색온도

색온도(色溫度, )는 가시광선 광원의 색을 이상적인 불투명 비반사체가 내뿜는 빛의 색과 비교하여 설명하는 매개변수이다. 그 색과 가장 가깝게 일치하는 이상적인 방사체의 온도를 원래 가시광선 광원의 색온도로 정의한다. 색온도 척도는 광원에서 방출되는 빛의 색만을 설명하며, 광원의 실제 온도는 이와 다를 수 있고(종종 훨씬 낮음) 실제 온도를 의미하지는 않는다.

색온도는 조명, 사진술, 비디오그래피, 출판, 제조업, 천체물리학 및 기타 분야에서 응용된다. 실무에서 색온도는 흑체의 색과 어느 정도 밀접하게 일치하는 광원, 즉 빨강에서 주황, 노랑, 하양, 푸르스름한 하양에 이르는 범위의 빛에서 가장 의미가 있다. 상관 색온도의 개념이 정의를 모든 가시광선으로 확장하기는 하지만, 녹색이나 자주색 빛의 색온도는 유용한 정보가 되는 경우가 드물다. 색온도는 관습적으로 절대 온도의 단위인 켈빈(기호 K)으로 표시한다.

이는 5000 K 이상의 색온도를 "차가운 색"(푸르스름함)이라 부르고, 낮은 색온도(2700~3000 K)를 "따뜻한 색"(노르스름함)이라 부르는 방식과 구별되는데, 이는 흑체 방사와 정확히 반대이다. 이 문맥에서 "따뜻함"과 "차가움"은 물리적인 흑체 온도가 아니라 색과 온기에 대한 전통적인 미적 연상과 관련이 있다. 색-열 가설에 따르면 낮은 색온도는 심리적으로 따뜻함을 불러일으키고, 높은 색온도는 차가움을 불러일으킨다. 따뜻한 색의 빛의 분광 정점은 적외선에 더 가깝고, 대부분의 자연적인 따뜻한 색 광원은 상당한 적외선을 방출한다. 이러한 의미의 "따뜻한" 조명이 실제로는 "더 차가운" 색온도를 가진다는 사실은 종종 혼동을 야기한다.더 차가운 색온도(즉, 더 따뜻한 색)를 가진 LED 조명을 선호하라는 미국의사협회의 권고에 대한 LightNowBlog.com 기사 의 댓글 섹션을 참조하라.

 다양한 조명의 분류 

섬네일|300px|가시광선 영역에 대한 흑체 복사 휘도(B) 대 파장(λ) 곡선. 이 애니메이션을 구성하는 플랑크 법칙 도표의 수직축은 380~780 nm 파장에서 함수와 가로축 사이의 면적을 동일하게 유지하도록 비례적으로 변환되었다. K는 켈빈 단위의 색온도를, M은 마이레드 단위의 색온도를 나타낸다.|right

이상적인 흑체에서 방출되는 전자기파의 색온도는 켈빈 단위의 표면 온도 또는 대안적으로 마이레드(micro reciprocal degree) 단위로 정의된다. 이를 통해 광원을 비교하는 표준을 정의할 수 있다.

뜨거운 표면이 열복사를 방출하지만 이상적인 흑체 방사체가 아닌 경우, 빛의 색온도는 표면의 실제 온도가 아니다. 백열등의 빛은 열복사이며 전구는 이상적인 흑체 방사체에 가깝기 때문에 그 색온도는 기본적으로 필라멘트의 온도이다. 따라서 상대적으로 낮은 온도는 칙칙한 빨간색을 내고 높은 온도는 전통적인 백열 전구의 거의 하얀색을 낸다. 금속 공예가들은 가열된 금속의 색깔을 보고 암적색에서 주황빛 하양, 그리고 흰색에 이르기까지 온도를 판단할 수 있다(적열 참조).

형광등이나 유기 발광 다이오드(LED)와 같은 많은 다른 광원들은 주로 열복사 이외의 과정으로 빛을 방출한다. 이는 방출되는 복사가 흑체 스펙트럼의 형태를 따르지 않음을 의미한다. 이러한 광원에는 이른바 상관 색온도(CCT)가 할당된다. CCT는 인간의 색 지각에 해당 램프의 빛과 가장 가깝게 일치하는 흑체 방사체의 색온도이다. 백열광에는 이러한 근사치가 필요하지 않으므로, 백열광의 CCT는 단순히 흑체 방사체와의 비교를 통해 도출된 조정되지 않은 온도이다.

 태양 
태양은 흑체 방사체에 매우 가깝다. 단위 면적당 총 복사 전력으로 정의되는 유효 온도는 5,772 K이다. 대기권 밖에서의 햇빛의 색온도는 약 5,900 K이다.

태양은 하늘에서의 그 위치에 따라 지구에서 빨강, 주황, 노랑 또는 하얗게 보일 수 있다. 하루 동안 변하는 태양의 색은 주로 햇빛의 산란의 결과이며 흑체 방사의 변화 때문이 아니다. 지구의 대기에 의한 햇빛의 레일리 산란은 하늘의 파란색을 유발하는데, 이는 빨간색 빛보다 파란색 빛을 더 많이 산란시키는 경향이 있기 때문이다.

이른 아침과 늦은 오후(골든 아워)의 일부 햇빛은 대기 미립자에 의한 단파장 햇빛의 산란 증가로 인해 더 낮은("따뜻한") 색온도를 갖는데, 이는 틴들 효과라고 불리는 광학 현상이다.

주광(Daylight)은 6,500 K(D65 관찰 표준) 또는 5,500 K(주광 밸런스 사진 필름 표준)의 상관 색온도를 가진 흑체의 스펙트럼과 유사한 스펙트럼을 갖는다.

섬네일|center|512px|색채 순응을 고려하지 않고 약 6,500 K의 백색점을 기준으로 렌더링한 켈빈 온도에 따른 플랑크 궤적의 색조 근사치

흑체 이론에 기반한 색상에서 파란색은 높은 온도에서 발생하고 빨간색은 낮은 온도에서 발생한다. 이는 "빨강"이 "뜨겁고" "파랑"이 "차갑다"는 문화적 색상 연상과 반대이다.

 응용 
섬네일|397x397px|다양한 광원(왼쪽)의 색온도(오른쪽)

 조명 
섬네일|alt=일반적인 전기 램프의 색온도 비교|일반적인 전기 램프의 색온도|140x140px

건물 내부 조명의 경우 조명의 색온도를 고려하는 것이 중요한 경우가 많다. 더 따뜻한(즉, 낮은 색온도) 빛은 휴식을 도모하기 위해 공공장소에서 자주 사용되는 반면, 더 차가운(높은 색온도) 빛은 학교나 사무실 등에서 집중력을 높이기 위해 사용된다.

LED 기술을 위한 CCT 디밍은 LED의 비닝(binning), 노화 및 온도 드리프트 효과가 실제 색상 출력값을 변화시키기 때문에 어려운 작업으로 간주된다. 여기서는 여러 색상 혼합 LED의 색 출력을 능동적으로 모니터링하고 제어하기 위해 색상 센서 등을 사용한 피드백 루프 시스템이 사용된다.

 수조 관리 

물고기 기르기에서 색온도는 다양한 분야에서 서로 다른 기능과 초점을 갖는다.

 담수 수족관에서 색온도는 일반적으로 더 매력적인 전시를 만드는 데에만 관심이 있다. 조명은 수족관 식물을 살리는 데 부차적인 관심을 기울이면서 매력적인 스펙트럼을 생성하도록 설계되는 경향이 있다.
 해수/산호초 수족관에서 색온도는 수조 건강의 필수적인 부분이다. 약 400~3000 나노미터 범위 내에서 짧은 파장의 빛은 긴 파장보다 물 속으로 더 깊이 침투할 수 있으며, 산호에 서식하며 산호를 유지하는 조류에게 필수적인 에너지원을 제공한다. 이는 이 스펙트럼 범위에서 수심에 따른 색온도의 증가와 동등하다. 산호는 일반적으로 얕은 물에 살며 강렬하고 직접적인 열대 햇빛을 받기 때문에, 한때는 6500 K 조명으로 이 상황을 시뮬레이션하는 데 중점을 두었다.

 디지털 사진 
디지털 사진에서 색온도라는 용어는 주변 색온도의 변화를 시뮬레이션하기 위해 색상 값을 재매핑하는 것을 의미하기도 한다. 대부분의 디지털 카메라와 로 이미지(raw image) 소프트웨어는 특정 주변 환경 값(예: 맑음, 흐림, 텅스텐 등)을 시뮬레이션하는 프리셋을 제공하며, 다른 것들은 켈빈 단위로 화이트 밸런스 값을 명시적으로 입력할 수 있게 한다. 이러한 설정은 파랑-노랑 축을 따라 색상 값을 변화시키며, 일부 소프트웨어는 자주-녹색 축을 추가하는 추가 제어(때때로 "색조" 또는 "틴트"라고 함)를 포함하며, 이는 어느 정도 임의적이고 예술적 해석의 문제이다.

 사진 필름 

사진용 감광 유제 필름은 인간의 망막이나 시각적 지각과 동일하게 조명 색상에 반응하지 않는다. 관찰자에게 하얗게 보이는 물체가 사진에서는 매우 파랗거나 주황색으로 나타날 수 있다. 중립적인 컬러 인화를 얻기 위해 인화 과정에서 색 균형을 수정해야 할 수도 있다. 컬러 필름은 일반적으로 서로 다른 색상에 민감한 세 개의 층을 가지고 있고, "틀린" 광원 아래에서 사용될 때 모든 층이 비례적으로 반응하지 않을 수 있어 중간 톤은 확대기 아래에서 화이트 밸런스가 맞더라도 그림자 부분에 이상한 색조가 생길 수 있으므로 이 수정의 범위는 제한적이다. 형광등과 같이 불연속적인 스펙트럼을 가진 광원은 인화 시에도 완전히 수정할 수 없는데, 한 층이 이미지를 거의 기록하지 못했을 수 있기 때문이다.

사진 필름은 특정 광원(가장 흔하게는 주광용 필름과 텅스텐 필름)을 위해 만들어지며, 적절하게 사용하면 중립적인 색상의 인화물을 생성한다. 필름의 감도를 광원의 색온도에 맞추는 것은 색 균형을 맞추는 한 방법이다. 텅스텐 필름을 실내에서 백열등과 함께 사용하면 백열등의 노르스름한 주황색 빛이 사진에서는 흰색(3200 K)으로 나타난다. 컬러 네거티브 필름은 인화 시 색상을 조정할 수 있다고 가정하기 때문에 거의 항상 주광 밸런스로 맞춰져 있다(제한 사항은 위 참조). 컬러 리버설 필름은 프로세스의 최종 결과물이므로 광원에 맞춰야 하거나 색상을 수정하기 위해 필터를 사용해야 한다.

카메라 렌즈의 필터나 광원 위의 컬러 젤을 사용하여 색 균형을 수정할 수 있다. 흐린 날, 그늘, 창가 빛과 같은 푸르스름한 빛(높은 색온도) 광원에서 촬영하거나 흰색 또는 푸른색 빛에서 텅스텐 필름을 사용하는 경우 노르스름한 주황색 필터가 이를 수정한다. 일몰, 촛불 또는 텅스텐 조명과 같은 더 따뜻한(낮은 색온도) 광원 아래에서 주광 필름(5600 K로 보정됨)으로 촬영할 때는 푸르스름한(예: #80A) 필터를 사용할 수 있다. 예를 들어 3200 K와 3400 K 텅스텐 램프 사이의 차이를 수정하거나, 약 6000 K일 수 있는 일부 플래시 튜브의 약간 푸른 색조를 수정하기 위해서는 더 미세한 필터가 필요하다.

색온도가 다양한 광원이 둘 이상 있는 경우, 색 균형을 맞추는 한 방법은 주광 필름을 사용하고 각 광원 위에 색 보정 젤 필터를 배치하는 것이다.

사진작가들은 가끔 색온도계를 사용한다. 이것들은 대개 가시 스펙트럼을 따라 두 영역(빨강과 파랑)만 읽도록 설계되어 있으며, 더 비싼 것들은 세 영역(빨강, 녹색, 파랑)을 읽는다. 그러나 색상이 변하고 수정하기가 더 어려울 수 있는 형광등이나 방전등과 같은 광원에는 효과적이지 않다. 이 빛은 종종 녹색을 띠기 때문에 마젠타 필터로 수정할 수 있다. 이러한 측정기가 없는 경우 더 정교한 비색법 도구를 사용할 수 있다.

 탁상 출판 

탁상 출판 업계에서는 모니터의 색온도를 아는 것이 중요하다. macOS용 애플의 ColorSync 유틸리티와 같은 색상 일치 소프트웨어는 모니터의 색온도를 측정한 다음 그에 따라 설정을 조정한다. 이를 통해 화면의 색상이 인쇄된 색상과 더 가깝게 일치할 수 있다. 일반적인 모니터 색온도와 괄호 안의 일치하는 표준 광원은 다음과 같다.

 5000 K (CIE D50)
 5500 K (CIE D55)
 6500 K (D65)
 7500 K (CIE D75)
 9300 K

D50은 표준 광원에 대한 과학적 약어이며, 상관 색온도 5000 K에서의 주광 스펙트럼이다. D55, D65 및 D75에 대해서도 유사한 정의가 존재한다. D50과 같은 지정은 라이트 테이블 및 관찰 부스의 색온도를 분류하는 데 도움이 되도록 사용된다. 라이트 테이블에서 컬러 슬라이드를 볼 때 색상이 빨간색이나 파란색으로 치우치지 않도록 빛의 균형이 적절하게 맞춰지는 것이 중요하다.

디지털 카메라, 웹 그래픽, DVD 등은 일반적으로 6500 K 색온도에 맞게 설계된다. 인터넷 이미지에 흔히 사용되는 sRGB 표준은 6500 K 디스플레이 백색점을 규정하고 있다.

윈도우 10 이전의 마이크로소프트 윈도우는 sRGB를 기본 디스플레이 색 공간으로 사용하고 6500 K를 기본 디스플레이 색온도로 사용한다. 윈도우 10 1607 버전은 높은 동적 범위(HDR)를 지원한다. 윈도우 11 22H2 버전은 EDID 데이터를 읽어 유기 발광 다이오드(OLED) 모니터에 더 최적화된 자동 컬러 관리(ACM)를 지원한다.

애플의 iOS, iPadOS 및 macOS는 sRGB와 DCI-P3를 기본 디스플레이 색 공간으로 사용한다.

 TV, 비디오 및 디지털 스틸 카메라 

NTSC 및 PAL TV 규격은 호환되는 TV 화면이 6500 K의 색온도에서 전기적인 흑백 신호(최소 색 채도)를 표시하도록 요구한다. 많은 소비자용 텔레비전에서 이 요구 사항으로부터 눈에 띄는 편차가 있다. 그러나 고급 소비자용 텔레비전은 사전 프로그래밍된 설정이나 사용자 정의 보정을 사용하여 색온도를 6500 K로 조정할 수 있다. 현재 버전의 ATSC는 데이터 스트림에 색온도 데이터를 포함하도록 명시적으로 요구하지만, 구 버전의 ATSC는 이 데이터의 생략을 허용했다. 이 경우 현재 버전의 ATSC는 형식에 따른 기본 비색 표준을 인용한다. 인용된 두 표준 모두 6500 K 색온도를 지정한다.

대부분의 비디오 및 디지털 스틸 카메라는 흰색 또는 중립적인 색상의 물체를 확대하고 수동 "화이트 밸런스"를 설정(카메라에 "이 물체는 흰색이다"라고 알림)하여 색온도를 조정할 수 있다. 그러면 카메라는 실제 흰색을 흰색으로 보여주고 그에 따라 다른 모든 색상을 조정한다. 화이트 밸런싱은 특히 형광등 조명 아래의 실내에 있을 때와 카메라를 한 조명 상황에서 다른 조명 상황으로 옮길 때 필요하다. 대부분의 카메라에는 빛의 색을 파악하여 그에 따라 보정하려고 시도하는 자동 화이트 밸런스 기능도 있다. 이러한 설정은 한때 신뢰할 수 없었지만, 오늘날의 디지털 카메라에서는 훨씬 개선되어 다양한 조명 상황에서 정확한 화이트 밸런스를 만들어낸다.

그러나 NTSC-J 및 NTSC-C 표준에서는 9300 K 색온도가 권장된다. 일본, 한국, 중국, 홍콩, 타이완 및 필리핀에서 판매되는 TV와 프로젝터는 일반적으로 9300 K를 기본 설정으로 채택한다. 하지만 호환성 이유로 이들 국가/지역에서 판매되는 컴퓨터 모니터는 일반적으로 6500 K를 기본 설정으로 채택한다. 이러한 색온도 설정은 일반적으로 OSD 메뉴에서 조정 가능하다.

 색온도 제어를 통한 예술적 응용 


비디오 카메라 조작자는 흰색이 아닌 물체를 화이트 밸런싱하여 화이트 밸런싱에 사용된 물체의 색상을 약화시킬 수 있다. 예를 들어, 빛이 바랜 파란색 데님과 같은 연한 파란색 물체에 화이트 밸런싱을 하여 사진에 더 많은 따뜻함을 불어넣을 수 있다. 이런 방식으로 화이트 밸런싱은 필터나 조명 젤을 사용할 수 없을 때 이를 대신할 수 있다.

촬영 감독은 비디오 카메라 조작자와 같은 방식으로 "화이트 밸런스"를 맞추지 않는다. 그들은 필터, 필름 스톡의 선택, 프리플래싱, 그리고 촬영 후 현상소에서의 노출 및 디지털 방식의 컬러 그레이딩과 같은 기술을 사용한다. 촬영 감독은 또한 원하는 색상 효과를 얻기 위해 세트 디자이너 및 조명 팀과 긴밀히 협력한다.

예술가들에게 대부분의 안료와 종이는 차갑거나 따뜻한 색조를 띠는데, 이는 인간의 눈이 아주 미세한 양의 채도도 감지할 수 있기 때문이다. 노랑, 주황 또는 빨강과 섞인 회색은 "따뜻한 회색"이다. 녹색, 파랑 또는 자주색은 "차가운 회색"을 만든다. 이러한 온도 감각은 실제 온도의 감각과 반대이다. 더 푸른색은 더 높은 온도의 흑체에 대응함에도 불구하고 "더 차갑다"고 묘사된다.

240px"따뜻한" 회색"차가운" 회색노란색 6% 혼합파란색 6% 혼합

조명 디자이너는 때때로 색온도에 따라 필터를 선택하는데, 일반적으로 이론적으로 흰색인 빛과 맞추기 위해서이다. 방전 유형의 램프를 사용하는 조명기구는 텅스텐 램프보다 상당히 높은 색온도의 빛을 생성하므로, 두 가지를 함께 사용하면 극명한 대비를 이룰 수 있다. 따라서 일반적으로 6000~7000 K의 빛을 내는 HID 램프가 장착된 기구에 텅스텐 빛을 모방하기 위해 3200 K 필터를 장착하기도 한다. 색상 혼합 기능이 있거나 여러 색상을 가진 기구(3200 K를 포함하는 경우)도 텅스텐과 같은 빛을 낼 수 있다. 색온도는 램프를 선택할 때도 요인이 될 수 있는데, 각 램프마다 색온도가 다를 가능성이 높기 때문이다.

 상관 색온도 

 연색 지수 

CIE 연색 지수(CRI)는 광원의 8개 샘플 패치 조명이 참조 광원에 의한 조명과 얼마나 잘 비교되는지 결정하는 방법이다. CRI와 CCT를 함께 인용하면 어떤 참조(이상적) 광원이 특정 인공 조명에 가장 가깝게 근사하는지, 그리고 그 차이가 무엇인지에 대한 수치적 추정치를 제공한다.

 분광 전력 분포 

광원과 조명체는 분광 전력 분포(SPD)로 특징지어질 수 있다. 많은 제조업체에서 제공하는 상대 SPD 곡선은 분광 방사계에서 10 nm 이상의 증분을 사용하여 생성되었을 수 있다.Gretag의 SpectroLino 와 X-Rite의 ColorMunki  는 10 nm의 광학 분해능을 갖는다. 그 결과는 램프가 실제로 가진 것보다 더 매끄러운(더 가득 찬 스펙트럼) 전력 분포처럼 보일 것이다. 형광등의 경우 분포가 뾰족하기 때문에 측정을 위해 훨씬 더 미세한 증분이 권장되며, 이를 위해서는 더 비싼 장비가 필요하다.

 천문학에서의 색온도 
섬네일|upright=1.4|A0V 항성(Teff = 9500 K, 베가 참조)의 특징적인 분광 전력 분포와 흑체 스펙트럼의 비교. 15,000 K 흑체 스펙트럼(점선)이 9500 K 흑체보다 항성 SPD의 가시광선 부분과 훨씬 더 잘 일치한다. 모든 스펙트럼은 555 나노미터에서 교차하도록 정규화되었다.
천문학에서 색온도는 주어진 파장 또는 실제로는 파장 범위에서의 SPD의 국부적인 기울기로 정의된다. 예를 들어, 베가와 같은 A0V 항성에 대해 동일하게 보정된 색 등급 B와 V가 주어지면, 항성 색온도 는 흑체 방사체의 색지수 가 항성의 것과 일치할 때의 온도로 주어진다.  외에도 다른 색지수들도 사용될 수 있다. 색온도(위에서 정의한 상관 색온도뿐만 아니라)는 항성 표면의 복사 속에 의해 주어지는 유효온도와 크게 다를 수 있다. 예를 들어, A0V 항성의 색온도는 유효 온도 약 9500 K와 비교하여 약 15,000 K이다.

천문학의 대부분의 응용(예: 항성을 HR 도표에 배치하거나 관측된 스펙트럼에 맞는 모델 속의 온도를 결정하기 위해)에서 관심 있는 수치는 유효온도이다. 문헌에는 다양한 색온도-유효온도 관계가 존재한다. 이러한 관계는 항성의 금속 함량 및 표면 중력과 같은 다른 항성 매개변수에 대한 의존성도 작게나마 가지고 있다.

 같이 보기 
 색조화
 유효온도
 발광효율

 각주 

 외부 링크 
 Kelvin to RGB calculator from Academo.org
 Charity, Mitchell. What color is a black body? sRGB values corresponding to blackbodies of varying temperature.
 Lindbloom, Bruce. ANSI C implementation of Robertson's method to calculate the correlated color temperature of a color in XYZ.
 Konica Minolta Sensing. The Language of Light .

분류:색
분류:빛
분류:조명