CIE1931 색공간

CIE1931 색공간

CIE1931 색공간

우리는 조명을 작업을 하면서 자연스럽게 색상을 많이 사용하게 됩니다.
보통 색상 표현을 필터 번호나 LED 장비의 RGB값으로 나타내기도 합니다.

요즘은 조명콘솔에 컬러피커를 제공해서 원하는 색상을 손쉽게 골라서 사용할 수 있습니다.
조명업무를 하는데는 이 정도의 컬러 정보만으로도 아무런 문제가 되지 않습니다.
하지만 LED조명이 등장하면서 조명과 색상을 정확하게 이해하기 위해서 색공간에 개념을 알아야 합니다.

자연계의 빛이 가지는 색 중에서 인간이 구별할 수 있는 색상은 무려 100만개가 넘는다고 합니다. 이 수많은 색상을 정확하게 표현을 하려면 어떻게 해야 할까요? 이름이나 번호를 붙여서 부르는 방법으로는 모든 색을 구분하기는 힘들겠지요. 보다 효율적인 방법으로 색상을 표현하는 방법을 알아보도록 하겠습니다.

원추세포와 간상세포 [출처]

사람의 눈은 원추세포와 간상세포를 통해 빛을 인지할 수 있습니다. 3가지 종류의 원추세포를 이용하여 사람의 뇌는 빛을 색으로 인식합니다. Short 원추세포는 420nm 내외의 파장을 받아들여서 파란색으로 인식하고 Medium 원추세포는 534nm 내외의 파장을 받아들여서 초록색으로 인식하고 Long 원추세포는 564nm 내외의 파장을 받아들여서 붉은 색으로 인식합니다. 간상세포는 색은 인식하지 못하지만 어두운 빛을 인식할 수 있습니다. 이런 인간의 눈의 특징에 따라 RGB의 색을 받아들이고 조합하여 색으로 인식하는 것입니다.

 

빛, 색, 색공간, 색역에 대해서

이를 수학적으로 나타내면 3차원공간으로서 RGB색공간이 됩니다. 하지만 RGB색공간은 삼원색을 이용하여 색을 만들 수 있다는 것을 정의하지만 각각의 색이 어떤 색인지 정확하게 나타내지는 않습니다.

RGB색공간 [출처]

그래서 나온 것이 CIE 1931 XYZ색공간입니다. 각각의 XYZ는 사람의 SML원추세포가 받아들이는 파장대를 반영해서 만들어졌습니다. 즉 XYZ색공간은 사람이 인지할 수 있는 모든 색(가시광선)을 다룰 수 있습니다.

CIE1931 원리

CIE1931 xyY의 천연색 공간은 사람이 인지할 수 있는 가시광선 영역을 나타냅니다. 색공간의 바깥쪽 곡선은 스펙트럼을 나타내고 단색광을 표현합니다. 아랫쪽 직선은 보라색선으로 단색광으로 표현할 수 없는 색깔을 나타냅니다. 중앙으로 갈수록 채도가 낮아지고 한가운데 흰색이 있습니다.

CIExy1931

가시광선 내의 모든 색상은 색좌표 x(적색), y(녹색), z(청색)의 비율로 나타낼 수 있습니다.
z의 값은 색좌표에서 생략이 되는데 모든 값을 합쳐서 1이 되므로 xy값으로 계산할 수 있습니다. 예를 들어 청색의 색좌표인 (0.14, 0.08)을 보면 두 x, y값을 더하면 0.14+0.08 = 0.22가 되므로 청색의 비율에 해당되는 z값은 1-0.22=0.78로 78%의 청색을 포함하는 것을 알 수 있습니다.

색공간 안에서 흑체복사를 나타내는 플랑크곡선으로 색온도의 위치도 확인할 수 있습니다.
빛을 완벽하게 흡수하는 가상물질인 흑체에 열을 가했을 때, 온도와 색상을 색온도라고 합니다. 보시는 바와 같이 색온도가 낮을때는 붉은 빛이고 높아짐에 따라 황색, 흰색을 거쳐 푸른 빛이 도는 흰색이 되는 것을 볼 수 있습니다.

요즘에 많이 사용하는 분광계에서는 광원의 좌표를 CIE1931상에서 나타냅니다.
흑체복사 곡선과 광원의 좌표를 비교하여 White의 품질을 확인할 수 있습니다.

CIE1931과 CIE1976 (측정장비 MK350)

LED 조명장비가 만들어지는 원리도 아래와 같이 색공간 개념을 통해서 이해할 수 있습니다. RGB 광원을 사용하는 방식과 Blue LED에 형광체를 도포해서 만드는 방식을 보여줍니다.

LED 조명을 만드는 방식

LED 조명장비의 종류가 다양해지고 제조사별로 다른 방식의 장비를 출시하고 있습니다.
색공간의 개념을 알면 좀더 장비를 쉽게 이해하는데 도움이 될 것입니다.