빛 색 디스플레이 CIE차트

 

https://news.samsungdisplay.com/14129

[디스플레이 톺아보기] ㉗ 디스플레이 색 체계의 역사 Part.1

고대부터 이어져 온 색에 대한 관심

색은 빛을 통해서 구현됩니다. 태양이나 전등, 디스플레이 처럼 자체적으로 발광하는 경우 또는 그 빛이 물체에 반사돼 우리 눈의 망막에 전달될 때 우리는 색을 인지하게 됩니다. 

디스플레이는 우리의 눈에 시각적 정보를 전달해 주는 매개체입니다. 그렇기 때문에 디스플레이는 특정한 모양과 색의 구성을 통해 문자 또는 그림, 영상의 형태로 정보를 전달해 줍니다. 디스플레이에서 시각적 정보를 전달해주는 이같은 방법은 바로 빛을 이용한 것으로 오늘은 빛과 그 빛을 이용한 색에 대해서 알아보는 시간을 갖겠습니다.

빛이란?

 빛= 전자기파 입니다.  우리는 눈에 빨주노초파남보의 색 느껴지는 400~700nm의 파장에 따라 다르게 느껴집니다.

실제 전자기파는 가시광선 이외에 더 넓은 스펙트럼을 가지고 있습니다. 

색이란?

우리가 '색(color)'이라고 부르는 빛의 영역은 바로 가시광선 영역의 특정 주파수의 자극을 인간이 감지하는 것? 

https://m.blog.naver.com/papers/220813780940

빛의 삼원색. 원추세포 Cone Cell. 간상세포. Rod Cell.

전자기파는 특정 주파수를 가질수 있지만. 실 세계에서는 여러개의 전자기파가 섞여서 눈에 입력될수 있다.

이때 눈은 입력된 주파수를 분리해서 느끼기 보다는 전체 스펙트럼의 적분하여 특정한 색으로 느낀다.

아래 그림을 보면 만일 단일 블루만 들어온다면 파란색으로 느끼겠지만.  오른쪽 녹색과 적색을 섞여서 들어올경우   가산법에 의해 노란색으로 느낀다. 드럼소리와 기타소리가섞여 있는 소리를 분리할수 있는 능력과는 다른것 같다.

눈?

전자기파가를 느끼는 감각기관은 인간의 눈입니다.

 

우리 눈의 구조는 이러한데요.

반사된 빛은 우리 눈에서 각막(Cornea)-동공(Pupil)-수정체(Lens)-망막(Retina) 의 단계를 거친 후  망막(Retina)의 추상체(Cone cell)와 간상체(Rod cell)에 의해 색과 명암에 대한 전기적 신호를 만들어 뇌로 전달합니다.
추상체(Cone cell)는 색을 식별하며 중심와(fovea) 주변에 많이 분포해 있고, 간상체(Rod cell)는 명암을 식별하며 골고루 분포해 있어요.
색을 인식하는 추상체(Cone cell)는 L, M, S cone 3종류로 나뉘는데요.
L cone은 빨간색(R)을 M cone은 초록색(G)을 S cone은 파란색(B)을 인식합니다.
따라서, 낮은 파장에서는 S cone이 높은 파장에서는 L cone이 반응하겠죠?

눈이 빛을 샘플링해서 색을 인식하는 구조를 정리해보면 루미넌스와 색을 따로 감각한다. 색을 3가지의 콘세포로 인식한다. 이건 300~700nm의 가시영역을 3개의 영역으로 나누어 센싱한후 뇌에서 처리하여 색으로 인식한다는 거죠 따라서 색은 단색인 특정 주파수일수도 있지만 300~700nm 스펙트럼 분석하여 색으로 인식하는것 같습니다.

카메라?

카메라도 이런 눈의 구조를 최대한 연구하여. RGB 3개의 센서를 통해 RGB각각의 신호를 만들고 적당한 배율로 계산하여 YUV( Y(휘도)신호와 C(R-Y,B-Y)신호)로 변환합니다. 전송과정을 위해 다양한 포맷으로 변환되지만 원리는 비슷합니다.

https://blog.naver.com/always_f97/110088587497

색공간(YUV, RGB), 서브샘플링(4:2:0), 칼라테이블(601, 709)

 

 

https://emergentvisiontec.com/ko/tech-portal/a-brief-history-of-camera-technologies/

카메라 기술의 간략한 역사

https://post.naver.com/viewer/postView.naver?volumeNo=32958388&memberNo=10728965

디스플레이의 색 표현법! (feat. 삼자극치, CIE 1931 색 공간, 색재현율)

 

디스플레이?

카메라가 인간의 눈을 시뮬레이션해서 RGB신호를 만들어 낸다면 디스플레이는 RGB신호를 재현해주는 장치입니다. 초기 브라운관을 통해 색을 재현했으나 이후 프로젝션TV, LED, TFT, OLED다양한 반도체 소자를 이용한 기술이 개발되고 있습니다. 

https://news.samsungdisplay.com/326

[디스플레이 톺아보기] ① 디스플레이 기술의 기원 Part.1

 

https://news.samsungdisplay.com/316

[디스플레이 톺아보기] ① 디스플레이 기술의 기원 Part.2

 

디스플레이는 바로 가시광선 영역의 빛을 이용해 색을 표현합니다. 그렇다면 수십만가지의 색을 디스플레이는 어떻게 표현할 수 있을까요? 비밀은 바로 빛의 삼원색에 있습니다.

빛의 3원색을 구성하는 요소는 빨간색(R), 녹색(G), 파란색(B)입니다.  아래 그림처럼 3가지 색을 모두 합하면 한 가운데의 하얀색 빛을 만들 수 있고, 각 색의 밝기를 적절히 조합해 다양한 색을 표현할 수 있습니다.

이런 색 조합의 원리를 디스플레이에서는 아래와 같이 구현합니다. TV나 스마트폰에 돋보기를 올려 놓고 보면 화면을 구성하는 픽셀 단위마다 일반적으로 3원색의 서브픽셀(sub-pixel)이 자리잡고 있음을 알 수 있습니다. 각 서브픽셀로 가산혼합을 이용해 최종적인 색을 구현하고, 우리 눈은 그 색을 인지하는 것이죠.

우리 눈은 시세포를 통해서 이렇게 만들어진 빛을 인식합니다. 사람이 색을 본다는 것은 사실 서로 다른 파장의 빛을 본다는 것이 더 정확한 표현입니다. 우리 눈으로 볼 수 있는 빛을 '가시광선'이라고 하는 것은 위에서 말씀 드렸는데요. 사람의 눈에는 이러한 빨간색/녹색/파란색 빛을 내는 각 파장의 자극에 반응하는 원추세포들이 있고 이 세포들이 각각 인지한 파장을 시신경을 거쳐 뇌로 정보를 보내게 되면 사람은 최종적으로 색을 인지하게 합니다.

오늘은 디스플레이가 화면을 표시하는데에 없어서는 안 될 필수 요소인 빛과 그 빛을 이용해 디스플레이가 색을 구현하는 원리에 대해서 알아보았습니다. 

https://news.lgdisplay.com/2017/05/crt%EB%B6%80%ED%84%B0-oled%EA%B9%8C%EC%A7%80-%EC%A7%80%EA%B8%88%EC%9D%98-%EB%94%94%EC%8A%A4%ED%94%8C%EB%A0%88%EC%9D%B4%EB%A5%BC-%EB%A7%8C%EB%93%A0-%EB%B0%9C%EB%AA%85%EA%B0%80/

CRT부터 OLED까지! 지금의 디스플레이를 만든 발명가 - LG Display Newsroom

 

 

※ [디스플레이 톺아보기] ⑳ 빛과 색 그리고 디스플레이

17세기에 뉴턴은 프리즘으로 태양광을 분해(분광)함으로써 다양한 광선이 태양광 안에 섞여있음을 입증했습니다. 뉴턴은 스펙트럼을 7개의 색으로 나누고 각각의 색을 혼합해 새로운 색을 만들 수도 있고, 심지어 원래의 백색광(태양광)을 만들어낼 수 있다는 점도 발견했습니다. 또 프리즘으로 한번 나뉜 색은 다시 프리즘을 통과시켜도 더 이상 분광되지 않는다는 사실도 실험을 통해 입증했습니다. 뉴턴의 시도는 근대 광학 발전의 시초라고 볼 수 있습니다.

19세기에 이르러서는 빛과 색의 인식에 대해 생리학적 접근도 시작됐습니다. 토마스 영은 인간의 망막에 무수히 많은 입자가 있으며, 이 입자들을 통해 빨강, 노랑, 파랑색을 감지한다는 이론을 펼칩니다. 이른바 3원색 감지 이론이 주류로 등장하게 됩니다. 이러한 토마스 영의 이론을 발전시켜 1800년대 중반에 헬름홀츠는 물감의 모든 색은 빨강, 노랑, 파랑의 세개의 원색으로 구성될 수 있다고 주장했으며, '빛의 혼합은 더하기(가법 혼색), 물감의 혼합은 빼기(감법 혼색)'이라는 이론을 펼쳤습니다.

CIE 1931 : 현대적 색 체계의 등장

색은 조명되는 빛과 물체, 그것을 보는 사람의 눈에 따라 정해집니다. 조명에서 나오는 빛이 물체에 부딪혀 반사 또는 투과되어 눈에 들어온 광자극이 색으로서 지각되는 것입니다. 이때 빛이 강하면 밝고, 약하면 어둡고, 또 적색광이 강하면 적색으로 보이는 등 물체의 색은 조명에 따라 변하거나 보는 사람의 개인 차이에 따라서도 변합니다. 이런 문제점들이 많아지자 표준으로 삼을 수 있는 기준이 필요하게 되었으며, 1931년 국제조명위원회 CIE가 그 기준을 발표하게 됩니다.

※ 국제조명위원회(CIE;프랑스어 Commission internationale de l'éclairage) : 빛, 조명, 빛깔, 색 공간을 관장하는 국제 위원회

CIE에서 개발한 색 체계는 색을 정량화해 수치로 나타내는 것이었습니다. 광원(조명)과 이를 보는 관찰자에 대한 정보를 표준화하고 표준 광원 환경에서 표준 관찰자에 의해 관찰하는 실험을 진행한 후 색을 계량화 하였습니다. CIE에서 1931년에 발표한 색 체계 'CIE 1931'은 전통적이면서 현재 가장 많이 사용되는 체계로 아래 그림과 같은 다이어그램을 정의합니다. 이 영역이 인간의 눈으로 볼 수 있는 가시광선의 영역입니다.

CIE 1931은 어떻게 만들어졌을까?

CIE는 우선 '표준 관찰자'라는 기준을 만들었습니다. '표준 관찰자'란 관찰자의 눈에서 50cm 떨어진 곳에 지름 1.74cm의 원을 바라보는 환경을 의미합니다. 1.74cm의 원을 50cm의 거리에서 볼 때 눈으로 들어오는 물체의 각도가 2도이기 때문에 '2도 표준 관찰자'라고 부르기도 합니다. 각도를 2도로 둔 것은 우리 눈의 구조와 시야각을 고려했기 때문입니다.

CIE는 이러한 실험 환경을 갖춰놓고 '조건 등색' 실험을 합니다. '조건 등색'이란 두 색채 자극에 대해 시세포가 동일하게 반응을 하는 한, 우리가 두 색을 동일하게 간주하는 현상을 말합니다. 예를 들면, 똑같은 바나나를 맑은 날 야외에서 눈으로 볼 때와, 스마트폰 화면 속의 사진으로 볼 때에 그 색은 극명하게 다르게 측정됩니다. 즉, 서로 다른 빛의 파장을 갖지만 인간은 같은 색으로 인지한다는 현상입니다.

CIE는 색을 계량화 하고 적절한 배합을 실현하기 위한 방법으로 빛의 삼원색 이론에 기반해, 가시광선 스펙트럼 영역에서 파랑(435.8nm), 초록(546.1nm), 빨강(700nm)을 두고 10nm마다 기준색을 설정 한 후 표준 관측자로 하여금 기준색과 동일한지 여부를 묻는 실험을 했습니다. 10nm 파장마다 나뉜 기준색을 놓고, 실험자는 파랑, 초록, 빨강의 단색광(원색)의 강도를 조절해 색을 조합, 기준색과 조합된 색이 같은 색으로 느껴지는지 확인해 나가는 방식입니다. 이런 방식으로 삼원색의 적절한 조합으로 모든 가시광선 영역의 색을 구현할 수 있는 기준을 마련했습니다. 이것을 '삼자극치' 값이라고 하며, 이 실험 결과를 토대로, 수학적인 과정을 거쳐 아래와 같은 1931 표준 관측자 함수가 만들어집니다.

하지만 삼자극치는 색을 정의하는 데 유용하지만 결과물이 쉽게 시각화되지 않았으므로 CIE는 1931년 명도와는 독립적인 2차원으로 색을 그래프화하는 색공간을 하나 더 정의하게 됩니다. 그것이 바로 위에서 소개한 CIE 1931이라 불리는 색도도입니다.

x,y,z는 함수이므로 표준 관측자 함수, x(γ), y(γ), z(γ)에 측정한 색의 가시광선 영역대 에너지 분포를 곱한 후 적분하게 되면 대문자 X,Y,Z라고 하는 값을 산출할 수 있습니다.

1931년에 제안된 이 색도도는 현재까지도 조명 광원의 색채적 속성을 표현하는 데 가장 일반적으로 통용되는 색 체계입니다.

CIE 1976 : 보다 발전된 색 체계

CIE는 CIE 1976을 발표하면서 시각적으로 조금 더 구별이 쉬운 색공간을 제안했습니다. 색도도 측면에서 본다면 기존의 CIE 1931이 초록색 영역이 지나치가 넓고, 실제 각각의 색과의 거리(차이)가 색도도 상에서는 왜곡이 큰 경우가 많아 개선이 필요했습니다. 아래 그림에서 타원형들은 사람이 그 타원 안의 색은 같은 색으로 느끼는 영역을 의미합니다. '등색 영역'이라고 하는데, 초록색으로 갈수록 그 크기가 파란색에 비해 무려 10배가 차이나기도 합니다.

CIE는 이러한 문제 등을 해결하고자 1976년에 수학적 계산을 거쳐 기존의 CIE 1931을 새롭게 변형해 CIE 1976이라는 새로운 색 체계를 개발하고 색도도 또한 발표했습니다. CIE 1976은 기존에 비해 빨간색과 파란색의 비중이 늘어나 실제로 인간의 시각 특성에 더욱 가까워졌습니다.

오늘은 CIE 가 발표한 색 체계를 중심으로 그 배경과 역사 그리고 개념을 살펴봤습니다. 다음 시간에는 색 체계 안에서 디스플레이가 색을 표현하는 여러가지 색역(Color Gamut)의 기준에 대한 이야기를 이어가겠습니다.

 

https://namu.wiki/w/%EC%83%89%20%EC%98%81%EC%97%AD

색 영역

1. 개요[편집]

색 영역 (色領域, Color Space)은 색 표시계를 3차원으로 표현한 공간 개념이다. 색 영역을 정의한 ICC 프로필 파일을 색상 프로파일 (Color Profile)이라고 부른다.

2. 규격[편집]

색 영역은 아래의 이미지에서 표현하는 색상 (Color) 범위를 2차원으로 표현하는 X값과 Y값이 있고(수평 면), 여기에 선형 함수 또는 EOTF에 근거하여 휘도 (Luminance, 밝기 범위)를 표현하는 Z값 (수직 축)이 추가된 원뿔 모양의 3차원 벡터로 정의된다.[1] 휘도의 단위는 니트(nit)[2]를 쓴다.

일반적으로 디스플레이 기기의 색 재현도를 판단할 때에 표현할 수 있는 색상의 범위만 판단하는 경향이 있다. 특정 색 영역의 몇 %까지 재현할 수 있는지를 수치로 표시한다.[3]

HDR 영상의 등장으로 인해 최근에는 HDR 디스플레이 기기가 등장하고 있다. 이에 따라서 광색역 디스플레이 기기라고 할지라도 표현할 수 있는 휘도 영역에 따라서 HDR 지원 기기와 SDR 기기로 구분할 수 있다.

2.1. XYZ[편집]

• 색상:
  

  

• EOTF: 선형
• 밝기 범위: ?
• 레퍼런스 색상 프로필: D50 버전 D55 버전 D65 버전 D65 Channels Scaled 버전

CIE 1931 (XYZ) 색 영역 그 자체를 뜻하며 극장에서 상영되는 JPEG2000 코덱의 DCP 영화 소스는 RGB 색상이 아닌 XYZ 색상으로 인코딩되어 배급된다. 모든 색 영역의 상위 색 영역이며 영화사에서 컬러 그레이딩을 할 때에 기준으로 삼는 P3 색 영역도 XYZ 색 영역의 일부일 뿐이다.

윗 곡선(460-480-500-...600-620)은 가시광선 파장 스펙트럼을 길게 늘여 숫자 사이 간격을 넓힌 곡선이다. 선상에는 단일 파장 원색이 있는 셈이다.

사람 눈에 색상을 인지하는 시각 세포를 '원추세포'라 부르며 세 종류(노랑~녹색, 청록~파랑, 파랑~보라)가 있다. 녹색을 감지할 수 있는 세포가 많아 녹색 변화에 더 민감하므로, 녹색 파장 간격이 더 넓게 그려져 있다.

아래 직선 부분이 칼로 자른 듯한 모양인데 이 부분을 '보라색 선'이라고 하며, 선상에는 원색이 아닌 R과 B의 혼합색만 있다.

2.2. sRGB[편집]

• 색상:
  

  

• EOTF: sRGB, 평균 2.2[4]
• 밝기 범위: 0 ~ 80 nits
• 주변광 기준: Viewing Surround 4.1 nits, D50

rec709 color bars

1996년 11월에 마이크로소프트와 휴렛팩커드가 주도한 색 영역. NTSC 72%는 sRGB 100%와 동일하며, sRGB 색 영역을 넘어서는 컬러를 재현할 수 있을 때 진정한 의미의 광색역 재현이라고 할 수 있다. 1990년 발표한 HDTV표준인 Rec.709와 동일하다. sRGB 색 영역[5]

사실 이미 1953년에 NTSC 규격에 SMPTE C라는 색 영역 표준[6]이 있었지만, 당시로서는 기술적인 성능을 무시하고 터무니없이 넓은 색 영역이었기 때문에 도움이 안 되었다. 물론 21세기에는 저 규격 너머도 구현할 수 있을만큼 기술이 발전하였으나 당시 기준으로는 60년을 앞선 기술이었다. 그래서 현실적으로 TV뿐만 아니라, 컴퓨터 환경까지 폭넓게 기술적인 성능을 고려해서 만든 새로운 색 영역 표준이 sRGB다.

sRGB는 사람이 눈으로 인식할 수 있는 색상의 1/3(33.3%) 정도밖에 재현할 수 없다. 이 문단 맨 위의 그림을 보더라도 삼각형보다 삼각형을 뺀 부분이 더 크다.[7] sRGB의 최대 밝기가 80 nits로 규정되어있다는 점도 단점으로 꼽힌다. 또한 당시 아날로그 시대의 문제로 인한 산술계산상의 이유로 깊은 암부를 선형표현함으로 이부분의 계조가 제대로 표현되지 않는다.

NTSC SMPTE C랑 비교하면 72%, Adobe RGB랑 비교하면 약 50~60% 정도를 커버한다. 보통 sRGB 90% 찍는 기기들이 Adobe RGB로 따지면 50%도 안 되는 경우가 흔하다.

sRGB를 기준으로 한 관용도를 SDR이라고 한다.

기술 발전으로 sRGB는 UHD TV에서는 더 이상 쓰이지 않을 예정이며, 지금은 HDR 등을 고려해 DCI-P3을 목표로 제조되고 있다. 장기적으로는 BT.2020을 목표로 한다.

2.3. Adobe RGB[편집]

• 색상:
  

  

• EOTF: 감마 2.2
• 밝기 범위: 0 ~ 160 nits
• 레퍼런스 색상 프로필: #[8]

1998년 12월에 어도비가 주도한 색 영역. sRGB에서 유실된 Cyan과 Green 영역이 확장되었다.

Adobe가 이 새로운 색 영역을 발표한 이유는 위에 설명한 것처럼 sRGB는 당시 디스플레이 기술력과 타협하여 발표된 색 영역이었기 때문이다. 독자 노선을 탄 이유는 당시 디스플레이 기술력에 맞춰 sRGB가 발표되었으나, 인쇄물 분야에서는 디스플레이보다 상대적으로 넓은 색 영역을 표시하기 용이하기 때문이었다. 한동안 인쇄물 전용 규격이나 마찬가지였으며 카메라 및 디스플레이에서 이를 지원하면 보통 일반인은 손대기 어려운 엄청난 가격대를 자랑했으나, 시간이 흐르면서 기술력이 발전되어 상당히 많이 보급되었다. 2010년대에는 중급기 이상의 디지털 카메라에서는 옵션에서 선택할 수 있고, 해당 사양을 지원하는 디스플레이 또한 많이 출시되었다.

2017년부터 스마트폰과 모니터 등에서 DCI-P3을 우선하는 경향이 있는데, 이는 사진보다 동영상 콘텐츠를 많이 소비하는 시장 상황과 무관치 않다. 하지만 사진 작업물을 다루는 분야를 위해 모니터들은 AdobeRGB의 지원 수준도 표기하고 있으며 가격도 많이 저렴해졌다. BenQ에서 발매되는 전문가용 모니터들이 싸지만 Eizo나 NEC와는 그것들과는 달리 품질이 떨어져 모니터 교정하는 데 문제가 있다. 결국 전문가용 모니터를 구입하는 건 여전히 비싸다.[9]

Adobe RGB가 사용하는 EOTF에 의하여 구현할 수 있는 최대 밝기는 160 nits이다.

2.4. DCI-P3[편집]

• 색상:
  

  

• EOTF: 감마 2.6 (SDR), PQ (정수 HDR), 선형 (부동소수점 HDR)
• 밝기 범위: 0 ~ 48 nits (SDR), 0 ~ 10,000 nits (HDR)
• 레퍼런스 색상 프로필: DCI 버전 D65 버전
• CIE 색 영역 좌표: xR 0.515 yR 0.241 zR -0.001 xG 0.292 yG 0.692 zG 0.042 xB 0.157 yB 0.067 zB 0.784

DCI-P3는 미국 영화 업계에서 디지털 영사기의 색 영역으로 사용하기 위해 Digital Cinema Initiatives에서 정의한 색 영역이다. 기존 sRGB보다 25% 더 넓은 색 영역을 표현할 수 있으며 적색 부분에 특히 더 넓은 커버리지를 갖춘 것이 주요 특징이다. DCI-P3는 영사기에 맞춰서 제작된 색 영역이기에 작동원리가 다른 판형 디스플레이에서는 Apple이 DCI-P3를 바탕으로 개발한 Display P3와 Image P3 프로파일이 P3 마스터링 목적으로 업계 표준처럼 쓰인다.

주로 중고가형 모니터들이 이 색감을 지원한다. 해당 이미지의 로고가 보인다면 DCI-P3의 색 영역을 만족하는 디스플레이를 사용하고 있다는 뜻이다#. 빨간색만 보인다면 DCI-P3을 지원하지 않거나 제대로 설정이 되지 않은 것이다. 디스플레이가 해당 색 영역을 지원해도 제대로 나타나지 않는 경우가 있는데, 이 이미지를 제대로 보기 위해서는 DCI-P3 디스플레이 뿐만 아니라 10비트 컬러 이미지를 출력하는 소프트웨어도 필요하기 때문이다. 10비트 컬러 이미지는 일반적으로 사용되는 형식이 아니기 때문에 지원하는 소프트웨어가 많지 않다. 대표적으로 갤럭시 S8은 디스플레이가 해당 색 영역을 지원하지만 삼성 인터넷에서 컬러 매니지먼트를 지원하지 않아서 저장을 해야 비로소 보인다. 갤럭시 S10 및 그 이후의 삼성 갤럭시는 디스플레이 설정에서 '자연스러운 화면'으로 설정해야 제대로 보인다.
LG 스마트폰의 경우 LG V30 ThinQ와 LG G6 ThinQ 부터 해당 색 영역을 제대로 지원한다.

Apple은 DCI-P3 색 영역을 기준으로 sRGB의 EOTF와 D65 화이트 포인트를 가지는 Display P3이라는 파생 규격을 사용하고 있다. Apple이 차세대 광색역 프로파일로 적극적으로 밀어주는 색 영역인 만큼 iPhone 7 이후로는 기본 사진앱으로 촬영한 모든 사진들은 P3 색 영역을 기본 색 영역으로 지정하고 있으며 Apple은 서드 파티 개발자들에게 이 P3 색 영역에 맞게 앱들의 컬러 설정을 변경할 것을 적극 권유하는 등 기존의 sRGB에서 벗어난 광색역 환경 도입에 매우 적극적으로 나서고 있다.

XYZ 색 영역과 완벽하게 호환된다는 점으로 인해서 HDR 마스터링 용도로 많이 쓰인다.

2.5. BT.2020[편집]

• 색상:
  

  

• EOTF: BT.709 (SDR), PQ 또는 HLG (정수 HDR), 선형 (부동소수점 HDR)
• 밝기 범위: 0 ~ 100 nits (SDR), 0 ~ 10,000 nits (HDR)
• 레퍼런스 색상 프로필: #

BT.2020, 혹은 Rec.2020은 국제전기통신연합(ITU)가 2014년 6월에 처음으로 승인한 차세대 표준 색 영역이다. UHDTV환경에 대응하기 위해 고안된 색 영역으로 Rec.709보다 더 넓은 색 영역 지원과 10,000 니트의 밝기 표현을 지원하여 HDR 마스터링을 염두에 두었다.

Rec.709의 공식적인 후속 프로필이자 P3로 본격화된 광색역 영상시장의 차세대 표준 프로필로 주목받고 있으며 Final Cut Pro X와 같은 스튜디오 영상 프로그램들은 HDR 마스터링 목적으로 BT.2020 색 영역을 지원하고 있다. 다만, BT.2020 색 영역은 P3 색 영역을 통한 HDR 마스터링 시에 P3 색 영역에 대한 상위 컨테이너 색 영역로써 주로 활용되고 있다.

이후 HDR EOTF를 통해 전송하는 영상을 RGB 색상으로 표현하기 위한 세부적인 색 영역 규약으로 BT.2100이 등장하였다.

2.5.1. 지원 현황[편집]

스마트폰 중에서는 소니 모바일의 엑스페리아 1~엑스페리아 1 V, 엑스페리아 5~엑스페리아 5 V, 엑스페리아 PRO, 엑스페리아 PRO-I가 해당 색 영역을 이용한 4K 21:9 영화 촬영 및 감상을 지원한다. [10]

지금 HDR 마스터링 목적의 초고가형 모니터들이 BT.2020을 일부분 지원하고 있으며, 애플의 맥북 프로의 경우 기본 설정된 캘리브레이션 프로파일인 컬러 LCD가 청색 부분에서 P3보다 더 넓은 영역을 지원해 BT.2020을 일부분 지원하고 있다.

AUO가 2017 SID Display weak에서 BT.2020을 95% 커버하는 OLED 시제품을 전시하였다. 2018 SID Display weak에서 JDI가 RGB레이저 백라이트를 이용하여 BT.2020의 97%를 커버하는 방송용 모니터를 전시하였다. 2018 CES에서는 소니가 BT.2020이 지원하는 최대 밝기인 10000니트를 충족하는 초대형 LCD를 전시하였다.

2.6. scRGB[편집]

• 색상:

• EOTF: 선형, 감마 2.2
• 밝기 범위 (근사치): 0 ~ 3,162[11] nits (정수 색상), 0 ~ 251,188[12] nits (부동소수점 색상)

scRGB (Standard Composite RGB)는 sRGB 색 영역을 개발한 마이크로소프트와 휴렛팩커드가 sRGB 색 영역의 단점을 보완한 색 영역이다. Adobe RGB에 비해서도 색 영역이 넓고 정수 단위의 색상으로 표현할 수 있는 최대 밝기가 3,000 nits를 넘는다. 카메라의 원본 색상 데이터를 거의[13] 그대로 보존할 수 있는 몇 안되는 색 영역이다.

Windows 용으로 출시된 비디오 게임에서 HDR 출력에 대응하기 위하여 사용되는 색상 프로필이다. 최근에는 리눅스 진영에서도 OpenGL 및 Vulkan API를 이용하여 scRGB 색 영역으로 HDR 출력에 대응하려는 오픈소스 프로젝트를 시도하고 있다.

2.7. ProPhoto RGB[편집]

• 색상:
  

  

• EOTF: 감마 1.8
• 밝기 범위: 160 ~ 640 nits
• 레퍼런스 색상 프로필: #[14]

ProPhoto RGB는 코닥이 개발한 색 영역이다. ROMM RGB (Reference Output Medium Metric RGB)라고 불리기도 한다. 사진 분야에서는 scRGB 다음으로 높은 밝기를 표현할 수 있는 색 영역이다.

어도비 포토샵 라이트룸은 ProPhoto의 색 영역과 sRGB의 감마를 합친 Melissa RGB라는 색 영역을 쓴다.# 프로그램 내에서만 사용되기 때문에 직접 Melissa RGB를 다룰 일은 없다.

최근에는 구글이 ProPhoto RGB를 밀어주고 있다. 구글의 레퍼런스 폰에서는 구글 픽셀 2 XL 이후의 폰들이 해당 색 영역을 지원한다.

한때 이 색 영역을 가진 이미지 파일을 폰 바탕화면으로 설정하려고 시도하거나 보려고 시도하면 기기가 하나같이 다운되어버리는 사태가 일어났었다.# 사실 이는 다운되어버린 기기가 ProPhoto RGB 색 영역을 지원하지 않기 때문에 그대로 다운되어버린 것이다. 앞서 말한 색 영역을 지원하는 구글 픽셀 시리즈의 기기만 유일하게 멀쩡했다.

2.8. BT.2100[편집]

• 색상:
  

  

• EOTF: PQ 또는 HLG
• 밝기 범위: 0 ~ 10,000 nits

BT.2020 색 영역은 HDR에 최적화되어있음에도 불구하고 HDR 소스의 색상 정보를 정확하게 처리하기 어려운 문제점이 있었다. 이로 인해 HDR 소스를 HDR EOTF가 아닌 SDR EOTF를 사용하여 처리하는 등의 혼선이 생기기도 했다. HDR로 마스터링하더라도 영상에서는 적절하게 HDR로 표현할 수 있지만 이미지(정지 영상)에서는 HDR로 표현하기 어려운 문제도 여기에 있다.[15]

이렇게 HDR 색상 불일치 문제들을 해결하기 위하여 돌비에서는 그래픽 API 수준에서 HDR 휘도를 파이프라인에서 정확하게 매핑할 수 있는 ICtCp 색 영역을 개발하였고 ITU에서 ITU-R Rec.2100 (이하 BT.2100)이라는 이름으로 표준화하였다.

BT.2100은 HDR EOTF 사용 시에 BT.2020 색 영역에 대한 기술적인 구현 문제를 해결하기 위한 표준이므로 색상 범위는 둘 다 같다.

2.9. ACES[편집]

• 색상:
• EOTF: 선형
• 밝기 범위: 무한대[16]

ACES (AP0)는 컬러 그레이딩 및 비디오 게임 출력 단계에서 파이프라인에 쓰이는 색 영역이며 사람이 인지 가능한 모든 색 영역인 XYZ를 완벽하게 포함하고 있다. SMPTE에 의해 SMPTE ST 2065-1라는 이름으로 표준화가 되었다. 개발사인 AMPAS 측에서는 AP0의 광활한 색 표현으로 인해 OpenEXR (16비트 부동소수점 색상)을 통해 결과물을 저장할 것을 권장하고 있다.

scRGB처럼 허수의 색 공간을 포함하도록 규정되어 있다. 그래서 ACES 워크플로우에서 RAW의 색 영역은 AP0 색 영역과 동일한 것으로 간주된다. 시네마 카메라의 경우 카메라 업체마다 독자적인 색 영역을 사용하는데 이 경우에 AP0 색 공간을 기준으로 다양한 카메라에서 출력되는 영상 소스를 일치시켜 작업하는 것이 가능하다.

한편, AP0 색 공간은 지나치게 넓어 3D 렌더링 시에는 GPU에 부담을 주는 것이 문제로 지적되는데 이로 인해 ACEScg (AP1) 색 공간이 등장했다. ACEScg는 BT.2100과 유사한 영역을 가지므로 컴퓨팅 파워가 절감된다.

3. 전망[편집]

색 영역에 대한 전망을 서술한다.

3.1. sRGB의 지위[편집]

2019년 기준으로 아직까지도 많은 영상 기기의 옵션 기본값과 소스들은 색 영역이 sRGB에 맞춰져 있고 EOTF도 여전히 SDR을 사용한다. 따라서 sRGB가 아닌 설정값으로 무언가를 만들거나, 사진을 찍는 것은 번거로운 추가 작업이 요구된다는 의미이기도 하다. 특히 마이크로소프트는 자사의 프로그램을 sRGB로만 만들고 있어서 광색역을 밀고 있는 영상 업계쪽에서 욕을 있는 대로 먹고 있다. 구글 크롬조차 지원하는 DCI-P3를 크로뮴으로 엔진을 갈기 전까지는 엣지 브라우저에서조차 지원하지 않았다.

2017년에 들어서야 20만원 이하의 보급형 LCD 모니터에서 쓰이는 패널에서 sRGB 95%를 만족하는 LCD 패널의 수율이 괜찮아졌으며 sRGB 이상의 DCI-P3, Adobe RGB 색 영역을 만족하는 모니터만 기본으로 40만원 선인데 그마저도 최대 WQHD 해상도가 한계이다. 한마디로 sRGB 이상의 색 영역을 구현하는 하이엔드급 모니터는 늘어났지만 sRGB 100%가 아닌 95%의 디스플레이조차도 싼 값에 생산되기 시작한 건 최근의 일이다.

2022년 까지도 sRGB 100%가 되지 않는 95%나 98% 대인 모니터가 판매량의 과반수를 차지하고 있다.
모니터 판매량의 대다수가 10만 +- 5만원 정도이다.
20만원대만 되어도 모니터 판매량이 확 줄어든다.

4K 해상도, 트루 10bit, sRGB 100% 이상의 색 영역 지원까지 더해지면 100만원은 거뜬히 넘어가므로 보급형으로서의 sRGB의 위치는 당분간은 확고할 듯하다. 중급형 모니터 소비자들은 현재로서는 체감은 커녕 역으로 화면이 더 안좋을 수 있는[17] 색 영역보다는 훨씬 체감하기 쉬운 크기, 비율, 해상도, 주사율 등에 훨씬 관심이 많다. 저가형으로 가면 여전히 Full HD에 60Hz를 쓰는 모니터도 흔하며, 이런 모니터에 제대로 된 광색역 지원은 바라기 힘들다.

sRGB 이상의 색 영역을 보여줄 디스플레이 장치의 제조 및 보급의 가장 큰 역할은 결국 패널 제조사이다. 아무리 모바일이 강세라지만 갤럭시 S7, 아이폰 7 이후의 핸드폰으로만 지원하는 기능들이며 TV, 모니터로까지 보급이 되려면 더 많은 시간이 필요하다. 참고로 아이폰 7 이후 P3 색 영역을 밀어주기 시작한 애플은 맥북 프로에서도 역시 2016년부터 P3를 macOS 수준에서부터 지원하고 있다.

하드웨어 뿐만 아니라 소프트웨어도 문제인 것이, 광색역을 제대로 지원하는 프로그램이 드문 데다가[18] sRGB에서 P3로 바꾼다는 건 작업양도 상당히 많아진다는 얘기다. 전 세계 대부분 인쇄소는 sRGB를 선호하며 P3는 거의 없다.

sRGB를 보완하는 다양한 광색역 표준들이 지금의 sRGB의 위치만큼 확고해지려면 sRGB가 처음 제시되고 지금까지 명맥을 이어온 만큼의 시간이 또 필요할 것이다. 지금까지의 상황은 일반 소비자들 중 고가의 출력 기기를 즐기는 매니아들의 전유물이다.

웹에서 sRGB를 벗어나는 색상을 헥스 코드로 색상 지정하듯이 지정할 수 있게 된 것도 2023년에야 브라우저들이 지원하기 시작한 CSS Color Module Level 4부터이다. 그러나 Google Chrome 기준 광색역을 표시하려면 별도 설정을 켜야 하고 안 그러면 sRGB 컬러만 표시된다.

3.2. HDR 소스에 대한 제작 방식 체계화[편집]

HDR이 사용되는 범위는 영상, 게임 등의 동적 영상에 국한되어 있으며 정지 영상 및 사진에는 여전히 HDR 휘도를 표현하기 어려웠던 것이 지금 실정이다. 동적 영상으로 HDR을 구현하는 것도 체계화된 과정이 한동안 없었다.

심지어 포토샵의 경우에는 부동소수점 색상을 지원하는 RGB 32비트 모드에서도 SDR 영역인 0 ~ 255까지의 레벨만 표시한다. 다만, 255를 넘어가는 휘도의 경우에는 255에 해당되는 값의 레벨이 높은 것처럼 표기한다.

같은 HDR 소스임에도 불구하고 영상에서는 정확하게 HDR로 표현이 되는 반면에 스크린샷으로는 HDR이 아닌 SDR로 표현되어 재생 영상보다 더 어둡고 채도가 떨어지게 보인다. 이는 콘솔 게임에서도 잘 나타난다.[19]

앞으로는 그래픽 파이프라이닝 단계에서 HDR 휘도를 표현할 수 있도록 BT.2100 표준이 제정되었으며, BT.2100의 색 영역인 ICtCp가 HDR 마스터링에 있어서 널리 활용될 것으로 보인다. 이렇게 HDR에 대한 접근 방식이 체계화가 되면 동적 영상은 물론이고 사진 분야에서도 HDR 마스터링이 널리 보급될 것이다.

참고로, 10bit 이상의 HDR 소스를 올바르게 출력하려면 모니터와 PC/그래픽카드가 모두 HDMI 2.0 또는 DisplayPort 1.4 이상을 지원해야 한다.

4. 여담[편집]

• 색상 영역과 휘도 영역은 반드시 짝지어져서 색 영역 표준으로 규정된 것은 아니다. DCI-P3나 BT.2020의 경우에는 EOTF에 대한 규정이 없다. 영상 및 미디어 업계에서 관습적으로 HDR 영상을 제작할 때에 P3나 BT.2020 색 영역을 사용하는 것 뿐이다. BT.709 색 영역에서도 비관습적으로 HDR EOTF를 사용해도 된다.

• 모니터의 색 영역에 대한 보정에 대한 내용은 이 링크의 강연 내용을 참고하면 좋다. 소프트웨어와 하드웨어 캘리브레이션 등에 대한 설명을 볼 수 있다.

• OLED의 화질을 설명할 때 색 재현율에 대해서 자주 언급된다. OLED의 과장된 색감에 대해 불만을 표하는 사용자가 있는데, 이는 고성능 디스플레이에 적절한 프로파일을 적용하지 않아서 그렇다. 프로파일은 운영체제에게 디스플레이 사양을 전달해 디스플레이가 적절한 색을 표시하게 해주는데, 기기 제조사에서 프로파일을 제공하지 않을 시 구형 LCD에나 적절할 기본값으로 출력하게 되어 색이 지나치게 과장되어 보이는 것. 이는 OLED 뿐만 아니라 광색역을 지원하는 LCD 디스플레이에도 동일하게 적용된다.

• 큰 디스플레이에 적응하기 힘들다면 이를 해결하기 위해서 큰 디스플레이에서도 이미지를 작게 출력해주는 기능을 사용할 수 있을텐데, 색 재현율에서는 이와 유사한 기능으로 색상 프로파일과 색상 에뮬레이션이 있다. 전자는 프로그램 별로 지정한 색 재현율을 사용하도록 하는거고 후자는 모든 프로그램에서 특정 색 재현율을 사용하도록 강제하는 기능이다. 색상 에뮬레이션은 모니터 자체에서 지원하는 경우가 많고, 대부분의 스마트폰에서도 색상 모드로 제공되었다가 색상 프로파일이 도입되면서 사라지는 추세다. 색상 프로파일은 iOS와 macOS, 윈도우, 안드로이드 모두 최신 버전에서는 OS 차원에서 지원하나 지원하는 방식이 좀 다르다. iOS와 macOS는 기본적으로 sRGB 색 영역만 사용하다 광색역을 사용한다고 알려주는 프로그램에만 광색역을 사용하는데 반해, 윈도우는 기본적으로 광색역을 사용하다 제한된 색 영역을 사용한다고 알려주는 프로그램에만 제한된 색 영역을 사용한다. 안드로이드는 제조사마다 다른데, 삼성의 경우 iOS와 macOS와 유사하게 sRGB 색 영역이 기본값이다. (자연스러운 모드를 사용하는 경우)

• 시네마 카메라의 경우 독자적인 색 영역을 사용하는데 이는 센서의 RAW 값을 어떻게 디코딩 하느냐에 따라 생기는 차이에 의해 생기는 것으로 대체로 ProPhoto RGB나 그 이상의 색 영역을 가지고 있는 것이 보통이다.
  • 소니의 경우 S-Gamut, 파나소닉의 경우 V-Gamut, 캐논의 경우 Canon Cinema Gamut, 블랙매직 디자인의 경우 Blackmagic Design Film, 아리의 ARRI Wide Gamut, 레드의 REDColor, DRAGONColor 등과 같이 독자적인 색 영역을 사용하게 되는데 여러 카메라를 사용하는 경우 이를 그레이딩 소프트웨어에서 상기한 ACES와 같은 포괄적인 색 프로파일을 기반으로 각 카메라간의 색을 맞춰서 그레이딩을 하게 된다. 이런 색 영역들은 촬영과 현상 단계에서만 사용되기에 이 영역을 직접적으로 다룰 일은 없다.

• 페이스북에서는 Tiny RGB (C2)라는 자체적인 색 영역을 만들었고 2017년부터 페이스북과 인스타그램에 광색역을 포함하여 다양한 표준의 색 영역을 범용적으로 수용하기 위하여 사용하고 있다.

• 온라인 쇼핑몰 등에서 '화면에서 보는 사진과 실제 상품 색상은 다를 수 있습니다' 등의 안내문을 넣는 것도 모니터마다, 카메라마다 지원하는 색 영역이 다르기 때문이다. 실제로 옷 등을 주문해서 실물이 색깔이 잘못 와서 교환이나 환불을 하곤 하는데 그 원인의 상당수가 이 색 영역 문제이다.

https://namu.wiki/w/EOTF

EOTF

 

1. 개요[편집]

EOTF (Electro-Optical Transfer Function; 전기-광학 전달 함수)는 광학적인 밝기 정보와 전기적인 정보 간의 상호변환 관계를 정의한 함수이다. 이미지에 있는 픽셀의 색상 값에 대응되는 밝기 정보를 출력하거나 그 반대로 밝기 정보를 이미지에 있는 픽셀의 색상 값에 저장하기 위하여 사용된다.

2. 원리[편집]

 

3. 종류[편집]

EOTF에서 어떤 것을 사용하느냐에 따라서 SDR (Standard Dynamic Range; 표준 다이내믹 레인지)과 HDR (High Dynamic Range; 높은 다이내믹 레인지)로 갈리게 된다. 디스플레이 및 영상 분야에서 다이내믹 레인지는 명암비보다는 구현 가능한 최대 휘도값을 지칭한다.

SDR이라고 불리는 영상 소스 및 장비는 sRGB이나 BT.1886 함수를 사용하고, HDR이라고 불리는 영상 소스 및 장비는 ST.2084 함수나 HLG 함수를 사용한다.

3.1. 선형[편집]

EOTF를 전혀 사용하지 않는 휘도 매핑 방식이다. 이 방식은 다이내믹 레인지가 넓은 부동소숫점 색상에 주로 쓰인다.

비디오 게임이나 CGI에 쓰이는 부동소수점 단위의 HDR 렌더링도 선형으로 휘도를 계산한다.

영상 편집 프로그램에서도 화질 열화를 줄이기 위하여 내부적인 연산 방식으로 선형 매핑을 사용한다. HDR 영상 코덱으로 인코딩할 경우에는 감마 매핑의 EOTF를 사용한다.

이미지의 경우에는 TIFF, OpenEXR, Radiance HDR 파일이 16비트 및 32비트 부동소수점 색상을 지원하고 선형 매핑으로 100 nits를 넘어가는 HDR 범위의 휘도를 저장한다.

3.2. sRGB · BT.1886[편집]

sRGB 함수는 감마값 2.2에 맞춰진 함수이고, BT.1886 함수는 CRT 디스플레이에 최적화된 감마값인 2.4에 맞춰서 HD 디스플레이에 최적화된 함수이다. 표현 가능한 밝기 범위는 0 ~ 100 cd/m2 이다.

RGB 색상에서 (0,0,0)이 표현 가능한 검은색 색상 (0 cd/m2)이고 (255, 255, 255)가 표현 가능한 흰색 색상 (100 cd/m2)이다. 각 채널 별로 0 ~ 255를 넘는 신호를 지원하지 않는다.

3.3. PQ[편집]

  자세한 내용은 SMPTE ST 2084 문서

를

 참고하십시오.

PQ (Perceptual Quantizer)는 돌비가 돌비 비전에서 HDR을 구현하기 위하여 개발된 EOTF이며 이를 활용한 인코딩 기술이 SMPTE에서 SMPTE ST.2084 (이하 ST.2084)라는 이름으로 표준화되었다. PQ는 HDR10 및 HDR10+과 돌비 비전 플랫폼에서 쓰이고 있다.

3.4. HLG[편집]

  자세한 내용은 ARIB STD-B67 문서

를

 참고하십시오.

HLG (Hybrid Log Gamma; 하이브리드 로그 감마)는 BBC와 NHK가 공동연구를 통해 개발한 EOTF이다. PQ와는 달리 디스플레이 기기에서 구현할 수 있는 최대 밝기에 대응하여 픽셀 색상값이 밝기로 변환될 때에 그 수치가 유동적으로 계산될 수 있도록 정의된 EOTF이다.

ARIB STD-B67라는 이름으로 표준화되었다.

 

https://namu.wiki/w/High%20Dynamic%20Range

High Dynamic Range