[논문]간결함과 명료함을 위한 디스플레이 채도에 따른 밝기의 시각적 특성 연구

홍지영

doi:10.7236/jiibc.2022.22.2.15

간결함과 명료함을 위한 디스플레이 채도에 따른 밝기의 시각적 특성 연구
Visual characteristics of brightness according to display saturation for conciseness and clarity 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.22 no.2, 2022년, pp.15 - 20

초록
AI-Helper

색채는 크게 세 가지 속성인 색상, 명도, 채도로 구성되어 있으나 색채를 시감적으로 인지하는데 있어서 각 속성을 구분하여 독립적으로 인지하지 않는다. 채도와 밝기 관련 기존 선행된 연구들은 채도 속성의 순도 정도에 따라 밝기 속성이 다르게 느껴진다는 결과를 유의미하게 얻을 수 있었으나 정신물리학적 실험 대부분이 감산 혼합을 활용한 사례이기에 디스플레이 기반의 색채 인지 기초 연구가 필요하다. 본 연구에서는 자체 발광 시스템을 보유한 디스플레이 기반에서 채도와 밝기 관련 시각적 특성을 알아보고자 정신물리학적 실험을 진행하고 이를 분석하였다. 가산 혼합 형태의 디스플레이에서 일정한 밝기를 선정한 후 주요 색상의 채도를 조정하여 실험을 진행하였다. 본 연구에서는 진행된 실험 결과를 분석하여 감산 혼합과 동일한 결과가 산출되는지 알아보고 색채 인지 특성에 대한 연구 자료로써 유의미 여부를 정의한 후 향후 연구방향을 제시한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Colours are primarily composed of three properties - hue, brightness, and saturation, However, each property of colour is not independently visually recognised. Previous studies on saturation and brightness found that brightness was sensed differently depending on the degree of purity of the saturation; however, most of the psychophysical experiments used subtractive mixing. Therefore, fundamental research on colour perception based on display is needed. In this study, we conducted a psychophysical experiment and to investigate the visual characteristics of saturation and brightness based on a display with a self-luminous system. After selecting a certain brightness in the additive-mixed display, the experiment was conducted by adjusting the saturation of the main colours. Thus, by analysing the experimental results, we determined whether the results were the same as ones from subtractive mixing and whether the data are meaningful for the characteristics of colour perception. We also suggested future research directions.

주제어

표/그림 (7)

그림 그림 1. 헬름홀츄 콜라우슈 현상 Fig. 1. Helmholtz–Kohlrausch effect
그림 그림 2. CIELAB 색공간에서 실험에 사용된 색채 자극 분포도 Fig. 2. Colour attributes distribution chart used in experiments in CIELAB colour space
표 표 1. 실험에 사용된 먼셀 색채 X, Y, Z 변환값 Table 1. X, Y, and Z conversion values of the Munsell colour system used in experiments
그림 그림 3. MATLAB으로 구현된 실험 환경 Fig. 3. The experiment environment was implemented using MATLAB.
표 표 2. 색상별 채도에 따른 밝기 대응 결과 Table 2. Results of brightness according to saturations of each colour
그림 그림 4. 각 색상별 AAD 결과 Fig. 4. AAD result for each colour
그림 그림 5. 고채도와 저채도에서 AAD 비교 결과 Fig. 5. Comparison of AAD in high and low saturation

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 밝기에 가장 민감한 시각적 특성을 중심으로 가산혼합을 기반한 디스플레이를 중심으로 채도에 따른 밝기 인지 변화에 대해 알아보고자 한다. 논문의 구성은 다음과 같다.
본 연구에서는 컬러 어피어런스 현상 중 헬름홀츠 콜라 우슈 효과를 기반으로 가산혼합에서 채도와 밝기 속성의 관계를 알아보고자 한다.

가설 설정

본 연구는 색채 속성 중 채도의 순도에 따라 밝기 속성을 다르게 인지할 것이라는 가정 아래 밝기 속성은 고정하고 채도 속성을 변수로 설정하여 정신물리학 실험을 진행하였다. 실험 결과 대부분의 색상이 원래 밝기 보다 더욱 밝게 인지하는 경향성을 나타냈으며 PB 색상 계열의 경우 원래 밝기 보다 더 어둡다고 대응하였다.

대상 데이터

실험에 사용된 디스플레이는 X-Rite i1 Pro2를 사용하여 D65 환경으로 교정 한 후 실험에 사용된 먼셀 색채의 변환 값과 동일하게 유지하여 실험에 사용 하였다. 디스플레이 특성은 표준 sRGB 색 재현 영역과 매우 흡사한 색 재현율을 나타냈으며 디스플레이 표준 감마인 2.2 와 일치한 디스플레이를 실험에 사용하였다.
먼셀 색상은 색상, 명도, 채도에 따라 색채를 표기하며 색상은 H, 명도는 V, 채도는 C로 나타낸다. 본 실험에서는 먼셀 색상 중 10색상환에 해당하는 10가지 색상을 기준으로 각각의 색상을 대표 할 수 있는 대표색에 해당하는 색상을 실험 색채 자극으로 선정하였다.
본 연구는 채도와 밝기 속성과의 상관관계를 알아보고자 시지각 색채 분류체계로 구성된 먼셀 색상을 실험 자극으로 사용하였으며 실험에 사용된 색채 자극의 분포도는 그림 2와 같다. 먼셀 색상은 색상, 명도, 채도에 따라 색채를 표기하며 색상은 H, 명도는 V, 채도는 C로 나타낸다.
82cm 크기의 정사각형 자극을 사용하였다. 비교 밝기 색채 자극은 16가지 밝기차이를 두어 목표 색채 자극과 비교할 수 있도록 배치하였으며 실험에 사용된 배경 밝기는다른 색채 속성의 영향을 받지 않도록 CIECAM02 J가 52.17에 해당되는 회색 배경을 사용하였다.
실험에 사용된 색채 자극은 다음과 같다. 시지각 색채분류체계로 구성된 먼셀 색채를 기반으로 20가지 기본색채를 선정하였다. 명도(Value)는 8로 고정된 밝기 값을 같도록 하였으며, 채도(Chroma)는 4와 8 두 가지로 구분하여 총 20가지 색채를 실험 자극으로 선정하였다.
저채도의 경우 무채색과 혼용이 되어 보일 수 있고 고채도의 경우에는 화면에 제시된 밝기 보다 가산혼합의 특성상 더욱 밝아 보일 수 있는 경향이 있기에 중간 채도를 선정하여 실험을 진행하였다. 실험 자극은 먼셀 C 광원에서 측정된 X, Y, Z를 D65환경과 동일하게 백색 광원 값을 활용하여 변환한 후 실험에 적용하였으며 X, Y, Z값은 표 1과 같다.
실험에 사용된 디스플레이는 X-Rite i1 Pro2를 사용하여 D65 환경으로 교정 한 후 실험에 사용된 먼셀 색채의 변환 값과 동일하게 유지하여 실험에 사용 하였다. 디스플레이 특성은 표준 sRGB 색 재현 영역과 매우 흡사한 색 재현율을 나타냈으며 디스플레이 표준 감마인 2.
실험에 사용된 색채 자극을 CIECAM02로 변환하면 밝기에 해당하는 J값은 약 79.81로 고정된 값을 유지하였으며 채도에 해당하는 C값은 약 18.50과 34.55 두 가지로 나뉘어 사용되었다. CIECAM02는 밝기 (Lightness, J), 채도(Chroma, C), 그리고 색상(Hue, H)으로 색채의 시각적 인지 정도를 나타낼 수 있으며 시각적 색채 인지를 수치화 할 수 있는 지표로써 국제 조명위원회에서 제시하고 있는 시감 특성이 반영된 표준 색공간이라 할 수 있다.
실험에 참가한 피험자는 정상 시력과 색감자인 20대 5명(남2명, 여 3명), 30대 5명(남2명, 여 3명)으로 구성되었으며 실험용 디스플레이와 시선간의 거리를 약 50cm로 고정하였다. 실험 전 암실 환경에 적응할 수 있도록 충분한 순응이 이루어진 후 실험을 진행하였다.
실험은 10명의 피험자가 20개의 먼셀 색채 자극 각각을 16가지 밝기와 각각 비교하여 유사한 밝기를 선택하도록 진행하였다.
명도(Value)는 8로 고정된 밝기 값을 같도록 하였으며, 채도(Chroma)는 4와 8 두 가지로 구분하여 총 20가지 색채를 실험 자극으로 선정하였다. 저채도의 경우 무채색과 혼용이 되어 보일 수 있고 고채도의 경우에는 화면에 제시된 밝기 보다 가산혼합의 특성상 더욱 밝아 보일 수 있는 경향이 있기에 중간 채도를 선정하여 실험을 진행하였다. 실험 자극은 먼셀 C 광원에서 측정된 X, Y, Z를 D65환경과 동일하게 백색 광원 값을 활용하여 변환한 후 실험에 적용하였으며 X, Y, Z값은 표 1과 같다.
정신물리학 실험에서 색채를 비교하거나 평가 시 색채 자극의 크기 또한 시감적 색채 인지가 다를 수 있기에 본 실험에서는 10〫 시야각을 갖는 8.82cm 크기의 정사각형 자극을 사용하였다. 비교 밝기 색채 자극은 16가지 밝기차이를 두어 목표 색채 자극과 비교할 수 있도록 배치하였으며 실험에 사용된 배경 밝기는다른 색채 속성의 영향을 받지 않도록 CIECAM02 J가 52.

이론/모형

일부 색상에서 유독 밝게 또는 어둡게 대응되는 색 편의 개수가 많았으므로 전체적인 수치로 확인해 보기 위해 색상별 AAD(Average Absolute Deviation)를 이용하였으며 수식은 다음과 같다.

성능/효과

실험 결과 대부분의 색상이 원래 밝기 보다 더욱 밝게 인지하는 경향성을 나타냈으며 PB 색상 계열의 경우 원래 밝기 보다 더 어둡다고 대응하였다. 각 색상 계열별 AAD를 비교한 결과 다른 색상에 비해 PB 색상 계열이 편차가 가장 적은 동일한 경향성을 나타냈다. 이는 P 색상 계열에서 헬름홀츠 콜라우슈 효과가 가장 크게 나타난다는 기존 감산혼합 연구사례와 다른 경향성을 나타낸다.
이는 P 색상 계열에서 헬름홀츠 콜라우슈 효과가 가장 크게 나타난다는 기존 감산혼합 연구사례와 다른 경향성을 나타낸다. 고채도와 저채도를 분류하여 분석한 결과 고채도에서는 저채도 보다 더욱 밝게 인지한다는 결과를 얻을 수 있었다. 색상으로 분류하면 PB 색상 계열을 제외한 모든 색상 계열에서 헬름홀츠 콜라우슈 효과가 나타나며 고채도의 경우 저채도 보다 더욱 밝게 인지하여광색역 모니터에서 이미지를 볼 때 헬름홀츠 콜라 우슈 효과가 존재하는 것을 알 수 있었다.
따라서 개수와 편차 모두 과대평가된 계열은 5PB를 제외한 전체 색상에 해당되며 과소 평가된 색상 계열은 5PB 색상 계열임을 알 수 있다. 이는 5PB 색상 계열을 제외한 모든 색상 계열에서 헬름홀츠 콜라우슈 효과가 나타났다고 볼 수 있다.
고채도와 저채도를 분류하여 분석한 결과 고채도에서는 저채도 보다 더욱 밝게 인지한다는 결과를 얻을 수 있었다. 색상으로 분류하면 PB 색상 계열을 제외한 모든 색상 계열에서 헬름홀츠 콜라우슈 효과가 나타나며 고채도의 경우 저채도 보다 더욱 밝게 인지하여광색역 모니터에서 이미지를 볼 때 헬름홀츠 콜라 우슈 효과가 존재하는 것을 알 수 있었다.
본 연구는 색채 속성 중 채도의 순도에 따라 밝기 속성을 다르게 인지할 것이라는 가정 아래 밝기 속성은 고정하고 채도 속성을 변수로 설정하여 정신물리학 실험을 진행하였다. 실험 결과 대부분의 색상이 원래 밝기 보다 더욱 밝게 인지하는 경향성을 나타냈으며 PB 색상 계열의 경우 원래 밝기 보다 더 어둡다고 대응하였다. 각 색상 계열별 AAD를 비교한 결과 다른 색상에 비해 PB 색상 계열이 편차가 가장 적은 동일한 경향성을 나타냈다.
각 색상 계열별 AAD를 비교한 결과 다른 색상에 비해 PB 색상 계열이 편차가 가장 적은 동일한 경향성을 나타냈다. 이는 P 색상 계열에서 헬름홀츠 콜라우슈 효과가 가장 크게 나타난다는 기존 감산혼합 연구사례와 다른 경향성을 나타낸다. 고채도와 저채도를 분류하여 분석한 결과 고채도에서는 저채도 보다 더욱 밝게 인지한다는 결과를 얻을 수 있었다.

후속연구

본 연구는 밝기에 가장 민감한 시각적 특성을 기반으로 가산 혼합 형태의 디스플레이에서 채도와 밝기 속성 관련 색채 조절 시스템을 위한 기초연구로 활용 가능하다. 향후 진행할 연구 과제로는 본 연구에서 제시한 밝기와 채도 단계 외 색상의 최대 채도가 각각 다름을 감안하여 확장된 연구를 진행하고 색상 정보를 최소화 하여 압축하는 방식관련 연구를 진행할 예정이다.
본 연구는 밝기에 가장 민감한 시각적 특성을 기반으로 가산 혼합 형태의 디스플레이에서 채도와 밝기 속성 관련 색채 조절 시스템을 위한 기초연구로 활용 가능하다. 향후 진행할 연구 과제로는 본 연구에서 제시한 밝기와 채도 단계 외 색상의 최대 채도가 각각 다름을 감안하여 확장된 연구를 진행하고 색상 정보를 최소화 하여 압축하는 방식관련 연구를 진행할 예정이다.

참고문헌 (10)

J.Y. Hong, Y.S. Park, "A Comparison Study of Colour Perception considering Peripheral Vision on DisplayDevice", JIIBC, Vol. 16, No. 1, pp.33-42, 2016. DOI:https://doi.org/10.7236/jiibc.2016.16.1.43

원문보기 상세보기
J.Y. Hong, "A study on colour appearance by the size of colour stimulation at foveal vision", JIIBC, Vol. 18, No. 3, pp. 23-28, 2018. DOI:https://doi.org/10.7236/jiibc.2018.18.3.23

원문보기 상세보기
Fairchild M. D., "Color Appearance Models", Second Edition, Reading, Second Edition, John Wiley & Sons, 2005.
Wyszecki G, Stiles WS., "Color Science: Concepts and Methods, Quantitative Data and Formulae", 2nd edition, 2000.
Hunt R. W. G., "The Reproduction of Colour", England, Fifth Edition, Fountain Press, 1995.
Hunt R. W. G., "Measuring Colour", Kingston-upon-Thames, Third Edition, Fountain Press, 2001.
Hunter R. R. W., "The Measurement of Appearance", New York, 2nd Edition, John, Wiley & Son, 1987.
Pastoureau, M.," The Colours of Our Memories", John Wiley&Sons Inc., 2012.
Nayatani, Y., "A Colorimetric Explanation of the Helmholtz-Kohlrausch Effect", Color Research & Application, Vol. 23, Issue 6, pp.374-378, 1998. DOI:https://doi.org/10.1002/(SICI)1520-6378(199812)23:6 3.0.CO;2-W|

상세보기
J.Y. Hong, "A study on colour properties movement phenomenon reflecting visual characteristics on display", JIIBC, Vol. 18, No. 3, pp. 29-34, 2018. DOI:https://doi.org/10.7236/JIIBC.2018.18.3.29

원문보기 상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증