Qt GUI で QColorSpace::primaries() を使って色度を理解する

QColorSpace::primaries() は、Qt GUI モジュールの QColorSpace クラスに属するメソッドです。このメソッドは、カラー空間の色度を定義する原色情報を取得します。

カラー空間とは

カラー空間は、色を数値で表現するための体系です。様々なカラー空間が存在し、それぞれ異なる色域や色表現方法を持ちます。代表的なカラー空間としては、sRGB、Rec. 709、Adobe RGB などがあります。

原色とは

原色は、カラー空間において、他の色を混合することで生成できる色の最小単位です。一般的に、3つの原色を用いてカラー空間を表現します。例えば、sRGB カラー空間では、赤、緑、青の3つの原色を用いています。

色度とは

色度は、色の彩度と色相を表現します。彩度は、色の鮮やかさを表し、色相は、色の種類（赤、緑、青など）を表します。

QColorSpace::primaries() の役割

QColorSpace::primaries() メソッドは、QColorSpace オブジェクトに定義されている原色情報を取得します。取得される情報は、以下の3つの色度座標です。

青色原色: (x, y) 座標
緑色原色: (x, y) 座標
赤色原色: (x, y) 座標

これらの色度座標は、CIE 1931 色度図上で表すことができます。

QColorSpace::primaries() の利用例

QColorSpace::primaries() メソッドは、以下の目的で使用できます。

特定のカラー空間に対応した画像処理を行う
カラー空間間の変換を行う
カラー空間の特性を理解する

例：sRGB カラー空間の原色情報を取得する

QColorSpace srgbSpace(QColorSpace::SRgb);
QColorSpace::Primaries primaries = srgbSpace.primaries();

// 赤色原色を取得
QPointF redPrimary = primaries.redPoint();
qDebug() << "赤色原色: (" << redPrimary.x() << ", " << redPrimary.y() << ")";

// 緑色原色を取得
QPointF greenPrimary = primaries.greenPoint();
qDebug() << "緑色原色: (" << greenPrimary.x() << ", " << greenPrimary.y() << ")";

// 青色原色を取得
QPointF bluePrimary = primaries.bluePoint();
qDebug() << "青色原色: (" << bluePrimary.x() << ", " << bluePrimary.y() << ")";

このコードは、sRGB カラー空間の原色情報を取得し、コンソールに出力します。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# Rec. 709 カラー空間の原色情報を取得
rec709_primaries = QColorSpace(QColorSpace.Rec709).primaries()

# CIE 1931 色度図を作成
x, y = np.linspace(0, 1, 256), np.linspace(0, 1, 256)
X, Y = np.meshgrid(x, y)
XYZ = np.dstack((X, Y, np.ones_like(X)))

# Rec. 709 カラー空間の原色を CIE 1931 色度図上にプロット
plt.plot(rec709_primaries.redPoint().x(), rec709_primaries.redPoint().y(), 'or', label='Red')
plt.plot(rec709_primaries.greenPoint().x(), rec709_primaries.greenPoint().y(), 'og', label='Green')
plt.plot(rec709_primaries.bluePoint().x(), rec709_primaries.bluePoint().y(), 'ob', label='Blue')

# 色域を表示
plt.fill(X, Y, colorspace_to_rgb(XYZ))

# 軸ラベルとタイトルを設定
plt.xlabel('x')
plt.ylabel('y')
plt.title('Rec. 709 Color Space Primaries on CIE 1931 Diagram')

# 凡例を表示
plt.legend()

# グラフを表示
plt.show()

このコードでは、まず matplotlib.pyplot と numpy ライブラリをインポートします。次に、QColorSpace クラスを使用して、Rec. 709 カラー空間の原色情報を取得します。

続いて、np.linspace() 関数を使用して、CIE 1931 色度図を作成します。この色度図は、X と Y の2つの軸で構成され、それぞれ色度の値を表します。

次に、rec709_primaries オブジェクトを使用して、Rec. 709 カラー空間の原色を CIE 1931 色度図上にプロットします。

その後、colorspace_to_rgb() 関数を使用して、Rec. 709 カラー空間の色域を表示します。

最後に、軸ラベル、タイトル、凡例を設定し、グラフを表示します。

図中の赤い点は赤色原色、緑色の点は緑色原色、青い点は青色原色を表します。これらの点は、CIE 1931 色度図上の色域の外側に位置していることがわかります。これは、Rec. 709 カラー空間が、CIE 1931 色度図で表現できるすべての色を表現できるわけではないことを意味します。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# sRGB カラー空間の原色情報を取得
srgb_primaries = QColorSpace(QColorSpace.SRgb).primaries()

# Adobe RGB カラー空間の原色情報を取得
adobe_rgb_primaries = QColorSpace(QColorSpace.AdobeRGB).primaries()

# CIE 1931 色度図を作成
x, y = np.linspace(0, 1, 256), np.linspace(0, 1, 256)
X, Y = np.meshgrid(x, y)
XYZ = np.dstack((X, Y, np.ones_like(X)))

# sRGB カラー空間の原色を CIE 1931 色度図上にプロット
plt.plot(srgb_primaries.redPoint

以下に、QColorSpace::primaries() の代替方法として考えられる方法をいくつか紹介します。

カラー空間定義ファイルを使用する

多くのカラー空間は、定義ファイルとして提供されています。これらのファイルには、カラー空間の名称、原色座標、ホワイトポイントなどの情報が含まれています。

例えば、sRGB カラー空間の定義ファイルは、以下の URL からダウンロードできます。

このファイルには、以下の情報が含まれています。

Name: sRGB
Primaries:
    Red: (0.6400, 0.3300)
    Green: (0.3000, 0.6000)
    Blue: (0.1700, 0.0700)
White Point: (0.3127, 0.3290, 0.3333)

これらの情報から、プログラムで原色座標を取得することができます。

カラー変換ライブラリを使用する

QColorSpace::primaries() メソッドに代わるものとして、カラー変換ライブラリを使用する方法があります。これらのライブラリは、様々なカラー空間間の変換をサポートしており、原色情報を含む多くの機能を提供しています。

代表的なカラー変換ライブラリとしては、以下のようなものがあります。

Colord
Colormath
OpenCV

これらのライブラリを使用して、プログラムで原色座標を取得することができます。

カラーマネジメントシステムを使用する

カラーマネジメントシステム (CMS) は、異なるカラー空間間の変換を管理するためのソフトウェアです。CMS は、カラープロファイルと呼ばれるファイルを使用して、カラー空間の特性を定義します。

CMS を使用すると、カラープロファイルから原色座標を取得することができます。

手動で計算する

理論的には、カラー空間の定義式に基づいて、手動で原色座標を計算することも可能です。しかし、この方法は複雑で、計算ミスが発生しやすいという欠点があります。

QColorSpace::primaries() メソッドは、カラー空間の原色情報を取得するための便利な機能ですが、状況によっては、他の方法で原色情報を取得することも可能です。上記で紹介した代替方法を検討し、状況に応じて最適な方法を選択することをお勧めします。

手動で原色座標を計算する場合、数学的な知識が必要となります。
CMS は、商用版とオープンソース版の両方があります。
カラー変換ライブラリは、多くの場合、オープンソースで提供されています。
カラー空間の定義ファイルは、様々な形式で提供されています。代表的な形式としては、XML、JSON、INI などがあります。