밝기는 빛이나 시각 자극이 얼마나 강한지를 가리키지만, 물리적으로 측정한 값과 사람이 눈으로 느끼는 정도는 서로 구분된다. 빛을 내는 면의 밝기를 나타내는 휘도는 시각적 밝기와 비교적 잘 대응하도록 정해진 양이며, 표준 단위는 칸델라/제곱미터(cd/m²)이다.[6][7]

1. 개요

빛을 다루는 대표적인 물리량으로는 광도, 조도, 휘도가 있다. 광도는 점광원에서 특정 방향으로 나오는 가시광선의 세기를 칸델라(cd)로 나타내고, 조도는 수광면에 비치는 빛의 정도를 럭스(lx)로 나타내며, 휘도는 면에서 방출되거나 반사되는 빛을 면적과 관련해 나타낸다.[7][8]

눈에 보이는 밝기는 빛의 물리적 세기만으로 정해지지 않는다. 같은 회색 점도 배경의 밝기 구배에 따라 다르게 보일 수 있고, 위성 영상에서는 물체가 반사하거나 방출하는 에너지와 태양광의 입사 조건에 따라 밝기가 달라진다.[1][3]

2. 밝기의 측정과 관련 물리량

휘도는 면광원이나 반사면·투과면에서 관측 방향으로 나오는 빛을 단위 면적과 관련해 나타낸다. 디스플레이 화면의 성능을 나타낼 때 주로 쓰이며, 표준 단위는 cd/m² 또는 니트(nit)이다.[6][7]

광도는 점광원에서 특정 방향으로 나오는 가시광선의 세기를 나타내며 단위는 cd이다. 조도는 빛을 받는 면에 비치는 정도로, 생활공간의 조명 성능을 나타낼 때 쓰이고 단위는 lx이다.[7][8]

이 세 양은 서로 다른 대상을 다룬다. 광도는 광원에서 나오는 빛, 조도는 빛을 받는 면에 도달한 빛, 휘도는 관측 방향에서 본 면의 빛을 나타내므로, 일상적으로 말하는 밝기를 비교할 때도 어떤 양을 측정했는지 구별할 필요가 있다.[7][8]

3. 사람이 느끼는 밝기와 시각

사람이 밝기 차이를 구별하는 능력은 대비 감도로 설명할 수 있다. 대비 감도는 어두운 환경에서 낮고 조명이 밝아지면 높아지지만, 일반적인 조건에서는 조명을 더 밝게 해도 계속 높아지지는 않는 것으로 알려져 있다.[2]

나고야시립대 연구진은 조명의 휘도나 색도를 바꾸지 않은 채 망막의 멜라놉신 세포 자극을 늘렸을 때 사람의 대비 감도가 높아지는 결과를 보고했다. 이는 밝기나 색을 바꾸는 것과 다른 방식으로 시각 자극의 효과가 달라질 수 있음을 보여 준다.[2]

동시 밝기 대비 착시에서는 밝기 구배가 있는 배경 위의 같은 회색 점들이 서로 다른 밝기로 보인다. 소개된 연구는 밝기 추정이 시각 정보가 시각 피질에 도달하기 전 단계, 어쩌면 망막에서 이뤄질 가능성을 제시했다.[3]

4. 밝기 관측과 주변 조건

가시위성영상은 구름과 지표면에서 반사된 태양광의 강약을 나타낸다. 반사광이 강할수록 영상에서 밝게 보이며, 일반적으로 바다는 어둡고 육지는 그보다 약간 밝으며 구름은 매우 밝게 나타난다.[1]

영상의 밝기는 태양의 고도와 빛이 들어오는 각도에도 영향을 받는다. 아침과 저녁, 고위도에서는 태양광이 비스듬히 들어와 반사광이 줄어들 수 있고, 야간에는 태양광을 받지 못하므로 가시영상을 이용할 수 없다.[1]

적외영상은 물체가 방출하는 적외선 에너지량을 나타내며, 에너지량은 물체의 온도가 높을수록 많다. 이에 따라 적외영상에서는 온도가 높은 구름이 어둡게, 낮은 구름이 밝게 보이며, 가시영상과는 명암의 해석이 다르다.[1]

5. 휘도와 관측 장치

천문학적 안시관측에서는 눈의 동공 면적이 제한되어 광원에서 나온 빛을 전부 받아들이지 못할 수 있다. 눈의 시각 체계에도 어두운 빛을 저장해 한꺼번에 처리하는 데 한계가 있어, 눈으로 관측할 수 있는 광도의 범위가 제한된다.[4]

망원경은 구경이 클수록 더 많은 빛을 모아 광원을 더 밝게 보이게 할 수 있다. 그러나 관측자는 여전히 눈으로 빛을 받아들이며, 천문학에서는 빛의 양을 대부분 보존해 기록하기 쉬운 CCD를 안시관측 대신 사용하기도 한다.[4]

6. 디스플레이와 광원의 밝기 제어

디스플레이의 휘도는 주변 환경에 따라 달라진다. 실외에서 쓰는 휴대전화나 디지털 사이니지는 밝은 주변에서도 화면이 보이도록 높은 휘도가 필요하다고 설명된다.[7]

UNIST 연구팀이 개발한 메타표면 소자에서는 전압을 조절해 출력 빛의 세기를 바꾸고, 빛이 들어오는 각도를 조절해 파장을 바꾼다. 연구팀은 세기와 파장을 서로 간섭 없이 독립적으로 제어하는 방식의 실험 결과를 보고했다.[5]

포스텍 연구팀은 금 탐침을 원자 결함 가까이 이동시켜 상온 단일양자광원의 밝기를 조절했다. 탐침과 결함 사이를 가장 좁혔을 때 기존보다 밝기가 10배 이상 증가했고, 탐침을 멀리하면 밝기가 원래 수준으로 낮아졌다.[9]

7. 관련 문서

  • 휘도
  • 광도와 조도
  • 대비 감도와 동시 밝기 대비

8. 인용 및 각주

[1] Kkmsc.kma.go.kr(새 탭에서 열림)

[2] Wwww.nagoya-cu.ac.jp(새 탭에서 열림)

[3] Nnews.mit.edu(새 탭에서 열림)

[4] Wwww.kasi.re.kr(새 탭에서 열림)

[5] Wwww.unist.ac.kr(새 탭에서 열림)

[6] Tterms.tta.or.kr(새 탭에서 열림)

[7] Tterms.tta.or.kr(새 탭에서 열림)

[8] Wwww.ktword.co.kr(새 탭에서 열림)

[9] Wwww.hidomin.com(새 탭에서 열림)