Лекція 2

§4. Будова фотоматеріалів

Фотоматеріали мають подібну будову:

чорно-біла фотографія

1- захисний шар;

2- емульсійний шар;

3- підшар;

4- основа;

5- 6 – шари, які запобігають скручуванню основи та утворень ореолів.

 

Зверху матеріали покриті захисним шаром (1) із задубленої желатини товщиною близько 1мкм, який захищає емульсійний шар від механічних пошкоджень.

Емульсійний, або світлочутливий шар (2) складається з желатини, у якій у зрівноваженому стані знаходяться кристали броміду або хлориду срібла. У желатині кристали розміщені в 30-40 ярусів і зорієнтовані своїми площинами паралельно до основи. Товщина емульсійного шару 10-20мкм, хоча у фотоматеріалах вона може бути більшою – до 1мм.

Для скріплення емульсійного шару з основою служить підшар (3) – тонкий желатиновий шар (~1мкм) з клейовими компонентами, що забезпечує надійне з’єднання світлочутливого шару з поверхнею основи. Основою фотоматеріалу можуть бути різні матеріали, але найширше використовують полімерні плівки або спеціальний папір (4). У багатьох випадках на плівкову основу з протилежної від емульсійного шару сторони наносять контршар, який запобігає скручуванню матеріалу, а при забарвленні його відповідним барвником виконує роль антиореольного шару (5-6).

Кольорові фотоматеріали відрізняються за кількістю світлочутливих шарів. На основу накладають 3 світлочутливі шари

 

1- захисний шар;

2- несенсебілізований шар з “жовтого компоненту”;

3- жовтий світло

4- ортохроматичний емульсійний шар з “пурпурним ” компонентом;

5- пан хроматичний емульсійний шар з “голубим ” компонентом;

6- підшар;

7- основа;

8- шар, який запобігає скручуванню.

Кожний світлочутливий шар чутливий до певних променів видимого світла: верхній, несенсебілізований – чутливий до синіх променів, середній, ізоортохроматичний – до синіх і зелених, нижній, пан хроматичний – до синіх і червоних (2, 4, 5). Усі три шари завдяки природній чутливості галогеніду срібла мають чутливість до синіх променів, але для кольороподілу необхідно, щоб сині промені діяли тільки на верхній шар (3), що поглинає сині промені.

Таким чином, верхній шар сприймає тільки сині промені, середній – зелені, нижній – червоні. У кожному шарі – кольороутворююча компонента, яка після кольорового проявлення дає певний колір. Компонента верхнього шару забезпечує утворення жовтого кольору, компонента середнього – пурпурного, нижнього – голубого.

Проміжні прошарки сприяють скріпленню світлочутливих шарів, захисні шари (задублена желатина) – фотопапір, антиореольні (кіно-, фотоплівки). Вцілому може бути 8-10 шарів.

 

§5. Цифрова фотографія

Дослідження зі створення технологій фотографічного запису світлової інформації на несрібних матеріалах призвели до появи електронної, або т.з. цифрової фотографії. Сучасна цифрова фотографія розвинулась завдяки використанню різних технологій, спільною рисою яких є запис зображення без застосування фотоплівок.

Перша цифрова камера марки MAVICA – Magnetic Video Camera була сконструйована у 1981 році фірмою SONY. Вона виконувала ті ж функції, що і звичайний фотоапарат, лише як світлочутливий елемент застосовувались прилади з зарядним зв’язком. Одержані зображення зберігалися записуванням на двохдюймових гнучких дисках.

Для реєстрування оптичних зображень уперше були розроблені наступні компоненти:

- носій даних про зображення (міні-дискета), який забезпечував швидший доступ до інформації, ніж магнітна стрічка;

- апарат, подібний до 35-мм дзеркального фотоапарата;

- пристрій для зчитування інформації з дискети;

- пристрій для виготовлення копій на папері;

- пристрій для передавання зображень телефонними лініями.

Основні елементи, що відрізняють сучасні цифрові реєструючи пристрої від фотоапаратів з плівковими світлочутливими матеріалами на основі галогенідів срібла, - матриця світлочутливих елементів (світлочутливе середовище), модуль пам’яті (реєструючий елемент) та аналогово-цифровий перетворювач (сполучна ланка між двома першими елементами). На відміну від аналогової фотографії, де світлочутливе середовище реагує на світлове випромінювання та зберігає інформацію про нього, у цифровій (електронній) фотографії сенсори світлочутливої матриці реагують на світло, їх реакція описується аналогово-цифровим перетворювачем і у цифровій формі реєструються в модулі пам’яті.

Розділ 2

Вимірювальні методи в фотографії

 

§1. Схема послідовних операцій у фотографічному процесі

Повний цикл срібного фотографічного процесу складається з двох послідовних стадій, взаємозв’язок між якими наступний:

- з одного боку зорові відчуття;

- з іншого утворюються оптичні зображення у площині негативного фотоматеріалу.

При експонуванні (витримка t_x) у шарі утворюється приховане зображення, яке після обробки (прояв і фіксування) дає негативне зображення, - цим завершується стадія негативного процесу.

Якщо проекційним чином відкинути негативне зображення на позитивний шар і про експонувати (t_у), то в цьому шарі створюється позитивне по характеру приховане зображення, яке після вторинної обробки дає кінцеве позитивне зображення об’єкту. При опроміненні це зображення дає представлення, яке аналогічне до самого об’єкту.

Тобто замість реального об’єкту можна фотографічно, зробивши даний цикл операцій, спостерігати дану копію.

Ступінь подібності залежить від проміжних умов і властивостей фотоматеріалів (негативного і позитивного); умов при експонуванні і величини витримки (t_x і t_у) і умов проявлення негативного і позитивного зображень.

Якість фотографічних зображень залежить від:

1) суб’єктивного сприйняття зображення об’єкту;

2) оптичних і геометричних характеристик об’єкта і умов опромінення;

3) спотворення характеристик в оптичному зображенні;

4) зміни співвідношень яскравостей і геометричних особливостей об’єктів у прихованому зображенні, що викликані природою фотоматеріалу;

5) впливу хіміко-фотографічної обробки у негативному зображенні;

6) оптичні зміни при проекції негативного зображення на позитивний фотоматеріал;

7) вплив позитивної хіміко-фотографічної обробки;

8) спотворення у позитивному шарі при утворенні прихованого зображення;

9) об’єктивні умови оцінки позитивного зображення;

10) суб’єктивна реакція при оцінці кінцевого позитивного зображення.

При вивченні срібного фотопроцесу необхідно враховувати його хімічні і фізичні особливості.

Важливу роль відіграють оптичні властивості об’єкту фотографування, мікроструктура зображення, що отримується за допомогою фотографічної структурометрії (гранулярність – фізична неоднорідність); зернистість (візуальна неоднорідність) срібного зображення.

На окремих стадіях фотографічного процесу необхідно використовувати спеціальні методи виміру фотовластивостей емульсійних шарів – світлочутливості, контрастності, …, фотографічної широти, а також структурних властивостей – зернистість, різкість, ореолоутворення. Це стосується всіх матеріалів – чорно-білих, кольорових, негативних, позитивних.

 

§2. Денситометрія прозорих фото потемнінь

Первинним ефектом дії світла на фото шар – утворення прихованого зображення, яке супроводжується незначними змінами в мікрокристалах у вигляді центрів проявлення, що не дозволяє використовувати, доступні в практиці сенситометрії фізико-хімічні методи.

Після проявлення (значного збільшення первинного ефекту), виникає видиме потемніння, яке дуже легко може бути виміряно. Це потемніння аналогічно розподілу яскравості, то кількісно ступінь потемніння – важлива перша фотографічна величина. Це є кількісна характеристика фотошарів світлочутливих матеріалів, не лише срібло містких, але й безсрібних.

Відповідна методика – денситометрія (dense - густий), є важливою для всієї сукупності фотографічних процесів реєстрації інформації.

 

§3. Дифузна й регулярна оптична густина

Фотографічне потемніння можна було виміряти по кількості відновленого металічного срібла методами хімічного аналізу.

Але найбільш досконалим методом є оптичний метод, який зв’язаний з визначенням ступеня світло поглинання проявленого потемніння, з використанням величини оптичної густини пропорційний поверхневій концентрації срібла.

Світловий потік, який падає на фотографічне потемніння на прозорій підкладці, ділиться на три частини:

Відбиту (F_ρ), поглинуту (F_α) і пропущену (F_τ), що позначається коефіцієнтами τ, α, ρ,

Причому

В основу виміру потемніння покладений закон Бугера-Ламберта-Бера, що в загальній формі, для фотографування, записується

Це співвідношення використовується для монохроматичного світла і для білого при умові нейтральності світлопоглинаючого середовища.

З цього виразу при постійності товщини шару вивчаємого середовища l=1, можна отримати похідні величини, які використовують для характеристики поглинаючої здатності фотографічних потемнінь:

- прозорість (коефіцієнт пропускання), ;

- непрозорість (коефіцієнт потемніння) ;

- оптична густина .

Тут С – концентрація речовини, що поглинає, l – -довжина шляху, яке проходить світло у шарі, що поглинає, d – десятковий молярний коефіцієнт поглинання світла.

Коефіцієнти поглинання – сталі величини, які не залежать від концентрації, товщини та інтенсивності випромінювання, але вони залежать від довжини хвилі, якою опромінюється речовина.

Величина D є різною в залежності від способу опромінення фотографічного потемніння.

Оптична густина суміші набору речовин визначається як

, тобто виконується принцип адитивності.

Закон Бугера-Ламберта-Бера добре описує галогенні середовища, якщо є колоїдні розчини або суміші, то спостерігаються відхилення, які викликані світлорозсіюванням.

Світлорозсіюючі середовища також різні, оскільки в них різний характер розсіювання світлового потоку. Описується такий розподіл за допомогою індикатриси розсіювання, яка будується у вигляді полярної діаграми

індикатриси:

а) ідеальний дифузор;

б) ідеальний дифузор + фотографічне потемніння;

в) матове скло;

г) проявлений емульсійний шар (напіврозсіююче скло).

Для напіврозсіюючих середовищ (в, г) важко вимірювати оптичну густину потемніння, оскільки тут є напрямлене пропускання, і необхідно враховувати розсіяне світло.

Якщо світлочутливий елемент розташувати біля шару, то можна оцінити весь пропущений шаром світловий потік F₁ ; якщо ж фотоелемент розташовується на значних відстанях від шара, то вимірюється лише напрямлена частина світлового потоку F₂. Тоді коефіцієнт потемніння буде різним:

.

D₁ – весь потік, D₂ – напрямлений потік.

Оптична густина мутного середовища (фотографічне потемніння) буде залежати від способу виміру пропущеного шаром світлового потоку.

При врахуванні всього пропущеного потоку оптична густина – дифузна оптична густина, яка позначається D_непар; при вимірі пропущеного потоку, по напрямку, що збігається з першопочатковим, оптична густина – регулярна і позначається D_║, при цьому D_║ > D_непар.

D_непар→ а), б) – вимір дифузної оптичної густини;

D_║→ в) вимір регулярної оптичної густини.

а) – паралельний пучок падає перпендикулярно до поверхні, для виміру проявленого світла і вимірюється пропущене світло; D_непар

б) – вимірюється розсіяне світло, вимірюється потік, перпендикулярний до поверхні шару; D_непар

в) – пучок, перпендикулярний до поверхні почорніння, а вимірюється та частина пропущеного D_║ випромінювання, що зберігає початковий напрямок (величина D_непар~ поверхневій концентрації проявленого срібла, D_непар=dC, залежно від числа зерен срібла).

(μ – середня маса зерна),

(N – кількість зерен);

Величини залежать від структури срібного відкладання. Дані коефіцієнти – покриваюча здатність (по масі або числу зерен).

і ;

- коефіцієнти, які носять назву фотометричного еквіваленту.

Фотометричний еквівалент виражається величиною поверхневої концентрації срібла або числом зерен для одиниці дифузної густини.

На практиці використовують величину Р, причому Р~ збільшується зі збільшенням середнього радіусу зерна.

Фотографічна корисність використання срібла оцінюється покриваючою здатністю зростає зі збільшенням дисперсності срібла.

Як фотометричний еквівалент, так і покриваюча здатність не залежать від числа проявлених зерен.

Корисність у використанні срібла збільшується з ростом ступеня дисперсності емульсії.

Величина фотометричного еквіваленту Р змінюється в межах 1·10^-4÷6·10^-4 г/см², причому для кожного фотоматеріалу залежить від експозиції, а не від ступеня проявки. Причина в тому, що з ростом експозиції проявляється все менш дрібні, менш світлочутливі матеріали, що і приводить до зменшення середнього розміру проявлених зерен.