컬러 모델

색상 모델은 색상이 숫자 튜플로 표현될 수 있는 방법을 설명하는 추상적인 수학 모델이며, 일반적으로 3, 4개의 값이나 색상 구성요소로 표현된다. 이 모델이 성분의 해석 방법(보기 조건 등)에 대한 정확한 설명과 연관되어 있을 때, 결과적인 색상 세트를 "색상 공간"이라고 한다. 이 절에서는 인간의 색 시야를 모델링할 수 있는 방법을 설명한다.

트리스티물루스 배색 공간

이 공간을 장파장(L), 중파장(M), 단파장(S) 광수용체에 대한 자극으로 x, y, z축을 식별하면 3차원 유클리드 공간에서 영역으로 그려볼 수 있다. 원점, (S,M,L) = (0,0,0)은 검정색에 해당한다. 화이트는 이 다이어그램에서 명확한 위치가 없으며, 오히려 색상 온도나 화이트 밸런스에 따라 정의되거나 주변 조명으로 사용할 수 있다. 인간의 색 공간은 여기에 보이는 것과 같은 말쉬 모양의 원뿔(아래 CIE 색도도 참조)으로, 원점에서 원칙적으로 무한대로 확장된다. 실제로 인간의 색 수용체는 매우 높은 광 강도에서는 포화되거나 심지어 손상되지만, 그러한 행동은 CIE 색 공간의 일부가 아니며 낮은 광도에서의 색 지각의 변화도 아니다(Kruithof curve 참조). 가장 포화도가 높은 색상은 그 지역의 바깥쪽 가장자리에 위치하며, 더 밝은 색상은 원점에서 더 멀리 떨어져 있다. 눈의 수용체 반응에 관한 한, 「갈색」이나 「회색」등의 것은 없다. 후자의 색명은 각각 주황색과 흰색 빛을 가리키는데, 주변 지역의 빛보다 강도가 낮다. 회의 중 오버헤드 프로젝터의 화면을 보면, "검은색"이 프로젝터를 켜기 전에 투사된 흰색 화면보다 더 어두워지지 않았음에도 불구하고, 흰색 배경에 검은색 글씨가 보이는 것을 볼 수 있다. "검은색" 영역은 실제로 어두워지지 않고 주변 화면에 투영된 더 높은 강도 "흰색"에 비해 "검은색"으로 나타난다. 색상 항상성을 참조하십시오.

인간의 삼분해 공간은 색의 첨가 혼합이 이 공간에 벡터를 추가하는 것에 해당하는 특성을 가지고 있다. 이를 통해 예를 들어 컴퓨터 디스플레이에서 빨강, 녹색, 파랑 프라이머리로 구성될 수 있는 색상(가무트)을 쉽게 설명할 수 있다.

CIE XYZ 색상 공간

수학적으로 최초로 정의된 색 공간 중 하나는 국제 조명위원회가 1931년에 만든 CIE XYZ 색 공간(CIE 1931 색상 공간이라고도 한다)이다. 이 데이터는 인간 관찰자와 2도 시야를 위해 측정되었다. 1964년에는 10도 시야를 위한 보충 자료가 발표되었다.

표로 표시된 민감도 곡선에는 일정량의 재정거래가 있다는 점에 유의하십시오. 개별 X, Y, Z 감도 곡선의 모양은 합리적인 정확도로 측정할 수 있다. 그러나 전체적인 조도함수(사실상 이 세 곡선의 가중합)는 두 광원이 완전히 다른 색상에 있더라도 동일한 밝기를 가지고 있는지 시험자에게 물어보는 것이 포함되기 때문에 주관적이다. 같은 선을 따라 X, Y, Z 곡선의 상대적 크기를 임의로 선택하여 곡선 아래 동일한 영역을 생성한다. 진폭이 두 배인 X 감도 곡선으로 유효한 색 공간을 정의할 수도 있다. 이 새로운 색깔의 공간은 다른 모양을 가지고 있을 것이다. CIE 1931 및 1964 xyz 색상 공간의 민감도 곡선은 곡선 아래 동일한 영역을 갖도록 스케일링된다.

때때로 XYZ 색상은 휘도, Y, 색도 좌표 x와 y로 표현되며, 다음과 같이 정의된다.

${\displaystyle X}$${\displaystyle }$= ${\displaystyle \frac{X}{}}$+ ${\displaystyle \frac{Y}{}}$+ ${\displaystyle \frac{Z}{}}$ ${\$ x$={\frac {X}{X+$${\displaystyle \frac{Y}{}}$$+Z}$ 및 $y{\displaystyle }$= ${\displaystyle Y\frac{}{}}$ ${\displaystyle \frac{X}{}}$+ Y${\displaystyle \frac{}{}}$+ ${\displaystyle \frac{Z}{}}$ ${\$ y$={\frac}{X+Y+Z}}}}$

수학적으로 x와 y는 투영 좌표이며 색도 도표의 색상은 실제 투영 평면의 한 영역을 차지한다. CIE 감도 곡선은 곡선 아래 동일한 면적을 가지기 때문에 평평한 에너지 스펙트럼을 가진 빛은 점(x,y) = (0.333,0.33)에 해당한다.

X, Y, Z 값은 광선의 스펙트럼 산물과 공개된 색상 매칭 함수를 통합하여 구한다.

가법 및 감산 색상 모형

RYB 컬러 모델

RGB 컬러 모델

빛을 전달하는 매체(텔레비전 등)는 적색·녹색·청색의 원색에 첨가된 색상을 혼합하여 사용하는데, 각각은 다른 두 종류의 자극이 거의 없는 상태에서 눈의 색 수용체 3종 중 하나를 자극한다. 이것을 "RGB" 색 공간이라고 한다. 이러한 원색의 빛의 혼합은 인간 색 공간의 많은 부분을 차지하므로 인간 색 경험의 많은 부분을 차지한다. 컬러텔레비전이나 컬러컴퓨터 모니터가 적색, 녹색, 청색의 혼합물만 만들면 되는 이유다. 자세한 내용은 가법 색상을 참조하십시오.

다른 원색도 원칙적으로 사용할 수 있지만, 빨강, 초록, 파랑으로 인간 색 공간의 가장 큰 부분을 포착할 수 있다. 유감스럽게도 색도 다이어그램에서 빨간색, 녹색 및 파란색 색상이 어떤 위치를 가져야 하는지에 대한 정확한 합의가 없기 때문에 동일한 RGB 값은 다른 화면에서 약간 다른 색상을 발생시킬 수 있다.

CMY 및 CMYK 컬러 모델

흰색 기질에 청록색, 자홍색, 노란색 투명 염료/잉크를 결합하면 인간이 보는 다양한 색상을 달성할 수 있다. 이것들은 감산 원색이다. 종종 어두운 색의 번식을 개선하기 위해 검정색인 네 번째 잉크가 첨가된다. 이것은 "CMY" 또는 "CMYK" 색 공간이라고 불린다.

청록색 잉크는 적색 빛을 흡수하지만 녹색과 청색을 반사하고, 자홍색 잉크는 녹색 빛을 흡수하지만 적색과 청색을 반사하며, 황색 잉크는 청색 빛을 흡수하지만 적색과 녹색을 반사한다. 흰 기질은 전송된 빛을 다시 시청자에게 반사한다. 실제 인쇄에 적합한 CMY 잉크도 약간의 색상을 반영하여 깊고 중립적인 검정색을 불가능하게 만들기 때문에, 일반적으로 마지막에 인쇄되는 K(검은 잉크) 성분이 부족한 부분을 보완해야 한다. 세 가지 색상의 잉크를 동시에 사용하는 것을 줄이기 위해 텍스트 매체와 같은 블랙 콘텐트가 많을 것으로 예상될 때 별도의 블랙 잉크를 사용하는 것도 경제적으로 추진된다. 전통적인 컬러 사진 인화물과 슬라이드에 사용되는 염료는 훨씬 더 완벽하게 투명하기 때문에 일반적으로 K 성분이 필요하거나 그러한 매체에서 사용되지 않는다.

원통형 좌표 색상 모델

색상이 원뿔형, 원통형 또는 구형형에 맞는 여러 색 모델이 존재하며, 중심축을 따라 흑색에서 백색까지 이어지는 중성선과 주변 각도에 해당하는 색조가 있다. 이러한 유형의 배열은 18세기로 거슬러 올라가며, 가장 현대적이고 과학적인 모델에서 계속 발전되고 있다.

배경

다른 색깔 이론가들은 각각 독특한 색깔 고형물을 디자인했다. 많은 것들이 구의 모양을 하고 있는 반면, 다른 것들은 휘어진 3차원 타원형 형상이다. 이러한 변화들은 색의 관계의 어떤 측면을 더 명확하게 표현하기 위해 고안된 것이다. 필립 오토 런지와 요하네스 잇텐이 구상한 컬러 스피어는 다른 컬러 솔리드 도식의 전형적인 예와 프로토타입이다.^[1] Runge와 Itten의 모델은 기본적으로 동일하며, 아래의 설명에 대한 기초를 형성한다.

같은 밝기의 순수한 포화 색조는 적도를 중심으로 색구 주변부에 위치한다. 색상 휠에서와 같이 대조(또는 보완) 색조가 서로 반대편에 위치한다. 적도면에서 색구의 중심을 향해 이동하면, 모든 색이 중심축에서 중성 회색으로 만날 때까지 색은 점점 덜 포화 상태가 된다. 색구 안에서 수직으로 움직이면 색은 더 가벼워지고(위쪽을 향해), 더 어두워진다(아래를 향해). 상극에서는 모든 색조가 흰색으로, 하극에서는 모든 색조가 검은색으로 만난다.

색 구의 수직축은 그 길이를 따라 모두 회색으로, 하단의 검은색에서 상단의 흰색까지 다양하다. 모든 순수(포화) 색조는 빛에서 어두운 색 구에 이르기까지 다양한 구 표면에 위치한다. 모든 불순물(불포화 색조, 대조적인 색상을 혼합하여 생성)은 구의 내부를 구성하며, 마찬가지로 위에서 아래로 밝기가 변화한다.

HSL 및 HSV

HSL과 HSV는 둘 다 원통형 기하학으로 0°의 적색 1차원에서 시작하여 120°의 녹색 1차원과 240°의 청색 1차원을 통과한 다음 360°의 적색으로 다시 감싸고 있다. 각 기하학에서 중심 수직축은 중성, 무채색 또는 회색으로 구성되며, 경도 0의 검정색 또는 하단 0부터 경도 1의 흰색 또는 상단의 값 1에 이르기까지 다양하다.

대부분의 텔레비전, 컴퓨터 디스플레이 및 프로젝터는 다양한 강도에서 적색, 녹색, 청색 빛을 조합하여 색을 생산한다. 즉, RGB 적층 원색이다. 그러나 빨강, 초록, 파랑 빛의 구성량과 그 결과의 색상의 관계는 특히 경험이 없는 사용자들에게, 그리고 틴트와 색조를 기반으로 한 페인트나 전통 예술가의 모델의 감산적인 색상 혼합에 익숙한 사용자들에게 비독점적이다.

좀 더 전통적이고 직관적인 컬러 혼합 모델을 수용하기 위한 시도로, PARC와 NYIT의 컴퓨터 그래픽 개척자들은 1970년대 중반에 컴퓨터 그래픽스 1978년 8월호에서 앨비 레이 스미스가 공식적으로 설명한^[3] HSV 모델을 개발했다^{[further explanation needed]}. 같은 호에서, Joblove와 Greenberg는^[4] HSL 모델을 설명했는데, HSL 모델은 색조, 상대 색도, 강도라고 표기했다. 그리고 그것을 HSV와 비교했다. 그들의 모델은 밝은 색상의 색소를 검은색이나 흰색과 혼합하여 더 가볍고, 어둡거나 덜 화려한 색상을 구현하는 전통적인 색채 혼합 방법뿐만 아니라 색조, 밝음, 색조 등의 다른 색채 제작 속성의 관점에서 색상이 인간의 시야에서 어떻게 구성되고 개념화되는가에 더 기반을 두고 있었다. 색채

이듬해인 1979년 시그그래프에서 테크트로닉스는 컬러 지정을 위해 HSL을 이용한 그래픽 단말기를 도입했고, 컴퓨터그래픽스표준위원회는 연간 현황 보고서에서 이를 권고했다. 이러한 모델은 원시 RGB 값보다 직관적일 뿐만 아니라, RGB와의 변환이 계산에 매우 빠르기 때문에 유용할 뿐만 아니라 1970년대의 하드웨어에서 실시간으로 실행될 수 있었다. 결과적으로, 이러한 모델들과 유사한 모델들은 그 이후 이미지 편집과 그래픽 소프트웨어 전반에 걸쳐 보편화되었다.

문셀 컬러 시스템

또 다른 영향력 있는 오래된 원통형 컬러 모델은 20세기 초 문셀 컬러 시스템이다. 알버트 먼셀은 1905년 저서 'A 컬러 표기법'에서 구면 배열로 시작했지만, 색조화 속성을 색조, 값, 색조라고 하는 별개의 차원으로 적절히 분리하기를 바랐고, 지각 반응을 주의 깊게 측정한 결과 대칭적인 형상은 하지 않는다는 것을 깨달았고, 그래서 자신의 체계를 재정비하였다. 뭉클한 ^[5][6][A]덩어리로

문셀의 시스템은 미국 색 표준에 대한 사실상의 참조인 매우 대중화되었는데, 이는 페인트와 크레용의 색상을 특정하는 데뿐만 아니라, 예를 들어 전기선, 맥주, 토양 색채와 같은 색채에 기초하여 구성되었기 때문에 쉽게 학습되고 체계적인 세 배의 숫자를 통해 특정 색상을 지정했기 때문이다. 문셀 컬러북에서 판매되는 컬러칩은 넓은 가무트를 커버하고 시간이 지나도 (패딩보다는) 안정감을 유지했으며, 문셀 컴퍼니에서 효과적으로 마케팅했기 때문이다. 1940년대에 미국광학회는 광범위한 측정을 하였고, 문셀 색상의 배열을 조정하여 일련의 "반증"을 발행했다. 컴퓨터 그래픽 어플리케이션의 문셀 시스템의 문제점은 그것의 색상이 어떤 단순한 방정식을 통해서도 지정되지 않고 그것의 기초적인 측정치, 즉 효과적으로 조회표를 통해서만 지정된다는 것이다. RGB £ Munsell에서 변환하려면 해당 표의 항목 간에 보간 작업이 필요하며, 간단한 산술 연산만 필요한 RGB £ HSL 또는 RGB HSV에서 변환하는 것과 비교하여 계산적으로 매우 비싸다.^{[7][8][9][10]}

내추럴 컬러 시스템

유럽에서 널리 사용되는 스웨덴 천연색소시스템(NCS)도 오른쪽의 오스왈드 바이콘에 비슷한 접근법을 취한다. 광도나 심리학적 특성이 아닌 '선감학'을 바탕으로 친숙하게 생긴 고체에 색을 맞추려 하기 때문에 HSL, HSV와 같은 몇 가지 단점을 겪게 되는데, 특히 그 밝기 차원은 색색의 노랑, 빨강, 초록, 파랑 등을 p로 강제하기 때문에 인지된 밝기와는 차이가 있다.차선을 ^[11]긋다

선회색원

밀도측정학에서 위에서 정의한 색조와 상당히 유사한 모델은 CMYK 공정 잉크의 색상을 설명하는데 사용된다. 1953년, 프랭크 프루실은 두 가지 기하학적 배열인 "프리우실 색조 원"과 "프리우실 색조 육각형"을 개발했는데, 각각 우리의 H와 유사하지만₂, 이상화된 청록색, 황색, 자홍색, 자홍색에 비례하여 정의되었다. 잉크의 "회색 오류"는 잉크의 색상과 해당 이상화된 잉크 색상의 색조 사이의 "회색원"의 차이를 나타낸다. 잉크의 회백은 m/M이며, 여기서 m과 M은 밀도 측정에서 이상화된 청록, 자홍, 황색의 양 중 최소값과 최대값이다.^[12]

씨엘치와_uv 씨엘치_ab

국제조명위원회(CIE)는 1931년 빛 스펙트럼의 색상을 기술하기 위해 XYZ 모델을 개발했지만, 그 목표는 지각적으로 균일하고 기하학적으로 통일되기보다는 인간의 시각적 변광성에 필적하는 것이었다. 1960년대와 1970년대에 문셀 시스템의 영향을 받아 XYZ 색상을 보다 관련성이 높은 기하학으로 변형하려는 시도가 있었다. 이러한 노력은 1976년 CILUV와 CILAB 모델에서 절정에 달했다. The dimensions of these models—(L*, u*, v*) and (L*, a*, b*), respectively—are cartesian, based on the opponent process theory of color, but both are also often described using polar coordinates—(L*, C*_uv, h*_uv) and (L*, C*_ab, h*_ab), respectively—where L* is lightness, C* is chroma, and h* is hue angle. 공식적으로는 CIELAB와 CILUV 모두 색차 측정기준 eE*_ab와 eE*_uv를 위해, 특히 색 허용오차를 정의하기 위해 만들어졌지만, 둘 다 컴퓨터 그래픽과 컴퓨터 비전을 포함한 색 순서 체계와 색 외관 모델로 널리 사용되게 되었다. 예를 들어 ICC 색 관리에서 가무트 매핑은 보통 CIELAB 공간에서 수행되며, 어도비 포토샵에는 이미지 편집을 위한 CIELAB 모드가 포함되어 있다. CILAB와 CILUV 기하학은 RGB, HSL, HSV, YUV/YQ/YCbCr 또는 XYZ와 같은 다른 많은 것들보다 훨씬 지각적으로 관련이 있지만, 지각적으로 완벽하지는 않으며, 특히 비정상적인 조명 조건에 적응하는 데 문제가 있다.^{[7][13][14][11][15][16][B]}

HCL 컬러 공간은 CILCH와 동의어처럼 보인다.

씨캠02

CIE의 가장 최근 모델인 CIECAM02(CAM은 '컬러룩 모델'을 의미한다)는 기존 모델보다 이론적으로 정교하고 계산적으로 복잡하다. 씨엘랩, 씨엘유브 등 모델과 관련된 여러 문제점을 고치고, 세심하게 통제된 실험환경에서의 대응은 물론 실제 장면의 컬러 외관 모델화를 목표로 하고 있다. 그것의 치수 J(빛), C(크롬), h(후)는 극좌표 기하학을 정의한다.^[7][11]

컬러 시스템

색상을 분류하고 그 효과를 분석하는 다양한 종류의 색상 시스템이 있다. Albert H가 고안한 American Munsell 색상 시스템. 문셀은 다양한 색상을 색채, 포화, 가치를 바탕으로 고체로 조직하는 유명한 분류다. 그 밖에 중요한 색상 시스템으로는 스웨덴 천연색 시스템(NCS), 미국 통일색 공간 광학 협회(OSA-UCS), 부다페스트 공과 경제 대학 출신의 안탈 네임시틱스가 개발한 헝가리 색로이드 시스템 등이 있다. 이 중 NCS는 상대 공정 색상 모델을 기반으로 하며, 문셀, OSA-UC, 컬러로이드는 색상 통일성을 모델링하려고 시도한다. 미국 팬톤과 독일 RAL 상용 컬러 매칭 시스템은 색 공간이 기초적인 컬러 모델을 기반으로 하지 않는다는 점에서 이전 모델과 차이가 있다.

"컬러 모델"의 기타 용도

색시 메커니즘 모델

우리는 또한 "컬러 모델"을 사용하여 색 신호가 시각적 원추에서 조직 세포로 어떻게 처리되는지를 설명하기 위한 색상 시력의 모델이나 메커니즘을 나타낸다. 단순성을 위해 우리는 이 모델들을 컬러 메커니즘 모델이라고 부른다. 클래식한 컬러 메커니즘 모델은 영-헬름홀츠의 3색상 모델과 헤링의 상대 프로세스 모델이다. 이 두 이론은 처음에는 서로 상충된다고 생각되었지만, 색 오폐를 담당하는 메커니즘이 세 종류의 원추로부터 신호를 받아 보다 복잡한 수준에서 처리한다는 것이 나중에 이해되었다.^[17] 널리 받아들여지는 모델을 구역 모델이라고 한다. 삼색론, 상대론, 스미스의 색변환 모델과 호환되는 대칭 존 모델을 디코딩 모델이라고 한다.

척추동물 색시 진화

척추동물들은 원시적으로 사두염색체였다. 그들은 긴, 중간, 짧은 파장의 원추와 자외선에 민감한 원추의 네 가지 종류의 원추들을 가지고 있었다. 오늘날, 물고기, 양서류, 파충류, 그리고 새들은 모두 사두염색이다. 태반 포유류는 중파장과 단파장을 모두 잃었다. 따라서 대부분의 포유류는 복잡한 색시력을 가지고 있지 않다. 그들은 이분법적이지만 자외선에 민감하다. 비록 색상은 볼 수 없지만 말이다. 인간의 삼색채색 시력은 구세계 영장류의 공통 조상에서 처음 진화한 최근의 진화적 신기함이다. 우리의 3색채색 시력은 X염색체에서 발견되는 긴 파장에 민감한 오신의 복제에 의해 진화되었다. 이 복사물들 중 하나는 녹색 빛에 민감하게 진화했고 우리의 중간 파장 opsin을 구성했다. 동시에 우리의 짧은 파장 오신은 우리 척추동물과 포유류 조상들의 자외선 오진으로부터 진화했다.

인간의 적녹색맹은 적녹색과 녹색의 두 개의 복제된 opsin 유전자가 X염색체에서 근접하게 남아 있기 때문에 발생한다. 감수분열 시 재조합이 잦기 때문에 이들 유전자 쌍은 쉽게 재배열될 수 있어 뚜렷한 스펙트럼 민감도가 없는 유전자의 버전을 만들어낸다.

참고 항목

• 컬러 외관 모델
• 컴퓨터 그래픽의 컬러 모델 비교
• RGBW 컬러 모델
• RGBY 컬러 모델

메모들

참조

참고 문헌 목록

• Fairchild, Mark D. (2005). Color Appearance Models (2nd ed.). Addison-Wesley. Archived from the original on October 19, 2013. Retrieved September 11, 2018. 이 책은 HSL이나 HSV에 대해서는 구체적으로 논하지 않지만, 현재의 색과학에 관한 가장 읽기 쉽고 정확한 자료 중 하나이다.
• Joblove, George H.; Greenberg, Donald (August 1978). "Color spaces for computer graphics". Computer Graphics. 12 (3): 20–25. CiteSeerX 10.1.1.413.9004. doi:10.1145/965139.807362. Joblove와 Greenberg의 논문은 HSL 모델을 최초로 기술한 것인데, HSL 모델은 HSV와 비교된다.
• Kuehni, Rolf G. (2003). Color Space and Its Divisions: Color Order from Antiquity to the present. New York: Wiley. ISBN 978-0-471-32670-0. 이 책은 HSL과 HSV를 간략하게 언급할 뿐, 역사를 통한 색상 순서 시스템을 포괄적으로 서술한 것이다.
• Levkowitz, Haim; Herman, Gabor T. (1993). "GLHS: A Generalized Lightness, Hue and Saturation Color Model". CVGIP: Graphical Models and Image Processing. 55 (4): 271–285. doi:10.1006/cgip.1993.1019. 이 논문은 HSL과 HSV, 그리고 다른 유사한 모델들이 어떻게 보다 일반적인 "GLHS" 모델의 특정한 변형으로 생각될 수 있는지를 설명한다. Levkowitz와 Herman은 RGB에서 GLHS로 변환하고 다시 GLHS로 변환하기 위한 유사 코드를 제공한다.
• MacEvoy, Bruce (January 2010). "Color Vision". handprint.com.. 특히 "모던 컬러 모델"과 "모던 컬러 이론"에 대한 섹션. 색채 과학과 페인트 혼합에 관한 MacEvoy의 광범위한 사이트는 웹 상에서 가장 훌륭한 자료들 중 하나이다. 이 페이지에서 그는 색채 제작 속성, HSL과 HSV를 포함한 색순 시스템의 일반적인 목표와 역사, 그리고 화가와의 실질적인 관련성에 대해 설명한다.
• Smith, Alvy Ray (August 1978). "Color gamut transform pairs". Computer Graphics. 12 (3): 12–19. doi:10.1145/965139.807361. 이것은 "헥소네" 모델을 설명한 최초의 논문이다. 스미스는 NYIT의 컴퓨터 그래픽스 연구소의 연구원이었다. 그는 초기 디지털 페인팅 프로그램에서 HSV의 용도를 설명한다.

외부 링크

• RGB, CMYK, LAB, HSV, HSL 및 NCS의 그림 및 요약
• 시연 색상 변환 애플릿
• 헥터 제닐의 HSV 컬러, 울프램 시연 프로젝트.
• Code Beautify에 의한 HSV에서 RGB까지.