색 영역 링: 더 나은 디스플레이 색상 분석
2025년 3월 20일
15분 읽기
색 영역 링이 디스플레이 색상 성능을 보다 선명하고 직관적으로 시각화하는 방법을 알아보세요.
크리스 치녹, Insight Media 작성
색 영역 링 다이어그램은 디스플레이의 색상 성능을 시각화하는 새로운 방법입니다. 이 방법은 CIE, IEC 및 ICDM과 같은 주요 계측 기관에서 표준화되었으므로 이제 전문가와 소비자에게 이 새로운 기능에 대해 교육할 때입니다. 간단히 말해, 색 영역 링 방법은 휴대폰, 모니터, TV 또는 기타 디스플레이가 포함된 제품 등 디스플레이의 색 재현 기능을 보다 쉽고 직관적으로 이해할 수 있는 방법을 제공합니다. 이 방법은 아래에 설명된 것처럼 3D 컬러 볼륨을 시각화하는 2D 수단을 제공하는 1931년 및 1976년 CIE 다이어그램과 같이 일반적으로 사용되는 (불완전한) 컬러 시각화 방법의 한계를 극복합니다.
디스플레이 색상은 일반적으로 어떻게 시각화되나요?
디스플레이의 색상 성능을 평가하려면 디스플레이가 재현할 수 있는 색상 범위와 디스플레이 표준 사양에 얼마나 근접하게 일치하는지를 이해해야 합니다. 다양한 애플리케이션을 위한 여러 가지 디스플레이 색상 사양이 있습니다. BT.709 사양은 TV, 모니터 및 노트북의 색상 기능을 설명하는 데 널리 사용되어 왔으며 표준 동적 범위(SDR) TV 신호에 사용되어 왔습니다. DCI-P3 및 BT.2020 표준은 더 넓은 색 영역을 다루며 HDR(하이 다이나믹 레인지) 신호와 함께 사용되어 최신 TV, 모니터 및 모바일 장치의 사양을 위한 기초가 되어 왔으며 Adobe RGB 색상 표준은 인쇄 및 그래픽 애플리케이션에 사용됩니다.
이러한 표준은 디스플레이가 완벽하게 준수해야 하는 색상 범위를 지정합니다. 빨강, 녹색, 파랑 원색과 흰색 포인트는 색도 측면에서 설명됩니다. 이러한 원색은 각 표준마다 다릅니다.
특정 디스플레이가 재현할 수 있는 색상의 범위를 결정하기 위해 기존의 특성 분석 방법에는 순수한 빨강, 녹색, 파랑 패치를 표시하고 스펙트럼을 측정하는 것이 포함됩니다. 이러한 빨강, 녹색 및 파랑 색상은 거의 완전히 포화되지 않고 다양한 파장을 포괄하기 때문에 CIE 좌표계가 개발되었습니다. 1931년의 원본 CIE 다이어그램은 세 가지 색상을(x, y) 데이터 포인트로 표시한 것입니다. 그림 1은 두 가지 TV 표준인 BT.2020과 BT.709의 색도 범위를 보여줍니다. 다이어그램의 왼쪽, 위쪽, 오른쪽 가장자리에 있는 말굽 모양은 일반적인 사람의 눈으로 인식할 수 있는 진한 보라색(최단 파장)에서 진한 빨간색(최장 파장)에 이르는 단색(단일) 파장 색의 궤적을 추적합니다. 말굽 주변의 숫자는 나노미터 단위의 가시 파장입니다. 그라스만의 가색 혼합 법칙에 따르면 혼합된 색은 RGB 삼각형 안에 있습니다. 이 그림에서 알 수 있듯이 이러한 표준은 대부분의 사람들이 볼 수 있는 모든 색상을 포괄하지 못합니다.
CIE 1931 xy 다이어그램
그림 1: CIE 1931 다이어그램에 표시된 BT.709 및 BT.2020 표준
CIE 조직은 1976년에(x, y) 좌표계를(u', v') 좌표를 사용하는 좌표계로 업데이트했습니다. 이는 색상 시각화 공간을 보다 "선형적"으로 만들기 위한 것이었습니다. CIE 1976 다이어그램(그림 2)의 의도는 두 색상 점 사이의 색상 공간에서의 거리가 같으면 다이어그램에서의 위치에 관계없이 사람이 인지하는 색상 변화의 양이 동일하다는 것이었습니다.
CIE 1976 u'v' 다이어그램
그림 2: CIE 1976 다이어그램에 표시된 BT.709 및 BT.2020 표준
특정 디스플레이의 색상 성능은 일반적으로(x, y) 또는(u', v')로 표시되는 삼각형으로 표시되며 그 면적은 기준 표준 삼각형의 면적과 비교됩니다. 이는 단순하게 인식되는 장점이 있습니다. 디스플레이의 RGB 삼각형이 크면 작은 삼각형에 비해 더 넓은 범위의 색상을 표시할 수 있어야 합니다. 이는 사실이지만 모든 것을 말해주지는 않습니다. 모든 디스플레이의 색상 성능은 3차원적이기 때문입니다. 실제로 1976년 CIE는 CIELAB 색 공간을 발표하면서 색을 3차원적 속성으로 명확하게 정의했습니다. 즉, 디스플레이가 표현할 수 있는 색상은 화면의 휘도 수준에 따라 달라집니다. 디스플레이가 어두우면 색채 범위가 제한될 수 있지만 휘도 수준이 높아지면 색채 범위가 커집니다. 그러나 일부 최신 디스플레이에서는 흰색 하위 픽셀을 사용하는 경우와 같이 휘도 수준이 높아지면 재현 가능한 색상의 범위가 줄어들 수 있습니다. 또한 나중에 설명하겠지만 디스플레이의 색상 기능을 이렇게 2차원적으로 표현하는 데에는 심각한 단점이 있을 수 있습니다.
CRT 디스플레이는 휘도 범위가 제한적이었지만, 최신 디스플레이는 HDR용 SMPTE 2084 표준에 지정된 BT.2020 색상 범위를 충족하는 것을 목표로 수천 니트까지 도달할 수 있습니다. 이는 훨씬 더 넓은 범위의 휘도 레벨에서 색상 성능이 크게 달라질 수 있음을 의미합니다. 따라서 단일 휘도 수준에서 디스플레이의 컬러 성능을 분석해서는 넓은 휘도 범위에서의 컬러 성능을 파악할 수 없습니다. 또한 색도 다이어그램은 흰색과 회색, 주황색과 갈색, 밝은 녹색과 숲 녹색을 구분하지 않으며, 각각의 경우 색도 다이어그램에서 같은 위치에 색이 나타납니다. 이러한 이유로 표준 기관에서는 1931년 또는 1976년 다이어그램의 삼각형 영역을 3차원인 색 영역이 아닌 색도 영역이라고 부르기 시작했습니다.
여기서 중요한 점은 색상은 색도(색조와 채도)뿐만 아니라 색채와 휘도에 따라 정의되어야 한다는 것입니다.
컬러 볼륨이란 무엇인가요?
위에서 언급한 몇 가지 단점을 극복하기 위해 컬러 과학자들은 컬러 볼륨 방법론을 사용하여 디스플레이의 3차원 컬러 성능을 설명하는 개념으로 전환했습니다. 이 방법은 수십 가지 휘도 수준에서 디스플레이의 색상 범위를 측정하는 것입니다. 이 방법은 쉽게 들릴 수 있지만 최근까지 시간이 많이 걸리고 수학을 많이 사용하는 측정 프로세스였습니다.
색상 볼륨도 다른 좌표 공간을 사용합니다. (x, y) 또는 (u', v') 는 좌표 a* 및 b*로 대체되고 L*라는 세 번째 좌표로 대체됩니다. 그림 3은 이 실험실 공간에서 디스플레이의 컬러 볼륨을 보여줍니다.
그림 3: Lab의 컬러 볼륨 표현
Lab 색 공간은 지각적으로 균일하도록 설계되었으므로 이러한 값의 수치 변화량이 시각적으로 인지되는 변화량과 거의 같다는 의미입니다. L* 범위는 0에서 100까지이며, 0은 검은색이고 100은 흰색 휘도 최고 수준으로 정규화됩니다. 기본적으로 L*는 색조와 채도에 관계없이 색상이 얼마나 밝거나 어두운지를 측정합니다. a* 축은 녹색에서 빨간색까지의 색상 또는 색조 성분을 나타냅니다. a*의 양수 값은 빨간색을 나타내고 음수 값은 녹색을 나타냅니다. b* 축은 파란색에서 노란색까지의 색상 또는 색조 성분을 나타냅니다. b*의 양수 값은 노란색을 나타내고 음수 값은 파란색을 나타냅니다. Lab 공간의 모든 색은 명도, 색상 상대 차원인 a* 및 b* 이 세 가지 값의 조합으로 표현됩니다. 이 볼륨의 중앙에 가까운 점은 채도 또는 채도가 감소합니다. 볼륨의 바깥쪽으로 이동하면 색의 더 깊은 색조를 표현할 수 있음을 나타냅니다.
실험실 색 공간에서 디스플레이의 색 성능을 측정하면 훨씬 더 많은 데이터를 얻을 수 있고 디스플레이의 실제 색 성능을 더 잘 이해할 수 있지만 몇 가지 단점이 있습니다. 예를 들어 홀수 모양의 컬러 볼륨 수치는 디스플레이마다 눈에 띄게 다를 수 있지만 결과를 해석하는 것은 매우 어려울 수 있습니다. 일반적으로 큰 볼륨이 작은 볼륨보다 낫지만 다양한 밝기(휘도) 수준에서 색상 성능 차이를 확인하기가 어려울 수 있습니다. 예를 들어, 그림 3은 플롯된 솔리드 도형 전체의 색상 범위를 제대로 평가하려면 다양한 원근법에서 평가해야 합니다.
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둘째, 컬러 성능이 강하거나 약한 부분을 파악하기 위해 복잡한 모양을 비교하는 것도 매우 어렵습니다. 또한 디스플레이의 컬러 볼륨을 BT.2020과 같은 참조 표준과 비교하려면 디스플레이가 특정 컬러(또는 컬러 범위)를 재현할 수 있는 부분과 그렇지 않은 부분을 평가하기 위해 많은 원근법이 필요합니다.
따라서 업계에서는 2D 미디어에서 본질적으로 3D 속성을 플로팅하는 수단뿐만 아니라 트루 컬러 기능을 측정하고 표현하기 위한 더 나은 접근 방식이 필요했습니다. 이러한 요구를 해결하기 위해 일본 방송국(NHK)은 Gamut Rings라는 도구를 개척했습니다. 최근 몇 년 동안 SID의 ICDM(IDMS 5.32), IEC(62977-2-1, 62977-2-2, 62906-5-1 등), CIE(CIE 246 등)를 비롯한 주요 기관의 표준에 Gamut Rings가 채택된 것은 주목할 만한 사실입니다.
가멋 링 기본 사항
Gamut Rings의 기본 개념은 컬러 볼륨의 해석을 단순화하기 위한 것입니다. 첫째, Gamut Rings 사양에서는 밝기를 정규화하여 피크 백색 휘도가 L*100이되도록 해야 하므로 원시 데이터는 상대적인 0~100 L* 스케일에 매핑됩니다. HDR 디스플레이의 경우 L*100은1000니트 이상이 될 수 있습니다(참고: HDR L*100레벨은 아직 CIE 또는 기타 표준 설정 기관에서 지정하지 않았지만 데이터를 조작하는 방법이 될 수 있으므로 모든 게시 결과에 명시해야 합니다).
그림 4 (a)는 D50 CIELAB 색상 공간에서 색상 표준 BT.2020의 색상 볼륨 표현을 보여줍니다. (a)는 이 볼륨 표현을 10개의 범위(L* = 0-10, 10-20, ..., 90-100)로 나눈 것입니다. 그림 4 (b)에서 각 L* 범위 세그먼트는 볼륨을 유지하면서 측면이 수직이 되도록 변환됩니다. (c)에 표시된 작업에서는 플레이트가 압축되어 1광도 두께의 "슬라이스"가 생성됩니다. 그림 (d)와 (e)는 하위 및 상위 레벨 값을 제거하여 각 슬라이스에 대해 데이터의 "링"을 생성하는 방법을 보여줍니다. (f)에 표시된 영역 고리 그래픽을 생성하기 위해 수학적 매핑 프로세스가 수행됩니다. 이 매핑 프로세스는 나무의 나이테 또는 투사 작업과 비슷하다고 생각하면 됩니다. 프로젝터가 화면에서 멀어질수록 이미지가 커집니다. 더 높은 L* 범위를 보여줄수록 가멋 링은 점점 더 큰 링으로 확장되어 3D 볼륨을 2D 이미지로 표현할 수 있습니다. 결과적으로 (f)는 BT.2020 표준이 영역 링 표현으로 어떻게 보이는지 보여줍니다.
그림 4: 가멋 링 프레임워크: (a) 가멋 솔리드는 10의 일정한 L* 간격으로 조각으로 나뉘고, (b) 조각은 색조 각도당 볼륨을 유지하면서 측면이 수직이 되도록 변형되며, (c) 플레이트는 1광도 두께로 늘어나고, (d) 구멍이 뚫린 두 번째로 낮은 플레이트는 가장 낮은 플레이트를 감싸고, 여섯 번째 링은 하위 5개 링을 감싸고, (f) D50 CIELAB 색상 공간에서 BT.2020의 가멋 링입니다. (참고: 색 범위에는 D65 CIELAB 색 공간이 사용됩니다.)
영역 링 사용
참조 표준에 대한 색 영역 고리 다이어그램을 보여주는 것도 중요하지만 궁극적으로는 디스플레이의 성능을 측정하여 BT.2020과 같은 참조 표준과 비교하고자 합니다. 이 다이어그램을 색 영역 고리 교차점이라고 합니다.
이를 위해 먼저 디스플레이의 컬러 볼륨을 측정하고 그림 4에 설명된 프로세스를 사용하여 Gamut Rings 데이터를 생성합니다. 그림 5는 디스플레이의 색 영역 고리 데이터를 BT.2020 참조 표준(검은색 고리)과 비교하는 방법을 보여줍니다. 이미지에 회색이 있는 경우 디스플레이가 해당 색상을 참조 표준의 전체 채도(채도)로 표현할 수 없음을 의미합니다. 그림 5에 표시된 경우 디스플레이가 광범위한 밝기(휘도) 값에 걸쳐 참조 표준의 모든 색상을 재현할 수 없음을 보여줍니다.
그림 5: 측정 데이터 및 BT.2020 목표가 포함된 최종 색 영역 링 결과
가멋 링이 중요한 이유
컬러 볼륨 측정은 크로마와 휘도로 색상을 설명해야 하는 필요성을 해결하지만, 단순성 문제를 해결하거나 디스플레이 간의 성능을 쉽게 비교할 수 있는 것은 아닙니다. 색 영역 링은 이러한 문제를 해결하고 색 영역 측정의 부정확성을 제거할 수 있습니다.
그림 6은 서로 다른 색상 생성 기술로 제작된 두 디스플레이의 데이터를 보여줍니다. 각 디스플레이를 CIE 1976(u', v') 기준으로 평가했을 때 두 디스플레이의 색 범위는 DCI-P3 기준 표준의 98%와 99%로 본질적으로 동일한 것으로 보입니다. 색도 플롯도 거의 동일합니다. 하지만 색 영역 링을 사용하여 평가하면 두 디스플레이의 성능 차이가 매우 분명하게 드러납니다. 한 디스플레이는 전체 휘도 범위에서 볼류메트릭 DCI-P3 표준의 51%만 커버하는 반면, 다른 디스플레이는 98%를 커버합니다. 이는 눈으로 볼 수 있는 큰 차이입니다. 디스플레이 1은 DCI-P3의 상위 휘도 범위에서 채도가 높은 색상을 렌더링하지 못하는 것이 분명합니다.
그림 6: 두 디스플레이의 u'v' 대 색 영역 링 컬러 데이터 비교
색도 다이어그램이나 컬러 볼륨 그래픽 및 숫자를 사용하여 색상 성능을 설명하는 데는 한계가 있으며, 마케팅에 악용될 수 있습니다. 기준 표준의 면적 범위는 총 면적(기준 표준의 100%보다 클 수 있음) 또는 기준 표준 내의 면적(실제 기준과 교차하므로 기준의 100% 이하)으로 보고할 수 있습니다. 이 방법은 명시되어 있지 않은 경우가 많습니다. 특히 최신 디스플레이의 경우 위의 예에서 볼 수 있듯이 CIE 1931 또는 1976을 사용하여 색상 성능을 보고하는 것은 매우 오해의 소지가 있습니다.
컬러 볼륨 데이터에서도 동일한 문제가 발생할 수 있습니다. 정규화된 밝기 척도를 기반으로 하기 때문에 측정값은 모두 상대적이며 디스플레이 데이터에서 정규화해야 합니다. 따라서 0.005니트에서 2000니트까지 갈 수 있는 디스플레이의 볼륨은 이 데이터를 밝기 값으로 '정규화'하면 0.5니트에서 500니트까지만 갈 수 있는 디스플레이와 매우 유사하게 '보일' 수 있습니다. 본질적으로 표준 다이나믹 레인지 디스플레이는 하이 다이나믹 레인지 디스플레이처럼 "보이는" 컬러 볼륨을 가질 수 있으며, 이는 매우 오해의 소지가 있습니다. 이러한 모든 문제는 기업이 오해의 소지가 있는 방식으로 디스플레이의 특성을 조작할 수 있는 마케팅 허점을 만듭니다. 컬러 볼륨은 디스플레이의 성능을 측정하는 하나의 척도일 뿐이라는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 최대 휘도, 명암비 및 기타 여러 가지 성능 요소도 고려해야 합니다.
가멋 링이 모든 색상 이해 문제를 해결하지는 못하지만 올바른 방향으로 나아가는 데 도움이 되는 단계입니다. 우선, 링은 복잡한 3차원 색상 반응을 보다 직관적인 2D 표현으로 단순화하는 데 훨씬 더 효과적입니다. 둘째, 이제 일반 소비자, 캘리브레이터, 리뷰어 및 계측 전문가가 복잡한 수집 및 수학 처리를 훨씬 쉽게 사용할 수 있게 되었습니다. 포트레이트 디스플레이의 칼만 소프트웨어는 이제 실험실 색 공간에서 컬러 볼륨을 생성하기 위한 602개의 데이터 포인트 수집을 지원하는 동시에 특정 기준 사양에 대한 색 영역 고리 교차 다이어그램도 생성합니다.
칼만의 가멋 링 기능
이제 Calman Studio 및 Ultimate 버전 5.15.6 이상에서 색 영역 링 색상 성능을 표시하기 위한 데이터 수집 및 처리 기능을 지원합니다. 이러한 도구를 사용하려면 패턴 생성기와 함께 색도계 또는 분광계가 필요합니다. HDR 모드에서 디스플레이를 테스트할 때는 창 테스트 패턴(10% 등)과 함께 HDR10 또는 Dolby Vision과 같은 EOTF를 지정하도록 메타데이터를 구성해야 합니다. 프로그램의 Gamut Rings 섹션에서 참조 대상 표준(예: BT.2020 또는 DCI-P3)도 선택해야 합니다. 프로세스가 시작되면 시스템은 선택한 EOTF의 전체 색상 및 휘도 레벨 범위에서 602개의 데이터 포인트를 측정합니다. 컬러 볼륨이 계산되고 색 영역 링이 분석되어 교차 다이어그램이 표시됩니다. 이제 이 전체 프로세스를 완료하는 데 몇 분밖에 걸리지 않습니다.
결과 출력에는 디스플레이의 최소 및 최대 휘도 값, 목표(볼륨) 기준 색역의 커버리지 백분율과 함께 그림 6과 유사한 색역 링 교차 다이어그램이 표시됩니다. 데이터를 수집한 후에는 목표 기준 표준(예: BT.2020에서 DCI-P3로) 또는 EOTF를 변경하여 디스플레이가 다양한 신호 및 모드에서 어떻게 작동하는지 확인할 수 있습니다. 더 많은 분석도 가능합니다.
Calman의 이러한 색 영역 링 기능은 디스플레이 계측의 지평을 넓히고 있습니다. HDR 모드에 대한 계측 표준이 아직 개발 중이기 때문에 이 소프트웨어는 이전에는 불가능했던 방식으로 디스플레이를 평가할 수 있는 고유한 도구가 되었습니다. 예를 들어, 평가 프로세스에서 사용되는 평균 화질 레벨(가변, 상수, 선택 가능)을 변경하여 디스플레이 성능의 다양한 특징이나 아티팩트를 발견하는 것이 여기에 포함될 수 있습니다.
이 도구는 디스플레이를 평가하는 새로운 방법을 발견하는 동시에 소프트웨어 솔루션을 수정하고 미세 조정할 수 있게 해줍니다. 그리고 개발 작업을 통해 많은 미해결 질문에 대한 답을 계속 찾을 수 있을 것입니다. 예를 들어 테스트를 위해 어떤 패턴을 표준화해야 할까요? 이것이 필요한가요? 확산 백색점 휘도 값이 포함되어야 하는가, 아니면 평균 화질 수준(APL)과 피크 휘도만 보고하는 것으로 충분한가, 색 영역 링 데이터로 충분할까? ICDM, IEC 또는 기타 조직 내에서 더 많은 표준화가 필요한가? 색 영역 링이 다양한 주변 조명 조건에서 디스플레이의 성능을 더 잘 설명할 수 있나요? 반사형 디스플레이를 평가하는 데 도움이 될까요?
사용 사례
캘리브레이터, 리뷰어, 계측 전문가와 같은 전문가는 디스플레이의 색 성능을 평가할 때 색 영역 링을 사용하는 것을 고려해야 합니다. 디스플레이의 색상 성능을 시각화하는 방법이 개선되어 디스플레이 간에 일관된 색상 비교를 훨씬 쉽게 수행할 수 있습니다. 이는 공장 라인 디스플레이 캘리브레이션, 리뷰어 및 소비자의 디스플레이 비교, 계측 전문가가 새롭고 혁신적인 방식으로 디스플레이 성능을 탐색하는 데 특히 중요합니다.
전문적인 컬러 그레이딩은 콘텐츠 생성부터 디스플레이까지 프로덕션 체인 전반에 걸쳐 보다 일관되고 정확한 색상을 전달하기 위해 Gamut Rings를 채택하는 것이 좋습니다. 예를 들어 가멋 링 교차 다이어그램을 사용하여 비디오를 모니터링하면 목표 가멋을 초과하는 픽셀을 식별하고 강조 표시하는 데 도움이 됩니다(그림 7).
그림 7: 타겟을 벗어난 픽셀을 모니터링하는 데 사용되는 영역 링
요약
색 영역 링 방법은 모든 디스플레이의 색상 성능을 살펴보는 새로운 방법입니다. 이 방법은 디스플레이의 3D 색상 성능을 보다 쉽게 해석할 수 있는 2D 다이어그램을 만들기 위해 단순화된 방법을 제공합니다. 이 방법을 사용하면 디스플레이의 색상 성능을 보다 일관성 있게 비교할 수 있는 큰 이점을 제공하는 동시에 색상 보고와 관련하여 때때로 볼 수 있는 마케팅상의 헛소리를 줄일 수 있을 것으로 기대합니다.
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