색의 표현과 색 체계 Color Space

색상의 표현과 색 공간

영상 복안법을 보기 전 간단하게 색 체계를 알아보자. 흔히 영상과 관련된 작업을 하다 보면 RGB, CMY, CMYK, Gamut, sRGB 등 여러 용어를 접할 수 있다. 이러한 용어들이 각각 무엇을 의미하는지 간단하게 정리한다.

빛의 3원색, 색의 3원색

영상을 전공하지 않아도 가장 많이 들을 수 있는 단어는 RGB이다. RGB란 Red, Green, Blue의 약어로 빛의 3원색을 의미한다. 이 색상은 색을 혼합할 수록 밝아지는 경향을 띄는데 이를 가산 혼합이라 한다. 따라서 결과적으로 3가지 색상을 동일하게 혼합하면 흰색으로 표현된다. 우리가 육안으로 바라보는 모든 피사체들은 빛의 반사를 통해 우리에게 접해지는데 이 빛이 RGB 형태인 셈이다.

RGB의 값을 각각 동일한 비율로 RG, RB, GB를 섞으면 나오는 컬러 값이 CMY이다. 이는 Cyan, Magenta, Yellow의 준말로 각각 청녹색, 자주색, 황색을 의미한다. 이는 프린터에서 볼 수 있는데 대부분의 프린터 잉크 토너는 CMY 체계를 사용하고 있다. CMY의 모든 색을 동일하게 섞으면 검은 색이 되고, 따라서 이를 CMYK(CMY + blacK)로 표현하기도 하며, 혼합할 수록 어두워 지기 때문에 감산 혼합이라 불리기도 한다.

색 공간 Color Space

색 공간이란 우리가 보는 색을 3차원의 공간에 표현한 것으로 색 체계(Color System)라고도 한다. 색의 속성(명도, 채도, 색상) 각각을 사용하여 모든 색을 표현하고, 색을 구체화하고 생성하고 시각화 시킨다.

다른 의미로 색 공간은 인간이 인지할 수 있는 가시 광선을 포함한 광범위한 영역으로 대부분의 촬영 장치나 출력 장치들로는 표현할 수 없을 만큼 방대한 한 영역의 색 공간이 존재한다.

Color Space Image

Gamut

위의 색 공간에서 곡선으로 정의된 내부의 색들이 인간이 인지 가능한 색 영역이다. 나머지들은 외부 기기들에서 인식할 수 있는 색 공간들이다. ProPhoto RGB, Adobe RGB, sRGB 등 여러 곳에서 각각의 색 공간 범위를 정의하였다. 이를 Gamut(개머트)라 한다.

디스플레이, 카메라, 동영상 포맷과 같은 곳에서 구현 가능한 색상의 범위를 나태내는 성능 지표의 기준으로 사용되는 개머트는 구현 가능한 색상의 영역에 따라 sRGB 100% 지원, ProPhoto 90% 지원이라는 방법으로 표기하기도 한다. 따라서 넓은 범위의 개머트라는 것은 표현할 수 있는 색상의 영역이 넓다는 의미이고 따라서 계조 표현이 자연스럽기 때문에 뛰어난 색 공간이라 할 수 있다.

다음으로 자주 사용하는 색 영역에 대해 알아보면 위에서 설명한 프로포토RGB, 어도비RGB, sRGB(Standard RGB)가 있다. 각각은 다음과 같이 간단하게 정리만 하도록 한다.

|  이름 | 제안사 | 사용  | 특징  |
| --- | --- | --- | --- |
|  sRGB | Microsoft & HP  | 모니터,프린터 등  | 현재 대부분의 모니터에서 표준으로 사용되고 있다.  |
|  Adobe RGB | Adobe  | 디지털 카메라, 고급형 모니터  | 디지털 카메라로 촬영한 이미지와 모니터 상 색상의 차이를 줄이기 위해 Green 값의 개머트 범위를 넓혀 정의하였다.  |
|  ProPhoto RGB |  Prophoto |  전문가용 장비 등 |  어도비보다 넓은 색을 지원하고 Raw 데이터를 RGB 값으로 전환할 때 전체 색상을 보존할 수 있는 영역으로 다른 영역들보다 쉐도우 영역을 보존할 수 있다. |

YUV, YIQ, YCbCr

위 3가지 표현은 색(RGB 또는 CMYK)이 아닌 색상의 속성을 기준으로 표현하는 방식이다. 색상이 밝고 어두움을 나타내는 성분, 색차를 나타내는 성분을 이용하는데 이 컬러 체계는 텔레비전 신호나 비디오 데이터를 효율적으로 전송하기 위해 개발되었다.

대표적으로 사용되는 것이 YUV타입인데 이는 밝기를 나타내는 휘도(Luminance) 신호 Y와 색상 신호 2개(U, V)로 표현된다. YUV는 주로 텔레비전 신호를 표현하기 위해서 사용되었는데 과거 흑백 TV는 그레이 스케일에 따라 밝기 값만 있으면 표현이 가능했다. 따라서 Y 값만을 가지고 모든 TV 색을 표현할 수 있었는데 시간이 지나고 컬러 TV가 등장함에 따라 색상을 표현할 수 있는 요소가 필요했다. 따라서 U와 V값을 추가하여 흑백과 컬러 TV를 동시에 볼 수 있도록 하였다.

즉 흑백 TV는 휘도 신호만으로 영상을 보여주고, 나머지 컬러 신호 U, V값은 버리고, 컬러에서는 이 두 신호 모두 사용한다. 따라서 RGB 신호에 비해 압축률을 크게 향상시킬 수 있기 때문에 아직까지도 많은 곳에서 YUV 신호를 사용한다.

YIQ는 TV 표준으로 정의된 색 공간이며 YUV와 유사하지만 RGB 변환에서 가중치의 값이 약간 다르다.

YCbCr 색 공간은 디지털 비디오 시스템에서 사용하는 색 공간으로 YPbPr이라는 아날로그 색 공간을 디지털화시킨 것이다. 따라서 RGB 신호 값이 0~255의 범위를 가지므로 YCbCr 역시 동일한 범위를 가지며 변환된다.