2.2.2 Фотохимическая регистрация излучений

Фотоизображения остаются наиболее распространённым средством регистрации излучений и хранения полученной информации. Фотографические материалы могут быть чёрно-белыми и цветными.

Чёрно-белая фотографическая плёнка (рисунок) состоит из подложки 4, подслоя 3, защитного слоя 1, противоореольного слоя 5 и эмульсии, или светочувствительного слоя 2. Два слоя являются основными: светочувствительный слой и подложка. Она может состоять из стекла, прозрачной гибкой плёнки или бумаги. Подложку стремятся делать более тонкой и малодеформируемой.

Рисунок – Строение чёрно-белой фотоплёнки

Светочувствительный слой представляет собой желатиновую плёнку, в которой взвешены зёрна галогенов серебра (в основном бромистое серебро). Чем крупнее зерна, тем выше светочувствительность пленки. Подслой служит лучшему скреплению эмульсии с основанием пленки – подложкой.

Воздействие света приводит к поглощению квантов света в зёрнах галогенидов серебра и восстановлению определённого количества металлического серебра, которое образует частицы скрытого изображения, не видимого глазом. Для его выявления производят проявление светочувствительного слоя – то есть подвергают её химической реакции восстановления с помощью восстановителей (метол, гидрохинон и др.), избирательно действующих только на те зёрна, которые имеют частицы скрытого изображения. Зёрна, не имеющие таких частиц, удаляются в процессе фиксации, и в светочувствительном слое остаются только взвешенные частицы металлического серебра, образующие изображение.

Из вышесказанного видно, что формировать изображение может только поглощённое светочувствительным слоем излучение. Бромистое серебро реагирует только на излучение в синей и фиолетовой части оптической зоны электромагнитного спектра и нечувствительно к более длинноволновому излучению. Для расширения его чувствительности в светочувствительный слой вводят органические красителя, которые адсорбируются на поверхности его зерён. Различные виды красителей поглощают свои определённые лучи, что вызывает повышение чувствительности слоя именно к этим лучам. Этот приём называется оптической сенсибилизацией (очувствлением). В настоящее время найдены сенсибилизаторы для всех видов оптического и инфракрасного излучения. По оптической сенсибилизации фотографические материалы различаются:

– несенсибилизированные – слои со светочувствительностью до 0,51 мкм

– ортохроматические и изоортохроматические – до 0,59 мкм

– панхроматические и изопанхроматические – до 0,68-0,73 мкм

– изохроматические – до 0,64 мкм

– инфрахроматические – чувствительны в зоне 0,76-1,20 мкм.

Для топографической съёмки наибольшее применение получила панхроматическая фотоплёнка, очувствленная к оранжево-красной зоне видимой части спектра. Снимки на ней обладают сравнительно хорошей дешифрируемостью по всем объектам, за исключением объектов гидрографии и растительности.

Чёрно-белая инфрахроматическая фотоплёнка применяется для съемок в невидимой инфракрасной части спектра. В силу особенностей спектрального отражения света объектами местности данная фотоплёнка эффективна для передачи гидрографии (береговых линий), выделения заболоченных и увлажнённых поверхностей, воспроизведения различий в растительном покрове, распознавания местных предметов по их теням на изображении. Инфрахроматическая фотоплёнка по всем дешифровочным возможностям дополняет панхроматическую, но имеет значительно меньшую светочувствительность и худшую стабильность фотографических свойств.

Цветная фотографическая плёнка обеспечивает более высокую дешифрируемость объектов за счёт передачи их естественных цветов. Для получения цветного изображения в светочувствительный слой дополнительно вводят специальное вещество, которое при проявлении, взаимодействуя с продуктами окисления проявителя, образует краситель в количествах, пропорциональных количеству выделенного металлического серебра. Цветная фотоплёнка состоит из нескольких чувствительных слоёв, каждый из которых воспринимает излучение в определённой зоне спектра (синечувствительный, зелёночувствительный и красночувствительный) (рисунок).

После экспонирования и цветного проявления в синечувствительном слое образуется жёлтый краситель, в зелёночувствительном – пурпурный краситель, в красночувствительном – голубой краситель. При фиксации полностью удаляются как зёрна бромида серебра, так и металлическое серебро, и в чувствительных слоях остаётся только краситель. Между первым и вторым слоями располагается жёлтый фильтровой слой, который задерживает синие лучи, предохраняя изохроматический и панхроматический слои от их действия. Трехслойное строение фотоматериала позволяет получить три совмещенных цветоделенных изображения, окрашенных в желтый, пурпурный и голубой цвета.

Рисунок – Строение цветной фотоплёнки

Цветное спектрозональное фотографирование проводится на специальных двух- и трехслойных пленках, в которых отсутствует синечувствительный слой, но имеется слой, чувствительный к инфракрасным лучам. Спектрозональные снимки, в отличие от цветных, дают изображение в искаженных (ложных) цветах, но обеспечивают наилучшее цветовое деление изучаемых объектов. Спектрозональные пленки широко используются в аэрокосмической съёмке, когда приходится снимать через толщу атмосферы, рассеивающей коротковолновое излучение.

К основным характеристикам фотоплёнок относят светочувствительность, фотографическую широту, величину вуали, резкость, разрешающую способность и др.

Светочувствительность фотоплёнки – это её восприимчивость к воздействию света, вызывающего при данных условиях обработки нужный фотографический эффект – заданную оптическую плотность. Оптическая плотность – величина, пропорциональная количеству восстановленного металлического серебра (степени почернения слоя) при определённом количестве освещения, сообщённому фотографическому слою.

Фотографическая широта – это разность десятичных логарифмов экспозиций начала и конца прямолинейного участка характеристической кривой.

Величина вуали характеризует степень почернения фотоматериала, не подверженного действию света.

Резкость – характер границы между светлыми и тёмными участками на фотоснимке. Резкостные свойства фотослоя связаны с его толщиной – они выше у тонкослойных фотоматериалов. Наименьшую резкость имеют многослойные цветные фотоматериалы, общая толщина слоя у которых достигает 30 мкм. Явление снижения резкости (то есть увеличения размеров переходной зоны между участками) вызвано рассеянием света на эмульсионных кристаллах фотослоя.

Разрешающая способность – способность фотографических слоёв передавать очень мелкие детали и близкорасположенные объекты. Пространственное разрешение характеризует размер наименьших объектов, различимых на изображении. В зависимости от решаемых задач могут использоваться данные низкого (более 100 м), среднего (10-100 м) и высокого (менее 10 м) разрешений. Обзорные снимки имеют низкое пространственное разрешение, но позволяют одномоментно охватывать значительные территории - вплоть до целого полушария. Такие данные широко используются в метеорологии. Снимки среднего пространственного разрешения на сегодня являются наиболее доступным источником данных для мониторинга природной среды.