하드웨어 캘리브레이션

[김동호]

SW 캘리브레이션 vs HW 캘리브레이션

요즘은 그래픽 관련 종사자들 이외에도 CMS에 관심을 갖는 분들이 많다. 특히, DSLR이 많이 보급되면서 자신이 촬영한 사진을 정확히 보고, 인쇄하려는 분들이 늘면서 모니터를 잘 캘리브레이션(Calibration)해야 정확한 색이 재현될 수 있다는 점을 인식하는 분들도 많이 늘었다. 좋은 현상이다.

그래서 이번 강좌에서는 모니터 캘리브레이션에 대해 다뤄 보고자 한다. 모니터를 캘리브레이션하는 방법은 크게 2가지가 있다. 첫번째는 '소프트웨어 캘리브레이션'이라는 것으로 DataColor社의 Spyder나 X-Rite社의 Eye-1 Display와 같은 모니터 캘리브레이터를 이용해서 모니터의 색을 보정하는 방법이다. 두번째는 소위 '하드웨어 캘리브레이션'이라 하는 것으로 주로 전문가용 모니터에서 사용한다. 모니터와 함께 제공되는(혹은 별매로 구입하는 경우도 있음) 전용 SW와 센서를 이용하는 것이다.

모니터 캘리브레이션은 SW와 컬러 센서를 이용해서 (1) 휘도, (2) 색온도, (3) 톤 커브(감마)를 보정하고 (4) 컬러 프로파일(ICC Profile)을 생성하는 역할을 한다. 최근에는 광색역 패널이 등장하면서 (하드웨어 캘리브레이션의 경우) '색역 조정'도 가능해 졌다. 소프트웨어 캘리브레이션이건 하드웨어 캘리브레이션이건 이 4가지 역할을 하는 것은 동일하다.

하지만, 결정적인 차이가 있다. 소프트웨어 캘리브레이션은 휘도와 색온도는 모니터의 조정기능을 이용해서 보정되도록 가이드(guide)하는 역할만을 한다. 그리고, 톤 커브(감마)의 보정은 OS의 LUT(Look-Up Table)을 변경하여 (결과적으로) 그래픽카드의 출력값이 달라지게 함으로써 보정을 한다. 소프트웨어 캘리브레이터는 모든 모니터에 사용할 수 있는 저렴한 솔루션이라는 것이 장점인 반면, 이렇게 반자동이라는 것, 그리고 모니터에 따라 조정이 없거나 있더라도 제대로 되지 않는 경우가 있다는 점이다. 혹은 휘도나 색온도, 감마는 조정되었지만 부작용이 발생하는 경우가 있다는 점이다.

반면, 하드웨어 캘리브레이션은 특정 모니터를 위해 만들어지기 때문에 가격이 비싸고 활용폭이 제한된다는 문제점이 있지만 정확한 캘리브레이션 결과를 얻을 수 있다는 점이 장점이다. 사용자가 목표로 한 휘도나 색온도, 감마, 심지어는 색재현율까지 설정해 주기만 하면 나머지는 캘리브레이터가 다 알아서 해 준다. 전용 소프트웨어는 컬러 센서로 모니터를 계측해 가며 보정을 하는데, 컴퓨터(의 그래픽카드)가 아닌 모니터의 펌웨어(F/W, Firmware)로 피드백되고 보정되기 때문에 부작용이 없는 정확한 보정이 가능해 진다.

이번 강좌에서는 이 '하드웨어 캘리브레이션'에 대해 설명드리도록 하겠다.

들어가기 전에... 그래픽용 모니터에는 후드(Hood)가 필수!

여러분이 그래픽 디자인 전문가라면, 아니 꼭 그래픽과 관련된 전문직에 종사하는 분이 아니라 하더라도 제대로 된 컬러 매니지먼트(Color Management)를 해야 하는 분이라면 후드(Hood)는 필수적인 악세사리이다. LCD 모니터는 대부분 난반사 코팅을 했기 때문에 외부의 빛이 반사되는 양이 CRT에 비해 훨씬 덜하다. 하지만, 형광등이나 창문으로 들어 오는 햇빛은 모니터에 반사되어 정확한 색(특히 블랙)을 보는데 방해가 된다.

요즘은 저가형 후드가 많이 나오고 있지만, 모니터에 딱 맞는 전용 후드를 쓰면 당연히 좀더 안전(?)하게 사용할 수 있다. 그리고, 후드의 내부 재질도 반사가 되지 않는 것인지 확인할 필요가 있다. 얼마 전에 리뷰해 드린 에이조의 CG243W의 경우 기존과는 달리 전용 후드가 기본 악세사리로 제공이 되고 있다. 아래의 사진들은 전용 후드를 장착한 CG243W의 모습이다.

에이조(Eizo-Nanao)의 컬러 네비게이터(ColorNavigator)

하드웨어 캘리브레이션을 지원하는 모니터들은 전용 소프트웨어는 보통 자체적으로 제작하거나 전문 회사로부터 OEM으로 받아 제공한다. 그리고, 컬러 센서도 특별히 개발해서 사용하는 경우가 과거에는 있었지만 요즘은 대부분 캘리브레이션 센서 전문회사로부터 OEM으로 받아 제공한다. 이번 강좌에서 보여 드리는 에이조 CG243W의 경우에도 보정 소프트웨어인 ColorNavigator는 자체적으로 개발한 것이고, 컬러 센서는 Spyder3나 Eye-1 Display 등 이미 출시되어 있는 제품들과 호환되도록 하였다. 물론, 동일한 제품을 OEM으로 받아 제공하기도 한다.

컬러 센서를 장착하다!

컬러 센서는 컴퓨터에 USB로 연결하도록 고안되어 있는데, CG243W의 경우 USB 허브(upstream 1, downstream 2)를 내장하고 있으므로 USB로 PC와 모니터를 연결한 후, 컬러 센서는 아래의 사진에서와 같이 곧바로 모니터에 연결하면 더욱 편리하다. ColorNavigaiton은 컴퓨터와 항상 연결되어 있어야 편리하게 쓸 수 있는데, 단점도 있다. 모니터의 USB 허브를 이용하면 평소 1W 미만이던 대기전력이 6W 이상으로 높아진다는 것인데 사용하지 않을 때에는 모니터를 꺼 버리면 되므로 (전기 요금으로 인한) 금전적인 차이는 별로 없을 것이다.

CRT는 유리라서 컬러 센서에 달린 빨판을 이용해서 CRT의 패널에 고정시키지만, LCD는 패널이 약하기 때문에 이렇게 빨판으로 붙일 수가 없다. 그래서 캘리브레이터들은 아래의 사진과 같이 무게가 조금 나가는 추를 달아 센서가 모니터의 화면에 매달릴 수 있게 한다.

하지만, LCD 모니터는 완전한 평면이기 때문에 추만 달아 놓는다고 해서 모니터가 패널 표면에 짝 달라 붙지는 않는다. 약간의 갭만 있어도 외부에서 빛이 들어가므로 제대로 밀착 시키기 위해서는 아래의 사진과 같이 모니터를 뒤로 약간 눕혀 주면 된다.

요즘에 나오는 후드들은 캘리브레이션 센서를 위해 윗쪽 가운데를 열 수 있게 해 놓았다. 

ColorNavigator 소프트웨어

2년전에 리뷰해 드렸던 CG241W에서도 전용 캘리브레이션 SW인 Color Navigator를 소개해 드린 적이 있었는데, 사용하기는 간단해서 좋았지만 기능이 좀 부족해서 조금은 실망이었다. 그런데, 이 Color Navigator가 2년만에 완전히 다른 모습으로 등장했다.

CG243W와 함께 제공된 CD에 있는 ColorNavigator를 설치하고 나서 이 프로그램을 실행시키면 가장 먼저 컬러 센서를 선택하라는 아래와 같은 메시지 창이 뜬다. 아마 시중에 가장 많이 보급되어 있는 것이 DataColor社의 Spyder2와 Spyder3 (EX1) 시리즈, 그리고 Xrite社의 Eye-One Display일 것이다. Eye-One은 Eye-1 혹은 i-1이라고도 표기하는데, 에이조에 OEM으로 납품된 것이 ColorEdge CX1이다. 같은 제품이라는 얘기다. 현재 USB로 연결되어 있는 센서를 목록에서 고른 후 O.K를 클릭하면 된다.

센서를 선택하고 나면 아래와 같은 ColorNavigator의 메인 화면이 뜬다. 아래의 캡쳐 이미지에서 좌측에 있는 Target List에서 초록색 아이콘이 달린 파일들은 필자가 캘리브레이션한 결과를 담은 파일들이다. 즉, sRGB나 AdobeRGB 등의 타겟(컬러 세팅)에 맞게 보정한 결과인 것이다.

따라서, 초기에는 이런 파일은 없고 아래의 2개 Photography, Graphic Design과 Printing 2가지만 있었다. 이 목표 리스트에 있는 것들은 백색과 흑색의 휘도, 백색의 색온도, 감마, 색역(RGB 3원색의 색좌표)가 정의된 파일이라고 보시면 되겠다. 필요한 스펙이 없다면 'Create a new target'이라는 버튼을 눌러 직접 설정해 주면 된다.

ColorNavigator의 상단 메뉴를 보면 File, View, Tool, Help의 4가지 항목이 있다. File 메뉴에는 Import와 Export라는 기능은 특정 타겟 값을 저장하거나 불러 올 때 사용한다.

2번째인 View에서 Montor Information을 눌러 보면 아래의 2번째 그림과 같이 모니터의 연번과 사용시간, 해상도, 수직 주파수 등의 정보를 볼 수 있다. 물론, 이 정보는 직접 모니터의 OSD로 들어가서도 볼 수 있는 것들이다. (CG243W의 리뷰 참고)

Test Pattern이라는 항목을 누르면 모니터의 전체 화면에 아래와 같은 에이조의 자체 테스트 패턴이 뜬다. 마우스를 한번 클릭해 주면 바로 사라지고 원래의 ColorNavigator 화면으로 돌아 온다.

3번째 항목인 Tool 메뉴로 가 보면 Light booth adjustment와 Monitor gamut (Measure & Update, Reset) 등의 기능이 들어 있고, Preference로 가면 아래의 그림들에서 보이 것과 같이 다양한 기능들을 설정할 수 있다.

Preference에는 General, Timer, Profile, Validation, Measure Device 등의 기능을 설정할 수 있게 되어 있다. General 메뉴에서는 소트웨어 실행시 해상도를 체크할 것인지, 그리고 ColorNavigaotr Agent(우측 하단에 나타나는 아이콘)를 사용할 것인지를 선택할 수 있다.

ColorNavigaiton Agent를 사용하면 아래와 같이 윈도우의 우측 하단 트레이에 아이콘이 생기고 여기서 몇몇 기능을 수행할 수 있다. 그 중에서 가장 멋진 기능이 바로 아래의 두번째 그림과 같이 사용자가 설정/캘리브레이션한 타겟으로 즉각 컬러를 변환시킬 수 있다는 것이다.

Timer는 얼마나 자주 캘리브레이션을 실시할 것인지를 설정하는 기능인데 보통 1~3개월 단위로 해 주는 경우가 가장 흔하지만, 아주 전문적인 곳이라면 1주일(7일 × 24시간 = 약 160시간) 단위로 보정을 해 주기도 한다. 이렇게 시간 간격을 설정해 놓으면 SW에서 캘리브레이션할 때가 되었다고 경고를 띄워 준다.

프로파일을 생성한 후 컴퓨터 하드디스크의 어느 폴더에 저장할 것인지를 선택하는 것이다. System Profile folder를 선택하면 C:/windows/system32/spool/drivers/color/ 에 저장이 된다. User specific folder를 선택하면 특정 폴더를 직접 사용자가 지정할 수 있다.

Validation은 말 그대로 보정이 제대로 되었는지 확인하는 것이다. 선택 가능한 여러 종류의 컬러 패치가 제공되는데 인쇄물에서 사용되는 컬러 패치들을 모니터로 보고 검증할 수 있다.

Measurement device로 가면 Color Management, Multiple Management, No compensation의 3가지 옵션이 있는데 측색기간의 차이를 보상해 주는 그런 기능으로 보인다.

마지막의 메뉴인 Help에는 소프트웨어에 대한 정보와 사용방법에 대한 안내가 들어 있다.

이제 캘리브레이션을 해 보자 - 목표 설정.

캘리브레이션의 첫 단계는 목표를 설정하는 것이다. 즉, 내 모니터를 어떤 상태로 만들고 싶은지를 설정하는 것이다. sRGB의 색을 보고 싶은지, 아니면 AdobeRGB의 색을 보고 싶은지 그걸 결정하라는 것이다. 먼저, Color Gamut 즉 색역을 선택한다. RGB의 색좌표를 설정하는 것인데 프로파일 리스트에서 선택할 수도 있고 직접 값을 넣을 수도 있다.

다음은 모니터의 휘도(Luminance)와 색온도(White Point, or Color Temperature)를 설정한다. 휘도는 기본적으로 60 ~ 120cd/sq.m 사이에서 선택할 수 있도록 되어 있지만 아래의 'Extend the target brightness range'를 선택해 주면 더 높은 휘도로 세팅할 수도 있다. 색온도의 경우 단순히 색온도 슬라이드에서 설정해도 되지만 특정 색좌표값을 직접 입력해도 된다.

다음으로는 감마(Gamma) 세팅이다. 1.0 ~ 2.6까지의 선택 범위가 주어지고, L* 감마를 선택할 수도 있다. L*란 인간의 시각반응 곡선인 CIE Lightness에 정확힌 대응하는 톤 커브를 선택한다는 뜻인데, 전통적(?)인 감마 2.2에 비해 암부의 계조가 약간 밝아지기 때문에 요즘은 L* 감마로 세팅해 달라는 요구가 유럽이나 미주쪽에서는 많아졌다고 한다.

이렇게 모든 설정이 끝나고 나면 이 설정값을 파일로 보관하기 위해 파일명을 입력하라고 나온다. 아래는 필자가 AdobeRGB로 에뮬레이션을 설정한 후 Spyder3로 보정하기 위해 지은 이름이다. Target 설정이 완료되면 이제 계측과 보정의 단계로 넘어간다. 'Adjust Now' 버튼을 클릭하시라.

계측과 보정은 전자동으로...

ColorNavigator의 첫 단계에서 선택한 컬러 센서가 드디어 등장할 시간이다. Spyder3를 선택했을 경우 아래와 같이 화면 중앙에 센서가 자리할 위치를 보여 준다.

그 다음부터는 ColorNavigator가 다 알아서 한다. 여러 컬러 패치를 계측한 후 이를 Target에 맞게 보정한다. 사용자는 잠시 나가서 휴식을 취하고 돌아 오면 된다.

약 5분 정도 걸리는 캘리브레이션이 완성되고 나면 아래와 같은 리포트가 뜬다. 목표로 했던 휘도, 색온도, 감마, 3원색이 Target 아래 표시되고, 보정되고 난 후의 결과를 컬러센서로 계측한 것이 오른쪽의 Result 밑에 있는 수치들이다. 목표값과 동일하지는 않지만 상당히 근접한 수치이다.

캘리브레이션이 완성되고 나면 Target List에서 초록색 아이콘이 나타난다. 특정 파일을 선택하면 목표값을 볼 수 있을 뿐아니라 해당 목표값에 맞게 모니터의 컬러가 실제로 바뀐다.

Target List의 아랫쪽에 있는 'Detail'이라는 버튼을 눌러 보면 아래와 같이 Target과 Result 수치들을 비교해서 보여 준다. 다음의 두 그림은 Spyder3로 보정했을 때와 Eye-1으로 보정했을 때의 차이를 보여 주고 있다.

컬러 센서 : Spyder3 vs Eye-1

자, 그럼 이번에는 ColorNavigator를 이용해서 캘리브레이션한 결과가 얼마나 잘 되었는지를 분석해 보자. 모니터포유(주)에서 직접 제작한 디스플레이 평가 솔루션인 ColorTaster Pro와 미놀타의 CA-210 Color Analizer를 사용하였다. (단, CA-210은 sRGB에 최적화된 측색기라서 광색역 패널의 경우 약간 과장되게 계측되는 경향이 있음을 기억하시기 바란다)

캘리브레이션 SW는 동일하기 때문에 결국 어떤 컬러 센서를 사용했는지에 따라 결과가 달라질 수 밖에 없는데 이번 강좌에서는 에이조 모니터의 수입원인 CGKorea에서 제공한 CX1(Eye-1)과 Easy Fix의 센서(Spyder3)로 캘리브레이션 한 결과를 비교해 보도록 하겠다.

휘도와 명암비 (Luminance & Conrtast Ratio)

먼저, 백색 휘도를 살펴 보면 Spyder3로 캘리브레이션한 결과를 CA-210을 계측해 보니 약 110cd/sq.m로 나왔다. 이에 비해 Eye-1으로 캘리브레이션한 결과는 약 120cd/sq.m였다. 목표값이 120cd/sq.m 였으므로 (CA-210의 계측결과가 절대적으로 맞다고 치면) Eye-1이 백색 휘도를 더 정확하게 읽었다고 하겠다.

그런데 명암비를 비교해 보면 Spyder3로 캘리브레이션을 했을 때가 약 800 : 1로 Eye-1으로 했을 때에 비해 2배 가까이 높게 나왔다. Black 휘도의 목표값을 'Minimum'으로 했으므로 이는 곧 Black의 휘도를 얼마나 정확히 읽었느냐의 차이에서 나오는 것이라 하겠다. 결국 Spyder3가 저휘도를 좀 더 정확히 읽은 결과라고 하겠다.

색온도와 계조선형성 (White Point & Grayscale Linearity)

이번에는 색온도를 비교해 보겠다. Spyder3와 Eye-1 모두 일광궤적(Daylight Locus)에서 조금 윗쪽의 백색 영역을 D65로 판단하였다. (필자가 사용한 CA-210의 계측결과가 절대적으로 옳다면) 두 센서 모두 약간 Green 톤이 살짝 도는 백색을 D65로 인식한 셈이다. 이 정도의 오차는 CA-210에서도 흔히 발생하므로 어느 것이 절대적으로 맞는 지는 좀더 고성능의 측색기로 검증해야 할 것이다. 대충 셈셈이다.

대충 봐서는 둘 다 엇비슷한 결과이지만 Spyder3에 비해 Eye-1이 상대적으로 좀더 Green쪽으로 백색을 잡았다. 실제 사진이나 이미지로 비교해 보면 큰 차이는 아니지만, 어쨌든 센서에 따라 동일한 캘리브레이션 결과가 나오지 않는다는 점을 것을 보여 드리고자 한다.

이번에는 계조선형성(Grayscale Linearity) 분석이다. 거의 대등한 수준이지만 Spyder3로 캘리브레이션한 결과가 저계조쪽에서의 색온도가 약간의 편차를 보였다. 거이 무시해도 될 수준이지만 역시 센서에 따라 캘리브레이션 결과가 다를 수 있다는 점을 보여 주고 있다.

톤 재현 특성 (Tone Reproduction Characteristics)

이번에는 흔히 '감마(Gamma)'로 총칭되는 톤 재현 특성에 대해 비교해 보겠다. 먼저 정규화시킨 Gray의 톤 재현 커브를 보면 Spyder3로 했을 때와 Eye-1으로 했을 때가 동일함을 알 수 있다.

하지만 계측한 Grayscale의 휘도를 인간의 시감반응 특성인 CIE L*, 즉 Lightness와 합성해 보면 암부에서는 약간의 차이가 있음을 알 수 있다. Eye-1의 경우 sRGB나 AdobeRGB로 설정했을 때가 차이가 없었지만, Spyder3로 했을 때에는 sRGB로 캘리브레이션했을 때 암부를 약간 들어 주었다. 이는 필자가 Target 설정시 감마 2.2가 아닌 LUT로 옵션을 주었기 때문이지 센서의 차이는 아니다. 감마 선택 옵션에서 2.2 등으로 줄 때와 L*로 줄 때, LUT로 줄 때가 이런데서 차이가 난다는 점을 알려 드리고자 함이다.

색재현 범위 (Color Gamut )

요즘 광색역 패널이 많이 등장하면서 CMS에 대한 문제를 많이 일으키고 있다. 소프트웨어 캘리브레이션의 최대 약점이 바로 이 광색역 패널의 색역을 보정할 수가 없다는 것이다. 따라서, 캘리브레이터가 있다 하더라도 sRGB 등의 작은 색역을 정확하게 구현되도록 할 수 있는 것은 프로파일로 포토샵 등의 일부 프로그램에서 만 가능해 진다.

반대로 하드웨어 캘리브레이션의 장점 중 하나가 바로 이 광색역 패널의 색역을 특정 표준에 맞게 보정할 수 있다는 것이다. 물론, 하드웨어 캘리브레이션을 지원한다고 해서 다 되는 건 아니다. 앞서 리뷰해 드린 NEC 모니터에서는 이런 기능이 없었다.

색역 보정은 패널의 고유 색재현 범위(RGB 3원색의 색좌표)를 계측한 후 목표로 하는 (sRGB 등의) 3원색 색좌표로 표현되도록 3D LUT로 보정을 해 주는 것이다. 자 그럼 ColorNavigator는 얼마나 색역 보정을 잘 했을까 살펴 보자. 먼저. Eye-1으로 캘리브레이션을 한 결과이다. 아래의 그래프에서 흰색 삼각형이 2개 있는데 큰게 AdobeRGB의 색역이고 작은 것이 sRGB의 색역이다. CA-210이 광색역 패널의 Green쪽을 조금 오버해서 계측하는 경향을 감안한다면 Green과 Blue는 목표에 맞게 잘 보정된 것으로 보이는데, Red의 경우 sRGB와 AdobeRGB의 스펙보다 윗쪽으로 올라갔다. 빨간색이 아니라 조금 주황색스러운 색감이 되는 것이다.

반면에 Spyder3로 보정한 결과를 계측해 보니 Red, Green, Blue가 모두 sRGB와 AdobeRGB의 스펙에 거의 잘 들어 맞고 있다는 것을 알 수 있었다.

결론 : 강력한 하드웨어 캘리브레이션

이상으로 하드웨어 캘리브레이션이 지원되는 모니터에서 무엇을 할 수 있는지를 살펴 보았고, 또 센서에 따라 어떤 결과 차이가 나는지도 확인해 보았다. 결론적으로 정리해 드리자면 이렇다.

(1) 하드웨어 캘리브레이션 솔루션인 ColorNavigator SW는 다양한 설정기능과 만족스러운 보정 결과를 보였지만 센서에 따라 결과는 조금 차이가 났다. 

(2) 종합적으로 봤을 때 Spyder3로 캘리브레이션한 결과가 Eye-1으로 했을 때에 비해 우수했다. 

(3) 광색역 패널을 사용한 모니터에는 (색역 보정 문제 때문에) 반드시 하드웨어 캘리브레이션 기능이 필요하다.