【물리학】 광학 5강. 색광학

광학 5강. 색광학

 

추천글 : 【물리학】 물리학 목차 

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1. 먼셀 표색계 [본문]

2. 오스트발트 표색계 [본문]

3. CIE 표준 표색계 [본문]

4. CIE RGB 표색계 [본문]

5. CIE XYZ 표색계 [본문]

6. CIE L*a*b* 표색계 [본문] 

7. YUV 표색계 [본문]

8. HSV 표색계 [본문]

9. L*u*v* 표색계 [본문]

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1. 먼셀 표색계(Munsell color system) [목차]

 

출처 : 서울대학교 생체물성공학 및 실험 수업

 Figure. 1. 먼셀 표색계^]

 

⑴ 개요

① 1905년 미국의 화가 먼셀(Albert H. Munsell)에 의해 고안됨

② 1943년 미국광학회 측색위원회에서 수정하여 국제적으로 널리 사용되고 있음

⑵ 색의 3요소 

① 색상(hue) : 서로 구분이 되는 계열

② 채도(chroma) : 색의 맑고 탁함, 순수한 정도, 색의 강약, 포화도를 나타내는 성질. 순도라고도 함

③ 명도(lightness, brightness) : 색의 밝고 어두운 정도 

⑶ 색상 표시

 

출처 : ⓒEnCyber.com

Figure. 2. 먼셀 표색계의 색상표시^]

 

① red, yellow, green, blue, purple을 기본으로 한 뒤 주황, 연두, 청록, 남색, 자주색 등 총 10가지 색으로 구성

② 각 색상은 각각 10등분하여 100개의 색상으로 분할. 5번이 색상의 대표색

③ 의의 : 색상, 명도, 채도의 3가지 속성에 의해 색의 객관적 과학화를 달성

④ 한계 1. 색상 사이에 간격이 엄밀하지 않음 : 특히 파랑

⑤ 한계 2. 색상별로 채도 위치가 달라 배색이 어려움

⑷ 명도 표시

① 0과 10까지 번호가 붙여짐 : 0은 검정색, 10은 흰색을 의미함

② 무채색의 경우 앞에 N을 붙이고 그 명도값에 알맞은 번호를 써줌

⑸ 채도 표시 

① 중심의 무채색 축을 0으로 하고 순도가 높아짐에 따라 수평방향으로 번호가 증가함 

 

 

2. 오스트발트 표색계(Ostwald color system) [목차]

⑴ 독일의 화학자 오스트발트(Friedrich W. Ostwald)에 의해 고안된 표색계

⑵ 색상 표시

① 모든 색은 백색량(W), 흑색량(B), 순색량(C)의 합을 100으로 하여 표현함

② 노랑, 빨강, 파랑, 녹색을 4원색으로 하여 그 사이에 주황, 보라, 남보라, 황록을 넣고 각각을 3분할한 24색 보색 색상환

③ 장점 : 색과 인간의 생리적인 면을 중시하여 만들어짐

④ 단점 : 색상 표시에서 표시된 색명은 이해하기 어려움. 색상들 간의 관련성이 명료하지 않아 실용적 활용이 곤란함 

⑶ 명도 표시, 채도 표시 : 오스트발트 표색계에서는 명도와 채도를 따로 분리하여 표시하지 않음

 

 

3. CIE 표준 표색계(CIE standard colorimetric system) [목차]

⑴ 1931년 국제조명위원회 CIE(Commission Internationale de I'Eclairage) 총회에서 정한 표색법

⑵ 빛의 물리량과 인간의 심리량을 반영한 과학적인 표색계 

⑶ 장점 1. 물체색에만 통용되는 먼셀 표색계나 오스트발트 표색계에 비해 광원색도 표현할 수 있음

⑷ 장점 2. 인간의 감각에 의존하지 않음 

 

 

4. CIE RGB 표색계 [목차]

⑴ 등색실험 : 20세기 초반, 3원색을 이용하여 등색실험이 활발히 수행됨

① 1^st. RGB 원색파장으로 700.0, 546.1, 435.8 nm로 정의

② 2^nd. 흰색 스크린을 기준면과 시험면으로 구분함

③ 3^rd. 기준면에 밝기를 독립적으로 조절할 수 있는 삼원색 광원을 비춤

④ 4^th. 시험면에 특정한 파장의 시험광을 비추고 기준면의 삼원색광을 시험면과 기준면이 동일한 밝기가 되게 조절함 

⑤ 5^th. color matching : 표준관측자가 혼합된 색이 시험 색깔과 일치하는지를 판정

⑥ 6^th. 여러 명의 표준관찰자의 실험결과를 평균화시킴 : 이를 등색함수라고 함 

⑦ 예 1. 600 nm 주황색 1 W는 R 원색광 약 80 W, G 원색광 약 0.4 W를 가한 것과 동일한 색

⑧ 예 2. R 원색광, G 원색광, B 원색광을 243.9 W : 4.697 W : 3.505 W의 비율로 혼합하면 백색이 됨

⑵ 삼자극치 곡선(tristimulus curve) : 다음을 만족하도록 삼자극치를 정의함

 

출처 : 이미지 클릭

Figure. 3. 원색단위의 삼자극치 곡선^[각주:3]

 

 

① E : 관찰자의 눈에 들어오는 스펙트럼

② R, G, B : 원색광

③ 단점 : 음의 값을 포함하므로 불편한 점이 많음

⑶ RGB to gray

① 방법 1. gray = (R + G + B) / 3

② 방법 2. gray = 0.2989 R + 0.5870 G + 0.1140 B

 

 

5. CIE XYZ 표색계 [목차]

⑴ 삼자극치 곡선 : 다음과 같이 삼자극치를 정의함

 

출처 : 이미지 클릭

Figure. 4. CIE XYZ 표색계의 삼자극치 곡선^]

 

 

① S(λ) : 파장 λ에 따른 분광복사율

② I(λ) : 파장 λ에 따른 분광반사율. 단위는 %로 0에서 100까지의 값을 가짐 

③ E(λ) : 관찰자의 눈에 들어오는 스펙트럼

④ K : Scaling Factor. 1에서 100까지의 값을 가짐 

⑤ 일반적으로 가시광선 파장대인 λ ∈ [380, 780]에 대해 적분을 함 

⑵ 실험과정

 

출처 : 서울대학교 생체물성공학 및 실험 수업

 

Figure. 5. CIE XYZ 표색계의 실험 과정^]

 

⑶ CIE 색좌표 (x, y, z)는 X, Y, Z를 규격화한 것

 

 

⑷ RGB 삼자극치와 XYZ 삼자극치의 관계

① 행렬변환

 

 

② (주석) RGB 삼자극치와 XYZ 삼자극치의 관계가 비선형적이라 위 공식을 사용하면 안 되는 것으로 보임

③ 대신, 온라인 변환기 http://www.easyrgb.com/en/convert.php#inputFORM를 참고

 

 

6. CIE L*a*b* 표색계 [목차]

⑴ XYZ → L*a*b* 변환

 

 

⑵ L*a*b* → XYZ 변환 

 

 

⑶ (X_n, Y_n, Z_n)은 CIE XYZ를 표준 흰색에 대해 정규화한 값으로 (98.072, 100, 118.225) 등이 있음

 

 

7. YUV 표색계 [목차]

⑴ RGB to YUV

① Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B

② U' = (B - Y) × 0.565

③ V' = (R - Y) × 0.713

⑵ YUV to gray

① gray = Y

 

 

8. HSV 표색계 [목차]

⑴ HSV to RGB

① 0 ≤ H ＜ 360, 0 ≤ S ≤ 1, 0 ≤ V ≤ 1일 때,

② C = V × S, X = C × (1 - | ( H / 60° ) mod 2 - 1 | ), m = V - C

③ R = (R' + m) × 55, G = (G' + m) × 255, B = (B' + m) × 255

 

 

9. L*u*v* 표색계 [목차]

 

입력: 2020.05.26 09:27