Dlaczego 18% szarości uważa się za środek fotografii?

Ostatnio słyszałem, jak ktoś (fotograf) powiedział, że 18% szarości jest w połowie drogi między czernią a bielą, a nie 50%. Wydawało mi się to trochę nielogiczne, a kiedy zapytałem ją dlaczego, powiedziała, że ​​nie wie. Po przeczytaniu kilku artykułów online odkryłem, że 18% jest często określane jako średni szary i uważane za w połowie percepcyjnie . To 18% z jakiegoś powodu w połowie drogi między czernią a bielą, a jeśli tak, to dlaczego (może te procenty działają w skali nieliniowej z jakiegokolwiek powodu ...). Jeśli nie, dlaczego uważamy, że 18% to połowa, a nie 50%. Czy widzimy kolor nieliniowo? , czy nasze kamery przechwytują światło nieliniowo, czy jest to tylko rodzaj iluzji względnej jasności .

Po przeczytaniu pytania, które jest podobno duplikatem, nadal nie rozumiem, dlaczego Ansel Adams wybrał 18%, czy było to coś wizualnego? Lub dlaczego zostało tak szeroko przyjęte. Czy ten numer jest dowolny? tylko to, co ktoś wyglądał poprawnie ... lub może mieć jakieś uzasadnione twierdzenie, że jest środkowo szary, z powodu percepcji (wydaje się, że nasze oczy widzą rzeczy liniowo, czy aparaty robią podobnie?) lub z innych przyczyn technicznych.

Historia głosi, że Ansel Adams wymyślił „18% szarości” figury. W siódmym dniu fotografii filmowej rozwijał system stref i musiał zdefiniować „środkowy szary”. To było wezwanie do sądu. W końcu pomysł się przyjął, ale firmy filmowe i fotograficzne wybrały własną, średnią szarość. To zabawny fakt, że Twój aparat cyfrowy prawdopodobnie używa czegoś więcej niż 12% szarości jako średniej szarości.

Niezależnie od liczby, idea środkowej szarości nie polega na tym, że „odbija 50% światła”. Lub nawet, że „jest w połowie drogi między pochłanianiem całego światła (czysta czerń) a odbijaniem całego światła (czysta biel)”. Ma to związek z twoją percepcją.

Twoje oczy to detektory logarytmiczne. Oznacza to, że jeśli źródło staje się jaśniejsze 4- krotnie, wydaje ci się jaśniejsze tylko 2-krotnie. Jeśli wzrośnie 32-krotnie, będzie wydawać się jaśniejszy tylko 5-krotnie. Jeśli zwiększy jasność o współczynnik 128, będzie ci się wydawać 7-krotnie jaśniejszy.

Powyższe nie są faktycznymi liczbami. Jak możesz sobie wyobrazić, mierzenie, jak jasne rzeczy wydają się ludziom, jest bardzo trudne i różni się w zależności od osoby. Ważne jest to, że ta dziwna logarytmiczna natura twoich oczu sprawia, że ​​średni szary nie jest równy 50%.

Warto zastanowić się nad mapą gamma w celu uzyskania dodatkowej perspektywy. Na przykład standardowa gamma wyświetlania wynosi 2,2. Krzywa wygląda następująco:

50% szarości w 8-bitowej przestrzeni wynosi 127 (oś pozioma). Jest to zgodne z ~ 20% mocy luminancji wyświetlacza. Zarówno w przypadku wyświetlania, jak i drukowania koncepcja gamma jest ważna, ponieważ zapewnia odwzorowanie lub konwersję między danymi liniowymi (kamera / obraz) a wrażliwością logarytmiczną ludzkiego oka.

Ludzkie oko potrafi rozpoznać coś w zakresie 10-14 zakresów przysłony zakresu dynamicznego przy stałym rozmiarze źrenicy. Jest to nawet o ~ 3 stopnie lepsze niż najlepsze lustrzanki z 14-bitowym RAW. Nasz mózg jest również w stanie wykorzystywać wszystkie te dane naraz - to tak, jakbyśmy mieli 16-bitowy procesor obrazu RAW wbudowany w naszą korę wzrokową [*] i automatycznie dostosowuje poziomy świateł i cieni itp., Aby uzyskać idealną ekspozycję w czasie rzeczywistym. ~ 18% szarości to tylko wartość empiryczna, która pasuje do przetwarzania, które nasze oczy naturalnie zastosują do sceny, którą widzą.

Jest empiryczny, ponieważ działa i wygląda na średnio szary w typowej scenie. Oko można łatwo oszukać i jest niezwykle wrażliwe na kontekst. Mózg bezlitośnie fotografuje to, co widzą oczy, aby spróbować to zrozumieć, a szarości są rutynowo wyobrażane jako każdy cień, który ma dla nas sens. Klasyczna iluzja tego jest następująca:

gdzie Ai Bkwadraty mają identyczną jasność. Tak więc oko jest niezwykle nieliniowe, a ponadto nie jest nawet jednolite w renderowaniu w naszym polu widzenia. Ciemności są rozjaśniane, jasności są przyciemniane, a cała scena jest mocno skompresowana do wąskiego zakresu percepcyjnego, z którego możemy wydobyć szczegóły.

Wydaje mi się, że fotografowanie scen o wysokim zakresie dynamicznym jest intuicyjne dla fotografów - naprawdę musimy pracować na miejscu, aby zrównoważyć scenę o wysokim zakresie dynamicznym do formy, która wygląda podobnie do tego, co postrzega oko. Kiedy możemy kontrolować światło, dodajemy DUŻO tego - wypełnij, wypełnij, wypełnij . Uzyskanie zrównoważonego, kolorowego zdjęcia, które nie wymaga dużej ilości postów, wymaga dodania jak największej ilości światła, aby wypełnić ciemne obszary sceny - zmniejszając możliwie jak najbardziej zakres dynamiczny, aby uzyskać scenę bardziej płaską i bardziej równomiernie oświetlone (tak jak nasz mózg próbuje zrobić ze scenami, które widzimy).

Aby odpowiedzieć na poniższy komentarz, jest on pobierany z powyższego obrazu w celu podkreślenia:

[*] Mówiąc ściślej, dla tych, którzy tego chcą, niektóre wstępne przetwarzanie obrazu i kompresja są wykonywane przez kilka warstw wyspecjalizowanych komórek bezpośrednio za siatkówką, zanim informacje zostaną przesłane do mózgu.

Nawet poza kwestiami percepcyjnymi, szerokość ekspozycji filmu to kolejny powód, aby faworyzować 18% szarości. Gdyby próbować wyeksponować scenę, aby średni odcień szarości na scenie dawał wartość ekspozycji wynoszącą 50%, wówczas wszystko, co było nawet dwa razy jaśniejsze niż średnia, zostałoby całkowicie wysadzone. Gdyby próbować wyeksponować scenę, aby średni odcień szarości na scenie dawał średnią wartość np. 5%, wówczas rzeczy, które były ciemniejsze niż przeciętnie, w ogóle nie byłyby narażone. Jeśli zastosujemy wytyczną, że typowy film 35 mm ma pięć szerokości przysłony szerokości geograficznej, 18% szarości spadnie prawie dokładnie w połowie tego (2,47 przysłony względem 100%), ustawiając go dokładnie na środku pięciu -zakres zasięgu.

Należy pamiętać, że proces kręcenia i drukowania filmów negatywowych tworzy zachowania nieliniowe, które bardzo różnią się od zachodzących w aparatach cyfrowych. Obszary filmu, które nie są narażone na działanie światła, powinny być tak przezroczyste, jak to możliwe, i powinny powodować, że powstały wydruk będzie jednolicie czarny. Uzyskanie dobrego, jednolitego czarnego wydruku będzie wymagało wystarczająco długiego naświetlania, aby obszary folii wystarczająco blisko przezroczystego drukowały się również jako czarne. Zatem jeśli ktoś chce, aby wydruki miały dobrą, jednolitą czerń, to rzeczy, które nie powinny być czarne, muszą mieć określony minimalny poziom ekspozycji, aby nie zniknęły w nicości. Z drugiej strony, potrzeba dużo zakrętu, przy czym film jest całkowicie czarny; nawet część sceny, która jest znacznie prześwietlona, ​​może zachować pewne szczegóły.

Podczas fotografowania cyfrowego rzeczy wyglądają nieco inaczej: jasne obszary są bardziej podatne na nasycenie (utratę wszystkich szczegółów), podczas gdy ciemne obszary wydają się być „hałaśliwe”. Ogólnie rzecz biorąc, ciemne obszary nadal będą zawierać znaczące szczegóły, nawet jeśli są tak mocno niedoświetlone, że dominuje hałas. Ponieważ różne aparaty mają różne poziomy hałasu (a poziom hałasu zmienia się w zależności od różnych warunków), punkt środkowy „idealnej ekspozycji” dla aparatu cyfrowego może często bardzo różnić się od tego, co byłoby w przypadku filmu.

Chciałbym dodać, że oczy i emulacja halogenku srebra mają naturalnie logarytmiczną odpowiedź, w przeciwieństwie do czujników CCD / CMOS, z tego samego podstawowego powodu.

Zastanów się nad łatą cząsteczek rozmieszczonych na płaszczyźnie ogniskowej. Bodziec incomimg (dwa fotony uderzające w kryształ w określonym oknie czasowym, w przypadku filmu) jest rejestrowany przez zmianę stanu tej cząsteczki (organicznej cząsteczki barwnika lub kryształu AgX), która to jednostka jest teraz zużyta . Zastanów się, kiedy połowa jednostek została już trafiona: inny bodziec ma 50% szansy na trafienie w już wykorzystany, więc nic nie dodaje. Potrzebne jest dwa razy więcej przychodzącego światła, aby uzyskać takie samo zaciemnienie, jak w dziewiczym obszarze.

Teraz dwufotonowy komplikuje rzeczy, ale ogólny kształt rozkładu jest tego samego rodzaju krzywą. Pamiętam, jak czytałem o „drzwiach zombie” w kolumnie matematycznej. Wyobraź sobie czerwony dywan prowadzący do ściany z drzwiami w wąskim miejscu. Zombie są regularnie rozmieszczone w linii idąc po dywanie, a każda z nich jest losowo (równomiernie rozmieszczona) ułożona bokiem do boku.

Rozkład zombie przechodzących przez drzwi nazywa się logiem odwrotnym . Teraz wyobraź sobie, że po całej ścianie jest rząd drzwi, jak bank kolei metra. Każdych drzwi można użyć tylko raz. Później, po ekspozycji, zauważasz, ile stylów turowych zostało wykorzystanych w porównaniu do pozostałych.

Bez nowoczesnej elektroniki trudno jest spojrzeć na łatkę i powiedzieć, że to xx% gęstość optyczna, ale gruboziarnisty film i mikroskop pozwolą policzyć, ile czarnych kropek (odsłoniętych kryształów) znajduje się w kwadracie próbki. Nie wiem, jak określił zasięg liniowy w oparciu o ekspozycje testowe: wykonując cesarskie przyrosty, możesz znaleźć możliwości mediów i wskazać środkowy. Ale skąd wiesz, że to 18% w skali liniowej bez densytometru? Może mieszanie pigmentów w proporcjach, więc wywodzi się z tradycji malowania.

Rozumiem, że 18% szarości jest uważane za średni współczynnik odbicia światła od otaczającego nas świata - nie śnieg (około 90%) lub czarny kot w kopalni węgla na drugim końcu, ale średnio w przeciętny dzień. Trawa, na przykład, odzwierciedla około 18% szarości, więc jeśli czytasz swój licznik, możesz zdjąć odczyt z trawy, a następnie obliczyć stamtąd. Kaukaska skóra jest uważana za około 36% szarą, więc możesz odmierzyć rękę, a następnie zrekompensować stamtąd do 18%, otwierając lub zamykając ogranicznik - dotyczy to filmu, albo negatywnego, albo przezroczystego.

Ok ... karta z 18% odbiciem wydaje się ludzkiemu oku średnio szara. Mówiąc bardziej formalnie: obiekt o względnej luminancji 18% (w stosunku do bieli odniesienia) będzie miał jasność 50%. To nie jest jakaś losowa liczba. Jest to konsekwencja naszego nieliniowego postrzegania jasności.

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

Pozostałe odpowiedzi nie są błędne. „18%” odnosi się również do świata wideo: jeśli gamma monitora wynosi 2,4, a dajesz mu 50% sygnał, wówczas moc świetlna wynosi 0,5 ^ 2,4 = 19%.

Magicznym zbiegiem okoliczności analogowe sygnały wideo i pliki obrazów cyfrowych (sRGB) lub sygnały (BT.1886) są kodowane niemal percepcyjnie jednolicie. Sygnał 50% daje 18-19% luminancji, ale jest to odbierane jako około. 50% lekkości. Ilość z „-ness” w nazwie zawsze dotyczy ludzkiej percepcji.

Później przemysł wideo próbował oszacować postrzeganie lekkości i jednolitości percepcyjnej. Peter Barten (Philips) położył wiele fundamentów, czego rezultatem jest praca doktorska i streszczenie (SPIE 2004). Ta praca została wykorzystana przez firmę Dolby do standaryzacji „Percepcyjnego kwantyzatora”, jest to OECF dla HDR TV, jak napisano w standardzie SMPTE 2084. Później Poynton, Nijland i ja opublikowaliśmy nową formułę dla tej samej krzywej OECF i nazwaliśmy ją funkcja „Barten Lightness” (SMPTE MIJ 2015). Zakłada doskonałą adaptację oczu do średniego poziomu luminancji, gdziekolwiek to jest.

Ta formuła pokazuje, że ludzka percepcja lekkości podąża za krzywą gamma (1 / 2,07) w słabym świetle (<0,1 nit) i krzywą logarytmiczną w jasnym świetle (> 1 nit). Dzięki tej formule związek „50% lekkości = 18% luminancji” jest dokładny tylko dla 18% vs. 100% z 0,57 nitki. Na przykład 10,9% z 10 nitów lub 5,6% z 100 nitów lub 2,4% z 1000 nitów lub 0,9% z 10000 nitów Luminancja są również postrzegane jako 50% lekkości. Ponownie dzieje się tak po perfekcyjnym dostosowaniu oka do sekwencyjnych bodźców, a nie po pokazaniu obok siebie.

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej, proponuję zajrzeć do pracy doktorskiej Charlesa Poyntona, nasza formuła Lekkość znajduje się na stronie 93.

Należy pamiętać, że dr Barten badał tylko percepcję czarno-białą, więc wszystko, co z niej wynika, jest ważne tylko w skali szarości. Zastosowanie jednorodności percepcyjnej w obrazowaniu kolorowym to inna sprawa, a my też to zrobiliśmy. Wszystko to zostało zrobione w kontekście telewizji o dużym zakresie dynamicznym i szerokiej gamie kolorów.

Trochę historii pomoże ci zrozumieć cel szarej karty:

W połowie lat trzydziestych XX wieku panowie Jones i Condit z Kodak Laboratory ustalili, że statystycznie typowa scena oświetlona światłem słonecznym jest zintegrowana z wartością współczynnika odbicia wynoszącą około 18%. Mniej więcej w tym czasie firma Western Electric wprowadziła na rynek pierwszy światłomierz. Kodak Labs publikuje zalecenie; umieść na scenie pudełko z filmem Kodak. Wygląda na to, że pudełko odbiło 18% światła otoczenia. Teraz zmierz odbicie światła od góry pudełka i użyj tego odczytu, aby ustawić ekspozycję.

W 1941 roku Ansel Adams, wybitny fotograf krajobrazu i jego przyjaciel, Fred Archer, redaktor magazynu fotograficznego, wspólnie opublikowali Zone System, który zapewnił fotografom metodę precyzyjnego dostrojenia ekspozycji. Ich system strefowy opiera się na użyciu 18% plakatu (pancernik szary). Ta karta zastępuje górę pudełka Kodak. 18% szary cel stał się de facto standardem. Dzisiaj szybkość filmu i papieru, a także cyfrowy układ są skalibrowane, a film i cyfrowy ISO jest ustalany przy użyciu 18% szarej karty.

Z powodu pułapek związanych z odbitym pomiarem ewoluowała druga metoda pomiaru zwana metodą odczytu światła padającego. Ta metoda umieszcza przezroczystą kulę umieszczoną nad wejściem światłomierza. Miernik jest umieszczony blisko obiektu i skierowany do tyłu w kierunku aparatu. Tak więc miernik mierzy światło tuż przed uderzeniem w obiekt (zdarza się, że stare francuskie słowo ma się wydarzyć).

Metoda incydentu daje taki sam odczyt jak miernik odbity pobrany z szarej karty, jednak eliminuje większość pułapek związanych z miejscem trzymania i umieszczania miernika. W nasłonecznionych widokach fotograf może po prostu odwrócić się i skierować miernik do tyłu na wyimaginowany aparat. Ta metoda jest bardzo dokładna i została przyjęta przez hollywoodzkich operatorów kamer, ponieważ filmują scenę i może sto tysięcy dolarów jeździ przy prawidłowej ekspozycji. .

Informacje techniczne: Gdy film negatywowy zostanie poprawnie naświetlony i przetworzony, obraz szarej karty na filmie zostanie wyrenderowany do określonego odcienia szarości. Ten odcień homoseksualisty jest równoważny filtrowi o neutralnej gęstości ze współczynnikiem lub 5,5, ogranicza transmisję światła o 2 stopnie. Przy zapisie procentowym wartość ta wynosi 18%.

Po wydrukowaniu obrazu tej szarej karty na negatywie i jeśli papier do drukowania zostanie odsłonięty i opracowany zgodnie ze specyfikacją, wynikowy obraz szarej plakietki na papierze do drukowania będzie miał taki sam współczynnik odbicia 18% jak oryginalna szara karta.

Podsumowanie - tablica 18% jest jedynym sygnałem, który: 1. W rzeczywistości ma 18% współczynnik odbicia. 2. Wynikowy obraz szarej karty na negatywie ma transmisję 18%. 3. Na wydruku obraz szarej karty odpowiada oryginalnej szarej karcie odzwierciedlającej 18%.

Ta 18% wartość jest tonem lub osią układu fotograficznego - film - cyfrowy - i litografia. To nauka - nie zgaduj.

Więcej gobbledygook od Alana Marcusa

Zaskoczyło mnie to także od lat. Po prostu średnia ilość światła odbijanego od otaczających nas obiektów wynosi 18%. Niektóre rzeczy są ciemniejsze, niektóre jaśniejsze. Ale 18% to średnia. Nasze oczy będą postrzegać ten średni współczynnik odbicia jako półtonów świateł i cieni wokół nas. Niektóre inne osoby używały matematyki i wykresów do wyjaśnienia różnicy między danymi w stylu liniowym i logarytmicznym. Ale cieszę się, że 18% bezpośredniego światła mojego tematu odbija się na mnie, a to da mi mój półton, do którego mogą tańczyć moje pasemka i cienie.