Що таке 18% сірий тон і як зробити 18% сіру карту у Photoshop?

Я чув про 18% сірого тону - що це насправді, і чому 18% (а не 20% чи якесь інше значення), і як це зробити у Photoshop?

Попередження: це довгий, дещо технічний пост, який включає деяку математику (але коли ви проходите повз надписи та інше, це зрештою досить проста математика).

Перш за все, я повинен почати з простого уявлення про те, як я вважаю, 18% було обрано в першу чергу. Я вже не можу згадати, яку саме, але в одній із книг Анселя Адамса згадується те, що, на мою думку, є походженням.

Про найбільш відбиваючу природну речовину на землі - свіжий чистий сніг, який відображає десь близько 95% світла, що падає на нього (трохи залежно від того, якою свіжою, наскільки чистою, наскільки холодною та / або вологою вона була, коли сніг утворені тощо)

У протилежному крайньому випадку поверхня, покрита свіжою чистою сажею, відображає про найменше світло будь-якої природної речовини. Діапазон тут становить приблизно від 3 до 4%. Давайте знову візьмемо середину цього діапазону і назвемо його 3,5%.

Щоб досягти загальної середньої величини, ми можемо оцінити ці два. Однак, враховуючи такий широкий діапазон, статистики кажуть, що середнє арифметичне дає низький результат (чим більша кількість домінує майже повністю, а менша майже ігнорується). Для таких чисел геометричне середнє - це "правильний" спосіб робити речі.

Геометричне середнє для цих значень працює як квадратний корінь .95 * .035. Запустивши це через калькулятор, ми отримаємо 0,1823458 ... Округлено до двох місць, це 18%.

Оскільки стаття Тома Хогана цитується, я трохи поговорю про це. Деякий час тому Том Хоган опублікував статтю:

http://www.bythom.com/graycards.htm

... що заявляє, що лічильники цифрових камер Nikon відкалібровані для сірого середнього рівня, який відповідає 12% відбиттю, а не 18% сірого кольору більшості стандартних сірих карт.

На жаль, незважаючи на те, що заголовок та параграф статті є доволі виразними, що 18% є "міфом", решта статті не дає багато фактичних підстав для цього твердження. Ось що Том дає як основу для своїх тверджень:

Стандарти ANSI (які, на жаль, публічно не публікуються - ви повинні платити великі гроші, щоб мати доступ до них), калібруйте лічильники за допомогою яскравості, а не відображення. Для каліброваного лічильника ANSI найчастіше опублікована інформація, яку я бачив, - це те, що використане значення освітленості перетворюється на коефіцієнт відбиття 12%. Я також бачив 12,5% і 13% (так звідки, до біса, беруться 14% Секоніка?), Але 12%, здається, правильні - до речі, половина зупинки легша, ніж 18%. Я не бачив, щоб хтось стверджував, що калібрування ANSI перетворюється на коефіцієнт відбиття 18%.

Зрештою, він, мабуть, не має реального підґрунтя для своїх претензій, а лише твердження, що «12% здається правильним», не маючи реальних доказів або навіть інформації про те, чому він вважає це правильним. Однак, незважаючи на це, ця стаття зараз широко цитується на різних фотографічно орієнтованих веб-сайтах (серед інших місць) так, ніби це абсолютний і незаперечний факт.

Оскільки це питання, здається, цікавить неабияку кількість фотографів, я вирішив побачити, чи зможу знайти реальні факти з доказами на підтвердження. Першим кроком у цій мандрівці було знайти відповідний стандарт. Здійснивши пошук, я виявив, що, на мою думку, є відповідним стандартом. Всупереч вищезазначеному Тому, це справді публікується ISO, а не ANSI. Це може бути банальним для більшості, але коли я шукав стандарт, це було дещо важливо - я вклав неабияку роботу, намагаючись знайти стандарт ANSI, який, очевидно, не існує. Зрештою, я знайшов відповідний стандарт ISO: ISO 2720-1974, "Фотографія - Прилади вимірювання експозиції загального призначення (фотоелектричний тип) - Посібник зі специфікації товару (Перша редакція - 1974-08-15)".

Я також виявив, що Том (принаймні, з моєї точки зору) дуже помилявся і в цінах - копія цього стандарту коштує всього 65 доларів США. Це не сприймало мене як "великі гроші" - насправді, здавалося, що це справедлива ціна, щоб заплатити за якесь справжнє просвітлення (каламбур відзначається не дуже призначеним) з цього приводу.

Стандарт підтвердив частину сказаного Томом, наприклад, калібрування лічильників безпосередньо з джерел, які випромінюють світло, а не від відбитого світла. На жаль, інші частини того, що Том мав сказати, не дуже наближені до змісту стандарту. Наприклад, наприкінці своєї статті він включає коментар від "ланця", який згадував фактор "K", не вказуючи його точного значення та мети. Том відповів, сказавши: "Жоден виробник, з яким я спілкувався, нічого не знає про коефіцієнт K, і всі вони конкретно говорять про стандарт ANSI як про свої критерії побудови та випробування лічильників".

Як зазначалося, це може бути не зовсім помилково - але, безумовно, в омані в кращому випадку. Насправді значна частина стандарту ISO присвячена фактору K. Значна частина решти присвячена коефіцієнту С, що відповідає коефіцієнту K, але натомість використовується для лічильників падаючого світла (коефіцієнт K застосовується лише до лічильників відбитого світла). Дотримуватись стандарту (принаймні стосовно вимірювача відбитого світла) було б зовсім неможливо, не знаючи (досить багато) про коефіцієнт K.

Стандарт визначає, що: "Константи К і С повинні вибиратися за допомогою статистичного аналізу результатів великої кількості випробувань, проведених для визначення прийнятності для ряду спостерігачів, з числа фотографій, для яких відома експозиція , отримані в різних умовах тематики та в межах різних світлин. "

Стандарт також визначає діапазон, в межах якого коефіцієнт K повинен падати. Числа для діапазону залежать від методу, який використовується для вимірювання / оцінки швидкості фільму (або його еквівалента цифровому датчику). На даний момент я збираюся ігнорувати швидкість у стилі DIN і дивлюсь лише на рейтинги швидкості в стилі ASA. Для цієї системи допустимий діапазон для коефіцієнта K становить від 10,6 до 13,4. Ці цифри безпосередньо не відповідають значенням відбиття (наприклад, 10.6 не означає 10,6% сірої картки як сірий середнього рівня), але вони відповідають різним рівням освітленості, які вимірюватимуться як сірий середнього рівня. Іншими словами, не існує одного конкретного рівня відбиття, який потрібно виміряти як сірий середнього рівня, а будь-яке значення у вказаному діапазоні допустимо.

Коефіцієнт K пов'язаний з вимірюваною експозицією за такою формулою:

K = LtS / A ²

Де:

K = коефіцієнт
L = освітленість в кд / м ²
A = f-число
t = ефективна швидкість затвора
S = швидкість плівки

Використовуючи цю формулу та калібрований монітор, ми можемо знайти коефіцієнт K для конкретної камери. Наприклад, у мене є камера Sony Alpha 700 і монітор, який відкалібрований для яскравості 100 кд / м ² . Швидко перевіряючи, моя камера вимірює екран (відображаючи ідею чистого білого) без інших видимих ​​джерел світла, під час витримки 1/200 секунди при f / 2. Виконуючи це за формулою, виходить коефіцієнт K 12,5 - трохи вище середини діапазону, дозволеного стандартом.

Наступним кроком є ​​визначення рівня "сірого" на картці, який відповідає. Давайте зробимо це на основі правила сонячного f / 16, яке говорить, що правильна експозиція під яскравим сонячним промінням - f / 16 зі швидкістю затвора, що є зворотною швидкістю плівки. Ми можемо математично перетворити формулу вище:

L = A ² K / tS

Давайте розробимо речі для фільму ISO 100:

L = 16x16xK / .01x100

Скасування .01 і 100 (і вони завжди скасовуються, оскільки правило полягає в тому, що час експозиції є зворотною швидкістю фільму), тому це спрощує значення: L = 256K.

Робота чисел для найнижчих і найвищих допустимих значень для коефіцієнта K дає 2714 і 3430 відповідно.

Тепер ми стикаємося з тим, що стандарт ISO визначає рівень освітлення, а не відбиття поверхні - хоча ми всі бачили і чули правило сонячного f / 16, реальність полягає в тому, що ясне сонячне світло змінюється в значному діапазоні, в залежності від сезон, широта та ін. Ясне сонячне світло має яскравість десь від 32000 до 100000 люкс. В середньому цей діапазон становить близько 66000 люкс, тому ми будемо працювати на цій основі. Це потрібно помножити на коефіцієнт відбиття для надання яскравості - але результат цього виходить в одиницях "апостильбів", а не в кд / м ² . Для перетворення з апостильбів у cd / m ² множимо на 0,318:

L = I x R x 0,318.

Де:

R = коефіцієнт відбиття
I = освітленість (в люкс)
L = освітленість (в кд / м ² )

У нас уже є значення для L, про які ми піклуємось, тому переставимо це, щоб дати значення R:

R = L / 0,318 I

Підключаючи наші мінімальні та максимальні значення для I, ми отримуємо:

R ₁ = L / 10176
R ₂ = L / 31800

Потім підключаємо два значення для L, щоб визначити наш допустимий діапазон для R:

R _1,1 = 2714/10176
R _1,2 = 2714/31800
R _2,1 = 3430/10176
R _2,2 = 3430/31800

R _1,1 = .27
R _1,2 = .085
R _2,1 = .34
R _2,2 = .11

Іншими словами, між діапазоном яскравості Сонця та діапазоном коефіцієнтів K, дозволеним стандартом ISO, коефіцієнт відбиття десь від 8,5 до 34% може входити до вимог стандарту. Це, очевидно, дуже широкий діапазон цінностей - і той, який чітко включає як 12% прихильників Тома, так і 18% типової сірої картки.

Щоб трохи звузити діапазон, розглянемо лише середнє арифметичне та геометричне діапазон яскравості від сонця: 66000 та 56569 люкс відповідно. Підключення їх до формули для діапазону можливих значень відбиття дає:

R _1,1 = 2714/20988
R _1,2 = 2714/17989
R _2,1 = 3430/20988
R _2,2 = 3430/17989

Результати таких результатів:

R _1,1 = .13
R _1,2 = .15
R _2,1 = .16
R _2,2 = .19

Сіра картка на 18% близька до одного кінця цього діапазону, але все ще потрапляє в межах. 12% сіра карта випадає за межі діапазону; ми повинні припустити, що рівень світла вище середнього, щоб він працював. Якщо ми середньо оцінимо чотири вищенаведені цифри разом, ми отримаємо значення приблизно 16% сірого як "ідеального" - такого, яке повинно працювати досить добре за будь-яких умов.

Узагальнити:

1. Стандарт ISO дозволяє здійснити діапазон калібрування, а не лише один рівень
2. Звичайна яскравість денного світла охоплює і досить широкий діапазон
3. 18% сірого кольору виправдано на основі середнього рівня освітлення
4. 12% сірого кольору не виправдано на основі середнього рівня освітлення
5. Виходячи із середнього рівня освітленості, ідеальне значення для сірої картки складе близько 16%
6. Ваш лічильник може бути відкалібрований до 18%, але, ймовірно, не (і не повинен бути) відкалібрований до 12%.

що це реально, чому 18%?

Це кількість світла, яке використовується більшістю камер для визначення експозиції. Це було вибрано (замість 20% тощо), оскільки в середньому більшість "фотографій", які використовуються середніми фотографами, мають тенденцію до приблизно такої ж кількості світла, як і суцільна, 18% сіра.

Якщо ви зйомите щось, у якому багато білого або багато темного, експозиція буде вимкнена. Наприклад, якщо ви сфотографуєте велику білу будівлю, ви, ймовірно, захочете скорегувати експозицію для компенсації, оскільки за замовчуванням буде орієнтоване на 18% сірого, побачити все біле та знизити експозицію (зробити весь малюнок середній, такий же вміст світла, як і 18% сірого). Для компенсації вам потрібно мати вищий показник, ніж за замовчуванням.

Ви можете використовувати суцільну карту, пофарбовану відповідному сірому тону, щоб допомогти компенсувати це у вашій камері. Багато камер мають функції компенсації експозиції, які дозволять вам налаштувати камеру, вказуючи її на щось із потрібною кількістю насиченості кольорів.

Якщо ви хочете зробити власну карту, вам потрібно наситити карту 18% сірим кольором. Це допоможе досягти суцільного заповнення (у RGB) приблизно 46 для R, G та B. Однак майте на увазі, що більшість принтерів дещо спотворюють ваш колір - тому під час друку ви можете перевірити результати проти оригіналу.

Картки розроблені таким чином, щоб відображати близько 18% надходить світла, який для людини виявляється на півдорозі між максимумом білого та найтемнішого чорного кольору і, здається, є досить гарною здогадкою при середньому відбитті типових природних сцен - L * 50, як це було раніше правильно зазначено вище.

Наступне питання, і звідки береться 12%, це таке: Якщо ми відміряємо 18% сіру карту, яка для людини видається середньо-сірою, але насправді має близько 18% інтенсивності максимально розсіяного білого, яке значення має бути ця інформація записується в наші сирі файли. Пам’ятайте, що у фільму є м'який перекид у світлі моменти, тоді як цифровий має абсолютний обріз. Тож вони вирішили надати половину зупинки додаткового запасу, щоб захистити яскраві моменти (можливо, дзеркальні) та, за бажанням, забезпечити перекидання на половину зупинки. Було вирішено, що яскравість, що виходить із сірої картки, що відображає 18% надходить світла, aka L * 50, також середньо-сірого, має бути фактично записана на рівні 18% / sqrt (2) = приблизно 12,8% максимуму розсіяного білого - у лінійному сирий файл.

Що стосується того, що трапляється з даними після цього, воно стає дуже безладним, і стандарти насправді зіпсували це, імхо.

Подумайте про тональну шкалу від чорного до білого. Замість рівного градієнта розбийте його на 11 частин (звані зони). Зона 0 суцільно чорна без деталей. Зона 10 є суцільним білим кольором без деталей. Зона 5 посередині - сіра на 18%. Google "зональна система" для отримання додаткової інформації.

Дуже ймовірно, що сірий тон, про який ви дійсно піклуєтесь, становить 12%, оскільки саме це вимірювачі камер, швидше за все, відкалібровані для вимірювання. Дивіться статтю Тома Хогана про сірі картки.

ОП запитало: чому стандартна сіра карта має коефіцієнт відбиття 18%?

Коротка відповідь полягає в тому, що значна кількість виробників калібрували свої лічильники світла, вважаючи, що стандартна сцена в середньому відбиває 18%.

Наступні виробники працюють на 18% відбиття:
Minolta
Sekonic
Pentax
Gossen
Kenko

Ця інформація була взята з посібників із лічильників світла. Перейдіть за посиланнями, щоб побачити мої посилання.

Наступні, як вважають, працюють до 12% відбиття, хоча я не зміг [підтвердити це. Інформація, отримана зі статті світлометра у Вікіпедії . Дивіться також цю статтю від photo.net
Canon
Nikon

Поки в мене немає інформації про Олімп.

Тож наступне питання стає: чому одні виробники вибирають 18%, а інші обирають 12%?

Відповідь можна знайти в ISO 2720 , де зазначено:

Константи К і С вибираються статистичним аналізом результатів великої кількості випробувань, проведених для визначення прийнятності для великої кількості спостерігачів, з числа фотографій, для яких відома експозиція, отримана в різних умовах предметної манери та для різних яскравостей.

Це означає, що кожен виробник може вільно визначити, який середній рівень сірого кольору стандартної сцени. Зважаючи на те, що вони використовували незалежні вимірювання констант калібрування (K і C), дивно (і задоволення), що існує стільки згоди.

K і C - постійні калібрування для лічильників відбитого світла та падаючого світла.
K має рекомендовані значення від 10,6 до 13,4
C, рекомендовані значення від 320 до 540

Тепер виявляється, що дві групи виробників, хоч і власне тестування, дійшли до різних значень K і C. І ці значення, завдяки простому застосуванню законів фізики, призводять до відбиття 18 або 12% для стандартна сцена.

Для зацікавлених формули можна знайти у статті Вікіпедії "Світломір" , тому я тут їх повторювати не буду.

Отже, що таке "правильне" значення? 18% чи 12%?

а) у вас немає великого вибору, але працювати з цінністю, яку обрав ваш виробник.
б) різниця досить мала, щоб мати незначний практичний ефект.
в) схоже, що ніхто не помітив різниці.

Суть полягає в тому, що 18% або 12% значення середнього відбиття були досягнуті шляхом вимірювання середнього відбиття (фотографічно) великої кількості сцен. Отже, це цифри, які були отримані експериментально, і не дивно, що є деякі відмінності.

Чи є спосіб теоретично дійти до числа?

У кольоровому просторі лабораторії L * (яскравість) може коливатися від 0 (чорний) до 100 (дифузно білий). Я вибираю кольоровий простір лабораторії, оскільки він призначений для наближення людського зору. Якщо зробити припущення, що середня яскравість падає на середину між цими двома крайнощами, тоді одна має вихідну точку L * = 50.

Тепер, використовуючи відмінний калькулятор кольорів CIE Bruce Lindbloom , ми можемо обчислити відповідні значення освітленості та sRGB пікселів. Це дає значення 18,4% яскравості (Y за шкалою CIE XYZ ) і 118,9 пікселів для sRGB.

Звичайно, сказати, що середня яскравість сцени середня між білим і чорним, є великим припущенням і надто спрощує реальний світ. Для цього припущення справді потребує якоїсь експериментальної основи. Але, безумовно, цікаво, що цей розрахунок підходить до результатів, близьких до результатів багатьох виробників.

18% сірий - це відтінок, який за допомогою об'єктива (TTL) вимірює показники експозиції - ви також можете використовувати його для перевірки балансу білого, якщо ви хочете відкалібрувати знімок.

Якщо у вас його немає в руках, зазвичай його можна замінити площею бетону, якщо вона знаходиться на сцені або принаймні при подібних умовах освітлення.

Здебільшого стандарти не розроблені для пояснення теорії. Їх мета - описати, як щось робити, визначити швидкість фільму, відкалібрувати експозиційний вимірювач тощо, і вони засновані на дослідженнях, які можна знайти в наукових працях у наукових журналах. Три статті, що описують теорію калібрування лічильника:

Стімсон, Аллен, Інтерпретація технології вимірювання поточної експозиції , фотографічної науки та техніки, т. 6, № 1, січень-лютий 1962 року.

Scudder, Nelson, Stimson, повторна оцінка факторів, що впливають на ручне або автоматичне управління експозицією камери , Journal of SMPTE, том 77, січ 1968.

Коннеллі, D, рівні калібрування плівок та експозиційних пристроїв , Журнал фотографічної науки, т. 16, 1968 ..

Про те, як надрукувати карту 18%, без теорії та обґрунтування того, чому 18 не якесь інше число ...

Дотримуючись будь-якої теорії чи порад щодо встановлення значень RGB у графічній програмі не є надійним. Монітори та принтери розроблені для того, щоб графіка виглядала добре і не відповідала науковій точності. Навіть якщо вся ваша система відкалібрована - ну, я ніколи не довіряю таким речам точності, особливо не фізичним оптичним властивостям роздруківки.

Зрештою, вам доведеться скласти великий сірий прямокутник деякого вибраного значення RGB і роздрукувати його. Як дізнатися, що значення RGB?

Спочатку скористайтеся графічною програмою для друку тонкої сітки з чорних квадратів на порожньому білому тлі. Зробіть так, щоб площі займали 18% площі. Зазор між квадратами повинен бути в 1,59 рази більше ширини або висоти квадратів. Зробіть цю сітку невеликою, але достатньо великою, щоб добре контролювати точну геометрію, і змусьте охопити цілу сторінку.

При гарному темному чорнилі в принтері білий колір буде майже 100% віддзеркалювальним, а чорний - майже 0% (але нічого не ідеального), тому загальний коефіцієнт відбиття складає в середньому до 18%. Фотографуйте цю чорно-білу роздруківку поза фокусом, дозволяючи камері робити усереднення.

Відгадайте значення RGB, зробіть для цілої сторінки значення сірого та роздрукуйте його. Фотографуйте його поза фокусом поруч із чорно-білою сіткою. Спираючись на те, легша чи темніша за сітку, уточнюйте здогадки RGB. Повторюйте, поки вони не збігаються.

Будьте обережні, щоб рівномірне освітлення та уникало ефектів віньєтування в оптиці.

Узагальнити відповідь.

Від білого до чорного, очі бачать діапазон сірого кольору. Оскільки очі бачать логарифмічні (а вуха чують логарифмічні), те, як очі виглядають посередині - це насправді не містить 50% чорного + 50% білого, а 18%.

Середня точка для ока містить 18% чорного на білому.

Щоб зробити це на Photoshop, ви заповнюєте білий фон з 18% чорним малюнком. Отже, у фотошопі, якщо наповнити білим фоном наполовину чорного кольору, ви не отримаєте середнього сірого, яке може побачити око.

Багато років тому мені було створено базу сторінки за цим правилом 18% для калібрування монітора. Різне з іншими калібруваннями полягало в тому, що я використовую 18% для заливки фону чорним, а не 50%

У мене ще є сторінка гамма-калібрування в Інтернеті. Розмийте очі і спробуйте змусити коло всередині зникнути.

"18%" - кількість світла, відбитого середньою точкою чорного та білого кольору (зона V Адамаса). Точна умова 18% (не 17%, 19% тощо) походить від графічної індустрії (можливо - див. Посилання).

У фотографії воно має два основних напрямки:

• Об'єкт, який, як відомо, є нейтральним кольором, може допомогти під час виправлення балансу білого. Це не повинно бути середнього сірого, а будь-якого сірого.
• Об'єкт відомої відбивної здатності може допомогти у вимірюванні. Ваша долоня - хороша заміна цієї функції сірої картки: вона приблизно на 1 стоп яскравіша.

Однак у найбільшому шрифті тут можливе:

18% сірого кольору - це не те, що калібрується ваш лічильник.

Дійсно і справді.

Це стійкий міф, але насправді це не так. Ваші камери в калібруванні відкалібровані ближче до сірого на 12%, що становить приблизно половину зупинки. Це стандарт ANSI.

Тут є практичне пояснення Тома Хогана: http://www.bythom.com/graycards.htm

А для тих, хто вважає за краще займатися свічками для ніг та ногами, версія для матір тут: http://www.richardhess.com/photo/18no.htm

Це шокуюче одкровення, що мені робити?

Напевно, нічого. Більшість сірих карток сидять невикористаними у шафі. Навіть у користуванні половинна зупинка є досить незначною у більшості ситуацій. Тож якщо ви щасливі, як справи, продовжуйте!

Якщо ця різниця має значення для вас, стаття Хогана має практичні поради щодо бічної панелі, наведені тут:

Якщо ви знімаєте цифровим способом, знімайте сіру карту при рівномірному освітленні за відміреною величиною та з кроком третьої зупинки (використовуйте лише вимірювання точкою чи середньозваженим центром, і переконайтесь, що карта трохи нахилена до світла [щоб переконатися, що ви бачачи відбите світло]). Подивіться на гістограми для кожної експозиції (на камеру, а не у Photoshop, де використовується інший метод генерації гістограм). Якщо ви використовуєте сіру карту 18%, виберіть параметр експозиції, який генерує значення по центру, і встановіть це в контролі компенсації експозиції.