Qual é o tom de 18% de cinza e como faço para criar um cartão de 18% de cinza no Photoshop?

Ouvi cerca de 18% de tons de cinza - o que é realmente, e por que 18% (e não 20% ou algum outro valor), e como posso fazer isso no Photoshop?

Aviso: este é um post longo, um tanto técnico, que inclui um pouco de matemática (mas quando você passa dos sobrescritos e tal, em última análise, é bastante simples).

Antes de tudo, devo começar com uma idéia simples de como acredito que 18% foi selecionado em primeiro lugar. Não me lembro mais qual, mas um dos livros de Ansel Adams menciona o que eu acho que provavelmente é a origem.

A substância mais reflexiva que ocorre naturalmente na Terra é a neve limpa e fresca, que reflete algo em torno de 95% da luz que cai nela (dependendo um pouco de quão fresco, limpo, frio e / ou úmido era quando a neve formados etc.)

No extremo oposto, uma superfície coberta de fuligem fresca e limpa reflete a menor luz de qualquer substância que ocorre naturalmente. O intervalo aqui é de cerca de 3 a 4%. Vamos novamente pegar o meio desse intervalo e chamá-lo de 3,5%.

Para obter uma média geral, podemos calcular a média dessas duas. No entanto, dado um intervalo tão amplo, os estatísticos dizem que o uso de uma média aritmética produz um resultado ruim (o número maior domina quase completamente e o menor é quase ignorado). Para números como esse, uma média geométrica é a maneira "correta" de fazer as coisas.

A média geométrica destes funciona como a raiz quadrada de .95 * .035. Executando isso pela calculadora, obtemos 0,1823458 ... Arredondado para dois lugares, que é 18%.

Desde que o artigo de Thom Hogan foi citado, vou falar um pouco sobre isso. Há algum tempo, Thom Hogan publicou um artigo:

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

... que afirma que os medidores nas câmeras digitais Nikon são calibrados para um cinza de nível médio que corresponde a 12% de refletância, em vez dos 18% de cinza da maioria dos cartões cinza padrão.

Infelizmente, enquanto o título e o parágrafo de abertura do artigo são bastante enfáticos, com 18% sendo um "mito", o restante do artigo não fornece muitas bases factuais para essa alegação. Eis o que Thom dá como base para suas declarações:

Os padrões ANSI (que, infelizmente, não são publicados publicamente - você precisa pagar muito dinheiro para ter acesso a eles), calibra os medidores usando luminância, não reflexão. Para um medidor calibrado ANSI, a informação mais comumente publicada que eu vi é que o valor de luminância usado se traduz em uma refletância de 12%. Eu também vi 12,5% e 13% (então de onde diabos os 14% de Sekonic vêm?), Mas 12% parece estar correto - a propósito, meio ponto mais leve que 18%. Não vi ninguém afirmar que a calibração ANSI se traduz em uma refletância de 18%.

No final, ele parece não ter uma base real para suas reivindicações, apenas uma afirmação de que "12% parece estar correto", sem nenhuma evidência real ou mesmo informações sobre o motivo pelo qual ele considera isso correto. Apesar disso, no entanto, este artigo é agora amplamente citado em vários sites orientados para fotografia (entre outros lugares) como se fosse um fato absoluto e incontestável.

Como essa questão parece ser do interesse de um número razoável de fotógrafos, decidi ver se encontrava fatos reais com evidências para apoiá-los. O primeiro passo nessa jornada foi encontrar o padrão em questão. Pesquisando, encontrei o que acredito ser o padrão relevante. Ao contrário da implicação de Thom acima, isso é realmente publicado pela ISO e não pela ANSI. Isso pode ser trivial para a maioria, mas quando eu estava procurando o padrão, isso foi um pouco importante - trabalhei bastante tentando encontrar um padrão ANSI que aparentemente não existe. No final, encontrei o padrão ISO relevante: ISO 2720-1974, “Fotografia - Medidores de exposição fotográfica de uso geral (tipo fotoelétrico) - Guia de especificação de produto (Primeira edição - 1974-08-15)”.

Também descobri que Thom também estava (pelo menos do meu ponto de vista) bastante equivocado em relação aos preços - uma cópia desse padrão custa apenas US $ 65. Isso não me pareceu "muito dinheiro" - na verdade, parecia um preço justo a pagar por alguma iluminação real (trocadilho notado por não ser realmente pretendido) sobre o assunto.

O padrão confirmou parte do que Thom tinha a dizer, como calibrar medidores diretamente de fontes que emitem luz e não de luz refletida. Infelizmente, outras partes do que Thom tinha a dizer não estão tão alinhadas com o conteúdo do padrão. Por exemplo, na conclusão de seu artigo, ele inclui um comentário da "lança" que mencionou um "fator K '", sem especificar seu significado ou objetivo exato. Thom respondeu dizendo: "Nenhum fabricante com quem conversei sabe algo sobre um fator K, e todos falam especificamente sobre o padrão ANSI como critério para construir e testar medidores".

Como afirmado, isso pode não estar exatamente errado - mas certamente é enganoso na melhor das hipóteses. Na realidade, grande parte do padrão ISO é dedicada ao fator K. Grande parte do restante é dedicada ao fator C, que corresponde ao fator K, mas é usado para medidores de luz incidentes (o fator K se aplica apenas aos medidores de luz refletidos). Seria absolutamente impossível seguir o padrão (pelo menos em relação a um medidor de luz refletido) sem conhecer (bastante) o fator K.

A norma especifica que: “As constantes K e C devem ser escolhidas por análise estatística dos resultados de um grande número de testes realizados para determinar a aceitabilidade para um número de observadores, de um número de fotografias pelas quais a exposição era conhecida. , obtido em várias condições do objeto e em uma gama de luminâncias. ”

O padrão também especifica um intervalo dentro do qual o fator K deve cair. Os números para a faixa dependem do método usado para medir / classificar a velocidade do filme (ou o equivalente a um sensor digital). Por enquanto, vou ignorar as velocidades no estilo DIN e ver apenas as classificações de velocidade no estilo ASA. Para este sistema, o intervalo permitido para o fator K é de 10,6 a 13,4. Esses números não correspondem diretamente aos valores de refletância (por exemplo, 10.6 não implica um cartão cinza de 10,6% como cinza de nível médio), mas correspondem a diferentes níveis de iluminação que serão medidos como cinza de nível médio. Em outras palavras, não há um nível específico de refletância que precise ser medido como cinza de nível médio. Em vez disso, qualquer valor dentro do intervalo especificado é permitido.

O fator K está relacionado a uma exposição medida pela seguinte fórmula:

K = LtS / A ²

Onde:

K = fator K
L = luminância em cd / m ²
A = número f
t = velocidade efetiva do obturador
S = velocidade do filme

Usando esta fórmula e um monitor calibrado, podemos encontrar o fator K para uma câmera específica. Por exemplo, eu tenho uma câmera Sony Alpha 700 e um monitor calibrado para um brilho de 100 cd / m ² . Fazendo uma verificação rápida, minha câmera mede a tela (exibindo sua idéia de branco puro) sem outras fontes de luz visíveis, com uma exposição de 1/200 de segundo em f / 2. Ao executar isso através da fórmula, obtém-se um fator K de 12,5 - logo acima do meio do intervalo permitido pelo padrão.

O próximo passo é descobrir qual o nível de "cinza" em um cartão que corresponde. Vamos fazer isso com base na regra ensolarada do f / 16, que diz que uma exposição adequada sob luz solar intensa é f / 16 com uma velocidade do obturador que é a recíproca da velocidade do filme. Podemos transformar matematicamente a fórmula acima em:

L = A ² K / tS

Vamos resolver as coisas para o filme ISO 100:

L = 16x16xK / .01x100

O .01 e 100 cancelam (e sempre cancelam, pois a regra é que o tempo de exposição é o inverso da velocidade do filme), portanto, isso simplifica para: L = 256K.

Trabalhar os números para os valores mais baixos e mais altos permitidos para o fator K fornece 2714 e 3430, respectivamente.

Agora, nos deparamos com a razão pela qual o padrão ISO especifica os níveis de luz em vez da refletância de uma superfície - mesmo que todos tenhamos visto e ouvido a regra do sol f / 16, a realidade é que a luz solar clara varia em uma faixa considerável, dependendo da estação, latitude, etc. A luz solar clara tem um brilho entre 32000 e 100000 lux. A média desse intervalo é de cerca de 66000 lux, portanto, trabalharemos os números nessa base. Isso deve ser multiplicado pela refletância para fornecer uma luminância - mas o resultado disso sai em unidades de “apostilbs” em vez de cd / m ² . Para converter de apostilbs em cd / m ² , multiplicamos por 0,318:

L = I x R x 0,318.

Onde:

R = refletância
I = iluminância (em Lux)
L = luminância (em cd / m ² )

Já temos os valores de L com os quais nos preocupamos, então vamos reorganizar isso para fornecer os valores de R:

R = L / 0,318 I

Conectando nossos valores mínimos e máximos para I, obtemos:

R ₁ = L / 10176
R ₂ = L / 31800

Em seguida, inserimos os dois valores para L para definir nosso intervalo 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 = 0,27
R _1,2 = 0,085
R _2,1 = 0,34
R _2,2 = 0,11

Em outras palavras, entre a faixa de brilho do sol e a faixa de fatores K permitidos pelo padrão ISO, uma refletância entre 8,5% e 34% pode cair dentro dos requisitos da norma. Obviamente, essa é uma gama muito ampla de valores - e que inclui claramente os advogados de 12% da Thom e os 18% de um cartão cinza típico.

Para limitar um pouco a faixa, vamos considerar apenas a média aritmética e geométrica da faixa de brilho do sol: 66000 e 56569 lux, respectivamente. Conectá-los à fórmula do intervalo de possíveis valores de refletância fornece:

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

Os resultados desses são:

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

Um cartão cinza de 18% está próximo a um final desse intervalo, mas ainda está dentro do intervalo. Um cartão cinza de 12% fica fora do intervalo; temos que assumir um nível de luz acima da média para que funcione. Se calcularmos a média dos quatro números acima juntos, obtemos um valor de cerca de 16% de cinza como sendo o "ideal" - um que deve funcionar razoavelmente bem sob praticamente qualquer condição.

Para resumir:

1. O padrão ISO permite uma variedade de calibrações, não apenas um nível
2. O brilho normal da luz do dia também abrange uma faixa bastante ampla
3. 18% de cinza é justificável com base nos níveis médios de luz
4. 12% de cinza não é justificável com base nos níveis médios de luz
5. Com base nos níveis médios de luz, o valor ideal para um cartão cinza seria de cerca de 16%
6. Seu medidor pode ser calibrado para 18%, mas provavelmente não é (e não deve) ser calibrado para 12%.

o que é real, por que 18%?

Essa é a quantidade de luz usada pela maioria das câmeras para determinar a exposição. Esta opção foi escolhida (em vez de 20%, etc.), porque, em média, a maioria das "fotografias" usadas por fotógrafos comuns tendem a ter aproximadamente a mesma quantidade de exposição à luz que a sólida, 18% cinza.

Se, no entanto, você estiver filmando algo que tenha muito branco ou muito escuro, sua exposição será reduzida. Por exemplo, se você tirar uma foto de um grande edifício branco, provavelmente desejará ajustar sua exposição para compensar, já que o padrão terá como alvo 18% de cinza, verá todo o branco e diminuirá sua exposição (para tornar a imagem toda média da imagem com o mesmo teor de luz que 18% de cinza). Você deseja ter uma exposição acima do padrão para compensar.

Você pode usar um cartão sólido com o tom cinza adequado para ajudar a compensar isso na sua câmera. Muitas câmeras possuem funções de compensação de exposição que permitem configurar sua câmera apontando-a para algo com a quantidade certa de saturação de cor.

Se você deseja criar seu próprio cartão, sature-o com 18% de cinza. Isso resultará em um preenchimento sólido (em RGB) de cerca de 46 para R, G e B. Lembre-se, no entanto, de que a maioria das impressoras distorce sua cor um pouco - portanto, quando você imprime, verifique os resultados contra o seu original.

Os cartões são projetados para refletir cerca de 18% da luz que entra, que para um humano aparece a meio caminho entre o máximo de branco e o preto mais escuro e é um bom palpite sobre a refletância média das cenas naturais típicas - L * 50, como tem sido mencionado corretamente acima.

A próxima pergunta, e de onde vêm os 12%, é a seguinte: se medirmos o cartão cinza de 18%, que para um humano aparece como cinza médio, mas realmente possui cerca de 18% da intensidade do branco difuso máximo, que valor deve ser essas informações são registradas em nossos arquivos brutos. Lembre-se de que o filme apresenta uma suavização nos destaques, enquanto o digital apresenta um corte absoluto. Então, eles decidiram dar meia parada de espaço extra para proteger os destaques (possivelmente especulares) e, se desejado, fornecer um rolloff de meia parada. Foi decidido que a luminância proveniente de um cartão cinza refletindo 18% da luz recebida, também conhecida como L * 50, também conhecida como cinza médio, deveria ser registrada em 18% / sqrt (2) = cerca de 12,8% do branco difuso máximo - no linear arquivo RAW.

Quanto ao que acontece com os dados depois disso, ele se torna muito confuso e os padrões realmente fizeram uma bagunça, imho.

Pense na escala de tons de preto para branco. Em vez de um gradiente uniforme, divida-o em 11 partes (chamadas de zonas). A zona 0 é preta sólida, sem detalhes. A zona 10 é branca sólida, sem detalhes. A zona 5 no meio é 18% cinza. Google "sistema de zonas" para mais informações.

É muito provável que o tom de cinza com o qual você realmente se preocupe seja de 12%, pois é com isso que os medidores de câmera provavelmente estão calibrados para medir. Veja o artigo de Thom Hogan sobre cartões cinza.

O OP perguntou: por que o cartão cinza padrão tem uma refletância de 18%?

A resposta curta é que um número significativo de fabricantes calibrou seus medidores de luz na crença de que uma cena padrão tem em média 18% de refletância.

Os seguintes fabricantes trabalham com 18% de refletância:
Minolta
Sekonic
Pentax
Gossen
Kenko

Esta informação foi retirada de seus manuais de medidores de luz. Siga os links para ver minhas referências.

Acredita-se que o seguinte funcione com 12% de refletância, embora eu não tenha conseguido [confirmar isso. Informações derivadas do artigo da Wikipedia sobre medidores de luz . Veja também este artigo de photo.net
Canon
Nikon

Enquanto eu não tenho informações para a Olympus.

Portanto, a próxima pergunta é: por que alguns fabricantes escolhem 18% e outros escolhem 12%?

A resposta pode ser encontrada na ISO 2720 , que afirma que:

As constantes K e C devem ser escolhidas por análise estatística dos resultados de um grande número de testes realizados para determinar a aceitabilidade de um grande número de observadores, de um número de fotografias pelas quais a exposição era conhecida, obtida sob várias condições da maneira do sujeito e em uma gama de luminâncias.

Isso significa que cada fabricante pode determinar, por medida, qual é o nível médio de cinza da cena padrão. Dado que eles usaram medições independentes das constantes de calibração (K e C), é surpreendente (e gratificante) que haja tanta concordância.

K e C são as constantes de calibração para medidores de luz refletida e luz incidente.
K recomendou valores de 10,6 a 13,4
C e recomendou valores de 320 a 540

Agora, verifica-se que os dois grupos de fabricantes, apesar de seus próprios testes, chegaram a valores diferentes de K e C. E esses valores, através da simples aplicação das leis da física, resultam em refletância de 18% ou 12% para a cena padrão.

Para os interessados, as fórmulas podem ser encontradas no artigo da Wikipédia sobre o Light Meter , por isso não as repetirei aqui.

Então, qual é o valor 'correto'? 18% ou 12%?

a) você não tem muita escolha, mas trabalha com o valor que o fabricante escolheu.
b) a diferença é pequena o suficiente para ter pouco efeito prático.
c) parece que ninguém percebeu a diferença de qualquer maneira.

A conclusão é que os valores de 18% ou 12% para a refletância média foram alcançados medindo a refletância média (fotograficamente) de um grande número de cenas. Portanto, esses são os números que chegaram experimentalmente e não é de surpreender que haja algumas diferenças.

Existe alguma maneira de chegar ao número teoricamente?

No laboratório, o espaço de cores L * (brilho) pode variar de 0 (preto) a 100 (branco difuso). Eu escolhi o espaço de cores do laboratório porque foi projetado para aproximar a visão humana. Se alguém assumir que o brilho médio fica no meio do caminho entre esses dois extremos, então o ponto inicial é L * = 50.

Agora, usando a excelente Calculadora de cores CIE de Bruce Lindbloom , podemos calcular a luminância correspondente e os valores de pixel sRGB. Isso fornece valores de 18,4% de luminância (Y na escala CIE XYZ ) e 118,9 pixels para sRGB.

Obviamente, dizer que o brilho médio da cena média está no meio do caminho entre branco e preto é uma grande suposição e simplifica o mundo real. É realmente necessário algum tipo de base experimental para essa suposição. Mas é certamente interessante que esse cálculo chegue a um resultado próximo ao de muitos fabricantes.

18% de cinza é a tonalidade pela qual a medição da lente (TTL) baseia seus valores de exposição - você também pode usá-lo para verificar o balanço de brancos se desejar calibrar para uma sessão.

Quando você não tem uma em mãos, geralmente pode substituir por uma área de concreto, se estiver em cena ou pelo menos sob circunstâncias de iluminação semelhantes.

Na maioria das vezes, os padrões não são projetados para explicar a teoria. Seu objetivo é descrever como fazer algo, determinar a velocidade do filme, calibrar um medidor de exposição, etc., e eles são baseados em pesquisas que podem ser encontradas em artigos científicos em revistas científicas. Três artigos que descrevem a teoria da calibração de medidores são:

Stimson, Allen, Uma interpretação da tecnologia atual do medidor de exposição , ciência fotográfica e engenharia, vol 6, no 1, jan-fev 1962.

Scudder, Nelson, Stimson, Reavaliação de fatores que afetam o controle manual ou automático da exposição da câmera , Journal of the SMPTE, vol 77, janeiro de 1968.

Connelly, D, Níveis de calibração de filmes e dispositivos de exposição , The Journal of Photographic Science, vol 16, 1968 ..

Sobre como imprimir um cartão de 18%, sem teoria ou justificativa sobre o motivo pelo qual 18 não é outro número ...

Seguir qualquer teoria ou conselho sobre como definir valores RGB em um programa gráfico não é confiável. Os monitores e impressoras são projetados para fazer com que os gráficos tenham boa aparência e não tenham precisão científica. Mesmo se todo o seu sistema estiver calibrado - bem, nunca confio em que essas coisas sejam precisas, especialmente não nas propriedades ópticas físicas das impressões.

Por fim, você precisará criar um grande retângulo cinza de algum valor RGB escolhido e imprimi-lo. Como saber qual o valor RGB?

Primeiro, use seu programa gráfico para imprimir uma grade fina de quadrados pretos em um fundo branco vazio. Faça com que os quadrados cubram 18% da área. O espaço entre os quadrados deve ser 1,59 vezes a largura ou a altura dos quadrados. Faça essa grade pequena, mas grande o suficiente para ter um bom controle sobre a geometria precisa e cubra uma página inteira.

Com uma boa tinta escura na impressora, o branco fica quase 100% refletivo e o preto quase 0% (mas nada é perfeito), então a refletância geral é em média de 18%. Fotografe esta impressão em preto e branco fora de foco, deixando a câmera fazer a média.

Adivinhar um valor RGB, tornar a página inteira esse valor em cinza e imprimi-lo. Fotografe, fora de foco, próximo à sua grade em preto e branco. Com base em se é mais claro ou mais escuro que a grade, refine seu palpite sobre RGB. Repita até que correspondam.

Cuidado para ter uma iluminação uniforme e evitar efeitos de vinheta na ótica.

Para resumir uma resposta.

Do branco ao preto, os olhos vêem uma gama de cinzas. Como os olhos vêem logarítmica (e os ouvidos ouvem logarítmica), o que os olhos parecem no meio - na verdade, não contém 50% de preto + 50% de branco, mas 18%.

O ponto médio do olho contém 18% de preto no branco.

Para fazer isso no Photoshop, preencha um fundo branco com 18% de preto. Portanto, no photoshop, se você preencher com um fundo branco meio preto, não terá o cinza médio que os olhos podem ver.

Muitos anos atrás, fui criada uma base de páginas com essa regra de 18% para calibrar o monitor. O diferente de outras calibrações foi que, eu uso 18% para preencher o fundo com preto e não 50%

Ainda tenho essa página de calibração gama online. Borrar os olhos e tentar fazer o círculo desaparecer.

"18%" é a quantidade de luz refletida pelo ponto médio do preto e branco (Zona V de Adams). A convenção precisa de 18% (não 17%, 19%, etc) vem da indústria gráfica (provavelmente - veja os links).

Na fotografia, tem dois usos principais:

• Um objeto conhecido como cor neutra pode ajudar na correção do balanço de branco. Isso não precisa ser cinza médio, mas cinza.
• Um objeto de refletância conhecida pode ajudar na medição. A palma da sua mão é um bom substituto para esta função de um cartão cinza: é cerca de 1 ponto mais brilhante.

No entanto, no maior tipo de letra possível aqui:

18% de cinza não é o que seu medidor está calibrado.

Real e verdadeiramente.

Este é um mito persistente, mas não é realmente o caso. Os medidores na câmera são calibrados perto de 12% de cinza, o que representa uma diferença de aproximadamente meio ponto. Este é o padrão ANSI.

Há uma explicação prática de Thom Hogan aqui: http://www.bythom.com/graycards.htm

E para aqueles que preferem negociar com velas e lamberts, uma versão matemática aqui: http://www.richardhess.com/photo/18no.htm

Essa é uma revelação chocante, o que devo fazer?

Provavelmente nada. A maioria dos cartões cinza fica sem uso no armário. Mesmo em uso, uma meia parada é bastante insignificante na maioria das situações. Então, se você está feliz com as coisas, continue!

Se essa diferença é importante para você, o artigo Hogan tem conselhos práticos em uma barra lateral, trechos aqui:

Se você fotografar digitalmente, fotografe um cartão cinza com iluminação uniforme no valor medido e em incrementos de terceira parada (use apenas medição pontual ou central ponderada e verifique se o cartão está inclinado levemente em direção à luz [para garantir que você esteja vendo luz refletida]). Observe os histogramas para cada exposição (na câmera, não no Photoshop, que usa um método diferente de gerar histogramas). Se você estiver usando um cartão cinza de 18%, escolha a configuração de exposição que gera um valor centralizado e defina-o em seu controle de compensação de exposição.