¿Cuál es el tono gris del 18% y cómo hago una tarjeta gris del 18% en Photoshop?

He escuchado sobre el 18% de tono gris: ¿qué es realmente y por qué 18% (y no 20% o algún otro valor) y cómo puedo hacerlo en Photoshop?

Advertencia: esta es una publicación larga y algo técnica que incluye algunas matemáticas (pero cuando superas los superíndices y demás, en última instancia son matemáticas bastante simples).

En primer lugar, debería comenzar con una idea simple de cómo creo que se seleccionó el 18% en primer lugar. Ya no recuerdo cuál, pero uno de los libros de Ansel Adams menciona lo que creo que probablemente sea el origen.

La sustancia natural más reflectante en la tierra es la nieve fresca y limpia, que refleja en algún lugar alrededor del 95% de la luz que cae sobre ella (dependiendo un poco de exactamente qué tan fresca, limpia, cuán fría y / o húmeda estaba cuando la nieve formado, etc.)

En el extremo opuesto, una superficie cubierta de hollín fresco y limpio refleja aproximadamente la menor cantidad de luz que cualquier sustancia natural. El rango aquí es de aproximadamente 3 a 4%. Tomemos nuevamente la mitad de ese rango y llamémoslo 3.5%.

Para obtener un promedio general, podemos promediar esos dos. Sin embargo, dado un rango tan amplio, los estadísticos dicen que usar una media aritmética produce un resultado pobre (el número mayor domina casi por completo, y el menor es casi ignorado). Para números como este, una media geométrica es la forma "correcta" de hacer las cosas.

La media geométrica de estos funciona como la raíz cuadrada de .95 * .035. Ejecutando eso a través de la calculadora, obtenemos 0.1823458 ... Redondeado a dos lugares, eso es 18%.

Como se ha citado el artículo de Thom Hogan, hablaré un poco sobre ello. Hace algún tiempo, Thom Hogan publicó un artículo:

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

... que afirma que los medidores en las cámaras digitales Nikon están calibrados para un gris de nivel medio que corresponde al 12% de reflectancia en lugar del 18% de gris de la mayoría de las tarjetas grises estándar.

Desafortunadamente, si bien el título y el párrafo inicial del artículo son bastante enfáticos acerca de que el 18% es un "mito", el resto del artículo no proporciona una base fáctica para esta afirmación. Esto es lo que Thom da como base para sus declaraciones:

Los estándares ANSI (que, desafortunadamente, no se publican públicamente; debe pagar mucho dinero para tener acceso a ellos), calibre los medidores utilizando luminancia, no reflejo. Para un medidor calibrado ANSI, la información más comúnmente publicada que he visto es que el valor de luminancia utilizado se traduce en una reflectancia del 12%. También he visto 12.5% ​​y 13% (entonces, ¿de dónde viene el 14% de Sekonic?), Pero 12% parece ser correcto: una media parada más ligera que 18%, por cierto. No he visto a nadie afirmar que la calibración ANSI se traduce en una reflectancia del 18%.

Al final, parece no tener una base real para sus afirmaciones, simplemente una afirmación de que "el 12% parece ser correcto", sin evidencia real, o incluso información sobre por qué considera esto correcto. A pesar de esto, sin embargo, este artículo ahora es ampliamente citado en varios sitios web orientados fotográficamente (entre otros lugares) como si fuera un hecho absoluto e indiscutible.

Dado que este tema parece ser de interés para un buen número de fotógrafos, decidí ver si podía encontrar algunos hechos reales con evidencia que los respaldara. El primer paso en este viaje fue encontrar el estándar en cuestión. Al hacer algunas búsquedas, encontré lo que creo que es el estándar relevante. Contrariamente a la implicación de Thom anterior, esto es realmente publicado por ISO en lugar de ANSI. Esto puede ser trivial para la mayoría, pero cuando estaba buscando el estándar era algo importante: trabajé bastante para tratar de encontrar un estándar ANSI que aparentemente no existe. Al final, sin embargo, encontré el estándar ISO relevante: ISO 2720-1974, "Fotografía - Medidores de exposición fotográfica de propósito general (tipo fotoeléctrico) - Guía para la especificación del producto (Primera edición - 1974-08-15)".

También descubrí que Thom también estaba (al menos desde mi punto de vista) bastante equivocado con respecto a los precios: una copia de este estándar cuesta solo $ 65. Esto no me pareció "mucho dinero"; de hecho, parecía un precio justo a pagar por una verdadera iluminación (juego de palabras notado por no realmente intencionado) sobre el tema.

El estándar confirmó parte de lo que Thom tenía que decir, como calibrar medidores directamente de fuentes que emiten luz en lugar de luz reflejada. Desafortunadamente, otras partes de lo que Thom tenía que decir no están tan alineadas con el contenido del estándar. Por ejemplo, al concluir su artículo, incluye un comentario de "lanza" que menciona un "factor" K ", sin especificar su significado o propósito exacto. Thom respondió diciendo: "Sin embargo, ningún fabricante con el que he hablado sabe nada sobre un factor K, y todos hablan específicamente sobre el estándar ANSI como su criterio para construir y probar medidores".

Como se dijo, esto puede no ser exactamente incorrecto, pero ciertamente es engañoso en el mejor de los casos. En realidad, una gran parte de la norma ISO está dedicada al factor K. Gran parte del resto se dedica al factor C, que corresponde al factor K, pero en su lugar se usa para medidores de luz incidente (el factor K se aplica solo a los medidores de luz reflejada). Sería completamente imposible seguir el estándar (al menos con respecto a un medidor de luz reflejada) sin saber (bastante) sobre el factor K.

La norma especifica que: “Las constantes K y C se elegirán mediante análisis estadístico de los resultados de una gran cantidad de pruebas realizadas para determinar la aceptabilidad para un número de observadores, de una serie de Fotografías, para las cuales se conoció la exposición , obtenido bajo diversas condiciones de materia y en una gama de luminancias ".

El estándar también especifica un rango dentro del cual el factor K debe caer. Los números para el rango dependen del método utilizado para medir / clasificar la velocidad de la película (o su equivalente con un sensor digital). Por el momento, voy a ignorar las velocidades de estilo DIN y solo miraré las clasificaciones de velocidad de estilo ASA. Para este sistema, el rango permitido para el factor K es de 10.6 a 13.4. Estos números no se corresponden directamente con los valores de reflectancia (por ejemplo, 10.6 no implica una tarjeta gris del 10.6% como gris de nivel medio), pero sí corresponden a diferentes niveles de iluminación que se medirán como gris de nivel medio. En otras palabras, no hay un nivel específico de reflectancia que deba medirse como gris de nivel medio; más bien, se permite cualquier valor dentro del rango especificado.

El factor K está relacionado con una exposición medida por la siguiente fórmula:

K = LtS / A ²

Dónde:

K = Factor K
L = Luminancia en cd / m ²
A = número f
t = velocidad efectiva del obturador
S = velocidad de la película

Usando esta fórmula y un monitor calibrado, podemos encontrar el factor K para una cámara específica. Por ejemplo, tengo una cámara Sony Alpha 700 y un monitor que está calibrado para un brillo de 100 cd / m ² . Al hacer una comprobación rápida, mi cámara mide la pantalla (mostrando su idea de blanco puro) sin otras fuentes de luz visible, con una exposición de 1 / 200th de segundo a f / 2. Al ejecutar esto a través de la fórmula, se obtiene un factor K de 12.5, justo por encima de la mitad del rango permitido por el estándar.

El siguiente paso es calcular qué nivel de "gris" corresponde a una tarjeta. Hagamos eso en base a la regla de sol f / 16, que dice que una exposición adecuada bajo luz solar brillante es f / 16 con una velocidad de obturación que es la inversa de la velocidad de la película. Podemos transformar matemáticamente la fórmula anterior a:

L = A ² K / tS

Vamos a resolver las cosas para la película ISO 100:

L = 16x16xK / .01x100

El .01 y el 100 se cancelan (y siempre se cancelarán ya que la regla es que el tiempo de exposición es el recíproco de la velocidad de la película), por lo que esto se simplifica a: L = 256K.

Trabajar los números para los valores más bajos y más altos permitidos para el factor K da 2714 y 3430 respectivamente.

Ahora, nos encontramos con la razón por la cual el estándar ISO especifica los niveles de luz en lugar de la reflectancia de una superficie: a pesar de que todos hemos visto y escuchado la regla de sol f / 16, la realidad es que la luz solar clara varía en un rango considerable, dependiendo de temporada, latitud, etc. La luz solar clara tiene un brillo de aproximadamente 32000 a 100000 lux. El promedio de ese rango es de aproximadamente 66000 lux, por lo que trabajaremos los números sobre esa base. Esto tiene que multiplicarse por la reflectancia para dar una luminosidad, pero el resultado se obtiene en unidades de "apostilbs" en lugar de cd / m ² . Para convertir de apostilbs a cd / m ² , multiplicamos por 0.318:

L = I x R x 0.318.

Dónde:

R = reflectancia
I = iluminancia (en lux)
L = luminancia (en cd / m ² )

Ya tenemos los valores para L que nos interesan, por lo que lo reorganizaremos para obtener los valores de R:

R = L / 0.318 I

Al conectar nuestros valores mínimos y máximos para I, obtenemos:

R ₁ = L / 10176
R ₂ = L / 31800

Luego conectamos los dos valores para L para definir nuestro rango permitido para 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

En otras palabras, entre el rango de brillo del sol y el rango de factores K permitidos por el estándar ISO, una reflectancia de aproximadamente 8.5% a aproximadamente 34% puede caer dentro de los requisitos del estándar. Obviamente, este es un rango muy amplio de valores, y uno que claramente incluye tanto el 12% de los defensores de Thom como el 18% de una tarjeta gris típica.

Para reducir un poco el rango, consideremos solo la media aritmética y geométrica del rango de brillo del sol: 66000 y 56569 lux respectivamente. Al conectarlos a la fórmula para el rango de posibles valores de reflectancia se obtiene:

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

Los resultados de esos son:

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

Una carta gris del 18% está cerca de un extremo de este rango, pero aún se encuentra dentro del rango. Una carta gris del 12% queda fuera del rango; tenemos que asumir un nivel de luz superior a la media para que funcione. Si promediamos los cuatro números anteriores juntos, obtenemos un valor de alrededor del 16% de gris como el "ideal", uno que debería funcionar razonablemente bien en casi cualquier condición.

Para resumir:

1. El estándar ISO permite un rango de calibraciones, no solo un nivel
2. El brillo normal de la luz del día también cubre un rango bastante amplio
3. 18% de gris es justificable en función de los niveles de luz promedio
4. El 12% de gris no se justifica en función de los niveles de luz promedio
5. Según los niveles de luz promedio, el valor ideal para una tarjeta gris sería aproximadamente el 16%
6. Su medidor puede estar calibrado al 18%, pero probablemente no esté (y no debería estar) calibrado al 12%.

lo que es real, ¿por qué 18%?

Esta es la cantidad de luz utilizada por la mayoría de las cámaras para determinar la exposición. Se eligió esta opción (en lugar del 20%, etc.) porque, en promedio, la mayoría de las "fotografías" utilizadas por los fotógrafos promedio tienden a tener aproximadamente la misma cantidad de exposición a la luz que el sólido, 18% gris.

Sin embargo, si está fotografiando algo que tiene mucho blanco o mucha oscuridad, su exposición estará apagada. Por ejemplo, si toma una foto de un gran edificio blanco, es probable que desee ajustar su exposición para compensar, ya que el valor predeterminado apuntará al 18% de gris, verá todo el blanco y disminuirá su exposición (para hacer todo la imagen promedia el mismo contenido de luz que el 18% de gris). Querrá tener una exposición superior a la predeterminada para compensar.

Puede usar una tarjeta sólida que tenga el tono gris apropiado para ayudar a compensar esto en su cámara. Muchas cámaras tienen funciones de compensación de exposición que le permitirán configurar su cámara apuntando a algo con la cantidad correcta de saturación de color.

Si desea hacer su propia tarjeta, querrá saturar la tarjeta con un 18% de gris. Esto funcionará con un relleno sólido (en RGB) de aproximadamente 46 para R, G y B. Solo tenga en cuenta, sin embargo, que la mayoría de las impresoras distorsionarán un poco su color; por lo tanto, cuando imprima, es posible que desee verificar los resultados contra tu original.

Las tarjetas están diseñadas para reflejar aproximadamente el 18% de la luz entrante, que para un humano aparece a medio camino entre el blanco máximo y el negro más oscuro y es una suposición bastante buena sobre la reflectancia promedio de las escenas naturales típicas: L * 50 como lo ha sido mencionado correctamente anteriormente.

La siguiente pregunta, y de dónde proviene el 12%, es esta: si medimos la tarjeta gris del 18%, que para un humano aparece como gris medio pero realmente tiene aproximadamente el 18% de la intensidad del blanco máximo difuso, ¿qué valor debería esta información se registrará en nuestros archivos sin formato. Recuerde que la película tiene una caída suave en los aspectos más destacados, mientras que la digital tiene un corte absoluto. Por lo tanto, decidieron dar media parada de espacio libre adicional para salvaguardar los reflejos (posiblemente especulares) y, si lo deseaban, proporcionar una caída de media parada. Se decidió que la luminancia proveniente de una tarjeta gris que refleja el 18% de la luz entrante, también conocida como L * 50, también conocida como gris medio, debería registrarse en realidad al 18% / sqrt (2) = aproximadamente 12.8% de blanco máximo difuso - en el lineal archivo RAW.

En cuanto a lo que sucede con los datos después de eso, se vuelve muy complicado y los estándares realmente han hecho un desastre, en mi humilde opinión.

Piense en la escala tonal de negro a blanco. En lugar de un gradiente uniforme, divídalo en 11 partes (llamadas zonas). La zona 0 es de color negro sólido sin detalles. La zona 10 es de color blanco sólido sin detalles. La zona 5 en el medio es 18% gris. Google "sistema de zonas" para más información.

Es muy probable que el tono gris que realmente le importa sea del 12%, ya que esto es lo que los medidores de cámara probablemente están calibrados para medir. Vea el artículo de Thom Hogan sobre cartas grises.

El OP preguntó: ¿por qué la tarjeta gris estándar tiene una reflectancia del 18%?

La respuesta corta es que un número significativo de fabricantes calibraron sus medidores de luz en la creencia de que una escena estándar promedia un 18% de reflectancia.

Los siguientes fabricantes trabajan con una reflectancia del 18%:
Minolta
Sekonic
Pentax
Gossen
Kenko

Esta información fue tomada de sus manuales de medidor de luz. Sigue los enlaces para ver mis referencias.

Se cree que lo siguiente funciona con una reflectancia del 12%, aunque no pude [confirmar esto. Información derivada del artículo de Wikipedia del medidor de luz . Vea también este artículo de photo.net
Canon
Nikon

Si bien no tengo información para Olympus.

Entonces, la siguiente pregunta es: ¿por qué algunos fabricantes eligen el 18% y otros eligen el 12%?

La respuesta se puede encontrar en ISO 2720 , que establece que:

Las constantes K y C se elegirán mediante análisis estadístico de los resultados de una gran cantidad de pruebas realizadas para determinar la aceptabilidad para una gran cantidad de observadores, de una serie de fotografías, para las cuales se conocía la exposición, obtenida bajo diversas condiciones de manera subjetiva y sobre una gama de luminancias

Esto significa que cada fabricante es libre de determinar por medición cuál es el nivel de gris promedio de la escena estándar. Dado que han utilizado mediciones independientes de las constantes de calibración (K y C), es sorprendente (y gratificante) que haya tanto acuerdo.

K y C son las constantes de calibración para la luz reflejada y los medidores de luz incidente.
K tiene valores recomendados de 10.6 a 13.4
C tiene valores recomendados de 320 a 540

Ahora resulta que los dos grupos de fabricantes, a pesar de sus propias pruebas, han llegado a diferentes valores de K y C. Y estos valores, mediante la simple aplicación de las leyes de la física, dan como resultado una reflectancia del 18% o del 12% para La escena estándar.

Para los interesados, las fórmulas se pueden encontrar en el artículo de Wikipedia de Light Meter , por lo que no las repetiré aquí.

Entonces, ¿cuál es el valor "correcto"? 18% o 12%?

a) no tiene muchas opciones más que trabajar con el valor que ha elegido su fabricante.
b) la diferencia es lo suficientemente pequeña como para tener poco efecto práctico.
c) parece que nadie ha notado la diferencia de todos modos.

La conclusión es que los valores de 18% o 12% para la reflectancia promedio se obtuvieron midiendo la reflectancia promedio (fotográficamente) de una gran cantidad de escenas. Entonces, estos son números a los que se llegó experimentalmente y no es sorprendente que haya algunas diferencias.

¿Hay alguna manera de llegar al número teóricamente?

En el espacio de color Lab, L * (brillo) puede variar de 0 (negro) a 100 (blanco difuso). Elijo el espacio de color Lab porque está diseñado para aproximarse a la visión humana. Si se supone que el brillo promedio cae a mitad de camino entre estos dos extremos, entonces se tiene un punto de partida de L * = 50.

Ahora, utilizando la excelente calculadora de color CIE de Bruce Lindbloom , podemos calcular la luminancia correspondiente y los valores de píxeles sRGB. Esto proporciona valores de luminancia del 18.4% (Y en la escala CIE XYZ ) y 118.9 píxeles para sRGB.

Por supuesto, decir que el brillo promedio de la escena promedio está a medio camino entre el blanco y el negro es una gran suposición y simplifica el mundo real. Uno realmente necesita algún tipo de base experimental para esta suposición. Pero es ciertamente interesante que este cálculo llegue a un resultado cercano al de muchos fabricantes.

El 18% de gris es el tono que a través de la lente de medición (TTL) basa sus cifras de exposición; también puede usarlo para verificar el balance de blancos si desea calibrar para una toma.

Cuando no tiene uno a mano, generalmente puede sustituirlo por un área de concreto, si está en la escena o al menos en circunstancias de iluminación similares.

En su mayor parte, los estándares no están diseñados para explicar la teoría. Su propósito es describir cómo hacer algo, determinar la velocidad de la película, calibrar un medidor de exposición, etc., y se basan en investigaciones que se pueden encontrar en artículos científicos en revistas científicas. Tres documentos que describen la teoría de la calibración del medidor son:

Stimson, Allen, An Interpretation of Current Exposure Meter Technology , Photographic Science and Engineering, vol 6, No 1, enero-febrero de 1962.

Scudder, Nelson, Stimson, reevaluación de los factores que afectan el control manual o automático de la exposición de la cámara , Journal of the SMPTE, vol 77, enero de 1968.

Connelly, D, Niveles de calibración de películas y dispositivos de exposición , The Journal of Photographic Science, vol 16, 1968 ..

Sobre cómo imprimir una tarjeta del 18%, sin teoría o razón de por qué 18 no algún otro número ...

Seguir cualquier teoría o consejo sobre cómo establecer valores RGB en un programa de gráficos no es confiable. Los monitores e impresoras están diseñados para hacer que los gráficos se vean bien y no tengan precisión científica. Incluso si todo su sistema está calibrado, bueno, nunca confío en que esas cosas sean precisas, especialmente no por las propiedades ópticas físicas de las impresiones.

En última instancia, tendrá que hacer un gran rectángulo gris de algún valor RGB elegido e imprimirlo. ¿Cómo saber qué valor RGB?

Primero use su programa de gráficos para imprimir una cuadrícula fina de cuadrados negros sobre un fondo blanco vacío. Haz que los cuadrados cubran el 18% del área. El espacio entre los cuadrados debe ser 1,59 veces el ancho o la altura de los cuadrados. Haga que esta cuadrícula sea pequeña pero lo suficientemente grande como para tener un buen control sobre la geometría precisa y cubra una página completa.

Con una buena tinta oscura en la impresora, el blanco será casi 100% reflectante y el negro casi 0% (pero nada es perfecto), por lo que la reflectancia general promedia un 18%. Fotografíe esta impresión en blanco y negro fuera de foco, dejando que la cámara haga el promedio.

Adivine un valor RGB, haga que toda la página tenga ese valor de gris e imprímalo. Fotografía, fuera de foco, al lado de tu cuadrícula en blanco y negro. Según si es más claro o más oscuro que la cuadrícula, refine su conjetura RGB. Repite hasta que coincidan.

Tenga cuidado de tener una iluminación uniforme y evite los efectos de viñeteado en la óptica.

Para resumir una respuesta.

De blanco a negro, los ojos ven una gama de grises. Debido a que los ojos ven logarítmico (y los oídos escuchan logarítmico), el aspecto de los ojos es el medio: en realidad, esto no contiene 50% de negro + 50% de blanco, sino 18%.

El punto medio para el ojo contiene 18% de negro sobre blanco.

Para hacer esto en Photoshop, rellena un fondo blanco con un patrón negro del 18%. Entonces, en Photoshop, si llena con un fondo blanco medio negro, no obtiene el gris medio que el ojo puede ver.

Hace muchos años, me hice una base de página en esa regla del 18% para calibrar el monitor. La diferencia con otras calibraciones fue que utilizo 18% para llenar el fondo con negro y no 50%

Todavía tengo esta página de calibración de gamma en línea. Desenfoque sus ojos e intente hacer que el círculo interior desaparezca.

"18%" es la cantidad de luz reflejada por el punto medio de blanco y negro (Zona V de Adams). La convención precisa de 18% (no 17%, 19%, etc.) proviene de la industria gráfica (probablemente, vea los enlaces).

En fotografía, tiene dos usos principales:

• Un objeto que se sabe que es de color neutro puede ayudar al corregir el balance de blancos. Esto no tiene que ser gris medio, sino gris.
• Un objeto de reflectancia conocida puede ayudar con la medición. La palma de su mano es un buen sustituto para esta función de una tarjeta gris: es aproximadamente 1 parada más brillante.

Sin embargo, en el tipo de letra más grande posible aquí:

El 18% de gris no es para lo que está calibrado su medidor.

Real y verdaderamente

Este es un mito persistente, pero en realidad no es el caso. Sus medidores en la cámara están calibrados más cerca del 12% de gris, que es una diferencia de aproximadamente media parada. Este es el estándar ANSI.

Aquí hay una explicación práctica de Thom Hogan: http://www.bythom.com/graycards.htm

Y para aquellos que prefieren negociar con velas de pie y pies de lambert, una versión matemática aquí: http://www.richardhess.com/photo/18no.htm

Esa es una revelación impactante, ¿qué debo hacer?

Probablemente nada. La mayoría de las tarjetas grises se sientan sin usar en el armario. Incluso en uso, una media parada es bastante insignificante en la mayoría de las situaciones. Entonces, si estás contento de cómo están las cosas, ¡continúa!

Si esta diferencia le importa, el artículo de Hogan tiene consejos prácticos sobre una barra lateral, extraída aquí:

Si dispara digitalmente, dispare una tarjeta gris bajo iluminación uniforme en el valor medido y en incrementos de tercera parada (use solo medición puntual o ponderada al centro, y asegúrese de que la tarjeta esté ligeramente inclinada hacia la luz [para asegurarse de que ver luz reflejada]). Mire los histogramas para cada exposición (en la cámara, no en Photoshop, que utiliza un método diferente para generar histogramas). Si está utilizando una tarjeta gris al 18%, elija la configuración de exposición que genera un valor centrado y configúrelo en su control de compensación de exposición.