색공간

카메라를 설정하거나 사진을 인쇄할 때 sRGB, Adobe RGB, CMYK 등의 색공간에 관계된 용어를 만난다. 이 색공간에 대해 정확한 이해를 함으로써 좋은 품질의 사진을 만들거나 인쇄를 할 수 있다.

 

 

1) 색공간의 이해

색공간(Color Space)이란 색 표시계(Color System)를 3차원으로 표현한 공간 개념이다. 색 표시계의 모든 색들은 이 색공간에서 3차원 좌표로 나타낸다. 여기서 색 표시계란 CIERGB, CIEXYZ, CIELAB, CIELUV 등의 색 체계를 말한다. 최근 디자인 분야의 학계, 예술계, 산업계 등에서 색채 디자인 또는 시각 디자인을 연구하거나, 카메라, 스캐너, 모니터, 컬러 프린터 등의 컬러 영상 장비 개발 및 응용 단계에서 색공간은 정확한 색을 재현하기 위하여 필수적으로 활용되고 있다.

RGB 색공간(그림출처: Wikipedia)

 

색의 3속성인 색상(Hue), 명도(Brightness, Value), 채도(Chroma, Saturation)를 3차원 공간의 각각의 축으로 형성된 색공간은 컬러 디자인이나 컬러 공학 등의 학문 또는 산업분야에서 컬러를 다루는 데 있어서 기본적으로 이해하여야 할 개념이다.

빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라 등으로 구분되는 색을 나타내는 색상(Hue)은 색공간을 지구로 비유할 경우 적도상에서 경도 즉, 색상 각(Hue Angle)으로 표현하여 0~360도의 범위를 가지며, 시계 방향으로 변화된다. 또한 이 색공간은 대응색(Opponent Color) 관계를 쉽게 나타낸다. 대응색 관계란 명도 축을 기준으로 대칭의 위치에 있는 두 색의 관계를 말하며 서로 보색 관계에 있음을 나타낸다. 모든 색들의 밝고 어둠을 나타내는 명도(Brightness)는 색공간을 지구로 비유할 경우 남극과 북극을 연결하는 축으로서 남극을 검정색, 북극을 흰색으로 하며 그 사이에는 회색들로 배열된다. 모든 색들의 깨끗한 정도를 나타내는 채도(Chroma, Saturation)는 색공간의 명도 축을 0으로 하고 적도에 가까이 갈수록 커진다.

색공간의 중요한 용도 가운데 하나는 색차 계산(Color Difference)이다. 이는 색공간에 존재하는 두 점 즉, 두 색들 사이의 거리를 계산하여 공학적으로 활용한다. 예를 들면 컬러 영상 분할(Color Image Segmentation)은 CIELAB 색공간에서 색차 계산 결과를 이용하여 CIELAB 색공간에서 영상 분할이 이루어져야 한다.

특히, 색 디자인이나 디지털 색 처리에 기본적으로 사용되고 있는 색공간인 CIELAB 색공간은 먼셀 색 표시계의 기본 원리인 색의 3속성(색상, 명도, 채도)을 살림과 동시에 CIEXYZ 색 표시계의 불균등한 색공간을 개선하기 위하여 개발된 것이다. 이 색공간은 색상(Hue), 명도(Brightness), 채도(Chroma)를 3차원 공간의 각각의 기본 축으로 하는 공간이다. 여기서 CIELAB은 약식 명칭이고, CIE 1976 L*a*b*의 공식 명칭이다.

또, 다른 색공간의 응용에는 색감에 따른 색의 배열이나 배치(Grouping)가 있다. 각종 산업 디자인에 흔히 쓰이고 있는 색감 즉, 따뜻한 색, 차가운 색 등의 배열이나 배치는 CIELAB 색공간에서 좌표로 다룰 경우 개념이 분명해질 뿐만 아니라 정확성이 보장된다. 그러나 CIELAB 색공간은 CIEXYZ 색공간으로 변환한 다음 다시 RGB나 CMY 데이터로 변환해야 하는 필수적인 과정이 있다. 문제는 이러한 과정이 쉽거나 단순하지 않다는 데 있다. 이는 색 이론을 적용함으로써 해결할 수 있다.

 

 

 

2) 자주 쓰이는 색공간

 

(1) RGB 색공간

RGB 색공간은 색을 혼합하면 명도가 올라가는 가산혼합 방식으로 색을 표현한다. RGB 가산혼합의 삼원색은 빨강(Red), 녹색(Green), 파랑(Blue)을 뜻한다. RGBA은 RGB와 동일하며, 알파(Alpha)라는 투과도를 덧붙인 것이다. RGB 색공간은 삼원색에 해당하는 세 가지 채널의 밝기를 기준으로 색을 지정한다. RGB 색공간은 웹이나 모니터 색상 표현의 기본 원리이다.

가산혼합의 원리

 

RGB 색공간 모형

 

(2) CMYK 색공간

CMYK 색공간은 인쇄과정에서 쓰이는 감산 혼합 방식으로, 흰 바탕에 네 가지 잉크의 조합으로 색을 나타내는 것을 말한다. 색을 혼합하면 명도가 낮아지기에 감산 혼합이라고 한다. CMYK는 인쇄에 쓰이는 4가지 색은 시안(Cyan), 마젠타(Magenta), 옐로우(Yellow), 블랙(Black)을 뜻한다.

감산혼합의 원리

 

CMYK 색공간 모형

 

(3) HSV 색공간

HSV 색공간은 1978년에 아루뷔 레이 스미스(Alvy Ray Smith)에 의해 고안되었다. 이것은 RGB 색공간의 비선형 변형이며, 색상 변환에 사용되는 경우도 있다. HSV 색공간은 색상(Hue), 채도(Saturation), 명도(Value)를 기준으로 색을 구성하는 방식이다. 감산 혼합이나 가산 혼합 색공간보다 색상의 지정이 직관적이기 때문에 시각 예술에서 자주 쓰인다.

원기둥형

 

원뿔형

 

(4) CIE 색공간

CIE(COMMISSION INTERNATIONALE DE L’ECLAIREGE, 국제조명위원회)는 빛과 조명 분야에서 과학과 기술에 관한 모든 사항에 대하여 국제적으로 토의하고, 표준과 측정 수단을 개발하며, 국제 규격 및 각국의 공업규격에 대한 지침을 만들어 내며, 표준이나 보고서 등을 출판하는 것을 목적으로 하고 있다.

CIE 색공간이란 컬러 매칭 실험을 통하여 생성된 R, G, B 데이터를 바탕으로 만들어진 CIE XYZ 색공간과 CIE LAB 색공간, 그리고 CIE LUV 색공간이 대표적인 색공간이다.

여기서 CIE XYZ 색공간은 균등한 색공간이 아니어서 수식적으로 변환하기 힘들다. 이를 수식적으로 변환하기 쉽도록 만들어진 것이 CIE LAB 색공간과 CIE LUV 색공간이며, 이 두 색공간은 색차를 계산할 때 비교적 정확한 계산이 이루어진다.

CIE 1931 XYZ 색공간

 

CIE LAB 색공간

 

CIE LUV 색공간 CIE색공간(그림출처 : Wikipedia)

 

 

 

3) sRGB와 Adobe RGB

 

(1) sRGB

sRGB(Standard RGB)는 ANSI sRGB IEC61966-2.1 표준의 줄임말로 Adobe RGB보다 먼저 사용되었다. sRGB는 모니터, 프린터, 그리고 인터넷에서 사용하기 위해 HP와 Microsoft의 협력에 의해 만든 표준 RGB 색공간이다.

sRGB는 MS Windows 기본 설정으로 되어 있으며, 기본적으로 대부분의 컴퓨터 모니터와 프린터의 기본 설정이다. 포토샵도 sRGB를 기본 작업 공간으로 채택하며, 코닥, 캐논, 니콘, 후지, 소니 등 디지털 카메라도 sRGB의 색공간을 기본으로 채택한다.

sRGB의 색공간은 Adobe RGB에 비해 녹색과 청색 등의 색상에서 색 손실이 심한 편이다.

 

(2) Adobe RGB

어도비(Adobe)사가 녹색과 청색을 잘 표현하지 못하는 sRGB를 보완하기 위해서 만든 색공간이다. 푸른 하늘이나, 녹색의 숲을 조금 더 리얼하게 보여주기 위한 고급 사진에서 많이 쓰인다. 그래서 고급의 DSLR 카메라에서 쓰이는 경우가 많다.

Photoshop 5.0 이후에서 정의된 색공간이다. sRGB보다 상당히 색 영역이 넓고, 대부분의 프린터의 CMYK 색 영역을 포함하고 있어 DTP 관련 업무에 적합하다.

전형적인 인쇄 장비의 색 표현 영역과 더욱 유사하며, 일반적인 CMYK 색공간을 거의 모두 포함할 정도이다. 특히 녹색과 시안 영역의 색 재현이나 오렌지색의 하이라이트 영역의 색재현의 경우에는 sRGB 색공간과 비교했을 때 월등히 좋다.

Adobe RGB 색공간의 모든 색을 표현할 수 있는 장비는 그리 많지 않다. 오늘날 대부분의 소프트웨어에서 설정 가능한 옵션으로 Adobe RGB를 채택하여 카메라 역시 이 색공간을 사용할 수 있도록 지원한다. 만약 카메라 설정에서 Adobe RGB를 선택하는 설정이 없다면, RAW 파일로 촬영하여 변환이 가능하다.

 

(3) sRGB와 Adobe RGB의 차이

JPEG 이미지에서 색을 표현하는 데는 24 bit가 쓰인다. R, G, B 각각에 8 bit가 할당되어, 총 16,777,215 가지의 색을 표현할 수 있으며, 이는 sRGB와 Adobe RGB가 동일하다. 두 색공간의 차이는 어떠한 색을 표현하는가에 있다.

다음 그림은 sRGB와 Adobe RGB 색공간이 차지하는 상대적인 크기를 전체 색공간 안에 표현한 것이다. 여기서 보이는 색은 실제 그 색공간의 한계가 아니라 각각의 색공간이 다른 색공간에 비해 어떠한 색을 좀 더 잘 표현할 수 있는지에 대한 표시라고 보는 것이 적당하다. sRGB가 Adobe RGB의 부분집합으로 보인다. 즉 sRGB의 모든 색이 Adobe RGB로 표현된다고 생각할 수 있으나 Adobe RGB의 모든 색이 sRGB의 색으로 표현될 수 없다.

Adobe RGB와 sRGB의 색공간의 비교 (그림출처 : http://aska-sg.net/pstips/tips/pages/color-profile_jpeg-hozon.html)

 

 

(4) sRGB와 Adobe RGB의 변환 문제

sRGB과 Adobe RGB 사이의 변환은 수학적인 계산으로 이루어지며, 따라서 보간법(Interpolation) 및 반올림(Round-off) 에러가 발생할 수 있다. 이는 하나의 색공간에서 표현할 수 있는 색이 다른 색공간에서는 표현할 수 없기 때문에 표현할 수 있는 비슷한 다른 색으로 변환하는 과정에서 나타난다. 즉, 색공간을 변환하는 데에는 손실(Degradation)이 발생하고 이는 두 색공간의 차이가 클수록 더 크게 발생한다.

원본의 Adobe RGB 및 sRGB 파일이 변환된 파일보다는 항상 가장 높은 품질을 가지고 있다. 특별한 경우를 제외하고는 색공간의 변환은 피해야 한다.

 

(5) Adobe RGB를 사용하면 유용한 경우

Adobe RGB는 sRGB로 표현할 수 없는 색을 포함하고 있다. 만약 전문적인 사진가이고, 이러한 색을 표현할 수 있는 프린터를 가지고 있고, 색 프로파일이 적절히 설정되어 있으며, 차이가 나는 색을 구분가능한 눈을 가지고 있다면 Adobe RGB가 최선의 선택이 될 수 있다.

사용 목적에 따라 sRGB나 Adobe RGB를 선택해야 한다. 웹이나 sRGB만 지원하는 도구에 사용하자면 sRGB 색공간을 선택하는 것이 최선이다. 반면에 RAW 파일로 촬영하고 이를 16-bits TIFF파일로 변환하고, JPG 파일로의 작업은 하지 않으며, 적절하게 프로파일된 편집 도구를 가지고 있다며 Adobe RGB를 사용하는 것이 더 좋을 것이다.

만약 Adobe RGB로 된 사진을 일반적인 브라우저로 보게 된다면 바랜 색을 보게 될 것이다. 대부분의 콤팩트 카메라는 sRGB가 기본 설정이다. 또한 일반 사람들이 접근 할 수 있는 대부분의 프린트 업계 또한 sRGB가 기본 설정이다. 결론적으로 최종 출력 장치가 표현할 수 있는 색공간에서 작업하는 것이 가장 좋은 방법이며, 그 이상은 필요 없다.

 

 

 

4) 기타 색공간

 

(1) ColorMatch RGB

라디우스(Radius)사의 Pressview 모니터용으로 표시할 수 있는 색공간이다. Apple RGB보다 약간 색공간이 넓고, 특히 청색의 색공간이 넓은 것이 특징이다. Photoshop 5.0이후에서 정의된 색공간이다.

 

(2) Apple RGB

매킨토시(Macintosh)사의 모니터 표시 색공간이다. Photoshop 4.0 이전의 버전에서 사용되었던 RGB 색공간이다.

 

(3) ProPhoto RGB

ROMM(Reference Output Medium Metric) RGB로 알려진 ProPhoto RGB 색공간은 코닥에서 개발한 RGB 색공간이다. 이것은 사람이 눈으로 보는 것과 같은 사진 출력을 하기 위해 설계된 특히 큰 영역의 색공간을 제공한다.

ProPhoto RGB 색공간(그림출처 : Wikipedia)

 

(4) 감마 1.8계

이 색공간은 일반적으로 Macintosh에서 화상을 편집할 경우에 사용한다.

 

(5) 감마 2.2계

이 색공간은 일반적으로 Microsoft Windows에서 화상을 편집할 경우에 사용한다. sRGB, Bruce RGB, NTSC(1953), Adobe RGB(1998), CIE RGB, 광색역 RGB가 있다.

 

[참고]감마값

방송용 장비나 포토샵은 감마값이 2.2이다. 우리나라에서 주로 사용하는 IBM 컴퓨터의 경우는 모니터의 감마값은 2.5이다. 반면 애플 컴퓨터의 감마값은 1.8(정확하게 1.72)이다. 감마 2.2에 맞도록 보정된 이미지를 IBM 컴퓨터(감마 2.5)로 보면 다소 어둡게 보이고, 애플 컴퓨터(감마 1.8)에서 보면 밝게 보인다.

 

 

 

5) 인쇄를 위한 RGB 색공간에서 CMYK 색공간으로 변환

 

(1) CMYK 색공간의 변환

RGB 모드가 빛에 기초한 색상 구현 원리(가산혼합)를 사용하는 모드인 반면 CMYK는 잉크에 기초한 색상 구현 원리(감산혼합)를 사용한다. 사진가가 디지털 카메라로 촬영하고 컴퓨터의 모니터로 보고 있는 사진은 RGB 원리로 만들어진 것이다. 모니터는 빛을 이용한 장치이기 때문이다. 그러나 이 사진을 CMYK 원리로 만들어진 컬러 프린터로 인쇄를 하면 보이는 대로의 색이 나타나지 않는다. 화면에 보이는 RGB 모드의 사진을 포토샵과 같은 그래픽도구를 이용하여 CMYK 모드로 바꾸어야만 최대한 가까운 색으로 인쇄할 수 있다. 그러나 사진 인화를 전문으로 하는 인화업체에서는 RGB 모드로 된 사진 파일을 주면 CMYK 모드로 변환하여 인화를 한다. 그러나 사진가가 인쇄를 위한 자료를 만들 때는 직접 변환을 해야 하며, 최소한 변환의 원리는 이해를 해야 한다.

RGB 색공간과 CMYK 색공간의 차이

 

(2) 포토샵에서 CMYK 색공간으로 변환 방법

인쇄나 인화를 할 때 해상도를 최대로 높이고, 인쇄나 인화 사이즈에 맞게 사진 사이즈를 정한다. 필요 이상으로 이미지 사이즈를 크게 하면 인쇄시 작은 사이즈로 축소시 이미지 손실이 일어난다. 또한 인쇄하는 용지에 따라 가장 부합되는 색공간을 선택한다. 요즘 이미지의 원본이 RGB의 파일이 대세이다. 인쇄를 할 때 RGB에서 CMYK로 변환시 꼭 인쇄에 맞는 프로 파일로 변환해야 한다.

① 아트지와 같은 코팅이 된 용지는 U.S. Web Coated (SWOP) v2로 변환한다.

② 모조지와 같은 코팅이 안된 용지는 U.S. Sheetfed Uncoated v2로 변환한다.