색 지각의 원리

 

1. 빛과 색

(1) 빛과 색의 관계

-색이란, 빛이 인간의 눈에 자극될 때 생기는 시감각(빛이 망막을 자극)의 일종이며, 시감각에 의해 인간은 색을 지각하게 됩니다. 빛이 눈의 망막에 자극을 주면 빛에너지가 전깋화학적 에너지로 바뀌어 대뇌로 전달되어 개인의 주관적 경험을 바탕으로 신호와 정보를 해석합니다.

-색에 지각한다는 것은 인간의 눈으로 색을 보고, 인식하고, 느낀다는 의미입니다. 인간이 색을 보는 것은 반사된 빛을 보는 것이며 빛의 파장에 따라 서로 다른 색감을 일으킵니다.
-인간이 색을 지각하기 위해서는 '빛(광원)과 물체와 눈'이라는 색채 지각의 3요소가 필요하며, 이 3가지 지각 요소에서 어느 것 하나라도 빠질 경우에는 색에 지각할 수 없게 됩니다.
정리하자면, 색 지각의 4가지 조건은 빛의 밝기, 인접 색과의 대비, 사물의 크기, 색의 노출시간입니다.

 

 

(2) 뉴턴의 분광 실험
-17세기 영국의 물리학자인 뉴턴은 프리즘을 이용해 1666년 분광실험(혼합광인 백색광을 분해하는 실험)을 통해 가시광선을 발견,

빛의 파장에 따라서 굴절하는 각도가 다르다는 성질을 이용하여 태양광선을 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라로 구성된 연속적인 띠로 나누는 분광 실험에 성공하였습니다.
-사람의 눈에 보이는 전자기파의 영역으로 외부에서 입사하는 빛을 선택적으로 흡수하여 고유의 색을 띠게 하는 빛을 가시광선이라 하며 가시광선의 파장 범위는 380~780mm입니다. 가시광선 파장 중 가장 시감도(파장에 따라 빛 밝기가 다르게 느껴지는 정도)가 높은, 우리 눈이 가장 밝게 느끼는, 최대 시감도의 파장 범위는 555mm로 황초록색입니다.
-빛의 스펙트럼이란 빛을 파장별로 나눈 배열을 말하며 파장에 따라 굴절률(꺾이는 각도의 정도)이 다르기 때문에 나타납니다. 가장 굴절이 심한 곳은 보라색이며, 스펙트럼에서 색 수는 실험방법의 차이나 관찰자의 주관에 따라서 달라질 수 있습니다.



*흡수스펙트럼과 방출스펙트럼
① 흡수스펙트럼 : 연속스펙트럼을 가진 광선을 물질 속을 통과시킨 후 분광기로 분광할 때 물질 속을 통과하는 동안 물질의 화학구조에 따라 특정 파장의 빛을 강하게 흡수해 생기는 빛의 양을 파장별 함수로 나타내는 것으로, 흡수스펙트럼을 조사하면 물질의 원소구성이나 화학구조를 추측할 수 있습니다.

② 방출스펙트럼 : 원자와 분자가 외부에서 빛이나 에너지를 받으면 기준에너지보다 에너지 준위(원자나 분자가 갖는 에너지의 값)가 상승한 들뜬 상태가 됩니다. 이때 전자가 원래의 낮은 준위로 돌아갈 때 궤도가 에너지를 가지는 만큼 빛을 방출하는 전자기파 스펙트럼으로, 발광스펙트럼 또는 복사스펙트럼이라고도 하며, 주로 고온의 기체에서 일어납니다.



*전자기파의 종류
①빛은 전자기파의 종류 중 하나이며 매질이 밀집되어 있을수록 파동이 빠르게 전달되며, 예로는 물, 철길 소리등이 있습니다.
②자외선은 1801년 요한 빌헬름 리텔에 의해 발견되었습니다. UV-A(멜라닌 색소 자극), UV-B(비타민 D 합성, 인체나 물속 공기층 등에 깊숙이 침투하기 어려운 파장으로 피부화상을 유발), UV-C(세균, 바이러스의 DNA를 파괴하여 소독과 살균용으로 사용)이 있습니다.
③적외선은 허셜이 발견했으며 열을 전달하는 열선으로 치료기 등에 사용되며, 야간투시경, 근거리통신, 하이패스, 미사일 유도 등에 사용됩니다.
④감마선은 방사선 중 하나로 암 치료 등에 사용됩니다.



(3)빛에 대한 학설
빛이 파동이냐 입자냐의 논란은 오래전부터 제기되었는데, 17세기에는 빛의 입자설과 파동설이 서로 대립하였고 18세기에는 뉴턴의 주장에 힘입어 입자설이 인정받게 됩니다. 그러나 19세기에 토마스 영의 '이중슬릿실험'을 통해 파동설이 더 유리한 조건을 가지며 우위를 점하게 되었으며, 1905년에는 아인슈타인이 광양자설을 발표함으로써 입자설이 부활하였고, 맥스웰은 빛과 전자기파가 본질적으로 같다는 전자기파설을 주장하였습니다. 20세기가 되어서는 플랑크의 양자가설 등에 의해 입자설이 다시 증명되었으며, 이후 빛은 입자와 파동의 성질을 동시에 가진다고 보고 있습니다.

 

① 입자설
뉴턴은 빛을 입자(물질을 구성하고 있는 작은 물체)의 흐름이라 주장했는데, 빛의 성질인 직진, 반사, 굴절은 설명할 수 있으나 파동의 대표적인 성질인 간섭과 회절은 설명하지 못하였습니다.

② 광양자설
아인슈타인은 빛은 광전자(빛에 의해 튀어나오는 전자)의 불연속성 흐름이며 빛은 일정한 에너지를 갖도록 양자로 되어있다고 주장하였으며, 입자설과 파동설이 가진 모순을 설명했습니다.

 

③ 파동설
17세기 호이겐스에 의해 처음 기초가 잡혔고 19세-기에 들어와서 토마스 영과 프레넬에 의해 확립된 분야이다. 파동설은 빛이 특정한 매질을 통해 전파되는 파동(물결의 움직임, 즉 주기전인 진동에 의해 퍼져가는 현상)이라 주장했습니다. 뉴턴의 입자설과 달리 빚의 성직인 회절을 설명할 수 있는데, 회절은 파동에서만 일어나기 때문입니다.

④ 전자기파설
맥스웰은 빛은 전자기파(전기장과 자기장이 시간에 따라 변할 때 발생하는 파동)의 일종으로 전자기파의 존재를 이론적으로 유도하여 그 속도가 광속도(빛의 속도)와 일치한다는 사실을 발견하였습니다.

 

 

(4)색의 정의
색이란 빛의 스펙트럼 현상에 의해 구별되어 인지되는 광학적 현상으로 빛을 흡수하고 반사하는 결과로 나타나는 사물의 밝고 어두움이나 빨강, 파랑, 노랑 등의 물리적 현상을 말합니다. 색은 다양한 성격을 가지며 사람의 눈에 가장 먼저 인식되는 지각요소입니다.

-화학 분야(물질의 구조와 성질을 연구하는 학문)
: 색은 물질을 구성하고 있는 어떤 분자구조의 특징으로 안료나 염료 같은 물질의 화학적 요소로 인해 눈에 반사, 투과되어 색이 생성되는 것으로 조색, 색좌표, 도료의 종류와 특정 색소 등을 개발합니다.

 

-생리학 분야(생물을 연구하는 학문)
: 색은 눈에서 대뇌로 연결된 신경에서 일어나는 전기화학적 작용이라 정의하며 생리적, 심리적 현상으로 시감각의 일종으로 이해합니다. 즉 눈에서 대뇌에 이르는 신경계통의 광화학적 활동을 규명하는 방법으로 우리 몸의 조직과 관련 있는 연구를 진행합니다.

-심리학 분야(인간의 심리를 연구하는 학문)
: 인간의 심리적인 정신 기제의 작용에 영향을 주는 색체를 인간의 감성, 연상, 기억 등의 심리적 활동을 연구를 통해 규명하는 분야입니다.

 

-물리학 분야(자연의 물리적 성질과 현상을 연구하는 학문)
: 색은 물체에 담는 빛 파장의 반사, 흡수, 투과로 인한 가시광선 영역 내에서의 방사에너지(물체에서 방출되는 전자기파)의 자극으로 광원, 반사광, 투과광 등 에너지 분포의 양상과 자극 정도를 기자재를 활용하여 규명합니다.


(5)색의 분류
색에는 빛의 색, 물체의 색, 두가지 종류가 있습니다. 물체의 색을 색체라 일컫는데, 그 종류에는 무채색과 유채색이 있습니다. 무체색은 '채도가 없다'는 것을 의미하며, 채도가 없기 때문에 색상도 없습니다. 따라서 검은색, 흰색, 회색 등의 명도만 존재하며 빛의 반사율에 의해 결정됩니다. 유채색은 색상, 명도, 채도가 모두 존재하는 색입니다. 유채색은 750만개가 존재하지만 인간의 눈으로 식별 가능한 색은 300개 정도입니다.

 

 

(6)색의 3속성
-색상은 과파장의 차이에 따라 변하는 색체의 위치로서, 색을 감각으로 구별하는 색의 속성 또는 색의 명칭을 말합니다.
- 명도는 밝고 어두운 정도를 말합니다. 색의 밝음의 감각을 척도화한 것이며 인간은 약 500단계의 명도를 구분할 수 있고 눈에 가장 민감한 속성입니다.
- 채도는 순도(색상이 포함된 양이지만 시각적으로 얼마나 잘 보이는가를 나타내는 정도)를 의미합니다. 즉 색의 선명함이나 흐리고 탁한 정도를 말합니다. 인간의 색지각 능력을 고려하였을 때 가장 분별하기 어려운 속성으로 인간은 색상과 명도에 비해 20단계의 채도 정도만 구분을 할 수 있습니다.
- 색조는 명도와 채도의 복합기능을 말하며 색상과는 관계가 없습니다.

 

 

(출처 2022 컬러리스트필기 기사·산업기사 이론서, 조영우 지음)