빛과 색, 가시화

지난 호에서는 예술, 학문, 산업 등의 여러 분야에서 다양한 형태로 생성되고 활용되는 각종 이미지 데이터의 구성과 효과적인 활용방법, 실생활에서의 응용사례를 소개하기 앞서 이미지란 무엇인가에 관하여 정리하여 소개하였다. 이번 호에서는 이미지의 형상화와 해석에 필요한 빛과 색의 공통점과 차이점 그리고 각종 정보의 가시화의 중요성과 그 기법 등에 관하여 소개한다.

유우식
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그림 1. 빛의 성질을 이해하는데 실마리를 제공하는 사진들(구름 사이를 뚫고 나온 햇빛, 라스베이거스의 야경과 피라미드 모양 호텔의 끝부분에서 하늘을 향해 비추는 강력한 광선, 밤하늘의 수많은 별들이 발하는 빛, 등대의 불빛과 달빛 그리고 바닷물에 비친 달빛)

우리는 일상적으로 빛과 색을 같은 의미로 사용하는 경우가 많다. 모든 사진 또는 이미지에서 우리는 빛과 색을 본다.(그림 1) 하지만 엄밀하게 이야기하면 빛과 색은 다른 것이며 구별되어야 한다. 특히 색을 띤 가시적인 이미지를 해석하고 어떤 정보의 색을 띤 가시적인 이미지로 표현하고자 할 때에는 빛과 색의 차이를 정확하게 이해하고 구별할 수 있어야 이해부족 또는 착각에 의하여 생기기 쉬운 실수를 예방할 수 있다. 더 나아가서는 눈에 보이지 않는 정보의 가시화를 통하여 그 정보를 상대방에게 정확하게 전달하고 효과적으로 활용할 수 있는 방법을 찾아갈 수 있다.

인간은 일생 동안 여러 가지 감각기관 중에서도 눈을 통하여(시각을 통하여) 가장 많은 정보를 얻게 된다. 그러나 일반인들의 경우 정작 무엇을 보고 있는 지에 대한 관심과 이해는 거의 전무하다고 할 수 있다. 미술, 사진, 인쇄, 조명, 공학 또는 과학분야에 종사하는 대부분의 사람들에게도 교양수준에서의 원론적인 교육을 통한 지식으로 빛과 색의 성질에 관해서는 어렴풋이 이해는 하고 있지만 정작 근본적인 물음에는 선뜻 답을 하지 못하는 경우가 대부분이다.

산업의 고도화로 분업화가 일반화된 현대사회에서는 모든 분야의 지식을 골고루 익히는 기회는 점점 줄어들고 세분화된 전문분야의 지식의 습득에 집중하는 경향이 크다. 따라서 빛이나 색을 다루는 분야에 종사하는 사람들에게도 빛과 색의 본질적인 차이를 쉽게 설명할 수 있는 사람은 그리 많지 않다. 어떤 작업을 할 때 작업대상의 현상적인 성질(특성) 또는 본질을 잘 이해하고 작업을 하게 되면 실수나 시행착오를 줄일 수 있다. 특히 빛과 색에 대한 이해가 부족한 상태에서 빛과 색을 다루는 작업자에게는 다시 한번 빛과 색의 특성과 본질에 대하여 살펴볼 수 있는 기회를 갖는 것이 좋겠다는 생각을 하게 되었다.

이번 호에서는 빛과 색의 차이에 대하여 알아보고 빛과 색의 합성과 분해에 관해서 원리의 이해에 도움이 될만한 그림들을 활용하여 설명하고자 한다.

1. 빛
빛은 우리가 태어나면서부터 반복적인 시(각)세포의 자극에 의하여 감각적으로 느껴온 것이지만 그 실체를 이해하는 것은 쉽지 않다. 빛의 정체는 인류가 경험해온 많은 물리현상과 그 현상을 이해하기 위한 과학적인 실험과 해석을 통해서 일부의 물리학 또는 전자공학 분야의 전문가 또는 일부의 호기심이 많은 사람들에게만 연구 및 관심의 대상이었을 것이다. 그들에게 조차 학습된 지식으로써 빛이 라디오, TV, X선과 같은 전자파의 일종으로 특정한 파장(가시광의 빛은 400~700㎚ 범위의 파장)의 전자파라고 이해될 뿐 일반인에게는 별다른 관심의 대상이 되지 못한다.(그림 2) 빛의 여러 가지 성질 중에서 입자로서의 성질과 파동으로서의 성질이 있음은 일반인에게도 상식적인 내용으로 잘 알려져 있으나 현실세계에서 그것을 구별해서 인식해야 할 필요성은 거의 느끼지 못하는 것 또한 사실이다. 그러나 이미지 데이터를 잘 활용하기 위해서는 우리가 시세포를 통해서 인지하는 이미지의 본질에 대한 이해의 깊이와 이미지 데이터의 구성에 관하여 심도 있게 살펴볼 필요가 있다

인간이 볼 수 있는 빛은 파장이 400~700㎚정도의 것으로 빛의 에너지로 환산하면 1.77~3.10eV 정도의 전자파에 해당된다. 어느 정도의 힘을 가진 전자파인지에 대한 이해를 돕기 위하여 일반적으로 널리 사용되는 1.5V 건전지와 전류를 흐르게 하는 전자를 예로 들어 설명해보자. 부의 전하량(Negative Charge)을 가진 전자는 건전지의 음극에서 나와서 양극으로 이동하며 그 결과 전류는 양극에서 음극으로 흐르게 된다. 약간의 전압 차이만 있어도 부의 전하를 가진 전자는 전압이 낮은 곳에서 높은 곳으로 끌려가는 성질이 있는데 우리가 볼 수 있는 빛은 그 파장에 따라서 전자가 1.77~3.10V(즉 1.5V 건전지 1개에서 2개정도의 전압의 차이가 있는 경우에도 전자가 양극으로 끌려가지 못하도록 막아낼 수 있는 힘을(또는 에너지를) 가진 전자파라고 할 수 있다. 햇빛을 이용하여 발전하는 태양전지도 이러한 빛의 에너지를 사용하기 편리한 전기에너지로 변환하여 추출하는 장치인 것이다. 우리의 눈은 이러한 태양전지를 가진 이미지 센서이고 빛이 가진 에너지의 크기와 빛의 양을 정확하게 측정하여 색과 밝기로 인식하게 해주는 생물학적으로 발생된 감각기관으로 많은 시각정보를 수집하여 두뇌로 전달하는 역할을 한다.

그림 2. 각종 전자파와 빛(자외선, 가시광선, 적외선)의 파장과 인간이 느끼는 색의 관계