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Carta de gris al 18%: historia y uso

Jueves, 23 de Mayo de 2013 16:29

carta gris 18Las cartas de gris son un elemento bastante habitual en nuestros sets y equipamiento como herramienta para determinar la exposición de forma precisa, sin embargo su uso en el mundo digital no esta libre de polémica. A lo largo de este artículo vamos a adentrarnos en la historia y usos de estas herramientas.

Para comprender el uso correcto de una carta de gris, es quizás conveniente entender previamente el concepto que la ha originado, así como su evolución e implicaciones con la tecnología digital.

Durante el auge de las emulsiones y equipos comerciales, los fabricantes, entre ellos Kodak, comenzaron a sentir la inquietud de fijar una cantidad de luz estándar suficiente para sensibilizar sus emulsiones, y a partir de la cual realizar los cálculos oportunos de fotometría, sobretodo cuando los primeros exposímetros comenzaron a desarrollarse.

En estos primeros momentos el referente expositivo de Kodak parece que era su característico color amarillo de sus cajas, el cual fue posteriormente sustituido por el también famoso tapón gris de sus botes de película, el cual tenia una densidad de 0.53 y reflejaba aproximadamente un 30%.

Sin embargo parece que fue el propio Ansel Adams, quien instigo a los de Kodak a decantarse por el famoso 18% ya que coincidía con su Zona V. Ansel no estaba muy desencaminado en su asignación del 18% de reflectancia ya que dicho valor bien puede representar el promedio de reflectancia de una escena natural. Esto se puede justificar fácilmente por el siguiente concepto:

La reflectancia natural de una escena oscila entre el 90% y el 4% (Subject Luminance Range) con rango de 4.5 pasos:

  RL = log2(0.90/0.04)
  RL = log2(22.5)
  RL = 4.49
  PM = ((0.90+0.04) / 2)4.49/2
  PM = 0.18 * 100 = 18%

Donde RL es el Rango de Luminancia y PM el Punto Medio de dicho rango.

Sin embargo, quizás los orígenes del 18% sean todavía más antiguos, ya que podrían remontarse a los trabajos de Ferdinand y Driffield, los que se podrían considerar los padres de la fotometría:

De esta forma si interponemos un filtro con una densidad de 0.75 delante de una lampara de 100W dejará pasar el equivalente a 18W.

  Factor Filtro = 100.75= 5.6
  100W / 5.6 = 17.8 ≈ 18w

De la misma forma una superficie con una densidad de 0.75 reflejará un 18% de luz.

Esto puede ser también razonado de la siguiente forma a partir de la densidad:

Reflectancia  = 1 / 100.75 = 0.1778 * 100 =  17.78%

Por lo que queda en evidencia que una buena carta de gris neutro debe tener una densidad de 0.75 para reflejar exactamente un 18% de luz.

También podemos contextualizar nuestro gris medio en RGB, sin embargo en este punto aunque teóricamente la mitad de 256 niveles serán 128, en la práctica esto depende del espacio de color que hayamos usado. Evidentemente existe una clara relación entre los valores RGB del gris medio y la gamma en la que se codifique nuestra imagen, normalmente aportada por el espacio de color correspondiente: sRGB y AdobeRGB 2.2 y Prophoto 1.8. Sin embargo es un poco más complejo por que existe una dependencia de las rutinas de transformación entre espacios. Desde mi punto de vista el calculo del gris medio deberia hacerse a partir de un valor de luminancia (L*) del 50% o lo que es lo mismo en CIELAB: 50 0 0, de esta forma el gris medio para el modelo RGB se corresponderá  con unos 118.9 en sRGB, 118.1 en AdobeRGB y 99.6 en ProPhoto. Por lo que es mejor, como siempre, referirnos al espacio LAB cuando queramos estudiar digitalmente un gris medio. Dichos cálculos de conversión entre espacios los podemos realizar con la conocida calculadora de Bruce Lindbloom o con la herramienta ICCLU de ArgyllCMS si por ejemplo queremos usar espacios de color que no esten en la calculadora de Bruce.

El origen del 50% de luminosidad en el sistema CIELAB puede estar en la relación no lineal que existe entre luminancia, o cantidad de luz percibida y luminosidad o intensidad de luz, de forma que la luminosidad equivale aproximadamente a una función exponencial de 0.4 de la luminancia. De esta forma tenemos que:

  L = 0.180.4
  L = 0.50 * 100
  L = 50%

De este fenómeno se puede observar como para nuestro sistema de visión un 18% de luz reflejada sobre una superficie se situa justo entre lo que entendemos como blanco y lo que entendemos como negro.

Dado que la justificación del 18% parece más un juego de numerología que una verdadera demostración, son bastantes los autores que se refieren al 18% como una mera elección arbitraría, a pesar de que nuestro 18% esta fuertemente ligado a numerosos fenómenos de percepción. Con la era digital y la aparición de la ISO 12232:2006 "Determination of exposure index, ISO speed ratings, standard output sensitivity, and recommended exposure index", norma por la cual se fija la saturación base del sensor, para un 12% de luz recibida. Dicha situación ha generado una considerable polémica, en cuanto a si las cartas de grises deberían ser entonces del 12% y no del 18%. En este punto sí existe una cierta confusión por algunos autores. Para entender la implicación del 18% en este proceso vamos a revisar la siguiente formula que determina la saturación base de un sensor aportada por la ISO 12232:2006:

Ssat = 78 / Hsat

Donde Hsat es la exposición máxima que puede soportar un sensor sin recortar las luces y 78 es un factor precisamente calculado para una superficie gris con un 18% de reflectividad. Lo que sucede es que a este 18% se le ha aplicado el factor (2)1/2 que nos deja un “techo” de 1/2 f-stop para afrontar posibles reflejos especulares. De esta forma:

18% /(2)1/2  = 12,7%

Tras esta situación salta la polémica, y se forja la “la leyenda del 18%”, leyenda que personalmente no me queda tan clara, ya que aunque sea completamente cierto que no sólo las modernas cámaras digitales están ajustadas como referencia al 12%, sino que buena parte de exposímetros se ajustan igualmente a valores próximos del 12% o 13% y es más, a lo largo de la historia, cada fabricante ubicó dicho valor en el punto que mejor le convino. Es sin embargo indiscutible el el valor del 18% se propone como una valor altamente significativo y en ningún caso desligado de las estrategias expositivas.

Otro dato curioso es que durante algún tiempo Kodak sugería compensar la exposición con un incremento de 1/2 f-stops respecto a las lecturas en sus cartas de grises como estrategia para compensar el famoso 12%, ya que la diferencia en términos de EVs entre el 12% y el 18% es de 0,5EV. Sin embargo esa recomendación ha sido sustituida por la búsqueda de una correcta angulación entre carta, cámara y fuente lumínica ya que es precisamente este factor el que provoca una variación suficiente en la reflectividad de la carta equivalente al 1/2ev  en concordancia con lo planteado por ISO 12232:2006.

Esta situación planteada por Kodak, además de ser un tanto crítica para llevarla a cabo en ciertas situaciones, nos alerta sobre lo crítico del manejo de la carta de grises, ya las sutiles variaciones en su reflectancia puede provocar que los valores reflejados oscilen fácilmente entre el 12% y 20%.

Como usar la Carta de Gris al 18%

Si colocamos nuestra carta de gris, completamente perpendicular a nuestro equipo (a 90º) y fijamos la exposición. Si rotamos ligeramente la carta respecto a la fuente de luz, por ejemplo unos 10º observaremos que nuestra exposición, probablemente varía en 1/3 de f-stop (o 1/2 si disponemos de dicho intervalo en nuestro equipo), si la movemos unos 20º la exposición variará probablemente en 2/3 f-stop. Como podremos observar, la reflectancia de la carta varia en función de la angulación. De esta forma podemos observar las siguientes pruebas:

L*=34%

exp = 0EV

L*=52%

exp = +1/3 f-stop ( ≈ +0,26EV)

L*=59%

exp = +2/3 f-stop ( ≈ +0,58EV)

Segun este ejemplo gráfico, podemos concluir fácilmente dos cosas:

  1. Si usamos nuestra carta de gris perfectamente perpendicualar a nuestro equipo, quizás necesitémos un ajuste de +1/3 o +1/2 f-stop para determinar la exposición correcta.
  2. Por la contra si nuestra carta se coloca con una inclinación de unos 10º-15º, el incremento en la reflectancia nos aportará la exposición correcta.

esquema uso carta grisSin embargo, como vemos nuestro histograma es un perfecto "chivato" para alertarnos cuando nuestra carta de gris ha alcanzado la exposición correcta. Por lo que será más comodo hacer varios disparos de prueba, que lograr la perfecta angulación de nuestra carta, algo tremendamente crítico si la estamos sujetando con la mano, o trabajamos en condiciones de iluminación no controladas.

Como vemos en las imágenes anteriores, bastará ubicar los niveles del histograma de nuestra cámara en en centro del mismo, habitualmen ya marcado por una guia, para denotar que estamos ante la exposición correcta para nuestra carta gris, y por tanto, probablemente también para nuestra escena.

Carta gris para ¿exponer o balancear?

Tradicionalmente las cartas de gris, se vinieron usando tanto para exponer, de la forma indicada en el punto anterior, como para realizar balances de blanco o neutralizar dominantes, ya que que se presentaban como superficies “espectralmente uniformes” por lo que poseen una respuesta muy parecida para cualquier tipo de fuente luminosa lo que las hace perfectas para equilibrar nuestros canales R, G y B.

colorchecker neutral patchSin embargo en la imagen digital nos encontramos que una carta de gris al 18% es lo suficientemente densa para que el ruido se vuelva especialmente evidente, introduciendo desviaciones en los procesos de neutralización de dominantes. Bajo este problema comienzan a surgir iniciativas como las Digital Gray Cards de Robin Myers, con una reflectancia del 30%-37%, o los parches de neutralización de dominantes de la Colorchecker Passport con un 50% aproximadamente de reflectancia y una densidad de entre 0.27 y 0.24.

Al usar cartas de grises menos densas, o más reflectantes, en imagen digital se mejora la relación señal ruido sobre ellas, minimizando los errores de balance por la presencia de ruido.

Ciertamente es muy poco recomendable el uso de cartas de gris al 18% para balances de blanco, o neutralizar dominantes. De forma similar, hay que prestar atención en no usar cartas de gris que no sean un 18% reflectivas o 0.75 de densidad, para cálculos de exposición.

Para la realización de “balances de blanco” en cámara el proceso es el mismo, aunque en este punto el uso de cartas de gris es mucho menos frecuente que el uso de cartas de blanco al 90%.

El problema de las cartas de grises muy reflectivas, o incluso las propias cartas de blanco, son los errores en su exposición, ya que son fáciles de sobrexponer e incluso provocar recortes (clipping) invalidándolas como superficies realmente neutras.

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