Warum wird 18% Grau für die Fotografie als mittendrin eingestuft?

Ich habe kürzlich von jemandem (einem Fotografen) gehört, dass 18% Grau auf halbem Weg zwischen Schwarz und Weiß liegen und nicht 50%. Das erschien mir etwas unlogisch, und als ich sie nach dem Grund fragte, sagte sie, dass sie es nicht wisse. Nachdem ich ein paar Online-Artikel gelesen hatte, stellte ich fest, dass 18% oft als mittelgrau bezeichnet werden und als halbwegs wahrnehmbar angesehen werden . Ist 18% aus irgendeinem Grund auf halbem Weg zwischen Schwarz und Weiß, und wenn ja, warum? (Vielleicht funktionieren diese Prozentsätze auf einer nicht linearen Skala, aus welchem ​​Grund auch immer ...). Wenn nicht, warum denken wir, sind 18% auf halbem Weg und nicht 50%? Sehen wir Farbe nicht linear? , Haben unsere Kameras fangen das Licht nicht-linear, oder ist das nur eine Art relativen Helligkeit Illusion .

Nachdem ich die Frage gelesen habe, die angeblich ein Duplikat von ist, sehe ich immer noch nicht, warum Ansel Adams 18% gewählt hat, war es eine visuelle Sache? Oder warum sie so weit verbreitet war. Ist diese Zahl beliebig? nur was jemand richtig aussah ... oder hat er einen berechtigten Anspruch auf das mittlere Grau, aufgrund der Wahrnehmung (unsere Augen sehen die Dinge scheinbar linear, machen Kameras das auch?) oder aus anderen technischen Gründen.

Die Geschichte besagt, dass Ansel Adams die Zahl "18% grau" erfunden hat. Zu Beginn der Filmfotografie entwickelte er das Zonensystem und musste ein "mittleres Grau" definieren. Es war ein Urteilsspruch. Irgendwann hatte sich die Idee durchgesetzt, aber Film- und Kamerafirmen entschieden sich für ihr eigenes Mittelgrau. Es ist eine lustige Tatsache, dass Ihre Digitalkamera wahrscheinlich eher 12% Grau als Mittelgrau verwendet.

Was auch immer die Zahl ist, die Idee hinter Mittelgrau ist nicht, dass "50% des Lichts reflektiert". Oder sogar, dass "es auf halbem Weg zwischen dem Absorbieren alles Lichts (reines Schwarz) und dem Reflektieren alles Lichts (reines Weiß) liegt". Es hat mit deiner Wahrnehmung zu tun.

Ihre Augen sind logarithmische Detektoren. Das heißt, wenn eine Quelle um einen Faktor von 4 heller wird, wird es nur scheint heller um den Faktor 2 zu Ihnen. Wenn es um den Faktor 32 erhöht wird, erscheint es nur um den Faktor 5 heller. Wenn es um den Faktor 128 erhöht wird, erscheint es Ihnen nur um den Faktor 7 heller.

Die obigen Zahlen sind nicht die tatsächlichen Zahlen. Wie Sie sich vorstellen können, ist es sehr schwierig zu messen, wie hell die Dinge den Menschen erscheinen, und variiert von Person zu Person. Wichtig ist, dass es diese seltsame logarithmische Natur Ihrer Augen ist, die ein mittleres Grau von 50% verhindert.

Es lohnt sich, ein Gamma-Diagramm zu betrachten, um eine zusätzliche Perspektive zu erhalten, wenn Sie darüber nachdenken. Das Standard-Display-Gamma beträgt beispielsweise 2,2. Die Kurve sieht folgendermaßen aus:

50% Grau in einem 8-Bit-Raum ist 127 (horizontale Achse). Dies entspricht einer Leuchtdichte von ~ 20% des Displays. Sowohl für die Anzeige als auch für den Ausdruck ist das Konzept des Gammas wichtig, da es die Abbildung oder Umwandlung zwischen den linearen Daten (Kamera / Bild) und der logarithmischen Empfindlichkeit des menschlichen Auges ermöglicht.

Das menschliche Auge kann etwas in der Größenordnung von 10-14 Blendenstufen des Dynamikbereichs bei einer festen Pupillengröße auflösen. Das sind bis zu ~ 3 Blendenstufen besser als die besten DSLRs, die mit 14-Bit-RAW aufnehmen. Unser Gehirn ist auch in der Lage, all diese Daten auf einmal zu nutzen - es ist, als hätten wir einen 16-Bit-RAW-Bildprozessor in unseren visuellen Cortex eingebaut [*], der automatisch die Lichter- und Schattenpegel usw. anpasst, um eine perfekte Belichtung zu erzielen in Echtzeit. ~ 18% Grau ist nur ein Erfahrungswert, der zur Verarbeitung passt, die unsere Augen auf die Szene anwenden, die sie sehen.

Es ist empirisch, weil es funktioniert und in einer typischen Szene mittelgrau aussieht. Das Auge lässt sich jedoch leicht täuschen und ist äußerst kontextsensitiv. Das Gehirn wird das, was die Augen sehen, gnadenlos photoshoppen, um zu versuchen, einen Sinn daraus zu machen, und Grau wird routinemäßig als jeder Schatten angesehen, der für uns Sinn ergibt. Die klassische Illusion davon ist:

wo die Aund BQuadrate in der Helligkeit identisch sind. Ja, das Auge ist also extrem nichtlinear und darüber hinaus nicht einmal gleichmäßig über unser Gesichtsfeld gerendert. Dunkle Stellen werden aufgehellt, helle Stellen werden abgedunkelt, und die gesamte Szene wird stark komprimiert, sodass ein enger Wahrnehmungsbereich entsteht, aus dem wir Details extrahieren können.

Beim Aufnehmen von Szenen mit hohem Dynamikbereich ist dies für Fotografen meiner Meinung nach intuitiv. Wir müssen wirklich nachträglich arbeiten, um eine Szene mit hohem Dynamikbereich in eine Form zu bringen, die der Wahrnehmung des Auges ähnelt. Wenn wir das Licht steuern können, fügen wir VIELE davon hinzu - füllen, füllen, füllen . Um ein ausgeglichenes Farbfoto zu erhalten, das nicht viel Post benötigt, müssen wir so viel Licht wie möglich hinzufügen, um die dunklen Bereiche der Szene auszufüllen. Dadurch wird der Dynamikbereich so weit wie möglich reduziert, um eine Szene zu erzeugen, die flacher und flacher ist gleichmäßig beleuchtet (genau wie unser Gehirn versucht, mit den Szenen, die wir sehen, zu tun).

Um den Kommentar unten zu beantworten, wird dies aus dem obigen Bild entnommen, um den Punkt zu machen:

[*] Um genauer zu sein, für diejenigen, die es wünschen, wird ein Teil der anfänglichen Bildverarbeitung und -komprimierung von mehreren Schichten spezialisierter Zellen direkt hinter der Netzhaut durchgeführt, bevor die Informationen an das Gehirn gesendet werden.

Auch außerhalb der Wahrnehmungsprobleme ist der Belichtungsspielraum des Films ein weiterer Grund, 18% Grau zu bevorzugen. Wenn man versucht, eine Szene so zu belichten, dass der durchschnittliche Grauton in der Szene einen Belichtungswert von 50% ergibt, wird alles, was doppelt so hell ist wie der Durchschnitt, total ausgeblasen. Wenn man versucht, eine Szene so zu belichten, dass der durchschnittliche Grauton in der Szene einen Durchschnittswert von z. B. 5% ergibt, werden Dinge, die überdurchschnittlich schwach sind, kaum belichtet. Wendet man die Richtlinie an, dass ein typischer 35-mm-Film fünf Blendenstufen hat, fallen 18% Grau fast genau in die Mitte (2,47 Blendenstufen von 100% nach unten) und liegen genau in der Mitte einer fünf Blendenstufen Reichweite.

Beachten Sie, dass beim Aufnehmen und Drucken von Negativfilmen nichtlineare Verhaltensweisen auftreten, die sich stark von denen von Digitalkameras unterscheiden. Bereiche des Films, die keinem Licht ausgesetzt sind, sollten so transparent wie möglich sein und den resultierenden Druck schwarz erscheinen lassen. Um einen guten Vollschwarzdruck zu erzielen, muss der Druck lange genug belichtet werden, damit Bereiche des Films, die nahe genug an der Transparenz liegen, ebenfalls schwarz werden. Wenn man also möchte, dass Abzüge ein gutes festes Schwarz haben, müssen Dinge, die nicht schwarz sein sollen, eine gewisse Mindestbelichtung aufweisen, damit sie nicht ins Nichts verschwinden. Auf der anderen Seite braucht es viel Licht, um den Film komplett schwarz zu machen. Sogar ein Teil einer Szene, die deutlich überbelichtet ist, kann einige Details behalten.

Bei Digitalaufnahmen sieht das etwas anders aus: Helle Bereiche werden eher gesättigt (verlieren alle Details), während dunkle Bereiche "verrauscht" wirken. Im Allgemeinen enthalten dunkle Bereiche auch dann noch signifikante Details, wenn sie so stark unterbelichtet sind, dass das Rauschen dominiert. Da verschiedene Kameras unterschiedliche Rauschanteile haben (und der Rauschpegel je nach den verschiedenen Bedingungen variiert), kann der Mittelpunkt der "idealen Belichtung" für eine Digitalkamera oft sehr unterschiedlich sein, als dies für Filme der Fall wäre.

Ich möchte hinzufügen, dass Augen und Silberhalogenidemultion im Gegensatz zu CCD / CMOS-Sensoren aus demselben Grund natürlich logarithmisch reagieren.

Betrachten Sie einen Fleck von Molekülen, der über die Brennebene verteilt ist. Ein eintreffender Stimulus (zwei Photonen treffen im Falle eines Films in einem bestimmten Zeitfenster auf den Kristall) wird aufgezeichnet, indem der Zustand dieses Moleküls (organisches Farbstoffmolekül oder AgX-Kristall) geändert wird. Diese Einheit ist nun aufgebraucht . Bedenken Sie, wann die Hälfte der Einheiten bereits getroffen wurde: Ein anderer Stimulus hat eine 50% ige Chance, einen bereits verwendeten zu treffen, fügt also nichts hinzu. Es wird doppelt so viel Licht benötigt, um die gleiche Verdunkelung wie in einem unberührten Bereich zu erzielen.

Jetzt kompliziert das Zwei-Photon die Sache, aber die Gesamtform der Verteilung ist die gleiche Art von Kurve. Ich erinnere mich, über eine "Zombietür" in einer Mathekolumne gelesen zu haben. Stellen Sie sich einen roten Teppich vor, der an einer schmalen Stelle zu einer Wand mit einer Tür führt. Zombies laufen regelmäßig in gleichmäßigen Abständen über den Teppich und werden zufällig (gleichmäßig verteilt) nebeneinander positioniert.

Die Verteilung der Zombies, die durch die Tür kommen, nennt man inverses Protokoll . Stellen Sie sich vor, es gibt eine Reihe von Türen an der Wand, wie eine U-Bahn-Drehbank. Jede Tür kann nur einmal benutzt werden. Später, nach der Belichtung, stellen Sie fest, wie viele Drehkreuze verwendet wurden und wie viele nicht verwendet wurden.

Ohne moderne Elektronik ist es schwierig, einen Patch zu betrachten und zu sagen, dass er eine optische Dichte von xx% hat. Mit einem grobkörnigen Film und einem Mikroskop können Sie jedoch die Anzahl der schwarzen Punkte (belichteten Kristalle) in einem Musterquadrat bestimmen. Ich weiß nicht, wie er eine lineare Abdeckung auf der Grundlage der Testbelichtungen ermittelt hat: Wenn Sie One-Stop-Inkremente durchführen, können Sie die Funktionen des Mediums ermitteln und auf das Medium in der Mitte verweisen. Aber woher wissen Sie, dass das auf einer linearen Skala ohne Densitometer 18% sind? Vielleicht mischen Pigmente in Verhältnissen, so kam es aus einer Tradition der Malerei.

Ich verstehe, dass 18% Grau als der durchschnittliche Reflexionsgrad des Lichts der Welt um uns herum angesehen wird - nicht Schnee (etwa 90%) oder eine schwarze Katze in einer Kohlenmine am anderen Ende, sondern ein Durchschnitt an einem durchschnittlichen Tag. Gras zum Beispiel reflektiert ungefähr 18% Grau. Wenn Sie also Ihren Zähler ablesen, können Sie einen Wert vom Gras ablesen und von dort aus rechnen. Kaukasische Haut wird als ungefähr 36% grau angesehen, sodass Sie Ihre Hand abmessen und dann durch Öffnen oder Schließen einer Blende auf 18% zurückkompensieren können - dies gilt für Negativ- oder Transparentfilme.

Ok ... eine Karte mit 18% Reflexionsvermögen erscheint dem menschlichen Auge als mittelgrau. Genauer gesagt: Ein Objekt mit einer relativen Leuchtdichte von 18% (relativ zu einem Referenzweiß) hat eine Helligkeit von 50%. Dies ist keine Zufallszahl. Es ist eine Folge unserer nichtlinearen Wahrnehmung von Helligkeit.

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

Die anderen Antworten sind nicht falsch. "18%" bezieht sich auch auf die Videowelt: Wenn das Gamma eines Monitors 2,4 beträgt und Sie ihm ein 50% -Signal geben, beträgt die Lichtleistung 0,5 ^ 2,4 = 19%.

Durch einen magischen Zufall werden analoge Videosignale und digitale Bilddateien (sRGB) oder Signale (BT.1886) nahezu einheitlich wahrgenommen. Ein 50% Signal gibt einen 18-19% Luminance, aber das wird wahrgenommen als ca.. 50% Leichtigkeit. Eine Menge mit "-ness" im Namen handelt immer von menschlicher Wahrnehmung.

Später hat die Videoindustrie versucht, die Helligkeitswahrnehmung und die Einheitlichkeit der Wahrnehmung zu quantifizieren. Peter Barten (Philips) hat einen Großteil der Grundlagenarbeit geleistet und eine Doktorarbeit und eine Zusammenfassung verfasst (SPIE 2004). Diese Arbeit wurde von der Firma Dolby zur Standardisierung des "Perceptual Quantizer" verwendet. Dies ist die OECF für HDR-Fernsehen, wie in SMPTE-Standard 2084 geschrieben. Später haben Poynton, Nijland und ich eine neue Formel für dieselbe OECF-Kurve veröffentlicht und sie benannt die Funktion "Barten Lightness" (SMPTE MIJ 2015). Es wird eine perfekte Anpassung der Augen an das durchschnittliche Luminanzniveau vorausgesetzt, wo auch immer dies der Fall ist.

Diese Formel zeigt, dass die menschliche Helligkeitswahrnehmung bei schwachem Licht (<0,1 nit) einer Gammakurve (1 / 2,07) und bei hellem Licht (> 1 nit) einer logarithmischen Kurve folgt. Mit dieser Formel ist die Beziehung "50% Helligkeit = 18% Leuchtdichte" nur für 18% vs. 100% von 0,57 nit genau. Beispielsweise werden 10,9% von 10 nit oder 5,6% von 100 nit oder 2,4% von 1000 nit oder 0,9% von 10000 nit Leuchtdichte ebenfalls als 50% Helligkeit wahrgenommen. Auch dies geschieht nach perfekter Anpassung des Auges an aufeinanderfolgende Reize, nicht wenn diese Seite an Seite gezeigt werden.

Wenn Sie mehr wissen möchten, schlagen wir vor, dass Sie Charles Poyntons Doktorarbeit nachschlagen. Unsere Formel für die Helligkeit finden Sie auf Seite 93.

Bitte beachten Sie, dass Dr. Barten nur die Schwarz-Weiß-Wahrnehmung untersucht hat, sodass alle daraus abgeleiteten Informationen nur für die Graustufen gelten. Das Anwenden von Wahrnehmungsgleichmäßigkeit auf Farbbilder ist eine andere Sache, und wir haben auch eine Aufnahme davon gemacht. Dies geschah alles im Zusammenhang mit dem Fernsehen mit hohem Dynamikumfang und großem Farbumfang.

Ein wenig Geschichte wird Ihnen helfen, den Zweck der Graukarte zu verstehen:

Mitte der 1930er Jahre stellten die Herren Jones und Condit vom Kodak Laboratory fest, dass statistisch gesehen eine typische sonnenbeschienene Szene mit einem Reflexionsgrad von etwa 18% integriert war. Ungefähr zu dieser Zeit brachte die Western Electric Company den ersten Lichtmesser auf den Markt. Kodak Labs veröffentlichen eine Empfehlung. Platzieren Sie eine Kodak Filmbox in der Szene. Scheint, dass die Box 18% des Umgebungslichts reflektiert. Messen Sie nun das reflektierte Licht von der Oberseite des Kastens und verwenden Sie diesen Wert, um Ihre Belichtung einzustellen.

1941 veröffentlichten Ansel Adams, ein bekannter Landschaftsfotograf, und sein Freund Fred Archer, ein Herausgeber eines Fotomagazins, gemeinsam das Zonensystem, mit dem Fotografen eine Methode zur genauen Feinabstimmung der Belichtung erhalten. Ihr Zonensystem dreht sich um die Verwendung eines 18% -Plakats (Schlachtschiff grau). Diese Karte ersetzt das Kodak-Gehäuseoberteil. Das 18% Grau-Ziel wurde zum De-facto-Standard. Heutzutage werden die Film- und Papierempfindlichkeit sowie der Digitalchip kalibriert und die Film- und Digital-ISO mithilfe der 18-prozentigen Graukarte ermittelt.

Aufgrund der mit der Reflexionsmessung verbundenen Fallstricke wurde eine zweite Messmethode entwickelt, die als Auflicht-Lesemethode bezeichnet wird. Diese Methode platziert eine transparente Kugel über dem Eingang des Lichtmessers. Das Messgerät befindet sich in der Nähe des Motivs und zeigt nach hinten in Richtung der Kamera. Somit misst das Messgerät das Licht kurz vor dem Auftreffen auf das Motiv (altes französisches Wort für bevorstehend).

Die Incident-Methode liefert den gleichen Messwert wie ein reflektiertes Messgerät, das von einer Graukarte entnommen wurde, beseitigt jedoch die meisten Fallstricke, die sich beim Halten und Platzieren des Messgeräts ergeben. Bei sonnenbeschienenen Blicken kann der Fotograf lediglich umdrehen und das Messgerät rückwärts auf eine imaginäre Kamera richten. Diese Methode ist sehr genau und wurde von Hollywood-Kamera-Betreibern übernommen, weil sie eine Szene filmen und vielleicht hunderttausend Dollar mit einer korrekten Belichtung fahren. .

Technisches: Wenn der Negativfilm korrekt belichtet und verarbeitet wurde, wird ein Bild der Graukarte auf dem Film in einem bestimmten Grauton gerendert. Diese Schwulenfarbe entspricht einem Neutralfilter mit einem Faktor von 5,5 und schneidet die Lichtdurchlässigkeit um 2 ½ Stufen. In Prozent beträgt dieser Wert 18%.

Wenn das Bild dieser Graukarte auf dem Negativ gedruckt wird und das Druckpapier der Spezifikation entsprechend belichtet und entwickelt wird, hat das resultierende Bild der Graukarte auf dem Druckpapier das gleiche Reflexionsvermögen von 18% wie die ursprüngliche Graukarte.

Summation - Das 18% -Plakat ist der einzige Ton, der: 1. In Wirklichkeit 18% Reflexionsvermögen aufweist. 2. Das resultierende Bild der Graukarte auf dem Negativ hat eine Transmission von 18%. 3. Auf dem Ausdruck entspricht das Bild der Graukarte der ursprünglichen Graukarte mit 18%.

Dieser Wert von 18% ist der Ton oder die Achse des fotografischen Systems - Film - Digital - und Lithografie. Das ist Wissenschaft - keine Vermutungsarbeit.

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Es hat mich auch jahrelang verblüfft. Ganz einfach, die durchschnittliche Lichtmenge, die von Objekten um uns herum reflektiert wird, beträgt 18%. Manche Dinge sind dunkler, andere heller. Aber 18% sind durchschnittlich. Unsere Augen werden dieses durchschnittliche Reflexionsvermögen als den Mittelton zu den Lichtern und Schatten um uns herum wahrnehmen. Einige andere Benutzer haben Mathematik und Diagramme verwendet, um den Unterschied zwischen linearen und logarithmischen Daten zu erklären. Ich bin nur froh zu wissen, dass 18% des direkten Lichts auf mein Motiv an mir reflektiert wird, und das gibt mir meinen Mittelton, zu dem meine Glanzlichter und Schatten tanzen können.