빛과 눈의 관계

빛과 눈의 관계

빛과 눈의 관계에서 빛과 색은 물리적 에너지로서 전자파의 일부이다. 이것들은 눈의 시신경에 의해 생리적 에너지로 전환되어 뇌에 지각된다. 인간이 빛을 감지할 수 있는 시각 구조는 안구 망막의 자극에 의해서이다. 이 자극이 시신경을 통해 뇌의 중추 신경에 전달되어, 신경계에서 감지된 빛의 밝기, 물체의 형태, 색 등을 인식할 수 있다.

 

조명의 기본이 되는 것은 빛이다. 빛은 전자파의 일부로 눈이 빛의 감각에 반응하는 것은 적은 파장 범위의 전자파이지만 빛의 감각과 동시에 약간의 파장 차이에 따라 다른 반응을 하게 된다. 예를 들어 긴 파장을 가진 적색과 짧은 파장을 가진 청색은 파장의 차이로서 색감(色感)과 시감도(視感度)의 변화를 느낄 수 있다.

 

무색의 태양 광선을 프리즘에 비추면 파장별로 여러 가지 색의 가시광선이 존재한다는 것을 알 수 있다. 각각의 파장에 따른 색 부분 중 황색 부분에 대한 눈의 반응은 밝게 느끼고, 적외선이나 자외선 쪽에 가까운 적색이나 청색 부분은 어둡게 느껴진다. 따라서 시신경이 반응하는 스펙트럼의 명도는 균일한 에너지의 스펙트럼이라도 눈의 시감도에 의해 달라진다.

 

예를 들어 시신경이 반응할 때 가장 밝게 느끼는 파장은 555nm(nano meter, 10억 분의 1m 즉 100만 분의 1mm)이며, 파장의 범위에 따라 밝기 또한 달라진다. 파장이 760nm 보다 긴 부분은 적외선으로, 빛을 감각할 수는 없지만 피부에 열감을 느끼게 하는 열에너지를 발생시키고, 파장이 380nm 보다도 짧은 부분은 자외선으로 광 화학적 반응을 일으킨다.

 

가시(可視) 광선이란 우리가 눈으로 인식하고 감지할 수 있는 빛을 말하며 파장의 범위에 따라 적색으로부터 차례로 보라색까지의 전자파로 780nm에서 380nm까지의 파장을 의미한다.

 

 

 

빛의 순응도

빛의 순응도란 일상생활 속에서 낮에 갑자기 영화관에 들어가게 되면 처음에는 발밑이 캄캄하여 걷기에 부자연스럽지만 잠시 시간이 지나면 주변이 보이기 시작한다. 이것은 인간의 눈이 어둠 속에서 반응이 저하되기 때문에 생기는 현상이나 곧 현장에 적응하고 사물을 인식시키기 위해 눈의 구조를 변화시키게 된다.

 

즉 동공을 확대하여도 눈에 들어오는 빛을 받아들이기에는 부족하여 처음에는 잘 보이지 않지만 차츰 망막의 감광도가 높아져 서서히 주위 환경을 감지하게 된다. 이와 같이 망막에는 밝기에 따라 감광도를 변화시키는 능력이 있으며 이것을 순응(順應, adaptation)이라고 한다. 순응도는 눈에 빛이 들어올 때 빛의 양이 적으면 눈의 감광도가 극히 커지게 되고, 빛의 양이 많으면 감광도는 떨어지게 된다. 순응도는 명순응(明順應)과 암순응(暗順應)으로 나누어지는데 어두운 곳에 들어가서 망막의 감광도가 높아지는 경우를 암순응이라고 하며, 밝은 곳으로 나오면 감광도가 낮아지는 경우를 명순응이라고 한다.

 

 

 

잔상 현상

잔상 현상이란 우리가 영화나 비디오를 볼 때 영화의 영상은 초당 24 프레임으로, 비디오의 경우는 30 프레임으로 된 정지 화면이 연속적으로 빠르게 돌아가면서 영사된 이미지를 보는 것이다. 만일 우리의 눈이 이런 순간의 프레임 수를 정확히 셀 수 있다면 우리는 움직이는 영화나 비디오를 보는 것이 아니고 빠르게 변화하는 사진들만 보게 될 것이다. 하지만 우리가 영화나 비디오를 볼 수 있는 것은 잔상의 현상을 일으키기 때문이다. 즉 눈에 대한 자극이 없어진 뒤에도 잠깐 동안 그 감각이 남아 있는 이러한 현상을 잔상(殘像) 현상(after image)이라고 한다.

 

 

 

플리커와 글레어 현상

플리커와 글레어 현상 중 먼저 플리커(flicker) 현상이란 빛을 여러 번 일정한 비율로 점멸시키는 것을 말하며, 보통 어른거리는 현상을 말한다. 이를 반복하면 눈은 정확히 점멸되는 그 빛을 느낄 수 있다. 그러나 주파수를 점점 높여 20Hz 이상 되면 눈은 점멸을 느끼지 못하고 연속된 빛으로 느끼게 되는데 이것을 융합이라 하며 이때의 빛의 점멸 주파수를 플릭커 값(flicker value)라 한다.

 

글레어(glare)란 일반적으로 눈이 부시는 현상이다. 즉, 시야 안에서 뛰어나게 높은 휘도의 물체가 있거나 너무 강한 휘도 대비가 있으면 보기가 불편하고 불쾌감을 느끼고 동시에 눈의 피로와 신경피로를 초래한다. 이렇게 불쾌감과 신경피로를 느낄 정도의 글레어를 심리적 글레어(discomfort glare)라고 한다.

 

 

 

빛에 관한 계측 용어

빛에 관한 계측 용어에 대하여 알아보자.

 

- 광속(光束, 빛다발, luminous flux): 단위 면적을 단위 시간 내에 통과하는 빛의 에너지를 표준 관측자의 시각으로 측정한 양을 말한다. 즉, 빛의 양을 가리키는 말로써 조명등의 밝기를 나타내는 척도가 되고 단위는 lm(lumen, 루멘)을 쓴다.

 

- 광도(光度, luminosity): 광원으로부터 나오는 빛의 강도로서 약 촛불 한 개의 밝기이다. 단위는 cd(candela, 칸델라)를 쓴다.

 

- 조도(照度, intensity illuminate): 단위 면적이 단위 시간에 받는 빛의 양 즉 어떤 물체에 비추어지는 빛의 양을 조도라고 한다. 광도에 비례하고 거리의 제곱에 반비례한다. 단위는 유럽식의 룩스(lux)와 미국식의 촉광(foot-candle)이다.

 

- 명도(明度, brightness): 물체 자체가 가지고 있는 밝기의 성질, 즉 물체의 반사율을 의미한다. 색상과 관계없이 받아들인 빛을 몇 퍼센트(%)이나 반사시키냐가 그 물체의 명도가 된다.

 

- 휘도(輝度, luminance): 발광체의 단위 면적당의 밝기로 최종적으로 피사체가 반사시키는 빛의 양을 말한다.