Что такое 18% серый тон и как сделать карту 18% серого в Photoshop?

Предупреждение: это длинный, несколько технический пост, который включает в себя некоторую математику (но когда вы преодолеете надстрочные индексы и тому подобное, это в конечном счете довольно простая математика).

Прежде всего, я должен начать с простой идеи о том, как я считаю, что 18% были выбраны в первую очередь. Я уже не могу вспомнить, какой именно, но в одной из книг Ансела Адамса упоминается то, что я думаю, вероятно, является источником.

Самым отражающим естественным веществом на Земле является свежий чистый снег, который отражает где-то около 95% падающего на него света (немного в зависимости от того, насколько свежим, чистым, холодным и/или влажным он был, когда снег лежал). формируется и др.)

С другой стороны, поверхность, покрытая свежей чистой сажей, отражает меньше всего света из всех встречающихся в природе веществ. Диапазон здесь примерно от 3 до 4%. Давайте снова возьмем середину этого диапазона и назовем ее 3,5%.

Чтобы получить общее среднее значение, мы можем затем усреднить эти два. Однако, учитывая такой широкий диапазон, статистики говорят, что использование среднего арифметического дает плохой результат (большее число почти полностью доминирует, а меньшее почти игнорируется). Для таких чисел среднее геометрическое является «правильным» способом.

Среднее геометрическое из них получается как квадратный корень из 0,95 * 0,035. Прогоняя это через калькулятор, мы получаем 0,1823458... Округлив до двух знаков, получим 18%.

Поскольку была процитирована статья Тома Хогана, я немного расскажу о ней. Некоторое время назад Том Хоган опубликовал статью:

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

... в котором утверждается, что измерители в цифровых камерах Nikon откалиброваны для среднего уровня серого, что соответствует коэффициенту отражения 12%, а не 18% серого большинства стандартных серых карт.

К сожалению, несмотря на то, что заголовок и начальный абзац статьи весьма выразительно говорят о том, что 18% из них являются «мифом», остальная часть статьи не дает достаточного фактического основания для этого утверждения. Вот что Том дает в качестве основания для своих заявлений:

Стандарты ANSI (которые, к сожалению, публично не публикуются — за доступ к ним нужно платить большие деньги) калибруют измерители, используя яркость, а не отражение. Для измерителя, откалиброванного по стандарту ANSI, наиболее часто публикуемая информация, которую я видел, заключается в том, что используемое значение яркости переводится в коэффициент отражения 12%. Я также видел 12,5% и 13% (так откуда, черт возьми, берутся 14% Секоника?), но 12% кажется правильным — кстати, на полступени светлее, чем 18%. Я не видел, чтобы кто-нибудь утверждал, что калибровка ANSI соответствует коэффициенту отражения 18%.

В конце концов, похоже, что у него нет реальных оснований для своих утверждений, просто заявление о том, что «12% кажутся правильными», без каких-либо реальных доказательств или даже информации о том, почему он считает это правильным. Однако, несмотря на это, эта статья теперь широко цитируется на различных фотографически ориентированных веб-сайтах (среди прочих мест), как если бы это был абсолютный и неоспоримый факт.

Поскольку этот вопрос, кажется, представляет интерес для многих фотографов, я решил посмотреть, смогу ли я найти какие-нибудь реальные факты, подтверждающие их. Первым шагом в этом путешествии был поиск рассматриваемого стандарта. Проведя некоторые поиски, я нашел то, что, по моему мнению, является соответствующим стандартом. Вопреки заявлению Тома выше, это действительно публикуется ISO, а не ANSI. Для большинства это может показаться тривиальным, но когда я искал стандарт, это было несколько важно — я проделал изрядную работу, пытаясь найти стандарт ANSI, которого, по-видимому, не существует. В конце концов, однако, я нашел соответствующий стандарт ISO: ISO 2720-1974, «Фотография. Фотометры общего назначения (фотоэлектрического типа) — Руководство по спецификации продукта (Первое издание — 15 августа 1974 г.)».

Я также обнаружил, что Том (по крайней мере, с моей точки зрения) сильно ошибался в отношении цен — копия этого стандарта стоит всего 65 долларов США. Это не показалось мне «большими деньгами» — на самом деле, это казалось справедливой ценой за какое-то реальное просвещение (каламбур, отмеченный как «не совсем предназначенный») по этому вопросу.

Стандарт подтвердил часть того, что сказал Том, например, калибровку счетчиков непосредственно по источникам, излучающим свет, а не по отраженному свету. К сожалению, другие части того, что сказал Том, не совсем соответствуют содержанию стандарта. Например, в заключение своей статьи он включает комментарий от «lance», в котором упоминается «фактор K», без указания его точного значения или цели. Том ответил: «Однако ни один производитель, с которым я разговаривал, ничего не знает о К-факторе, и все они говорят конкретно о стандарте ANSI в качестве критерия для создания и тестирования счетчиков».

Как уже говорилось, это может быть не совсем неправильно, но, безусловно, в лучшем случае вводит в заблуждение. На самом деле большая часть стандарта ISO посвящена К-фактору. Большая часть остального посвящена фактору C, который соответствует фактору K, но вместо этого используется для измерителей падающего света (фактор K применяется только к измерителям отраженного света). Было бы совершенно невозможно следовать стандарту (по крайней мере, в отношении измерителя отраженного света), не зная (довольно много) о К-факторе.

В стандарте указано, что: «Константы K и C должны быть выбраны путем статистического анализа результатов большого количества испытаний, проведенных для определения приемлемости для ряда наблюдателей ряда фотографий, для которых экспозиция была известна. , полученные при различных условиях предмета и в диапазоне яркостей».

Стандарт также определяет диапазон, в пределах которого должен находиться коэффициент К. Числа для диапазона зависят от метода, используемого для измерения / оценки светочувствительности пленки (или его эквивалента с цифровым датчиком). На данный момент я собираюсь игнорировать скорости в стиле DIN и смотреть только на рейтинги скорости в стиле ASA. Для этой системы допустимый диапазон коэффициента К составляет от 10,6 до 13,4. Эти числа не соответствуют непосредственно значениям отражательной способности (например, 10,6 не означает, что карта с 10,6% серого цвета является средним уровнем серого), но они соответствуют различным уровням освещенности, которые будут измеряться как средний уровень серого. Другими словами, не существует какого-то определенного уровня отражения, который требуется измерять как средний уровень серого — допустимо любое значение в указанном диапазоне.

Коэффициент K связан с измеренным воздействием по следующей формуле:

К = LtS / А ²

Где:

K = коэффициент K
L = яркость в кд/м ²
A = число f
t = эффективная выдержка
S = светочувствительность пленки

Используя эту формулу и откалиброванный монитор, мы можем найти К-фактор для конкретной камеры. Например, у меня есть камера Sony Alpha 700 и монитор, откалиброванный на яркость 100 кд/м ² . Выполняя быструю проверку, моя камера измеряет экран (отображая представление о чистом белом цвете) без других видимых источников света с выдержкой 1/200 секунды при f/2. Прогоняя это через формулу, мы получаем коэффициент К, равный 12,5, что чуть выше середины диапазона, разрешенного стандартом.

Следующий шаг — выяснить, какой уровень «серого» на карте соответствует. Давайте сделаем это, основываясь на солнечном правиле f/16, которое гласит, что правильная экспозиция при ярком солнечном свете составляет f/16 с выдержкой, обратной светочувствительности пленки. Мы можем математически преобразовать приведенную выше формулу в:

L = A ² K/tS

Давайте разберемся с пленкой ISO 100:

Д = 16x16xK/0,01x100

0,01 и 100 отменяются (и они всегда будут отменяться, поскольку правило гласит, что время экспозиции обратно пропорционально светочувствительности пленки), поэтому это упрощается до: L = 256K.

Обработка чисел для наименьшего и наибольшего допустимых значений коэффициента К дает 2714 и 3430 соответственно.

Теперь мы сталкиваемся с причиной, по которой стандарт ISO определяет уровни освещенности, а не отражательную способность поверхности — хотя мы все видели и слышали правило солнечного света f/16, реальность такова, что чистый солнечный свет варьируется в значительном диапазоне, в зависимости от время года, широта и т. д. Ясный солнечный свет имеет яркость от 32 000 до 100 000 люкс. Среднее значение этого диапазона составляет около 66000 люкс, поэтому мы будем работать с цифрами на этой основе. Его нужно умножить на коэффициент отражения, чтобы получить яркость, но результат получается в единицах «апостильб», а не в кд/м ² . Чтобы перевести апостильбы в кд/м ² , умножаем на 0,318:

L = I х R х 0,318.

Где:

R = коэффициент отражения
I = освещенность (в люксах)
L = яркость (в кд/м ² )

У нас уже есть интересующие нас значения L, поэтому мы изменим их, чтобы получить значения R:

R = L / 0,318 л

Подставляя наши минимальное и максимальное значения для I, мы получаем:

R ₁ = L / 10176
R ₂ = L / 31800

Затем мы подставляем два значения для L, чтобы определить допустимый диапазон 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 = 0,27
R _1,2 = 0,085
R _2,1 = 0,34
R _2,2 = 0,11

Другими словами, между диапазоном яркости солнца и диапазоном К-факторов, разрешенных стандартом ISO, коэффициент отражения где-то от примерно 8,5% до примерно 34% может подпадать под требования стандарта. Это, очевидно, очень широкий диапазон значений, который явно включает как 12% сторонников Тома, так и 18% типичной серой карты.

Чтобы немного сузить диапазон, давайте рассмотрим только среднее арифметическое и геометрическое диапазона яркости от солнца: 66000 и 56569 люкс соответственно. Включение их в формулу для диапазона возможных значений коэффициента отражения дает:

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

Результаты из них:

R _1,1 = 0,13
R _1,2 = 0,15
R _2,1 = 0,16
R _2,2 = 0,19

Серая карта 18% близка к одному концу этого диапазона, но все же попадает в него. Серая карта 12% выходит за пределы диапазона; мы должны принять уровень освещенности выше среднего, чтобы это сработало. Если мы усредним четыре вышеприведенных числа вместе, мы получим значение около 16% серого как «идеальное» — то, которое должно работать достаточно хорошо практически при любых условиях.

Обобщить:

1. Стандарт ISO допускает ряд калибровок, а не только один уровень
2. Нормальная яркость дневного света также охватывает довольно широкий диапазон
3. 18% серого оправдано на основе среднего уровня освещенности
4. 12% серого не оправдано на основе среднего уровня освещенности
5. Исходя из среднего уровня освещенности, идеальным значением для серой карты будет около 16%.
6. Ваш счетчик может быть откалиброван на 18%, но, вероятно, он не калиброван (и не должен быть) на 12%.

что это реально, почему 18%?

Это количество света, используемое большинством камер для определения экспозиции. Это было выбрано (вместо 20% и т. д.), потому что, в среднем, большинство «фотографий», используемых средними фотографами, имеют примерно такое же количество света, как сплошной, 18% серый.

Однако, если вы снимаете что-то, в чем много белого или много темного, экспозиция будет отключена. Например, если вы делаете снимок большого белого здания, вы, вероятно, захотите отрегулировать экспозицию, чтобы компенсировать это, так как по умолчанию будет выбрано 18 % серого, вы увидите все белое и уменьшите экспозицию (чтобы изображение усредняет то же содержание света, что и 18% серого). Вы хотите, чтобы экспозиция была выше, чем по умолчанию, чтобы компенсировать это.

Вы можете использовать твердую карту, окрашенную в соответствующий серый тон, чтобы компенсировать это в вашей камере. Многие камеры имеют функции компенсации экспозиции, которые позволяют настроить камеру, направив ее на что-то с нужной степенью насыщенности цвета.

Если вы хотите сделать свою собственную карту, вам нужно насытить карту 18% серым цветом. Это приведет к сплошной заливке (в RGB) примерно 46 для R, G и B. Однако имейте в виду, что большинство принтеров несколько искажают ваши цвета, поэтому при печати вы можете проверить результаты. против вашего оригинала.

Карты предназначены для отражения около 18% падающего света, что для человека кажется на полпути между максимальным белым и самым темным черным и является довольно хорошим приближением среднего коэффициента отражения типичных природных сцен - L * 50, как и было. правильно сказано выше.

Следующий вопрос и откуда берутся 12%: если мы измерим 18% серую карту, которая для человека кажется средне-серой, но на самом деле имеет около 18% интенсивности максимального рассеянного белого, какое значение должно быть? эта информация будет записана в наших необработанных файлах. Помните, что пленка имеет плавный спад в светлых участках, в то время как цифра имеет абсолютную отсечку. Поэтому они решили добавить половину ступени дополнительного запаса для защиты светлых участков (возможно, зеркальных) и, при желании, обеспечить спад в пол ступени. Было решено, что яркость, исходящая от серой карты, отражающей 18% падающего света, она же L*50, она же середина серого, должна быть фактически записана при 18%/sqrt(2) = около 12,8% от максимального рассеянного белого — в линейном сырой файл.

Что касается того, что происходит с данными после этого, то они становятся очень беспорядочными, и стандарты действительно испортили их, имхо.

Подумайте о тональной шкале от черного до белого. Вместо ровного градиента разбейте его на 11 частей (называемых зонами). Зона 0 сплошная черная без деталей. Зона 10 сплошная белая без деталей. Зона 5 в середине — 18% серого. Google "система зон" для получения дополнительной информации.

Очень вероятно, что серый тон, который вас действительно волнует, составляет 12%, так как это то, для чего, скорее всего, откалиброваны измерители камеры. См . статью Тома Хогана о серых картах.

ОП спросил: почему стандартная серая карта имеет коэффициент отражения 18%?

Короткий ответ заключается в том, что значительное количество производителей откалибровали свои экспонометры, полагая, что стандартная сцена в среднем имеет коэффициент отражения 18%.

Следующие производители работают с коэффициентом отражения 18%:
Minolta
Sekonic
Pentax
Gossen
Kenko

Эта информация была взята из их руководств по экспонометру. Перейдите по ссылкам, чтобы увидеть мои ссылки.

Считается, что следующее работает с коэффициентом отражения 12%, хотя я не смог [подтвердить это. Информация взята из статьи об экспонометре в Википедии . См. также эту статью с сайта photo.net
Canon
Nikon

Пока у меня нет информации по Олимпусу.

Таким образом, возникает следующий вопрос: почему одни производители выбирают 18%, а другие — 12%?

Ответ можно найти в ISO 2720 , в котором говорится, что:

Константы К и С выбираются путем статистического анализа результатов большого количества испытаний, проведенных для определения приемлемости для большого числа наблюдателей ряда фотографий, для которых была известна экспозиция, полученных в различных условиях. предметной манере и в диапазоне яркостей.

Это означает, что каждый производитель волен определять путем измерения средний уровень серого стандартного изображения. Учитывая, что они использовали независимые измерения констант калибровки (K и C), удивительно (и приятно), что существует такое большое согласие.

K и C — константы калибровки для измерителей отраженного и падающего света.
K имеет рекомендуемые значения от 10,6 до 13,4
C имеет рекомендуемые значения от 320 до 540

Теперь оказывается, что две группы производителей, несмотря на их собственные испытания, пришли к разным значениям K и C. И эти значения, благодаря простому применению законов физики, приводят к коэффициенту отражения 18% или 12% для стандартная сцена.

Кому интересно, формулы можно найти в статье в Википедии Light Meter , поэтому здесь я их повторять не буду.

Итак, каково «правильное» значение? 18% или 12%?

а) у вас нет особого выбора, кроме как работать со значением, которое выбрал ваш производитель.
б) разница достаточно мала, чтобы иметь небольшой практический эффект.
в) кажется, все равно никто не заметил разницы.

Суть в том, что значения средней отражательной способности 18% или 12% были получены путем измерения средней отражательной способности (фотографически) большого количества сцен. Так что это числа, которые были получены экспериментально, и неудивительно, что есть некоторые различия.

Есть ли способ получить число теоретически?

В цветовом пространстве Lab L* (яркость) может принимать значения от 0 (черный) до 100 (рассеянный белый). Я выбираю цветовое пространство Lab, потому что оно предназначено для приближения к человеческому зрению. Если предположить, что средняя яркость находится посередине между этими двумя крайними значениями, то исходная точка L* = 50.

Теперь, используя превосходный CIE Color Calculator Брюса Линдблума , мы можем рассчитать соответствующую яркость и значения пикселей sRGB. Это дает значения яркости 18,4% (Y по шкале CIE XYZ ) и 118,9 пикселей для sRGB.

Конечно, сказать, что средняя яркость средней сцены находится посередине между белым и черным, — это большое предположение и чрезмерное упрощение реального мира. Для такого предположения действительно нужна какая-то экспериментальная база. Но, безусловно, интересно, что этот расчет дает результат, близкий к результатам многих производителей.

18% серого — это оттенок, из которого замер экспозиции объектива (TTL) основывает свои показатели экспозиции — вы также можете использовать его для проверки баланса белого, если хотите выполнить калибровку для съемки.

Когда у вас его нет под рукой, вы обычно можете заменить его бетонным участком, если он есть в сцене или, по крайней мере, при аналогичных условиях освещения.

По большей части стандарты не предназначены для объяснения теории. Их цель — описать, как что-то сделать, определить светочувствительность пленки, откалибровать экспонометр и т. д., и они основаны на исследованиях, которые можно найти в научных статьях в научных журналах. Три статьи, описывающие теорию калибровки измерителей:

Стимсон, Аллен, Интерпретация современной технологии экспонометра , Фотонаука и техника, том 6, № 1, январь-февраль 1962 г.

Скаддер, Нельсон, Стимсон, Переоценка факторов, влияющих на ручное или автоматическое управление экспозицией камеры , Журнал SMPTE, том 77, январь 1968 г.

Коннелли, Д., Уровни калибровки пленок и устройств экспонирования , Журнал фотографической науки, том 16, 1968 г.

О том, как напечатать карту 18%, без какой-либо теории или обоснования того, почему 18 не какое-то другое число...

Следование любой теории или совету по установке значений RGB в графической программе ненадежно. Мониторы и принтеры предназначены для того, чтобы графика выглядела хорошо и не соответствовала научной точности. Даже если вся ваша система откалибрована — ну, я никогда не верю в точность таких вещей, особенно в отношении физических оптических свойств распечаток.

В конце концов, вам нужно будет сделать большой серый прямоугольник с некоторым выбранным значением RGB и распечатать его. Как узнать какое значение RGB?

Сначала используйте графическую программу, чтобы напечатать мелкую сетку из черных квадратов на пустом белом фоне. Сделайте так, чтобы квадраты покрывали 18% площади. Расстояние между квадратами должно быть в 1,59 раза больше ширины или высоты квадратов. Сделайте эту сетку маленькой, но достаточно большой, чтобы иметь хороший контроль над точной геометрией, и сделайте так, чтобы она покрывала всю страницу.

С хорошими темными чернилами в принтере белый цвет будет отражать почти 100%, а черный почти 0% (но ничто не идеально), поэтому общий коэффициент отражения составляет в среднем 18%. Сфотографируйте эту черно-белую распечатку не в фокусе, позволив камере сделать усреднение.

Угадайте значение RGB, сделайте всю страницу серым цветом и распечатайте его. Сфотографируйте его не в фокусе рядом с черно-белой сеткой. В зависимости от того, светлее он или темнее сетки, уточните свое предположение RGB. Повторяйте, пока они не совпадут.

Следите за равномерным освещением и избегайте эффекта виньетирования в оптике.

Подводя итог ответа.

От белого до черного глаза видят диапазон оттенков серого. Потому что глаза видят логарифмически (и уши слышат логарифмически), то, что глаза выглядят как середина - это на самом деле содержит не 50% черного + 50% белого, а 18%.

Средняя точка для глаз содержит 18% черного на белом.

Чтобы сделать это в Photoshop, вы заполняете белый фон 18% черным узором. Таким образом, в фотошопе, если вы заполните получерным белый фон, вы не получите средний серый цвет, который может видеть глаз.

Много лет назад я сделал страницу, основанную на правиле 18% для калибровки монитора. Отличие от других калибровок заключалось в том, что я использую 18%, чтобы заполнить фон черным цветом, а не 50%.

У меня все еще есть эта страница калибровки гаммы онлайн. Размытие глаз и попытайтесь сделать так, чтобы круг внутри исчез.

«18%» — это количество света, отраженного средней точкой черного и белого (зона Адамса V). Точное соглашение о 18% (а не 17%, 19% и т. д.) исходит из графической индустрии (вероятно - см. ссылки).

В фотографии он имеет два основных применения:

• Объект, известный как нейтральный цвет, может помочь при корректировке баланса белого. Это не обязательно должен быть средне-серый, но любой серый.
• Объект с известной отражательной способностью может помочь в измерении. Ладонь — хорошая замена этой функции серой карты: она ярче примерно на 1 стоп.

Однако самым крупным шрифтом из возможных здесь:

18% серого — это не то, на что откалиброван ваш измеритель.

Действительно и по-настоящему.

Это устойчивый миф, но на самом деле это не так. Ваши измерители в камере откалиброваны ближе к 12% серого, что составляет разницу примерно в полшага. Это стандарт ANSI.

Здесь есть практическое объяснение Тома Хогана: http://www.bythom.com/graycards.htm

А для тех, кто предпочитает иметь дело с фут-канделями и фут-ламбертами, версия матье здесь: http://www.richardhess.com/photo/18no.htm

Это шокирующее открытие, что мне делать?

Наверное, ничего. Большинство серых карт лежат неиспользованными в шкафу. Даже при использовании полустоп в большинстве ситуаций практически незначителен. Так что, если вы довольны тем, как обстоят дела, продолжайте!

Если эта разница важна для вас, в статье Хогана есть практические советы на боковой панели, выдержки из которых приведены здесь:

Если вы снимаете в цифровом формате, снимайте серую карту при равномерном освещении с измеренным значением и с шагом в третью ступень (используйте только точечный или центрально-взвешенный замер и убедитесь, что карта слегка наклонена к свету [чтобы убедиться, что вы видеть отраженный свет]). Посмотрите на гистограммы для каждой экспозиции (на камеру, а не в Photoshop, где используется другой метод построения гистограмм). Если вы используете карту серого цвета 18%, выберите параметр экспозиции, который генерирует значение по центру, и установите его в элементе управления компенсацией экспозиции.