Introdução às cores primárias

빛의 삼원색이 빨강, 파랑, 초록인 이유는 인간 시력의 기본이기 때문입니다. 이 글에서는 인간의 눈이 색상을 처리하는 방법, 가시광선 스펙트럼, 가원색과 감원색의 차이, 원색이 실제 애플리케이션에서 어떻게 사용되는지 살펴봅니다.

원색이란 무엇인가?

태양에서 오는 빛은 거의 연속적인 전자기 복사 스펙트럼으로 구성되며, 대부분의 에너지는 220~3,200나노미터 길이의 파장에 집중되어 있습니다. 2,000나노미터(적외선 파장) 이상의 광파 중 대부분은 지구 대기를 통과할 때 이산화탄소, 수증기, 오존에 흡수되어 지면에 도달하지 못합니다. 더 짧은 자외선도 오존층에 흡수됩니다. 대기의 이러한 여과 효과는 지면에 도달하는 광파의 스펙트럼을 320~2,000나노미터 파장으로 제한합니다.

인간의 눈은 400~700나노미터의 파장 범위에 있는 협대역의 전자기 복사에 민감합니다. 이는 일반적으로 가시광선 스펙트럼이라고 하며, 색상의 유일한 원천입니다. 가시광선에 존재하는 모든 파장은 지구 대기를 성공적으로 통과하는 전체 스펙트럼 분포의 약 1/3이며, 이를 한데 모으면 무색 백색광이 되어 프리즘으로 굴절하여 구성 요소 색상으로 분산할 수 있게 됩니다. 빨강, 초록 및 파랑은 인간 시력의 기본이기 때문에 전통적으로 빛의 원색으로 간주됩니다.

가원색

눈에는 망막의 작은 중심와에 내장된 원뿔세포 광수용기(그림 1 참조)가 들어 있으며, 원뿔세포는 특수 색소 단백질을 통해 이러한 세 영역(빨강, 초록 및 파랑)에 분포한 파장에 반응하도록 조정되어 있습니다. 보라에서 빨강에 이르는 가시광선 스펙트럼의 모든 색상은 삼원색의 다양한 조합을 더하거나 빼서 만들어질 수 있습니다. 세 가지 원뿔세포 유형이 동일한 양의 빨강, 초록 및 파랑 빛에 의해 동시에 자극되면 인간은 빛을 흰색으로 인식하게 됩니다. 이 세 가지 색상을 합치면 백색광이 생성되기 때문에 빨강, 초록, 파랑을 가색법 원색이라고 합니다.

인간의 눈이 색을 보는 방법

하나 또는 두 가지 유형의 원뿔세포만 자극을 받으면, 인식되는 색상의 범위가 제한됩니다. 예를 들어, 대역이 좁은 녹색광(540~550나노미터)이 모든 원뿔세포를 자극하는 데 사용되면 초록 광 수용기를 포함하는 세포만 반응하여 초록을 보는 신호를 생성합니다. 노란색처럼 원색이 아닌 가색에 대한 인간의 시각적 인식은 두 가지 방법 중 하나로 발생할 수 있습니다. 빨강 및 초록 원뿔세포가 580나노미터 파장의 단색 황색광으로 동시에 자극되면, 흡수 스펙트럼 중첩이 가시광선 스펙트럼의 영역에서 거의 동일하기 때문에 원뿔세포 수용체는 거의 동일하게 반응합니다. 크게 겹치지 않는 수용체 흡수 스펙트럼 영역에서 선택된 별개의 빨강 및 초록 파장의 혼합물로 빨강 및 초록 원뿔세포를 개별적으로 자극하면 동일한 색상 신호를 얻을 수 있습니다. 서로 다른 두 가지 체계로 목적을 달성했음에도 불구하고, 두 가지 경우 모두 빨강 및 초록 원뿔세포를 동시에 자극하여 노란 신호를 생성하게 됩니다. 다른 색상을 인식하려면 적절한 파장 팔레트를 사용하여 1개, 2개 또는 전체 3개 유형의 원뿔세포를 다양하게 자극해야 합니다.

보색

동일한 양의 녹색 및 청색광을 합치면 시안이라는 색상이 나옵니다. 마찬가지로 동일한 양의 녹색과 적색광은 노랑을 생성하고, 동일한 양의 적색과 청색광은 마젠타를 생성합니다. 시안, 마젠타, 노랑을 일반적으로 보색이라고 하는데, 각 색상이 백색광 혼합물에서 원색 중 하나를 보완하기 때문입니다. 노랑(빨강 더하기 초록)은 파랑의 보색이며, 두 색상을 합치면 백색광이 생성되기 때문입니다. 마찬가지로 시안(초록 더하기 파랑)은 빨강의 보색이고 마젠타(빨강과 파랑)는 녹색광의 보색입니다.

감원색

보색(시안, 노랑, 마젠타)은 백색광에서 가원색(빨강, 초록, 파랑) 중 하나를 빼서 각각 형성될 수 있기 때문에 일반적으로 감원색이라고도 합니다. 예를 들어, 백색광에서 청색광을 모두 제거하면 노랑이 관찰되고, 녹색광을 제거하면 마젠타가 형성되고, 적색광을 제거하면 시안이 생성됩니다. 뇌가 각각의 보색 또는 감색을 생성하기 위해 남은 색상을 합치기 때문에 백색광에서 원색을 빼서 관찰된 색상이 나타납니다. 그림 2는 가원색 및 감원색의 겹친 색상 원을 보여줍니다. 겹친 영역은 이러한 6원색으로 다양한 조합을 더하고 빼서 생성되는 새로운 색상을 나타내며 가원색 및 감원색이 서로를 어떻게 보완하는지도 보여줍니다.

감원색 중 두 가지를 합치면 가원색이 생성됩니다. 예를 들어 마젠타와 시안을 합치면 파랑이 생성되고 노랑과 마젠타를 합치면 빨강이 됩니다. 같은 맥락으로, 노랑과 시안을 합치면 초록이 생성됩니다(그림 2 참조). 세 가지 감원색을 모두 합치면 백색광에서 세 가지 가색이 제거되어 검정이 남습니다(완전한 무색). 흰색은 감색의 조합으로 생성할 수 없으며, 이러한 이유로 흰색을 인쇄하는 데 유색 페인트나 잉크의 혼합물을 사용할 수 없는 것입니다.

가색과 감색

가색과 감색의 좋은 예는 태양이 떠올라 머리 위로 지나간 후 꺼질 때 태양광 색상에서 관찰되는 변화입니다. 다양한 밀도의 공기 분자와 광자가 충돌하면 일부 색상이 제거되기 때문에 햇빛의 색상은 지구 대기를 통과하면서 변합니다. 태양이 늦은 아침과 이른 오후에 하늘 높이 솟아 있을 때, 그 빛은 노란색으로 보입니다. 태양이 지평선에 접근함에 따라 빛은 대기의 더 넓은 부분을 통과해야 하는데, 이때 주황색을 거쳐 빨간색으로 변하기 시작합니다. 이 현상은 공기가 태양으로부터 점점 더 많은 양의 청색광을 흡수하여 가시광선 스펙트럼의 빨간색 영역에 더 긴 파장만 남기기 때문에 발생합니다.

조명에 따른 색상 변화

그림 3에 나온 일련의 사진에는 검은 배경에 삽입된 트럼프 카드(하트의 3), 초록 피망, 푸른 보랏빛 포도송이의 이미지가 있습니다. 왼쪽 사진(그림 3(a))에서 3개의 물체는 백색광 조명을 받고 있으며 자연광에서 보일 것 같은 모습으로 나타납니다. 두 번째 사진(그림 3(b))에서는 물체를 적색광으로 비춥니다. 트럼프 카드에 닿는 적색광은 모두 반사되는 반면, 포도와 피망의 흰색 하이라이트와 포도 줄기만 적색광을 반사한다는 점을 눈여겨보십시오. 포도와 피망에 영향을 미치는 대부분의 적색광은 흡수되고 있습니다.

연속된 사진 중 세 번째(그림 3(c))는 녹색광으로 조명된 물체를 보여줍니다. 트럼프 카드의 하트는 이제 검은색이고 카드 바탕은 녹색광을 반사합니다. 포도는 녹색광을 일부 반사하지만 피망은 정상으로 보입니다(그러나 녹색 하이라이트가 있음). 네 번째 사진(그림 3(d))은 청색광 아래 있는 물체를 보여줍니다. 포도는 청색 하이라이트와 함께 정상으로 보이지만, 이제 줄기가 까맣게 되어 보이지 않습니다. 트럼프 카드는 검은색 하트를 보이면서 청색광을 반사하고 피망은 하이라이트에서만 청색광을 반사합니다. 이 일련의 이미지는 빨강으로 보이는 물체(예를 들어 백색광에서)가 파랑 및 초록 파장을 흡수하지만 스펙트럼의 적색 영역에서 파장을 반사하는 방식을 보여줍니다. 따라서 물체는 빨강으로 보입니다.

색조, 채도, 밝기

인간의 눈은 색상의 아주 미세한 차이에 민감하며 아마도 800~1,200만 개의 개별 색상 음영을 구별할 수 있을 것입니다. 대부분의 색상은 가시광선의 모든 파장 중 일정 비율을 포함합니다. 색상마다 실제로 다른 것은 주어진 색상의 파장 분포입니다. 주요 파장 팔레트는 예를 들어 보라색, 청록색, 베이지색, 분홍색 또는 주황색이 될 수 있는 색상의 기본 색조를 결정합니다. 다른 파장에 대한 주요 파장의 비율은 샘플의 색상 채도와 샘플이 연하거나 진하게 보이는지를 결정합니다. 이미징 되는 물체의 색상 강도와 반사율은 색상의 밝기를 결정합니다(예: 짙거나 연한 파란색). 이것은 아래 먼셀 색상 나무에서 잘 나타납니다. 여기서 각 색상은 나무에서의 고유한 위치로 표시됩니다(그림 4 참조). 색조 색상 값은 원주에서의 위치, 채도는 중심축으로부터의 수평 거리, 밝기는 몸통에서의 수직 위치에 따라 표시됩니다.

감색

이 논의의 대부분은 컴퓨터나 텔레비전의 화면에서 시각화할 수 있는 투과 가시광선의 가감과 관련된 가시광선의 속성에 중점을 두고 있습니다. 그러나 실제로 관찰되는 것은 다른 사람, 건물, 자동차, 풍경 등과 같이 우리 주변의 물체에서 반사되는 빛이 대부분입니다. 이러한 물체는 자체적으로 빛을 생성하지 않지만 특정 파장의 빛은 빼고(흡수) 다른 파장은 반사하는 감색이라는 과정을 통해 색을 방출합니다(그림 3 참조). 예를 들어, 초록 잎은 초록 파장을 반사하고 다른 모든 색상을 흡수하기 때문에 자연광에서 초록으로 나타납니다. 반사된 초록빛의 색조, 밝기 및 채도는 반사되는 파장의 정확한 스펙트럼에 의해 결정됩니다.

현실에서의 원색

안료와 염료는 우리가 현실 세계에서 보는 색상의 대부분을 책임집니다. 눈, 피부, 머리카락에는 (얼굴 화장과 머리 염색에 사용되는 색상과 함께) 우리 주변 사람들에게서 시각화된 색상을 반영하는 천연 단백질 색소가 있습니다. 책, 잡지, 간판, 광고판은 감색 과정을 통해 색을 만드는 유색 잉크로 인쇄됩니다. 그와 마찬가지로 자동차, 비행기, 주택 및 기타 건물은 다양한 안료를 포함하는 페인트로 도장됩니다. 위에서 논의한 바와 같이, 감색의 개념은 방금 설명한 물체에서 만들어지는 대부분의 색상과 관련이 있습니다. 예술가와 인쇄업자는 오랜 세월 동안 특정 색상의 감색에 특히 뛰어난 염료와 안료를 함유한 물질을 찾아왔습니다.

원색을 사용한 인쇄

모든 컬러 사진을 비롯하여 칠하거나 인쇄된 기타 이미지는 마젠타, 시안, 노랑(감원색), 검정의 네 가지 컬러 잉크 또는 염료로 만들어집니다(그림 5 참조). 이러한 색상의 잉크나 염료를 다양한 비율로 혼합하면 거의 모든 이미지 또는 색상을 재현하는 데 필요한 색을 만들 수 있습니다. 세 가지 감원색은 (이론적으로) 단독으로 사용할 수 있지만 대부분의 염료와 안료의 한계로 인해 실제 색조를 얻으려면 검정을 추가해야 합니다. 책이나 잡지에 인쇄하기 위해 준비할 이미지는 위의 그림 5와 같이 사진이나 컴퓨터를 사용하여 먼저 구성 요소 감원색으로 분리됩니다. 분리된 각 구성 요소는 해당 색상의 인쇄판을 준비하는 데 사용되는 필름으로 만들어집니다. 각 색상판을 다른 생상판 위에 차례로 인쇄하면 원본의 모양을 재현하는 합성물이 되어 최종 이미지가 만들어집니다. 페인트도 다소 유사한 방식으로 생산됩니다. 감원색을 포함하는 기본 안료를 한데 혼합하면 최종 페인트 준비에 사용되는 다양한 색상이 형성됩니다.

현미경과 카메라에서 원색이 사용되는 방식

이번 논의에서는 가색 및 감색의 다양한 측면을 다루었습니다. 현미경을 사용하여 컬러 이미지를 보고 캡처할 때 가색 및 감색의 개념은 매우 중요합니다. 현미경 광원은 광원 유형에 따라 3200K에서 5500K의 사이일 수 있는 색온도의 밝은 빛을 비출 수 있습니다. 관찰자에게는 현미경 스테이지의 표본에 의해 흡수, 굴절, 반사, 편광 및/또는 투과될 수 있는 백색광으로 보입니다. 원색의 규칙은 표본이 현미경 빛과 상호 작용하는 방식에 적용되며, 샘플이 접안렌즈에서 시각화될 때 표시되는 색상을 결정합니다. 이러한 규칙은 기존 카메라 시스템의 필름이나 현미경에 부착된 디지털 이미징 장치에도 적용되며, 이미지를 캡처하기 위한 원색 간의 상호 관계에 따라 달라집니다.