Светочувствительность фотоматериала

Светочувствительность фотоматериала

• (1) способность фотоматериалов образовывать изображение под действием света. По аналогии определяют светочувствительность к лучам невидимого излучения ИК и УФ-диапазонов электромагнитного поля, к рентгеновскому излучению.
• (2) цифровая величина, количественно характеризующая способность фотоматериалов к формированию изображения, которая используется для определения правильной экспозиции при фотосъёмке. Важным условием определения светочувствительности является стандартизация условий проявления фотоматериала.

Светочувствительность фотоматериалов измеряется в относительных единицах: DIN, ISO, ГОСТ и др.

Понятие "светочувствительность" используется для правильной экспозиции фотоматериала. Поэтому из аналоговой фотографии оно было перенесено и в цифровой фотографии, для определения экспозиции, аналогиично с применением термина в традиционной фотографии. Но физический смысл понятия в этом случае иной - регулируется степень усиления сигнала с матрицы, характер использования групп пикселей и пр..

Общие сведения

Критерий светочувствительности — выбранная в сенситометрической системе для определения светочувствительности величина фотографического эффекта. В 1870-х использовался единственный критерий — порог почернения. С 1890 года за основу оценки светочувствительности была взята фотографическая инерция (критерий Хертера и Дриффилда). Сейчас используется величина плотности при определённом градиенте характеристической кривой.

Общая светочувствительность — количественная мера светочувствительности, определяемая экспериментально при стандартизированных условиях экспонирования «белым светом» (RGB) фотоматериала и его последующей обработки. Измеряется по получаемой оптической плотности фотоматриала, или, для электронных устройств, по величине выходного сигнала устройства. Также называется интегральной или фотографической чувствительностью. Для краткости именно общая светочувствительность обычно называется светочувствительностью или чувствительностью фотоматериала.

Спектральная светочувствительность — такая же количественная мера, измеренная при экспонировании монохроматическим светом определённой длины волны. Также это наименование применяется к графику зависимости спектральной светочувствительности от длины волны (или частоты) электромагнитного излучения. Чувствительность большинства плёнок не является строго равномерной по всему диапазону видимого света с резким обрывом на границе. Для цветных фотоматериалов (фотопленок, фотобумаги др.) при сенситометрии используется цветное изображение, которое формируется тремя красителями в трёх эмульсионных слоях при их проявлении. На экране в получаемом цветном изображении происходит наложеие цветов этих слоев (Например, аддитивный или субтрактивный синтез цвета). Численные величины сенситометрических параметров получают для каждого слоя в отдельности — это при аналитической оценке. А при необходимости проводят сенситомерию единого целого оптического изображения. Проводится интегралная аттестация, т.е. оценки единого целого цветного оптического изображения, полученного на базе трех отдельны цветовых слоев. При этом используется фотопечать на стандартной цветной фотобумаге с последущей визуальной оценкой.

Эффективная светочувствительность — применяется при съёмке через светофильтр.

Светочувствительности число — количественное выражение общей светочувствительности, которым маркируется фотоматериал. Это число и измеренное значение яркости или освещённости снимаемых объектов служат для нахождения или установки экспозиции.

Светочувствительности шкала — принятая в конкретной сенситометрической системе последовательность чисел, означающих величину общей светочувствительности материала. Наносится на калькуляторы экспонометрических устройств.

• Арифметическая шкала представлена в виде геометрической прогрессии, обычно с коэффициентом $\sqrt{2}\approx 1,4$, реже $\sqrt[3]{2}\approx 1,26$. Этот коэффициент является константой фотометрического клина, который применяется при сенситометрических испытаниях. Числа в шкале обычно округляются до 2-х ненулевых цифр.
• Реже применяется логарифмическая шкала, числа которой составляют арифметическую прогрессию логарифмов арифметической шкалы. DIN — логарифмическая шкала.

.

Светочувствительность фотоплёнок

Стандарт светочувствительности

В настоящее время (2001 год и позже) наибольшее распространение получило указание светочувствительности фотоматериала в относительных единицах ISO, принятая в 1974 году. Ранее эта система называлась ASA, также существовали ещё два стандарта на число светочувствительности — DIN и ГОСТ.

Именно светочувствительность в стандарте ISO указывается изготовителем в инструкциях к фотоаппаратам и пленкам, а также используется на шкале экспонометров.

Определение ISO светочувствительности для плёнок

Определение светочувствительности чёрно-белого фотоматериала по стандарту ISO

Найти экспозицию, на которой оптическая плотность плёнки (после проявления по стандартизованному процессу) превышает плотность незасвеченной плёнки на 0,1. После деления 0,8 на это число получаем чувствительность в линейных единицах ISO.

Для чёрно-белых плёнок «стандартным процессом» является проявление в стандартном метоловом проявителе; для цветных — проявка по соответствующему процессу.

Время проявления определяется достижением определённого стандартом среднего градиента на некотором участке характеристической кривой. Началом принимается точка D₀+0,1, окончанием — точка с экспозицией в 20 раз большей (в логарифмических единицах 1,3). Увеличение плотности почернения на этом участке должно составлять 0,8±0,05.

Заметим, что, в зависимости от режима проявки, светочувствительность плёнки может увеличиваться и уменьшаться. В частности, существуют способы поднять светочувствительность чёрно-белой плёнки в несколько раз по сравнению с метоловым проявителем.

Фотоматериалы, которые не могут удовлетворить описанным требованиям, не маркируются числом светочувствительности. Для них используется «индекс экспозиции», обозначаемый как E.I. и приблизительно соответствующий (по числовому значению) светочувствительности ISO, которое можно использовать при экспонометрии.

Завышение светочувствительности плёнки производителем

У некоторых плёнок высокой чувствительности «штатным» режимом проявки является проявка с увеличением светочувствительности. Например, в стандартном проявителе получается чувствительность 1000, в рекомендуемом — 3200. Для них указывается именно завышенная чувствительность.

Светочувствительность после обработкой при экспонировании

Любой из применяемых методов, эффективный для чёрно-белой плёнки, имеет ограниченное применение для цветных фотоматериалов, так как приводит к существенному изменению цветового баланса.

• Пуш-ап (англ. push-up) — изменение условий проявления фотографического материала для повышения эффективной чувствительности:
  • Время проявления — удвоение времени проявления по сравнению со стандартным для данного материала приводит к увеличению эффективной чувствительности в 1.4-1.7 раза, в зависимости от кинетики конкретных веществ, и к увеличению коэффициента контраста в 1.1-1.3 раза. Одновременно с этим растёт плотность вуали;
  • Концентрация проявляющего вещества — ;
  • Температура проявителя — ;
• Латенсифика́ция (лат. latens — скрытый и лат. facio — делаю) — усиление существующего скрытого изображения в фотографическом материале, служащая для повышения эффективной светочувствительности. Самый простой способ — слабая дополнительная засветка фотослоя после основной экспозиции перед проявлением. Дополнительное воздействие такого рода происходит увеличение неустойчивых центров скрытого изображения и переход их в устойчивое состояние. Интенсивность засветки подбирается так, чтобы увеличение уровня вуали не составило более чем 0.05—0.01. При этом условии светочувствительность может быть повышена в 2—4 раза. В наибольшей степени повышается чувствительность низкочувствительных материалов. Как и гиперсенсибилизация, латенсификация даёт плохо воспроизводимые результаты.

Методы повышения светочувствительности до экспонирования

Гиперсенсибилизация (от греч. hyper — над, сверх и сенсибилизация) — Обработка светочувствительного материала до экспонирования, изменяющая свойства фотографического слоя в сторону улучшения условия образования скрытого изображения при съёмке.

Наиболее распространены:

• Промывание фотоплёнки в воде и последующее высушивание. Данный метод основан на уменьшении концентрации ионов галогена в фотографической эмульсии. Благодаря этому ослабляется их тормозящий эффект и уменьшаются явления рекомбинации, разрушающие центры скрытого изображения.
• Погружение фотоплёнки в водный раствор аммиака и/или нитрата серебра. Данное действие повышает концентрацию ионов серебра на поверхности микрокристаллов.
• Обработка парами ртути. Осаждение атомов ртути в центрах светочувствительности изменяет их активность.
• Насыщение фотографической эмульсии водородом. При последующей съёмке ионы галогена в значительной степени оказываются связаны водородом, тем самым снижается их тормозящее действие, как и в случае промывания водой.
• Нагревание фотографического материала до температуры 50—60°С. Это приводит к увеличению концентрации подвижных ионов серебра (вышедших из узлов кристаллической решётки в результате тепловых колебаний. Также такие ионы называются междуузельными).
• Обработка в растворе триэтаноламина.
• Слабая предварительная засветка фотоматериала, не приводящая к образованию скрытого изображения как такового, но увеличивающая число неустойчивых центров скрытого изображения.

Особенности гиперсенсибилизации:

• В наибольшей степени при гиперсенсибилизации меняется добавочная светочувствительность, нежели собственная.
• Достигнутый гиперсенсибилизацией эффект, как правило, сохраняется в течение нескольких часов, поэтому обработку совершают непосредственно перед съёмкой или хранят гиперсенсибилизированный материал в прохладном месте между процедурой гиперсенсибилизации и экспонированием.
• Поскольку, в отличие от производства фотографической эмульсии, гиперсенсибилизация может происходить в различных, хуже нормированных условиях, она часто даёт нестабильные, плохо воспроизводимые результаты.

Эти основные свойства ограничивают применение гиперсенсибилизации. Долгое время гиперсенсибилизацию массово применяли для повышения чувствительности инфракрасных плёнок. Однако, по мере развития электронных светочувствительных элементов, были достигнуты лучшие результаты в этой области спектра.

Светочувствительность позитивных фотоплёнок

Для позитивных фотоплёнок применяется стандартный позитивный проявитель.

Светочувствительность фотоэмульсионного слоя

Основу фотоэмульсионного слоя составляет конгломерат светочувствительных микрокристаллов («зерен») галогенидов (хлорида, бромида и иодида) серебра в коллоидных системах, равномерно распределённых в желатине или в другом защитном коллоиде. По сути фотопленка представляет собой слой сухого геля желатина с микрокристаллами (кубической или кубооктаэдрической формы) галогенида серебра, которые образуются после нанесения эмульсии на гибкие или жесткие прозрачные подложки (пленки из органических оптических материалов или на листовое стекло) с последующей сушкой.

Светочувствительность с увеличением размера микрокристаллов возрастает. Вместе с тем, увеличивается также и зернистость получаемого изображения.

Спектральная сенсибилизация

Светочувствительность галогеносеребряных материалов может быть представлена в виде суммы собственной (естественной) светочувствительности галогенидов серебра, и добавочной светочувствительности, обусловленной поглощением электромагнитного излучения адсорбированными поверхностью микрокристаллов галогенида серебра молекулами специального вещества — сенсибилизатора. В роли такового обычно выступают некоторые органические красители. Таким образом получают фотопленки, различающихся по спектральной чувствительности.

Например — добавочная чувствительность изохроматических материалов составляет 65 % от общей при свете ламп накаливания, и около 32 % — при дневном свете.

Светочувствительность фотосенсоров цифровых фотоаппаратов

Основной элемент фото-датчика матрица (фото) состоит из фотодиодов — (пикселей) — отдельных светочувствительных элементов, реагирующих на электромагнитное излучение (в том числе световое). В отдельном ее элементе (пикселе) под действием падающего луча света генерируется электрический заряд. Таким образом, светочувствительность матрицы складывается из светочувствительности всех её фотодиодов — (пикселей) и в целом зависит от:

• интегральной светочувствительности, представляющей собой отношение величины фотоэффекта (в миллиамперах) к световому потоку (в люменах) от источника излучения, спектральный состав которого соответствует вольфрамовой лампе накаливания (этот параметр позволяет оценить светочувствительность сенсора в целом);
• монохроматической светочувствительности — отношения величины фотоэффекта к величине световой энергии излучения (в миллиэлектронвольтах), соответствующей определённой длине волны;

Сенситометрия фотосенсоров

Рис.1, Схема (ХК) фотосенсора цифрового фотоаппарата

Каждый светочувствительный материал имеет свой диапазон значений выходного сигнала, который определяет фотографическую широту. Мы измеряем и в дальнейшем используем именно выходной сигнал с учетом возможности получения его в зоне прямого участка (ХК) (см. Рис.1). Это и ограничивает его влияяния на получаемое значение фотографической широты. В зависимости от выбора величины ISO от 100 до 1600 углы наклона (ХК) от α₁ до α₅ увеличиваются, а оптимальные значенич (ФШ) уменьшаются, уменьшаются оптимадьные диапазоны величины заряда пикселей (плотности). При этом идет сдвиг графика по оси экспозиций (абсцисс) влево. Т.е. с увеличеним чувствительности (ИСО) увеличивается зона шума и уменьшается диапазон «плотности» или величины заряда каждого пикселя.

См. также

• Светочувствительность
• Фотоматериалы
• Фотоплёнка
• Фотоэмульсионный слой
• Матрица (фото)
• Сенситометрия