Voor de belichting van een foto kunnen we twee dingen meten: of we meten het invallende licht met een speciaal daarvoor ontworpen meter of we meten het licht dat door het onderwerp gereflecteerd wordt. De laatste methode wordt altijd door camera’s gehanteerd.
Lichtheid volgens Munsell
In het Munsell-systeem wordt de lichtheid van een te fotograferen object weergegeven met een getal tussen 0 (totaal zwart) en 10 (totaal wit), 0 of 255, of tussen 0% en 100%. Het gaat hier om de waarden van het door het voorwerp gereflecteerde licht. Een half zwart (grijs) voorwerp heeft in het Munsell-systeem de waarde 5 of 50%. Vaak heeft een goed belichte foto een gemiddelde lichtheid van 50%. Als de belichtingsmeter het gemiddelde van de hele foto meet, dan belicht de camera zo dat je hier op uitkomt. Ouderwetse camera’s werkten vaak zo. Bij de huidige camera’s kan je een klein gedeelte voor de meting uitkiezen of zelfs één punt. De camera zal ook dan proberen op een gemiddelde lichtheid van 50% uit te komen.
Grijskaart: 50% licht = 18% reflectie
Dat gaat fout als het onderwerp zelf veel lichter is dan 50%, zoals bij een witte muur of bij sneeuw. In dat geval kan je beter tot zo’n 2 stops overbelichten of (nog preciezer) eerst een grijskaart fotograferen om de juiste belichting te weten te komen. Die grijskaart heeft een lichtheid van 50% in Munsell’s systeem. Voor ons gevoel is de tint van die kaart precies tussen puur zwart en puur wit.
Maar fysisch gezien, klopt dat niet. De kaart reflecteert slechts 18% van het witte licht. In onderstaande figuur staat horizontaal de objectieve luminantie en verticaal verschillende benaderingen van de waargenomen lichtheid. Het oog ziet veel meer gradaties in schaduwen dan in het licht. Daardoor zien wij een voorwerp dat slechts 18% reflecteert als 50% licht.
van: https://en.wikipedia.org/wiki/Lightness
NOOT: die 18% kan ook afgeleid worden van het zogenaamde geometrische midden tussen wit papier (met een 95% reflectie) en zwart papier (met een 3,5% reflectie): de wortel uit (3,5 * 95) = 18%. Bron: https://www.diyphotography.net/what-is-middle-grey-and-why-does-it-even-matter/ . Natuurlijk is dit precies hetzelfde als wanneer je het midden neemt op een logaritmische schaal tussen deze waarden.
Alle grijstinten volgens Munsell
In onderstaande kaart zijn boven alle grijstinten (waargenomen lichtheid, geen fysische luminantie!) van 0 tot 100% in stappen van 10% weergegeven. Onder staan ze in omgekeerde volgorde. De achtergrond van het figuur is 50% grijs, RGB (128,128,128), even licht als de grijskaart met 18% reflectie. In Munsell’s systeem: L=128 (50%) en S = 0 (geen kleur). H is onbepaald.
Gamma-correctie: RGB-waarden volgens de waargenomen lichtheid
De vertaling van het Munsell HSL-systeem naar het RGB-systeem is simpel. 50% wit (L=5) wordt vertaald in RGB(128,128,128). Om het RGB-systeem te laten aansluiten op de waargenomen lichtheid, worden in de regel de door de sensor geregistreerde RGB-waarden gecorrigeerd met de zogenaamde gamma-curve. Dit heeft het voordeel dat er veel meer informatie over de donkere waarden kan worden opgeslagen met dezelfde hoeveelheid bits. Zoals in onderstaande figuur is aangegeven wordt 50% luminantie gecodeerd, niet als 128 maar als een veel hoger getal (186). In dit figuur wordt dan 128 gebruikt voor de midden-toon (hier door de gekozen methode 23% in plaats van 18%). Op die manier worden de gamma-gecodeerde RGB waarden een maat voor de waargenomen lichtheid en niet de fysische luminantie. Ik heb begrepen dat alle RGB-waarden in de regel altijd op deze manier gecorrigeerd zijn.
Als de beelden vervolgens op een monitor worden getoond, moet de gamma-correctie weer in de omgekeerde richting worden toegepast, wat de monitor ook altijd doet (gamma van 2,2 is de regel). Op die manier geeft de monitor precies weer wat de camera zag. De codering heeft alleen voor een behoud van details in de schaduwen gezorgd en voor een betere aansluiting tussen waargenomen lichtheid en de waarden gebruikt in RGB of HSL. In onderstaande figuur heb ik dit laten zien voor drie grijstinten: helemaal zwart, 50% waargenomen licht en 50% fysisch licht. De laatste tint lijkt veel lichter dan 50%, maar is het niet.
Noot:
De gamma-functie voor het coderen en decoderen is heel eenvoudig. Hoewel in de officiële documenten van de RGB-codering nog kleine extra details voorkomen, gaat het in principe om deze functie (met γ = 2,2 en de V-waarden tussen 0 en 1 oftewel 0 en 100%) :
