2. Сенситометрические испытания фотоматериалов,

их свойства

Для определения свойств фотоматериалы подвергают сенситометрическим испытаниям, которые проводят в стандартных условиях, определяемых Государственными стандартами (ГОСТами).

Характеристическая кривая фотоматериала. При сенситометрических испытаниях фотоматериалы экспонируют в специальных приборах – сенситометрах, сообщая различным участкам заранее известные количества освещения (экспозиции):

Н₁, Н₂, Н₃, Н₄, Н₅ ……… Н_n.

После стандартной фотохимической обработки получают ряд участков (полей) с плотностями почернений, каждый из которых соответствует количеству воздействующего на фотоматериал излучения. Результат испытаний называют сенситограммой. Плотности каждого поля сенситограммы измеряют на приборе – денситометре, получая для каждого значения экспозиции соответствующее значение плотности:

D₁, D₂, D₃, D₄, D₅ ……… D_n.

Сопоставляя значения плотностей с количеством освещения, действующего на участки фотослоя, строят зависимость их изменения от логарифма экспозиций. График зависимости этих величин называется характеристической кривой фотоматериала (рис. 19).

Рис. 19. Характеристическая кривая фотоматериала

По характеристической кривой качественно и количественно оценивают, как он реагирует на те или иные количества света, определяют численные значения фотографических свойств, проводят различные расчеты.

Характеристическая кривая выражает свойства фотоматериала для конкретных условий обработки: определенного времени проявления, температуры раствора, типа проявителя. Ее положение относительно начала координат, угол наклона к оси логарифмов экспозиций и другие особенности зависят и от природы фотослоя, однако общая форма кривой сохраняется.

На характеристической кривой различают участки, отличающиеся особенностями изменения плотностей почернения при равномерном увеличении экспозиции: область вуали – начальный участок кривой (ab) с постоянной плотностью почернения (D_o); область недодержек – нижний криволинейный участок (bc), на котором с возрастанием крутизны кривой плотности почернения возрастают непропорционально экспозициям; область нормальных экспозиций – прямолинейный участок (cd), где плотности почернения возрастают пропорционально экспозициям; область передержек – верхний криволинейный участок (de), на котором с падением крутизны кривой плотности почернения вновь непропорционально возрастают; область соляризации – участок за точкой (е), где плотности почернения уменьшаются с увеличением экспозиции.

Интервалы экспозиций, соответствующие указанным участкам характеристической кривой, вносят неодинаковый вклад в формирование изображения. При съемке объектов интервалы их яркостей (экспозиций) могут соответствовать различным областям кривой. Часть яркостей теряется, другая передается искаженно и лишь третья воспроизводится без искажений. Так, область вуали вообще не предназначена для получения изображения; нижний и верхний криволинейные участки соответствуют непропорциональной передаче яркостей; пропорциональное их воспроизведение обеспечивает лишь прямолинейный участок характеристической кривой.

На характеристической кривой можно выделить и несколько особых точек: b – порог почернения (соответствующее ему количество освещения называют пороговым), m и n – нижняя и верхняя полезные точки, в которых градиент кривой равен 0,2; е – максимум плотности почернения.

Сенситометрические свойства черно-белых фотоматериалов. Положение характеристической кривой относительно оси логарифмов экспозиции дает представление о сенситометрических свойствах светочувствительных материалов: общей светочувствительности, контрастности, фотографической широте и плотности вуали, позволяет определить их численные значения.

Светочувствительность общая (S) – способность фотоматериала давать те или иные плотности почернения под действием белого света и процесса проявления. На рис. 20 приведены характеристические кривые двух фотоматериалов.

Рис. 20. Характеристические кривые фотоматериалов с разной

светочувствительностью

Очевидно, что для получения одинаковых плотностей (D=1) каждому из них необходимы различные экспозиции. На втором один и тот же результат получают под действием большего количества освещения (10 лк), чем на первом (0,1 лк). Следовательно, его следует признать менее светочувствительным.

Величина светочувствительности тем выше, чем меньше количества освещения требуется для получения определенной плотности почернения. Численно она представляет величину, обратно пропорциональную экспозиции, вызывающей на фотослое почернение, оптическая плотность которого выбрана за критерий:

,

где К – коэффициент пропорциональности,

Н_кр – экспозиция (критическая), при которой плотность почернения выбрана за критерий.

В качестве критической принимают экспозицию, которая дает оптическую плотность, превышающую плотность вуали на определенную величину. Для разных фотоматериалов этот критерий светочувствительности и коэффициент пропорциональности различны и устанавливаются ГОСТами. Например, для негативных фото- и кинопленок общего назначения:

Н_кр = Н_{D = Do + 0,1}; K = 0,8 (ГОСТ 10691.2 – 84);

для фототехнических пленок:

Н_кр = H_{D = Do + 0,2}; K = 1,0 (ГОСТ 2817-50).

Контрастность фотоматериала. При съемке различные фотоматериалы один и тот же интервал яркостей ΔВ (интервал экспозиций ΔН) объекта передают большим или меньшим интервалом почернений ΔD. Такая способность характеризует их контрастность. Численным выражением контрастности является коэффициент контрастности (). Для элементов изображения с интервалом почернений в пределах прямолинейного участка характеристической кривой он представляет тангенс угла наклона этого участка к оси логарифмов экспозиций (рис. 21):

,

где  – тангенс угла наклона прямолинейного участка кривой к оси ℓgH,

∆D – интервал плотностей начала и конца прямолинейного участка кривой,

ℓgΔH – проекция прямолинейного участка кривой на ось ℓgH.

ℓgΔH

Рис. 21. Характеристические кривые фотоматериалов с различной контрастностью

Промышленностью выпускаются различные по контрасту фотоматериалы: одни из них, менее контрастные, используют для передачи всех яркостей объекта на изображении, другие, более контрастные, – для получения графических изображений. Контрастность – не только свойство самого светочувствительного материала. Она зависит и от условий его экспонирования и проявления. Недодержка и перепроявление повышают контраст изображения, а передержка и недопроявление снижают его.

Фотографическая широта (L) характеризует способность фотоматериала передавать с одинаковой степенью контрастности больший или меньший интервал яркостей объекта. Чем больше фотографическая широта, тем больший интервал яркостей он передает. Она находится в обратной связи с коэффициентом контрастности, т. е. с увеличением последнего фотографическая широта уменьшается. Фотографическую широту определяют по характеристической кривой и выражают разностью логарифмов экспозиций, соответствующих прямолинейному участку кривой (рис. 22):

.

Рис. 22. Определение фотографической широты

Фотографическая широта представляет тот интервал экспозиций, в пределах которого наблюдается пропорциональная передача яркостей объекта. Интервал яркостей, который может быть передан светочувствительным материалом с искажениями, но без потери деталей, является полезной фотографической широтой. Ее выражают разностью логарифмов экспозиций, соответствующих нижней и верхней полезным точкам m и n, где крутизна кривой равна значению 0,2:

.

Объекты съемки имеют различные интервалы яркостей – от 1:10 до 1:10000 и более. Современные светочувствительные материалы (по сравнению со зрением человека) обладают небольшой фотографической широтой и способны передавать на снимке интервалы яркостей до 1:150 – 1:200. Если интервалы яркостей при съемке не выходят за эти пределы, то получаемые изображения соответствуют зрительному восприятию объекта. От фотографической широты зависит и точность определения экспозиции – чем меньше ее значение, тем меньше допустимый предел колебаний экспозиции при съемке.

Фотографическая вуаль (D_o) – это общее почернение фотослоя, появляющееся независимо от воздействия на него света в процессе химико-фотографической обработки. На характеристической кривой (см. рис. 19) – это плотности, соответствующие области вуали (D_o). Вуаль в большей или меньшей степени свойственна всем фотоматериалам. Она возрастает при неблагоприятных условиях хранения, с увеличением времени обработки относительно рекомендуемого и повышением температуры проявляющего раствора.

Кривые кинетики проявления. Сенситометрические свойства фотоматериала (S, γ, D_ο), указанные на упаковке, в справочной литературе, однозначны только для стандартных условий его обработки. Они соответствуют лишь для рекомендуемого времени проявления в стандартном проявителе и при температуре проявления 20°С. Изменение этих условий неизбежно приводит к изменению значений данных величин.

Зависимость указанных свойств фотоматериала от времени проявления или температуры раствора отражают кривые кинетики проявления. Для определения этой зависимости участки одного и того же фотоматериала экспонируют в сенситометре с одинаковым интервалом выдержек, но проявляют в течение разного времени, например, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 мин. Для каждого времени проявления по сенситограммам строят характеристические кривые и определяют значения светочувствительности, коэффициента контрастности, фотографической вуали. По полученным данным на специальном бланке строят зависимость изменения этих величин от времени проявления (температуры раствора) – график кинетики проявления (рис. 23).

Рис. 23. График кинетики проявления

На практике изменение времени проявления используют для получения требуемых свойств фотоматериала. Например, при невысокой освещенности на фотоматериалы низкой чувствительности съемку ведут как на высокочувствительные. Чувствительность можно повышать, увеличивая время проявления либо температуру раствора. Требуемое время проявления при заданной светочувствительности определяют по кривым кинетики проявления. Так, чтобы реализовать светочувствительность 1000 ед. ГОСТа (рис. 23), время проявления необходимо увеличить до 18 мин. В процессе обработки фотоматериала необходимо учитывать, что с увеличением времени проявления (температуры раствора) растут вуаль, контраст изображения, повышается зернистость.

Структурные свойства фотоматериалов. Изображения, получаемые с помощью фотографии в различных отраслях науки и техники, часто невелики по размерам. Отдельные детали этих изображений имеют вообще незначительные размеры и близко расположены друг к другу. При воспроизведении таких деталей качество их изображения ухудшается за счет искажений, обусловленных структурными свойствами фотографических материалов. Эти свойства определяются строением эмульсионного слоя и особенностями получения проявленного фотографического почернения (изображения). К их числу относятся разрешающая способность и зернистость.

Разрешающая способность – это способность фотоматериала к раздельному воспроизведению мельчайших деталей фотографируемого объекта; выражается числом линий на 1 мм изображения (лин/мм). Чем выше разрешающая способность, тем меньшие по размерам детали данный фотоматериал воспроизводит на фотоизображении. Современные светочувствительные материалы обладают высокой разрешающей способностью: от 60 до 800 лин/мм. Большую разрешающую способность имеют мелкозернистые малочувствительные фотоматериалы. Для получения высокого разрешения в деталях фотопленки обрабатывают в мелкозернистых выравнивающих проявителях.

Зернистость – это кажущаяся неоднородность (неравномерность) структуры почернения равномерно экспонированного и проявленного фотослоя. Она ухудшает передачу мелких деталей, снижает резкость изображения, ограничивает пределы увеличений изображения при проекционной печати.

Известны два вида зернистости: микрозернистость и макрозернистость. Первая обусловлена небольшими скоплениями зерен и не сказывается на качестве увеличенных изображений; вторая – более крупными скоплениями зерен в виде отдельных комков, из-за которых качество заметно ухудшается.

Зернистость зависит от индивидуальных особенностей (величины зерна) фотослоя, его светочувствительности, условий съемки и лабораторной обработки. Высокочувствительные материалы имеют более крупнозернистую структуру, чем малочувствительные. К увеличению зернистости, как правило, приводят передержки и перепроявление.