Лекція 1

Історичний огляд формування фотографічних процесів реєстрування інформації

Існують різні фотографічні методи, які використовуються для реєстрації багатьох видів інформації. Більшість з них, історично, характеризуються деякою фізико-хімічною типовістю:

- фотохімічний акт;

- темнова стадія виявлення та підсилення первинного ефекту.

Тобто, всі речовини (матеріали) повинні характеризуватися світлочутливістю. Це речовини двох різних відмінних хімічних класів, – з одного боку – хлористе (йодисте бромісте) срібло, а з іншого асфальт, основна частина – бітуми (високомолекулярні смоли і органічні і мінеральні компоненти). А це зародження фотографічного процесу в двох варіантах – срібному та без срібному.

Але не властивість світлочутливості стала поштовхом отримання світлописанного зображення хімічним методом. Історія відкриття власне фотографії пов’язана з можливістю закріплення оптичного зображення на папері. Фотографія виникла з необхідністю перетворення оптичного зображення в стабільне фотографічне і замінити роботу на малювання.

У 1727 році німецький лікар Шульце встановив, що потемніння солей срібла відбувається під дією світла, а не через вплив оточуючого середовища та атмосфери.

У 1777 році шведський хімік Шеєле визначив неоднакову ефективність дії різних спектральних променів. Вперше використав папір з осадженим на поверхні хлористим сріблом і визначив, що фіолетові промені викликають інтенсивніше потемніння, ніж жовті та оранжеві. Інший висновок – це було відокремлення металічного срібла з опроміненого хлористого срібла при обробці міцним аміаком, тобто находження одного із засобів фіксування.

Дані експерименти були першими роботами по використанню світлочутливих солей срібла як середовища для отримання інформації про дію світла.

Офіціальною датою відкриття фотографії є 1839 рік. 7 січня 1839 року фізик і астроном Араго доклав Паризькій Академії наук спосіб отримання стійкого зображення в камері – обскурі; в серпні цей спосіб був описаний і отримав назву – дагеротипія.

31 січня Талбот у Королівському інституті в Лондоні описав свій спосіб “фотогенетичного малювання”, що дозволило отримати зображення на папері в камері-обскура.

14 березня Гершелем був використаний термін “фотографія”.

 

Існують наступні періоди розвитку фотографії:

Перший період – 1839-1860рр: єдиний фотометод – дагеротипія, якість достатньо вдосконалена, але не дозволяє розмножувати знімки;

Другий період – з 1860- 1882 рр, коли дагеротипія була замінена мокрим колоїдним процесом, коли отримують негатив на альбумінному фотопапері;

Третій період – 1878~1882÷~1990 роки: мокрий колоїдний процес замінився на сухий бромсрібний желатиновий шар, що є одним з основних видів аналогового фотокіноматеріалу.

1990 роки – сучасність: цифрові методи і засоби реєстрації інформації.

Дагеротипія та колоїдні шари використовують для портретної та ландшафтної фотографії.

Перший спосіб не дозволяє розмножувати зображення. Недолік другого способу – необхідність отримання світлочутливого шару безпосередньо перед фотографією і використання його до висихання. Ці два способи характеризуються незначною світлочутливістю, що вимагало значного опромінення і значної витримки та обмеженою спектральною чутливістю (синьо-фіолетова область спектра), де використовується скляна оптика.

 

а) Спосіб Дагера – дагеротипія

Технологічна основа: срібна або посріблена мідна пластинка, попередньо відполірована до дзеркального блиску, обробляється у спеціальній реакційній посудині парами йоду (з боку дзеркальної поверхні). Так на поверхні утворюється тонка кристалічна плівка йодистого срібла. Цей процес йодування срібної поверхні – сенсибілізація дагеротипних пластинок. Пластинку вкладають у касету та експонують у фотокамері ~ 3-4 години. Тоді отримується ледве приховане зображення.

Наукова заслуга в тому, що тут була відкрита здатність парів ртуті проявляти приховане зображення. Тоді тут отримується парне зображення , коли експонування зменшене до 3-4 хвилин. Це і є першим кроком фотографічних процесів.

Прояв дагеротипних пластинок відбувається у спеціальному приладі, де є посудина з ртуттю, що підігрівається. Пари конденсуються лише там, де є зміни під дією світла і зображення проявляється.

Фізико-хімічна сутність процесу:

При експонуванні відбувається фотохімічна реакція в йодосріблястій кристалічній плівці: фотоліз йодистого срібла на елементи, причому атоми йоду випаровуються. Як наслідок, порушується цілісність йодосрібної плівки, а отже і захисні властивості від дії парів ртуті на срібло. Де діяло срібло пари ртуті утворюють з незахищеним сріблом амальгаму, оптичні властивості якої відрізняються від дзеркальної поверхні срібла. Там, де є амальгама – світлорозсіююча здатність збільшується і шар – матовий. Тобто, якщо видалити незмінену плівку йодистого срібла хімічним розчином тіосульфіта натрію, зафіксувати, де світло не змінило йодисте срібло, буде срібне дзеркало, а при певних кутах падіння світла ці місця темні. Там, де срібна амальгама – світла поверхня.

 

б) “Фотогенетичне рисування” Талбота

“Фотогенетичне рисування” – талботипія: на поверхні гарно проклеєного паперу отримувався шар хлористого срібла через почергове насичення хлориду та нітрату срібла. Або використовувалось йодисте срібло, яке наносилося на папір. Перед експонуванням безпосередньо цей шар сенсибілізувався – оброблявся розчином з нітратом срібла.

Після експонування на поверхні – слабке зображення. Після фіксування (обробка тіосульфатом натрію), промивки, сушки отримується паперовий негатив, де є зворотній розподіл світло-тіні. Такий негатив накладається на лист спеціально-підготованого паперу і відбувається копіювання на світлі для отримання позитивного зображення. Зображення не було високої якості.

Значення “фотогенетичного рисування” в тому, що відбувається негативно-послідовний процес, де є чисто фотографічний множильний принцип, що покладено в основі як чорно-білого так і кольорового процесу фотографування з використанням багатошарових фотоматеріалів.

Талбот отримав негативне зображення і отримав фізичний прояв, що і зараз використовується у мокрому колоїдному процесі.

Фізичний прояв – такий прояв прихованого зображення, при якому видиме зображення утворюється не за рахунок світлочутливого шару, а за рахунок проявника.

 

в) Мокрий колоїдний процес

Дагеротипію та талботипію змінив мокрий колоїдний процес, який був запропонований у 1851 році Скот-Арчером. У теперішній час колоїдний процес є цінним для деяких спеціальних видів фотографічних робіт (в поліграфії).

У суміші спирту та ефіру розчиняється коллоксимен – особливий сорт нітроклітковини. В отриманий колоїд додають добре розчинені в спирті йодисті та бромисті солі і цим поливають чисту скляну пластинку. Після часткового випаровування розчинника коллодій перетворюється в желеподібну плівку. Тоді пластинку занурюють при червоному світлі в розчин нітрату срібла. Як наслідок, утворюються срібні частинки – суміш йодистого та бромистого срібла. Істотне значення для світлочутливості колоїдного шару має наявність надлишку іонів срібла, тому він експонується у мокрому стані. Це ж запобігає кристалізації шарів на поверхні і псуванню колоїдної плівки.

Як наслідок – негативне зображення. При проявці утворюється велика кількість металічного срібла, і як наслідок екрануючого ефекту, буде ще істотнішим потемніння.

Отриманий скляний негатив дозволяє зробити значне число позитивних відбитків.

Недоліки – необхідно експонувати і проявляти пластинки одразу ж після виготовлення, поки шар не висохнув.

г) Бромсрібні желатинові шари

Сухі бромжелатинові пластини відкриті у 1871 році англійським лікарем Медоксом, які він назвав фотографічними желатиновими емульсіями. Нанесені шари на пластинки – фотопластинки, на папір, плівку-фотопапір, фотоплівку.

Це слугувало виникненню нової епохи у фотографії, коли фото процес розпався на дві стадії:

- виготовлення світлочутливих шарів;

- власне фотографія (використання готових фотоматеріалів).

Підвищення світлочутливості вирішили проблему моментальної фотографії.

 

§1. Безсрібні процеси

Вимога до фотографічних матеріалів:

- широкий діапазон світлочутливості;

- вплив на контраст;

- структурні характеристики шарів (різкість, роздільна здатність).

Багато задач висунули необхідність запису інформації у реальному часі, багатократного запису з наступним стиранням, що важко досягається у галогеносрібних емульсіях. У голографії для відновлення образу зникла необхідність мокрої обробки – прояв і фіксування зареєстрованої інформації. Зерниста (дискретна) структура “срібних” матеріалів забезпечує обмеження роздільної здатності.

Зменшення запасів срібла сприяло пошуку безсрібних способів запису оптичної інформації. Це призвело до виникнення електрофотографії, діазотипії, рельєфофотографії.

Першим безсрібним фотографічним процесом є геліографія Н’єпса (1826 рік).

Основа: асфальт опромінюється світлом, при цьому він перестає бути розчинним в органічних розчинниках. Н’єпс розчиняв асфальт у лавандовому маслі, наносив тонкий шар розчину на металічну пластинку. Пластинку виставляв на світло під рисунком, після чого знову обробляв лавандовим маслом, що розчиняло незмінений світлом асфальтовий лак – на пластинці контури рисунку. Після обробки сильною кислотою (травлення), отримується рельєфне зображення, з якого можна робити відбитки за допомогою звичайного типографського пресу. Значення цього способу – множильний принцип, який пізніше був використаний для виготовлення типографського кліше.

Саме завдяки роботам Н’єпса починає розвиватись поліграфія, завдяки друкованим формам. Але пізніше асфальтовий лак замінено на хромовану желатину.

Інший безсрібний процес – ціанотипія, яка використовується для світлокопіювання штрихових оригіналів. Спосіб оснований на фотохімічному відновленні тривалентного заліза до двовалентного.

Інший спосіб – електрофотографія (1950 рік), коли розроблені спеціальні матеріали і апаратура для репродуцирування штрихових оригіналів; рельєфографія – термопластичний процес (фототермопластичний), термографія, фотохромні процеси на основі фотохімічної деструкції, полімеризації, напівпровідникова фотографія.

Реалізуються вказані способи як фотографічні системи, які складаються з: пристрою для перетворення зображення (оптичні прилади, камера, голографічний пристрій), матеріалів для запису зображення (плівка, пластини, барабани, матриці), пристроїв обробки – сенсибілізації, візуалізації, стабілізації зображення, пристроїв для відтворення.

Призначення фотосистеми – перетворення вхідного оптичного сигналу в сигнал, який відповідає даному способу реєстрації. Відповідно до типу перетворювача світла, виділяють молекулярні перетворювачі світла, фотопровідні перетворювачі.

 

§2. Кольорові фотоматеріали

Поряд із удосконаленням чорно-білої фотографії проводилися роботи зі створення матеріалів для кольорової фотографії. Ідеї кольорової фотографії мали місце вже у 60-х роках XIX століття.

Максвелом було запропоновано одержання кольорових зображень шляхом послідовного фотографування об’єктів у синій, зеленій, червоній зонах спектра з наступним аддитивним накладанням відповідних світлових потоків, проектуючи їх через кольороподілені негативні зображення зображення на екран.

У 1891 році Ліпманом отримано прямий метод одержання кольорових фото зображень з використанням інтерференції світла в прозорій дрібнозернистій фотоемульсії, нанесеній на металічний шар з дзеркальним блиском. Цей спосіб – “ліпманівська фотографія”.

Проблем кольорової фотографії вдалося позбутись у 30-х роках минулого століття, коли були розроблені тришарові кольорові матеріали, кольорове зображення тут формується жовтим, пурпурним та голубим барвником , що утворюються у відповідних шарах внаслідок кольорового проявлення.

Описані процеси – багатоступеневі.

Перші матеріали для кольорової фотографії були промислово випущені у 1935 році американською фірмою “Кодак”, у 1938 році німецькою фірмою “Ягора”.

У 1947 році американський винахідник Ленд запропонував одноступеневий фотографічний процес з дифузійним перенесенням зображення, коли експонування і хіміко-фотографічна його обробка з одержанням позитивного зображення відбуваються одночасно. Суть процесу: світлочутливий шар експонованого матеріалу після експонування вводиться в контакт з не світлочутливим матеріалом (папером), на який нанесено приймальний лаковий шар. Як наслідок хіміко-фотографічної обробки частинки срібла чи окисленого барвника, де утворилося чорно-біле чи кольорове зображення залишаються на експонованих ділянках негативного фотоматеріалу, а частинки, які залишилися на неекспонованих ділянках переходять у лаковий шар паперу, утворюючи там позитивне зображення.

 

§3. Основні принципи класифікації фотоматеріалів

Розрізняють фотоматеріали за наступними ознаками:

1. за характером формування зображення фотоматеріали поділяють на негативні, де первинне зображення має обернений розподіл яскравостей по відношенню до об’єкта фотографування, позитивні – позитивне зображення. Тобто з аналогічним до об’єкту розподілом яскравостей, і для задач обернення , де вдається отримати шляхом спеціальної обробки однаковий з об’єктом тип зображення;
2. за кольорністю елементів фотоматеріали поділяють на чорно-білі, зображення на яких формується металевим сріблом чи іншими монохроматичними сполуками і кольорові, що складаються з барвників, утворених в результаті хіміко-фотографічної обробки;
3. за типом підкладки фотоматеріали поділяють на фотоплівки (полімерна основа), фотопапери (паперова основа), фотопластинки (скляна основа). Емульсійний шар можна наносити на тканину, металеву, порцелянову та пластмасову поверхні;
4. за призначенням – загального користування (аматорські, професійні, фототехнічні) і які використовуються у різних галузях науки і техніки, у тому числі і поліграфії;
5. за контрастністю – м’які, нормальні, контрастні, над контрастні;
6. за сенсибілізацією – десенсибілізовані, сенсибілізовані (орто-, ізоорто-, пан-, ізопанхроматичні та чутливі до вузьких ділянок спектра в певних зонах).

Несрібні класифікують за принципом запису інформації: фотофізичні, фотохімічні.

Фотофізичні: електрофотографія, термопластичні, цифрова фотографія.

Фотохімічні: термографія, фотохромні процеси.