광계측공학 강의 노트 5 (한국공학대학교 김윤석 교수님)

 

9. 색의 측정

 

색의 인지는 눈의 망막에 있는 세 종류의 원추 시세포(LMS:RGB)가 담당

9-1. 색인지

 

- 원추세포 : 6-800만개, 원뿔 세포라고도 하며 밝은 빛이 들어올 때 반응하고 파장에 따른 세기의 분포를 지각.

  형상, 밝기, 색을 인식하며 원추 시세포 L, M, S는 6:3:1 비율로 존재함 (* L,M,S는 Long, Middle, Short)

 

- 간상세포 : 1억개, 막대 시세포라고 하고 빛의 양이 매우 작을 때만 활성화 됨. 밝고 어두움만 구별 가능

 

 

9-2. 광원색과 물체색

 

색은 사람의 감각을 통한 느낌이며 심리적 용인에 의해서도 영향을 받음

물리적 자극(빛 에너지) > 눈(망막) > 시신경 > 대뇌(시각령- 운동, 형태, 색을 인지하며 이 때 심리적 영향 작용)

우리가 색을 이야기 할 때, 물체를 비추는 광원의 빛이 반사되어 색자극을 만들기 때문에 반드시 광원 특성에 대한 설명이 동반되어야 함

 

심리 상태가 영향을 주는 이유는, 상태에 따라 안구에 포함된 원추세포 비율이나 채널이 다르게 형성되기 때문

 

 

9-3. 색상 모델

- 색모델 RGB : Red, Green, Blue 삼원색의 세기를 숫자로 지정하여 각 0-2555로 표현이 가능

- 색모델 HSL : 색상, 채도, 명도를 나타내며 각 0-255까지 변경 가능

                   H(Hue:색상), S(Satuation:포화도;채도), L(Luminance:광휘도;명도)

 

 

9-4. 주광분포

 

- 맑은 날 태양의 분광분포를 주광분포라고 함. (그래프 참조)

- 인간은 주광(Daylight)의 광원색을 약간 푸른 느낌의 백색으로 느낌

- 6500K의 광원색, D65라고 함

- 열광원의 경우 플랑크의 복사 법칙에 따라 분광 분포가 빛을 내는 물질의 온도에 의하여 결정되므로 광원색을 온도로 수치화하기도 하는데, 이를 색온도라 함. (위의 그래프는 6500K에서 플랑크의 복사 법칙을 따르는 스펙트럼)

- 색온도를 열광원의 색온도와 구별하여 상관색온도(Correlated color temperature)라고 함. 

- 연색지수(CRI)가 낮은 곳에서는 다른 조명에서 다른 색으로 보일 수 있음. 색이 달라보이는 이유는 물체의 반사율이나 인공 광원에서 비어있는 스펙트럼을 눈이 인지하지 못하기 때문일 수 있다.

 

 

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9-5. 물체색

 

물체의 색은 물체가 발생하는 고유의 빛에 의한 자극이 아니라 그 물체를 비추는 광원의 빛이 물체에서 반사되어 우리 눈에 들어와 색을 만드는 것이다. "이 사과는 햇빛 아래에서 빨갛게 느껴진다"가 과학적으로 정확한 표현이라고;

 

- 색은 물체의 고유한 특성이 아님

- 물체색에서는 광원의 분광분포가 물체에 반사할 때 어떻게 변하는가에 영향

- 물체가 각 파장 별로 들어오는 빛을 얼마만큼 반사하는가를 나타내는 특성을 분광반사율이라 함

- 관측 조건(광원의 각도와 관측 각도 등)을 정확하게 알아야 빛의 분광분포를 정확히 알 수 있음

- 기본적으로 물체색은, 주광(65D)을 광원으로 했을 경우로 약속함

 

 

9-6. 색의 반사율과 입체색

 

- 종이는 람베르트 반사에 가깝고 주광을 비추었을 때 분광분포의 변화가 매우 적어서 하얀색으로 보임

- 검정색 잉크는 거의 모든 가시광 파장영역에서 낮은 반사율을 가지므로 눈에 도달하는 빛이 매우 적음

종이의 반사율과 검정색의 반사율

 

다른 색의 반사율을 보면,

RGB 각각은 두 색의 반사율 곱으로 이루어지며, 반사율은 1보다 작기 때문에 반사율을 곱할 경우 더 작은 값을 따름

- 빨강(Red) = 마젠타(Magenta) X 노랑(Yellow)
- 초록(Green) = 사이안(Cyan) X 노랑(Yellow)
- 파랑(Blue) = 마젠타(Magenta) X 사이안(Cyan)

 

 

- 둘 이상의 잉크를 혼합할 경우 각 분광반사율이 곱해지면서 눈에 도달하는 빛의 양이 더 줄어드는 감산혼합이 됨

- 물체 표면에 광택이 있을 경우 반사율은 조명이나 관찰자의 각도에 따라 다름 (ex.거울)

 

조명과 관찰자의 각도에 따른 물체색의 변화를 통틀어 입체색이라 함

(입체색을 파악하려면 모든 기하학적 조건에 따른 분광반사율을 알아야 함)

 

 

9-7. 색의 표시

 

표준 광원이 있는 조명 부스에서 색견본과 비교하여 색을 표기함. (색견본 : 여러 가지 색이 표기됨)

가장 역사가 깊고 기초적이며 널리 사용되는 방법

 

 

9-8. CIE 색좌표

 

CIE 색좌표는 색을 가장 객관적이고 정확하게 표시하며, 색을 정량적으로 표기하여 표준화 함

- 색을 두 개의 좌표값 (x, y) 혹은 (u, v)등으로 표기하여 2차원 도표로 분류.

- 물체색의 경우 밝기 정보까지 포함하여 세 개의 숫자로 색을 정량화함.

- 사람 눈의 반응을 삼자극치 모델로 표준화하여 표준 관찰자를 정의 함