¿Por qué se considera que el 18% de grises está en el medio para la fotografía?

Escuché a alguien (un fotógrafo) decir recientemente que 18% de gris está a medio camino entre blanco y negro, no 50%. Esto me pareció un poco ilógico, y cuando le pregunté por qué, ella dijo que no lo sabía. Después de leer algunos artículos en línea, descubrí que el 18% a menudo se conoce como gris medio, y se considera que está a la mitad de la percepción . Es 18% por alguna razón a mitad de camino entre blanco y negro, y si es así, por qué (tal vez estos porcentajes funcionan en una escala no lineal por cualquier razón ...). Si no, ¿por qué creemos que el 18% es la mitad, no el 50%? ¿Vemos el color de forma no lineal? , nuestras cámaras capturan la luz de forma no lineal, o es solo una especie de ilusión de brillo relativo .

Después de leer la pregunta, esto supuestamente es un duplicado, todavía no entiendo por qué Ansel Adams eligió el 18%, ¿fue algo visual ?, o ¿por qué fue tan ampliamente adoptado? ¿Es este número arbitrario? justo lo que alguien parecía correcto ... o tiene algún reclamo válido de ser el gris medio, debido a la percepción (parece que nuestros ojos ven las cosas linealmente, ¿las cámaras hacen lo mismo?) u otras razones técnicas.

La historia cuenta que a Ansel Adams se le ocurrió la cifra del "18% gris". En el día del heno de la fotografía cinematográfica, estaba desarrollando el sistema de zonas y necesitaba definir un "gris medio". Fue una decisión judicial. Finalmente, la idea se dio cuenta, pero las compañías de cine y cámara eligieron su propio gris medio. Es un hecho divertido que su cámara digital probablemente use algo más como 12% de gris como gris medio.

Cualquiera sea el número, la idea detrás del gris medio no es que "refleje el 50% de la luz". O incluso que "está a medio camino entre absorber toda la luz (negro puro) y reflejar toda la luz (blanco puro)". Tiene que ver con tu percepción.

Tus ojos son detectores logarítmicos. Es decir, si una fuente se vuelve más brillante por un factor de 4, solo te parecerá más brillante por un factor de 2. Si aumenta en un factor de 32, solo parecerá más brillante en un factor de 5. Si aumenta en brillo en un factor de 128, solo le parecerá 7 veces más brillante.

Lo anterior no son los números reales . Como puede imaginar, medir qué tan brillantes parecen las cosas para las personas es muy complicado y varía de persona a persona. Lo importante es que es esta extraña naturaleza logarítmica de tus ojos lo que evita que el gris medio sea del 50%.

Vale la pena mirar un gráfico gamma para obtener una perspectiva adicional al pensar en esto. La pantalla estándar gamma, por ejemplo, es 2.2. La curva se ve así:

50% de gris, en un espacio de 8 bits, es 127 (eje horizontal). Esto se alinea con ~ 20% de salida de luminancia de la pantalla. Tanto para la visualización como para la impresión, el concepto de gamma es importante ya que proporciona el mapeo o la conversión entre los datos lineales (cámara / imagen) y la sensibilidad logarítmica del ojo humano.

El ojo humano puede resolver algo del orden de 10-14 f-paradas de rango dinámico en un tamaño de pupila fijo. Esto es hasta ~ 3 paradas mejor que las mejores DSLR que disparan en RAW de 14 bits. Nuestro cerebro también es capaz de usar todos esos datos a la vez: es como si tuviéramos un procesador de imágenes RAW de 16 bits integrado en nuestra corteza visual [*] y ajusta automáticamente los niveles de luces y sombras, etc., para obtener una exposición perfecta en tiempo real. ~ 18% de gris es solo un valor empírico que se ajusta al procesamiento que nuestros ojos aplicarán naturalmente a la escena que ven.

Es empírico porque funciona y se ve gris medio en una escena típica. Sin embargo, el ojo se deja engañar fácilmente y es extremadamente sensible al contexto. El cerebro hará photoshop sin piedad de lo que ven los ojos para tratar de darle sentido y los grises se imaginan rutinariamente como cualquier sombra que tenga sentido para nosotros. La ilusión clásica de esto es esta:

donde los cuadrados Ay Bson idénticos en brillo. Entonces, sí, el ojo es extremadamente no lineal y, además, ni siquiera es uniforme en su representación sobre nuestro campo visual. Los oscuros se iluminan, los brillos se oscurecen, y toda la escena está muy comprimida en un estrecho rango perceptual del que podemos extraer detalles.

Al fotografiar escenas de alto rango dinámico, creo que esto es intuitivo para los fotógrafos: realmente tenemos que trabajar en la publicación para equilibrar una escena de alto rango dinámico en una forma similar a la que percibe el ojo. Cuando podemos controlar la luz, agregamos MUCHAS de ella: llenar, llenar, llenar . Para obtener una foto en color equilibrada que no necesita mucha publicación, es necesario que agreguemos la mayor cantidad de luz posible para completar las áreas oscuras de la escena, reduciendo el rango dinámico tanto como sea posible para producir una escena más plana y más iluminado uniformemente (al igual que nuestro cerebro trata de hacer con las escenas que vemos).

Para responder el comentario a continuación, esto se toma de la imagen de arriba para hacer el punto:

[*] Para ser más precisos, para aquellos que lo deseen, algunas capas de células especializadas directamente detrás de la retina realizan el procesamiento y la compresión inicial de la imagen antes de enviar la información al cerebro.

Incluso más allá de los problemas de percepción, la latitud de exposición de la película es otra razón para favorecer el 18% de gris. Si se trata de exponer una escena para que el tono gris promedio en la escena produzca un valor de exposición del 50%, entonces cualquier cosa que sea incluso dos veces más brillante que el promedio se desvanecería por completo. Si se trata de exponer una escena para que el tono gris promedio en la escena produzca un valor promedio de, por ejemplo, 5%, entonces las cosas que son más tenues que el promedio difícilmente se expondrán en absoluto. Si uno usa la pauta de que la película típica de 35 mm tiene cinco f-paradas de latitud, el 18% de gris caerá casi exactamente en el medio de eso (2.47 f-paradas por debajo del 100%), colocándolo justo en el medio de cinco f Rango de parada.

Tenga en cuenta que el proceso de filmar e imprimir películas negativas crea comportamientos no lineales que son muy diferentes de los de las cámaras digitales. Las áreas de la película que no están expuestas a la luz deberían ser lo más transparentes posible y deberían hacer que la impresión resultante sea de color negro sólido. Lograr una buena impresión en negro sólido requerirá exponer la impresión durante el tiempo suficiente para que las áreas de la película que estén lo suficientemente cerca de la transparencia también se impriman en negro. Por lo tanto, si uno quiere que las impresiones tengan buenos negros sólidos, entonces las cosas que no se supone que sean negras deben tener un cierto nivel mínimo de exposición para evitar que se desvanezcan en la nada. Por otro lado, se necesita mucha luz para girar la película totalmente negra; Incluso parte de una escena que está significativamente sobreexpuesta puede retener algunos detalles.

Cuando se graba digitalmente, las cosas son un poco diferentes: las áreas brillantes son más propensas a saturarse (perdiendo todos los detalles), mientras que las áreas oscuras tienden a parecer "ruidosas". En general, las áreas oscuras seguirán conteniendo detalles significativos incluso cuando estén tan subexpuestas que domine el ruido. Debido a que las diferentes cámaras tienen diferentes cantidades de ruido (y el nivel de ruido varía según las diferentes condiciones), el punto medio de "exposición ideal" para una cámara digital a menudo puede ser muy diferente de lo que sería para una película.

Me gustaría agregar que los ojos y la emulsión de haluro de plata naturalmente tienen una respuesta logarítmica, a diferencia de los sensores CCD / CMOS, por la misma razón subyacente.

Considere un parche de moléculas esparcidas sobre el plano focal. Un estímulo incomimg (dos fotones que golpean el cristal en una cierta ventana de tiempo, en el caso de la película) es registrada por el cambio del estado de esa molécula (molécula de colorante orgánico o cristal AgX), que la unidad está ahora agotado . Considere cuándo la mitad de las unidades ya han sido golpeadas: otro estímulo tiene un 50% de posibilidades de golpear a uno que ya está en uso, por lo que no agrega nada. Se necesita el doble de luz entrante para hacer el mismo oscurecimiento que en un área prístina.

Ahora los dos fotones complican las cosas, pero la forma general de la distribución es el mismo tipo de curva. Recuerdo haber leído sobre una "puerta zombie" en una columna de matemáticas. Imagine una alfombra roja que conduce a una pared con una puerta en un lugar estrecho. Los zombis están regularmente espaciados en línea caminando por la alfombra, y cada uno se coloca aleatoriamente (distribución uniforme) de lado a lado.

La distribución de zombies que entran por la puerta se llama un registro inverso . Ahora imagine que hay una hilera de puertas a lo largo de la pared, como un banco de estilos de metro. Cada puerta solo se puede usar una vez. Más tarde, después de la exposición, observa cuántos estilos de giro se han usado y no se usan.

Sin la electrónica moderna, es difícil mirar un parche y decir que es xx% de densidad óptica, pero una película de grano grueso y un microscopio le permitirán contar cuántos puntos negros (cristales expuestos) hay en un cuadrado de muestra. No sé cómo determinó una cobertura lineal basada en las exposiciones de prueba: emperéticamente, haciendo incrementos de una parada, puede encontrar las capacidades de los medios y señalar la que está en el medio. Pero, ¿cómo sabes que es 18% en una escala lineal, sin un densitómetro? Tal vez mezclar pigmentos en proporciones, por lo que proviene de una tradición de la pintura.

Tengo entendido que el 18% de gris se considera la reflectancia promedio de la luz del mundo que nos rodea, no nieve (alrededor del 90%) o un gato negro en una mina de carbón en el otro extremo, sino un promedio en un día promedio. La hierba, por ejemplo, refleja aproximadamente un 18% de gris, por lo que si está leyendo su medidor puede tomar una lectura de la hierba y luego calcular a partir de ahí. La piel caucásica se considera alrededor del 36% de gris, por lo que puede medir su mano y luego compensar nuevamente al 18% desde allí abriendo o cerrando una parada, esto es para película, ya sea negativa o transparente.

Ok ... una tarjeta con 18% de reflectancia parece ser de color gris medio para el ojo humano. Dicho más formalmente: un objeto con una luminancia relativa del 18% (en relación con un blanco de referencia) tendrá una luminosidad del 50%. Este no es un número aleatorio. Es una consecuencia de nuestra percepción no lineal del brillo.

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

Las otras respuestas no están mal. "18%" también está relacionado con el mundo del video: si la gamma de un monitor es 2.4 y le da una señal del 50%, la salida de luz es 0.5 ^ 2.4 = 19%.

Por una coincidencia mágica, las señales de video analógico y los archivos de imagen digital (sRGB) o las señales (BT.1886) se codifican de manera casi perceptualmente uniforme. Una señal del 50% proporciona una luminancia del 18-19%, pero eso se percibe como aprox. 50% de ligereza. Una cantidad con "-ness" en el nombre siempre se trata de la percepción humana.

Más tarde, la industria del video ha tratado de cuantificar la percepción de la luminosidad y la uniformidad perceptiva. Peter Barten (Philips) ha sentado gran parte del trabajo preliminar, lo que ha resultado en una tesis doctoral y un documento de resumen (SPIE 2004). Este trabajo ha sido utilizado por la compañía Dolby para estandarizar el "Perceptual Quantizer", este es el OECF para HDR TV tal como está escrito en el estándar SMPTE 2084. Más tarde, Poynton, Nijland y yo publicamos una nueva fórmula para la misma curva OECF y la nombramos la función "Barten Lightness" (SMPTE MIJ 2015). Asume una adaptación perfecta de los ojos al nivel promedio de Luminancia, donde sea que esté.

Esta fórmula muestra que la percepción de luminosidad humana sigue una curva gamma (1 / 2.07) con poca luz (<0.1 nit) y una curva logarítmica en luz brillante (> 1 nit). Con esta fórmula, la relación "50% de luminosidad = 18% de luminancia" solo es exacta para el 18% frente al 100% de 0,57 nit. Por ejemplo, 10.9% de 10 nit o 5.6% de 100 nit o 2.4% de 1000 nit o 0.9% de 10000 nit La luminancia también se percibe como 50% de luminosidad. Una vez más, esto es después de la adaptación perfecta del ojo a los estímulos secuenciales, no cuando se muestran uno al lado del otro.

Si desea saber más, le sugiero que busque la tesis doctoral de Charles Poynton, nuestra fórmula de ligereza se encuentra en la página 93.

Tenga en cuenta que el Dr. Barten solo ha investigado la percepción en blanco y negro, por lo que cualquier cosa derivada de la misma solo es válida para la escala de grises. La aplicación de la uniformidad perceptiva a las imágenes en color es una cuestión diferente, y también hemos tomado una oportunidad al respecto. Todo esto se hizo en el contexto de un alto rango dinámico y una amplia gama de colores de televisión.

Un poco de historia lo ayudará a comprender el propósito de la tarjeta gris:

A mediados de la década de 1930, los Sres. Jones y Condit del Laboratorio Kodak determinaron estadísticamente que una escena típica iluminada por el sol se integraba a un valor de reflectancia de aproximadamente el 18%. Por esta época, Western Electric Company lanzó al mercado el primer medidor de luz. Kodak Labs publica una recomendación; Coloque una caja de película Kodak en la escena. Parece que la caja refleja el 18% de la luz ambiental. Ahora mida la luz reflejada desde la parte superior de la caja y use esta lectura para establecer su exposición.

En 1941, Ansel Adams, un destacado fotógrafo de paisajes, y su amigo, Fred Archer, editor de una revista fotográfica, publicaron conjuntamente el Sistema de Zona, que proporcionó a los fotógrafos un método para ajustar con precisión la exposición. Su sistema de zona gira en torno al uso de un cartel del 18% (gris de acorazado). Esta tarjeta reemplaza la tapa de la caja Kodak. El objetivo gris del 18% se convirtió en el estándar de facto. Hoy en día, la velocidad de la película y el papel, así como el chip digital, están calibrados, y la película y la ISO digital se establecen utilizando la tarjeta gris al 18%.

Debido a las dificultades asociadas con la medición reflejada, se desarrolló un segundo método de medición llamado método de lectura de luz incidente. Este método coloca una esfera transparente colocada sobre la entrada del medidor de luz. El medidor se coloca cerca del sujeto y apunta hacia atrás hacia la cámara. Por lo tanto, el medidor mide la luz justo antes de golpear al sujeto (palabra francesa antigua incidente sobre por suceder).

El método del incidente produce la misma lectura que un medidor reflejado tomado de una tarjeta gris, sin embargo, elimina la mayoría de las trampas que giran sobre dónde sostener y colocar el medidor. En vistas iluminadas por el sol, el fotógrafo simplemente puede girar y apuntar el medidor hacia atrás a una cámara imaginaria. Este método es altamente preciso y fue adoptado por los operadores de cámaras de Hollywood porque están filmando una escena y tal vez cientos de miles de dólares se montan en una exposición correcta. .

Aspectos técnicos: cuando la película negativa se expone y procesa correctamente, una imagen de la tarjeta gris en la película se representará con un tono de gris específico. Este tono de gay es equivalente a un filtro de densidad neutra con un factor de 5.5, corta la transmisión de luz 2 ½ paradas. Cuando se escribe como porcentaje, este valor es 18%.

Cuando se imprime la imagen de esta tarjeta gris en el negativo, y si el papel de impresión está expuesto y desarrollado según las especificaciones, la imagen resultante del cartel gris en el papel de impresión tendrá el mismo 18% de reflectividad que la tarjeta gris original.

Suma: el letrero de 18% es el único tono que: 1. En realidad, tiene 18% de reflectividad. 2. La imagen resultante de la tarjeta gris en el negativo tiene una transmisión del 18%. 3. En la impresión, la imagen de la tarjeta gris coincide con la tarjeta gris original que refleja el 18%.

Este valor del 18% es el tono o eje clave del sistema fotográfico - película - digital - y litografía. Esto es ciencia, no un trabajo de adivinanzas.

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También me desconcertó durante años. En pocas palabras, la cantidad promedio de luz reflejada por los objetos que nos rodean es del 18%. Algunas cosas son más oscuras, algunas son más brillantes. Pero el 18% es promedio. Nuestros ojos percibirán esta reflectancia promedio como el tono medio de los reflejos y sombras que nos rodean. Algunas otras personas han usado matemáticas y gráficos para explicar la diferencia entre datos de estilo lineal y de registro. Pero estoy feliz de saber que el 18% de la luz directa sobre mi tema se refleja en mí, y eso me dará el tono medio al que mis luces y sombras pueden bailar.