모든 색채측정량은 동일한 스펙트럼을 서로 다른 질문으로 평가합니다. 등색함수 x̄(λ), ȳ(λ), z̄(λ)는 색채 시각을 재현하며, 이 함수로 가중하면 전체 스펙트럼이 세 개의 숫자로 축약됩니다. 물리적으로 서로 다른 두 스펙트럼이 동일한 세 숫자를 나타내어 동일하게 보일 수 있는데, 이것이 조건등색(메타메리즘)입니다. 이것이 색도만으로는 광원을 설명할 수 없는 이유입니다. 색도가 동일한 두 램프라도 색을 눈에 띄게 다르게 표현할 수 있습니다.
어떤 표준관찰자가 사용되었는지는 모든 수치와 함께 명시되어야 합니다. CIE 1931의 2° 관찰자는 작은 시야를, CIE 1964의 10° 관찰자는 넓은 시야를 나타냅니다. 동일한 스펙트럼이라도 두 관찰자는 서로 다른 색도를 나타내며, 이는 협대역 LED 스펙트럼에서 가장 뚜렷합니다. 서로 다른 관찰자로부터 얻은 색도는 서로 비교할 수 없습니다.
아래 표는 색채측정량을 기호 및 단위와 함께 정리한 것입니다. 정의, 구분 및 관련 표준을 포함한 전체 내용은 광학량 용어집에 있습니다.
색채 측정량 한눈에 보기
| 측정량 | 기호 | 단위 |
|---|---|---|
| 삼자극치 | X, Y, Z | — |
| 표준관찰자(2° 및 10°) | CIE 1931 / CIE 1964 | — |
| 색도 좌표 | x, y | — |
| CIE 1960 UCS 색도 | u, v | — |
| CIE 1976 UCS 색도 | u′, v′ | — |
| CIELAB 색공간 | L*, a*, b* | — |
| DIN99 색공간(Lab99) | L99, a99, b99 | — |
| 색차 | ΔE | — |
| 색온도 및 상관색온도 | T, Tn | K, CCT |
| 플랑크 궤적으로부터의 거리 | Δuv | — |
| 일반 연색지수 | Ra | —, CRI |
| 특수 연색지수 | R1 bis R15 | — |
| IES TM-30의 충실도 지수 | Rf | — |
| IES TM-30의 색영역 지수 | Rg | — |
| 채도 및 크로마 | S, C* | — |
| 색상각 | h | °, hab |
| 주파장 | λd | nm |
| 색순도 | pe | % |
| MacAdam 타원 | SDCM | 단계 |
스펙트럼에서 색도까지
삼자극치 X, Y, Z는 분광 분포에 세 가지 색맞춤함수를 곱하여 적분함으로써 얻어집니다. Y는 밝기에 해당하도록 정의되어 있으며, 광원의 경우 Y는 조도에 비례합니다. 그 외의 모든 색채측정량은 이 세 수치로부터 변환됩니다.
색도좌표 x, y – 색도도
X, Y, Z를 그 합으로 정규화하면 밝기 정보가 제거된 색도만 남습니다: x = X/(X+Y+Z), y = Y/(X+Y+Z). 이 좌표쌍은 말굽 모양의 색도도에 표시되며, 백색점은 x = 0.33, y = 0.33 부근에 위치합니다. 이 다이어그램은 시각적으로 선명하지만 지각적으로 균일하지 않습니다: 녹색 영역에서는 동일한 기하학적 거리가 파란색 영역보다 훨씬 작은 지각적 차이를 의미합니다.
u′, v′ – 균일 다이어그램
따라서 색도 간의 거리를 다룰 때는 CIE 1976 UCS 다이어그램이 사용됩니다: u′ = 4X/(X+15Y+3Z), v′ = 9Y/(X+15Y+3Z). 여기서는 Δu′v′ 값 0.0054가 어디서나 대략적인 식별 한계값에 해당합니다. LED 배치의 편차와 조명기구의 공차에 대해서는 Δu′v′가 MacAdam 타원의 스텝 수치(SDCM)와 함께 통상적인 척도로 사용됩니다.
프라임이 없는 u, v에 주의하십시오
u와 v를 사용하는 이전의 CIE 1960 UCS 다이어그램은 사라지지 않았습니다: 상관 색온도와 플랑크 궤적으로부터의 거리 Δuv는 오늘날에도 이 다이어그램에서 정의됩니다. u는 두 다이어그램에서 동일하지만 v는 그렇지 않습니다 – v′ = 1.5 · v입니다. 이 둘을 혼동하면 잘못된 색온도가 산출됩니다.
색온도와 흑체궤적으로부터의 거리
색온도 T는 색도가 광원의 색도와 일치하는 흑체 복사체의 온도입니다. 실제 램프의 경우 이는 거의 정확히 일치하지 않으므로, 상관색온도 Tn(CCT)이 사용됩니다. 이는 CIE 1960 UCS 다이어그램에서 가장 가까운 거리에 있는 흑체 복사체의 온도를 의미합니다. 전구색은 2700~3000 K, 중성백색은 4000 K, 주광색은 5300 K 이상입니다.
색온도만으로는 정보가 충분하지 않습니다. 두 개의 4000 K 램프라도 색도가 흑체궤적으로부터 서로 다른 거리에 있으면 육안으로 차이가 나타날 수 있습니다. 이 거리를 Δuv라고 하며, 양의 값은 녹색조를, 음의 값은 분홍색조를 나타냅니다. ANSI C78.377에서는 백색 LED 제품에 대해 이를 ±0.006으로 제한합니다. |Δuv|가 약 0.005를 초과하면 상관색온도는 의미를 잃게 됩니다. 이 경우 색도는 더 이상 온도를 합리적으로 부여할 수 있는 백색이 아니기 때문입니다.
연색성: Ra, R9 및 TM-30
CIE 13.3:1995의 일반연색지수 Ra는 시험 광원 하에서의 8가지 표준화된 시험색의 색도를 동일한 색온도를 가진 기준 광원 - 5000 K 미만에서는 플랑크 방사체, 그 이상에서는 주광 조명체 - 하에서의 색도와 비교합니다. 평균 색차로부터 Ra = 100 − 4.6 · ΔE̅가 도출됩니다. 90 이상이면 매우 우수한 것으로, 80 미만이면 실내 용도로 부적합한 것으로 간주됩니다.
R9가 사양에 포함되어야 하는 이유
Ra는 채도가 약한 8가지 색상에 대해 평균을 낸 값입니다. 채도가 높은 빨간색은 여기에 포함되지 않는데, 바로 이를 위한 것이 특수지수 R9입니다. 적색 성분이 약한 백색 LED는 Ra 85를 달성하면서도 R9는 20 미만으로 떨어질 수 있으며, 이 경우 고기, 나무, 피부가 칙칙하게 보입니다. 색상을 평가하려는 사람은 R9뿐만 아니라 피부색을 위한 R13 및 R15도 명시적으로 요구해야 합니다. 특수지수 R1부터 R15까지는 음수가 될 수 있습니다.
IES TM-30: Rf 및 Rg
IES TM-30-15는 실제 표면을 대표하고 전체 색공간을 고르게 포괄하는 99가지 색채 샘플을 사용하고, 균일한 CAM02-UCS에서 계산함으로써 기존 방식을 대체합니다. 충실도지수 Rf는 0에서 100까지의 범위를 가집니다. 색역지수 Rg는 추가로 색상이 기준 광원 대비 더 채도가 높게(100 초과) 보이는지 또는 더 흐리게(100 미만) 보이는지를 나타냅니다. 색벡터 그래픽과 함께 두 지수를 모두 보아야만 정확한 그림을 얻을 수 있습니다. 높은 Rg 값은 눈에 띄지만 충실하지 않은 과포화된 빨간색에서 비롯될 수 있습니다. Rf와 Ra는 서로 환산될 수 없습니다.
주파장, 채도 및 색상각
색도 및 연색성 외에도 분광복사계는 색채 인상을 직접적으로 나타내는 세 가지 값을 출력합니다.
주파장 λd
백색점에서 색도를 지나는 직선을 그어 스펙트럼 궤적까지 연장합니다. 이 교점의 파장이 주파장입니다. 이는 지각되는 색상을 나타내며, 유색 LED의 등급 분류(binning)에서 결정적인 값입니다. 이는 스펙트럼의 물리적 특성에서 나오는 피크 파장 λp와는 다릅니다. LED의 경우 두 값이 몇 나노미터씩 차이가 날 수 있습니다. 보라색 계열의 경우 교점이 존재하지 않으며, 대신 보색 파장이 제시됩니다.
채도 S 및 크로마 C*
크로마 C*는 중성축으로부터의 색상 거리로, CIELAB에서 C*ab = √(a*² + b*²)로 표현됩니다. 채도 S는 이를 명도와 연관지어 S = C*/L*로 나타내며, 색상이 얼마나 밝은지와 무관하게 색채 인상을 나타냅니다.
색상각 h
색상각은 a*b* 평면에서의 극각으로, hab = arctan(b*/a*)로 계산되며 0도에서 360도까지 표시됩니다 - 0°는 빨강, 90°는 노랑, 180°는 초록, 270°는 파랑입니다. 이는 색상을 명도 및 크로마와 분리하여 나타냅니다. 중성축에 가까울수록 값이 불확정해지는데, 크로마가 매우 낮을 때는 색채 인상이 변하지 않아도 값이 크게 요동칠 수 있습니다.
물체색: CIELAB, Lab99 및 ΔE
광원이 아닌 표면의 색상에는 CIELAB 색공간이 사용되며, L*은 명도, a*는 빨강-초록, b*는 노랑-파랑을 나타냅니다. 이때 기준 백색(보통 D65 또는 D50)이 필요합니다. 색차 ΔE는 이 공간 내 두 점 사이의 거리로 정의됩니다: ΔE*ab는 유클리드 거리이며, ΔE00은 CIEDE2000에 따라 가중 함수를 적용한 값입니다. DIN 6176의 DIN99 색공간은 CIELAB을 왜곡하여 단순한 유클리드 거리인 ΔE99가 다시 지각적으로 균일해지도록 합니다. 어떤 공식을 적용했는지 반드시 명시해야 하며, 동일한 두 색상이라도 이에 따라 값이 다르게 나올 수 있습니다.
측색 물리량 측정 및 조회
측색 물리량은 광대역 복사계로는 측정할 수 없습니다. 이들 각각은 동일한 스펙트럼에 대한 서로 다른 가중치이므로 전체 스펙트럼이 필요하며, 단일 수치만 제공하는 기기로는 이를 구별할 수 없습니다. 어떤 기기가 이를 구별할 수 있는지는 분광복사계 또는 광대역 복사계에서 다루며, 일반적인 램프의 스펙트럼은 분광 데이터베이스 탐색기에서 비교할 수 있습니다.
아래 용어집은 전체 모음 중 측색 관련 부분을 보여줍니다. 나머지 그룹 - 복사, 측광, 가중 - 은 전체 광학 물리량 용어집에 있습니다.
색차 측정량에 관한 자주 묻는 질문
색온도 T는 색도가 플랑크 궤적 위에 정확히 위치하는 광원, 즉 실제로는 열복사체에만 적용됩니다. 그 외의 모든 경우에는 상관 색온도 Tn가 사용되며, 이는 CIE 1960 UCS 다이어그램에서 가장 가까운 거리에 있는 플랑크 복사체의 온도를 의미합니다. 색도가 궤적에서 얼마나 벗어나 있는지는 Δuv로 표시되며, 이 값이 없으면 CCT 수치는 불완전한 것입니다.
이는 원추세포가 망막 전체에 고르게 분포되어 있지 않기 때문입니다. 즉, 눈은 중심 2도 시야에서와 10도 범위에 걸쳐서 서로 다르게 인식합니다. CIE는 이 두 경우를 별도의 색맞춤함수 세트로 규정하였습니다 — 2°에는 CIE 1931, 10°에는 CIE 1964입니다. 광대역 광원의 경우 그 차이는 작지만, 협대역 LED 스펙트럼의 경우에는 상당합니다. 서로 다른 관측자로부터 얻은 색도는 서로 비교해서는 안 됩니다.
Ra는 약하게 채도가 낮은 8가지 테스트 색상에 대한 평균값이기 때문이며, 채도가 높은 빨간색은 여기에 포함되지 않습니다. 이를 위한 특수 지수가 바로 R9이며, 붉은색 성분이 약한 백색 LED의 경우 Ra가 무너지지 않아도 R9은 20 이하로 떨어질 수 있습니다. 색상을 판단하는 사람이라면 R9, R13, R15도 함께 요구하거나, 아예 IES TM-30에 따른 Rf와 Rg를 요구합니다.
분광복사계가 필요합니다. 색도, 색온도, 연색지수는 전체 스펙트럼에 대한 가중치이므로, 광대역 기기는 단일 수치만 제공하며 이를 구분할 수 없습니다. 또한 중요한 것은 분광 해상도로, 분리해야 할 선들의 간격보다 작아야 하며, 측정 소급성이 확보된 교정도 중요합니다.
