Сенситометрический метод
Сущность сенситометрического метода испытания фотографических материалов на прозрачной подложке заключается в следующем: испытуемый материал помещают в специальный прибор - сенситометр, в котором с помощью так называемого модулятора экспозиции, точно дозирующего количество освещения, сообщают нескольким, рядом стоящим участкам испытуемого материала, различные экспозиции, то есть различные количества освещения, равномерно увеличивающиеся от одного участка к другому.
За единицу экспозиции принимается люкс-секунда, т.е. экспозиция, получаемая при освещении поверхности фотоматериала в течение 1 секунды, с расстояния в 1 метр от источника света силой в 1 свечу.
В качестве модулятора экспозиции применяется ступенчатый оптический клин, представляющий собой пластинку из прозрачного материала, покрытую нейтрально окрашенным слоем желатины с постепенно и закономерно возрастающей плотностью потемнения от одного участка к другому. Испытуемый материал помещается позади клина вплотную к нему и освещается сквозь клин строго определенное время стандартным, эталонированным источником света.
Экспонированную таким образом фотопластинку или пленку проявляют в свежем проявителе определенного состава в течение точно установленного времени, в условиях постоянной температуры в специальном проявочном приборе, при непрерывном перемешивании проявляющего раствора.
В результате проявления и последующего фиксирования получается так называемая сенситограмма - изображение, подобное ступенчатому клину, т.е. состоящее из ряда участков с различной оптической плотностью.
Сенситограмма (вверху) и образец сенситометрического бланка
Далее с помощью оптического прибора денситометра измеряют оптическую плотность каждого участка сенситограммы. За единицу оптической плотности принимается плотность почернения пропускающего одну десятую падающего света.
Для удобства расчетов оптическая плотность выражается логарифмом величины, обратной коэффициенту пропускания, т.е. величины непрозрачности.
Полученные с помощью денситометра величины оптических плотностей наносят в виде точек на специальный сенситометрический бланк, на котором по горизонтальной оси отложены величины логарифмов экспозиций, а по вертикальной оси в том же масштабе - величины оптических плотностей. Нанесенные на бланк точки соединяют плавной линией, которая носит название характеристической кривой.
Характеристическая кривая является своеобразным паспортом свойств фотографического материала и позволяет определить сразу 5 величин: светочувствительность, контрастность, максимальную оптическую плотность, оптическую плотность вуали и фотографическую широту.
Продолжительность проявления сенситограмм оказывает существенное влияние на получаемые величины светочувствительности и контрастности, поэтому при испытании фотоматериалов изготовляют несколько сенситограмм и проявляют их в течение различного времени, чтобы получить оптимальное значение светочувствительности и коэффициента контрастности. На сенситометрический бланк наносят семейство характеристических кривых и выбирают требуемую кривую.
При выборе кривой для последующей практической работы руководствуются величиной коэффициента контрастности, который наиболее отвечает условиям практического применения данного фотоматериала. Найденные практическим путем эти значения контрастности положены в основу сенситометрической оценки фотоматериалов на прозрачной подложке и рекомендуется фотографам-практикам.
Определение сенситометрических величин
Определение величины вуали
Оптическая плотность вуали, т. е. почернения в проявителе участка испытуемого фотографического слоя, не подвергавшегося воздействию света, определяют с помощью денситометра па неэкспонированному участку сенситограммы.
Возникновение вуали объясняется тем, что под действием проявителя происходит восстановление в металлическое серебро не только освещенных кристаллов галоидного серебра, но и частично кристаллов, не подвергавшихся действию света.
Таким образом, фотографическая вуаль - явление неизбежное и в большей или меньшей степени свойственное всем фотоматериалам. Вуаль возникает медленно и увеличивается с продолжительностью проявления материала; поэтому для определения степени вуалирования в расчет принимается плотность вуали, возникающая за время проявления, нормальное для данного материала.
Величина вуали возрастает при хранении фотоматериалов в неблагоприятных условиях, а также при слишком длительном их хранении (даже при строгом соблюдении условий и правил хранения), в связи с чем на упаковке фотографических материалов всегда проставляется дата выпуска их с производства или дата предельного срока их годности.
Определение величины светочувствительности
Светочувствительность определяется величиной, обратно пропорциональной количеству освещения, создающему на данном фотографическом слое после его проявления заданную оптическую плотность.
В качестве такой оптической плотности, т. е. критерия для определения светочувствительности, в сенситометрической системе ГОСТ принята плотность, превышающая оптическую плотность вуали на 0,2. Чтобы определить общую светочувствительность испытуемого фотоматериала, находят на характеристической кривой точку, соответствующую этой плотности и, опустив из нее вертикальную прямую на ось логарифмов экспозиций, находят, при какой экспозиции получил ась эта плотность; после чего берут величину, обратную этой экспозиции.
Так, например, если заданная оптическая плотность получилась при экспозиции в 1/180 лк/сек, то светочувствительность равна 180 ед. ГОСТ. Для большего удобства на сенситометрическом бланке параллельно оси логарифмов экспозиций нанесена шкала с числами светочувствительности.
При прочих равных условиях съемки более светочувствительные негативные материалы позволяют получить удовлетворительный негатив при меньшей выдержке, чем менее светочувствительные, или производить съемку при таких неблагоприятных условиях освещения, при которых съемка на материалах низкой чувствительности может оказаться невозможной.
Таково же практическое значение степени светочувствительности и позитивных материалов. Чем выше светочувствительность фотобумаги, тем меньшей выдержки она требует при печати.
Светочувствительность фотографических материалов зависит от состава эмульсии и способа ее приготовления. Наибольшую светочувствительность имеют бромосеребряные эмульсии.
Определение величины коэффициента контрастности.
Контрастностью называется способность светочувствительного материала передавать яркости фотографируемого объекта с той или иной степенью различия плотности почернения.
В зависимости от контрастности фотоматериала приращение оптических плотностей при одинаковых изменениях экспозиции у различных материалов различно. Более контрастные материалы при равных условиях сенситометрических испытаний дают большие приращения оптических плотностей, чем менее контрастные, вследствие чего прямолинейный участок характеристической кривой у первых получается круче, чем у вторых, что можно видеть из сравнения трех характеристических кривых. Приращение экспозиций оптических плотностей показано на рисунке в виде ступеней лестницы.
Характеристические кривые фотоматериалов с разной степенью контрастности: 1 - нормальной контрастности, 2 - высокой контрастности, 3 - малой контрастности
Величину коэффициента контрастности определяют графически непосредственно по сенситометрическому бланку. Коэффициент контрастности равен тангенсу угла наклона прямолинейного участка характеристической кривой к оси абсцисс.
Как видно из рисунка, возможны три случая:
Случай 1. Приращения оптических плотностей AD графически равны изменениям экспозиций (высота ступеней лестницы равна их ширине). Угол а наклона прямолинейного участка характеристической кривой равен 450; тангенс этого угла равен единице, что соответствует нормальной передаче контраста объекта.
Случай 2. Приращение оптических плотностей AD графически больше изменений экспозиций (высота ступеней лестницы больше их ширины). Угол а наклона прямолинейного участка характеристической кривой больше 450; тангенс этого угла больше единицы, т. е. контраст объекта передан с преувеличением.
Случай 3. Приращение оптических плотностей графически меньше изменений экспозиций (высота ступеней лестницы меньше их ширины). Угол а наклона прямолинейного участка характеристической кривой меньше 450; тангенс эта га угла меньше единицы, т. е. контраст объекта передан с преуменьшением.
В зависимости от состава светочувствительной эмульсии и способа ее изготовления могут быть получены фотографические материалы различной степени контрастности.
По степени контрастности светочувствительные материалы подразделяются на особо мягкие, мягкие, нормальные, контрастные, особо контрастные и сверхконтрастные. Соответствующие обозначения ставятся на упаковке этих материалов.
Поскольку величины светочувствительности и контрастности одного и того же фотоматериала при различном времени проявления получаются неодинаковыми, то, как была сказано выше, ГОСТом установлены рекомендуемые для практики значения коэффициента контрастности, которые могут быть достигнуты при проявлении фотоматериала в течение определенного времени при температуре 20 градусов, в соответствующем сенситометрическом проявителе. Рекомендуемая продолжительность проявления указывается на этикетках фотоматериалов.
Некоторое различие в рекомендуемых величинах коэффициентов контрастности для фотопластинок и пленок вызвана соображениями практики. Фотопленки предназначены для фотоаппаратов сравнительно малых форматов, и пленочные негативы обычно подвергаются увеличению, во время которого контраст позитивного изображения несколько повышается. Печать же с пластиночных негативов чаще всего ведется контактным способом, не вызывающим повышения контрастности позитивного отпечатка.
Применением материалов различной контрастности можно изменять характер изображения сфотографированных объектов, достигая необходимого для каждого отдельного случая эффекта.
В фотографической практике при оценке негативных материалов принимается в расчет контрастность негативного изображения по сравнению с фотографируемым объектом, а при оценке позитивных материалов - контрастность позитива по сравнению с негативом.
Определение фотографической широты.
Фотографической широтой называется способность фотоматериала передавать на снимке с одинаковой степенью контрастности больший или меньший интервал яркостей объекта съемки, т. е. разницу между наиболее светлыми и наиболее темными участками фотографируемого объекта.
Интервал яркости объекта выражается отношением, показывающим, во сколько раз яркость наиболее светлой части объекта съемки больше яркости наиболее темной его части. Это отношение называют также контрастом объекта. Так, если наиболее светлый элемент объекта в 100 раз ярче наиболее темного его элемента, то интервал яркостей выразится отношением 100: 1, т. е. просто числом 100.
В зависимости от характера объекта интервал яркости его деталей может изменяться в весьма широких пределах, достигая в некоторых случаях 100000. Обычно же интервал яркостей большинства объектов не превышает 150-160. Фотографическая широта определяется интервалом экспозиций, ограниченным точками начала и конца прямолинейного участка характеристической кривой. Иными словами, проекцией прямолинейного участка характеристической кривой на ось абсцисс сенситометрического бланка.
В сенситометрии фотографическая широта выражается логарифмам отношения экспозиций, соответствующих верхней и нижней точкам прямолинейного участка характеристической кривой.
Фотографическая широта АБ и полезная фотографическая широта ГД
На практике же удобнее пользоваться не логарифмической, а арифметической формой выражения фотографической широты, т. е. отношением самих экспозиций, выраженных в люкс-секундах.
Такое выражение фотографической широты удобно тем, что позволяет сопоставлять ее с интервалам яркостей фотографируемого объекта. Практическое значение такого сопоставления заключается в том, что, зная величину фотографической широты фотоматериала и приближенно оценив интервал яркостей объекта съемки, фотолюбитель может судить, удастся ли ему на данном фотоматериале правильно воспроизвести весь интервал яркостей объекта или нет.
Современные негативные материалы (в особенности кинопленки) характеризуются фотографической широтой, достаточной для правильного воспроизведения большинства объектов, встречающихся в любительской практике.
При съемке объектов с интервалом яркостей большим, чем широта эмульсии фотоматериала, в тех местах негатива, где изображаются детали с крайними яркостями объекта, будет неправильная передача яркостей, что, естественно, скажется1Iа качестве фотографического изображения.
С другой стороны, при съемке объекта с интервалом яркостей меньшим, чем фотографическая широта фотоматериала, появляется возможность легко передать на снимке весь интервал яркостей объекта даже и при некоторых отклонениях от правильной выдержки.
Опыт показывает, что почти без всякого ущерба для качества фотоснимка интервал экспозиций, который можно использовать для съемки несколько больший, чем указанный выше интервал экспозиций, ограниченный фотографической широтой, т. е. для удовлетворительной передачи интервала яркостей объекта съемки, можно воспользоваться и некоторыми участками области недодержек и области передержек характеристической кривой. Выражаемая таким образом фотографическая широта называется полезной фотографической широтой. Фотографическая широта связана с контрастностью фотоматериала. Чем выше контрастность материала, тем меньше его фотографическая широта.
Определение спектральной светочувствительности.
Спектральной светочувствительностью или цветочувствительностью называется чувствительность фотографических материалов к лучам различных зон спектра.
Характер воздействия цветных лучей на фотографическую эмульсию имеет весьма важное практическое значение, так как в прямой зависимости от этого воздействия находится воспроизведение яркости различных цветов на фотоснимке.
На рисунке графически показана относительная спектральная чувствительность бромосеребряного фотографического слоя и цветовосприятие глаза. На рисунке можно видеть, что максимум чувствительности слоя находится в ультрафиолетовой части спектра, в то время как максимум визуальной яркости расположен в желто-зеленой зане спектра.
Устранение указанного выше недостатка фотографических слоев достигается искусственным очувствлением фотографической эмульсии к лучам длинноволновой части спектра. Процесс этот носит название оптической сенсибилизации.
Относительная спектральная чувствительность фотослоя и глаза
Способ оптической сенсибилизации эмульсий основан на введении в состав эмульсии в весьма небольших количествах некоторых органических красителей, сообщающих эмульсии чувствительность к тем лучам спектра, которые эти красители поглощают. Применяемые для этой цели красители называются оптическими сенсибилизаторами.
В зависимости от характера спектральной светочувствительности различают светочувствительные слои несенсибилизированные (обыкновенные), ортохроматические, изоортохроматические, изохроматические, панхроматические, изопанхроматические и инфрахроматические. Приблизительное определение цветочувствительности фотографических материалов состоит в съемке цветной таблицы, состоящей из участков различных цветов.
Более точное определение цветочувствительности состоит в применении специального прибора - спектрографа, представляющего собой соединенные вместе спектроскоп и фотографическая камера. Спектр, получаемый в этом приборе, с помощью дифракционной решетки или призмы непосредственно проецируется на испытуемый фотоматериал несколько раз при последовательном перемещении фотоматериала на ширину полосы спектра с постепенно изменяемыми экспозициями. Одновременна в кассету прибора помещается прозрачная пластинка со шкалой длин волн различных излучений. Таким образом на снимке спектра получается изображение и этой шкалы. Такой фотоснимок, называемый спектрограммой, позволяет более или менее точно вычертить кривую, дающую наглядную картину распределения светочувствительности этого материала па спектру.
Кривые спектральной чувствительности различных фотоматериалов: 1 - несенсибилизированного; 2 - ортохроматического; 3 - изоортохроматического; 4 - изохроматического; 5 - панхроматического; 6 - изопанхроматического.
В практике фотографии вполне достаточным является знание не спектральной, а так называемой эффективной зональной светочувствительности, т. е. чувствительности фотоматериала к той зоне спектра, к которой очувствлен (сенсибилизирован) этот материал.
Определение разрешающей способности. Разрешающей способностью фотографического слоя называется способность слоя к воспроизведению мельчайших деталей фотографируемого объекта. Чем выше разрешающая способность фотографического слоя, тем меньше по размерам детали фотографируемого и большее число их этот слои может воспроизвести в изображении.
Разрешающая способность фотоматериалов определяется числом штрихов, передаваемых раздельно на одном миллиметре поверхности фотослоя. Испытание фотоматериалов на разрешающую способность производится путем фотографирования штриховых таблиц в сильно уменьшенном виде и последующим рассматривании полученных изображений в микроскоп.
Разрешающая способность зависит от ряда свойств эмульсии и в первую очередь от степени зернистости. Более высокочувствительным эмульсиям свойственна большая зернистость и меньшая разрешающая способность.