¿Qué es el tono de gris al 18 % y cómo hago una tarjeta de gris al 18 % en Photoshop?

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

En primer lugar, debo 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 es probablemente el origen.

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

En el extremo opuesto, una superficie cubierta de hollín fresco y limpio refleja la menor cantidad de luz de 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 el uso de una media aritmética produce un resultado pobre (el número más grande domina casi por completo y el más pequeño casi se ignora). Para números como este, una media geométrica es la forma "correcta" de hacer las cosas.

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

Ya que se ha citado el artículo de Thom Hogan, hablaré un poco al respecto. Hace algún tiempo, Thom Hogan publicó un artículo:

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

...que afirma que los medidores de 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, mientras que el título y el párrafo de apertura del artículo son bastante enfáticos acerca de que el 18% es un "mito", el resto del artículo no brinda mucha 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 la luminancia, no la reflexión. Para un medidor calibrado ANSI, la información publicada más comúnmente 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 diablos sale el 14 % de Sekonic?), pero 12 % parece ser correcto, por cierto, medio punto menos que 18 %. 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 declaración de que "el 12% parece ser correcto", sin evidencia real, ni siquiera información sobre por qué considera que esto es correcto. Sin embargo, a pesar de esto, este artículo ahora se cita ampliamente en varios sitios web orientados a la fotografía (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 para respaldarlos. El primer paso en este viaje fue encontrar el estándar en cuestión. Buscando un poco, encontré lo que creo que es el estándar relevante. Contrariamente a la implicación de Thom anterior, esto realmente lo publica ISO en lugar de ANSI. Esto puede ser trivial para la mayoría, pero cuando estaba buscando el estándar, era algo importante: trabajé bastante tratando de encontrar un estándar ANSI que aparentemente no existe. Al final, sin embargo, encontré la norma ISO pertinente: 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 estaba (al menos desde mi punto de vista) bastante equivocado con respecto a los precios: una copia de este estándar cuesta solo $65 USD. 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 los medidores directamente desde fuentes que emiten luz en lugar de luz reflejada. Desafortunadamente, otras partes de lo que Thom dijo no están tan alineadas con el contenido del estándar. Por ejemplo, al final de su artículo, incluye un comentario de “lance” 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, 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 se usa para medidores de luz incidente (el factor K se aplica solo a 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 un gran número de pruebas realizadas para determinar la aceptabilidad de un número de observadores, de un número de Fotografías, para las cuales se conocía la exposición. , obtenido bajo diversas condiciones de materia y en un rango de luminancias”.

La norma también especifica un rango dentro del cual debe caer el factor K. 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 (p. ej., 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 mediante la siguiente fórmula:

K = LtS / A ²

Dónde:

K = factor K
L = luminancia en cd/m ²
A = número f
t = velocidad de obturación efectiva
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 calibrado para un brillo de 100 cd/m ² . Haciendo una revisión rápida, mi cámara mide la pantalla (mostrando su idea de blanco puro) sin otras fuentes de luz visibles, con una exposición de 1/200 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 averiguar a qué nivel de "gris" en una tarjeta corresponde. Hagámoslo basándonos en la regla soleada f/16, que dice que una exposición adecuada bajo la luz del sol brillante es f/16 con una velocidad de obturación que es el recíproco de la velocidad de la película. Podemos transformar matemáticamente la fórmula anterior a:

L = A ² K/tS

Resolvamos 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), así que esto se simplifica a: L = 256K.

Trabajando los números para los valores permisibles más bajos y más altos 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; aunque todos hemos visto y escuchado la regla soleada f/16, la realidad es que la luz solar clara varía en un rango considerable, dependiendo de estación, latitud, etc. La luz solar clara tiene un brillo entre 32000 y 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 luminancia, pero el resultado sale en unidades de "apostilbios" 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 de L que nos interesan, así que reorganizaremos esto para dar los valores de R:

R = L / 0,318 I

Reemplazando nuestros valores mínimo y máximo para I, obtenemos:

R ₁ = L / 10176
R ₂ = L / 31800

Luego conectamos los dos valores de L para definir nuestro rango permitido para R:

_1,1 r = 2714 / 10176 _1,2
r = 2714 / 31800 _2,1 r = 3430 / 10176 _2,2 r = 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 los factores K permitidos por la norma ISO, una reflectancia entre aproximadamente el 8,5 % y aproximadamente el 34 % puede estar dentro de los requisitos de la norma. Este es obviamente 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. Reemplazando estos en la fórmula para el rango de posibles valores de reflectancia da:

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

Los resultados de esos son:

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

Una tarjeta gris del 18% está cerca de un extremo de este rango, pero aún cae dentro del rango. Una tarjeta gris del 12 % queda fuera del rango; tenemos que asumir un nivel de luz por encima del promedio 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 una variedad de calibraciones, no solo un nivel
2. El brillo normal de la luz del día también cubre un rango bastante amplio
3. El 18 % de gris es justificable en función de los niveles de luz promedio
4. El 12 % de gris no es justificable según los niveles de luz promedio
5. Según los niveles de luz promedio, el valor ideal para una tarjeta gris sería de alrededor del 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 el 18%?

Esta es la cantidad de luz utilizada por la mayoría de las cámaras para determinar la exposición. Se eligió esto (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 las sólidas, 18 % de gris.

Sin embargo, si está fotografiando algo que tiene mucho blanco o mucha oscuridad, la exposición estará apagada. Por ejemplo, si toma una foto de un gran edificio blanco, probablemente querrá ajustar su exposición para compensar, ya que el objetivo predeterminado será un 18 % de gris, verá todo el blanco y reducirá su exposición (para que todo el 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 esté coloreada con 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 apuntándola 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 dará como resultado un relleno sólido (en RGB) de aproximadamente 46 para R, G y B. Sin embargo, tenga en cuenta que la mayoría de las impresoras distorsionarán un poco el color, por lo que cuando imprima, es posible que desee verificar los resultados. contra su original.

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

La siguiente pregunta, y de dónde viene el 12 %, es la siguiente: si medimos la tarjeta gris del 18 %, que para un humano parece gris medio pero en realidad tiene alrededor del 18 % de la intensidad del blanco máximo difuso, ¿qué valor debería esta información se registrará en nuestros archivos sin procesar. Recuerde que la película tiene una atenuación suave en los puntos destacados, mientras que la digital tiene un corte absoluto. Así que decidieron dar medio punto de margen adicional para salvaguardar los reflejos (posiblemente especulares) y, si lo deseaban, proporcionar una reducción de medio punto. Se decidió que la luminancia procedente 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) = alrededor del 12,8 % del máximo de luz blanca difusa , en el lineal archivo RAW.

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

Piense en la escala tonal del negro al 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 zona" para obtener más información.

Es muy probable que el tono de gris que realmente le interese sea del 12 %, ya que es para lo que probablemente estén calibrados los medidores de la cámara. Ver el artículo de Thom Hogan sobre tarjetas 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 con la creencia de que una escena estándar tiene un promedio de 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 medidores de luz. Sigue los enlaces para ver mis referencias.

Se cree que los siguientes funcionan con una reflectancia del 12%, aunque no pude [confirmar esto. Información derivada del artículo de Wikipedia sobre el medidor de luz . Consulte 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 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 un gran número de pruebas realizadas para determinar la aceptabilidad, para un gran número de observadores, de una serie de fotografías, para las que se conocía la exposición, obtenidas en diversas condiciones. de modo de sujeto y en 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 medidas 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 medidores de luz incidente y luz reflejada.
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 través 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 Light Meter , por lo que no las repetiré aquí.

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

a) no tiene más remedio 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. Estos son números a los que se llegó experimentalmente y no sorprende 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 uno asume que el brillo promedio cae a mitad de camino entre estos dos extremos, entonces 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 píxel sRGB. Esto da valores de 18,4% de luminancia (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 demasiado el mundo real. Uno realmente necesita algún tipo de base experimental para esta suposición. Pero ciertamente es interesante que este cálculo llegue a un resultado cercano al de muchos fabricantes.

El 18 % de gris es el tono en el que se basan las cifras de exposición a través de la medición de la lente (TTL); 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 bajo 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 ni justificación de por qué 18 no es algún otro número...

Seguir cualquier teoría o consejo sobre la configuración de valores RGB en un programa de gráficos no es confiable. Los monitores y las impresoras están diseñados para que los gráficos se vean bien y no alcancen la precisión científica. Incluso si todo su sistema está calibrado, bueno, nunca confío en que esas cosas sean precisas, especialmente no para 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 cuadrados debe ser 1,59 veces el ancho o alto de los cuadrados. Haga que esta cuadrícula sea pequeña pero lo suficientemente grande para tener un buen control sobre la geometría precisa y que cubra una página completa.

Con una buena tinta oscura en la impresora, el blanco reflejará casi el 100 % y el negro casi el 0 % (pero nada es perfecto), por lo que la reflectancia general promedia el 18 %. Fotografíe esta impresión en blanco y negro desenfocada y deje que la cámara haga el promedio.

Adivina un valor RGB, haz que toda la página tenga ese valor de gris e imprímela. Fotografíalo, fuera de foco, junto a tu cuadrícula en blanco y negro. En función de si es más claro o más oscuro que la cuadrícula, refine su estimación de RGB. Repita hasta que coincidan.

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

Para resumir una respuesta.

Del blanco al negro, los ojos ven una gama de grises. Debido a que los ojos ven logarítmicamente (y los oídos escuchan logarítmicamente), lo que los ojos parecen ser el medio, en realidad no contiene 50 % de negro + 50 % de blanco, sino 18 %.

El punto medio del ojo contiene un 18 % de negro sobre blanco.

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

Hace muchos años me hicieron una página basada en esa regla del 18% para calibrar el monitor. La diferencia con otras calibraciones fue que uso 18% para llenar el fondo con negro y no 50%

Todavía tengo esta página de calibración gamma en línea. Difumina tus ojos e intenta 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 del 18% (no 17%, 19%, etc.) proviene de la industria gráfica (probablemente, ver enlaces).

En fotografía, tiene dos usos principales:

• Un objeto conocido por ser de un color neutro puede ayudar a corregir el balance de blancos. Esto no tiene que ser gris medio, sino cualquier gris.
• Un objeto de reflectancia conocida puede ayudar con la medición. La palma de la mano es un buen sustituto de esta función de una tarjeta gris: es aproximadamente 1 paso más brillante.

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

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 así. Los medidores de la cámara están calibrados más cerca del 12 % de gris, que es una diferencia de aproximadamente medio paso. Este es el estándar ANSI.

Hay una explicación práctica de Thom Hogan aquí: http://www.bythom.com/graycards.htm

Y para aquellos que prefieren negociar con pies-candela y pies-lamberts, aquí hay una versión más matemática: http://www.richardhess.com/photo/18no.htm

Esa es una revelación impactante, ¿qué debo hacer?

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

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

Si dispara digitalmente, tome una tarjeta gris con una iluminación uniforme al 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 está viendo la 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 del 18 %, elija la configuración de exposición que genera un valor centrado y configúrelo en su control de compensación de exposición.