フィルム撮影では、レンズの前に置いたカラーフィルターが、露光前にどの波長がエマルジョンに届くかを変える。デジタルセンサーはまずフルカラーで記録するため、同等のコントロールは撮影後に行う。3つのカラーチャンネルに重みを付けて合算し、1つのグレー値を得るのだ。チャンネルミキサーはまさにこの合算を行う。だからこそガラスを一枚も使わずにイエロー、オレンジ、レッドフィルターを模倣できる。その模倣は近似ではあるが完全ではなく、差異はセンサーがそもそもどのように色を捉えたかによって決まる。

スライダーが実際に計算していること

グレースケール変換はすべて、3つの数値を1つに還元する。デフォルトの重みは恣意的ではない。ITU-R勧告BT.709（1990年初版）のルーマ係数は赤に0.2126、緑に0.7152、青に0.0722を割り当てている。旧規格のBT.601（1982年初版、標準解像度の標準規格）では0.299、0.587、0.114が使われていた。これらはガンマ符号化された値に適用されるルーマ係数であり、真の線形光度重みではないが、いずれも合計が1になるため全体的な明るさが保たれ、緑への強い感度と青への弱い感度という目の特性を反映している。

チャンネルミキサーは、単純に自分で重みを選べる仕組みだ。8ビットの2つのピクセルを例に取ろう。青空のパッチはおよそR 70 / G 110 / B 200、赤レンガはR 170 / G 60 / B 50を示している。中立的なBT.709の重みでは、青空は0.2126·70 + 0.7152·110 + 0.0722·200 ≈ 108に変換され、レンガは≈ 83になる。つまり青空の方が明るく出る。今度はR 150% / G 20% / B −70%（合計は100%）のレッドフィルターミックスを適用する。青空は1.5·70 + 0.2·110 − 0.7·200 = −13となり、クリップされてほぼ黒になる。レンガは1.5·170 + 0.2·60 − 0.7·50 = 232、ほぼ白になる。レッドフィルターの風景写真特有の劇的に暗い空と輝くレンガ造りは、光を一切取り除かなくても、ただこの計算から導き出される。

フィルターの対応関係と段（ストップ）

ガラスフィルターは自身の色を通し補色を吸収するため、必ず露出のコストが生じる。日中光におけるKodak Wrattenの露出倍数がそのコストを示しており、それぞれにミキサーの対応値がある：

• Yellow 8（K2）、約2倍 ≈ 1段（ストップ） — 青を穏やかに減らす、標準的な「自然な空」フィルター。
• Green 11（X1）、約4倍 ≈ 2段（ストップ） — 緑を上げ、青と赤を削る。葉を明るく、肌を暗くする。
• Orange 21、約2.5〜4倍 ≈ 1.3〜2段（ストップ） — 赤を上げ、イエローより強く青をカットする。
• Red 25、約8倍 ≈ 3段（ストップ） — 赤の重みが大きく、青が強くネガティブになり、空が深く暗くなる。
• Deep red 29、約16倍 ≈ 4段（ストップ） — 最も極端な重み付け、空は黒に近づく。

青が豊富なオープンシェードや天空光の下では、フィルターが吸収すべき青が多いため、これらの倍数はさらに上がる。Ansel AdamsはMonolith, the Face of Half Dome（1927年）で空を黒に近く描写するためにWratten 29のディープレッドを使い、The Negative（1981年）でフィルターの使い方を詳述している。ミキサーはそれぞれの描写を再現するが、段（ストップ）のコストを一切請求しない。測光したシャッタースピードと絞りをそのまま使える。

ツールと何をミックスするか

PhotoshopのChannel Mixerは重みをパーセンテージで表現し、モノクロームチェックボックスとConstantオフセットを備えており、合計を100%近くに保つよう促す。ミックスするのは3つの実際のチャンネルだ。LightroomとAdobe Camera Rawは別のアプローチを取る。白黒ミックスには3つの生チャンネルではなく8つのカラーバンドスライダー（red、orange、yellow、green、aqua、blue、purple、magenta）が用意されている。これらはHSL的な空間で機能するため、「orange」スライダーは赤チャンネル全体ではなくオレンジ色のトーンを特定して持ち上げる——より細かいトーン制御だが、思考モデルが異なる。Capture One、RawTherapee、Nik Silver Efex Proはこのスペクトルの各所に位置する。この違いは重要だ。3チャンネルミキシングはセンサーの実際の赤・緑・青の記録を再配分するのに対し、バンドスライダーはデモザイク後に解釈されたトーンをリマップする。

一致が不完全な理由

エミュレーションの限界は、センサー上のカラーフィルターアレイにある。Bayerパターン——Eastman KodakのBryce Bayerが発明し、米国特許3,971,065として1975年出願・1976年登録——は光受光面の50%を緑、25%を赤、25%を青で配置する。Bayerは緑の受光面を「輝度感応素子」と呼び、目のピーク感度に合わせて2倍にしていた。これはグリーンにルーマ重み0.7152を与えるのと同じ論理だ。デモザイクは各サイトで欠損値を補間する。

これらの染料フィルターは有機色素を光リソグラフィーで堆積させたものであり、鋭い遮断特性ではなく広い重複したパスバンドを持つため、赤チャンネルは緑の一部にも応答する。これがスペクトルクロストークであり、ピクセルピッチが縮小するにつれて悪化する。シリコンが長波長側でさらに問題を複雑にする。約1.1 eVのバンドギャップにより、シリコンは約1100 nmまで感度を持ち、近赤外線領域に達してしまう。そのためカラーカメラはIRカットフィルター（ホットミラーフィルター）を搭載しており（遷移帯域は通常650〜720 nm）、赤外線がチャンネルに届くのを防いでいる。それなしでは赤チャンネルが大きく汚染される。フィルターがあっても、残留ミキシングは染料クロストークのみだ。いずれにせよ、赤チャンネルはすでに後から分離できない波長のブレンドを吸収している。ガラスの赤フィルターは露光前に青をブロックするが、ミキサーは既に記録されたデータを再配分するだけだ。ある領域が白くクリップしたり、シャドウに詳細が埋もれたりすると、どの重み付けでも回復できない——これがRAWで作業する場合の話であり、各チャンネルは独自のヘッドルームを保持している。タングステン光下では青が最初にクリップしやすく、夕日や肌では赤が最初にクリップしやすい。

エミュレートしているフィルムと、存在しないノイズ

チャンネルミキサーがエミュレートしているのは、パンクロマティックエマルジョンにフィルターを組み合わせたものだ。パンクロマティックフィルム——FP4、HP5、Tri-X——は可視スペクトル全域に感度を持つ。だからこそレッドフィルターをかけると青空が暗くなり、赤色が明るくなる。オルソクロマティックフィルムはまったく別物だ。Ilford Ortho Plus 80は赤にほぼ感度がなく、赤をほぼ黒に描写する。そのためレッドフィルターをかけても逆効果になる。どの2つのエマルジョンも同一のスペクトル感度曲線を持たない。つまり「レッドフィルターの描写」自体がフィルム固有のものであり、ミキサーはあくまで特定のエマルジョンとガラスの組み合わせを近似しているに過ぎない。

デジタル側での2つの注意点を挙げる。青チャンネルは通常最もノイズが多い。青の染料が通過させる光子数が最も少ないためだ。信号が最小ということは光子ショットノイズ（信号の平方根でスケールする）が支配的になり、暖色光のホワイトバランスゲインがさらにそれを増幅する。最新のCMOSの読み出しノイズは1ピクセルあたり約2 e⁻程度だが、日中の多くの露光はショットノイズ律速となる。そのため青の重みを強く上げると、測光でどうにもならないグレインが浮き上がってくる。また、ミックスが「自由で可逆」であるのはカラーデータが残っている間だけだ——RAWファイルまたはレイヤー付きドキュメントの状態である限り。グレースケールにフラット化したり、JPEGに焼き込んだりした時点で、変換は現像済みネガと同様に不可逆になる。