18%中间灰

18%灰或中间灰是测光的标准参照,最近比较关心这个问题,发现大量摄影教材、包括大名鼎鼎的《纽约摄影学院摄影教材》,并没有把这个问题彻底讲清楚,当然,第一个问题,为什么要使用灰板、如何使用灰板,一般都能讲清楚、估计屋脊上大多数DX也都知道,但是,为什么中间灰是18%灰呢?文字搜索自网络。
纽摄的说法
科学家计算出“普通”场景中的光线“平均”为灰色级谱上中间影调的反射率——该影调位于纯白和纯黑的中点,即为灰色级谱上的中间影调。于是,通过简单的推理就可以得出中间影调应该反射投射到其上的50%的光线。测量表明,它实际上只反射了18%的光线(至于造成这种结果的原因,我们还是留给科学家去解决吧)。在黑白级谱中,比如在这张灰色级谱中,这种影调就被称为“18%灰色”。
白色物体的反射率大约是70%,而黑色物体的反射率大约是4%(纯白和纯黑的物体是不存在的)。

因为反射率18%的灰卡其灰度值为50%,我们可以自己很容易制作,但由于一般打印机很难精确印刷50%灰度,我的方法是打印一张黑白格子图片,黑与白平均就是中间值啦!
注意:1)格子越细越好;2)如果用喷墨打印机,要使用不反光的白纸;3)纸越白越好。
我做好后用柯达标准灰卡对比过,结果完全一样。
使用方法:在拍摄场景,把“灰卡”摆在拍摄对象典型光线的地方(或者你希望在照片上呈中灰色调的地方),镜头对准“灰卡”让它充满整个取景框测光,用测光结果拍摄。
原理:灰卡是50%的灰阶(18%是反射率),但一般打印机很难精确打印出这个灰度,然而打印全黑却很容易,于是我们用黑白格子打印一张黑与白各占一半的画面,得到它们的平均值。当然,由于纸张的反射率可能存在细微差别,做不到100%精确,但一般应用完全足够。

搜出的其他问题,先做简单回答:
1)可以用灰卡来设定白平衡,比白纸更准确,因为标准灰卡是严格做到R、G、B相等,也就是是“中性灰”的。
2)用灰卡帮助测光,要注意:灰卡放置在拍摄主体的中心位置、面向照相机镜头,照相机采用点测光对灰卡测光或让照相机靠近灰卡使灰卡充满整个画面进行测光;不管18%这个数字是如何来的、是否准确,它本质上只提供一个参考数据,应结合自己对照片画面的期望来调整参数——这是一个复杂的问题,牵涉到灰卡的使用和区域曝光法,如需要深入的话再单独讨论。
3)在拍摄风光照片时一般不要使用灰卡辅助测光或预设白平衡,因为一般来说你无法把灰卡放置到风光场面中的中心或合适位置。
说到这一点,想起一件事,有位热爱风光摄影的“大师”,被上海星光摄影器材城某个小老板忽悠买了个“希比爱”白平衡神器,到任何风光摄影场合,每拍摄一个场景,就先架好照相机,把那个“希比爱”放到镜头前大约一米多的地方“预设白平衡”,而大多数场合照亮场景的光线决不来自照相机的方向。跟他说这个不太好,他说,这是老板教给他、说明书上写的标准方法。当然用过几次之后因为效果常常适得其反已经放弃了。
4)灰卡可前期、也可后期,关于后期屋脊上有个非常好的帖子:
5)白加黑减。不一定要使用灰卡,根据照相机测光是以18%中间灰为参照的原理,如果拍摄对象是白色,用测光数据直接拍摄也会拍成灰色,所以需要增加曝光;照相机的测光系统会把黑色也拍成灰色,所以要想还原成黑色的话就得减少曝光。因此一般拍照时可牢牢记住“白加黑减”这四字真言。
它的另一个含义:你希望拍得更白,增加曝光;希望更黑,减少曝光。具体增加、减少多少,多拍多试验就慢慢自己有主见了,这个不存在标准数据,因为每个人对影调的期望可能是不一样的。

方便把问题简化,这里我以为讨论范围可以限制一下:
1、18%反射率的灰板,的确实操是用在入射光线的强度感知上,不必多言。但是当我们追问“为什么是18%而不是50%”反射率数值时,则不必困死在入射光上。根据生理感知响应对数摸拟曲线得,任意两亮度作为两端点参照,感知亮中间值就靠低亮度端点这边的18%。所以在追问“为什么是18%而不是50%”只要落实好两个端点来找亮度中间值即可,不必纠结纸白和墨水反射率不是绝对的100%和0%,或者显示器的白不过是个某个流明值,显示器的黑也有一定的亮度等等……
2、数码体系明度的定义:最好暂时把明度的数码定义的原因放一边,只要管它的定义结果,即RGB=128是表示明度的50%,或说这样安排的目的是尽量让人感知的亮度随数值线性排列。抓住目的就好,把什么是GAMMA,该用2.2还是2.4暂放一边……

于是就可以用简化成以下的实验,来找亮度中间值了:18%光线亮度是这样产生的

人的视觉对光照强度的生理刺激反映是非线性的,视觉上的灰度 和 实际上的光强 两者间近似于幂函数的对应关系。18% 中灰是指视觉上的明暗区间的中间色。举个例子,如果人为的把明暗区间分为 11 个等级,每个等级在视觉上的差异大致相等。那么视觉上的中灰就是第 6 级。而这个第 6 级视觉上的中灰实际上只相当于最亮区域光照强度的 18% 。

引用《色度学》:

测试人员用一组深浅不同的灰卡, 让被测试者选一张介于最深和最浅之间的灰卡, 结果大多数人选出的灰卡亮度只有 18%! 继续这种测试, 在黑色和中间灰之中、中间灰和白色之中……, 直到人们无法区分两种灰卡的深浅为止。将选出的灰卡按由深到浅的顺序排好, 再实测它们的亮度, 发现它的编号 (L) 与亮度 (Y) 的关系为:

L=116(Y/100)^1/3 -16

其中 L=0~100, Y=0~100。此近似关系经 CIE( 国际照明工程师协会) 组织规范化为以上的明度公式。

将L=50%代入上式得Y=18.42%

一张白纸(就是可以画更新更美的图画的那张纸),如果这张纸上有一半的面积是黑色,另一半是白色,你用平均测光的模式对它进行测光,并按照这结果曝光,那么这张纸上的黑白二色可以在胶片上得到正确还原,黑还是黑,白还是白;换句话说,黑白面积各半的纸的平均反射率接近标准灰板的反射率——18%。

一直以来,俺对这说法有些半信半疑的,有点勉强的加以接受了——按照俺不转弯的脑袋瓜子的直观想法,这张黑白各半的纸的平均反射率应该是接近50%才对,怎么会是18%?就这问题俺和新老泡菜们也讨论过——见okj兄的帖子《由NIKON F5的3D-RGB开说单反照相机的测光》似乎他们也都赞成18%的说法,但是其中的解释却有点语焉不详的,俺的水平太菜有些不得要领;在《挡、宽容度、反差、胶片密度、动态范围的研究》[url]http://www.xitek.com/forum/showthread.php?threadid=181397[url]一帖中,俺终于找到了一个知音——gz12345兄,他也有同样的疑惑。俺是个打破沙锅问到底的脾气,这问题又没有找到现成的答案,没办法,俺只好在简陋的条件下试验一把了,西老说过:“摄影是实践的艺术”。

俺的试验办法很简陋,汇报如下:

试验材料:普通复印白纸、柯达标准灰板、碳素墨水、毛笔、俺儿子读书用的台灯(光源)、F5机身+24-120狗头(俺的最爱),最后还用了一小块砂纸(目数高一点就行)

试验假定:台灯的发光基本恒定,F5的测光相对准确,俺的柯达标准灰板是真货;

准备工作:先将白纸裁成3:2的长宽比,大小适当(根据镜头的最大放大率确定,俺定为18X27CM,比A4纸略小),然后用碳素墨水涂黑一半,涂完发现墨水干了以后有反光,又用砂纸擦了一遍以消除反光;F5机身设在手动曝光、全画面平均测光(个人习惯设定第14项)、胶卷ISO值手动设定为100;

测试方法:固定用24-120镜头的120端、固定光圈5.6,分别用取景器“框住”柯达标准灰板、试验纸张的黑色半纸、白色半纸、黑白色各半全纸的外边缘,分别将取景器内的“曝光指示条”调整到“0”,然后分别读取4种情况下的快门值;在测取黑白色各半全纸的曝光值时,注意将取景器中间的三个竖向括号与黑白分界线“对中”,否则快门读数会跳动而且影响测光结果;所有灰板、纸张在台灯下的位置相对固定以尽量保证照度相同。

试验结果(快门读数):柯达灰板——1/10秒;黑色纸——1/3秒;白色纸——1/50秒;黑白各半纸——1/25秒;柯达灰板的反面(白色)——1/50秒;

柯达灰板的曝光值8.3EV,反射率是标准的18%;黑色纸的曝光值6.6EV,相应反射率是约6%,;白色纸的曝光值10.6EV,相应反射率是约90%;黑白各半纸的曝光值9.6EV,相应反射率是约45%;柯达灰板的反面(白色)与俺试验用的白纸快门读数相同,而且目测颜色也非常接近。

试验结果:俺的粗糙试验得出的结果不支持“黑白各半面积的图形的平均反射率是约18%”的说法,反而支持其反射率是约50%的说法——因为同样的光照条件下,它与柯达标准灰板之间差了1.3EV的曝光量。

在试验中俺发现真正要做一张反射率很低的黑纸很麻烦,俺用碳素墨水在白纸上涂了好几遍,凭俺的肉眼觉得它很黑了,但是实际上还是有反射光,最后没办法消除它,只好用砂纸擦了几遍才好点,反光不明显了,最终俺才发现它和白纸之间仅仅只差了4EV,俺原来的概念认为他们之间的差距应该有5EV;另外,俺觉得在测光的时候只要让目标充满画面再读数就行了,对焦准确与否似乎关系不大。

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