На главную страницу
Список статей

Средняя серость
Заметка о серой карте

(Вторая дополненная редакция)
_______________________________________________________

Редакция

Мы серость выбелим и выскоблим до блеска,
Все теневое мы прикроем световым.
Владимир Высоцкий

   
   Загадка о 18 процентах
 

Промышленные экспонометрические устройства, как известно, откалиброваны по 18-процентному уровню серого. Часто в фотографической литературе этот уровень называют «среднесерым», «стандартным серым» или «нейтрально серым». Но почему средний уровень соответствует 18%? Откуда появилась эта цифра?    Иногда можно услышать, что среднесерому цвету соответствует вовсе не 18, а 13 процентов [1]. Поговаривают, что американский стандарт ANSI базируется именно на такой величине. Возможно, это так и есть. Автор, увы, не располагает текстом такого стандарта… Здесь же хочется спросить читателя про другое: не кажется ли вам число 13% ещё более удивительным для характеристики среднесерого цвета?    Если нет — тогда эта заметка не для вас. А начинающим фотографам и просто любознательным читателям автор сейчас попробует объяснить, откуда взялись эти странные (на первый взгляд) числа: 13 и 18 процентов.

Рис. 1. Серая карта, содержащая серое, белое и чёрное поля

   
   Экспозиционная шкала

   Взгляните на шкалу выдержек фотоаппарата. Она выглядит (в долях секунды) примерно так:

…1 1/2 1/4 1/8 1/15 1/30 1/60 1/125 1/250 1/500 …

   Характерной особенностью такой шкалы является то, что на ней два соседних числа различаются не на постоянную величину (как на обычной линейке), а в некоторое число раз. В данном случае, каждое последующее число больше предыдущего в два раза. Особенность фотографических материалов такова, что для них именно эта шкала является наиболее естественной. Разность между двумя значениями на такой шкале соответствует одной ступени экспозиции.

   Нам важно отметить ещё одно важное свойство этой шкалы: на ней отсутствует ноль. Действительно, двигаясь по шкале вправо, мы будем получать всё более и более короткие выдержки, но нуля не достигнем никогда.

   Как на такой шкале трактовать среднюю величину? Очевидно, среднее значение между двумя величинами будет отстоять на равное число ступеней от этих самых величин. Так, 1/60 будет средним значением между 1/500 (три ступени вниз: 500/2³ примерно равно 60) и 1/8 (три ступени вверх: 60/2³ примерно равно 8).

   Теперь вернёмся к вопросу об уровне стандартного серого цвета. Вполне естественно определять его также ориентируясь на шкалу, два соседних числа которой различаются в два раза. Как уже было сказано выше, нуля на такой шкале нет. Но выбрать некоторую цифру (характеризующую яркость, отражающую способность или что-нибудь ещё в том же роде) в качестве 100% нам ничто помешать не может.

   Так как нуля на такой шкале нет, для определения числа процентов, соответствующих среднесерому уровню, нам нужно определиться с общим числом ступеней на шкале. К решению этой задачи мы сейчас и перейдём.
     

   Число ступеней яркости на шкале, характеризующей изображение

   Для определения среднесерого уровня следует использовать число ступеней яркости, характерное для конечного изображения, полученного при печати в фотолаборатории или типографии.

   В книге «Цвет и контраст» В. Железняков пишет: «Многие теоретики живописи приходили к выводу, что художник особым образом транспонирует яркостные ряды объекта, приспосабливая реальные соотношения к возможностям своей палитры, а возможности ее, как мы знаем, таковы, что все цвета располагаются по яркости в интервале между белилами и сажей. Это соотношение яркостей составляет примерно 1:40 — 1:60». В области полиграфии и фотопечати диапазон возможных яркостей, как правило ещё меньше: 1:30 — 1:40. В терминах ступеней экспозиции это означает, что разумно говорить о диапазоне воспроизводимых яркостей 5 — 6 ступеней (2⁵ = 32; 2⁶ = 64).

   Здесь важно подчеркнуть, что исходить нужно именно из свойств конечного изображения, а не из фотографической широты фотоматериала. Действительно, какова бы ни была фотоширота, нам всегда приходится при получении конечного отпечатка тем или иным образом укладывать весь диапазон яркостей в 5 — 6 ступеней. Дополнительная же фотоширота обеспечивает нам просто страховку от ошибок в установке нужной экспозиции.

   С другой стороны, Железняков предлагает считать «оптимальным визуальным контрастом» (ОВК) соотношение 1:40. В обоснование этой цифры он пишет: «В процессе совершенствования и приспособления к условиям действительности наше зрение отработало именно этот интервал яркостей как наиболее целесообразный с точки зрения выживания и наилучшей различимости объектов окружающего мира. … По всей видимости, наш глаз адаптируется по самому яркому участку, это более целесообразно с точки зрения биологической защиты органа зрения от перегрузок. Таким образом как бы фиксируется белое. А черное автоматически и бессознательно «отсчитывается» от этого белого на величину, равную оптимальному визуальному контрасту, т.е. примерно 1:40».

   Таким образом, исходя из концепции ОВК и опираясь на данные о возможностях печатного процесса, разумно говорить о доступном для глаза диапазоне яркостей, равном 5 — 6 ступеням.
 

   Так каков же среднесерый цвет?

   Если принять весь диапазон яркостей (100%) равным пяти ступеням, то, очевидно, среднесерому (5/2 = 2,5) цвету будет соответствовать:

100 / 2^2,5 = 18%  (более точно: 17,68%).

   Иными словами, 18% отделяют от 100% две с половиной ступени.

   Если же исходить из полного интервала в шесть ступеней, то для среднесерого (6/2 = 3) получаем:

100 / 2³ = 13%  (более точно: 12,5%).

   Какая из этих цифр более верна? Строго говоря, они обе верные. В реальной же ситуации следует исходить из дополнительных соображений. Например, обсуждая фотоотпечатки разумно говорить не более чем о пяти ступенях яркости и среднем значении 18%. А, например, при анализе слайдов можно говорить о шести ступенях со средним значением, равным 13%.

   Вот и весь секрет.  

   Заблуждения

   Иногда можно столкнуться с утверждением, что уровень 18% был выбран, исходя из величины стандартного коэффициента отражения кожи человека (или, скажем, из типовой отражательной способности листвы деревьев).

   Подобные утверждения не то чтобы не правильные, но в них всё как бы перевёрнуто, то есть поставлено с ног на голову.

   Если говорить о коже европейца, то в среднем она светлее серой карты на 0,5 — 1 ступень. Однако, при съемке замер часто делают именно по коже человека, желая именно эту яркость привязать к уровню среднесерого. То же самое можно сказать и про листву. Не важно, какова её реальная отражающая способность в той или иной ситуации. Важно другое: если листва является сюжетно важным элементом, то, конечно, разумно именно её яркость привязать к среднесерому.

   При съёмке цифровыми фотокамерами, матрицы которых характеризуются небольшим диапазоном передаваемых яркостей, ограничение «пять ступеней» проявляется уже в момент съёмки, то есть до момента печати.

   Таким образом, часто (но, конечно, не всегда) целесообразно делать замер по сюжетно важной части. В этом случае именно этот элемент изображения окажется привязанным у уровню среднесерого. При этом на отпечатке (на матрице цифровой камеры) также будут проработаны все объекты яркость которых на две с половиной ступени больше и на две с половиной ступени меньше по сравнению с выбранным.

   И ещё одно замечание. Раньше фотограф часто был вынужден выбирать, чем пожертвовать на отпечатке: тенями или светами. Это было связано с тем, что диапазон яркостей, воспроизводимых на фотобумаге существенно меньше диапазона, характерного для фотоплёнки. Для выхода из подобного положения приходилось использовать сложную технику печати, по-разному экспонируя отдельные участки кадра. Ныне эту проблему довольно просто решить компьютерным сжатием диапазона яркостей перед печатью. В результате на изображении будут видны и света, и тени. Но природу не обмануть. На отпечатке как было пять ступеней яркости, так и осталось. В чём тут дело? Расплатой за сохранение деталей и в светах, и в тенях будет уменьшение числа различимых оттенков.
 

   Про измерительные шкалы

   Иногда можно встретить утверждение о том, что уровень среднесерого цвета соответствует среднему коэффициенту отражения от какой-либо измерительной шкалы. В этом случае в качестве аргумента говорят, что такая шкала — аналог среднего сюжета в фотографии, будь то пейзаж или портрет. Однако признать такое утверждение истинным трудно.

   Действительно, рассмотрим часто упоминаемую в таких случаях измерительную шкалу, содержащую восемь равных по площади полей с коэффициентами отражения:

   0,8   0,4   0,2   0,1   0,05   0,025   0,012   0,006

   Во-первых, утверждать, что такая шкала соответствует среднему сюжету может лишь тот, кто внимательно к ней не присматривался. Отчасти виной тому — печатные изображения такой шкалы, адаптированные под возможности полиграфии (см. изображение слева на рис. 2).

   Рис. 2

   Реальная шкала (изображение справа) на 50% заполнена глубокими тенями. Неужели средние съёмочные сюжеты именно таковы? Конечно, нет. Типовые интервалы яркости для различных сюжетов можно найти в книге В. Железнякова «Цвет и контраст». Перепад яркостей, представленный 8-польной шкалой, хотя и трудно отнести к редким, но и типовым его назвать никак невозможно. К тому же, если говорить именно о фотографии, а не о киносъёмке, то следует учитывать, что фотографу всегда приходится ориентироваться на реальные возможности печатного процесса. А передать все поля такой шкалы при печати практически невозможно (если, конечно, не использовать цифровые методы компрессии динамического диапазона или подобные технологические ухищрения).

   Во-вторых, ссылаться на вычисления среднеарифметического значения по приведённой выше шкале нецелесообразно и с позиций здравого смысла. Действительно, если сделать такую шкалу наполовину неотражающей:

0,8   0,4   0,2   0,1   0   0   0   0  ,

то среднеарифметическое значение коэффициента отражения останется практически тем же: 18,75% против 19,9%. Для прецизионного тестового оптического объекта результат более чем странный: оказалось, что половину его можно без ущерба замазать густой сажей!

   Нет, автор вовсе не утверждает, что рассматриваемая шкала плоха в принципе. Для тех целей, для которых она была создана, она очень важна и необходима. И в определённых ситуациях её действительно можно использовать как аналог типового тестового объекта. Замазана она на 50% сажей или нет – но эта шкала действительно в среднем отражает примерно те самые 18%, о которых идёт речь в данной статье. Вот только первопричиной и объяснением для этих 18% она никак быть не может.

   Вообще говоря, первопричины и объяснения в области естесственных наук прежде всего следует искать в свойствах объективной реальности, а не в параметрах искусственно созданных объектов, сколь бы полезными и целесообразными подобные объекты ни были.
 

   Как вычислить среднее серое по формуле

   Существует ли математическая формула, позволяющая вычислить среднесерый уровень по заданной разнице между чёрным и белым? Конечно, да. Так как в данном случае мы имеем дело со шкалой, соседние отметки которой различаются в два раза, то для вычислений нужно воспользоваться формулой для среднего геометрического:

   Убедиться в том что применение этой нехитрой формулы в данном случе разумно, пытливый читатель может сам, рассмотрев геометрическую прогрессию со знаменателем, равным 2. Применение этой формулы к ранее обоснованным диапазонам 64:1 и 32:1 даёт следующие результаты:

   Понимание того, что уровень среднего серого нужно определять как среднее геометрическое между чёрным и белым возникло практически одновременно с появлением фотографии (фотоматериалов), то есть задолго до появления современных шкал и стандартов. Схожую формулировку можно найти, например, в Новой Международной Энциклопедии, вышедшей в 1903 году. (Daniel Coit Gilman, Harry Thurston Peck, and Frank Moore Colby. The New International Encyclopædia.) В ней за основу принято соотношение 60:1, дающее:

 
   Ссылки

1. Meters Don't See 18% Gray. You've learned an untruth. Welcome to the real world of 12% gray. (Экспонометры не рассчитаны на серый уровень 18%. Вам лгали. Добро пожаловать в реальный мир 12-процентного серого.)

2. Железняков Валентин. Цвет и контраст. Технология и творческий выбор. Глава 3.

3. Gray Card Plus от KODAK.

4. Инструкция к серым картам KODAK на русском языке.

* * *

На главную страницу
Список статей

Для использования материалов этого сайта в коммерческих или некоммерческих целях необходимо получить от меня письменное разрешение, если обратное не оговорено в явной форме.