New А В Редько Фотография · 2009. 4. 21. · Фотография — самостоятельная область науки, техники, искусства,

А. В. Редько

Фотография Конспект лекций Выполнил студент 712 группы ФАВТ А. В. Димент СПбГУКиТ 2009

2

3

Особенности фотографического процесса, обуславливающие широкое применение в науке и технике

Изобретение фотографии: 7 января 1839 г. Автор: Л.-Ж.-М. Да-гер.

► Фотография — самостоятельная область науки, техники, искусства, предназначенная для автоматического получения изображений предметов окружающего мира, а также незаме-нимое средство регистрации всевозможных излучений, имею-щих место при протекании различных химических и физиче-ских процессов.

Термин «фотография» (в переводе с греч. «светопись») был предложен 14 марта 1839 г. английским астрономом Д. Герше-лем. Первая попытка получить изображение с помощью каме-ры-обскуры была предпринята в Англии в 1802 г. Гемфри Дэви и Томасом Веджвудом, которые экспонировали в камере обыч-ную бумагу, пропитанную раствором азотнокислого серебра и поваренной соли. С помощью такой бумаги, между волокнами которой образовывался в результате пропитки хлорид серебра, можно было получить изображение различных фигур. Правда, вскоре эксперименты были прекращены, так как экспонирова-ние длилось часами, а изображение получалось малоконтраст-ным и при рассмотрении на свету полностью исчезало. 1825 г. — Ж.-Н. Ньепс опубликовал открытие, назвав его гелио-графией (получение фотографического изображения на свето-чувствительном веществе с помощью камеры-обскуры). В это время в Париже художник-декоратор Л.-Ж.-М. Дагер изобрёл диораму — ряд картин на длинно ленте холста, закреплённого на двух вертикальных валах. Он искал способ, позволяющий быстрее рисовать такие большие полотна. В 1827 г. Дагер и Ньепс заключили договор о совместном сотрудничестве. Повто-ряя опыты Ньепса по возгонке йода на серебряную пластину, при случайных обстоятельствах Дагер получил отчётливое и хорошо видимое позитивное изображение объекта съёмки.

4

Тальботипия. Уильям Генри Фокс Тальбот 20 августа 1835 г. впервые предложил обрабатывать пропитанную бумагу после длительного экспонирования в растворе поваренной соли для удаления хлористого серебра, что позволило «закреплять» по-лученное изображение на бумаге (калотипия). Заслуга Фокса Тальбота заключалась в том, что он впервые открыл и приме-нил на практике процесс проявления скрытого изображения, разделил фотографический процесс на две стадии — негатив-ную и позитивную, что дало возможность получать несколько позитивных изображений с одного негатива с помощью кон-тактной или оптической печати.

В 1852 г. дагеротипия и тальботипия были полностью замене-ны новым методом, получившим название мокрый коллодион-ный процесс, предложенный в 1851 г. Фредериком Скоттом Ар-чером.Способ основан на применении коллодия — раствора коллоксилина, особого сорта нитроклетчатки в смеси спирта и эфира, густой и быстросохнущей жидкости. На стеклянную пластинку поливают слой свежеприготовленного коллодия, ко-торый теряет текучесть после испарения эфира. Пластинка ку-пается сначала в растворе йодистого калия, а затем в растворе азотнокислого серебра. В слое коллодия образуются мельчай-шие кристаллы йодистого серебра. В таком виде мокрая пла-стинка экспонируется и проявляется в проявителе, содержащем соли сернокислого закисного железа или пирогаллол. Наряду с мокрым коллодионным процессом был предложен сухой колло-дионный процесс, который отличался от первого тем, что в слой коллодия вводились гигроскопические вещества — соли лития, магния, которые в силу гигроскопичности создавали возмож-ность проникновения влаги в высохший слой коллодия.

В 1871 г. английский врач Ричард Лич Меддокс впервые пред-ложил для приготовления «светочувствительной жидкости» ис-пользовать желатин. Он обнаружил, что если в подогретый же-латиновый раствор вначале ввести азотнокислое серебро, а за-тем добавить бромистый или йодистый калий, то приготовлен-ная таким образом «светочувствительная жидкость», получив-

5

шая в фототехнологии название фотографической эмульсии, обладает светочувствительностью во много раз выше, чем из-вестные до тех пор светочувствительные системы. В 1873 г. не-мецкий химик Герман Вильгельм Фогель обнаружил, что вве-дение в галогеносеребряную эмульсию некоторых красителей вызывало расширение светочувствительности галогенидов се-ребра от сине-фиолетовой к длинноволновой части видимого излучения. Это явление получило название оптической, или спектральной, сенсибилизации и обеспечило прогресс в цвет-ной фотографии.

Особенности фотографии:

Аккумулирующая способность.

Любой приёмник лучистой энергии реагирует на мощность излучения — количество световой энергии, падающей на еди-ницу поверхности в единицу времени. Фотографический мате-риал реагирует на общее количество энергии, то есть на работу. Фотографический материал обладает безграничной чувстви-тельностью. Недостаток освещённости можно компенсировать увеличением времени экспонирования. = ∙ , где H — экспозиция, Е — освещённость, t — время экспониро-вания (выдержка).

S — чувствительность. Ч/б: 25 000 ASA (США), ISO (между-нар.), цв.: 3200 ASA.

Спектральная универсальность фотографического мате-риала.

0,1 Å — γ-излучение;

0,1…100 Å — рентгеновские лучи;

100…4000 Å — УФ;

6

400…700 нм — видимый свет;

700…1300 нм — ближний ИК;

>1300 нм — дальний ИК;

>1,5 мм — радиоволны.

Информационная ёмкость — количество сведений и их достоверность.

Размер кристалла AgBr 0,1 мкм, а матрица ПЗС — 3…13 мкм ($39000).

Геометрическая точность и документальность фотографи-ческого изображения.

Аналоговая фотография традиционно применяется в качестве доказательства в суде.

Области применения фотографии

1. Астрономия; 2. ядерная физика; 3. γ-дефектоскопия, рентгенодефектоскопия; 4. микрофотография — документальная картина микромира; 5. скоростная фотография; 6. техника; 7. картография; 8. лесное хозяйство; 9. геологоразведка; 10. полиграфия. Фотография демократизировала искусство; 11. запись сигналов с экрана осциллографа; 12. военное дело. Стратегическая и тактическая разведка; 13. подделка документов; 14. искусство: художественная фотография, кинематография; 15. фоторепродукционная техника (светокопирование, восста-новление текстов);

16. цифровая фотография.

7

Фотографические материалы

1. Схема фотографического процесса на AgHal; 2. Строение фотографических материалов. 3. Схема изготовления фотоматериала.

1. AgCl, AgBr, AgJ.

SAgBr > SAgCl > SAgJ — светочувствительность.

2AgBr + hν → 2Ag + Br2

Серебряный центр выступает в роли катализатора.

Избирательность процесса восстановления в присутствии ката-лизатора центра скрытого изображения.

Фотографический процесс на соединениях AgBr можно пред-ставить в виде двух стадий: негативной и позитивной.

► Негатив — это изображение на фотоматериале, в котором распределение яркости обратно распределению яркости в объ-екте.

► Позитив — это изображение на фотоматериале, в котором распределение яркости соответствует распределению яркости в объекте.

Недостатки:

Процесс занимает очень много времени. Дорого.

Преимущества:

Качество при одноступенном процессе. Возможность исправления ошибок, которые мы имеем при проведении съёмочного процесса.

Кроме того, существует и одноступенный процесс.

8

Фотоматериалы в зависимости от этого делятся на негативные, позитивные и обращаемые. Негативные фотоматериалы отли-чаются высокой светочувствительностью. Sнег = 50...25000 ASA. Позитивные материалы обладают низкой светочувствительно-стью. Sпоз = 1…4 ASA. Sобр = 50…200 ASA.

Проблема серебра.

В электронике применяется 25% серебра, которое добывается в мире. На одну морскую торпеду тратится 130 кг серебра. Ра-кетная техника. Напыляют серебро, оно испаряется и охлажда-ет поверхность.

Кодак тратит 700 тонн серебра в год на производство фотомате-риалов. В СССР на один сорт фотоматериала тратили 150 тонн.

Строение фотографических материалов

► Подложка — это основа, на которую наносится эмульсион-ный слой. Эмульсионный слой представляет собой тонкую желатиновую плёнку, в которой распределяются микрокри-сталлы галогенида серебра.

Подложка бывает стеклянная (1,2…2 мм). Основа бывает жёст-кая, гибкая, прозрачная и непрозрачная.

Плёнка бывает гибкая и прозрачная. Нитроцеллюлозная (го-рючая), триацетатная, лавсановая.

защитный слой (1 μм) эмульсионный слой (3 μм) основа плёнки противоскручиващий слой

9

Бумага — непрозрачная и гибкая. 90 г/м2 — тонкая (толщина 0,2…0,3 мм), 135 г/м2 — нормальная, 235 г/м2 — картон (0,7…0,8 мм).

Бывают фотографии на металле, фарфоре, шёлке.

Фотослой — это тонкая взвесь или суспензия микрокристаллов AgHal.

Кристаллы бывают различны по своей форме.

Силы поверхностного натяжения желатина ориентируют мик-рокристаллы параллельно основе.

Основное отличие фотографического желатина от пищевого — наличие фотографически активных примесей (ФАП). Активные

(ФАП), малоактивные (ФАП) и инертные (ФАП). Желатин в фотографии выполняет три функции:

носитель светочувствительного вещества (AgHal); коллоидная защитная роль (препятствует слипанию кри-сталла AgHal в один комок);

наличие в желатине фотографически активных примесей.

Схема изготовления фотографических материалов

Представляет собой две стадии: синтез («варка») фотографиче-ской эмульсии и полив (нанесение эмульсии на подложку). + избыток (или , ) → ↓ моль л⁄ + + Раствор 1: холодная вода, желатин ~0,5%, KBr.

Раствор 2: , .

10

1. Эмульсификация. Во время этой стадии согласно реакции мы получаем труднорастворимый AgBr, который может вы-пасть в осадок.

Эмульсификация бывает мгновенная и дробная. Мгновенная эмульсификация применяется при синтезе низкочувствитель-ной эмульсии. Дробная эмульсификация — при приготовлении материала высокой чувствительности.

2. Первое (физическое) созревание: перенос твёрдой фазы через жидкую (растворение ультрамикроскопических частиц), то есть перекристаллизация. Получаем четкую кристаллическую ре-шётку, которая устойчива к действию света. Перенос твёрдой фазы через жидкую происходит за счёт избытка KBr, который обеспечивает растворимость AgBr.

Размер кристалла при удалении побочных продуктов не меня-ется.

Перед поливом эмульсию плавят и вводят добавки: оптические сенсибилизаторы, пластификаторы, антисептики, эмульсион-ные стабилизаторы.

500…1000 л

гор. 0

11

3. Удаление побочных продуктов. Перед удалением добавляем желатина до 8%, чтобы застуденить эмульсию. 40…60°.

4. Второе (химическое) созревание. После того, как «червячки» промыты, мы добавляем их в эмульсионно-варочный аппарат, пускаем горячую воду и добавляем малое количество высокоак-тивного желатина.

+ ФАП → комплекс ↗↘ ° Увеличивается светочувствительность.

Отделочная операция: резка плёнки (35 мм, 13×18, 24×30), перфорирование.

Образование фотографического изображения. Механизм действия света. Концепция Герни и Мотта. Теория Митчелла.

Скрытое (латентное) фотографическое изображение. Образование видимого фотографического изображения

Эмульсификация: 2-3 атома несветочувствительного AgBr. Да-лее — физическое созревание. Мы получили кристалл с чёткой кристаллической решёткой. Далее — химическое созревание. Кристалл не меняет свою форму, так как мы провели удаление побочных продуктов. Получили центры светочувствительности на каждом кристалле: металлическое серебро [Ag]n.

микро макро размер,

раств

12

2 + ℎ → 2 + + ℎ коротк.изл. → + ̅ + ̅ →

Кристалл поглощает не молекула, а ион. Вторая особенность — это наличие дефектов кристаллической решётки. Под дефекта-ми понимаются нарушения в идеальной кристаллической ре-шётки, то есть наличие примесных центров (центров светочув-ствительности), которые образуются во время химического со-зревания. А также наличие других дефектов — дефектов по Френкелю: ⃖ . С развитием электронной микроскопии люди наблюдали, что происходит в кристалле под действием экспо-нирования.

Герни и Мотт в 1938 году придумали теорию. В чём её суть? Они сказали, что первая стадия в механизме скрытого изобра-жения — электронная стадия: 1) + ℎ → + ̅ 2) [ ] + ̅ → [ ] Но у нас есть ион Френкеля. Он подойдёт к центру светочувст-вительности и получит недостающий электрон. И центр свето-чувствительности увеличивает свою массу на один атом. Центр светочувствительности превращается в центр скрытого изо-бражения. 3) [ ] + ⃖ → [ ]

13

Пока не нейтрализуется отрицательно заряженный центр све-точувствительности, следующий фотон не поглощается.

Третья стадия — ионная. От температуры зависит только ион-ная стадия.

Когда центр скрытого изображения перерастает критический размер по массе, центр скрытого изображения превращается в центр проявления. Он способен катализировать процесс вос-становления микрокристалла AgHal (способствует проявле-нию). Различают предцентры скрытого изображения (на на-чальных стадиях экспонирования, они неустойчивые, не спо-собны катализировать процесс проявления) и субцентры (три атома и больше, устойчивы, способны катализировать процесс).

Теория Митчелла. Первая стадия — ионная стадия. То есть де-фект по Френкелю до экспонирования уже лежит на центре светочувствительности. То есть в процессе движения он абсор-бируется на центре светочувствительности. 1) [ ] + ⃖ → [ ] Вторая стадия — электронная. 2) [ ] + ̅ → [ ] Советский учёный Белоус занимался этим вопросом и пришёл к выводу, что центры светочувствительности ультрамикроско-пических размеров не способны локализировать (присоединить) электрон, и работает механизм Митчелла. В случае, когда цен-тры светочувствительности имеют большой размер, работает теория Герни и Мотта.

100 Hg 33

33

34 Hg

14

Образование видимого фотографического изображения

Для усиления скрытого (латентного) изображения в фотогра-фии используются проявляющие растворы. В основе реакции восстановления лежит: экспо + → + → + ̅ + ̅ → Этот вид проявление называют химическим, или прямым про-явлением. Учитывая, что желатин обволакивает каждый кри-сталл, нить очень тонкая — ангстремы. Образуется клубок се-ребряных нитей.

В практике фотографии существует другой вид проявления: физическое. Ион серебра в этом случае восстанавливается из растворов, то есть проявляющий раствор содержит большую концентрацию AgNO3.

15

Химико-фотографическая обработка галогенсеребряных фотографических материалов Это совокупность процессов, которые проводят после экспони-рования и целью которых является получение устойчивого ви-димого изображения.

Различают первичную и вторичную химико-фотографическую обработку. Первичная обработка — это необходимый ряд опе-раций, которые позволяют получить видимое изображение. Сюда относят проявление, фиксирование, иногда — отбелива-ние, промывание. Вторичная обработка — это ряд операций, направленный на улучшение качества полученного изображе-ния. Сюда относят вирирование (придание оттенка изображе-нию), тонирование, отбеливание, усиление, ослабление.

Проявление — самая главная стадия. Это избирательный про-цесс восстановления только экспонированных микрокристал-лов галогенида серебра.

Существует много восстановителей, то есть веществ, которые легко отдают электроны. Они должны плохо окисляться кисло-родом, растворённым в воде, не окрашивать эмульсионный слой, легко соединяться с сульфитом натрия. + + → Состав проявляющего раствора. Проявляющие раствор — мно-гокомпонентная система, целью которой является получение видимого изображения после экспонирования. Любой прояв-ляющий раствор состоит из:

1) Проявляющего вещества. Это органическое, как правило, со-единение, производное бензола.

16

Чаще всего применяется два проявляющих вещества: метод с фемидолом.

2) Сохраняющее вещество, или, по-научному, антиоксидант. Предохранят от окисления проявляющее вещество кислородом, растворённым в воде. Чаще всего — сульфит натрия.

3) Щёлочь NaOH, KOH, K2CO3… — увеличивает степень диссо-циации проявляющего вещества.

3) Антивуалент. Препятствует образованию вуали. Вуаль — это оптическая плотность, которая возникает в процессе прояв-ления на участках фотоматериала, не получивших экспозицию. Самые простейшие — KBr, KI.

Порядок приготовления проявляющих растворов

1. Растворяется 1/5 или 1/6 часть сульфита натрия. Затем рас-творяются проявляющие вещества. Температура воды при этом 30…35°. Растворяется щёлочь.

Проявитель Д23: метол 7,5 гр., сульфит натрия 100 гр. Время проявление 18 минут. Проработка деталей — супер. Сульфит натрия должен быть химически чистый или чистый для анали-за. ↓примеси

Цветное проявление. Фиксирование. Промывание. Сушка. Вторичная обработка

Цветное проявление в фотографии имеет очень важное значе-ние. Многообразие цветов можно передавать с помощью совре-менных цветных фотоматериалов, используя принцип цветного проявления. При чёрно-белом проявлении мы получаем изо-бражение из металлического серебра. При цветном — изобра-жение будет окрашено.

17

Чёрно-белое проявление: 1) (эксп) + → + + 2) + → Цветное проявление: 1) + → + + 2) + ЦОК → Краситель ЦОК — бесцветная цветообразующая компонента.

Особенности цветной фотографии: больше окислителя, строе-ние фотоматериалов. В чёрно-белой фотографии один эмульси-онный слой, в цветной — несколько.

Первая цветная плёнка появилась в Германии в 1935 году. Цветная бумага — в 1942 году.

Особенности обработки

Особое цветное проявляющее вещество. Очень токсично, вызывает мокрую экзему.

Концентрация сульфита натрия в цветных проявителях достигает 1,2 г/л.

Фиксирование

Процесс фиксирование как правило следует после проявления фотографического материала. В качестве фиксирующего веще-ства применяют тиосульфат натрия, который был изобретён в 1840 г. астрономом Гершелем. ⋅ 5 (гипосульфит, серноватисто-кислый натрий).

18

1. Фиксируем бромистое вещество в тех участках, где оно было не проявлено. + → + 2. Образуется первичный комплекс , который плохо растворим в воде. + → ( ) Образуется легко растворимый комплекс ( ) . 3. ( ) + → ( ) Первая стадия проходит в фиксирующем растворе. Изчезает молочно-белый налёт плёнки. Время от начала погружения фотоматериала в фиксирующий раствор до момента, когда плёнка обесцветилась в неэкспонированных участках есть вре-мя осветления. В это время образуется комплекс . На этой стадии процесс фиксирования не оканчивают, ведь иначе изображение пожелтеет. фикс ≥ 2 осв при долговременном хра-нении (20 лет). При архивном хранении (более 80 лет) фикс ≥3 осв.

Факторы, определяющие скорость фиксирования

1. Природа растворителя . Тиоцианат калия: KNCS.

2. Природа галогенида серебра.

Константа скорости реакции > > . 3. Концентрация.

19

Оптимальная концентрация — 200…400 г/л. Дальнейшее уве-личение концентрации приводит к дегидратации эмульсионно-го слоя, уменьшению набухания и замедлению диффузии.

4. Дисперсность AgBr. Под дисперсностью понимается размер кристаллов.

X — колчество растворённого AgHal. 1 — высокодисперсная (мелкозернистая) эмульсия, 2 — крупнодисперсная. Чем мень-ше размер кристалла (ниже его светочувствительность), тем быстрее будет фиксироваться данный фотоматериал по сравне-нию с высокочувствительным (крупнозернистым AgHal). Всё определяет поверхность.

5. Перемешивание раствора, или обеспечение особого гидроди-намического режима ускоряет процесс фиксирования.

6. Температура.

1 2

tфикс

X

200 400

Сгипо, г/л

tосв

20

Закон Фига говорит о том что ⁄ = const. Состав фиксирующего раствора

Фиксажи бывают нейтральные (обычный раствор тиосульфата натрия 250 г/литр) — используются редко, как правило, для фиксирования фотоплёнок.1

Кислый фиксирующий раствор: в него кроме тиосульфата на-трия вводят кислоту.

Тиосульфат растворяется с понижением температуры. → + ↓ Кислый фиксирующий раствор готовится следующим образом. Раствор 1: . Раствор 2: . Раствор 3: . Раствор 3 → Раствор 2 → Раствор 4 → Раствор 1 ≈ 4,5 Фотографическая бумага фиксируется, как правило, в кислом фиксирующем растворе. В качестве кислоты обычно серная ки-слота. Проявление, как правило, протекает по всей толще слоя. Компоненты проявителя проникают в эмульсионный слой, и после истечения индукционного периода начинается процесс проявления. 1 Фиксировать можно поваренной солью (10 часов). Проявлять можно конской мочой.

200 400

Сгипо, г/л

tосв 60° 20° 30°

21

► Индукционный период проявления — это время от нача-ла погружения плёнки в проявитель до появления первых за-метных следов почернения.

В случае фиксирования индукционный период очень короткий, практически отсутствует. Фиксирование протекает с поверхно-сти эмульсионного слоя в глубь его.

С учётом вышесказанного в практике фотографии применяют кислые фиксирующие растворы, которые останавливают про-явление по всей толще слоя, так как ≈ 4,5. При данном зна-чении pH проявление останавливается.

При фиксировании фотобумаг должно быть два фиксирующих растворов: один рабочий, другой — свежий окончательный.

Промывание следует, как правило, после фиксирования. Це-лью данной стадии является удаление избытков тиосульфата натрия и серебренных тиосульфатных комплексов из эмульси-онного слоя. Оптимальная температура промывной воды — (13…18)°C.

На этом графике представлено, как меняется набухание жела-тинового эмульсионного слоя от pH.

1 2 3

22

При pH фиксирующего раствора 4,5 отрицательно заряженные частицы тиосульфата натрия будут удаляться из эмульсионно-го слоя довольно трудно, так как слой заряжен положительно.

Для ускорения процесса проявления предлагают так называе-мую «сульфитную ванну» ( ). Плёнка находится там две-три минуты. И процесс вымывания комплексов ускоряется в несколько раз.

Физическое проявление

При физическом проявлении первой стадией является фикси-рование в нейтральном фиксирующем растворе (pH = 7). Затем следует проявление в физическом проявителе.

Раствор 1: , желатин 0,5%. Раствор 2: ПВ (глицин), . Но при физическом проявлении необходимо иметь в виду сле-дующее:

1) Фиксировать надо в нейтральном или щелочном фиксирую-щем растворе.

2) Проявление ведётся на свету. Контроль проводится на свету.

В случае если фиксирование было проведено в кислом раство-ре, то часть центров скрытого изображения может окислиться кислородом, растворённым в фиксирующем растворе.

К центру проявления подходит проявляющее вещество:

pH

h, мкм

4,5

+ –

23

→ + ̅ + → 〗. В случае физического проявления образуются шарообразные частицы серебра. При физическом проявлении качество изо-бражения гораздо лучше: меньше зернистость, лучше разре-шающая способность и т. д. Но необходимо иметь в виду, что светочувствительность фотоматериалов уменьшается в не-сколько раз.

При проведении процесса сушки наблюдается в некоторых слу-чаях уменьшение, а в некоторых увеличение оптической плот-ности.

Позитивные процессы в чёрно-белой фотографии

Осуществляются на фотографических бумагах. Признаки фото-бумаг печатаются на конверте фотобумаги.

1) Состав твёрдой фазы эмульсионного слоя: , , , ⁄ (80% 20%⁄ ). От состава твёрдой фазы зависит свето-чувствительность и оттенок изображения: у нейтрально чёрный, у оттенок тёмно-зелёный. 2) Характер фотоподложки: фотобумаги тонкие (135 г/м2) и кар-тонные (235 г/м2).

3) Характер поверхности эмульсионного слоя: глянцевые, особо глянцевые, матовые, полуматовые, тиснённые (сатинирован-ные).

4) Степень контрастности фотографической бумаги: нормаль-ные, полумягкие, мягкие, контрастные, особо контрастные.

Требования к фотографическому отпечатку:

1) вуаль на отпечатке недопустима;

2) на фотоотпечатке должны быть абсолютно белые и абсолют-но чёрные участки, плотность которых должна соответствовать

24

максимальной плотности фотографической бумаги. Оптическая плотность глянцевой фотобумаги гл = 1,95 Б, матовой — мат = 1,4 Б, полуматовой — б мат⁄ = 1,6 Б. Среда, ослабляющая световой поток в десять раз, имеет плот-ность 1 Б, в сто раз — 2 Б;

3) проработка деталей изображения в светах и тенях объекта.

Правила подбора фотобумаги к негативу

1) Негативы, правильно экспонированные и правильно прояв-ленные, печатаются на нормальных по контрасту фотобумагах.

2) Негативы недоэкспонированные и недопроявленные печа-таются на контрастных фотобумагах.

3) Негативы контрастные печатаются на мягких или полумяг-ких фотобумагах.

Фотографическая съёмка на галогенсеребряных носителях

1. Фотометрические характеристики объекта съёмки.

Любой объект фотографирования представляет собой совокуп-ность участков с различными яркостями В: В1, В2, В3, …, Вn. Причём в любом реальном объекте съёмки всегда имеется ми-нимальная и максимальная яркости.

Яркость i-го участка объекта определяется как произведение общего уровня освещённости и коэффициента отражения дан-ного участка: = . Важная характеристика объекта фотографирования — кон-траст: оф = .

25

Интервал яркостей объекта фотографирования: = lg = lg − lg . Разность логарифмов яркостей двух соседних элементарны участков объекта съёмки называют деталью яркости объекта Δ0.

В процессе фотосъёмки, на стадии формирования оптического изображения, на поверхности слоя фотоматериала получаем совокупность участков с различными освещённостями, которые пропорциональны яркостям соответствующих мест объекта: Е1, Е2, Е3, …, Еn. При этом максимальной яркости объекта съёмки Bmax в оптическом изображении будет соответствовать макси-мальная освещённость оптического изображения Emax, а мини-мальной яркости Bmin — минимальная освещённость оптиче-ского изображения Emin, то есть = . Контраст оптическо-го изображения ои = . Интервал освещённостей оптиче-ского изображения ои = lg − lg . Если объект и камера идеальны в фотометрическом отношении, то теоретически кон-траст оптического изображения должен быть численно равен контрасту объекта фотографирования. На практике коэффици-ент пропорциональности непостоянен и зависит от эффектив-ного относительного отверстия объектива z, и поэтому ои ≠ оф и оф ≠ ои. Для характеристики качества оптической системы, применяе-мой при съёмке, вводят понятие фактор потери контраста: = ои оф. Его величина даже для идеальных просветлённых современ-ных объективов не может быть равна 1, а составляет 0,8…0,96, так как свет в фотокамере рассеивается ещё диафрагмой, за-твором, стенками корпуса и эмульсионным слоем в процессе его экспонирования.

26

2. Факторы, определяющие правильный выбор экспози-ции при съёмке.

Интервал экспозиции при съёмке определяется интервалом яркостей объекта фотографирования. Δ lg нег = ои = оф Ориентировочные значения интервалов яркостей некоторых объектов фотографической съёмки:

Объект фотографирования

Контраст = Интервал яркостей Открытый пейзаж без неба и переднего плана

10:1 0,6 — 1

Открытый пейзаж с небом 10:1 — 20:1 1,3 — 1,8 Портрет блондина на свет-лом фоне

100:1 — 200:1 1 — 1,3

Портрет брюнета на светлом фоне или человека в чёрном костюме

100:1 — 200:1 2 — 2,3

Пейзаж с большим контра-стом

100:1 — 200:1 2 — 2,3

Интерьер с ярко освещён-ным окном в кадре

1000:1 — 10 000:1 3 — 4

Морской пейзаж с небом и облаками

1000:1 — 10 000:1 3 — 5

3. Фотографические камеры, их классификация.

Фотографической камерой называют устройство, предназна-ченное для получения изображения на фотоматериале и пред-ставляющее собой абсолютно светонепроницаемый корпус, на передней стенке которого расположен объектив, а на противо-положной стенке — фотографический материал. Корпус фото-камеры может быть жёсткой или складной конструкции. Меж-ду фотографическим материалом и объективом находится за-

27

твор — прецизионное устройство, позволяющее автоматически открывать объектив фотокамеры в широком интервале време-ни, от 1/30 до 1/1000 с. Конструктивно затвор может быть рас-положен непосредственно перед светочувствительным мате-риалом, перед или за объективом, но чаще всего внутри объек-тива фотокамеры, между линзами.

Фотографические камеры можно классифицировать по сле-дующим признакам:

способу установки — на стационарные, которые крепятся в одном положении (например, в аэрофотографии); шта-тивные (репродукционные) и ручные (любительские об-щего назначения);

конструкции корпуса — на камеры с постоянным расстоя-нием от передней стенки до кассетной части (ящичные и клап-камеры), с растяжением (складной конструкции) и фотоприставки к приборам;

типу затвора — на камеры с центральным; с щелевым, или шторным; с жалюзийным (аэрофотоаппараты); с гильотинным и обтюраторным затвором;

способу фокусировки — на фотокамеры с матовым стек-лом; зеркальные одно- и двухобъективные; с сопряжён-ным оптическим дальномером; со шкалой дистанций или символов;

устройству кассетной части — на пластинчатые (6×6; 6×9; 9×12; 10×15; 13×18; 18×24 см); катушечные (35; 65; 90 мм — фотоплёнки; 19; 33; 50 см — аэрофотоплёнки); узкоплё-ночные (8 и 16 мм) и с форматной фотоплёнкой (13×18; 18×24; 24×30; 40×5 см);

автоматизации установочных операций (фокусировка и установка выдержки) — на автоматические, полуавтома-тические и неавтоматические.

Оптический прибор, состоящий обычно из нескольких линз и предназначенный для получения на поверхности эмульсионно-го слоя фотоматериала действительного и резкого изображе-

28

ния, называется фотообъективом. Он имеет три важнейшие характеристики: фокусное расстояние f, которое обусловливает масштаб изображения; относительное отверстие ( = ⁄ ), определяющее яркость изображения ( = 1 ⁄ ) и резкость; уг-ловое поле (2β), от величины которого зависит угловой размер изображения.

4. Фотоэкспонометры

Выбор условий экспонирования фотоматериала при съёмке представляет собой самую ответственную стадию фотографиче-ского процесса, во многом определяющую постоянство резуль-татов, качество изображения и художественные особенности фотоснимка. Сегодня в распоряжении фотолюбителей и фото-графов-профессионалов имеются специальные приборы — фо-тоэкспонометры, основанные на использовании простого уравнения, называемого экспонометрической формулой. Она устанавливает взаимосвязь между фотометрическими характе-ристиками объекта фотографирования, параметрами фотогра-фического объектива и светочувствительностью фотоматериала: = , где — средняя яркость объекта фотографирования; — вре-мя экспонирования; S — светочувствительность фотографиче-ского материала; z — относительное отверстие объектива; q — кратность съёмочного светофильтра; — количество света, падающего на фотографический материал; С — постоянная.

5. Съёмочные светофильтры

Светофильтр представляет собой светопоглощающую среду, при прохождении через которую свет не только теряет свою ин-тенсивность, но и изменяет спектральный состав. Светофильт-ры бывают жидкостные, пластмассовые, желатиновые и стеклянные, окрашенные в массе.

29

Основные функциональные зависимости фотографического процесса = (lg ) — характеристическая кривая.

Из характеристической кривой определяются основные пара-метры фотографического материала, которые необходимы фо-тографу для проведения фотосъёмки на высочайшем уровне.

A — величина оптической плотности вуали . Эталонный ряд экспозиции задаётся при помощи сенситометра. Затем при-меняют денситометр — прибор, определяющий величину оп-тической плотности.

AB — область вуали на характеристической кривой.

BC — криволинейный участок характеристической кривой. (Область недодержек — некорректно).

СF — прямолинейный участок характеристической кривой. На этом участке равным приращениям экспозиции соответствуют равные приращения оптической плотности.

FK — криволинейный участок характеристической кривой (об-ласть передержек — некорректно).

lg

A B С

F K

L

Dmax

Hкон Hmax

α

Hmin Hнач l

lполн

D0

30

KL — область соляризации (с увеличением экспозиции плот-ность падает).

Градиент — скорость нарастания оптической плотности. = lg = — тангенс угла наклона прямолинейного участка характери-стической кривой — степень проявленности.

Полный интервал экспозиции — проекция всей характери-стической кривой на ось lg . полн = lg − lg . Проекция прямолинейного участка характеристической кривой — фотографическая широта. = lg кон − lg нач

Средний градиент: ̅ = 0,62. Светочувствительность.

lg

Dmax

A

ρ1 ρ1 = ρ2

tgα1 = tgα2 =

α1 α2

ρ2

D0 + 0,1

31

= = = Эти материалы отличаются только светочувствительностью.

Фотоматериал 1 обладает большей светочувствительностью, по-тому что = крит крит = + 1 — криториальная. = + — оптическая плотность на фотоматериале, который под-вергается полному циклу химико-фотографической обработки, но из проявителя исключаются проявляющие вещества.

Процесс чёрно-белого обращения предусматривает съёмку объ-екта на фотоматериал и особую схему химико-фотографической обработки, которая позволяет получать сразу позитивное фото-графическое изображение.

Стадии химико-фотографической обработки обращаемой плён-ки:

lg

H2 > H1

1 2

H1 H2

D0 + 0,9

32

1) экспонирование;

2) первое чёрно-белое проявление; Δ — (неэкспонированный) 3) водная промывка;

4) отбеливание: + ( ) + → + ( ) ; 5) промывание;

*6) осветляющая ванна: . После осветления плёнка ста-новится неокрашенной;

7) второе экспонирование = → 100 000 Лк ⋅ с. Во время отбеливание происходит подокисление центров свето-чувствительности, природа которых — металлическое серебро. Центр стал меньше. Для того, чтобы достичь критического раз-мера, нужно послать гораздо больше квантов световой энергии, чем при обычном экспонировании. Поэтому мы увеличиваем вторую экспозицию в тысячи раз, чтобы размер центров скры-того изображения перерос в критический. Во время второго экспонирования должны быть засвечены все кристаллы AgBr, которые были не проявлены в первом проявляющем растворе.

8) Второе чёрно-белое проявление;

9) промывание;

10) фиксирование;

11) окончательное промывание.

33

ОЧ-50Л — обращаемая чёрно-белая светочувствительностью 50 ASA любительская.

ОЧ-200ТМ — обращаемая чёрно-белая телевизионная 200 ASA с магнитной дорожкой.

Киноплёнки обращаемые проявляются по гамме. обрлюбит = 1,8 … 2,2 тел = 1,4 … 1,6 Оговаривается величина максимальной и минимальной плот-ности = 1,8 … 2,2 Б, = 0,06 … 0,1 Б (для низкочувстви-тельных 0,06 Б, для высокочувствительных 0,1).

lg

негатив

позитив

34

Цветная фотография Палочки не цветочувствительные, но обладают повышенной светочувствительностью. Колбочки наоборот. Есть три группы рецепторов: синечувствительные, зелёночувствительные и красночувствительные. На основании теории цветного зрения была сформулирована теория формирования цвета Максвелла.

Максвелл ввёл понятия основных цветов (синий, зелёный, красный) и дополнительных (жёлтый, пурпурный, голубой со-ответственно).

Два цвета, которые при смешении образуют белый, называются дополнительными друг к другу. Синему — жёлтый, зелёному — пурпурный, красному — голубой.

Первое цветное изображение было получено Максвеллом сразу же после изобретения чёрно-белой фотографии. Это изображе-ние хранится в Америке в национальном музее. Сначала цвет-ная фотография базировалась на основных принципах чёрно-белой фотографии. Процесс был чёрно-белый, а изображение

С З

З К К

С З

Г Ж Б

C З

К

Г

Б Ж П

35

получали цветное. Первая цветная плёнка была изготовлена в 1935 году (Kodachrome).

Шнайдер предложил процесс Agfachrome (1935). Но там были недиффундирующие цветообразующие компоненты. Процесс выглядит так: чёрно-белое проявление, промывание, засветка (второе экспонирование), цветное проявление, отбеливание, фиксирование.

В 1942 году была изобретена негативная плёнка Agfacolor Neg-ative, что дало возможность снимать цветные фильмы.

В 1944 году была изобретена цветная фотобумага Agfacolor Pos-itive.

24 июня 1945 года был изготовлен первый советский цветной фильм: победный парад.

Любой цветофотографический процесс состоит из трёх стадий.

1) Цветоделение (анализ цвета).

2) Градационные процессы.

3) Синтез цвета.

Б Ж К Г

Изопанхром — плёнка, чувствующая весь видимый диапазон.

C З К

Мы получили чёрно-белые цветоделённые негативы.

36

В фотографической практике существует два принципа полу-чения цветного изображения: аддитивный (additio — сложение) и субтрактивный (subtrahere — вычитание). При аддитивном синтезе используют чёрно-белые цветоделённые позитивы. Со-вмещают не сами цветоделённые изображения, а их проекции на экране. Свет в проекторах должен был окрашен в цвет све-тофильтра, за которым велась съёмка.

Технические методы цветной фотографии

1) Последовательная съёмка фотокамерой за тремя зональны-ми светофильтрами. Просто, но дорого и нельзя снимать дви-жущиеся объекты. Временной параллакс (не совместить конту-ры).

2) Одновременная съёмка тремя камерами за зональными фильтрами. Недостаток: пространственный параллакс.

3) Одновременная съёмка камерой ЦКС 1 с полупрозрачными зеркалами.

Данная система обеспечивает исключение временного и про-странственного параллакса.

Недостатки: сложная система (три кадровых окна, надо син-хронно протаскивать все три).

Расстояние от фокальной плоскости объектива каждый раз разное. Освещённость изменяется обратно пропорционально

ФМ

к

з

с ФМ

ФМ

37

квадрату расстояния. Плотность негатива в каждом кадровом окне будет разным.

4. Съёмка на многослойный фотографический материал.

Достоинства: автоматическое совмещение трёх цветоделённых изображений.

Строение современных цветных негативных фотоматериалов

Эмульсии, применяемые для изготовления современных цвет-ных негативных фотоматериалов, более однородны по размеру частиц и не являются, как раньше, смесью крупных и очень мелких кристаллов галогенида серебра. Кроме того, почти все зональные эмульсионные слои современных негативных фото-материалов изготовлены, как правило, из двух-трёх полуслоёв эмульсии с высокой, средней и низкой светочувствительностью.

В целях существенного уменьшения гранулярности предпочте-ние отдаётся двух- или трёхслойной структуре зональных сло-ёв, чувствительных к зелёному и красному свету.

При двухслойной структуре зонального слоя продукты окисле-ния проявляющего вещества, которые образуются в результате проявления крупных микрокристаллов галогенида серебра в высокочувствительном эмульсионном полуслое, непосредствен-но диффундируют в малочувствительный полуслой, богатый цветообразующей компонентой. Из-за большой концентрации цветообразующей компоненты в этом подслое образование кра-сителя ускоряется, что и приводит к ухудшению гранулярно-сти.

При трёхслойной структуре полуслой, обладающий средней светочувствительностью, расположен между высоко- и низко-чувствительными полуслоями. Продукты окисления из высоко-чувствительного полуслоя диффундируют в полуслой средней светочувствительности. Из-за сравнительно меньшего количе-ства цветообразующей компоненты в среднечувствительном

38

полуслое ухудшения гранулярности не происходит. Поэтому во всех высокочувствительных негативных плёнках ведущих фо-тографических фирм применена трёхслойная структура зо-нальных эмульсионных слоёв.

Верхний, высокочувствительный, эмульсионный зональный полуслой, обычно содержащий крупные Т-кристаллы галоге-нида серебра, имеет максимальную светочувствительность, а нижний, низкочувствительный, с мелкими микрокристаллами, — в 4-8 раз меньшую светочувствительность, чем верхний. Это способствует лучшей передаче деталей в изображении. Изго-товление цветных негативных фотоматериалов с думя-тремя полуслоями при высокой светочувствительности обеспечивает малую зернистость цветного изображения и довольно широкий интервал экспозиции при съёмке.

Негативный фотоматериал, изготовленный полуслоями и со-держащий в них DIR-компоненту, обладает зернистостью почти в два раза меньшей, чем аналогичный фотоматериал, изготов-ленный традиционным методом.

Еще одно важное достижение, которое реализовано в совре-менны цветных негативных фотоматериалах, — быстрое дуб-ление желатина эмульсионных слоёв (процесс дубления проте-кает в течение 30 минут после нанесения эмульсии на основу). Это обстоятельство позволило не только применять для обра-ботки цветных фотоматериалов новые быстрые высокотемпера-турные (30–40 °C) процессы, но и контролировать качество фо-томатериалов сразу же после их изготовления.

Для улучшения цветоделения некоторые фирмы при изготов-лении негативных фотоматериалов применяют активные раз-делительные слои с неокрашенными компонентами. Они пре-дотвращают нежелательное образование красителя в соседних зональных слоях, которое происходит из-за диффузии окислен-ной формы проявляющего вещества в процессе проявления из одного зонального слоя в другой. Отличительная особенность некоторых цветных негативных фотоплёнок повышенной све-

39

точувствительности фирмы «Кодак» состоит в отсутствии тра-диционного жёлтого фильтрового слоя.

Это стало возможным за счёт того, что в процессе спектральной сенсибилизации эмульсии, состоящей из плоских Т-кристаллов, её чувствительность к зелёной и красной областям спектра воз-растает во много раз по сравнению с собственной чувствитель-ностью к сине-фиолетовой части спектра. Чтобы повысить све-точувствительность цветных негативных фотоплёнок, особенно верхнего синечувствительного эмульсионного слоя, под ним располагают прослойку из практически несветочувствительных химически несенсибилизированных мелкодисперсных микро-кристаллов галогенида, которые почти полностью отражают синие лучи, падающие сверху. При размере несенсибилизиро-ванных микрокристаллов 0,1 мкм избыток синих лучей, про-шедших через верхний фотослой, избирательно отражается вверх, так как оптическая плотность прослойки для этих лучей близка к единице, а зелёные и красные лучи проходят вниз беспрепятственно. Место таких прослоек — между высокочув-ствительным и низкочувствительным полуслоями синечувстви-тельного эмульсионного слоя, при этом отпадает необходимость в жёлтом фильтровом слое.

Плёнки второго поколения — маскированные. Третьего поко-ления — один зональный слой изготавливается тремя полу-слоями. Верхний полуслой отвечает за общую чувствитель-ность, а средний и нижний отвечает за структуру, качество изо-бражения.

1

2’

2

3

40

Первый слой — несенсибилизированный. То есть плёнка чув-ствует только синие лучи. 2 — ортохроматический слой. Чувст-вует синее + зелёное. Ортос — правильный (греч.) Третий слой — панхром.

Теория Герни и Мотта: + ℎ коротковолн. → + ̅ 1) сенсибилизатор + ℎ длинноволн. → сенсибилизатор∗ 2) сенсибилизатор∗ + → + + сенсибилизатор 3) [ ] + ̅ → [ ] 4) [ ] + ⃖ → [ ]

Процесс цветного обращения

с г ч б

с

з

к

λ, нм

S

400

41

1) Экспонирование.

2) Чёрно-белое проявление (применяется очень активный про-являющий раствор: фенидонгидрохиноновый, например).

2,5) Промежуточное промывание.

3) Второе экспонирование.

4) Цветное проявление.

с г ч б

с

з

к

с г ч б

с

з

к

42

5) Отбеливание — фиксирование.

6) Окончательная промывка.

с г ч б

ж

п

г г г

п

с

з

к

с г ч б

с

з

к

43

Негативно-позитивный процесс цветной фотографии

Химико-фотографическая обработка цветной негативной плён-ки после экспонирования включает следующие стадии: цветное проявление, отбеливание, фиксирование и промывание между этими операциями и по окончании.

Выберем объект. На объекте выберем четыре цвета: белый, чёрный, синий и жёлтый.

Цветные фотоматериалы состоят из трёх светочувствительных слоёв: сине-, зелёно- и красночувствительном.

Рассмотрим, что произойдёт с нашим материалом во время экс-понирования. Там, где объект имеет белый цвет, экспонирова-ние произойдёт во всех трёх слоях. Там, где чёрный цвет — ни

с г ч б

ж

п

г г г

п

с

з

к

ч г б сс з к

п

г

ж

44

один слой не будет экспонирован. Там, где объект имеет жёл-тый цвет — экспонированными будут зелёный и красный слои.

Вторая стадия: стадия цветного проявления. + → + + + ЦОК → краситель ЦОК — цветообразующая компонента.

Далее — отбеливание и фиксирование. В это время мы удаля-ем образовавшееся металлическое серебро и галогениды сереб-ра. В итоге в нашем слое останутся только красители.

В последнее время все ведущие фирмы ведут обработку по про-цессу Kodak C-41. Он высокотемпературный: 38°. Время обра-ботки от 12,5 до 17,5 минут. Время обработки колеблется из-за разницы во времени промывания. Но этот процесс рассчитан для машинной обработки.

Позитивный процесс

Обработка цветных фотобумаг ведётся опять-таки по процессу Kodak, который называется RA-4. Обработка высокотемпера-турная, 37°. Все операции занимают по 45 секунд. Но есть большое отличие при обработки фотобумаги: отбеливание и фиксирование объединены в одну операцию, отбеливающе-фиксирующую. Нет промежуточного промывания между ними. Отбеливающе-фиксирующий раствор делают на основе Fe(III)EDTA (экологически безвредный). Но есть ещё отличие: в обработку фотобумаг добавили стабилизирующую ванну. Она придаёт дополнительную белизну белым участкам и увеличи-вает срок выцветания красителей, не даёт им быстро разру-шаться.

45

Строение цветных фотобумаг

Первая цветная фотобумага была изготовлена в 1942 году в Германии. Она имела традиционное строение. Галогенид се-ребра в таких фотобумагах был в основном AgBr.

В настоящее время выпускаются цветные фотобумаги третьего поколения на полиэтиленовой подложке, и рассчитаны они на высокотемпературные процессы. Так как негативные фотома-териалы в последнее время делают все маскированные, то и строение у фотобумаг третьего поколения нетрадиционное. Са-мый верхний слой — защитный. Защищает фотобумагу от ме-ханических повреждений. Следующий слой — ультрафиолето-вый фильтровый слой. Его предназначение в задерживании ультрафиолетовых лучей. После него идёт первый светочувст-вительный слой, но не синечувствительный, а зелёночувстви-тельный ортохроматический слой, сделанный на основании AgCl. Далее следует промежуточный слой, затем — панхрома-тический красночувствительный. Тоже сделан на основе AgCl. Нечувствителен к синим лучам, чувствителен только к крас-ным лучам. Далее промежуточный слой и затем — несенсиби-лизированный синечувствительный слой. Он сделан на осно-вании AgBr. Далее идёт белый полиэтиленовый слой. Он со-держит TiO2. Дальше идёт бумажная основа. И последний слой — прозрачный полиэтиленовый слой. Полиэтиленовая под-ложка исключает стадию глянцевания. Такие бумаги достаточ-но обдуть тёплым воздухом или просто подвесить на прищепку. А оксид титана придаёт бриллиантовую белизну отпечатку.

За счёт перемещения слоёв были улучшены структурно-резкостные свойства фотобумаги.

Толщина эмульсионного слоя не более 25 мкм, поэтому делать столько слоёв технологически трудно. Промежуточные слои предназначены для того, чтобы цветообразующие компоненты не могли диффундировать из одного слоя в другой, что приве-дёт к дисбалансу.

46

Способы коррекции избыточного цветового тона на фотоотпечатке

Избыточный цветовой тон зависит от следующих факторов:

1) от спектрального состава света при съёмке;

2) от условий экспонирования (недодержка и передержка);

3) спектральный состав света в фотоувеличителе;

4) химико-фотографическая обработка и негатива, и позитива.

Несоблюдение одного из перечисленных факторов приводит к нарушению баланса по цвету из-за того, что в каком-то слое об-разуется больше красителя.

Изобразим характеристическую кривую:

Правильно экспонированный и правильно обработанный нега-тив имеет одну характеристическую кривую. Реальный отлича-ется, ему характерны три кривых. В случае, если верхний слой мы переэкспонируем или перепроявим, кривая для синечувст-вительного слоя поднимется намного выше. При печати будет избыток жёлтого красителя. Избыточную плотность при печати нужно убрать. Существуют два способа цветокоррекции: суб-трактивный и аддитивный. При субтрактивном есть несколько правил:

1) преобладающий тон изображения устраняется светофильт-рами того же цвета;

lg H

D

47

2) избыточные цветовые оттенки, цвет которых не совпадает с цветом корректирующих светофильтров, устраняется комбина-цией из двух светофильтров;

3) совместное использование трёх светофильтров нецелесооб-разно, так как это приводит к увеличению выдержки при печа-ти;

4) применение корректирующих светофильтров требует увели-чения выдержки.

Набор состоит из 33 стеклянных светофильтров: жёлтых, пур-пурных и голубых. Каждый цвет имеет определённые плотно-сти, которые выражаются в �