グレースケール画像」と呼ばれるものは白と黒の中間に明るさ（濃さ）の異なる複数の灰色を表現することができるものを指すことが多い。よく用いられる256階調（各画素の情報量は8ビット）のモノクロ画像では、白、黒、254段階の灰色の計256色を表現できる。

カラーの階調

カラー画像の場合は色を複数の原色に分解し、各色の階調の組み合わせで表現できる色の数が決まる。コンピュータ上で画像データを扱う際には色を赤（Red：R）・緑（Green：G）、青（Blue：B）の「光の3原色」に分解し、それぞれを同じ階調で表現することが多い。

人間の目にとって自然の光景と区別がつかない表現は、この各色について256段階（8ビット）程度の階調が必要であると言われており、これを「フルカラー」（full color）あるいは「トゥルーカラー」（true color）という。256の3乗で1677万7216色を表現することができる。

通常の用途ではフルカラーで十分なことが多いが、赤外線暗視映像のように特定の色味しか現れない特殊な表現の場合は単色256階調では色の境界が階段状になってしまうなど表現力が不足する場合がある。そのような状況にも対応できるよう、業務用の機器などでは内部的に各色10ビット（1024階調）や12ビット（4096階調）で表現するものもある。

(2023.2.24更新)