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왜 사람은 파란색에 초점을 맞추기 어려워할까?

썬도그 2021. 7. 22. 11:31
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사람이 초점을 맞추기 어려운 색이 있다? 이런 말을 들어 본 적이 있나요? 저도 처음 들어보지만 인간은  맑은 하늘, 바다 같이 우리 주변에 흔히 있는 파란색에 초점을 맞추기 어렵다는 주장이 나왔네요. 

https://calebkruse.com/10-projects/seeing-blue/

 

Focusing on Blue - 10 Projects

see for yourself I may have buried the lede in this explanation, since the results of chromatic aberration in the eye are so striking. To visualize how little resolving power we have for sharpness in blues, we'll take an image and split it into its red, gr

calebkruse.com

과학 블로거인 Caleb Kruse의 글이 화제입니다. 이글의 내용과 함께 제 이야기도 섞어서 소개하겠습니다. 

사진은 빛으로 그리는 그림이라고 하죠. 그래서 렌즈는 광학 도구고요. 이 빛의 속도인 광속은 항상 일정하다고 하죠. 그러나 빛은 매체에 따라서 그 이동 속도가 다릅니다. 예를 들어 진공에서 이동할 때 광속은 30만 km이지만 유리 속을 이동할 때는 50~70% 감소합니다. 

또한 빛은 한 매체에서 다른 매체로 이동할 때 속도뿐 아니라 방향도 바뀝니다. 이렇게 매체에 따라서 빛은 속도와 각도가 변화하는 걸 스넬의 법칙 또는 굴절의 법칙이라고 합니다. 빛은 매체의 표면에 대한 입사각과 매체의 굴절률에 따라서 빛의 진행 방향이 결정됩니다. 

이 스넬의 법칙을 이용해서 만들어진 것이 렌즈입니다. 렌즈를 통해서 들어온 빛은 렌즈의 곡면과 입사각 렌즈의 굴절률에 따라서 편광 되어서 렌즈 뒤에 있는 이미지센서에 맺힙니다. 이렇게 굴절을 시켜야 이미지센서 크기에 맞게 외부 풍경을 욱여넣을 수 있습니다. 그래서 큰 렌즈도 굴절률을 이용해서 이미지센서에 외부의 상이 맺히게 됩니다. 이런 방식은 인간의 눈도 마찬가지입니다. 인간의 눈은 액체렌즈라는 점이 다를 뿐이죠. 

우리가 보는 백색광은 파랑, 녹색, 빨강색이 섞여서 다양한 색을 표현합니다. 빛의 굴절률은 색상에 따라서 다르기 때문에 백색광에 포함된 색상에 따라서 빛의 굴절률은 다릅니다. 이 색상마다 빛의 굴절률이 다르기 때문에 렌즈를 통과한 이미지가 하나의 점으로 수렴하지 못합니다. 

색상에 따라서 하나의 점으로 모이지 못하는 현상을 색수차라고 합니다. 저도 300mm 저가 줌렌즈가 있는데 저가 렌즈라서 그런지 고배율 줌으로 촬영하면 하얀색 주변에 보라색 테두리가 생깁니다. 이게 바로 색수차입니다. 라이트룸으로 색수차 보정을 해서 지웁니다. 

위 gif 그림을 보면 백색광에 포함된 청색광, 녹색광, 적색광이 각각 다른 위치에 초점이 맞는 걸 알 수 있습니다. 이렇게 색상에 따라서 초점이 달라지지는 걸 해결하는 렌즈는 존재하지 않습니다. 다만 최신 고가 카메라 렌즈에는 이 색수차 문제를 해결하기 위해서 특수 코팅을 해서 해결합니다. 이 색수차는 인간의 눈을 포함한 모든 렌즈가 가지고 있는 구조적 문제입니다. 

이 색수차 문제는 저가 렌즈나 인간의 눈은 해결할 수 없습니다. 

위 gif 그림을 보면 녹색과 붉은색은 초점이 비교적 근처에 있지만 파란색은 좀 떨어져 있습니다. 따라서 파란색에 초점을 맞추면 녹색과 붉은색이 흐리게 보입니다. 그러나 우리는 붉은색과 녹색이 근거리에 붙어 있어서 붉은색과 녹색에 초점을 맞추고 파란색을 흐리게 보는 걸 선택합니다. 

우리가 파란색에 초점을 못 맞추는 예를 들어보죠. 위 사진은 미국 해양대기청인 NOAA와 미국 우주항공국 NASA가 촬영한 지구 사진입니다. 

위 사진은 녹색 부분을 흐리게 만들었습니다. 보시면 녹색만 흐렸는데 사진 전체가 초점 나간 듯 흐린 사진이네요. 파란색은 초점 흐리지 않았거든요. 그런데 그냥 다 흐려져 보입니다. 

위 사진은 파란색을 흐리게 했습니다. 녹색은 흐리게 하지 않았습니다. 그랬더니 사진 전체가 원본사진과 달라 보이지 않습니다. 즉 파란색은 흐리게 해도 원래 우리는 파란색에 초점을 맞추지 않고 봤기에 흐려진 파란색도 초점이 맞은 것처럼 보입니다. 

Caleb Kruse씨는 고급 렌즈는 이런 색수차 문제를 렌즈 코팅으로 해결하지만 인간은 저가 렌즈처럼 색수차를 구조적으로 해결할 수 없다면서 그러나 우리는 파란색을 흐리게 봐도 뇌가 색정보를 후보정하면서 녹색광과 적색광에 초점(선명도)을 맡기고 파란색은 보정해서 보기에 선명하게 볼 수 있다고 합니다. 그런 면에서 우리의 눈은 완벽한 카메라라고 하네요. 

그러고 보니 우리 눈은 뛰어난 영상처리 엔진입니다. 맹점이라는 착시 현상을 일으키는 멍청함도 있지만 대신 액체렌즈인 인간의 눈의 문제인 색수차를 뇌에서 후보정해서 보고 있네요. 

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