1. 서 론
1.1. 연구배경
적외선 조사법은 가시광선보다 긴 파장인 적외선을 대상에 조사(照射)하고 반사된 파장을 감지⋅촬영하여 출력된 적외선 사진을 실물과 비교⋅분석하는 조사기법이다. 적외선은 가시광선과는 상이한 흡수반사 특성을 가지므로 이를 촬영한 사진에서 육안관찰과는 다른 정보를 획득할 수 있고, 가시광선보다 투과력이 강하기 때문에 표면 물질에 가려져 눈으로는 보이지 않는 다층 간의 정보를 획득할 수 있다. 적외선 조사는 특히 서로 다른 물질인 다양한 안료들로 표면이 구성된 회화문화유산의 조사에 활용도가 높아 적극적으로 이용되고 있으며, 이를 통해 변⋅퇴색으로 흐려지거나 오염, 덧칠, 보존⋅복원 등으로 인해 육안으로는 구분할 수 없는 대상을 분별하고 밑그림, 글자 등을 검출할 수 있다. 또한 적외선 촬영 자체는 일반적인 사진 촬영과 동일한 방식으로 수행되므로 편리함과 현장성이 뛰어나고 비파괴적이어서 기초 조사 단계에서 보편적으로 이용되고 있다.
적외선 조사를 충분히 활용하기 위해서는 고품질의 적외선 사진을 획득하는 것이 우선되어야 하며 나아가 이를 대상과 목적에 알맞게 조정하고 분석하여야 한다. 적외선 사진에 영향을 미치는 요인으로는 촬영 파장대역, 기기의 사양, 촬영 조건 및 피사체의 적외선 분광 특성을 들 수 있다. 촬영 파장대역의 경우 촬영기기의 이미지 센서와 대역(帶域) 필터에 따라 조절이 가능하며 이에 따라 어떤 파장대역에서의 분광정보를 표현했는가가 결정되기 때문에 적외선 이미징 자체에 영향을 준다고 할 수 있다. 그 외의 요소들은 계조, 해상도, 노이즈와 같은 사진 품질에 영향을 주는 요소들로, 아무리 적외선 감지 능력이 뛰어난 기기를 사용하였더라도 촬영된 사진의 품질이 떨어지면 적절한 분석에 어려움이 있으므로 역시 중요하게 고려되어야 하는 사항이다.
따라서 고품질의 적외선 사진을 얻기 위한 촬영 기법적인 연구가 다수 이루어져 왔다. Youn(2008)은 디지털카메라를 이용한 적외선 촬영 시 필터와 렌즈에 따라 개별적인 초점보정이 필요함을 명시하였으며, Joo(2014)는 조리개와 촬영 파장대역의 조절을 통하여 해상도를 개선할 수 있음을 밝히고 있다. 이와 같은 선행 연구와 카메라 기술의 발전을 바탕으로 근래에는 고해상도의 적외선 사진을 획득할 수 있게 되었다. 그러나 적외선 촬영에 지대한 영향을 주는 또 다른 요소인 노출(exposure)에 관해서는 상대적으로 연구가 부족한 실정이다. 노출은 사진을 촬영할 때 이미지 센서가 감광할 수 있도록 빛을 조사(照射)하는 것을 일컬으며, 노출이 부족하면 사진이 어둡게 표현되어 피사체의 암부(暗部)의 디테일이 사라지고 반대로 노출이 과다하면 사진이 과도하게 밝아져 명부(明部)의 디테일이 사라진다. 따라서 피사체에 따라 노출을 적절하게 조절하여야만 대상의 명암과 형태를 정확하게 표현할 수 있다. 특히 적외선 촬영에서는 색상 정보 없이 피사체의 분광 특성, 즉 어느 파장대의 적외선을 얼마나 흡수, 투과, 반사하는지에 따라 명암대비의 흑백 이미지로 나타나므로 노출이 더욱 중요하다고 할 수 있다. 부적절한 노출로 촬영된 적외선 사진은 조사 대상을 정확하게 표현하지 못하므로 정보 획득을 어렵게 하거나 잘못된 결과의 도출을 유발할 수 있을 것이다. Kim et al.(2013) 역시 적외선의 노출 기준이 부재할 시 물질에 따라 서로 다른 적외선 반사율을 동일한 농도로 기록하는 오류를 범할 수 있음을 지적하며 적외선 촬영에 적용할 수 있는 노출 기준을 제시하고자 하였다. 다만 이는 법과학 분야의 연구로서 문화유산 조사에 적용하기에는 한계가 있었다.
문화유산의 적외선 조사에서는 적외선 촬영뿐 아니라 조사 대상의 적외선 투과 여부를 인지하고 있는 것 또한 중요하다. 이는 단순히 사진을 얻고자 하는 것이 아닌 밑그림 검출, 복원 부위 식별과 같은 육안으로 구분되지 않는 정보의 획득을 목적으로 하기 때문이다. 적외선 투과 여부와 그 정도는 분광 특성과 촬영 파장대역에 따라 물질마다 제각기 다르게 나타난다. 이에 적외선 조사로 검출하고자 하는 대상이 적외선 사진상에서 어떻게 나타나는지에 관한 연구가 다수 이루어진 바 있다. 회화문화유산을 대상으로는 Youn(2008)이 밑그림 검출에 효율적인 적외선 파장대역을 탐색하였고, Kwon et al.(2024)가 바탕층에 따라 검출 효율에 차이가 있음을 밝혔으며Jang et al.(2024)의 연구에서 안료 입도와 두께 또한 밑선 검출에 영향을 미침을 확인한 바 있다. 이와 같은 선행연구를 통해 회화문화유산을 구성하는 재료의 적외선 이미징 특성이 적외선 조사에 미치는 영향과 그 중요성을 알 수 있었으나 우리나라 회화문화유산에 사용된 전통 안료를 폭넓게 다루고 있지 않은 한계가 있었다. 상기한 Jang et al.(2024)의 경우 안료를 대상으로 연구를 수행하였으나 대상이 5종의 무기안료에 그쳤으며 안료의 종류보다는 입도와 두께에 따른 영향을 분석하였다. Antonino(2016)가 안료 54종의 적외선 이미지를 보고한 바 있으나 이는 서양 회화에서 사용되는 종류와 기법을 대상으로 하여 우리나라의 사례에 적용하기에는 어려움이 있었으며 조사 기법을 주로 연구하여 안료의 이미징 특성에 있어서는 일차적인 사진 제시만 하고 있다는 아쉬움이 있었다.
1.2. 연구목적
회화문화유산은 굉장히 다채로운 색상을 가지는 조사 대상으로서 이러한 색상을 표현하기 위하여 시대와 기법에 따라 수십 종의 물질을 안료로써 사용하였다. 즉, 회화 문화유산의 적외선 조사에서는 제각기 다른 이미징 특성을 가진 다양한 피사체를 한 컷에 두고 촬영이 이루어지는 것이다. 따라서 회화문화유산의 적절한 적외선 사진을 획득하기 위해서는 피사체인 안료의 적외선 이미징 특성을 파악하고 이에 알맞은 노출 조건을 고려하여 촬영을 수행하여야 한다. 또한 오염⋅채색 등으로 인해 가려진 정보의 검출을 주요한 목적으로 하고 있는 만큼 안료의 적외선 투과 여부와 그 정도를 이해하고 있을 필요가 있다. 그러나 우리나라 회화문화유산에 사용된 전통 안료의 경우 대표적인 몇 종을 제외하고는 적외선 이미징 특성이 연구된 바가 없어 조사자의 경험과 기존 사례와의 비교를 통한 조사⋅분석이 이루어지고 있는 실정이다. 더욱이 문화유산 조사 현장은 제원, 보관 환경, 보존상태 등의 이유로 대상의 배치와 촬영 환경 조성에 어려움이 있어 촬영 조건을 충분히 제어하지 못하는 경우가 많다. 이에 피사체에 따른 적정한 노출 조건과 적외선 이미징 특성을 사전에 파악하고 고려하는 것이 더욱 필요하다고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 우리나라 회화문화유산에 주로 사용된 전통 안료를 다양한 노출 단계에서 적외선 촬영하여 안료별 적외선 이미징 특성을 파악하고 적정한 노출 정도를 제시하고자 하였다. 또한 나아가 회화문화유산의 밑선 검출을 위한 적외선 조사 사례를 모의하여 본 연구의 특성 분석 결과를 적용해 보았다.
2. 연구 대상 및 방법
2.1. 연구대상
2.1.1. 안료
기존에 조사⋅분석된 사례를 바탕으로 우리나라 회화 문화유산에서 주로 사용된 전통 안료 19종을 선정하였으며, 보존⋅수복 시 색맞춤하는 경우를 고려한 아크릴 물감 9종을 선정하여 흑색, 백색, 청색, 녹색, 적색, 황색 계통의 채색 안료 28종을 연구 대상으로 하였다. 연구 대상의 전체 목록은 Table 1과 같다. 별도의 조색을 거치지 않은 단일 성분의 안료를 사용하였으며 입도가 분류되어 있는 무기 안료의 경우 동일한 입도(#10, 평균 27 μm)의 것을 사용하였다. 아크릴 물감의 경우 여러 가지 발색 원료를 혼합하여 물감을 제작하기도 하므로 제조사에서 제공하고 있는 C.I.넘버 및 해당 원료를 Table 1 내에 함께 병기하였다.
2.1.2. 시험편 제작
2.1.1.에서 명시한 안료 28종으로 적외선 이미징 분석 및 밑선 검출을 위한 모의실험용 시험편을 제작하였다. 적외선 이미징 분석을 위한 시험편은 바탕재로 5 cm × 5 cm 크기의 아교포수한 2합순지에 채색 전 가운데에 먹으로 1 cm × 1 cm의 +표기를 하여 적외선 투과 여부를 확인할 수 있게 하였다. 전통 안료는 알아교를 중탕⋅희석한 아교수에 개어 채색하였고 아크릴 물감은 페이스트 형태의 시판품이므로 물로 농도를 조절하여 채색하였다. 육안상 바탕의 밑선(+표기)이 은폐되고 안료의 색상이 충분히 발색될 수 있도록 종류에 따라 2∼3회 반복 채색하였다. 다만 은폐력이 거의 없는 안료는 밑선이 은폐되지 않았더라도 색상이 발색되었다면 채색을 완료하였다. 현미경(DVM6, leica, Germany)을 이용하여 측정한 시험편별 채색층의 두께는 Table 2에 제시하였다. 이와 같이 제작된 시험편은 Table 3과 같다.
밑선 검출을 위한 모의실험용으로는 회화의 스케치, 밑그림, 보존⋅수복 등에서 사용되는 필기구를 2.1.1.에서 명시한 안료로 은폐한 시험편을 제작하였다. 밑선 용 필기구로는 2B연필, 유성볼펜, 흑색 아크릴 물감, 먹, 니람을 선정하였고 바탕재 및 채색 방식은 적외선 이미징 분석의 경우와 동일하다. 니람의 경우 불교 회화에서 진한 니람을 흑색 표현을 위해 사용하기도 하였다는 내용을 참고해 선정하였다. 4 cm × 6 cm로 재단한 바탕재에 상기한 것과 동일한 순서로 가로선을 그었으며(Figure 1) 우측 4 cm × 4 cm 면적만큼 안료를 채색하였다. 2.2.2.의 결과 적외선 조사 대상으로 적합하지 않았던 흑색 계열 안료와 금분은 본 시험에서는 제외하였다. 제작된 시험편은 Table 4와 같다.
2.2. 연구 방법
2.2.1. 적외선 촬영
적외선 촬영은 감지하는 적외선 파장대역이 서로 다른 디지털 적외선 카메라 및 InGaAs 카메라 2종을 이용하였다. 디지털 적외선 카메라는 일반 사진촬영에 보편적으로 사용되는 DSLR 카메라와 동일한 시스템으로 구성된 카메라로, 사용이 쉽고 촬영 품질이 우수하여 적외선 조사에서 일반적으로 사용되고 있으나 이미지 센서의 촬영 파장대역이 최대 1,000∼1,100 nm 정도로 감지할 수 있는 적외선 영역의 정보가 충분하지 않다는 한계가 있다. InGaAs 카메라는 인듐, 갈륨, 비소로 만들어진 반도체인 InGaAs를 이미지 센서로 사용하는 카메라로 촬영 파장대역이 최대 1,700∼1,900 nm 정도로 넓어 받아들이는 광량(光量)과 감지할 수 있는 정보가 디지털 적외선 카메라보다 풍부하다는 장점이 있다. 그러나 해상도가 떨어지고 화각이 좁은 단점이 있다. 본 연구에서 사용한 카메라의 사양은 Table 5와 같다. 조명은 2대의 할로겐 조명에 소프트 박스를 장착하여 플레어가 생기지 않도록 배치하였고 310 Lux의 광량을 조사하였다. 조리갯값은 적외선 촬영 시 조리갯값에 따른 해상도를 제시한 선행연구(Joo, 2014)에서 전반적으로 높은 해상도를 보인 F/5.6으로 고정하였다.
2.2.2. 적외선 이미징 분석
각 시험편별로 2.2.1.에서 명시한 조건에서 다섯 단계로 노출 스텝을 구분하여 적외선 촬영을 실시하였다. 노출 스텝은 다른 요소는 고정하고 셔터스피드만을 조절하여 조정하였다. 노출 스텝 선정은 Kim(2013)과 Kim et al.(2013)의 연구를 참조하여 제작한 4가지 명암비의 적외선용 그레이 스케일(Figure 2)을 놓고 촬영하였을 때, 이미지의 밝은 영역과 어두운 영역의 분포를 나타낸 그래프인 히스토그램을 보면서 이미지 센서로 들어오는 광량이 중간 정도인 경우를 기준으로 그보다 조금 과도한 경우, 많이 과도한 경우, 조금 부족한 경우, 많이 부족한 경우의 다섯 단계로 구분하였다. 이하 각 노출 스텝을 (0), (+1), (+2), (-1), (-2)로 표기하였으며 이를 광량을 수치화한 값인 노출값(EV)으로 변환하면 Table 6과 같다. 다만 InGaAs 카메라의 경우 디지털카메라가 아니므로 감지하는 광량을 EV값으로 변환할 수 없었다.
피사체의 어두운 영역부터 밝은 영역까지 충실하고 고르게 이미지로 표현되었을 때, 즉 계조가 풍부하면 보편적으로 적절하게 촬영된 이미지로 여겨진다. 이는 앞서 언급한 히스토그램을 통해 확인할 수 있는데, 히스토그램은 이미지 픽셀의 명암이 어떻게 분포하고 있는지를 분포 곡선으로 나타낸 것으로 따라서 히스토그램의 평균 표준편차가 크다면 명암이 고르게 분포하고 있다고 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 피사체의 적외선 사진이 적절히 촬영되었는가를 히스토그램의 표준 편찻값으로 비교하였다.
흑백의 적외선 사진에서 밑선이 검출되어 사람의 시각에 인지되기 위해서는 바탕면과 밑선의 명암대비가 있어 야한다. 따라서 본 연구에서는 촬영된 적외선 사진에서 보이는 밑선 +표기와 안료면과의 명도차(ΔL*)로 밑선 검출 효율을 비교하였다. 명도값은 다섯 포인트의 명도의 평균값을 사용하였으며, 미국 국립 표준국의 색차 인지 기준에 따라 사람이 인지할 수 있는 것으로 제시된 색차 3 이상부터 밑선을 검출할 수 있는 것으로 하였다.
위의 방법에 따라 획득한 안료 종류와 노출 단계에 따른 적외선 이미지와 이의 히스토그램 표준편차, 밑선과의 명도차를 비교하여 조건에 따른 이미지의 품질과 적외선 투과 여부를 분석하고 안료별로 적외선 촬영에 적정한 노출을 도출하였다.
3. 연구 결과
3.1. 안료별 적외선 이미징 특성
Figure 4는 모든 노출 단계에서의 연단과 석간주의 디지털 적외선 사진으로, 동일한 노출 단계일지라도 안료 종류에 따라 적외선 이미징에 차이가 있음을 볼 수 있다. 또한 노출 단계에 따라 밑선이 인지되는 정도가 다르게 보이는데 명도차 값에도 차이가 있는 것으로 나타나 노출이 검출 효율에 영향을 미침을 확인할 수 있었다. 이와 같이 안료 종류와 노출 단계에 따른 적외선 사진을 비교⋅분석한 결과, 조건에 따라 아주 어두운 검은색에서부터 아주 밝은 흰색까지 제각기 다양한 회색조의 이미지로 나타났으며 높은 히스토그램 표준편차와 명도차(이하 ΔL*)를 보인 노출 단계에서의 적외선 사진이 명암이 고르게 표현되어 계조가 풍부하고 밑선 검출 효율이 우수한 것으로 나타났다. 이에 표준편차와 명도차가 모두 높게 나타난 노출 단계를 해당 안료의 적정 노출로 제시하였으며, 밑선이 전혀 드러나지 않아 명도차가 0인 경우에는 표준편차만으로 적정 노출을 제시하였다. 모든 안료의 적 정 노출 단계 및 해당 노출에서의 적외선 사진은 Table 7, 8과 같다.
또한 육안상 유사한 회색조의 이미지로 보인다 하여도 밑선의 검출 여부에는 차이가 있는 것으로 나타났다. 예로 디지털 적외선 카메라로 적정 노출에서 촬영한 연지와 호분의 명도값은 각각 76, 75.8로 거의 동일하지만 연지는 밑선이 검출되었고 호분은 검출되지 않았으며(Figure 5), InGaAs 카메라의 경우에도 마찬가지로 적정 노출에서 촬영한 석간주와 백토를 비교하면 명도값은 92, 92.4로 유사했지만 ΔL*값은 40.6, 13.8로 검출 효율에 분명한 차이가 있었다(Figure 6). 이는 적외선 사진상 표현되는 명암은 적외선의 흡수⋅반사⋅투과 정도가 모두 합쳐져 센서에 감지된 것이므로 이것이 적외선 투과 정도와 일치한다고는 할 수 없기 때문이다.
적외선 사진상 검은색으로도 보일 만큼 어둡게 나타난 안료는 흑색 안료, 석청, 회청, 석록으로, 히스토그램 표준편차가 높은 노출 단계는 (+2) 혹은 (+1)이었으며(Figure 7, 11) 모든 노출 단계에서 ΔL*가 0으로 밑선이 전혀 검출되지 않아 적외선이 투과되지 않는 것으로 나타났다(Figure 9, 13). 흑색 안료의 성분은 적외선을 대부분 흡수하는 특성이 있는 탄소이며(Kim et al., 2011), 선행연구에 따르면 석록 역시 적외선을 대부분 흡수하고 석청의 경우 900∼1,000 nm와 1,470 nm 파장대역에서 적외선을 강하게 흡수하는 것으로 밝혀진 바 있다(Kwon et al., 2024). 따라서 이들 안료는 적외선, 즉 빛이 이미지 센서로 들어오는 양이 매우 적어졌기 때문에 사진이 어두워지고 밑선이 검출되지 않은 것으로 생각되므로 다른 안료에 비해 과노출을 주어야 명암표현이 고르게 된 사진의 획득이 가능한 것으로 판단된다.
이와 반대로 적외선 사진상 흰색으로 보일 만큼 밝게 나타난 안료로는 호분, 연백, 백토, 티타늄 화이트, 카민레드, 연단 및 등황이 있었다. 이들 안료의 히스토그램 표준 편차는 디지털 적외선 카메라에서는 (-1)∼(-2), InGaAs 카메라에서는 (0)∼(+1) 단계에서 높은 값을 보여 다른 안료에 비해 비교적 저노출에서 사진이 명암이 잘 표현된 것으로 나타났다(Figure 8, 12). 다만 밑선의 검출 효율에 있어서는 호분과 연백은 ΔL* 3 이하로 밑선이 아예 드러나지 않았거나 드러났더라도 인지하기 어려울 만큼 매우 희미하였던 것에 반해 그 외의 안료는 ΔL* 3 이상으로 밑선이 검출되었다(Figure 10, 14). 호분과 연백의 경우 안료층이 대부분의 적외선을 반사하였기에 투과된 것이 없어 밑선이 검출되지 않았으며 과도한 양의 빛이 센서로 들어가 사진이 밝아진 것으로 판단된다. 실제로 연백은 적외선 반사율이 매우 높은 것으로 밝혀진 바 있다(Kwon et al., 2024). 이와 반대로 백토, 티타늄 화이트, 카민 레드, 연단, 등황은 적외선이 많이 투과되어 투과된 적외선이 채색층 아래의 바탕재에서 흡수반사 되는 정도가 적외선 이미징에 영향을 주었을 것으로 생각되는데, 바탕재인 순지는 닥지의 일종으로서 적외선 반사율이 매우 높다(Kwon et al., 2024). 따라서 채색층을 대부분 투과한 적외선이 바탕재인 순지에서 다량 반사되면서 카메라 센서로 많은 양의 빛이 들어가 밑선은 검출되면서도 적외선 사진은 밝게 촬영된 것으로 생각된다. 다만 이러한 안료의 명확한 적외선 반사 스펙트럼이 보고된 사례가 거의 없어 이를 명확하게 분석하기에는 어려움이 있었다. 디지털 적외선 카메라로 촬영한 백토의 ΔL*는 (-2) 노출에서 10.2로 가장 높고 노출 단계가 높아질수록 감소하였으며, 등황 또한 (-1) 노출에서 52.2로 가장 높고 노출 단계가 높아질수록 감소하였다. 이와 같이 적외선 사진상 밝게 나타나는 해당 안료들은 높은 노출 단계에서는 오히려 검출 효율이 떨어졌으므로 촬영 시 노출을 적게 주어 이를 조절하여야 할 것으로 판단된다.
일반적으로 적외선이 잘 투과될 것으로 여겨지는 유기 안료의 경우 등황, 카민 레드, 삽 그린과 같이 매우 높은 ΔL*을 보인 안료도 있는 반면 니람, 연지의 경우 ΔL* 3 이상으로 밑선이 검출되기는 하였으나 그 값이 비교적 낮아 효율이 뛰어나다고는 할 수 없었다(Figure 9, 10, 13, 14). 또한 광물계 안료 간에서는 앞서 적외선을 대부분 흡수하여 검출이 불가능한 것으로 언급한 석청, 석록과 달리 자황과 웅황은 자황이 모든 노출 단계에서 ΔL* 12 이상, 웅황은 ΔL* 11.6 이상으로 밑선의 검출이 가능하였다(Figure 10, 14). 황토, 오커 옐로, 석간주, 뇌록과 같은 토양성 안료의 경우에는 종류에 따라 정도의 차이는 있었으나 대부분 모든 노출 단계에서 명암표현이 잘 되었고 밑선이 검출되었다(Table 7, 8). 다만 뇌록은 ΔL* 3 이하로 밑선이 검출되지 않았고 적외선 반사율이 매우 낮은 것으로 밝혀진 바 있으므로(Kwon et al., 2024) 다른 토양성 안료에 비하여 적외선을 많이 흡수하는 것으로 생각된다.
금분의 경우 광택이 있는 금을 가루로 하여 채색하는 안료로서 적외선을 완전히 반사시켜 모든 노출 단계의 사진에서 광택이 나타나고 밑선이 전혀 검출되지 않아 적외선 이미지 분석에 적합하지 않았으므로 히스토그램 표준편차 및 ΔL*값을 구할 수 없었다.
두 종의 카메라 사이에서도 적외선 이미징에 차이가 있었다. 전반적으로 디지털카메라보다 InGaAs 카메라의 적외선 사진상에서 적외선을 흡수하는 흑색 안료, 석청, 회청, 석록이 매우 어둡게 표현되어(Table 8) 암부(暗部)의 감지 능력이 뛰어난 것으로 생각되었다. 또한 InGaAs 카메라의 경우 명도가 높은, 밝게 촬영된 사진에서도 계조가 풍부하게 표현되었으며(Figure 11, 12), 검출 효율에 있어서도 비교적 높은 ΔL*값을 보여 더 우수하였다(Figure 13, 14). 따라서 동일한 안료일지라도 카메라에 따라 적정 노출 단계가 다르게 도출되었다. 특히 석간주의 경우 디지털 적외선 카메라에서는 모든 노출 단계 중 가장 높은 ΔL*가 13.6(Figure 10)인 것에 반해 InGaAs 카메라에서는 최소 23.4에서 최대 40.6(Figure 14)으로 InGaAs 카메라의 밑선 검출 효율이 뛰어났다(Figure 15). 이러한 양상은 석간주, 백토, 황토, 오커 옐로와 같은 토양 계열의 안료에서 두드러지게 나타났다. 다만 InGaAs 카메라의 해상도가 낮아 적외선 사진을 컴퓨터 프로그램으로 후처리하여 실물과 비교 분석하는 것에는 상대적으로 어려움이 있었다.
3.2. 적정 노출에서의 밑선 검출
연단을 채색한 시험편의 적외선 사진(Figure 16)을 살펴보면, 연단의 적외선 촬영에 적정했던 (-1) 노출 단계에서 밑선이 가장 잘 드러났고 (+2)와 같이 적합하지 않은 노출 단계에서는 밑선을 구분하기 어려웠다. 또한 아크릴 블랙과 먹으로 그은 밑선은 검출되었으나 2B연필은 보이지 않았다.
위와 같은 밑선 검출을 위한 모의시험 결과를 종합하여 보면, 안료의 종류와 노출에 따라 검출 효율에 차이가 있고 전반적으로 3.1.에서 도출된 안료별 적정 노출에서 가장 검출이 잘 되는 것으로 확인되었다. 다만 3.1.에서 적외선을 투과시키지 않는 것으로 나타난 안료의 경우에는 본 시험에서도 밑선이 검출되지 않았다(Table 9, 10). 필기구의 종류에 따라서는 유성볼펜이 적외선 사진에선 전혀 보이지 않아 적외선 조사로는 존재 여부를 확인할 수 없는 것으로 나타났고 니람 역시 거의 검출되지 않았다. 2B연필과 아크릴 블랙, 먹은 모두 주성분이 적외선을 강하게 흡수하는 탄소로서 이들로 그은 선은 적외선 이미지에 어둡게 나타나 대부분 검출이 가능하였는데 다만 조건에 따라 드러나지 않는 경우도 있었다. 특히 연필이 아크릴 블랙과 먹에 비해 충분히 어둡게 나오지 않아 비교적 검출에 어려움이 있었다. 이는 연필이 탄소 성분인 흑연과 광물인 점토가 혼합된 것이므로 탄소로만 구성된 아크릴 블랙과 먹보다는 적외선 흡수를 적게 하기 때문으로 생각된다. 따라서 적외선이 연필을 감지할 만큼 안료를 투과하지 못하거나 채색된 안료와 연필이 적외선 사진상 유사한 명도로 나타나 구분이 되지 않는다면 검출이 어려울 것으로 보인다.
4. 고찰 및 결론
적외선 조사에서는 조사 대상을 충분히 표현한 고품질의 적외선 사진이 바탕이 되어야 대상의 정보를 알맞게 획득하고 조사의 목적을 달성할 수 있다. 이를 위해서는 적외선 촬영을 수행함에 있어 대상의 적외선 이미징 특성을 이해하고 촬영 조건을 조절할 필요가 있으나 우리나라 회화문화유산에 주로 사용된 전통 안료의 경우 이러한 정보가 부족한 실정이다. 이에 본 연구에서는 전통 안료와 보존⋅수복에 사용되는 아크릴 물감의 적외선 이미징 특성을 분석하였으며 특히 노출량이 적외선 사진에 미치는 영향에 주목하여 안료 종류에 따라 적합한 노출 정도를 제시하였다. 또한 감지하는 파장대역이 다른 두 종류의 적외선 카메라 간의 적외선 이미징 특성을 비교하여 그 차이를 확인하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다.
1. 안료의 종류에 따라 적외선 사진상의 회색조와 투과 정도에 차이가 있으며, 노출량에 따라 동일한 안료일지라도 적외선 사진의 계조가 달라짐을 확인하였다. 이에 히스토그램을 바탕으로 계조가 풍부한, 즉 명암 표현이 충실하면서도 밑선 검출 효율이 좋았던 노출 단계를 해당 안료의 적정 노출로 제시하였으며, 적정 노출 단계는 안료의 종류에 따라 모두 다르게 나타났다. 적외선을 많이 흡수하는 안료를 대상으로는 그레이 스케일에 맞춘 기준보다 과노출로 촬영하여야 하며 적외선을 많이 반사하는 안료는 저노출로 촬영하여야 알맞은 적외선 사진을 획득할 수 있었다. 잘못된 노출에서의 적외선 사진은 밑선과 안료면과의 명도차가 상대적으로 떨어졌으므로 검출에 어려움이 있어 특히 주의가 필요할 것으로 생각된다. 다만 적외선 투과량이 많은 안료의 경우에는 투과된 적외선이 바탕재에서 흡수⋅반사되는 정도가 이미징에 영향을 미치는 것으로 나타났으므로 안료와 바탕재의 적외선 분광 특성이 함께 고려될 필요가 있었다.
2. 안료별로 도출된 적정 노출에서의 적외선 이미지를 제시하였다. 적외선을 많이 흡수하여 검정에 가까울 만큼 어둡게 표현된 것은 먹, 아크릴 블랙, 석록, 석청, 회청이 있었으며, 그 외에는 적외선 분광 특성에 따라 다양한 회색조로 나타났다. 적외선을 대부분 흡수하거나 반사시켜 채색층을 투과하지 못해 밑선이 검출되지 않는 안료로는 먹, 아크릴 블랙, 석록, 석청, 회청, 호분, 연백이 있었다. 그 외에는 밑선이 검출되나 그 효율은 안료에 따라 차이가 있었으며 안료의 성분 분류에 따른 경향성은 없었다. 또한 안료 자체는 유사한 회색조로 나타나더라도 검출 효율에는 차이가 있었으므로 적외선 사진을 해석함에 있어 표현된 회색조와 적외선 투과 여부를 혼동하지 않도록 주의가 필요할 것으로 생각된다.
3. 적외선 카메라의 종류, 즉 감지하는 적외선 파장대역의 차이에 따라 촬영된 적외선 사진의 회색조와 검출 효율, 적정한 노출 단계에 차이가 있었다. 넓은 영역의 적외선을 감지하는 InGaAs 카메라의 적외선 사진에서 디지털 적외선 카메라의 사진에 비해 안료면과 밑선 사이의 명도차가 전반적으로 더 높아 검출 효율이 우수하였으며 이는 특히 토양 계열 안료에서 뚜렷하게 나타났다. 또한 대상의 적외선 흡수량에 따라 대비가 뚜렷하면서도 매우 밝은 영역의 표현에도 유리하였다. 다만 해상도가 떨어져 촬영된 사진을 디테일하게 해석하고 후보정하기에는 비교적 어려움이 있었다. 동일한 대상을 촬영할 경우 InGaAs 카메라 촬영에서는 디지털 적외선 카메라에 비해 노출을 더 주는 것이 효과적이었다.
본 연구 결과, 회화문화유산의 적외선 조사에 있어 안료에 따라 노출에 차이를 두고 촬영할 필요가 있으며 적정하지 않은 노출에서 촬영된 적외선 사진에서는 밑선의 검출 효율이 떨어져 극단적인 경우 검출이 가능할 수 있었던 대상에게서도 밑선을 발견하지 못할 수 있는 것으로 드러났다. 특히 적외선 이미징 특성의 차이가 큰 안료 간에는 적정한 노출의 차이 또한 매우 큰 것으로 나타났으므로 이와 같은 안료들이 혼재되어 있는 경우에는 노출 조절에 더욱 주의를 기울여야할 것으로 판단되었다. 그러나 회화문화유산의 적외선 촬영에서는 한 컷의 사진에 다양한 안료가 같이 촬영되는 경우가 대부분으로, 그레이 스케일 등을 통해 설정한 기준 노출이나 단일 노출만으로 는 모든 안료가 알맞게 표현되지 않아 적외선 사진의 해석 및 활용에 어려움이 있을 수 있다. 따라서 대상에 채색된 안료에 따른 적정 노출에서 조사가 실시되어야하며, 다만 경우에 따라서는 일부 안료의 표현에 불리하더라도 조사의 목적에 부합하는 안료에 노출을 맞춘 촬영 및 사진의 비교분석이 이루어져야 할 것으로 생각된다. 또한 안료와 노출에 따른 이미징 특성을 반영하고 명시한 조사 결과를 제시하여 이를 이해하는데 오류가 발생하지 않도록 주의하여야 할 것으로 생각된다. 그러나 실제 적외선 조사 현장에서는 문화유산의 형태, 위치, 상태 등 다양한 이유로 조명을 충분히 사용하지 못하거나 강한 햇빛 아래에서 촬영을 실시하여야 하는 경우와 같이 노출 조절에 한계가 있을 수 있으며, 조사를 다 회 실시할 수 없어 한 번의 조사로 최대한 고품질의 적외선 사진을 획득하여야 하는 어려움이 있을 수 있다. 이와 같이 문화유산의 적외선 조사는 대상에 따라 다양하고 표준화할 수 없는 현장에서 이루어지기 때문에 더더욱 안료의 적외선 이미징 특성을 사전에 파악하고 고려하여야 적외선 촬영의 효율과 질을 높이고 나아가 적외선 사진을 실물과 비교⋅분석함에 있어 판단의 정확성과 활용도를 높일 수 있을 것으로 생각한다. 이에 회화문화유산에 사용된 안료의 노출에 따른 적외선 이미징 특성을 제시한 본 연구의 결과를 활용할 수 있을 것으로 기대한다. 다만 실제 회화문화유산의 채색에는 안료를 혼합하거나 중첩하여 채색하는 기법이 많이 사용되었으며, 적외선을 투과시키는 안료의 경우 바탕재의 적외선 분광 특성이 적외선 이미징에 영향을 미치는 것으로 나타난 바 있으므로 본 연구의 결과를 바탕으로 이와 같은 사례에 적용할 수 있는 추가 연구가 필요할 것으로 생각된다.
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