Светочувствительность фотоматериала


Светочувствительность фотоматериала
Фотоплёнки Свема

Светочувствительность фотоматериала

  1. способность фотографического материала образовывать изображение под действием электромагнитного излучения, в частности света.
  2. числовая величина, количественно характеризующая эту способность.
  • Используется для определения правильной экспозиции[1].
  • Важным условием определения светочувствительности является стандартизация условий экспонирования и обработки фотоматериала.
  • Применяется также и в цифровой фотографии, причём шкалы числовых значений — общие для цифровой и плёночной фотографии. Отличия только в выбранном критерии.
  • Измеряется в относительных единицах: DIN, ISO, ГОСТ и др.

Содержание

Основные понятия

Критерий светочувствительности — выбранная в сенситометрической системе для определения светочувствительности величина фотографического эффекта.

  • В 1870-х использовался единственный критерий — порог почернения.
  • В 1890 году английскими учёными Хертером и Дриффилдом было создано представление о характеристической кривой. В качестве критерия светочувствительности была выбрана фотографическая инерция (критерий Хертера и Дриффилда) — максимальная величина экспозиции, определяемая в точке пересечения касательной к графику характеристической кривой с осью абсцисс.
  • Сейчас используется величина плотности при определённом градиенте характеристической кривой[2].

Общая светочувствительность — количественная мера светочувствительности, определяемая экспериментально при стандартизированных условиях экспонирования белым светом фотоматериала и его последующей обработки. Измеряется по получаемой оптической плотности фотоматериала, 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 чувствительность — такая же количественная мера, измеренная при экспонировании монохроматическим светом определённой длины волны. Также это наименование применяется к графику зависимости спектральной чувствительности от длины волны (или частоты) электромагнитного излучения. Чувствительность большинства плёнок не является строго равномерной по всему диапазону видимого света с резким обрывом на границе.

Эффективная чувствительность — 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 значений, означающих общую светочувствительность 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 двух значащих цифр.
  • Реже применяется логарифмическая шкала, числа которой составляют арифметическую прогрессию логарифмов арифметической шкалы. DIN — логарифмическая шкала[3].
  • Для цветных фотоматериалов в сенситометрии используется несколько различных понятий плотности фотоматериала.

Чувствительность фотоплёнок

Стандарт светочувствительности

В настоящее время (2001 год и позже) наибольшее распространение получило указание чувствительности 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 чувствительность в стандарте ISO указывается изготовителем в инструкциях к фотоаппаратам и пленкам, а также используется на шкале экспонометров.

Сравнение единиц

Sv (APEX) (1960+) ISO (1974+) ASA (1960-1987) DIN (1961-2002) ГОСТ (-1986)
Пример пленки
данной чувствительности
-2     0    
  1/1° 1 1 (1)  
  1,2/2° 1,2 2 (1)  
-1 1,6/3° 1,6 3 1,4  
  2/4° 2 4 (2)  
  2,5/5° 2,5 5 (2)  
0 3/6° 3 6 2,8  
  4/7° 4 7 (4)  
  5/8° 5 8 (4)  
1 6/9° 6 9 5,5 original Kodachrome
  8/10° 8 10 (8) Polaroid PolaBlue
  10/11° 10 11 (8) Kodachrome 8 mm film
2 12/12° 12 12 11 Gevacolor 8 mm reversal film
  16/13° 16 13 (16) Agfacolor 8 mm reversal film
  20/14° 20 14 (16) Adox CMS 20
3 25/15° 25 15 22 old Agfacolor, Kodachrome 25
  32/16° 32 16 (32) Kodak Panatomic-X
  40/17° 40 17 (32) Kodachrome 40 (movie)
4 50/18° 50 18 45 Fuji RVP (Velvia)
  64/19° 64 19 (65) Kodachrome 64, Ektachrome-X
  80/20° 80 20 (65) Ilford Commercial Ortho
5 100/21° 100 21 90 Kodacolor Gold, Kodak T-Max (TMX), Provia
  125/22° 125 22 (130) Ilford FP4+, Kodak Plus-X Pan
  160/23° 160 23 (130) Fujicolor Pro 160C/S, Kodak High-Speed Ektachrome
6 200/24° 200 24 180 Fujicolor Superia 200
  250/25° 250 25 (250) Tasma Foto-250
  320/26° 320 26 (250) Kodak Tri-X Pan Professional (TXP)
7 400/27° 400 27 350 Kodak T-Max (TMY), Tri-X 400, Ilford HP5+
  500/28° 500 28 (500)  
  640/29° 640 29 500 (560) Polaroid 600
8 800/30° 800 30 700 Fuji Pro 800Z
  1000/31° 1000 31 (1000) Kodak P3200 TMAX, Ilford Delta 3200 (see text below)
  1250/32° 1250 32 (1000)  
9 1600/33° 1600 33 1400 (1440) Fujicolor 1600
  2000/34° 2000 34 (2000)  
  2500/35° 2500 35 (2000)  
10 3200/36° 3200 36 2800 (2880) Kodak T-Max (TMZ)
  4000/37° 4000 37 (4000)  
  5000/38° 5000 38 (4000)  
11 6400/39° 6400 39 5600  
  8000/40°        
  10.000/41°        
12 12.500/42° (12.800/42°) 12.500     Nikon D3S и Canon 1D mkIV (2009)
  16.000/43°        
  20.000/44°        
13 25.000/45° (25.600/45°)       Nikon D3S и Canon 1D mkIV (2009)
  32.000/46°        
  40.000/47°        
14 50.000/48° (51.200/48°)       Nikon D3S и Canon 1D mkIV (2009)
  64.000/49°        
  80.000/50°        
15 100.000/51° (102.400/51°)       Nikon D3S и Canon 1D mkIV (2009)

Определение ISO чувствительности для плёнок

Определение светочувствительности чёрно-белого фотоматериала по стандарту ISO

Найти экспозицию (в единицах лк·с), 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 проявка 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, чувствительность плёнки может увеличиваться и уменьшаться. В частности, существуют способы поднять чувствительность чёрно-белой плёнки в несколько раз по сравнению с метоловым проявителем.

Фотоматериалы, которые не могут удовлетворить описанным требованиям, не маркируются числом чувствительности. Для них используется «индекс экспозиции», обозначаемый как E.I. и приблизительно соответствующий (по числовому значению) чувствительности ISO, которое можно использовать при экспонометрии.[4]

Изменение чувствительности обработкой после экспонирования

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 — ;
    • Подбор состава проявителя — наиболее безопасный способ повышения чувствительности. Самые удачные рецептуры дают выигрыш в одну-две-три ступени (до 8 раз) по сравнению со стандартным проявителем.
  • 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.[5]

Завышение чувствительности плёнки производителем

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

Методы повышения чувствительности до экспонирования

Гиперсенсибилизация (от hyper — над, сверх и сенсибилизация) — Обработка светочувствительного материала до экспонирования, изменяющая свойства фотографического слоя в сторону улучшения условия образования скрытого изображения при съёмке. 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.[6]

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.

Чувствительность позитивных плёнок

Для позитивных плёнок применяется стандартный позитивный проявитель.

Светочувствительность фотоэмульсионного слоя

Основная статья: Фотоэмульсионный слой

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

Основная статья: Сенсибилизация (фото)

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 матриц цифровых фотоаппаратов

Основная статья: Матрица (фото)

Матрица состоит из фотодатчиков (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 фотодатчиков (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;

Измерение и изменение чувствительности матриц

Примечания

  1. Светочувствительность — статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание)
  2. Сенситометрия — статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание)
  3. Фотокинотехника: Энциклопедия / Главный редактор Е. А. Иофис — М.: Советская энциклопедия, 1981.
  4. Krasnogorsky Zavod — НТЦ — Q&A — Светочувствительность
  5. БСЭ, статья «Фотографические эффекты»
  6. БСЭ. статья «Гиперсенсибилизация»

См. также