TV영상의 컬러에 대한 기본원리 : 추가설명

컬러 TV방송 영상은 우리 주변의 자연현상을 담고 있는데 물론 흑백으로 구성될 수도 있지만 대부분의 피사체는 어떤 컬러의 조화로 형성되고 있다.

인간의 눈은 색에 대한 지각이 어려서부터 자라난 환경에 따라 달라질 수 있고, 유전적으로 색맹(色盲), 또는 색 약시(色 弱視) 등을 타고난 사람도 있다. 우리 조상은 오방색(五方色)이라 해서 황(黃: Yellow), 청(靑: Blue), 백(白: White), 적(赤: Red), 흑(黑: Black)의 5가지 색을 주로 사용했던 전통을 갖고 있다. 그러나 이탈리아 사람들은 500여 색상을 사용하는 것과 대조적이라 할 수 있다.

우리가 사용하는 일반 개인용 32 bit 컴퓨터에서 나타낼 수 있는 색상의 조류는 약 1,677만 가지가 된다. 32 bit 컴퓨터는 R, G, B 각각 8 bit와 알파신호인 Key Signal에 8 bit를 배정하고 있다.

8 bit는 2의 8제곱으로 256단계의 컬러를 표현할 수 있다. 구체적으로 살펴보면 Red가 256단계, Green이 256단계, Blue가 256단계의 컬러를 각각 표현할 수 있어 전체적인 컬러조합은 16,777,216의 컬러를 표현할 수 있다.

우리 눈이 볼 수 있는 시감각(視感覺)은 하나하나를 볼 경우 어떤 색상이든 잘 인식하지만 여러 색상이 한데 혼합돼 있다면 I축에 분포되어 있는 Red, Orange, Yellow, Blue, Cyan 색상신호들은 잘 인식하지만, Q축에 분포된 Magenta, Green 색상들은 잘 인식하지 못하는 경향이 있다.

그래서 아날로그 TV방송에서 컬러영상이 전송되는 주파수 대역폭의 한계를 축소하기 위해 R, G, B 컬러신호를 그대로 사용하지 않고 눈의 특성을 감안하여 Y, I, Q 신호로 변환한 컴포지트(composite)방식을 채택해 데이터 용량을 많이 줄여 송ㆍ수신했다.

오늘날 디지털 TV방송 시대가 되기 직전까지 컴포지트(Composite) 영상신호를 사용하던 시대에도 Y, B-y, R-y 신호로 된 컴포넌트(Component) 영상신호의 장점 때문에 일부 소니회사에서 녹화기인 VCR Betacam SP를 별도로 사용했다.

요즈음 디지털 시대에서 R, G, B 신호 대신 Y, B-y, R-y 신호인 컴포넌트 영상신호를 표본화(Sub-Sampling)하고 디지털화하여 실질적인 컬러 TV방송을 실행하고 있다.

 

1. 빛에 의한 색의 3요소

빛에 의한 컬러의 3원색은 Red, Green, Blue이고, 컬러의 3요소는 명도(明度), 채도(彩度), 색상(色相)에 의해 모두 표현된다.

컬러 3원색의 배합에 따라 서로 다른 많은 색상을 만들어낼 수 있고, 같은 색상이라도 명도(Luminance)와 채도(Saturation)에 따라서 컬러를 달리한다.

 

1.1 명도(明度: Luminance)란 무엇인가?

컬러의 명도(Luminance level)는 자체의 발광으로 나타낼 수 있는 물질도 있지만 대부분 외부의 빛을 받아서 자신 갖고 있는 색상을 반사함으로서 컬러를 나타내는데 그 조명에 따라 느낌을 달리하고 있다. 명도가 높으면 밝은 색상이 되고, 명도가 낮으면 어두운 색상이 된다. 한편 일반적으로 색상과 채도를 합쳐서 색도(色度: Chromaticity)라고 한다. 명도가 높은 순백색을 가장 높은 명도라고 한다면 Yellow, Cyan, Green, Magenta, Red, Blue, Black 등의 순서로 명도가 낮아진다.

    그림1-2 75% color Bar의 명도와 채도 진폭

 

이 75% Color Bar waveform의 왼쪽 파형을 보면 white가 맨위 100 IRE에 있고 약 78 IRE 정도의 회색으로부터 시작해 7.5 IRE black level까지 직선성을 이루고 각 색상의 밝기(Luminance)를 나타내고 있다.

 

1.2 채도(彩度: Chroma 또는 Saturation)란 무엇인가?

컬러의 채도(Saturation)는 색상의 진하고 여린 농도(濃度)의 포화도(飽和度)라고 할 수 있다. 명도에 어떤 색상이 얼마나 포함됐는지를 %로 나타낼 수 있다. 순 흰색(White Color)과 어떤 색상이 얼마만큼 배합되어 있는가를 나타내는 비율을 우리는 포화도(Saturation)로 표시한다. 예로 어떤 색상의 포화도가 0 이라는 것은 흰색에 어떤 색상이 전혀 혼합되지 않았다는 의미이다.

 

1.3 색상(色相: Hue)이란 무엇인가?

순 White와 순 Black을 기본 점으로 하고, 색상과 채도가 방향과 크기를 벡터적으로 갖게 되는데 이러한 위상에 따라서 고유한 컬러가 정해지게 되고, 기본 점에서 벡터 값이 커질수록 채도가 밝아진다.

어떠한 컬러라도 3원색을 포함해 서로 조합된 색상을 나타낼 수 있어 R, G, B의 색상을 분리하기 위해서는 고유한 빛의 투과성을 가지고 있는 필터(Filter)를 사용하고 그 출력의 비율을 조사해보면 적색( ), 녹색( ), 청색( )의 3가지 전체는 1이 성립 된다.

그리고 그 중 Green의 분포가 Red, Blue보다 가장 넓게 분포된 것을 알 수 있다.

                                      그림 2-12 빛에 의한 색의 혼합(addition of colors)     

 

▲ 가색법(加色法)에 의한 색상들의 혼합결과

R ∩ B → Magenta

R ∩ G → Yellow

G ∩ B → Cyan

R ∩ G ∩ B → White

C ∩ M ∩ Y → White

  그림 2-13 색상의 투과도 특성                          그림 2-14 X(Red), Y(Green), Z(Blue)의 색도의 표시법

 

2. 빛의 파장에 따른 컬러 기본(Color Fundamentals)

프리즘(Prism)을 통하여 백색광(햇빛)을 분해해 본다면 빛의 파장이 짧은 것은 파장이 긴 것보다 프리즘 속을 달리는 속도가 느려서 크게 굴절하게 되는데 그 순서에 따라 많이 분포된 칼라를 나누어 본다면 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)으로 구분된다.

                            그림 2-11 백색광의 스펙트럼(mμ: millimicron)

 

3. 카메라에서 컬러의 활용

오늘날 디지털 카메라는 피사체가 가지고 있는 컬러영상을 촬영하는데 우리의 눈과 달리 카메라는 기계에 불과해 매우 단순하여 여러 가지 조건을 제시해 주지 않으면 피사체의 컬러를 그대로 수용하기 어렵다.

우리 눈은 햇빛을 통한 자연색상을 통해 사물의 고유한 색상을 머릿속에 기억시키고 있어 색온도(色溫度: Color Temperature)가 다른 임의의 조명 아래에서 변화된 색상을 보고도 원래 사물이 가지고 있던 색상을 기억해 인식한다.

사람이 컬러를 지각하는 기본원리는 태양광선(Light)의해 반사되는 대상물(Objects)이 가지고 있는 고유의 컬러를 눈의 감각기관에 의해 느낀다. 다시 말하면 일상 햇빛에 의해 얻어진 대상물의 색상을 기억해 인식한다.

불빛은 붉은 색상을 연상시키고, 따뜻하게 느끼며, 달빛은 차가우면서 청색을 연상시킨다. 이러한 컬러에 연상되는 지각은 살아온 지방의 환경에 따른 관습, 종족의 문화, 종교적 특징 등에서 느끼는 지각이 조금씩 다르기 때문에 영상화면의 상징적 컬러 표현은 신중해야 한다.

우리 인간은 태양의 빛에 의해 얻어진 사물의 컬러에 대한 기억력이 강해 다른 조명의 색온도(Color Temperature)의 변화에 구애받지 않고 흰 색은 흰 색으로 인식한다. 우리가 색안경을 썼다고 해도 평상시 익혀둔 물체의 고유한 형태와 컬러를 그대로 인식하는 기억색을 가지고 있다.

그러나 카메라는 인간과 같이 사고할 수 없는 무생물로 색온도의 변화에 따라 피사체에 비추어지는 색상에 따른 영향을 받아 실제의 고유색상과 전혀 다른 색상으로 나타내게 되는 것을 그대로 받아들이고 표현한다.

따라서 색온도가 변화된 조명상태에서 카메라가 피사체로부터 받아들인 컬러와 우리가 인식하고 있는 컬러의 차이가 크게 다르게 된다.

이 색상의 차이를 제거하기 위해 색온도의 변화에 따라 사람이 인식하고 있는 정확한 색상과 일치하도록 카메라를 조정해야 하는데 바로 그 작업이 화이트 밸런스(White Balance)와 블랙 밸런스(Black Balance), 감마 밸런스(Gamma Balance) 등이다. 색온도가 다른 조명상태에 따라 나타나는 색온도에서 피사체의 원래 갖고 있는 정상적인 색상을 찾아 표현할 수 있어야 한다.

 

4. 색온도와 카메라의 컬러 표현관계

우리는 햇빛을 기준으로 사물의 색상을 정하고 표현한다. 앞서 말한 색온도(Color Temperature)의 변화에 따라서 사물이 나타내는 컬러의 색상이 다르다고 했다.

그렇다면 색온도(色溫度: Color Temperature)란 무엇인가? 색온도란 어떤 무색의 흑체에 열을 가하기 시작하면 처음에는 무색체이지만 온도가 점점 올라가면서 자신의 변화되는 빛의 색상을 나타내기 시작한다. 점점 열을 가하여 온도가 올라가면서 나타내는 색상을 관찰해보면 처음에는 붉은 색상을 띠다가 더 가열되면 맑은 흰색으로 변하고, 좀 더 가열되면 파란 청색 쪽으로 색상의 변화가 일어난다.

이러한 현상을 처음 발견하여 적용한 사람이 켈빈(Kelvin)이다. 그래서 그의 이름을 따서 색온도를 표현할 때 켈빈도(K)라고 표시한다. 켈빈도(K)는 －273℃를 0 켈빈도(K)로 본다. 따라서 일반적인 켈빈도 K ＝ 273℃ +℃로 표시할 수 있다.

일반적으로 할로겐램프를 사용하는 TV스튜디오의 색온도는 3,200K, 새벽녘은 4,800K 정도가 되며, 한낮의 엷은 구름 상태에서 색온도는 5,600K 정도, 맑은 파란 하늘은 훨씬 높은 10,000K 정도가 된다.

이렇게 색온도가 변하면서 카메라로 잡히는 피사체의 컬러가 색온도의 영향에 따라 다르게 나타나기 때문에 우리가 인식하고 있는 피사체와 전혀 다르게 컬러가 표현된다.

색온도에 따라 변화되는 피사체의 색상을 원래 햇빛에서 일어나는 색상과 일치시키기 위해 색온도의 변화에 따라서 카메라의 화이트 밸런스(White Balance)와 블랙 밸런스(Black Balance)를 정확히 조종해야 하는 이유가 된다.

카메라 색온도 선택

TV방송 스튜디오 : 3,200K

야외의 경우 : 5,600k

특수한 해변 : 10,000k