88 White Balance 2 색의 온도

88 White Balance 2  색의 온도

 

지난 회에 이어 오늘은 사진의 과학적인 정의를 소개 하며 빛을 조금 더 깊이 드려다 보려 합니다.

예술성을 떠나 과학적으로 접근하면 사진이란 “빛이나 복사 에너지의 작용을 통해 감광성의 물체 위에 피사체의 형태를 영구적으로 기록하는 방법입니다.” 라고 말씀 드릴 수가 있겠습니다..

사진을 찍기 위해서는 적당한 양의 빛 혹은 복사 에너지와 이를 기록할 수 있는 감광성 물체, 즉 필름이나 센서가 필요합니다.

이를 이해하기 위해서는 “우리가 보는 모든 물체를 우리 눈이 어떻게 볼 수 있는가?”와 “사진에서는 어떻게 우리 눈에 보이는 사물이 필름이나 센서에 기록 되어지는가?” 를 먼저 알아야 할 것입니다.

 

우리가 눈을 통해서 볼 수 있는 모든 사물은 결국 그 사물에 비추이는 빛이 반사되면서 생기는 파장이 우리 눈에 전달되어 생기는 하나의 허상인 것입니다.

빨간 장미꽃이 빨간 색으로 보이는 것은 빨간 장미꽃에 비추어진 빛이 반사되어 우리 눈에 들어 오기 때문입니다.

하얀 장미 또한 색이 없는 빛이 반사 되어 하얀 장미로 보이지만 만약에 빨간 색의 빛이 비추어 지면 반사되는 빛은 원래의 하얀 색과 빨간 색이 섞인 장미로 보이게 되지만 우리 눈은 그 장미가 하얀 장미였다는 것을 알고 있었던 인식 때문에 하얀 장미로 생각을 하게 되지요. 검은 가방이 보이는 것은 검은 색을 반사해 주기 때문입니다.

 

그러나 만약에 어떤 물체가 아무 빛도 반사하지 않으면 그 물체는 결국 우리 눈에는 보이지 않게 되는 것이지요.

옛날에 듣던 “벌거 벗은 임금님”의 우화하고는 조금 다른 경우겠지만 요즈음 과학자들은 과학 공상영화에서 볼 수 있듯이 사람 눈에 보이지 않는 섬유 개발을 위하여 노력하고 있다고 합니다. 만약에 이가 실용적이 된다면 얼굴만 걸어 다니는 사람들의 모습도 볼 수가 있겠지요?  아니면 벌거벗은 임금님처럼 벗고 다니는 사람들을 보게 될까요?

이미 레이다에는 잡히지 않는 물체를 만들어서 군용으로 사용하고 있는 요즈음이니까요

 

자연 광선인 태양 빛에도 우리 눈에 보이는 가시광선과 우리 눈에는 안 보이지만 확실한 에너지 파장이 있는 비가시광선이 있다는 것은 우리 모두가 알고 있는 상식입니다.

비 온 뒤에 무지개를 보면서 무색의 태양광선은 결국 7가지 무지개 색이 다 혼합 되어 만들어 내는 빛이라고, 그리고 그 빛마다에는 각기 다른 파장이 있어 물방울을 통과할 때 나누어 진다고 배웠었지요. 또한 대기를 통과하는 동안 파란색 파장은 쉽게 부서져서 하늘이 파랗게 보인다고도 배웠습니다.

밤이 되어 어둠을 밝혀주는 전구 또한 백열등, 형광등, 수은등, LED등등 그 광원에 따라 그 파장의 길이가 여러 가지로 나누이게 되며 각 광원마다 파장의 길이에 따라 나타내는 색상이 있게 됩니다.

하얀 장미에서 설명 드렸듯이 어떤 물체가 광원에서 발광한 빛을 반사할 때에는 그 물체의 원래의 색과 그 물체를 통해 반사되는 빛과 혼합된 색상이 반사되어 우리 눈에 들어 오게 되지요. 그래서 우리는 원래의 색과는 조금 다른 색을 보더라도 이것을 판단하여 우리의 관념과 경험 속에 저장되어 있는 그 원래의 색을 보는 것으로 인식 할 수가 있습니다. 왜냐하면 그 원래의 색을 알고 있기 때문이지요.

이렇게 사람의 눈은 보정 장치가 발달되어 있어서, 이런 빛의 성질에서도 빨간색은 빨간색으로 흰색은 흰색으로 보정해서 보는 특징이 있습니다.

그렇지만 카메라는 유리로 만들어진 렌즈를 통과하는 빛, 즉 원래의 색과 그 색을 반사 시켜 주는 광원의 색을 감광성 물체에 그대로 저장시키는 단순한 장치이기에 사람의 눈처럼 빛에 따라서 스스로 보정하여 제 색상을 잡아내지 못합니다. 이를 보정하기 위하여 사용되는 방법이 광원으로부터 온 빛을 색이 없는 빛이 되도록 적당히 다른 색이 있는 것 처럼 카메라에게 주입 시키는 방법이고 이런 과정을 White Balance 조정이라고 하는 것입니다.(전 회에서 어떻게 하면 색이 없는 빛을 만들 수 있는 지에 대하여 설명을 드렸었지요.)

요즈음에는 많은 발전이 있어 Auto White Balance가 제법 그 기능을 하게 되었습니다.

 

사실은 우리 눈도 어느 정도 여기에 현혹되기도 합니다. 극단적으로 말씀드리자면, 정육점의 붉은 조명 아래서 빛갈 좋은 쇠고기를 사 왔는데 막상 집에 와서 백열 전등빛에 보니  쇠고기 색상이 검으틔틔하게 달라지는 것을 경험 하시었던 일을 생각 하시면 되겠습니다.

그래서 모든 마켓에서는 진열하는 상품들이 원래의 색, 그래서 조금 더 싱싱해 보이도록 광원을 선별하여 상품 고유의 아름다운 빛을 보이게 하는 것입니다.

 

이런 착시현상에서 벗어나서 색감을 가장 자연스럽게 사진에 나타나게 하기 위해서 카메라에게 색을 조정하라고 명령을 내리는 기준이 필요 하게 되었고, 이 기준이 누구에게나 똑 같이 사용되도록 하기 위해서 모든 빛에도 색 온도를 부여하였습니다.

 

우리가 일상적으로 말하는 온도는 기후나 어떤 물체의 뜨겁거나 찬 정도를 말하는데 이를 항상 정확하게 측량하여 표시하는 방법으로 섭씨, 화씨, 그리고 조금 생소한 켈빈이라는 단위를 사용합니다.

화씨의 기원은 18세기 독일의 물리학자인 가브리엘 파렌하이트(Daniel Gabriel Fahrenheit, 1686~1736) 가 만든 독창적인 척도로서 원점을 얼음과 소금의 균등한 혼합물의 온도로 정하고 정상적인 인체의 온도를 96°로 정했습니다. 최종적인 척도에서는 이 온도를 98.6°로 수정했지요. 이를 다시 얼음이 녹는점을 32 ℉ 끓는 점을 212 ℉ 로 하여 그 사이를 180등분한 것으로 요즈음도 미국을 위시하여 여러 나라에서 사용하고 있습니다.

섭씨온도(℃)와 화씨온도(°F) 사이의 변환공식은 °F=(9/5×℃)＋32랍니다. 혹시 미국 여행하실 때에는 아직도 필요할 것입니다.

 

캐나다를 위시하여 세계의 많은 나라에서 사용하는 섭씨의 기원은 스웨덴의 천문학자이자 물리학자인 안데르스 셀시우스(Anders Celsius, 1701년 ~ 1744년)가 표준기압에서 물이 어는 온도를 0℃로, 물이 끓는 온도를 100℃로 고정한 온도 척도로, 두 온도 사이를 100으로 나눈 온도계의 눈금 표시입니다.

 

그리고!

오늘 말씀 드릴 켈빈(Kelvin) 온도는 물리에서 매우 낮은 온도를 다루는 실험실 환경에서 주로 사용되는 온도 측정 방법으로 켈빈 온도 0도는 절대 온도 0도(물질의 특이성에 의존하지 않는 절대적인 온도. 섭씨로는 -273.15도)를 가리킵니다.  이 온도는 모든 분자 활동이 멈추는 상태를 의미한다고 합니다.

이 단위는 영국의 물리학자이자 수학자였던 윌리엄 톰슨(William Thomson, 1824~1907)의 작위인 “켈빈 남작”의 이름을 따서 “켈빈 온도”로 명명되었으며 k로 표기를 하지요.

사진에서는 모든 광원에서부터 분류되는 다양한 분광을 나타내는 단위를 켈빈 온도(Kelvin Scale), 즉 °K로 표시합니다.

인간의 눈으로는 태양으로부터 오는 광선 중 한 낮의 가시광선을 백색으로 인식하지만 사실은 짙은 청색에서 밝은 적색까지 퍼져 있지요. 이 사이를 10,000등분하여 표기하는 것이 켈빈 온도 값인 것입니다. (어떤 카메라 회사는 이를 20,000 까지 늘여 놓았지만…) 

 

위의 그림을 보면, 광원에 따라 켈빈 온도의 분포를 볼 수 있습니다. 색 온도가 정확한 수치로 표기되지 않은 이유는 백열전구라 하더라도, 그 전구의 밝기에 따라 켈빈 온도가 틀리기 때문입니다. 따라서 위의 그림은 어떤 광원은 대략 어느 정도의 색 온도를 가지게 된다 라고 이해하시면 좋겠습니다. 광원에 따른 정확한 색 온도를 얻어내기 위해 '색 온도계'라는 장비가 사용되기도 합니다만, 일반 사용자들에게는 위의 분포도 정도도 많은 도움이 될 거란 생각이 듭니다.

태양빛의 색 온도는 새벽에는 푸른끼가 있고 오후,저녁에는 다소 노랗고 붉은 색을 띄는데

계절과 날씨, 그리고 시간과 태양의 고도에 따라 각각 다른 색 온도를 나타냅니다.

다시 한번 말씀 드리지만 우리가 보는 물체의 색감은 광원, 즉 물체에 비추어지는 빛이 어떤 파장을 갖고 있는가에 따라서 달라지게 되고, White Balance란 물체에 반사되는 광원의 빛의 색을 백색, 즉 한 낯의 주광과 비슷하게 만들어 주기 위한 보정장치인 것입니다. 그래서 사진을 찍는 그 물체의 원래의 색을 표현하려는 것이지요.  이는 또한 그 물체가 반사하는 빛의 원래의 색을 찾으려는 노력인 것입니다.

쉽게 바꾸어 말하면 어떤 상황에서도 흰 색을 흰색으로 보이도록 사진을 찍기 위한 노력인 것입니다. 일단 흰색이 흰색으로 보인다면 다른 색들도 다 원래의 색들로 보일테니까요.