Чому 18% сірого вважається посеред фотографією?

Нещодавно я чув, як хтось (фотограф) говорив, що 18% сірого - це половина шляху між чорним і білим, а не 50%. Це здалося мені трохи нелогічним, і коли я запитав її, чому, вона сказала, що не знає. Прочитавши кілька статей в Інтернеті, я виявив, що 18% часто називають середньо-сірим кольором, і сприймають його на півдорозі . Це 18% чомусь на півдорозі між чорним і білим, і якщо так, то чому (можливо, ці відсотки працюють з нелінійної шкали з будь-якої причини ...). Якщо ні, то чому ми вважаємо, що 18% - це половина шляху, а не 50%. Чи бачимо ми колір нелінійно? , чи знімають наші камери світло нелінійно, або це лише якась ілюзія відносної яскравості .

Прочитавши питання, що це, начебто, дублікат, я все ще не бачу, чому Ансель Адамс обирає 18%, це була візуальна річ ?, або чому воно настільки широко прийняте. Це число довільне? лише те, що хтось виглядав правильним ... чи у нього є певна претензія на те, що він середній сірий, через сприйняття (здається, наші очі бачать речі лінійно, чи роблять камери так само) чи інші технічні причини.

Історія свідчить , що Ансель Адамс придумав «18% сірої» фігура. Ще в день сіна кінозйомки він розробляв зонову систему і потрібно було визначити "середній сірий". Це був заклик суду. Врешті-решт ідея прижилася, але кіно- і кінокампанії вибрали власний середній сірий колір. Це цікавий факт , що ваша цифрова камера , ймовірно , використовує що - то більше схоже на 12% сірий , як середній сірий.

Незалежно від кількості, ідея серед сірого кольору не така, що є "відбиває 50% світла". Або навіть те, що "це на півдорозі між поглинанням всього світла (чисто чорний) та відбиттям всього світла (чисто білий)". Це стосується вашого сприйняття.

Ваші очі - логарифмічні детектори. Тобто, якщо джерело стає яскравішим на коефіцієнт 4, воно здасться вам яскравішим лише в 2 рази. Якщо вона збільшиться в 32 рази, вона буде здаватися яскравішою лише в 5 разів. Якщо вона зросте в яскравості на коефіцієнт 128, то вона здасться вам лише в 7 разів яскравішою.

Вищенаведені не є фактичними числами. Як ви можете собі уявити, вимірювання того, як яскраві речі здаються людям, дуже складне і змінюється від людини до людини. Важливо те, що саме ця дивна логарифмічна природа ваших очей тримає середній сірий від 50%.

Варто подивитися на гамма-графік для додаткової точки зору, коли ви думаєте про це. Стандартна гамма дисплея, наприклад, 2,2. Крива виглядає так:

50% сірого кольору в 8-бітовому просторі - 127 (горизонтальна вісь). Це поєднується з ~ 20% яскравості світла дисплея. Як для відображення, так і для друку концепція гамма важлива, оскільки вона забезпечує відображення або перетворення між лінійними даними (камера / зображення) та логарифмічною чутливістю людського ока.

Людське око може вирішити щось на порядку 10-14 f-зупинок динамічного діапазону при фіксованому розмірі зіниці. Це на ~ 3 зупинки краще, ніж найкращі зйомки DSLR у 14-бітній RAW. Наш мозок також здатний використовувати всі ці дані одразу - це як би у нас вбудований 16-бітний процесор RAW зображень у нашу зорову кору [*], і він автоматично коригує рівень освітлення та тіні тощо, щоб отримати ідеальну експозицію в режимі реального часу. ~ 18% сірий - це лише емпіричне значення, яке відповідає обробці, яку наші очі природно застосовуватимуть до сцени, яку вони бачать.

Це емпірично, оскільки воно працює і виглядає середньо-сірим в типовій сцені. Однак око легко обдурить і надзвичайно чутливий до контексту. Мозок безжально фотографує те, що бачать очі, щоб спробувати його зрозуміти, і сірі уявляють собі будь-який відтінок, який має для нас сенс. Класична ілюзія цього:

де і Aі Bквадрати однакові за яскравістю. Отже, так, око є надзвичайно нелінійним і, крім того, навіть не рівномірним у своєму візуалізації над нашим зоровим полем. Дарки світлішають, яскравість затемнюється, і вся сцена сильно стискається у вузький перцептивний діапазон, з якого ми можемо витягти деталі.

Коли я знімаю сцени з високим динамічним діапазоном, це, на мій погляд, інтуїтивно зрозуміло фотографам - нам дійсно потрібно працювати в пості, щоб врівноважувати сценку з високим динамічним діапазоном у форму, схожу на те, що сприймає око. Коли ми можемо керувати світлом, ми додаємо його багато - заповнюємо, заповнюємо, заповнюємо . Щоб отримати врівноважену кольорову фотографію, яка не потребує великої публікації, потрібно додати якомога більше світла, щоб заповнити темні ділянки сцени - максимально зменшивши динамічний діапазон, щоб створити більш рівну та більше сцену рівномірно освітлений (як і наш мозок намагається робити зі сценами, які ми бачимо).

Щоб відповісти на коментар нижче, це зроблено із зображення, поданого вище, щоб зробити висновок:

[*] Якщо точніше, для тих, хто цього бажає, частина початкової обробки та стискання зображень проводиться декількома шарами спеціалізованих клітин безпосередньо за сітківкою, перш ніж інформація надсилається до мозку.

Навіть поза перцептивними проблемами, широта експозиції фільму - ще одна причина прихильності 18% сірого. Якщо б хтось спробував викрити сцену, щоб середній сірий тон на сцені мав значення експозиції 50%, то все, що було б навіть вдвічі яскравіше, ніж середнє, повністю вибухне. Якщо б хтось спробував розкрити сцену, щоб середній сірий тон на сцені мав середнє значення, наприклад, 5%, то речі, які були тьмянішими, ніж середні, навряд чи були б відкриті. Якщо ви користуєтесь принципом, що типова 35-мм плівка має п'ять значень широти f-стоп, 18% сірого впаде майже рівно посередині (2.47 f-стоп вниз від 100%), поставивши її прямо посередині п'яти f -приступ діапазону.

Зауважте, що процес зйомки та друку негативної плівки створює нелінійну поведінку, що сильно відрізняється від поведінки цифрових камер. Ділянки плівки, які не піддаються впливу жодного світла, повинні бути максимально прозорими і повинні спричиняти отримання друку суцільним чорним кольором. Досягнення хорошого твердого чорного друку вимагатиме виставлення друку досить довго, що ділянки плівки, які є досить близькими до прозорих, також будуть друкуватися як чорні. Таким чином, якщо хочеться, щоб відбитки мали хороші суцільні чорні кольори, то речі, які не повинні бути чорними, повинні мати певний мінімальний рівень опромінення, щоб запобігти їх зникненню в небуття. Якщо повернути, потрібно багато світла перетворити плівку повністю чорною; навіть частина сцени, яка значно перекрита, може зберігати деякі деталі.

Під час зйомки в цифровому режимі речі дещо інакше: світлі ділянки більш сприятливі для насичення (втрачаючи всі деталі), тоді як темні ділянки схильні здаватися "галасливими". Як правило, темні ділянки все ще містять суттєві деталі, навіть коли настільки сильно недостатньо виражені, що шум домінує. Оскільки різні камери мають різну кількість шуму (а рівень шуму змінюється залежно від різних умов), середня точка "ідеального опромінення" для цифрової камери часто може сильно відрізнятися від того, що було б для фільму.

Хочеться додати, що очі та емульгування галогеніду срібла, природно, мають логарифмічну реакцію, на відміну від датчиків CCD / CMOS, з тієї ж основної причини.

Розглянемо ділянку молекул, розповсюджених по фокальній площині. Несприятливий подразник (два фотони, що потрапляють на кристал у певному часовому вікні, у випадку з плівкою), реєструється, змінюючи стан цієї молекули (молекула органічного барвника або кристал AgX), цей блок зараз використовується . Поміркуйте, коли половина одиниць уже потрапила: інший стимул має 50% шансу потрапити на той, який уже використовується, тому нічого не додає. Для отримання такого ж потемніння, як і в незайманому районі, потрібно вдвічі більше світла, що надходить.

Тепер двофотон ускладнює речі, але загальна форма розподілу - така ж крива. Пригадую, читав про «двері зомбі» в математичній колонці. Уявіть червону доріжку, яка веде до стіни з дверима в одному вузькому місці. Зомбі регулярно розташовуються між собою по ходу килима, і кожен розташований випадковим чином (рівномірний розподіл), розташований боком у бік.

Розподіл зомбі, що надходить через двері, називається зворотним колодою . А тепер уявіть, що через стіну стоїть ряд дверей, схожий на банк турніку метро. Кожну двері можна використовувати лише один раз. Пізніше, після експозиції, ви зазначаєте, скільки турнікерів було використано порівняно з залишилися невикористаними.

Без сучасної електроніки важко подивитися на патч і сказати, що це оптична щільність xx%, але грубозерниста плівка та мікроскоп дозволять вам підрахувати, скільки чорних крапок (відкритих кристалів) знаходиться у зразковому квадраті. Я не знаю, як він визначив лінійне висвітлення на основі тестових експозицій: емпірично, роблячи один-стоп кроки, ви можете знайти можливості засобів масової інформації та вказати на середину. Але як ти знаєш, що це 18% у лінійному масштабі, без денситометра? Можливо, змішуючи пігменти у співвідношеннях, тому це вийшло з традиції фарбування.

Я розумію, що 18% сірого вважається середнім відбиттям світла від навколишнього світу - не снігом (близько 90%) або чорним котом у вугільній шахті з іншого кінця, а середнім у середньому за день. Наприклад, трава відображає близько 18% сірого кольору, тому якщо ви читаєте свій лічильник, ви можете зняти показання з трави, а потім обчислити звідти. Кавказька шкіра вважається близько 36% сірою, тому ви можете відміряти руку, а потім компенсувати назад до 18%, відкриваючи або закриваючи стоп - це для фільму, або негативний, або прозорий.

Гаразд ... карта з 18% відбиттям здається людському оці середньо-сірою. Більш офіційно сказано: об’єкт з відносною яскравістю 18% (відносно еталонного білого) буде мати світлоту 50%. Це не якесь випадкове число. Це наслідок нашого нелінійного сприйняття яскравості.

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

Інші відповіді не є помилковими. "18%" також пов'язаний з відеосвітом: якщо гамма монітора становить 2,4, а ви даєте йому 50% -й сигнал, тоді світловіддача становить 0,5 ^ 2,4 = 19%.

За магічним збігом обставин аналогові відеосигнали та файли цифрових зображень (sRGB) або сигнали (BT.1886) кодуються майже перцептивно однаково. 50% сигнал дає 18-19% яскравості, але це сприймається приблизно. 50% легкості. Кількість з "-ness" у назві завжди стосується сприйняття людиною.

Пізніше відеоіндустрія спробувала кількісно оцінити сприйняття легкості та однорідність сприйняття. Пітер Бартен (Philips) проклав більшу частину основної роботи, в результаті чого отримав кандидатську дисертацію та резюме (SPIE 2004). Ця робота була використана компанією Dolby для стандартизації "Сприймаючого квантователя", це OECF для HDR TV, як написано в стандарті SMPTE 2084. Пізніше Poynton, Nijland і я опублікували нову формулу тієї ж кривої OECF і назвали її функція «Бартен легкість» (SMPTE MIJ 2015). Це передбачає ідеальну адаптацію очей до середнього рівня освітленості, де б це не було.

Ця формула показує, що сприйняття світла людини слід за кривою гамма (1 / 2,07) при слабкому освітленні (<0,1 ніт) і кривою логману при яскравому світлі (> 1 ніт). З цією формулою співвідношення "50% світлості = 18% освітленості" є точним лише для 18% проти 100% 0,57 ніт. Наприклад, 10,9% 10 ніт або 5,6% 100 ніт або 2,4% 1000 ніт або 0,9% від 10000 ніт світність також сприймаються як 50% легкості. Знову ж таки, це після ідеальної адаптації очей до послідовних подразників, а не тоді, коли їх показують поряд.

Якщо ви хочете дізнатися більше, я пропоную вам переглянути докторську дисертацію Чарльза Пойнтона, наша формула легкості знаходиться на сторінці 93.

Зверніть увагу, що доктор Бартен досліджував лише чорно-біле сприйняття, тому все, що з’явилося там, справедливо лише для сірого масштабу. Застосування перцептивної рівномірності для кольорових зображень - це інша справа, і ми також зняли це. Все це було зроблено в умовах високого динамічного діапазону та широкої кольорової гами телебачення.

Трохи історії допоможуть вам зрозуміти призначення сірої картки:

У середині 1930-х рр. Пані Джонс та Кондіт у лабораторії Кодак визначили, що статистично типова сцена, освітлена сонячним світлом, інтегрується до значення відбиття близько 18%. Приблизно в цей час Західна електрична компанія вивела на ринок перший лічильник світла. Kodak Labs публікує рекомендацію; помістіть на сцені коробку фільму Kodak. Здається, коробка відбивала 18% навколишнього світла. Тепер виміряйте відбите світло у верхній частині коробки та скористайтеся цим показанням для встановлення експозиції.

У 1941 р. Ансель Адамс, відомий пейзажний фотограф, та його друг Фред Арчер, редактор фотожурналів, спільно опублікували систему «Зона», яка надала фотографам метод точного налаштування експозиції. Їх зональна система обертається навколо використання 18% плаката (лінійний сірий). Ця картка замінює верхню частину поля Kodak. 18% сіра мета стала фактичним стандартом. Сьогодні швидкість фільму та паперу, а також цифровий чіп калібруються, а фільм та цифровий ISO встановлюються за допомогою сірої картки 18%.

Через підводні камені, пов'язані з відбиттям вимірювання, розвинувся другий метод вимірювання, який називається методом зчитування падаючого світла. Цей метод розміщує прозору сферу, розміщену над входом лічильника світла. Лічильник розміщується впритул до об'єкта і спрямований назад до камери. Таким чином, вимірювальний прилад вимірює світло безпосередньо до удару по предмету (старе французьке слово інциденту, яке має відбутися).

Метод інциденту дає ті ж показання, що і відбитий метр, знятий із сірої картки, проте він виключає більшість підводних каменів, що обертаються, де утримувати та розміщувати лічильник. У сонячних місцях фотограф може просто повернутись і вказувати метр назад на уявну камеру. Цей метод є високоточним і був прийнятий голлівудськими операторами камер, оскільки вони знімають сцену і, можливо, сто тисяч доларів їздять за правильною експозицією. .

Технічний матеріал: Якщо негативна плівка буде правильно викрита та оброблена, зображення сірої картки на плівці буде надано певному відтінку сірого. Цей відтінок гея еквівалентний фільтру нейтральної щільності з коефіцієнтом 5,5, він зменшує пропускання світла на 2 ½ зупинки. Якщо записати у відсотках, це значення становить 18%.

Коли зображення цієї сірої картки на негативі буде надруковано, а якщо папір для друку піддається експонуванню та розробляється за специфікацією, отримане зображення сірого плаката на папері для друку матиме ті ж 18% віддзеркалення, що й вихідні сірі картки.

Підсумовування - 18% плакат - це єдиний тон, який: 1. Насправді він має 18% відбивальну здатність. 2. Отримане зображення сірої картки у мінусі має передачу 18%. 3. На друку зображення сірої картки відповідає оригінальній сірій картці, що відображає 18%.

Це 18% значення є ключовим тоном або віссю фотографічної системи - фільм - цифровий - та літографія. Це наука - не здогадуйтесь роботи.

Більше гоблійгука від Алана Маркуса

Мене це також непокоїло роками. Простіше кажучи, середня кількість світла, відбитого від об'єктів навколо нас, становить 18%. Деякі речі темніші, деякі речі - яскравіші. Але 18% в середньому. Наші очі сприйматимуть це середнє відбиття як середній тон до яскравих і тіней навколо нас. Деякі інші люди використовували математику та графіки для пояснення різниці між лінійними та даними стилю журналу. Але я просто радий знати, що 18% прямого світла на мою тему відбивається на мені, і це дасть мені мій тон, на який можуть танцювати мої моменти та тіні.