Екзаменаційний білет №7
Характерестичні криві 3 шарів кіно-фото плівок .Характеристична крива фотоматеріалу, яку будують, базуючись на результатах вимірювання сенситограм денситометром, визначає фотографічні властивості кіноплівок і відтворює залежність оптичної густини (D) від десяткового логарифму кількості освітленя, яке попадає на світлочутливий шар, тобто від десяткового логарифму експозиції – lgН.При побудові характеристичних кривих D =f(lgН) вручну виконують їх креслення окремо для кожного світлочутливого шару кольорових кіно-фотоматеріалів на міліметровому папері або на спеціальних сенситометричних бланках в прямокутній системі координат, з координатною сіткою, що має однакові масштаби по осі абсцис і по осі ординат. По осі абсцис на такому бланку відкладають логарифми експозицій lgН, а по осі ординат – величини оптичних густин D. Крім того, такий бланк має шкалу експозицій сенситометра в Н лк·с і може мати шкалу, що вказує числа світлочутливості S, розраховані за різними критеріями і формулами. Для побудови характеристичної кривої сенситограми її оптичні густини відкладають точками на ординатах поля бланка, що відповідають експозиціям, при яких були отримані ці густини. Потім, спочатку за допомогою лінійки, з’єднують точки розташовані прямолінійно. Після чого, за допомогою лекала, з’єднують точки в нижній і верхній частині характеристичної кривої. Основна маса характеристичних кривих складається з прямолінійного і двох криволінійних відрізків Іноді при накресленні характеристичної кривої деякі точки, мають значну похибку, тобто випадають з дійсного ходу кривої. Такі випадіння розстановки точок можуть бути від пухирців, смітинок і т.п. дефектів сенситограми. Тому випрямлення середньої частини характеристичної кривої за рахунок пропуску декількох точок цілком правомірне. Це правило справедливе і для точок, розташованих на криволінійних відрізках характеристичної кривої. На кривій виділяють наступні характерні відрізки: горизонтальний 0 -1 – лівіше точки 1– область вуалі; криволінійний, зі зростаючим градієнтом 1-3 – початковий відрізок, який непропорційно
передає яскравості об’єкта зйомки; прямолінійний відрізок 3-4 з пропорційною передачею яскравостей об’єкта; криволінійний, з падаючим градієнтом 4-6 – кінцевий відрізок, який також непропорційно передає яскравості об’єкта і відрізок з негативним градієнтом 6-7 – область соляризації. І дотепер для відрізків 1-3, 3-4 і 4-6 використовуються їхні старі назви – відповідно область недодержко,область правильних експозицій і область передержок, які, однак, не відповідають сучасному трактуванню відносно відтворення яскравостей об’єктів фотографічними зображеннями. Горизонтальний відрізок кривої (до точки 1) показує, що мінімальна густина фотоматеріалу залежить не від дії світла, а від іншихпричин. Мінімальна густина D мін =D o +D oo включає дві складові: густину вуалі D o і густину фону D oo . Вуаль D o складається зі срібла або барвника кольорової плівки, які утворюються в результаті проявки неекспонованого фотоматеріалу. Густина фону D oo появляється через поглинання в основі і желатинових шарах. В кольорових маскованих плівках вона включає також густини забарвлених компонент маски. Застосування маскуючих компонент приводить до того, що неекспоновані, але хіміко-фотографічно оброблені неекспоновані ділянки негативної кольорової кінофотоплівки отримують своє значення мінімальної оптичної густини для кожної спектральної зони. В середньому, мінімальна оптична густина D мін для синьочутливої зони складає 1,0Б, зеленочутливої – 0,6Б і червоної – 0,2 Б. Більш точні значення D мін визначаються в процесі контролю сенситограм при вимірюванні денситометром. Густина фону вимірюється на зразках, які піддаються повній хіміко-фотографічній обробці із застосуванням проявника без проявляючої речовини. Оскільки характеристична крива визначає залежність густини від дії світла, вона повинна будуватися без врахування густини і фону.Але ж практично значення величини вуалі змінюється від найбільшої (на неекспонованих ділянках) до мінімальної (на сильно експонованих ділянках). Це можна пояснити тим, що на останніх залишається мало «незасвічених» мікрокристалів, які, проявляючись, утворять вуаль. Тому віднімати густину вуалі, виміряну на неекспонованих ділянках сенситограми, з решти густин зображення оптичного клину не є ефективним. Крім того, такі розрахунки ускладнюють випробування, хоч і не впливають сенситометричні властивості фотоматеріалів. Тому на практиці характеристичні криві будують, вимірюючи густину, величина якої включає в себе D o +D oo = D мін .Мінімальне почорніння, яке розрізняє око над вуаллю та фоном,називається порогом почорніння. На кривій йому відповідає точка 2 початкової ділянки. Різницю густин і різницю логарифмів експозицій, що відповідають двом певним точкам характеристичної кривої, називають інтервалом густин і інтервалом експозицій. Їхні значення лежать між точками 6 – D макс i 2 – D пор . Повний інтервал логарифмів експозицій між кінцевою 5 та початковою 2 точками відрізку характеристичної кривої, що включає в себе прямолінійний відрізок 3-4 і відрізки 2-3 та 4-5, має назву – корисна фотографічна широта L g .Корисна фотографічна широта розраховується за формулою:
L g = ∆ lgH = lgH 5 – lgH 2 .
Коли говорять фотографічна широта L, то мають на увазі інтервал логарифмів експозицій, який відповідає прямолінійному відрізку кривої від точки 3 до точки 4:
L = lgH 4 – lgH 3 .
Величина L g = ∆ lgH пропорційна інтервалу яскравостей об’єкта зйомки і цій корисній фотографічній широті L g відповідає повний інтервал густин ∆D g , що відповідає інтервалу яскравостей зображення. Тобто відношення ∆D/∆lgH характеризує відтворення контрасту яскравостей об’єкту зйомки в яскравостях фотографічного зображення. Це відношення кількісно відповідає величинам градієнтів g ха-
рактеристичної кривої.Розрізняють наступні значення градієнтів. Градієнт для даної точки, або просто градієнт, який визначається як перша похідна густини по логарифму експозиції:
g = dD/d(lgH).Градієнт на відрізку кривої між двома її точками (2 і 5) називається середнім корисним градієнтом на даному відрізку і він враховує всі корисні густини фотозображення:
g = (D 5 – D 2 )/(lgH 5 – lgH 2 ) = ∆D 2-5 /∆ lgH 2-5 .
Середній градієнт вираховується між точкою перетину характеристичної кривої лінією на рівні D s = D мін +0,2 та другою точкою на цій кривій, яка лежить на відстані ∆lgH = 1,35 (рис. 4.2.) вправо по
осі абсцис:g = ∆D/1,35.
В міжнародній термінології середній градієнт має ще скороченняB.F.C. (Best Fit Contrast) та обчислюється за цією ж формулою як тангенс кута нахилу прямої, отриманої в результаті лінеаризації по методунайменших квадратів відрізку кривої, що знаходиться між точкою на характеристичній кривій з оптичною густиною D мін +0,2 та точкою, яка лежить на відстані ∆lgH=1,35 (рис. 4.2) вправо по осі абсцис. Фірма „Кодак” рекомендує для своїх кольорових негативних кіноплівок оптимальне значення середнього градієнту в межах g =0,50...0,55. Градієнт на будь-якому відрізку прямолінійної ділянки області3-4 правильних експозицій має постійне і найбільше значення для даної характеристичної кривої. Він називається коефіцієнтом контрастності γ, або просто гамою:
γ = (D 4 – D 3 )/(lg H 4 – lg H 3 ) = ∆D 3-4 /∆ lg H 3-4 .
Тобто коефіцієнт контрастності γ – це тангенс кута нахилу прямолінійного відрізку характеристичної кривої: γ=tgα. Коефіцієнт контрастності γ – це максимальне значення градієнту g в межах прямолінійного відрізку. Щоб уявити собі, які числові значення може приймати коефіцієнт контрастності гама і як візуально на графіку характеристичної кривої ці значення пов’язані з нахилом прямолінійного відрізку розглянемо три варіанти тангенса кута нахилу цього
відрізка:
1. Якщо ∆D 3-4 = ∆ lg H 3-4 , то γ = 1,0, то характеристична крива на цьому відрізку буде під кутом нахилу рівним 45° (рис.4.3а). Тобто приріст оптичних густин буде таким же, прямо пропорційним, як приріст логарифмів експозицій.
2. Якщо ∆D 3-4 = 0,5·∆ lg H 3-4 , то γ = 0,5, то характеристична крива на цьому відрізку буде під кутом нахилу рівним 26,6° (рис.4.3б).В даному випадку приріст оптичних густин буде чисельно відставати від приросту логарифмів експозицій. Тобто навіть значні перепади експозиції дадуть досить помірне збільшення оптичної густини. Така гама характерна для негативних кіно-фотоплівок, для яких сьогодні рекомендоване значення сягає величини 0,65, хоч кілька років тому назад негативні плівки рекомендовано було проявляти до більш високого значення – 0,8.
3. Якщо ∆D 3-4 = 3·∆ lg H 3-4 , то γ = 3,0, то характеристична крива на цьому відрізку буде під кутом нахилу рівним 71,6° (рис.4.3в). В даному випадку приріст оптичних густин буде чисельно значно більшим навіть при незначному приросту логарифмів експозицій. Тобто навіть незначні перепади експозиції приводять до досить суттєвих змін оптичної густини. Таке високе значення гами характерне для позитивних кіноплівок та фотопаперу. Наприклад, якщо гама фотопаперу буде рівна 2, то це означає, що люба різниця оптичних густин в негативі буде в позитивному зображенні в 2 рази більшою.. Характеристичні криві з різними коефіціентами контрастності .Тут якраз доцільно пригадати правило Емануїла Гольдберга (1881-1970), згідно якому для правильного тоновідтворення добуток гами негатива на гаму позитива дає результуючу гаму негативно-по- зитивного процесу і, по правилу Е.Гольберга, цей добуток рівняється одиниці: γ н ·γ п =1. На практиці, для виключення пропадання тонів, для отримання візуально більш різкого зображенння, від цього правила досить час- Аналіз результатів сенситометричних випробувань 152 153 Сенситометрія то відступають і результуюча гама в негативно-позитивному процесі приймає значення вищі за 1,2. В області вуалі та в точці 6 (D мaкс ) градієнти дорівнюють нулю g =0, що означає відсутність зображення. При дуже малих значеннях g контраст зображення настільки малий, що деталі зображення важко відрізнити оком. Максимальну оптичну густину D мaкс визначають в точці, починаючи з якої при збільшенні експозиції D мaкс не зростає. Для оборотних фотоматеріалів максимальну оптичну густину визначають на неекспонованих ділянках зразка після його повної хімікофотографічної обробки. Найменший градієнт g мін , який ще дозволяє одержати фотографічне зображення об’єкту, називається мінімальним корисним градієнтом.Оскільки сучасні кольорові кіно-фотоматеріали мають три світлочутливих шари, то вищеописані характеристики носять назву часткові і визначаються для кожного шару, а потім небхідно виконати ще й додаткові розрахунки та досліження по визначенню узагальнених показників, про які піде мова далі, після визначення критерію світлочутливості. Світлочутливість – S здатність фотошару реагувати на мінімальну експозицію, що викликає появу мінімальної оптичної густини фотошару, відмінну на певну величину від густини вуалі, при дії світла нормованого спектрального складу та за умов нормованої хіміко-фотографічної обробки проекспонованого кіно-фотоматеріалу.В звязку з тим, що технологія виробництва фотоемульсії на про-тязі десятиліть постійно змінювалась, змінювались і методики по визначенню величини світлочутливості. Оскільки кольорові кіноплівки мають три зонально чутливих шари, то на сенситометричному бланку будують три характеристик ні криві (рис. 4.8б, 4.9б). Залежно від виду кіноплівок характеристичні криві будують по копіювальних або візуально еквівалентно-сірих густинах. Якби для немаскованих плівок три зонально чутливихшари мали одинакові значення величин світлочутливості
кофіцєнтів контрастності, то три характеристичні криві злились би в одну. Ці три характеристичні криві, крім звичайних сенситометричес-ких показників, дозволяють визначити (рис. 4.4.): часткову світлочутливість S с , S з , S ч кожного шару кіноплівки;баланс по світлочутливості Б S – відношення найбільшої часткової чутливості до найменшої: Б S = S макс / S мін =S з / S ч,с
2.Оптична густина кофіціенти пропускання та відбиття
Оптична густина - Ця величина є однією з основних у фотографічній сенситометрії. Відповідно до закону Бугера оптична густина D пропорційна кількості (концентрації) світлопоглинаючої речовини в шарі С, у тому числі барвників або срібла, що утворюють фотографічні зображення та товщині шару х:D = кСх .У зв’язку з цим оптична густина використовується як міра фотографічного ефекту, отриманого на фотоматеріалах під дією світлаі проявки. У цьому випадку величина оптичної густини розглядається в речовинному аспекті. Оптична густина фотографічного зображення якраз і залежить від концентрації в емульсійному шарі частинок металевого срібла або ж барвників.Ділянки об’єкту або зображення, що становлять рівномірний ряд по величинах оптичних густин, при зоровій оцінці яскравостей також сприймаються у вигляді приблизно рівномірного ряду. У зв’язку із цим оптична густина розглядається як ефективна величина для оцінки об’єкта або зображення по їхній дії на фотоматеріал при зйомці або копіюванні. У цьому випадку оптична густина D розглядається в її оптичному аспекті і вона визначається як десятковий логарифм величини, обернено пропорційної коефіцієнту пропускання τ або відбиття ρ:
D = lg(1/ τ) = lg (F / F τ ),
D = lg(1/ ρ) = lg (F / F ρ ).
За одиницю оптичної густини приймається густина, яка послабляє світловий потік в 10 paз, тобто при τ = 0,l: D = lg(1 / 0,1) = lg 10=1 Б.Одиниця вимірювання оптичної густини, як безрозмірної логарифмічної величини, отримала назву Бел, скорочено – Б (від імені американського винахідника телефoну А.Г. Белла – А.G.Bell, 1847-1922р.) . Збільшення оптичної густини на 0,30 Б відповідає двократному зменшенню світлового потоку (τ = 0,5) і також експозиції. Підвищенняоптичної густини на 0,15 Б відповідає зменшенню експозиції в 1,41 рази. Якраз в сенситометрах для дозованого зменшення освітленості (експозиції) використовуються шкали, в яких оптичні густини полів змінюються на 0,15 Б і 0,30 Б. Коефіціенти пропускання та відбиття В залежності від фізичної будови матеріалу або середовища розсіювання проявляється у відбитті, пропущенні або поглинанні світлового потоку. Найбільш виражене явище приймається характерним для даного тіла, матеріалу і позначається відповідним коефіцієнтом. Падаючий на матеріал світловий потік F у загальному випадку розподіляється на три частини . Частину падаючого світлового потоку, відбитого від матеріалу, називають відбитим світловим потоком F ρ ; частину потоку, поглиненого матеріалом, – поглиненим світловим потоком F α ; а частину потоку, що проходить через матеріал – пропущеним світловим потоком F τ . Сума відбитих, поглинених і пропущеного світлових потоків, відповідно до закону збереження енергії, дорівнює падаючому на матеріал світловому потоку:
F=F ρ +F α +F τ .Розділимо праву й ліву частину рівняння на величину падаючого
світлового потоку F і одержимо наступне рівняння: ρ+α+τ =1,де:ρ = F ρ / F – коефіцієнт відбиття, що показує, яка частина загального світлового потоку відбивається від поверхні;α = F α / F – коефіцієнт поглинання, що показує, яка частина загального світлового потоку поглинається матеріалом; τ = F τ / F – коефіцієнт пропускання, що показує, яка частина загального світлового потоку проходить крізь матеріал.Коефіцієнт відбиття ρ складається з двох коефіцієнтів: спрямованого,або дзеркального, відбиття ρ r і розсіяного, або дифузного, відбиття ρ d :ρ = ρ r + ρ d .Коефіцієнт пропускання τ також складається з двох коефіцієнтів: спрямованого пропускання τ r і розсіяного, або дифузного, пропускання τ d : τ = τ r + τ d . Для пофарбованих поверхонь і речовин ці коефіцієнти залежатьвід спектрального складу падаючого світлового потоку. У випадку монохроматичного випромінювання з довжиною хвилі λ + Δλ їх позначають ρ(λ), α(λ) и τ(λ). Більшість матеріалів відбивають або пропускають світло селективно, тобто не однаково для випромінювань з хвилями різної довжини. Відбивна здатність поверхні для кожноїдовжини хвилі характеризується постійною величиною, названою спектральним коефіцієнтом відбиття ρ(λ), який показує ту частину падаючого світлового потоку із цією довжиною хвилі, що відбивається. Подібним чином спектральний коефіцієнт пропускання τ(λ) характеризує властивості середовища відносно пропускання світла
на певній довжині хвилі.Величини ρ(λ) і τ(λ) для нейтрально-сірих (у тому числі чорних і білих) поверхонь та прозорих середовищ практично не змінюються на різних довжинах хвиль світла.Колір поверхні або середовища, що пропускає світло, залежить не тільки від спектральних коефіцієнтів відбиття або пропускання, але й від спектрального складу світла.Для оцінки спектральних властивостей матеріалів будують їх спектральні характеристики, тобто спектральну залежність коефіцієнтів ρ(λ), α(λ) і τ(λ) зображують графічно в прямокутній системі координат, відкладаючи по осі абсцис довжину хвилі λ (іноді із частковим включенням зон ультрафіолетового і інфрачервоного випромінювання), а по осі ординат – один із спектральних коефіцієнтів (іноді виражаючи їх через оптичну густину). Якщо графік охоплює широкий діапазон довжин хвиль, то зручніше використовувати логарифмічний масштаб.Світловий потік випромінювання будь-якого спектрального складу завжди можна розглядати як суму великої кількості моно-хроматичних складових, кожна з яких, потрапивши на розділяю-чий шар, зазнає змін, що залежать від його спектральних властивостей. Світловий потік складного спектрального складу па-даючого випромінювання можна записати в наступному вигляді:
F = 683·∑F eλ ·V(λ) = 683·∫ F eλ ·V(λ) dλ ,де: F eλ – променистий потік монохроматичного випромінювання;
V(λ) – коефіцієнт відносної спектральної чутливості ока.Світлові потоки – відбитий від поверхневого шару, та ті що пройшли через матеріал і поглинуті матеріалом – будуть описуватися трьома інтегралами в межах довжин хвиль видимого світла: Відповідно і візуальні коефіцієнти відбиття, пропускання та
поглинання потрібно записати в такій формі:
ρ = ∫ ρ(λ)·F eλ ·V(λ) dλ / ∫ F eλ ·V(λ) dλ ,
α = ∫ α(λ)·F eλ ·V(λ) dλ / ∫ F eλ ·V(λ) dλ ,
τ = ∫ τ(λ)·F eλ ·V(λ) dλ / ∫ F eλ ·V(λ) dλ .
У випадку не світлового, а променистого потоку розрахунки енергетичних коефіцієнтів відбиття ρ е , поглинання α е або пропускання τ е можна виконати, використовуючи наведені вище формули, але без множників V(λ), які характеризують спектральну чутливість ока або іншого селективного приймача:
ρ е = ∫ ρ(λ)·F eλ dλ / ∫ F eλ dλ ,
α е = ∫ α(λ)·F eλ dλ / ∫ F eλ dλ ,
τ е = ∫ τ(λ)·F eλ dλ / ∫ F eλ dλ .
Інтегрування виконується в межах усього спектра довжин хвиль випромінювання джерела світла.Згідно із цими формулами коефіцієнти відбиття, пропускання і поглинання залежать не тільки від спектральних властивостей матеріалів, обумовлених функціями ρ(λ), α(λ) і τ(λ), але і відвиду функції F еλ , що характеризує спектральний склад падаючого випромінювання. На це варто звернути особливу увагу, тому що часто при приведенні числових значень названих коефіцієнтів не вказується, в межах якого складу спектру падаючого випромінювання вони мають таку величину.Тільки для нейтрального матеріалу, на характеристики якого в межах спектрального інтервалу, що цікавить нас, не впливає довжина хвилі, коефіцієнти відбиття, пропускання і поглинання не залежать від складу падаючого випромінювання і співпадають з їхніми значеннями для будь-якого монохроматичного випромінювання. Аналізуючи формули візуальних коефіцієнтів відбиття, поглинання і пропусканняння, легко переконатися в тому, що спектральна чутливість приймача (у нашому випадку – ока людини)на ці коефіцієнти впливає подібно спектральному складу падаючого випромінювання. Зміна спектральної чутливості ока, наприклад при переході до сутінкового зору, спричиняє зміну коефіцієнтів ρ, α, τ і для нейтральних матеріалів.Енергетичні коефіцієнти відбиття, пропускання і поглинанняхарактеризують властивості матеріалів для нейтрального, невибіркового, неселективного приймача, тобто приймача, що однаково реагує на рівні потужності падаючих на нього випромінювань в різних частинах спектру.