Perché il 18% di grigio è considerato al centro della fotografia?

Ho sentito qualcuno (un fotografo) dire recentemente che il 18% di grigio è a metà strada tra il bianco e il nero, non il 50%. Mi è sembrato un po 'illogico e quando le ho chiesto perché, mi ha detto che non lo sapeva. Dopo aver letto un paio di articoli online, ho scoperto che il 18% viene spesso indicato come grigio medio, e considerato a metà strada percettivamente . È del 18% per qualche motivo a metà strada tra il bianco e il nero, e in tal caso perché (forse queste percentuali funzionano su una scala non lineare per qualsiasi motivo ...). In caso contrario, perché riteniamo che il 18% sia a metà strada, non il 50%. Vediamo il colore in modo non lineare? , le nostre videocamere catturano la luce in modo non lineare o è solo una sorta di illusione di luminosità relativa .

Dopo aver letto la domanda di cui si presume sia un duplicato, non vedo ancora perché Ansel Adams abbia scelto il 18%, è stata una cosa visiva? O perché è stata così ampiamente adottata. Questo numero è arbitrario? proprio quello che qualcuno sembrava corretto ... o ha una valida pretesa di essere il grigio medio, a causa della percezione (sembra che i nostri occhi vedano le cose in modo lineare, le fotocamere fanno allo stesso modo?) o altri motivi tecnici.

La storia narra che Ansel Adams abbia inventato la figura "18% grigio". Ai tempi del fieno della fotografia cinematografica stava sviluppando il sistema di zone e aveva bisogno di definire un "grigio medio". Era una chiamata di giudizio. Alla fine l'idea prese piede, ma le società cinematografiche e cinematografiche presero il loro grigio medio. È un fatto divertente che la tua fotocamera digitale probabilmente usa qualcosa di più simile al 12% di grigio come grigio medio.

Qualunque sia il numero, l'idea alla base del grigio medio non è che "riflette il 50% della luce". O anche che "è a metà strada tra assorbire tutta la luce (nero puro) e riflettere tutta la luce (bianco puro)". Ha a che fare con la tua percezione.

I tuoi occhi sono rivelatori logaritmici. Cioè, se una fonte diventa più luminosa di un fattore 4, sembrerà più luminosa solo di un fattore 2. Se aumenta di un fattore 32, sembrerà più luminoso di un fattore 5. Se aumenta di luminosità di un fattore 128, ti sembrerà solo 7 volte più luminoso.

Quanto sopra non sono i numeri reali . Come puoi immaginare, misurare quanto le cose sembrano luminose alle persone è molto complicato e varia da persona a persona. L'importante è che è questa strana natura logaritmica dei tuoi occhi che mantiene il grigio medio dal 50%.

Vale la pena guardare un diagramma gamma per ulteriori prospettive mentre ci pensi. La gamma di visualizzazione standard, ad esempio, è 2.2. La curva si presenta così:

Il 50% di grigio, in uno spazio di 8 bit, è 127 (asse orizzontale). Ciò si allinea con un'uscita di luminanza del 20% circa sul display. Sia per la visualizzazione che per la stampa il concetto di gamma è importante in quanto fornisce la mappatura o la conversione tra i dati lineari (fotocamera / immagine) e la sensibilità logaritmica dell'occhio umano.

L'occhio umano può risolvere qualcosa nell'ordine di 10-14 f-stop della gamma dinamica a una dimensione della pupilla fissa. Questo è fino a ~ 3 stop migliore rispetto alle migliori fotocamere DSLR in RAW a 14 bit. Il nostro cervello è anche in grado di utilizzare tutti questi dati contemporaneamente: è come se avessimo un processore di immagini RAW a 16 bit integrato nella nostra corteccia visiva [*] e regola automaticamente i livelli di luci e ombre, ecc., Per ottenere un'esposizione perfetta in tempo reale. ~ 18% di grigio è solo un valore empirico che si adatta all'elaborazione che i nostri occhi applicheranno naturalmente alla scena che vedono.

È empirico perché funziona e sembra grigio medio in una scena tipica. L'occhio è facilmente ingannabile, tuttavia, ed è estremamente sensibile al contesto. Il cervello fotograferà senza pietà ciò che gli occhi vedono per cercare di dargli un senso e i grigi sono abitualmente immaginati come qualsiasi sfumatura che abbia senso per noi. L'illusione classica di questo è questa:

dove i quadrati Ae Bsono identici in luminosità. Quindi, sì, l'occhio è estremamente non lineare e, inoltre, non è nemmeno uniforme nel suo rendering sul nostro campo visivo. Gli oscuri sono illuminati, i luminosi sono oscurati e l'intera scena è pesantemente compressa in una ristretta gamma percettiva da cui possiamo estrarre i dettagli.

Quando si riprendono scene ad alta gamma dinamica, questo è intuitivo, penso, per i fotografi: dobbiamo davvero lavorare in post per bilanciare una scena ad alta gamma dinamica in una forma che appare simile a ciò che l'occhio percepisce. Quando possiamo controllare la luce, ne aggiungiamo MOLTE: riempi, riempi, riempi . Per ottenere una foto a colori bilanciata che non necessita di molti post, è necessario aggiungere quanta più luce possibile per riempire le aree scure della scena, riducendo il più possibile la gamma dinamica per produrre una scena più piatta e più uniformemente illuminato (proprio come il nostro cervello cerca di fare con le scene che vediamo).

Per rispondere al commento qui sotto, questo è preso dall'immagine sopra per sottolineare il punto:

[*] Per essere più precisi, per coloro che lo desiderano, una parte dell'elaborazione iniziale dell'immagine e della compressione viene eseguita da diversi strati di cellule specializzate direttamente dietro la retina prima che le informazioni vengano inviate al cervello.

Anche al di là dei problemi percettivi, la latitudine di esposizione dei film è un altro motivo per favorire il grigio al 18%. Se si cercasse di esporre una scena in modo che il tono grigio medio sulla scena producesse un valore di esposizione del 50%, allora tutto ciò che era addirittura due volte più luminoso della media verrebbe completamente espulso. Se si cercasse di esporre una scena in modo che il tono grigio medio sulla scena producesse un valore medio, ad esempio del 5%, allora le cose più deboli della media difficilmente potrebbero essere esposte affatto. Se si utilizza la linea guida secondo cui il tipico film da 35 mm ha cinque f-stop di latitudine, il 18% di grigio cadrà quasi esattamente nel mezzo (2,47 f-stop dal 100%), mettendolo proprio nel mezzo di un cinque f -stop gamma.

Si noti che il processo di ripresa e stampa di pellicole negative crea comportamenti non lineari molto diversi da quelli delle fotocamere digitali. Le aree del film che non sono esposte alla luce dovrebbero essere il più trasparenti possibile e rendere la stampa risultante essere nera uniforme. Per ottenere una buona stampa in nero solido sarà necessario esporre la stampa per un tempo sufficientemente lungo che anche le aree del film sufficientemente vicine al trasparente verranno stampate in nero. Pertanto, se si desidera che le stampe abbiano buoni neri solidi, le cose che non dovrebbero essere nere devono avere un certo livello minimo di esposizione per impedire loro di svanire nel nulla. Il rovescio della medaglia, ci vuole molta luce per girare il film completamente nero; anche parte di una scena che è significativamente sovraesposta può conservare alcuni dettagli.

Quando si scatta in digitale, le cose sono leggermente diverse: le aree luminose sono più adatte a diventare sature (perdendo tutti i dettagli), mentre le aree scure sembrano apparire "rumorose". In genere, le aree scure conterranno comunque dettagli significativi anche quando sono così gravemente sottoesposte che il rumore domina. Poiché diverse fotocamere hanno diverse quantità di rumore (e il livello di rumore varia a seconda delle varie condizioni), il punto medio di "esposizione ideale" per una fotocamera digitale può spesso essere molto diverso da quello che sarebbe per il film.

Vorrei aggiungere che l'emulsione di alogenuri d'argento e gli occhi hanno naturalmente una risposta logaritmica, a differenza dei sensori CCD / CMOS, per lo stesso motivo di fondo.

Considera una patch di molecole sparse sul piano focale. Uno stimolo incomimg (due fotoni che colpiscono il cristallo in un certo intervallo di tempo, nel caso di film) viene registrata cambiando lo stato di tale molecola (molecola colorante organico o cristallo AgX), tale unità è ora esaurito . Considera quando metà delle unità sono già state colpite: un altro stimolo ha una probabilità del 50% di colpire una già utilizzata, quindi non aggiunge nulla. Ci vuole il doppio della luce in entrata per rendere lo stesso oscuramento che fa in un'area incontaminata.

Ora il due-fotone complica le cose, ma la forma generale della distribuzione è lo stesso tipo di curva. Ricordo di aver letto di una "porta di zombi" in una colonna di matematica. Immagina un tappeto rosso che porta a un muro con una porta in un punto stretto. Gli zombi sono regolarmente distanziati lungo il tappeto e ciascuno è casualmente (distribuzione uniforme) posizionato lateralmente.

La distribuzione degli zombi che attraversano la porta si chiama registro inverso . Ora immagina che ci sia una fila di porte attraverso il muro, come una banca di stile della metropolitana. Ogni porta può essere utilizzata una sola volta. Più tardi, dopo l'esposizione, noterai quanti stili di virata sono stati usati vs rimangono inutilizzati.

Senza l'elettronica moderna, è difficile guardare una patch e dire che è una densità ottica xx%, ma una pellicola a grana grossa e un microscopio ti permetteranno di contare quanti punti neri (cristalli esposti) sono in un quadrato campione. Non so come abbia determinato una copertura lineare basata sulle esposizioni di prova: empaticamente, facendo incrementi di una fermata puoi trovare le capacità dei media e puntare a quella nel mezzo. Ma come fai a sapere che è il 18% su una scala lineare, senza densitometro? Forse mescolando i pigmenti in rapporti, quindi è venuto da una tradizione di pittura.

La mia comprensione è che il 18% di grigio è considerato il riflesso medio della luce dal mondo che ci circonda - non neve (circa il 90%) o un gatto nero in una miniera di carbone all'altra estremità, ma una media in un giorno medio. L'erba, ad esempio, riflette circa il 18% di grigio, quindi se stai leggendo il tuo misuratore puoi prendere una lettura dall'erba e quindi calcolare da lì. La pelle caucasica è considerata di circa il 36% di grigio, quindi puoi misurare la tua mano e quindi compensare il 18% da lì aprendo o chiudendo un punto di arresto - questo è per il film, sia negativo che trasparente.

Ok ... una carta con una riflettanza del 18% sembra all'occhio umano di colore grigio medio. Più formalmente dichiarato: un oggetto con una luminanza relativa del 18% (rispetto a un bianco di riferimento) avrà una luminosità del 50%. Questo non è un numero casuale. È una conseguenza della nostra percezione non lineare della luminosità.

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

Le altre risposte non sono sbagliate. "18%" è anche correlato al mondo del video: se la gamma di un monitor è 2.4 e si fornisce un segnale del 50%, l'uscita della luce è 0,5 ^ 2,4 = 19%.

Per una magica coincidenza, segnali video analogici e file di immagini digitali (sRGB) o segnali (BT.1886) sono codificati in modo quasi percettivo uniforme. Un segnale del 50% fornisce una luminanza del 18-19%, ma viene percepito come circa. 50% leggerezza. Una quantità con "-ness" nel nome riguarda sempre la percezione umana.

Successivamente l'industria del video ha cercato di quantificare la percezione della leggerezza e l'uniformità percettiva. Peter Barten (Philips) ha preparato gran parte del lavoro di base, risultando in una tesi di dottorato e in un documento di sintesi (SPIE 2004). Questo lavoro è stato utilizzato dalla società Dolby per standardizzare il "Quantizer percettivo", questo è l'OECF per la TV HDR come scritto nello standard SMPTE 2084. Più tardi Poynton, Nijland e io abbiamo pubblicato una nuova formula per la stessa curva OECF e l'abbiamo chiamata la funzione "Barten Lightness" (SMPTE MIJ 2015). Presuppone un perfetto adattamento degli occhi al livello medio di luminanza, ovunque si trovi.

Questa formula mostra che la percezione della leggerezza umana segue una curva gamma (1 / 2,07) in condizioni di scarsa luminosità (<0,1 nit) e una curva del tronco in condizioni di luce intensa (> 1 nit). Con questa formula la relazione "50% Luminosità = 18% Luminanza" è esatta solo per il 18% contro il 100% di 0,57 nit. Ad esempio, il 10,9% di 10 nit o il 5,6% di 100 nit o il 2,4% di 1000 nit o lo 0,9% di 10000 nit La luminanza viene anche percepito come luminosità del 50%. Ancora una volta, ciò avviene dopo un perfetto adattamento oculare agli stimoli sequenziali, non quando mostrato fianco a fianco.

Se vuoi saperne di più, ti suggerisco di consultare la tesi di dottorato di Charles Poynton, la nostra formula di Leggerezza è a pagina 93.

Si noti che il Dr. Barten ha studiato solo la percezione in bianco e nero, quindi tutto ciò che ne deriva è valido solo per la scala di grigi. L'applicazione dell'uniformità percettiva all'imaging a colori è una questione diversa e abbiamo anche preso una decisione. Tutto ciò è stato fatto nel contesto dell'alta gamma dinamica e della vasta gamma di colori della televisione.

Un po 'di storia ti aiuterà a capire lo scopo della carta grigia:

A metà degli anni '30, i signori Jones e Condit del Kodak Laboratory determinarono che statisticamente, una tipica scena illuminata dal sole si integrava con un valore di riflettanza di circa il 18%. In questo periodo, la Western Electric Company introdusse sul mercato il primo esposimetro. Kodak Labs pubblica una raccomandazione; posizionare una scatola di film Kodak nella scena. Sembra che la scatola abbia riflesso il 18% della luce ambientale. Ora misura la luce riflessa dalla parte superiore della scatola e usa questa lettura per impostare la tua esposizione.

Nel 1941 Ansel Adams, un importante fotografo paesaggista, e il suo amico Fred Archer, redattore di una rivista fotografica, pubblicarono congiuntamente il Zone System che forniva ai fotografi un metodo per perfezionare con precisione l'esposizione. Il loro sistema di zone ruota attorno all'uso di un cartello del 18% (corazzata grigia). Questa carta sostituisce la parte superiore della scatola Kodak. L'obiettivo grigio del 18% è diventato di fatto lo standard. Oggi la velocità della pellicola e della carta e il chip digitale sono calibrati e l'ISO della pellicola e della digitale viene stabilito utilizzando la carta grigia al 18%.

A causa delle insidie ​​associate alla misurazione riflessa, si è evoluto un secondo metodo di misurazione chiamato metodo di lettura della luce incidente. Questo metodo posiziona una sfera trasparente posizionata sopra l'ingresso del esposimetro. Lo strumento è posizionato vicino al soggetto e puntato all'indietro verso la fotocamera. Pertanto, il misuratore misura la luce appena prima di colpire il soggetto (incidente vecchia parola francese che sta per accadere).

Il metodo dell'incidente fornisce la stessa lettura di un metro riflesso prelevato da una carta grigia, tuttavia elimina la maggior parte delle insidie ​​che ruotano su dove tenere e posizionare il contatore. In panorami illuminati dal sole il fotografo può semplicemente girarsi e puntare il metro all'indietro verso una macchina fotografica immaginaria. Questo metodo è molto accurato ed è stato adottato dagli operatori di telecamere di Hollywood perché stanno girando una scena e forse centomila dollari vanno su un'esposizione corretta. .

Materiale tecnico: quando la pellicola negativa viene correttamente esposta ed elaborata, l'immagine della scheda grigia sulla pellicola verrà resa su una specifica tonalità di grigio. Questa tonalità di gay equivale a un filtro a densità neutra con un fattore o 5,5, taglia la trasmissione della luce di 2 ½ stop. Se scritto in percentuale, questo valore è del 18%.

Quando l'immagine di questa scheda grigia sul negativo viene stampata e se la carta di stampa viene esposta e sviluppata secondo le specifiche, l'immagine risultante del cartello grigio sulla carta di stampa avrà lo stesso 18% di riflettività della carta grigia originale.

Somma: il cartello del 18% è l'unico tono che: 1. In realtà ha il 18% di riflettività. 2. L'immagine risultante della carta grigia sul negativo ha una trasmissione del 18%. 3. Sulla stampa l'immagine della carta grigia corrisponde alla carta grigia originale che riflette il 18%.

Questo valore del 18% è il tono o l'asse chiave del sistema fotografico - pellicola - digitale - e litografia. Questa è scienza - non indovinare lavoro.

Altro gobbledygook di Alan Marcus

Mi ha sconcertato anche per anni. Molto semplicemente, la quantità media di luce riflessa dagli oggetti intorno a noi è del 18%. Alcune cose sono più scure, alcune sono più luminose. Ma il 18% è nella media. I nostri occhi percepiranno questo riflesso medio come il mezzitoni delle luci e delle ombre intorno a noi. Alcune altre persone hanno usato matematica e grafici per spiegare la differenza tra dati lineari e logistici. Ma sono solo felice di sapere che il 18% della luce diretta sul mio soggetto viene riflesso su di me, e questo mi darà il mio tono di mezzo al quale i miei riflessi e le mie ombre possono ballare.