3원색을 사용한 색 표시

빛의 3원색과 표색계

빛의 3원색은 빨강, 초록, 파랑이다. 영어 기호로는 R,G,B로 표시한다. 가시광선의 범위는 삼등분하여 단파장역, 중파장역, 장파장역으로 나눌 수 있다. 그리고 그 파장역의 상대 강도를 비교하면 색의 파장 조성 관계로부터 대략 어떠한 색인지를 알 수 있다. 파장과 색의 관계를 보면 R은 장파장역의 빛, G는 중파장역의 빛, B는 단파장역의 빛이며, 가법혼색에 의해 색을 재현할 수 있다. 혼색하기 전의 색을 원색이라고 한다. 예컨대 노랑은 원색 R과 원색 G의 혼색에 의해 재현된다. 결국 파장 상으로 중파장인 G와 장파장인 R을 혼색하면 노랑으로 보이는 빛이 된다. 이와 같이 3원색의 강도(양)를 조합하면 다양한 색이 된다. 3원색의 강도가 각각 100인 경우의 혼색은 흰색이 된다. 우리 주변의 거의 모든 색은 R과 G와 B의 혼합률이 조금씩 다른 색의 대집합이다. 빛의 3원색을 사용한 색 표시 방식은 「모든 색은 R,G,B 각각의 빛의 혼합량을 이어서 적으면 표시할 수 있다」는 생각으로 구현한 것이다.

1) XYZ 표색계

이 표색계는 일본 공업 규격인 JIS에 제정되어 있으며, 산업적, 학술적으로 널리 사용되고 있다. 이 표색계는 빛의 3원색 R,G,B를 기준으로 변환된 것으로써 R,G,B 대신 X,Y,Z를 쓰고 있다. 이 X,Y,Z는 3원색의 양을 표시하기 위해 「3원색」 대신 「3자극치」라는 표현을 사용한다. 3자극치를 측정할 때는 시료에 조명할 빛을 특정 일루미넌트(발광체)로 설정하며, 「등색 함수」를 이용한다. 등색 함수란 육안으로 관찰했을 때의 색과 원색을 혼합해서 만든 혼합색이 동일한 색으로 보이는, 이른바 「등색」을 이루는 경우의 원색 혼합 비율을 나타내는 수치 함수를 뜻한 것이다 (시료의 크기에 따라 수치가 근소하게 달라지기 떄문에, 시료가 작을 경우의 함수와 클 경우의 함수로 나뉜다). 이 방식은 빛의 특성과 눈의 특성을 색 측정의 기준에 따라 표준화한 것이다. 이와 같은 조건을 설정함에 따라 물체의 특성, 즉 시료의 분광반사율이 결정되면 조명광에서 시작해 물체로부터 반사되어 사람의 눈으로 들어오는 빛이 결정되고, 그 빛과 같은 색이 되는 3원색의 양 즉, 3자극치가 결정되는 것이다. 이처럼 XYZ 표색계는 빛의 특성과 눈의 특성을 일정한 조건으로 규정하고, 그것과 같은 색이 되는 원색의 혼합량으로 색을 표시하는 시스템이다. 

2) L*a*b 표색계

「색도도상의 색상환」을 관측해도 색의 분포가 균등한지는 알 수가 없다. 만약 균등하다면 지각적으로 등보도성을 가진 색상의 색도 좌푯값 위치에서 산출되는 각 색의 점 간의 거리가 같아야 한다. 미국 광학회(OSA)가 측색학적 관점에서 균등 공간을 얻을 수 있도록 수정한 것이 수정 먼셀표색계의 색표이다. XYZ 표색계가 지각적인 균등성을 갖는지 조사하기 위해 이 색표를 색도좌표 값으로 바꾸어 시험해보니, 거미줄 같은 그물코가 만들어졌다. 색도좌표에 그려진 뒤틀린 원은 선명도가 같은 색을 연결한 것으로, 균등성이 있는 표색계라면 동심원이 되어야 하지만 XYZ 표색계에서는 뒤틀린 원이 되어버리고 만다. 또한 같은 색상을 늘어놓았을 때 직선이 되어야 하지만, 색도좌표에서는 직선이 구부러져 있다. 이것은 XYZ 표색계가 지각적으로 균등한 색 공간이 아니라는 증거이다. 그래서 동심원을 만들기 위해 가로축과 세로축의 눈금 간격을 변경하거나, 좌표축이 교차하는 각도를 조정하는 등의 연구를 수행했다. 그러기 위해서 Y,x,y를 새로운 변수 L*a*b*로 변환하였다. 어떤 색과 시료 색이 차이를 보이는 정도를 색차라고 하는데, L*a*b 표색계는 색 간의 색차를 측정하기에 적합한 표색계이다. L*a*b 표색계를 이용함으로써 「색차」를 계산할 때 유용한 계산식을 얻을 수 있게 된다.

 

색차 측정

제품의 색을 만들 때 견본으로 삼는 색이 있어서, 그 색 견본과 완성된 색이 같은지를 평가하는 경우가 종종 있다. 그 색이 다른 정도 즉, 색차를 XYZ 표색계에 의한 표시 값이나 Y,x,y의 차이로 표시하는 것은 비합리적이다. 이것은 미국의 물리학자인 맥아담이 발표한 것으로, 어떤 색을 중심(타원의 중심색)으로 그 색과 구별할 수 없는 색의 범위를 색도도상에 표현한 것이다. 여기에서 색도도의 색 분포가 얼마나 불균등한지를 알 수 있다. 맥아담의 편차타원의 오른쪽 아래 표시된 부분은 빨간색 계통이고 왼쪽 아랫부분은 파랑 계통을 나타내는 영역인데 이 두 부분은 타원이 작다. 다시 말해, 색을 구분할 수 있는 색차가 작다는 것을 의미한다. 반면 왼쪽 윗부분은 초록색 계통이며 이 부분의 타원은 큰데 색차가 크지 않으면 구분할 수 없다는 것을 나타낸다. 이 색도도에서는 색 간의 거리가 사람이 느끼는 색차를 출실히 반영하고 있지 않다는 것을 알 수 있다. 그리하여 색차를 이 그림에서의 색간 거리로 결정해버리면, 가령 파란색 계통과 초록색 계통 간에는 색차가 균등하게 나타나지 않기 때문에 제품의 취급 등에서 지장을 초래하는 경우가 있다. 그렇기 때문에 색차를 표시하기 위해서는 사람이 색을 보는 특성을 보다 충실히 표현한 표색계가 필요하다. 그래서 X,Y,Z의 값에서 균등성을 가진 L*,a*,b*로 변환한 값을 이용하고, 색차를 그 색 간 거리로 나타내면 취급 시 생길 수 있는 지장을 미연에 방지할 수 있다.

 

정리

사람은 눈으로 색의 존재를 인식한다. 생활 속에서는 그뿐만 아니라, 색을 기록하거나 남에게 전달할 필요도 생긴다. 색 견본으로 색을 전달하거나, 색이름으로 색을 전달하는 방식 등은 과학기술이 발달한 미래에도 없어지지 않을 것이다. 다만, 색 견본은 변색되고 색이름은 시대와 함께 변천되므로 이러한 어려움을 피하기 위해 광학의 힘을 빌려 계산하고, 특정한 색에 특정한 수치, 기호를 부여해서 표본화하는 연구는 점점 발달할 것이다. 그리고 그 연구가 눈의 인식과 모순되지 않도록 계속해서 개량될 것이다. 하지만 색채의 물리학적 측면에 흥미를 가지고, 매력을 느끼더라고 결국 「사람은 눈으로 색의 존재를 인식한다」라는 진리만은 잊지 말아야 한다.