Por que 18% de cinza é considerado o meio da fotografia?

Ouvi alguém (fotógrafo) dizer recentemente que 18% de cinza está a meio caminho entre preto e branco, e não 50%. Isso me pareceu um pouco ilógico e, quando perguntei o porquê, ela disse que não sabia. Depois de ler alguns artigos on-line, descobri que 18% é frequentemente chamado de cinza médio e considerado a meio caminho da percepção . É de 18%, por alguma razão, a meio caminho entre preto e branco, e se sim, por que (talvez essas porcentagens funcionem em uma escala não linear por qualquer motivo ...). Caso contrário, por que achamos que 18% está no meio do caminho, não 50%. Vemos as cores de maneira não linear? , nossas câmeras capturam a luz de maneira não linear ou isso é apenas uma espécie de ilusão de brilho relativo .

Depois de ler a pergunta da qual supostamente é uma duplicata, ainda não entendo por que Ansel Adams escolheu 18%, foi visual? Ou por que foi tão amplamente adotado. Esse número é arbitrário? exatamente o que alguém parecia correto ... ou ele tem alguma afirmação válida de ser o meio cinza, devido à percepção (parece que nossos olhos veem as coisas linearmente, as câmeras fazem o mesmo?) ou por outras razões técnicas.

A história diz que Ansel Adams apresentou o valor "18% cinza". No dia do feno da fotografia de filmes, ele estava desenvolvendo o sistema de zonas e precisava definir um "cinza médio". Foi uma decisão judicial. Eventualmente, a idéia pegou, mas as empresas de cinema e câmera escolheram seu próprio cinza médio. É um fato divertido que sua câmera digital provavelmente use algo mais como 12% cinza como cinza médio.

Qualquer que seja o número, a idéia por trás do cinza médio não é "refletir 50% da luz". Ou mesmo que "está a meio caminho entre absorver toda a luz (preto puro) e refletir toda a luz (branco puro)". Tem a ver com a sua percepção.

Seus olhos são detectores logarítmicos. Ou seja, se uma fonte ficar mais brilhante por um fator de 4, ela parecerá mais brilhante por um fator de 2 para você. Se aumentar em um fator de 32, parecerá mais brilhante em um fator de 5. Se aumentar em brilho em um fator de 128, parecerá 7 vezes mais brilhante para você.

Os itens acima não são os números reais . Como você pode imaginar, medir o quão brilhante as coisas parecem para as pessoas é muito complicado e varia de pessoa para pessoa. O importante é que é essa natureza logarítmica estranha dos seus olhos que impede que o cinza médio seja 50%.

Vale a pena olhar para um gráfico gama para uma perspectiva adicional enquanto você pensa sobre isso. A gama de exibição padrão, por exemplo, é 2,2. A curva é assim:

50% de cinza, em um espaço de 8 bits, é 127 (eixo horizontal). Isso alinha com ~ 20% da saída de luminância da tela. Para exibir e imprimir, o conceito de gama é importante, pois fornece o mapeamento ou a conversão entre os dados lineares (câmera / imagem) e a sensibilidade logarítmica do olho humano.

O olho humano pode resolver algo da ordem de 10 a 14 f-stops de faixa dinâmica em um tamanho fixo de pupila. Isso é até ~ 3 pontos melhor do que as melhores DSLRs gravadas em RAW de 14 bits. Nosso cérebro também é capaz de usar todos esses dados de uma vez - é como se tivéssemos um processador de imagem RAW de 16 bits embutido em nosso córtex visual [*] e ele ajusta automaticamente os níveis de realce e sombra, etc., para obter uma exposição perfeita em tempo real. ~ 18% de cinza é apenas um valor empírico que se ajusta ao processamento que nossos olhos naturalmente aplicarão à cena que vêem.

É empírico porque funciona e parece cinza-médio em uma cena típica. O olho é facilmente enganado, no entanto, e é extremamente sensível ao contexto. O cérebro fará um photoshop sem piedade do que os olhos vêem, a fim de tentar dar sentido a isso, e os cinzas são rotineiramente imaginados como qualquer sombra que faça sentido para nós. A ilusão clássica disso é esta:

onde os quadrados Ae Bsão idênticos em brilho. Então, sim, o olho é extremamente não linear e, além disso, nem é uniforme em sua renderização sobre o nosso campo visual. As trevas são iluminadas, as luzes são escurecidas e a cena inteira é fortemente comprimida em uma faixa perceptiva estreita da qual podemos extrair detalhes.

Ao fotografar cenas de alto alcance dinâmico, acho que é intuitivo para os fotógrafos - realmente precisamos trabalhar para equilibrar uma cena de alto alcance dinâmico em uma forma que pareça com a que o olho percebe. Quando podemos controlar a luz, adicionamos MUITO - preenchimento, preenchimento, preenchimento . Para obter uma foto colorida equilibrada que não precise de muita publicação, é necessário adicionar o máximo de luz possível para preencher as áreas escuras da cena - reduzindo o alcance dinâmico o máximo possível para produzir uma cena mais plana e mais uniformemente iluminado (assim como nosso cérebro tenta fazer com as cenas que vemos).

Para responder ao comentário abaixo, tire isso da imagem acima para esclarecer o assunto:

[*] Para ser mais preciso, para aqueles que desejam, parte do processamento e compactação inicial de imagens é realizada por várias camadas de células especializadas diretamente atrás da retina antes que as informações sejam enviadas ao cérebro.

Mesmo além das questões perceptivas, a latitude de exposição do filme é outro motivo para favorecer 18% de cinza. Se alguém tentasse expor uma cena para que o tom de cinza médio na cena produzisse um valor de exposição de 50%, qualquer coisa que fosse duas vezes mais brilhante que a média seria totalmente apagada. Se alguém tentasse expor uma cena para que o tom médio de cinza na cena rendesse um valor médio de, por exemplo, 5%, as coisas mais escuras que a média dificilmente seriam expostas. Se alguém usar a diretriz de que um filme típico de 35 mm possui cinco f-stops de latitude, 18% de cinza cairá quase exatamente no meio disso (2,47 f-100%), colocando-o bem no meio de cinco f faixa de parada.

Observe que o processo de fotografar e imprimir filmes negativos cria comportamentos não lineares muito diferentes dos das câmeras digitais. As áreas do filme que não são expostas a nenhuma luz devem ser o mais transparente possível e fazer com que a impressão resultante fique em preto sólido. Para obter uma boa impressão em preto sólido, é necessário expor a impressão por tempo suficiente para que as áreas do filme suficientemente próximas à transparência também sejam impressas em preto. Assim, se alguém quiser que as impressões tenham bons pretos sólidos, as coisas que não deveriam ser pretas devem ter um certo nível mínimo de exposição para impedir que elas desapareçam no nada. Por outro lado, é preciso muita luz para transformar o filme totalmente preto; mesmo parte de uma cena que é superexposta significativamente pode reter alguns detalhes.

Ao fotografar em formato digital, as coisas são um pouco diferentes: as áreas brilhantes são mais propensas a ficar saturadas (perdendo todos os detalhes), enquanto as áreas escuras tendem a parecer "barulhentas". Geralmente, as áreas escuras ainda contêm detalhes significativos, mesmo quando tão subexpostos que o ruído domina. Como câmeras diferentes têm quantidades diferentes de ruído (e o nível de ruído varia dependendo de várias condições), o ponto médio da "exposição ideal" para uma câmera digital pode ser muito diferente do que seria para o filme.

Gostaria de acrescentar que os olhos e a emulação de halogeneto de prata naturalmente têm uma resposta logarítmica, diferentemente dos sensores CCD / CMOS, pela mesma razão subjacente.

Considere um pedaço de moléculas espalhadas pelo plano focal. Um estímulo de entrada (dois fótons atingindo o cristal em uma determinada janela de tempo, no caso do filme) é registrado alterando o estado dessa molécula (molécula de corante orgânico ou cristal AgX), essa unidade agora é usada . Considere quando metade das unidades já foram atingidas: outro estímulo tem 50% de chance de atingir um que já está sendo usado, portanto, não adiciona nada. É preciso o dobro da luz recebida para fazer o mesmo escurecimento que ocorre em uma área intocada.

Agora, o dois fótons complica as coisas, mas a forma geral da distribuição é o mesmo tipo de curva. Lembro-me de ler sobre uma "porta zumbi" em uma coluna de matemática. Imagine um tapete vermelho que leva a uma parede com uma porta em um local estreito. Os zumbis são regularmente espaçados na fila andando pelo tapete, e cada um é aleatoriamente (distribuição uniforme) posicionado lado a lado.

A distribuição de zumbis que entram pela porta é chamada de log inverso . Agora imagine que há uma fileira de portas do outro lado da parede, como um banco de curvas de metrô. Cada porta pode ser usada apenas uma vez. Mais tarde, após a exposição, você observa quantos estilos de turnos foram usados ​​vs permanecem sem uso.

Sem a eletrônica moderna, é difícil olhar para um patch e dizer que é xx% de densidade óptica, mas o filme de granulação grossa e um microscópio permitem contar quantos pontos pretos (cristais expostos) estão em um quadrado de amostra. Não sei como ele determinou uma cobertura linear com base nas exposições do teste: empericamente, fazendo incrementos de uma parada, você pode encontrar os recursos da mídia e apontar para o meio. Mas como você sabe que são 18% em uma escala linear, sem um densitômetro? Talvez misturando pigmentos em proporções, por isso veio de uma tradição de pintura.

Meu entendimento é que 18% de cinza é considerado a refletância média da luz do mundo ao nosso redor - não neve (cerca de 90%) ou um gato preto em uma mina de carvão do outro lado, mas uma média em um dia normal. A grama, por exemplo, reflete cerca de 18% de cinza; portanto, se você estiver lendo seu medidor, faça uma leitura da grama e calcule a partir daí. A pele caucasiana é considerada em torno de 36% cinza, para que você possa medir sua mão e compensar 18% a partir daí, abrindo ou fechando uma parada - isso é para filme, negativo ou transparente.

Ok ... um cartão com refletância de 18% parece ser cinza para o olho humano. Mais formalmente declarado: um objeto com uma luminância relativa de 18% (em relação a um branco de referência) terá uma luminosidade de 50%. Este não é um número aleatório. É uma consequência da nossa percepção não linear de brilho.

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

As outras respostas não estão erradas. "18%" também está relacionado ao mundo do vídeo: se a gama de um monitor for 2,4 e você emitir um sinal de 50%, a saída de luz será de 0,5 ^ 2,4 = 19%.

Por uma coincidência mágica, sinais de vídeo analógicos e arquivos de imagem digital (sRGB) ou sinais (BT.1886) são codificados quase perceptivamente uniformes. Um sinal de 50% fornece uma luminância de 18 a 19%, mas isso é percebido como aprox. 50% leveza. Uma quantidade com "-ness" no nome é sempre sobre a percepção humana.

Mais tarde, a indústria de vídeos tentou quantificar a percepção da leveza e a uniformidade perceptiva. Peter Barten (Philips) lançou grande parte do trabalho de campo, resultando em uma tese de doutorado e um resumo (SPIE 2004). Este trabalho foi usado pela empresa Dolby para padronizar o "Perceptual Quantizer", este é o OECF para HDR TV, conforme escrito no padrão SMPTE 2084. Posteriormente, Poynton, Nijland e eu publicamos uma nova fórmula para a mesma curva da OECF e o nomeamos a função "Barten Lightness" (SMPTE MIJ 2015). Pressupõe uma adaptação perfeita dos olhos ao nível médio de luminância, onde quer que esteja.

Esta fórmula mostra que a percepção da luminosidade humana segue uma curva gama (1 / 2,07) com pouca luz (<0,1 nit) e uma curva logarítmica com luz brilhante (> 1 nit). Com esta fórmula, a relação "50% Luminosidade = 18% Luminância" é exata apenas para 18% vs. 100% de 0,57 nit. Por exemplo, 10,9% de 10 nit ou 5,6% de 100 nit ou 2,4% de 1000 nit ou 0,9% de 10000 nit Luminância também são percebidos como 50% de luminosidade. Novamente, isso ocorre após uma adaptação ocular perfeita a estímulos seqüenciais, não quando mostrados lado a lado.

Se você quiser saber mais, sugiro que procure a tese de doutorado de Charles Poynton, nossa fórmula Lightness está na página 93.

Observe que o Dr. Barten apenas investigou a percepção em preto e branco; portanto, qualquer coisa derivada dessa forma é válida apenas para a escala de cinza. A aplicação da uniformidade perceptiva à imagem colorida é uma questão diferente, e também decidimos. Tudo isso foi feito no contexto de alta faixa dinâmica e ampla gama de cores da televisão.

Um pouco de história ajudará você a entender o objetivo do cartão cinza:

Em meados da década de 1930, os senhores Jones e Condit no Laboratório Kodak determinaram que estatisticamente, uma cena ensolarada típica se integrava a um valor de refletância de cerca de 18%. Nessa época, a Western Electric Company lançou no mercado o primeiro medidor de luz. O Kodak Labs publica uma recomendação; coloque uma caixa de filme Kodak em cena. Parece que a caixa refletiu 18% da luz ambiente. Agora meça a luz refletida na parte superior da caixa e use esta leitura para definir sua exposição.

Em 1941, Ansel Adams, um importante fotógrafo de paisagem, e seu amigo, Fred Archer, editor de uma revista de fotos, publicaram em conjunto o Zone System, que forneceu aos fotógrafos um método para ajustar com precisão a exposição. Seu sistema de zonas gira em torno do uso de um cartaz de 18% (cinza do navio de guerra). Este cartão substitui o topo da caixa Kodak. A meta de 18% de cinza se tornou o padrão de fato. Atualmente, a velocidade do filme e do papel, assim como o chip digital, são calibrados, e o ISO digital e do filme é estabelecido usando o cartão cinza de 18%.

Devido às armadilhas associadas à medição refletida, desenvolveu-se um segundo método de medição chamado método de leitura da luz incidente. Este método coloca uma esfera transparente colocada sobre a entrada do medidor de luz. O medidor é posicionado próximo ao objeto e apontado para trás em direção à câmera. Assim, o medidor mede a luz imediatamente antes de atingir o objeto (palavra francesa antiga e incidente prestes a acontecer).

O método do incidente produz a mesma leitura que um medidor refletido retirado de um cartão cinza, no entanto, elimina a maioria das armadilhas que giram onde segurar e colocar o medidor. Em vistas ensolaradas, o fotógrafo pode simplesmente se virar e apontar o medidor para trás em uma câmera imaginária. Esse método é altamente preciso e foi adotado pelos operadores de câmeras de Hollywood, porque eles estão filmando uma cena e talvez cem mil dólares em uma exposição correta. .

Material técnico: Quando o filme negativo é exposto e processado corretamente, uma imagem do cartão cinza no filme será renderizada em um tom específico de cinza. Esse tom de gay é equivalente a um filtro de densidade neutra com um fator ou 5,5, que corta a transmissão de luz em duas paradas e meia. Quando escrito como porcentagem, esse valor é 18%.

Quando a imagem deste cartão cinza no negativo é impressa e se o papel para impressão é exposto e desenvolvido conforme a especificação, a imagem resultante do cartaz cinza no papel para impressão terá a mesma refletividade de 18% do cartão cinza original.

Somatório - O cartaz de 18% é o único tom que: 1. Na realidade, possui 18% de refletividade. 2. A imagem resultante do cartão cinza no negativo tem uma transmissão de 18%. 3. Na impressão, a imagem do cartão cinza corresponde ao cartão cinza original, refletindo 18%.

Esse valor de 18% é o tom ou eixo do sistema fotográfico - filme - digital - e litografia. Isso é ciência - não acho que trabalho.

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Isso me deixou perplexo por anos também. Simplesmente, a quantidade média de luz refletida nos objetos ao nosso redor é de 18%. Algumas coisas são mais escuras, outras são mais brilhantes. Mas 18% é mediano. Nossos olhos perceberão essa refletância média como o meio-tom dos destaques e sombras ao nosso redor. Algumas outras pessoas usaram matemática e gráficos para explicar a diferença entre dados lineares e de estilo de log. Mas fico feliz em saber que 18% da luz direta do meu assunto está sendo refletida para mim, e isso me dará o meio-tom ao qual meus destaques e sombras podem dançar.