지난해 8월에 7종의 스마트폰에 대한 색감 벤치마킹을 한 이후로 거의 1년만에 스마트폰에 대한 기사를 쓰게 되었다. 이번에는 가장 큰 인기를 끌고 있는 2개 제품, 즉 Apple의 iPhone 4와 삼성의 Galaxy S2만의 화질을 비교해 드리고자 한다. 이미지 지난해 8월의 기사에서 iPhone 4의 특성에 대해 살펴 드린 바 있지만, 삼성에서 Super AM-OLED Plus라는 좀더 개선된 기술의 패널을 출시한 관계로 다시 한번 집중적으로 비교해 드리고자 한다. 들리는 소문으로는 2011년 하반기에 iPhone 5가 출시될 예정이라고 하던데 그 때 가서 한번 더 기사를 써 보도록 하겠다.
미리 말씀드릴 것은 본 기사는 순전히 화질, 특히 그 중에서도 색감에 초점을 맞추어 상대적인 비교평가를 하는 것이기 때문에 스마트폰 그 자체를 선택하는데 있어 그다지 중요한 요소가 아닐 수도 있다는 것이다. 필자가 10년 가까이 애용하고 있는 차에는 MP3는 커녕 CD Player도 없기 때문에... 이거 하나 때문에 차를 바꾸고 싶다는 생각을 한 적도 있다. 아마 어떤 분에게는 썬루프가 중요한 선택 포인트일 수도 있고, 어떤 분에게는 색깔이나 디자인이 엔진의 힘보다 중요할 수 있다. 연비 등 경제성을 최고의 덕목으로 생각하는 사람도 있을 것이다.
휴대폰도 마찬가지인데 특히 스마트폰 같은 거의 컴퓨터급 전화기에서는 디스플레이가 차지하는 비중이 의외로 작을 수도 있다. 아니 반대로 입출력을 함께 하는 터치패드+디스플레이라서 더 중요할 수도 있다. 어쨌거나 본 기사의 내용은 어떤 휴대폰이 더 좋고 나쁘다는 평가가 목적이 아니라 각자의 용도에 맞는 휴대폰을 고르는데 있어 참고해야 할 포인트가 무엇인지를 알려 드리는데 목적이 있다는 것임을 참고해 주시기 바란다.
※ 자발광 소자인 OLED는 전력소모를 줄이기 위해 UI 배경을 검게 하고,
항시 백라이트를 켜 놓아야 하는 LCD는 UI 배경을 밝게 하고 있다.
삼성 Galaxy S2 vs 애플 iPhone 4 : 스펙 비교
먼저, 두 제품의 디스플레이 스펙에 대해 비교해 보도록 하자. Galaxy S2의 경우 Galaxy S1의 4인치 Super AMOLED에서 더욱 커진 4.3인치 Super AMOLED Plus를 채용하고 있다. 아몰레드(AMOLED)는 AM-OLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode)를 소리 나는데로 붙여 읽은 것으로 능동형 유기발광소자를 뜻한다. 액정을 이용하여 백라이트의 빛이 투과되는 양을 조절함으로써 색을 표현하는 LCD와 달리, OLED는 하나 하나의 화소가 직접 발광하는 자발광 소자라 응답속도가 빠르고 시야각이 넓은 것이 특징이다. Galaxy S2의 경우 화면크기는 0.3인치 더 커졌지만 해상도는 Galaxy S1과 동일한 480*800 그대로라 별 발전이 없는 것 같지만, Galaxy S1이 약간 변칙적인 픽셀 구조를 사용했었기 때문에 S2로 와서는 실질적으로는 화면 크기와 화질이 모두 개선된 셈이다. 바탕화면 상태일 때에는 6.5만 컬러지만 사진이나 영상을 볼 때에는 8비트(16.7M 컬러)로 색을 재현한다고 한다. Galaxy S2에 채용된 AMOLED의 공급원은 세계 최대의 OLED 제조사인 삼성에스엠디(SMD)이다.
이에 비해 2010년에 출시된 iPhone 4는 사이즈는 3.5인치로 작지만 해상도가 640*960으로 Galaxy S2보다 높은 것이 장점이다. 같은 크기라도 해상도가 높으면 화소가 그만큼 작아져 이미지(혹은 영상)의 정밀도가 높아지는데 사이즈는 작으면서 해상도는 더 높으니 눈에 보이는 화질(이미지나 영상의 선명함)은 당근 Galaxy S2 보다 좋을 수 밖에 없다. 그래서 닉네임도 Retina Display(망막 디스플레이)라는 그럴듯한 것을 붙인 것인지도 모른다. Apple측의 설명으로는 일반적인 인간의 시력으로는 화소가 구별되지 않는 수준이라고 하며, 실제 필자가 (눈의 Focus가 맞는 한도내에서 최대한 가까이서 관찰해 본 결과) 정말 거의 화소가 보이지 않는 수준이었다. LG디스플레이에서 공급하고 있는 iPhone 4의 LCD는 500cd/sq.m의 높은 휘도를 자랑한다.
거창한 별칭들과는 달리 두 제조사 모두 속시원하게 모든 스펙을 밝히고 있지는 않고, 마케팅적으로 도움이 되는 항목들만 공개하고 있는 것 같다. 자 이렇게 단편적인 정보만이 공개될 경우 많은 분들이 어떤 선택을 해야할 지 고민할 수 밖에 없을 것이다. 그런 분들은 아래의 비교분석 결과를 꼼꼼하게 읽어 보시기 바란다.
※ 스펙 출처 : 삼성 및 애플 홈페이지
※ 색감에 대한 초간단 상식
들어가기 전에 색감의 측정, 분석, 평가에 대한 기본적인 상식을 공유할 필요가 있을 것이다. 이 부분은 지난 해에 작성한 것을 그대로 복사해 넣은 것이고 상식적인 내용이므로 가볍게 읽고 지나가셔도 된다.
1) 색감의 정의
우리가 흔히 말하는 색감이란 추상적인 용어는 실제로는 물체가 반사한 빛(가시광선)을 우리 눈으로 보고 뇌에서 해석한 결과이다. 따라서, 색감이란 것은 기본적으로 빛(조명)과 물체, 그리고 우리의 눈의 특성에 따라 달라지는 것이지만, 같은 색이라 하더라도 우리의 뇌가 해석하기에 따라 사람마다 다른 색으로 인식되는 경우도 있다. 즉, 자라온 지형적 환경이나 습관, 기억, 훈련 등도 궁극적으로는 색감에 영향을 미친다.
디스플레이는 그 자체로서 광원의 역할도 하는데 이 디스플레이의 색감을 결정하는 주요 요소는 휘도(밝기), 색온도, 톤 재현 특성(감마), 그리고 색재현율의 4가지이다. 보다 세밀하게는 다른 많은 요소들이 있지만 이들 4가지만 알면 대략적인 색감이 어떨 것인지 알 수 있다.
2) 색감의 측정
현대의 과학은 기억색에 대한 부분까지도 반영을 하고 있지만, 아직까지도 산업계에서 가장 많이 사용하는 컬러의 분석방법은 '뇌의 역할'은 제외한 빛, 물체, 눈의 3대 요소에 의해 만들어지는 색감만을 주로 다루고 있다. 따라서, 이 기사에 나오는 색감이란 것에 대해 여러분 개개인이 100% 동의하지 않을 수 있다.
하지만, 컬러 과학은 '정상적인 시각을 가진 사람이라면 십중팔구는 이런 색감으로 느낀다'는 식의 통계적인 분석에 기반하고 있음을 기억해 주시기 바란다. 우리가 사용하는 측색기도 표준관찰자를 대상으로 한 인지실험의 통계적 분석 결과에 의해 캘리브레이션된 것들이다.
3) 색감의 평가
색감이 어떻다 하고 분석하는 것과 색감이 좋으냐 나쁘냐, 혹은 적절한가 부적절한가를 평가하는 것은 별개의 문제이다. 색감의 평가는 철학적 판단일 수도 있고, 개인적인 선호일 수도 있고, 실용적인 선택일 수도 있다. 100명이면 100명 모두 다 다른 평가기준을 가질 수 있다.
일반적으로는 크게 3가지의 평가 기준을 사용하게 된다. 첫번째는 '표준과의 부합성'이다. 디스플레이라는 것은 결국 문자, 기호, 그림, 사진, 동영상 등의 컨텐츠를 보여 주기 위한 것이므로 이들 컨텐츠를 만들 때 사용한 컬러의 기준에 부합되지 않는다면 제작자의 의도와는 다른 색으로 보이기 때문에 결국 제작자가 전달하고자 하는 의도(혹은 아이디어)를 왜곡하게 된다. 따라서, 그래픽, 방송, 영화 등과 같은 중요한 컨텐츠를 다룸에 있어서는 표준과의 부합여부가 매우 중요하며 대개의 경우 디스플레이의 색감 평가는 이 '표준'을 기준으로 한다.
하지만, 제품을 구매해 주는 것은 표준협회도 아니고 방송연맹도 아니며 영화진흥위원회는 더더욱 아니다. 제조사 입장에서 중요한 건 소비자들의 니즈(Needs)이다. 따라서, 표준에 맞지 않더라도 소비자가 좋아한다면 제조사들은 얼마든지 만들어 준다. 혹은, 소비자의 구매를 유도하기 위해 과장된 색감을 고의적으로 홍보하는 경우도 있다.
마지막으로 실용적인 선택의 경우이다. 색감이 풍부하지 않더라도 많이 저렴하게 만들 수 있다면 그 제품은 성공할 것이다. 색감이 과장되더라도 밝은 대낮에 야외에서도 잘 보인다면 그것만으로 만족할 사람들도 많다. 다시 말해서, 사용되는 목적과 부합하기만 한다면 표준이나 개인적 선호는 얼마든지 무시될 수 있으며, 색감은 얼마든지 달라지게 조정되거나 선택될 수 있는 것이다.
※ 측정 방법 및 기기
1) 테스트 장비 및 S/W
* 측색기 : 미놀타 CA-210 (CS-2000으로 보정후 계측)
* 소프트웨어 : ColorTaster Pro (CT-1P) with video pattern measurement function
* 동영상 패턴 : 원본 MPEG-2 (720*480, 30fps), 변환 MPEG-4 (720*480 및 320*240/30fps)
2) 계측에 대한 이해
* 미놀타 CA-210은 산업계에서도 많이 사용하는 휘도 및 색도 측정용 계측기이다. 하지만, 애초에 sRGB 정도의 색역을 가진 LCD를 기준으로 개발된 장비라서 sRGB를 넘어서는 광색역 디스플레이의 컬러에 대해서는 다소 과장되게 측정하는 문제가 있다. 따라서, sRGB의 색역을 넘어서는 AM-OLED를 정확히 측정하기 위해 정밀도가 높은 분광측색기인 CS-2000을 이용하여 Galaxy S2와 iPhone 4 각각에 대해 CA-210을 보정한 후에 계측을 실시하였다.
* ColorTaster Pro는 디스플레이 기기의 컬러를 계측, 분석, 평가, 보정을 위해 모니터포유(주)에서 개발한 소프트웨어이다. 현재의 최신 버전은 Video Pattern 측정기능을 탑재하여 PMP, MP3, 휴대폰 등의 모바일 기기의 컬러 특성을 자동으로 계측하는 기능을 제공하고 있다. 가장 최신의 버전에서는 CIECAM02와 같은 최신의 과학 이론을 통한 분석 기능이 탑재되었다.
* 동영상 패턴은 HD와 SD가 있는데 이번 실험에 사용한 것들은 SD의 원본 영상 패턴을 휴대폰용 저해상도 mp4 포맷으로 변환(팟인코더 사용)시킨 것들이다. 이 동영상 패턴 파일은 영상 재생 S/W에 의해 재생되며 계측용 패턴을 순차적으로 표시하는 것이라 플레이어 S/W의 설정(Video Level 등)에 따라 계측결과가 달라질 수 있다. 그리고, 같은 백색이라 하더라도 이미지나 사진을 볼 때와 동영상을 볼 때가 다를 수 있음을 감안하시기 바란다.
※ 보정된 CA-210으로 iPhone 4를 계측하는 장면 (Galaxy S2로 촬영)
계측 결과는?
먼저, 아무런 설정을 만지지 않은 상태에서 계측을 해 보았다. iPhone의 경우 Setting에 들어가서 백라이트의 밝기를 조절할 수 있는데 공장 출하값이 40%였다. Galaxy S2의 경우 기본 설정 뿐아니라 동영상 플레이어 S/W에도 별도의 밝기 조정기능이 들어가 있는데 전체 설정은 5(최대 9), 동영상 설정은 4(최대 9)였다. 이 상태에서 계측해 본 결과 기본 휘도(Lv.Wt)는 iPhone 4(134cd/㎡)보다 Galaxy S2(165cd/㎡)가 더 밝았다. 특히, Black 휘도는 OLED를 채용한 Galaxy S2가 0.0028cd/㎡라는 환상적인 수치를 보여 주었으며, 이에 따라 명암비(C/R)도 6만대 1에 육박하는 매우 높은 수치를 보였다.
색온도(CCT)의 경우 두 제품 모두 약간 높은 편이었는데 특히 Galaxy S2가 조금 더 높았다. du'v'는 Green-Magenta 축에서 어느쪽으로 치우쳐 있는지를 알려 주는 요소인데 iPhone 4는 흑체궤적(Black Body Locus)에서 약 0.013 정도 Green 쪽으로 올라갔고, Galaxy S2는 0.02 정도로 더 많이 올라가 있었다. 상관색온도(CCT)의 최대 허용폭이 duv ≤ ±0.02인데 실제로는 +0.01만 되어도 누르스름한 톤이 느껴진다. Galaxy S2는 색온도도 iPhone 4보다 높은데다가 Green쪽으로 더 많이 올라가 있어 백색에서 '청록색 낌 현상'이 나타나고 있었다.
색재현율(Color Gamut)은 일단 CIE xy 2차원 색공간에서 original NTSC(1953)에 대한 면적 비율로써 표시해 보았다. 시감적으로 정확하지는 않지만 일반적으로 가장 흔히 사용하는 개념이기 때문이다. sRGB나 HD방송이 기반하고 있는 ITU-R BT.709 (=Rec.709)가 NTSC 대비 약 72%의 색재현율을 같는다는 점을 고려할 때 iPhone 4는 (이미 지난해 계측해 드린 바와 같이) 색재현율이 HD방송 표준보다 낮다. 이렇게 되면 색이 좀 빠져 보이는게 일반적이다. 반면에 OLED를 채용한 Galaxy S2의 경우 HD방송 표준보다 훨씬 넓은 색재현율을 가져 과장된 색을 보여 주게 된다.
감마(Gamma)는 일단 iPhone 4가 표준이라고 할 수 있는 2.2에 매우 유사한 수치를 보여 우수하다고 할 수 있는데, Galaxy S2의 경우에도 완벽하지는 않지만 나쁜 수준은 아니다.
※ 공장 출하시의 상태 그대로에서의 계측 결과 (암실 조건)
이번에는 밝기 설정을 최대로 했을 때의 계측 결과이다. iPhone 4는 무려 470cd/㎡까지 휘도가 올라감으로써 대형 LCD TV와 경쟁할 정도로 밝았다. 흑색 휘도도 그만큼 높아지기 때문에 명암비는 1200 : 1 정도에 그치고 있지만 야외에서의 시인성은 매우 높을 것임을 충분히 짐작할 수 있다. Galaxy S2의 경우 밝기를 최대로 했을 때 약 288cd/㎡의 휘도를 가져 iPhone 4의 절반 정도에 그치고 있다. 하지만, 휘도가 그리 높지 않음에도 실제 실내외에서 보면 시인성이 꽤 괜찮다. 그 이유는 바로 색재현율이 높기 때문이다. 즉, 그리 밝지 안아도 채도가 높기 때문에 잘 보인다는 것이다.
※ 최대 밝기로 설정한 상태에서의 계측 결과 (암실 조건)
이번에는 암실 조건이 아닌 일반적인 사무실 조명 조건에서 계측한 결과이다. 각각의 계측간에 (실험 준비로 인해) 시간 차이가 좀 있었기 때문에 편차가 좀 있을 수는 있는데... 여기서 중요한 것은 Black 휘도가 어떻게 달라지며 이에 따른 명암비는 또 어떻게 변하는가이다. 아래의 표에서와 같이 LCD인 iPhone 4는 안 그대로 높은 Black 휘도가 더 높아져 명암비가 약 470 : 1 정도로 낮아졌다. Galaxy S2 역시 주변광의 입사로 인해 Black 휘도가 높아져 6~7만대 1에 이르던 명암비가 약 880 : 1 정도로 낮아졌다. 다시 말해서, 암실이 아닌 일반 조명하에서는 깊은 Black이 별 의미가 없고, 특히 스펙에 나와 있는 명암비의 화려한 수치는 의미를 완전히 잃게 된다는 것이다.
※ 최대 밝기로 설정한 상태에서 계측 결과 (주변광 포함, 일반 사무실 조도 조건)
참고로, iPhone 4의 경우 전체적인 밝기 조절 이외에는 별다른 화면 세팅 기능이 없지만, Galaxy S2의 경우 세분화된 밝기 조절기능 이외에도 3개의 화면 모드가 있었다. 컨셉은 삼성의 평판TV의 것을 그대로 가져 와서 영화, 표준, 선명한으로 구분하였다. 각각의 모드별 색감 차이 역시 TV에서와 마찬가지였는데, 색온도와 색재현율, 감마에서 두드러진 차이가 난다. 영화 - 표준 - 선명한...으로 갈 수록 색온도와 색재현율을 더 높이는 한편 감마는 S자로 꺽어 더욱 강한(쨍한) 색감을 보여 주려고 노력한 것으로 보인다.
※ 삼성 Galaxy S2의 화면 모드별 측정치
실제 눈에 보이는 색감 차이는?
이번에는 위의 계측결과를 조금 다른 방식으로 해석해 보도록 하겠다. 단순한 산수계산을 통해 얻어지는 수치들과 실제 우리 눈으로 보는 결과와는 차이가 큰 경우가 많기 때문에 많은 컬러 과학자들이 실제 눈에 보이는 색 차이를 수학적으로 계산하기 위해 많은 연구와 실험을 했다. 그 결과 중의 하나가 CIECAM 02라는 3차원 색공간에서 색역의 부피를 계산하는 VCRC(Volume Color Reproduction Capability)이고, 다른 하나는 PCL(Perceptual Contrast Length)라는 것이다. 이들의 개념에 대한 자세한 해설은 나중에 별도의 강좌를 통해 해 드리겠고, 일단 이번 화질 벤치마킹에서는 '실제로 인간이 느끼는 색감에 훨씬 유사한' 분석 기법이라고 이해해 주시면 되겠다.
먼저, 공장 출하 상태에서 계측한 결과를 살펴 보자. 일반적인 명암비 계산법으로는 약 60배 정도 차이가 나던 iPhone 4와 Galaxy S2의 명암비가 인지명암비인 PCL로는 약 20% 정도의 차이 밖에 나지 않고 있다. 물론, 인지명암비가 20%의 차이를 보이는 것이 결코 작은 차이는 아니다. 단지, 10배나 60배 차이로 계산되던 기존의 명암비 계산식만큼 느낌의 차이, 제품 가치의 차이가 있는 건 아니라는 것이다. 기존의 명암비 계산식(백색휘도/흑색휘도)은 그 단순무식함으로 인해 수치 마케팅을 벌이는데에는 유리할 지 몰라도 실제 우리 눈에 보이는 차이와는 크게 동떨어져 있음을 이런 계산을 통해서도 알 수 있는 것이다. 그동안 필자가 LCD의 백라이트 디밍(Backligh Dimming)을 이용하여 수십만, 수백만대 1의 명암비 수치는 무시하라고 했던 것을 기억하실 것이다.
인지색감 분석에서 색재현율의 경우에는 명암비와 정반대의 결과를 나타내고 있다. CIE xy 2차원 색공간에서 original NTSC 대비 56%와 79% 정도로 계산되었던 iPhone 4와 Galaxy S2의 색재현율이 VCRC(Volume Color Reproduction Capability)에서는 73 : 144로 2배 정도로 오히려 격차가 벌어졌다. 이는 높은 채도가 주는 시각적 효과가 그만큼 크다는 것으로 높은 색재현율이 AM-OLED의 시인성에 큰 기여를 한다고 해석할 수 있을 것이다.
※ 공장 출하시의 조건(밝기 세팅) 상태에서의 계측 결과
이번에는 두 제품 모두 최대의 밝기가 되도록 설정한 경우의 PCL과 VCRC이다. iPhone의 경우 Black의 휘도가 약 0.4cd/㎡로까지 상승했지만 White도 470cd/㎡로 대폭 높아졌기 때문에 인지명암비인 PCL은 Galaxy S2에 근접하는 수준인 약 239까지 올라갔다. 즉, 워낙 휘도가 높기 때문에 Black이 좀 뜨는 건 문제도 안된다는 것이다. 이는 Galaxy S2에서도 마찬가지였다. 휘도가 대폭 높아지자 PCL도 224에서 252로 높아졌다. 다시 말해서, 밝기를 높게 설정할 수록(=휘도가 높아질 수록) 실제 인지되는 명암비는 높아진다고 할 수 있다. 그리고, 높은 휘도 덕분에 iPhone 4의 VCRC도 약 116으로 대폭 높아졌고, Galaxy S2도 144에서 184로 높아졌다.
※ 최대 밝기로 설정한 상태에서의 계측 결과 (암실 조건)
이번에는 암실이 아닌 정상적인 조명(사무실, 조도 약 400 ~ 500 Lux 정도)에서 계측한 결과이다. OLED의 장점중 하나인 깊은 Black (=낮은 Black 휘도)이 주변광의 영향으로 약 0.33cd/㎡으로까지 올라가고 명암비는 880:1 정도로 낮아진다. 이 영향으로 인해 PCL도 약 20% 정도 하락한다. 하지만, iPhone 4의 경우 같은 조건에서 13%만 하락함에 따라 밝은 조명환경에서는 iPhone 4의 인지명암비가 오히려 Galaxy S2보다 약간 더 좋게 느껴진다는 것이다. .
※ 최대 밝기로 설정한 상태에서 계측 결과 (주변광 포함, 일반 사무실 조도 조건)
항목별 세부 분석 : 휘도와 명암비
위에서 대략적인 색감 차이에 대한 Data를 설명드렸지만 감이 오지 않는 분들을 위해 항목별로 상세하게 설명드리도록 하겠다. (일단, iPhone 4와 Galaxy S2 모두 밝기 조절기능도 있고 조도센서를 이용하여 주변의 밝기에 따라 자동으로 밝기를 조절해 주는 기능을 설정할 수도 있다는 점 기억해 두시기 바란다)
휘도(Luminance)란 CRT, LCD, PDP 등과 같은 면 광원에 방출, 투사, 반사하는 빛의 강도(Intensity)를 뜻한다. 한 마디로 말해서 모니터나 TV가 얼마나 밝은 지를 수치로 나타내는 것인데, 무조건 밝다고 좋은 것은 아니고 시청환경(조명)에 따라 적정 수준이 다르다. 예를 들어, 야외에서는 500cd/㎡도 별로 안 밝아 보이겠지만, 실내에서라면 상당히 밝게 느껴질 것이고, 어두운 공간에서라면 눈이 부실 정도다. 또한, 조명환경에 맞추기 위해 단순히 휘도만 조정하는 것보다는 감마(톤 커브)를 이용해 전체적인 계조의 밝기를 조절해 주는 것도 효율적인 방법이 될 것이다.
앞서 설명드린 바와 같이 밝기를 최대로 설정하면 iPhone 4는 470cd/㎡의 매우 높은 휘도를 자랑한다. 이에 비해 Galaxy S2는 선명한 모드를 선택하더라도 약 300cd/㎡ 정도에 불과해 iPhone 4에 훨씬 못미친다.
※ 화면 모드 별 휘도 비교
이번에는 밝기 설정과 사용환경(조도: 암실 vs 명실)이 미치는 영향을 비교한 그래프이다. (당연한 결과이지만) 모든 환경에서 iPhone 4가 훨씬 높은 휘도를 유지하고 있다.
※ 측정 환경별 휘도 비교
아래의 그래프는 각각의 (밝기설정×사용환경)에 있어서의 명암비를 Log로 표시해 본 것이다. 일반적인 명암비 계산으로는 Galaxy S2가 iPhone 4에 비해 60배 정도 더 높은 명암비 수치를 가지게 되지만, 실제 눈에 보이는 것은 여기에 Log를 씌운 것과 유사한 수준의 차이를 발생시킨다고 할 수 있다. 따라서, 실제 우리 눈에는 Galaxy S2의 명암비가 iPhone 4에 비해 대략 30% 정도 더 좋게 보인다고 이해할 수 있을 것이다.
※ 명암비 (로그)
※ 암실에서의 Black Level 차이 (위 : iPhone 4, 아래 : Galaxy S2)
항목별 세부 분석 : 색재현율
색감에 중요한 영향을 미치는 요소중 하나인 '색재현율'을 영어로는 Color Gamut이라고 한다. 간혹 '색공간(Color Spcae)'과 동일한 의미, 혹은 동일한 용어인 것처럼 사용되는 경우가 많은데 완전히 다른 개념이다. 색재현율이란 어떤 컬러 출력 장치가 표시할 수 있는 색의 범위를 특정 색공간 안에서 표시한 것이다. 예를 들어, sRGB라는 표준에서 Color Gamut은 CIE UCS(1976) 색공간에서 3원색의 색좌표로서 정의된다. 이 CIE UCS(혹은 CIE u'v') 색공간은 2차원 평면 공간이기 때문에 여기에 3원색의 색좌표를 찍어 연결해 주면 3각형의 공간이 나오는데 이것을 색재현 범위라고 한다.
그렇다면 색재현율이란 것은 무엇일까? 디스플레이의 색재현 범위를 어느 특정한 기준의 색재현 범위에 대한 상대적인 비율로 표시한 것이다. 현재까지도 꾸준히 사용되고 있는 기준은 1953년 미국 연방통신위원회(FCC)가 컬러 방송을 시작하면서 설정한 NTSC 방송표준에서 규정한 3원색의 색좌표이다. 그래서 흔히 이 3원색 색좌표를 연결한 3각형의 색재현 범위를 'NTSC Color Gamut' 혹은 단순히 'NTSC'라고도 부른다.
컬러 방송을 시작하던 그 시절에는 곧 극장용 영화 필름이 가지는 색재현 범위에 필적하는 형광체가 곧 개발될 수 있을 것이란 기대를 했던 것인지, 실제 당시의 컬러 CRT용 형광체가 낼 수 있는 색재현 범위에 비해 훨씬 넓은 범위를 NTSC 방송의 인코딩 표준으로 정의했다. 하지만, 30년이 지나도록 그와 같은 형광체가 개발되지 않자 1980년대에 들어와 이 NTSC Color Gamut은 실질적으로 폐기되기에 이른다. 그리고 SDTV 표준에 흔히 'SMPTE-C'라 불리우는 색좌표를 사용하기 시작한다. 그리고, HDTV에 대한 국제적인 표준이 수립되면 유럽에서 사용하던 EBU의 3원색에 거의 가까운 3원색의 색좌표로 HDTV의 표준이 통일된다.
우리가 흔히 색재현율이라고 할 때에는 특정 디스플레이의 색재현 범위(3각형의 면적)를 바로 이 NTSC의 색재현 범위(NTSC 3원색 삼각형의 멵적)로 나누어 준 것이다. 특히, 이것은 CIE xy(1931) 색공간에서 계산된 것이라 CIE u'v'에서 계산하면 수치가 좀 달라진다. 반면에 EBU의 표준 색재현 범위나 HDTV의 3원색은 처음부터 CIE u'v'(1976) 색공간에서 정의되었기 때문에 색재현율을 따질 때에는 이 색공간에서 계산해 주는게 적절하다.
2차원 색공간에서의 분석...
아래의 사진은 iPhone 4(위)와 Galaxy S2(아래)의 색감 차이를 대략적으로 가늠해 볼 수 있도록 촬영한 것이다. 어디까지나 상대적인 밝기나 채도의 차이가 대략 이 정도라는 것이지 실제 이와 동일한 색감이라는 뜻이 아님을 기억해 두시기 바란다. 두 제품의 색감 차이를 그나마 실제와 가장 비슷하게 보여 주는 사진을 선택한 것이다.
※ 색재현율 비교 (V-Tune Mobile, Test Pattern Video)
아래의 그래프는 CIE UCS (= CIE u'v') 색도도상에 iPhone 4와 Galaxy S2의 색재현율 차이를 보여 주고 있다. 회색 실선이 Rec.709의 색재현 범위이다. 2차원 색공간인 관계로 밝기에 따른 색감 차이를 구분해 주지 못하는 문제점이 있는데, 일단 iPhone 4의 색재현율은 표준(=Rec.709)보다 작고, Galaxy S2의 색재현율은 표준보다 더 크다는 것을 쉽게 알 수 있다. 그런데, Galaxy S2의 경우 전체적인 면적(=색재현율)은 표준보다 더 크지만 Blue는 오히려 채도나 색도가 표준에서 조금 부족한 것으로 나타났다.
3차원 색공간에서의 분석...
앞서 말씀드린 바와 같이 2차원 색공간은 밝기라는 요소가 빠졌기 때문에 실제 인간이 느끼는 것과는 차이가 날 수 있다. 그래서 고안된 것이 CIELAB 등의 3차원 색공간인데, 이 LAB를 기반으로 하여 시감에 영향을 주는 가능한 모든 요소들을 고려하여 발전시킨 가장 최신의 Color Appearance Model이 CIECAM02라는 것이다. 아래의 그래프들은 이 CIECAM02상에서 iPhone 4와 Galaxy S2의 색재현 범위를 비교한 것이다. 2차원 색도도에서 분석과 것과 유사하게 색재현율과 명암비가 모두 더 높은 Galaxy S2의 특징이 잘 나타나 있다.
이번에는 두 스마트폰의 밝기를 모두 최대치로 올린 상태에서 계측한 결과이다. 여전히 채도는 Galaxy S2가 훨씬 더 높지만, 휘도가 더 높은 iPhone 4가 더 높은 밝기(L*)를 가짐으로써 부족한 채도를 보완하고 있음을 알 수 있다.
이번에는 밝기를 최대로 설정한 상태에서 암실이 아닌 명실 조건하에서 계측한 결과이다. 주변광의 입사로 인해 OLED의 깊은 블랙이 상쇄되어 버려 실질적인 명암대비는 비슷한 수준이 되었음을 알 수 있다.
다음은 밝기가 최대로 설정되었을 때의 iPhone 4의 색역이다. 높은 휘도로 인해 색역이 확장되면서 Rec.709(=sRGB, 100nit 기준)를 거의 커버하고 있는 것을 알 수 있다. 다시 말해서, 2차원 색공간에서는 색재현율이 작다고 나왔지만, 이렇게 시감 특성을 반영한 3차원 색공간에서 보면 (높은 휘도로 인해) iPhone 4의 색재현율이 그다지 작지도 않으며 꽤 풍부한 색감을 줄 것임을 알 수 있다.
이에 비해 Galaxy S2의 경우 (밝기를 최대로 할 경우) Rec.709의 색역을 완전히 초과하고는 있다. 워낙 색재현율이 높다 보니 밝기를 최대로 하지 않아도 Rec.709 영역은 커버하고도 남는다. 하지만, 휘도가 높을 경우에도 일부분(Red, Blue)은 포함하지 못하는 부분도 있음을 알 수 있다. 어쨌거나 Galaxy S2는 이렇게 매우 높은 색재현율 덕분에 휘도가 iPhone 4에 훨씬 못미침에도 불구하고 매우 높은 시인성을 확보하고 있다.
항목별 세부 분석 : 색온도
색온도는 3원색을 어떤 비율로 배합했는지를 알려 주는 지표라 할 수 있다. 빛의 경우 3원색을 모두 가산혼합(additive mixture)하게 되면 흰색이 되는데, 사람들이 흰색이라고 느끼는 범위는 조금 넓은 편이다. 즉, 조금 불그스름한 흰색에서부터 푸르스름한 흰색까지, 그리고 다소 발그스름한 톤에서 누르스름한 톤까지 흰색(그리고 회색도)은 꽤 다양한 톤을 가진다.
이러한 흰색의 톤을 '색온도(Color Temperature)라는 개념으로 설명하곤 하는데, TV 방송이나 그래픽에서는 D65, 즉 주광(Daylight) 6500K를 인코딩 기준으로 삼고 있다. 따라서, 3원색이 HDTV나 sRGB 표준에 부합한다면 색온도가 6500K가 되도록 조정해 줄 때 원래의 색을 그대로 재현해 줄 가능성이 높아지는 것이다.
아래의 그래프는 두 제품의 백색 색좌표(색온도)를 CIE xy 그래프에 표시해 본 것이다. 둘 다 색온도는 조금 높지만 Galaxy S2가 훨씬 더 많이 Green 쪽으로 올라가 있어 '청록색 낌' 현상이 나타나고 있다.
아래의 사진은 두 제품의 색온도 차이를 보여 주는 사진이다. 역시 상대적인 차이를 느끼도록 촬영한 것이라 일부 컬러는 실제와 조금 다를 수 있음을 기억하시기 바란다. 이 사진을 통해 필자가 보여 드리고 싶은 것은 Galaxy S2의 백색에 '청록색 낌' 현상이 조금 두드러져 보인다는 것이다.
※ iPhone 4(왼쪽)와 Galaxy S2의 White Balance 차이
그리고, 이러한 현상은 시야각에 따라 조금 더 심화된다. Galaxy S2의 경우 자발광 방식의 OLED 답게 측면에서 보더라도 휘도가 별로 떨어지지 않는 장점이 있지만, '청록색 낌' 현상은 조금 더 심해진다. 반면, IPS LCD를 채용하고 있는 iPhone 4의 경우 휘도는 좀 떨어지지만 색은 그리 크게 변색된다는 느낌이 적었다.
※ 시야각에 따른 영향 (iPhone 4 : 휘도 저하, Galaxy S2 : 청록색 낌 현상 심화)
항목별 세부 분석 : 계조선형성
백색의 색온도만 중요한게 아니라 실제 영상에서는 회색의 계조별 색온도가 모두 다 중요하다. 아래의 그래프를 보면 Galaxy S2에 비해 iPhone 4의 계조별 색온도 편차가 훨씬 좋음을 알 수 있다.
항목별 세부 분석 : 감마 (Gamma)
흔히 감마라고 말하지만 정확하게는 '톤 재현 특성(Tone Reproduction Characteristics)라고 한다. 흑색에서부터 백색까지를 어떤 비율로 밝기를 증가시켜 주는가 하는 특성이다. 감마에 대해서는 설명이 복잡하니 그냥 단순하게 Y = a*X^g + b와 같은 2차 함수에서 자승값(g)가 바로 감마라고 이해하시면 되겠고, 계산 방식에 따라 조금 다르지만 대략 2.2 ~ 2.5 사이가 표준적인 감마가 된다고 기억하시기 바란다.
아래의 그래프에서와 같이 Galaxy S2는 표준이라고 할 수 있는 감마 2.2의 이상적인 커브에 유사하기는 하지만 계조 단계에 따라 약간 어긋나는 부분들이 있다. 물론, 현실적으로는 무시해도 전혀 상관없는 수준이라 하겠다. 하지만, 이렇게 관용적인 생각을 하다가 iPhone 4의 커브를 보는 순간 거의 완벽한 수준으로 잘 맞춰져 있다는 점에 대해 감탄하게 된다. 작은 스마트폰에서도 이 정도로 완성도를 높이겠다는 정신에 칭찬을 해 주고 싶을 정도이다.
아래의 그래프는 Galaxy S2의 화면 모드별 톤 커브를 표시한 것이다. iPhone 4는 밝기만 설정이 가능하지만 Galaxy S2는 앞서 설명드린 바와 같이 3가지 화면모드를 가지고 있고 휘도 및 색온도와 함께 이렇게 톤 커브(감마)도 조금 달라진다. 화질의 정밀도 면에서는 Galaxy S2가 iPhone 4에 조금 못미치지만 이렇게 편의성, 혹은 다양성 측면에서는 장점을 가지고 있다.
※ 결론 : 가독성 및 시인성은 무승부,색감은 iPhone 4가 우세승
* 화질 1 (가독성) : 화면이 큰 Galaxy S2와 해상도가 높은 iPhone 4는 가독성 측면에서 분명 장단점을 가지고 있다. Galaxy S2는 화면이 크고 해상도가 (상대적으로) 낮아 그만큼 화소가 크다. 즉, (상대적으로) 더 거칠지만 좀더 시원시원하게 보여 주는 것이 장점이다. 반면에 화면은 더 작은데 해상도가 높은 iPhone 4는 그만큼 정밀하고 깨끗한 이미지를 보여 준다. 결국 어떤 것을 선호하느냐의 차이이지 일방적으로 어느 하나가 다른 하나보다 우월하다고 보기 어렵다고 생각한다.
* 화질 2 (시인성) : 휴대폰은 야외에서 많이 사용하고 특히 문자와 숫자를 읽거나 입력하는 경우가 많기 때문에 시인성이 매우 중요하다고 본다. iPhone 4는 다소 부족한 색재현율 문제를 휘도가 커버해 줌으로써 풍부한 색감을 보여 주고 있다. 반면에 Galaxy S2는 부족한 휘도를 높은 채도가 보완해 주고 있어 시인성 측면에서도 어느 하나가 확실히 우월하다고 말하기 어렵다고 본다.
* 화질 3 (색감) : 사진이나 동영상 등의 컨텐츠를 볼 때의 전반적인 색감 측면에서는 iPhone 4가 우세하다고 평가된다. 일단 채도가 높은 Galaxy S2는 시인성 면에서는 우수하지만 기본적인 색들을 좀 과장되게 표현하는 문제가 있다. 반면에 색재현율이 좀 낮은 iPhone 4는 의외로 부드러우면서도 깨끗한 색감을 보여 준다. 아무래도 높은 휘도가 풍부한 색감(colorfulness)에 영향을 미치는 것 같다.
이상 최고의 스마트폰 2종에 대한 간단한 화질 벤치마킹을 마무리하고자 한다. 화질에 대해 궁금한 점을 댓글로 달아 주시면 추가적인 실험이나 테스트를 통해 최대한 답변드려 보도록 하겠다.
[ 보도 자료 - 모니터 포유 ]
