книги из ГПНТБ / Кучко А.С. Аэрофотография. Основы и метрология

изменении освещенности для обеспечения постоянства экспозиции при изменении выдержки.

Обычно для оценки невзаимозаместимости фотографических эмульсий пользуются изоопакой.

И з о о п а к о й (рис. 66) называется кривая, выражающая зави­ симость экспозиций Я (lg Я) от выдержек £(lg£), обеспечивающая получение постоянной произвольно выбранной оптической плотно­ сти D = const. Таким образом, изоопака — это кривая, описываю­ щая условия получения на данном фотографическом слое постоян­ ной оптической плотности D при различных освещенностях или вы­ держках. При построении изоопак экспозиция Я и выдержка £ (или освещенность Е) берутся в логарифмических единицах. Крутизна

вательно, эта область соответствует наиболее высокой светочувст­ вительности фотографического материала.

Для фотографических материалов установлено, что оптическая плотность D почернения постоянна, если соблюдается постоянство произведения Etp, т. е. D = const, если Etp = const, где Р — показа­ тель Шварцшильда.

Величина и характер отклонений от закона взаимозаместимо­ сти для фотографических эмульсий зависят от структуры слоя, ус­ ловий химического созревания и т. д.

Показатель Шварцшильда для современных фотографических материалов получает следующие значения: 0,65—0,70 для позитив­ ных эмульсий и 0,80—0,95 для негативных эмульсий. Так, напри­ мер, светочувствительность So,2 аэрофотопленки изопанхром тип 15 при обработке ее в рекомендуемых условиях с увеличением вы­ держки уменьшается: если при £ = 7ао с So.2 = 270, то при £=10 с So,2=H0; при £ = 90 с So,2 = 50 и при £ = 750 с So,2 = 25 [10]. Таким образом, при необходимости фотографировать с большими выдерж­ ками (например, в астрофотографии) для получения требуемого фотографического эффекта — почернения — нужно исходить не из номинальной выдержки, соответствующей обычным условиям при­ менения данного фотоматериала, а учитывать ее уменьшение, об­ условленное явлением невзаимозаместимости.

Изоопаки фотоматериалов для разных условий определяются экспериментально [24].

130

Более глубокое выяснение связи между поглощением света микрокристаллами галогенида серебра и химической реакцией в нем оказалось возможным на основе закона Эйнштейна о фотохимиче­ ском эквиваленте (1912 г.). Согласно этому закону, «каждый квант поглощенной лучистой энергии (hv) вызывает изменение одной мо­ лекулы».

представлений о механизме протекания фотохимических реакций. Рассмотренные ранее законы химического действия света, по су­ ществу,—-следствие этого основного закона фотохимии.

Согласно закону квантовой эквивалентности, фотолиз бромида

При объяснении механизма образования скрытого изображения исходными являются следующие положения:

а) центры скрытого изображения представляют собой сравни­ тельно крупные частицы — несколько атомов или несколько сотен атомов;

б) в каждом микрокристалле фотографической эмульсии до его экспонирования имеется некоторое число подвижных междуузельных ионов Ag+;

в) непосредственный результат действия света на каждый кри­ сталл AgHal — образование в нем свободных электронов, переме­ щающихся на сравнительно большие расстояния;

г) скрытое изображение создавать гораздо легче, а чувстви­ тельность кристаллов выше при наличии так называемых центров светочувствительности в виде атомарного серебра, примесных цен­ тров и иных нарушений кристаллической решетки, выполняющих роль «ловушек» электронов;

д) в эмульсионном кристалле AgHal наряду с ионами серебра, совершающими тепловые колебания около какого-либо равновес­ ного положения (узлов решетки), имеются странствующие (мигри­ рующие) ионы серебра, случайно получившие избыточную энер­ гию.

Процесс образования скрытого изображения делится на два этапа: а) первичный фотохимический эффект (фотолиз); б) агре­ гация металлического серебра.

Различают две стадии фотолиза: электронную и ионную.

Э л е к т р о н н а я с т а д и я состоит в освобождении электронов и их задержке на центрах светочувствительности. Согласно закону квантовой эквивалентности, квант лучистой энергии срывает элек­ трон с иона галогенида, например брома, в результате образуется

подвижными мигрирующими по кристаллу ионами серебра Ag+

Суммарная реакция описывается уравнением (191). Образовавшееся серебро остается в кристаллической решетке

и является веществом, из которого составляется в последующем скрытое изображение. Образовавшийся галогенид диффундирует из кристалла и поглощается желатиной эмульсионного слоя.

Процесс агрегации металлического серебра схематично проте­ кает следующим образом.

Образующийся в результате первичного фотохимического эф­ фекта атом серебра располагается на поверхности частицы центра светочувствительности, увеличивая ее размеры. Увеличенный се­ ребряный зародыш обладает уже большей способностью захваты­ вать свободный электрон, образовавшийся в кристалле при дейст­ вии света; в свою очередь, отрицательно заряженная частица вновь способна притянуть свободно странствующий по кристаллу ион серебра Ag+ и нейтрализовать его до атома серебра и т. д. Таким образом, происходит образование и рост частицы скрытого изоб­ ражения и превращение ее в центр проявления (см. главу IX).

Г л а в а VIII

МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОБСТВЕННЫХ СВОЙСТВ ЧЕРНО-БЕЛЫХ АЭРОФОТОМАТЕРИАЛОВ

§ 32. Метрическая нестабильность (деформации) аэрофотопленок

Одним из основных факторов, влияющих на ортоскопию аэро­ снимка, а следовательно, на точность фотограмметрических измере­ ний, является деформация аэрофотопленки, заключающаяся в том, что размеры фотографического изображения объектов изменяются относительно соответствующих размеров оптического изображения.

Основная причина деформации аэрофотопленки — нестабиль­ ность физико-механических свойств подложки, зависящих от тем­ пературы и влажности, длительности хранения, условий сушки и химико-фотографической обработки, сил натяжения аэрофото­ пленки в кассете АФА, условий и длительности хранения, целостно­ сти фильма. Деформации могут возникнуть вследствие смещений в эмульсионном слое при проявлении, обусловленных тем, что дуб­ ление желатины происходит в тех местах, где процесс проявления протекает более интенсивно, а во время сушки задубленные места теряют воду быстрее.

132

Деформации возникают в трех направлениях: в продольном — вдоль оси х, в поперечном — вдоль оси у и в вертикальном — вдоль оси z; нестабильность размеров вдоль осей х и у определяет так называемую плоскостную деформацию; деформация вдоль оси г — непостоянство толщины аэрофотопленки (разнотолщинность совре­ менных аэрофотопленок невелика ~ 4 —8 мкм).

Непостоянство размеров по отдельным направлениям характе­ ризуется:

1) величиной абсолютной деформации, определяемой как раз­ ность расстояний между одними и теми же точками на изображе­ нии и эталоне (контрольной сетки);

2) коэффициентом линейного расширения (сжатия) Сп или ве­ личиной относительной деформации, вычисляемой как отношение

как остаточная дисторсия (см. формулы (135), (137), (138)), в виде разности между фактическим смещением данной точки и расчетной величиной этого смещения.

При характеристике метрической нестабильности аэрофотопле­ нок по площади определяют:

1) равномерную деформацию С п , Р, называемую «усадкой» аэро­ фотопленки, как среднее арифметическое из коэффициентов С п, ж

иСп, у относительной деформации по осям х, у\

2)разностную или неравномерную деформацию

А С п — С п, ж ~ С п, у',

3) величины остаточной деформации 6П как уклонения от при­ нятой для обработки математической модели (полиномы первой, второй или третьей степеней), относительно которой они вычис­ ляются; по смыслу эти величины схожи с остаточной дисторсией б,, вычисляемой по формуле (138).

При определении деформации аэрофотопленки часто пользуются

Хи Ух.

143

Из решения уравнений (194) по способу наименьших квадратов получают искомые неизвестные и точность их определения.

По величинам 6П, определенным для углов квадрата со сто­ ронами 10 мм, вычисляют среднее значение остаточной деформации

бп. Максимальная разность бп, м между величиной деформации бп

в одном из углов этого квадрата и величиной бп даст значение местной некомпенсируемой деформации. По величинам бп, м, опре­ деленным на разных частях аэрофотопленки, вычисляют среднее или среднеквадратическое значение местной деформации по осям

х и у.

По результатам исследований деформаций современных аэро­ фотопленок на триацетатной и лавсановой подложках сделаны сле­ дующие выводы [46].

1. Наибольшей равномерной деформацией обладают аэрофото­ пленки на триацетатной подложке (0,06—0,25%), что при длине кадра 180 мм приводит к изменению длины на 0,1—0,5 мм; величина равномерной деформации этих пленок значительно изменяется от кадра к кадру (до двух крат), что требует ее определения для каждого кадра; при значительном нагреве, например в фототранс­ форматоре, величина деформации изменяется в 1,5 раза. Равномер­ ная деформация аэрофотопленок на лавсановой подложке в два раза меньше, чем на триацетатных.

2.Разностная деформация аэрофотопленок всех типов дости­ гает значительных величин, в среднем 0,01—0,02%, мало изменяю­ щихся в различных условиях.

3.Остаточные деформации по всему кадру для аэрофотопленок на триацетатной и лавсановой подложках примерно одинаковы и составляют 8 мкм в центре и 15 мкм на краю; время хранения аэрофотопленок практически не влияет на величину остаточной деформации; сильный нагрев их (до 80° С) на лавсановой подложке вызывает необратимую деформацию, достигающую 40 мкм.

4.Местные деформации аэрофотопленок на триацетатной под­

ложке составляют около 6 мкм, а на лавсановой подложке — 4 мкм. При аналитическом учете деформаций по контрольным мет­ кам на выравнивающем стекле влияние деформаций на точность фотограмметрических измерений будет определяться величинами местных деформаций.

§ 33. Сенситометрические характеристики аэрофотопленок

1. О сн о в ы с ен с и то м етр и ч еск о й си стем ы Г О С Т

Ф о т о г р а ф и ч е с к о й с е н с и т о м е т р и е й называется уче­ ние о методах измерения фотографических свойств светочувстви­ тельных материалов. Сенситометрический метод позволяет управ­ лять фотографическим процессом.

В настоящее время еще нет единой международной сенситомет­ рической системы. Наибольшей глубиной разработки отличается

134

советская система ГОСТ 2817—50, 10691—63, 2818—45, в которой впервые введен принцип наибольшего приближения условий испы­ тания к условиям практического применения фотографического ма­ териала.

Сенситометрический метод основан на количественной оценке зависимости между количествами освещения (экспозициями) Я, сообщаемыми фотоматериалу, и оптическими плотностями D* (см. формулу (27)) почернений, получаемых после химико-фотографи­ ческой обработки экспонированного фотоматериала.

Величина оптической плотности фотографического почернения, имеющего зернистую структуру, существенно зависит от метода из­

ская плотность называется р е г у л я р н о й и обозначается D|( .

Различие между регулярной и диффузной оптической плотно­ стями AZ)P,д=(1) — Ь ) > 0 зависит от структуры проявленного по­

чернения, условии освещения и от угла, в котором измеряется све­ товой поток. Для мелкозернистой эмульсии величина ADp, д меньше, чем для крупнозернистой. Для одной и той же эмульсии величина АЦр>д возрастает с увеличением оптической плотности и контраст­ ности; для крупнозернистой эмульсии при D >1,0 величина ADP,д может достигать 0,5 и больше.

серебра, образующего это почернение; 2) выражение оптической плотности в ло­ гарифмических единицах соответствует логарифмическому закону зрительного восприятия; 3) при помощи оптических плотностей легче оценивать суммарное влияние нескольких почернений (оптические плотности при этом складываются, в то время как коэффициенты пропускания перемножаются).

135

Графическим выражением зависимости диффузной оптической плотности D от десятичного логарифма экспозиции Л lg Н, сооб­ щаемой фотографическому слою, является характеристическая кри­ вая, типичный вид которой показан на рис. 68.

На характеристической кривой можно выделить следующие че­

рифма экспозиции соответствуют неравные, постепенно возрастаю­

щиеся приращения оптической плот­ ности; за участком CD находится область соляризации, которая за редким исключением практического значения не имеет.

Продолжение прямолинейного участка характеристикой кривой пересечет ось абсцисс в точке I, называемой т о ч к о й и не р ции .

Характеристическая кривая негативного материала позволяет произвести расчет негативной стадии фотографического процесса, установить количественную связь между оптическим и фотографи­ ческим изображениями, т. е. определить оптимальную выдержку при съемке, рассчитать заранее интервал плотностей негатива, оце­ нить воспроизведение деталей в светах и тенях.

На практике чаще всего пользуются не характеристической кри­ вой непосредственно, а сенситометрическими величинами, опреде­ ляемыми по ней, знание которых необходимо для оптимального экспонирования и проявления данного фотографического матери­ ала. Такими величинами являются: плотность вуали D0, коэффици­ ент контрастности у, интегральная или общая и спектральная све­ точувствительность S и Si и фотографическая широта L.

Оптическая плотность вуали D0 есть почернение тех участков слоя, на которые не действовал свет; D0 определяется по крайней левой точке характеристической кривой.

Коэффициент контрастности у светочувствительного материала определяется по величинам, относящимся к прямолинейному уча­ стку кривой

136

Численно коэффициент контрастности у выражается тангенсом угла наклона а прямолинейного участка характеристической кри­ вой к оси абсцисс при условии, что масштабы осей абсцисс и орди­ нат одинаковы, т. е.

Коэффициент контрастности характеризует свойство слоя реа­ гировать на некоторый интервал количества освещения большим или меньшим интервалом оптических плотностей.

Положение любой точки характеристической кривой, не лежа­ щей на прямолинейном участке, например точки А, определяется

величиной градиента gH, который равен tg угла, например ал, об­ разованного касательной к кривой в данной точке с осью абсцисс. Наименьший градиент, обеспечивающий получение воспроизводи­ мой на изображении разницы оптических плотностей, называется м и н и м а л ь н ы м п о л е з н ы м г р а д и е н т о м .

Величина коэффициента контрастности фотографического мате­ риала изменяется при воздействии на него излучений различной длины волны и зависит от времени экспонирования [23—25]. Моно­ хроматический коэффициент контрастности у^, как правило, резко возрастает в ультрафиолетовой зоне и мало изменяется в видимой зоне спектра [24].

С в е т о ч у в с т в и т е л ь н о с т ь ю 5 фотографического слоя на­ зывается величина, обратно пропорциональная количеству осве­

Коэффициент Ks, входящий в формулу (197), выбирают в зави­ симости от принятой системы светочувствительности. В системе ГОСТ 2817—50, 10691—63 для аэрофотопленок и пленок общего назначения /Cs= 10, для позитивных фотопленок Ks= Г

В качестве заданного фотографического эффекта, который при­

(светочувствительности фотослоя по отношению к белому свету определенного спектрального состава) берется чаще всего оптиче­ ская плотность, превышающая плотность вуали D0 на 0,85, т. е. Як= Яо + 0,85. В этом случае средняя оптическая плотность фото­ графического изображения объектов ландшафта будет примерно равна 0,9—1,1, что обеспечивает получение аэроснимка с лучшими изобразительными свойствами (см. § 34, 46). В некоторых случаях критерием светочувствительности считается плотность, превышаю­ щая плотность вуали на 0,2 или на какое-либо другое значение.

137

Принятый критерий светочувствительности указывается в виде ин­ декса при S, пример So,85 или So,2 и т. д.

В зависимости от принятых значений Ks м DK в системе ГОСТ общую светочувствительность вычисляют по формулам:

а) аэрофотопленки и фотопленки общего назначения

По техническим условиям число светочувствительности S0,85 для аэрофотопленок определяется для предельного проявления, при ко­ тором D0 <0,3, У — Ymax-

В ряде случаев исходным аргументом при определении свето­ чувствительности является рекомендованное значение коэффици­ ента контрастности у рек, установленное для проявления фотогра­ фических материалов в зависимости от их назначения и условий применения (см. § 46).

Спектральная чувствительность Sx определяется при критерии светочувствительности DK= l,0 + Do по формуле

слоя, при которой после проявления получается заданный фотогра­ фический эффект; Ех — монохроматическая энергетическая осве­ щенность фотографического слоя при его экспонировании, эрг/см2; t — выдержка.

Изменение спектральной чувствительности Sx(lgSx) панхрома­ тического слоя в зависимости от длины волны X выражается обычно кривой (см. рис. 76).

Фотографическую широту L вычисляют как разность десятич­ ных логарифмов экспозиций, соответствующих Янач и Якон прямо­

Фотографическая широта L как проекция прямолинейного уча­ стка характеристической кривой на ось абсцисс определяет тот интервал количества освещения, который может передаваться дан­ ным светочувствительным слоем без искажения пропорционально­ сти в различиях яркостей объекта фотографирования.

Из рис. 68 следует, что связь между коэффициентом контраст­ ности у, фотографической широтой L и интервалом оптических плотностей AD негатива определяется

138

2. Общесенситометрическое испытание аэрофотопленок

Сенситометрическое испытание фотографических слоев предна­ значено для определения таких характеристик этих слоев, которые необходимо знать при их практическом использовании (экспониро­ вании и проявлении). Совокупность нормированных условий и ме­

свойства испытуемых фотографических материалов определяют по

ния характеристик фотографического слоя в зависимости от длины волны экспонирующего монохрома­ тического излучения.

При сенситометрическом экспо­ нировании обеспечивается:

1. Соответствие спектрального состава источника света, используе­ мого при испытании, спектрально­ му составу источника света, приме­ няемого при фотографировании на данном сорте фотографического ма­ териала.

2.Постоянство освещенности, создаваемой источником света при испытании, и равенство по величине освещенности, при которой производится фотографирование.

3.Соответствие создаваемых в лабораторных условиях изме­ няющихся количеств освещения Н (модулирование экспозиции) тем закономерностям, которые наблюдаются в фотографической практике.

4.Стандартизация режима химико-фотографической обработки испытуемых образцов и соответствие принятому на практике.

5.Стандартизация методики получения искомых результатов сенситометрического испытания, обеспечивающей их хорошую вос­ производимость.

Перечисленные условия учтены при создании сенситометров и

участкам экспонируемого фотоматериала сообщаются вполне опре­ деленные закономерно изменяющиеся количества освещения. Прин­ ципиальная схема сенситометра ФСР-4, применяемого для испыта­ ния черно-белых фотоматериалов на прозрачной подложке, показана на рис. 69. Свет от источника 1 проходит затвор 2, свето­ фильтр 3 искусственного солнечного света, нейтральный ступенча­ тый клин 4, показанный на рис. 70, и попадает на помещенный в кассету испытуемый фотоматериал 5 (см. рис. 69), эмульсион­ ный слой которого совмещается при экспонировании с оптическим

139