005_포토샵 강의 색상을 이해하자

서론 (5)

모든 빛뿐만 아니라 전자레인지의 전파, 와이파이의 신호도 모두 포톤 으로 설명이 가능합니다. AM과 FM의 주파수가 맞춰줘야 라디오에서 소리가 나오는 것처럼 포톤이 가지고 있는 고유의 주파수가 우리의 눈이 감지할 수 있는 영역에 들어오면 그걸 우리는 가시광선이라 부르고 그 주파수의 차이에 따라 뇌에서 인색 하는 색상이 차이가 납니다. 사진의 파일에 담긴 정보에 따라 모니터의 LED에서 포톤을 주파수 대로 발사를 하고 그게 우리 눈에 들어와서 사진이라는 최종 이미지로 뇌에 전달됩니다.

 

1. 포톤의 성질과 색상

   우리가 빛이라고 부르는 것은 전자기파 입니다. 단지 눈에 보이는 전자기파라서 가시광선이라 부르기도 하고 또 빛이라는 이름을 갖는 것뿐 입니다. 포톤은 빛의 알갱이 이지만 이 알갱이가 전자 신호를 수시로 변하면서 날라와서 우리 눈의 시신경을 자극하게 됩니다. 쉽게 말해서 예전의 모스 부호 같은 것이지요. 모스 부호로 정보를 주고 받을 때 간격으로 다른 문자를 표시하는 것과 같이 눈에 색깔 정보를 주기 위해 이 빛의 알갱이, 포톤이 가지고 있는 고유의 주파수가 그 역할을 합니다. AM과 FM의 주파수가 다른 것처럼 파랑색과 빨강색의 빛의 알갱이 포톤이 갖는 주파수는 모두 다르고 그 주파수를 우리 눈이 감지 할 수 있을 때 우리는 빛 이라고 하고 가시광선이라고 부릅니다. 그리고 색상의 관점을 할 때 주파수를 보통 파장의 길이로 설명하는 경우도 많은데 양자 역학 관점에서 동일한 개념입니다. 그냥 킬로 미터를 미터로 바꾸는 정도의 개념이라고 생각하고 그대로 받아 들이시면 됩니다.

   

2. 빛의 3원색과 모니터

   빛의 알갱이 포톤이 가지는 주파수는 사실 연속적 입니다. 우리가 풀 칼라라고 부르는 1670만 가지의 색상은 사실 인간의 눈을 기준으로 한 것이지 색상의 종류는 포톤이 가지는 주파수가 무한대 가지 이듯이 (1에서 2사이의 소수는? 무한대이지요) 무한대 입니다. 그러나 컴퓨터 모니터는 1670만 가지의 다른 색을 생산하는 발광 다이오드를 모두 설치할 수 없지요. 초등 학교 미술시간에 배웠던 빛의 3원색의 원리가 이렇게 컴퓨터 모니터에 들어가게 됩니다. 빨강과 녹색을 섞으면 흔히 노랑색이라고 알고 있습니다. 그러나 만약 2의 주파수를 갖는 빨강 5개의 포톤 입자와 4의 주파수를 갖는 5개의 녹색 포톤의 섞으면 3의 주파수를 갖는 노랑 포톤 5개가 만들어 질까요? 그렇지 않습니다. 포톤의 고유 주파수는 절대 변하지 않고 섞이지 않습니다. 단 우리 눈의 착각입니다. 우리 눈은 2의 주파수를 갖는 포톤과 4의 주파수를 갖는 포톤이 들어오면 3의 주파수를 가진 포톤이 들어온 것처럼 처리를 해서 우리 뇌로 보내 줍니다. 눈에는 3가지 형태의 기본 파장을 조합하여 색상이라고 해석하고 있으며 눈이 가지는 3가지의 기본 색상은 빨강, 파랑 녹색 입니다. 즉 컴퓨터 모니터에서 3가지의 색상의 포톤만 비율을 조합해서 발사하면 우리 눈은 모든 색상을 본 것 같은 착각을 하게 만드는 것 입니다.

   인간 눈의 Cone 세포에는 3가지 주파수에 반응 하고 이것이 빛의 3 원색 입니다. (출처: 위키피디아)

   

   포톤은 고유의 주파수를 가지고 있고 그 주파수가 색상이라는 것 까지만 이해하면 포토샵을 이해하는 대는 문제 없습니다.

   그런데 우리 눈은 3가지의 주파수 이외에도 자연에서 나오는 모든 가시광선 영역의 고유 주파수를 모두 바로 감지하죠? 이건 모니터처럼 3가지 색을 조합한 것이 아니라 완전히 고유의 파장을 갖는 자연의 색상인데 말입니다. 인간의 눈이 빨강 파랑 녹색만 감지하도록 했다면 어떻게 자연에서 오는 주황색등을 감지할 수 있는 것 일까요? 그 원리는 사실 모든 색상은 하나의 파장을 갖는게 아니라 정규 분포 형태를 가지는 분포도 이기 때문이고 그 정규 분포의 범위가 좁을수록 우리는 채도가 높다고 합니다. 제가 채도와 밝기를 설명할 때 다시 소개할 것이므로 모르시면 패스 하셔도 됩니다. 또 역시 우리 눈의 세포의 반응도 3가지 주파수에 대해 정규 분포 형태로 반응하므로 3가지의 주파수만 감지하는 것이 아니고 가장 잘 감지하는 주파수가 이 3가지의 주파수 인 것입니다.

    

   노란색이라고 해도 하나의 주파수에 집중된 것이 아닌 이런 분포를 뛰게 되고 눈이 반응할 수 있는 영역에 들어온 포톤의 신호만을 해석하여 색상이라는 정보라고 해석 합니다.

   

    

3. 흰색과 검은색

   우리가 미술 시간에 명암을 조절할 때 흰색과 검은색을 사용했고 또 무채색이라고 배웠습니다. 사실 검은색은 무채색인 것이 맞지만 흰색은 빛의 관점에서는 무채색이 아닙니다. 모든 색을 조합한 복합적인 색상이고 자연의 흰색은 가시광선의 모든 주파수의 포톤이 합쳐진 색 입니다. 포토샵과 컴퓨터 모니터에서는 빨강, 파랑, 녹색이 정확히 같은 비율로 합쳐진 색 입니다. 빨강, 파랑, 녹색의 포톤이 눈에 동시에 들어오게 되면 우리 눈은 색깔을 구분하지 못하고 그 색이 가지는 밝기 정보만을 뇌에 전달하고 우리는 그것을 흰색이라고 부릅니다. 즉 색이 아닌 부분에서 검은색과 흰색은 동일하지만 검은색은 그냥 포톤이 하나도 들어오지 않는 무의 상태이고 밝기가 0 입니다. 그러나 흰색은 모든 종류의 포톤이 같은 비율로 들어오는 것 입니다.

    

   우리가 명암이라고 부르는 사진의 밝기는 사진의 픽셀에 흰색이 포함된 양 입니다. 여기서 우리가 회색이라고 부르는 것은 흰색과 검은색이 섞인 것이 아니라 빨강, 파랑, 녹색의 포톤이 섞이면서 흰색을 만들지만 그 양이 부족해서 완전한 흰색에 도달하지 못한 것 입니다. 그리고 모니터에서 회색을 표현하는 방법도 동일합니다. 모니터의 풀 파워에서 적당한 양의 3가지 포톤을 발사하면 회색이 되는 것이지 흰색에다가 검은색을 섞는 것이 아닙니다.

   

   미술을 할 때 검은색과 흰색의 물감이 모두 있다면 컴퓨터 모니터에는 검은색의 발광 다이오드는 없습니다. 흰색은 3가지의 포톤이 정확히 같은 비율로 섞인 것입니다.

   

    

   모니터에서 색상을 표현하는 두 가지 방법은 발사하는 포톤의 주파수와 발사하는 포토의 개수 딱 두 가지 입니다. 이번 포스팅에서는 포톤의 개수에 관한 것은 신경 쓰지 마시고 오로지 포톤의 주파수에 따라서 색상이 달라지고 모니터에서는 딱 3가지의 포톤 주파수만 발사한다는 것만 알아두시면 됩니다. 그리고 포토샵에서 사진의 보정도 이 3가지의 포톤의 주파수와 양을 조절해서 이루어 집니다.