사람의 눈이 색보다 밝기에 더 민감한 이유

사람들은 색보다 밝고 어두움을 더 민감하게 받아들입니다. 그 이유는 눈의 구조를 보면 알 수 있습니다.

(RGB 컬러모델의 기초 배경까지 알 수 있습니다.)

 

 

사람의 눈

 

사람의 눈에는 밝기에 민감한 "로드" 또는 "간상체"라고 불리는 기관이 있고, "콘" 또는 "원뿔체"라고 불리는 기관이 있는데 로드(간상체)의 개수가 콘(원뿔체)의 개수보다 훨씬 더 많고 망막에 고루 퍼져있기 때문입니다. 로드의 개수는 7천 5백 ~ 2억 5천 만개이며, 콘의 개수는 600 ~ 700 만개라고 합니다. 이렇게 감광기관의 분포도와 개수 차이때문에 다양한 색상보다 밝고 어두움에 더 민감하게 느끼게 되는 것입니다.

 

로드와 콘의 분포도 (출처: 디지털미디어원리및프로그래밍)

사진을 보면 시신경계 근처에 위치한 중심와에 콘이 가장 집중적으로 몰려 있지만, 그와는 반대로 로드는 비교적 넓은 범위에 퍼져 있다는 점을 알 수 있습니다. 따라서 눈의 생물학적인 구성으로 보아 알 수 있는 것은 사람의 눈은 색상보다는 밝기에 훨씬 더 민감하다는 것입니다. 실제로도 느낄 수 있는 방법이 있습니다. 물체를 인식할 때 이미지를 중심에 두고 시야를 점점 벗어나보는 것입니다. 그렇게 하면 점점 멀어질수록 이미지는 흐려지지만 밝기에 대한 것은 시야 전체에 영향을 주고 있어 차이를 느낄 수 없을 정도로 비슷한 밝기를 유지하고 있는 것입니다. 밖에서 지인과 인사를 하며 멀어질 때, 초점은 흐려지지만 밝기는 그대로인 경우를 비슷하게 말 할 수 있겠네요.

 

그렇다면 과연 우리가 보는 모든 사물과 상황은 어떻게 볼 수 있을까요? 바로, 빛 때문입니다. 오늘은 추가로 이 콘(원뿔체)와 빛의 관계를 알려드릴게요. 먼저, 사람이 볼 수 있는 빛은 어느 정도일까요? 많이 들어보셨을 것 같아요. 사람이 볼 수 있는 빛의 영역을 가시광선이라고 합니다. 보통 400 ~ 700 나노미터의 파장을 가지는 영역(범위)에 존재합니다.

 

가시광선 스펙트럼

사람이 빛을 보는 원리를 알기 위해서는 이 스펙트럼의 역사와 원리를 알면 이해가 쉽습니다. 살짝만 살펴볼게요. 오랜 역사를 보면, 빛은 토마스 영의 이중슬릿 실험을 통하여 파동의 형태로 전달된다는 사실을 입증하였고 맥스웰은 빛이 파동의 형태로 되어있는 전자기파 에너지라는 것을 설명했습니다. 그리고 맥스 플랭크의 양자론에 의하면 "에너지는 양자라고 불리는 개별적인 패킷 형태로 존재한다"라고 말했습니다. 입자이냐 파동이냐 한쪽으로 치우친 것이 아니라 '양자'라는 새로운 개념이 생겨난 것입니다. 이러한 양자는 서로 독립적으로 행동할 때는 입자의 운동과 같은 방식으로 직선 운동을 하지만 다른 양자들과 결합하면 에너지의 파동과 같은 형태로 운동합니다. 그래서 빛은 회절과 간섭이라는 특성을 가진 "파동의 원리"를 이용하여 나타낼 수도 있는 것입니다.

 

파동의 원리를 이용한 광 스펙트럼 분석 단계

1) 빛은 파동의 특성을 가지고 있지만 불규칙한 파동으로 이루어져 있습니다. 불규칙한 파형은 여러 규칙적인 기본파들의 합에 의해 구성되기 때문에 이러한 빛의 파동을 구성하고 있는 기본파들을 파장별로 늘어놓을 수 있었던 것입니다.

2) 그렇게 늘어놓은 것이 광 스펙트럼이라고 합니다. 빛을 늘어놓기 위해서는 프리즘을 사용했습니다. 이 프리즘을 통해 눈에 보이는 색채 요소로 분리하고 각 색상마다 고유한 온도를 알아냈습니다.

3) 온도로 파악하다보니 눈에 보이지 않는 곳에서도 서로 다른 온도를 유지하는 것을 확인했고 눈에 보이는 가시광선 뿐만 아니라, 다른 영역이 있다는 것을 발견할 수도 있었습니다.

4) 광 스펙트럼을 분석하니 빛의 밝기를 결정하는 것은 진폭이며 빛의 색상을 결정하는 것은 파장이라는 것을 알 수 있었던 것입니다.

 

RGB 컬러모델의 기초 배경

자 그럼, 빛은 전자기장 스펙트럼 안에서 가시광선이 사람 눈으로 인식할 수 있다는 것을 확인했습니다. 그리고 아까 말씀드렸던 콘 기억하시나요. 사람 눈에 있는 망막의 콘은 서로 다른 작용을 하는 3가지 형식의 콘이 있다고 합니다. 가시광선 중 짧은 파장의 빛에 민감한 Scone, 중간 파장의 빛에 민감한 Mcone, 긴 파장의 빛에 민감한 Lcone이 있는데 이 세종류의 cone으로 모든 색상을 인식할 수 있다는 것을 기초로 하여 빛의 3원색이 등장하게 된 것입니다. 긴 파장에 민감한 Lcone은 빨간색, 중간 파장에 민감한 Mcone은 초록색, 짧은 파장에 민감한 Scone은 파란색 이렇게 RGB(Red, Green, Blue)는 서로 다른 파장의 빛이 합성되면 가산혼합으로 인한 새로운 파장이 만들어지게 되어 다른 색도 볼 수 있게되는 RGB 컬러모델이 나오게 되는 것입니다.

 

오늘은 이렇게 사람이 색보다 밝기에 더 민감한 이유와, 빛의 원리, RGB 컬러모델의 기초 배경에 대해 알려드렸습니다.

우리 주위에 항상 존재하는 빛과 색상을 조금씩 알고 있으면 언젠가는 도움이 될 것이라고 생각합니다!

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