Почему 18% серого считается в середине для фотографии?

Недавно я слышал, как кто-то (фотограф) сказал, что 18% серого - это половина между черным и белым, а не 50%. Это показалось мне немного нелогичным, и когда я спросил ее, почему, она ответила, что не знает. Прочитав несколько статей в Интернете, я обнаружил, что 18% часто называют средне-серым и воспринимаются как половина восприятия . Это 18% по какой-то причине на полпути между черным и белым, и если да, то почему (возможно, эти проценты работают по нелинейной шкале по любой причине ...). Если нет, то почему мы думаем, что 18% - это половина пути, а не 50%. Мы видим цвет нелинейно? , наши камеры захватывают свет нелинейно, или это просто иллюзия относительной яркости .

После прочтения вопроса, который якобы является дубликатом, я все еще не понимаю, почему Ансель Адамс выбрал 18%, это было наглядно? Или почему он был так широко принят. Это число произвольно? только то, что кто-то выглядел правильно ... или у него есть какое-то обоснованное заявление о том, что он является средне-серым, из-за восприятия (кажется, что наши глаза видят вещи линейно, камеры делают то же самое?) или по другим техническим причинам.

История гласит , что Ансель Адамс придумал «18% серой» фигура. Еще во времена сенной киносъемки он разрабатывал систему зон и должен был определить «средне-серый». Это был судебный звонок. В конце концов, идея пришла в голову, но кинокомпании и операторы выбрали свой собственный средний серый. Это забавный факт, что ваша цифровая камера, вероятно, использует что-то вроде 12% серого в качестве среднего серого.

Какой бы ни была цифра, идея среднего серого не в том, что она «отражает 50% света». Или даже то, что «это на полпути между поглощением всего света (чисто черного) и отражением всего света (чисто белого)». Это связано с вашим восприятием.

Ваши глаза - логарифмические детекторы. То есть, если источник становится ярче в 4 раза, он будет казаться вам ярче в 2 раза. Если он увеличивается в 32 раза, он будет казаться ярче только в 5 раз. Если он увеличивается в яркости в 128 раз, он будет казаться вам только в 7 раз ярче.

Выше не фактические цифры. Как вы можете себе представить, измерить, насколько яркие вещи кажутся людям, очень сложно и варьируется от человека к человеку. Важно то, что именно эта странная логарифмическая природа ваших глаз удерживает средний серый цвет от 50%.

Стоит взглянуть на гамма-диаграмму для дополнительной перспективы, когда вы думаете об этом. Стандартная гамма дисплея, например, составляет 2,2. Кривая выглядит так:

50% серого в 8-битном пространстве равно 127 (горизонтальная ось). Это соответствует ~ 20% яркости дисплея. Как для отображения, так и для печати концепция гаммы важна, поскольку она обеспечивает отображение или преобразование между линейными данными (камера / изображение) и логарифмической чувствительностью человеческого глаза.

Человеческий глаз может разрешить что-то порядка 10-14 диафрагм динамического диапазона при фиксированном размере зрачка. Это примерно на 3 ступени лучше, чем у лучших зеркальных фотокамер, снимающих в 14-битном формате RAW. Наш мозг также способен использовать все эти данные одновременно - как будто у нас есть 16-битный процессор изображений RAW, встроенный в нашу зрительную кору [*], и он автоматически регулирует уровни подсветки и тени и т. Д., Чтобы получить идеальную экспозицию в реальном времени. ~ 18% серого - это просто эмпирическое значение, которое соответствует обработке, которую наши глаза естественным образом применят к сцене, которую они видят.

Это эмпирический, потому что он работает и выглядит серо-серым в типичной сцене. Однако глаз легко обмануть и он чрезвычайно чувствителен к контексту. Мозг будет беспощадно фотошопить то, что видят глаза, чтобы попытаться понять это, и серые обычно воображаются как любой оттенок, который имеет смысл для нас. Классическая иллюзия этого такова:

где Aи Bквадраты идентичны по яркости. Так что, да, глаз чрезвычайно нелинейный и, более того, даже не является равномерным при визуализации в нашем поле зрения. Темнота становится ярче, яркость темнее, и вся сцена сильно сжата в узкий диапазон восприятия, из которого мы можем извлечь детали.

Я думаю, что при съемке сцен с большим динамическим диапазоном это интуитивно понятно для фотографов - нам действительно нужно работать в посте, чтобы сбалансировать сцену с большим динамическим диапазоном в форму, которая кажется похожей на то, что воспринимает глаз. Когда мы можем управлять светом, мы добавляем его много - заполняй, заполняй, заполняй . Чтобы получить сбалансированную цветную фотографию, которая не требует большого количества постов, мы должны добавить как можно больше света, чтобы заполнить темные области сцены - максимально уменьшить динамический диапазон, чтобы сделать сцену более плоской и более равномерно освещенный (как наш мозг пытается делать со сценами, которые мы видим).

Чтобы ответить на комментарий ниже, это взято из изображения выше, чтобы подчеркнуть:

[*] Чтобы быть более точным, для тех, кто желает этого, часть начальной обработки и сжатия изображения выполняется несколькими слоями специализированных ячеек непосредственно за сетчаткой, прежде чем информация отправляется в мозг.

Даже помимо проблем с восприятием, широта экспозиции пленки - еще одна причина в пользу 18% серого. Если попытаться выставить сцену так, чтобы средний серый тон на сцене давал значение экспозиции 50%, то все, что было даже в два раза ярче, чем среднее, было бы полностью взорвано. Если попытаться выставить сцену так, чтобы средний серый тон на сцене дал среднее значение, например, 5%, то вещи, которые были тусклее, чем в среднем, вряд ли были бы выставлены вообще. Если использовать указание, что типичная 35-миллиметровая пленка имеет пять диафрагм широты, 18% серого будет выпадать почти точно посередине этого (2,47 диафрагмы по сравнению со 100%), что ставит ее прямо в середину пяти футов. стоп-диапазон.

Обратите внимание, что процесс съемки и печати негативной пленки создает нелинейное поведение, которое сильно отличается от поведения цифровых камер. Области пленки, которые не подвергаются воздействию света, должны быть как можно более прозрачными, а получаемый отпечаток должен быть сплошным черным. Для получения хорошего сплошного черного отпечатка потребуется достаточно длительное экспонирование, чтобы участки пленки, достаточно близкие к прозрачным, также печатались как черные. Таким образом, если кто-то хочет, чтобы на отпечатках было хорошее чистое черное, то вещи, которые не должны быть черными, должны иметь определенный минимальный уровень воздействия, чтобы они не исчезали в ничто. С другой стороны, требуется много света, чтобы превратить пленку в абсолютно черную; даже часть сцены, которая значительно переэкспонирована, может сохранять некоторые детали.

При цифровой съемке все немного по-другому: яркие области более склонны насыщаться (теряя все детали), а темные области выглядят «шумными». Как правило, темные области по-прежнему содержат значительные детали, даже если они настолько недоэкспонированы, что шум доминирует. Поскольку разные камеры имеют различное количество шума (и уровень шума варьируется в зависимости от различных условий), средняя точка «идеальной экспозиции» для цифровой камеры часто может сильно отличаться от того, что было бы для пленки.

Я хотел бы добавить, что глаза и эмульсия галогенида серебра, естественно, имеют логарифмический отклик, в отличие от датчиков CCD / CMOS, по той же основной причине.

Рассмотрим участок молекул, распределенных по фокальной плоскости. Несовместимый стимул (два фотона, попадающие на кристалл в определенном временном окне, в случае пленки) записывается путем изменения состояния этой молекулы (молекулы органического красителя или кристалла AgX), эта единица теперь используется . Подумайте, когда половина юнитов уже поражена: у другого стимула есть 50% шанс попасть в тот, который уже используется, поэтому ничего не добавляет. Для того, чтобы сделать такое же затемнение, требуется вдвое больше входящего света, чем в нетронутой области.

Теперь двухфотонный процесс усложняет ситуацию, но общая форма распределения является такой же кривой. Я помню, как читал о «двери зомби» в математической колонке. Представьте себе красную ковровую дорожку, ведущую к стене с дверью в одном узком месте. Зомби регулярно располагаются в ряд, спускаясь по ковру, и каждый случайным образом (равномерное распределение) располагается из стороны в сторону.

Распределение зомби, проходящих через дверь, называется обратным бревном . А теперь представьте, что по всей стене есть ряд дверей, похожих на банк-турникет метро. Каждая дверь может быть использована только один раз. Позже, после экспозиции, вы отмечаете, сколько использовалось турникетов против неиспользованных.

Без современной электроники трудно смотреть на пластырь и говорить, что это оптическая плотность хх%, но крупнозернистая пленка и микроскоп позволят вам подсчитать, сколько черных точек (открытых кристаллов) находится в квадрате образца. Я не знаю, как он определил линейное покрытие на основе тестовых экспозиций: эмпирически, делая одноступенчатые приращения, вы можете найти возможности мультимедиа и указать на середину. Но как узнать, что это 18% по линейной шкале без денситометра? Может быть, смешивание пигментов в соотношениях, так что это происходит из традиции рисования.

Насколько я понимаю, 18% серого считается средней отражающей способностью света от окружающего нас мира - не снега (около 90%) или черного кота в угольной шахте на другом конце, а среднее значение в среднем за день. Трава, например, отражает около 18% серого, поэтому, если вы читаете свой счетчик, вы можете взять показания с травы, а затем рассчитать оттуда. Кавказская кожа считается серой на 36%, поэтому вы можете отмерить руку, а затем компенсировать ее до 18%, открыв или закрыв стоп - это для пленки, как негативной, так и прозрачной.

Хорошо ... карта с 18% отражением кажется человеческому глазу средне-серой. Более формально заявлено: объект с относительной яркостью 18% (относительно эталонного белого) будет иметь яркость 50%. Это не какое-то случайное число. Это является следствием нашего нелинейного восприятия яркости.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Lightness

Другие ответы не являются неправильными. «18%» также связано с миром видео: если гамма монитора равна 2,4 и вы даете ему 50% сигнал, то световой выход составляет 0,5 ^ 2,4 = 19%.

По волшебному совпадению аналоговые видеосигналы и файлы цифровых изображений (sRGB) или сигналы (BT.1886) кодируются почти одинаково для восприятия. 50% сигнал дает 18-19% яркости, но это воспринимается как прибл. 50% легкость. Количество с "-ness" в имени всегда связано с человеческим восприятием.

Позднее видеоиндустрия попыталась количественно оценить восприятие легкости и единообразие восприятия. Питер Бартен (Philips) заложил большую часть работы, в результате чего защитил кандидатскую диссертацию и подготовил резюме (SPIE 2004). Эта работа была использована компанией Dolby для стандартизации «Воспринимаемого квантизатора», это OECF для HDR TV, как написано в стандарте SMPTE 2084. Позже Пойнтон, Найлэнд и я опубликовали новую формулу для той же кривой OECF и назвали ее функция «Barten Lightness» (SMPTE MIJ 2015). Это предполагает идеальную адаптацию глаз к среднему уровню яркости, где бы это ни было.

Эта формула показывает, что восприятие человеческой легкости следует гамма-кривой (1 / 2,07) при слабом освещении (<0,1 нит) и логарифмической кривой при ярком свете (> 1 нит). С этой формулой соотношение «50% Lightness = 18% Luminance» является точным только для 18% против 100% от 0,57 нит. Например, 10,9% из 10 нит или 5,6% из 100 нит или 2,4% из 1000 нит или 0,9% из 10000 нит Яркость также воспринимается как легкость 50%. Опять же, это после идеальной адаптации глаза к последовательным раздражителям, а не при показе рядом.

Если вы хотите узнать больше, я предлагаю вам посмотреть кандидатскую диссертацию Чарльза Пойнтона, наша формула легкости приведена на стр. 93.

Обратите внимание, что доктор Бартен исследовал только черно-белое восприятие, поэтому все полученные из него данные действительны только для шкалы серого. Применение единообразия восприятия к цветным изображениям - это другое дело, и мы также сделали это. Все это было сделано в контексте широкого динамического диапазона и широкой цветовой гаммы телевидения.

Небольшая история поможет вам понять назначение серой карты:

В середине 1930-х гг. Господа Джонс и Кондит из Лаборатории Kodak определили, что статистически типичная освещенная солнцем сцена интегрируется с показателем отражения около 18%. Примерно в это же время Western Electric Company выпустила на рынок первый экспонометр. Kodak Labs публикует рекомендации; поместите коробку фильма Kodak в сцену. Кажется, на коробке отразилось 18% окружающего света. Теперь измерьте отраженный свет сверху коробки и используйте это значение, чтобы установить экспозицию.

В 1941 году известный фотограф-пейзажист Ансель Адамс и его друг Фред Арчер, редактор фото-журнала, совместно опубликовали систему зон, которая предоставила фотографам метод точной настройки экспозиции. Их система зон вращается вокруг использования 18% плаката (линкор серый). Эта карта заменяет коробку Kodak. 18% серая цель стала стандартом де-факто. Сегодня скорость пленки и бумаги, а также цифровая микросхема откалиброваны, а для пленки и цифрового ISO используется 18% серая карта.

Из-за ошибок, связанных с измерением отраженного света, появился второй метод измерения, называемый методом считывания в падающем свете. Этот метод размещает прозрачную сферу над входом экспонометра. Измеритель расположен близко к объекту и направлен назад к камере. Таким образом, измеритель измеряет свет непосредственно перед тем, как ударить по предмету (случай, когда должно произойти старое французское слово).

Метод инцидента дает те же показания, что и отраженный измеритель, взятый из серой карты, однако он устраняет большинство ловушек, связанных с размещением и размещением счетчика. В освещенных солнцем перспективах фотограф может просто повернуться и направить прибор назад на воображаемую камеру. Этот метод очень точен и был принят голливудскими операторами, потому что они снимают сцену и, возможно, сто тысяч долларов едут на правильной экспозиции. ,

Технический материал: когда негативная пленка правильно экспонируется и обрабатывается, изображение серой карты на пленке будет отображаться с определенным оттенком серого. Этот оттенок голубого цвета эквивалентен фильтру нейтральной плотности с коэффициентом 5,5, он снижает светопропускание на 2 ½ ступени. Когда написано в процентах это значение составляет 18%.

Когда изображение этой серой карты на негативе напечатано, и если бумага для печати экспонирована и разработана в соответствии со спецификацией, полученное изображение серого плаката на бумаге для печати будет иметь такую ​​же 18% отражательную способность, что и оригинальная серая карта.

Суммирование - 18% плакат является единственным тоном, который: 1. В действительности он имеет 18% отражающей способности. 2. Полученное изображение серой карты на негативе имеет пропускную способность 18%. 3. На отпечатке изображение серой карты совпадает с оригинальной серой картой, отражающей 18%.

Это значение 18% является ключевым тоном или осью фотографической системы - пленка - цифровая - и литография. Это наука, а не догадка.

Еще гоблиды от Алана Маркуса

Это сбивало с толку и меня тоже годами. Проще говоря, среднее количество света, отраженного от окружающих нас предметов, составляет 18%. Некоторые вещи темнее, некоторые - ярче. Но 18% это в среднем. Наши глаза будут воспринимать эту среднюю отражательную способность как средний оттенок для бликов и теней вокруг нас. Некоторые другие люди использовали математику и графики, чтобы объяснить разницу между линейным и логарифмическим данными. Но я просто счастлив узнать, что 18% прямого света на моем объекте отражается на мне, и это даст мне мой средний тон, в котором могут танцевать мои блики и тени.