Физика и техника записи и воспроизведения сигналов изображения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФИЗИКА И ТЕХНИКА ЗАПИСИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ СИГНАЛОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Лекция 1

18 часов

Цель и содержание дисциплины. Данная дисциплина относится к циклу специальных дисциплин и позволяет глубже понять обоснованность требований, предъявляемых к фотографическим и эксплуатационным свойствам фотокиноматериалов. Целью преподавания данной дисциплины является формирование у студентов четких представлений о теоретических и технических основах формирования сигналов изображения в светочувствительных слоях кинофотоматериалов, а также их воспроизведения в процессе просмотра на экране. Кроме того, дисциплина знакомит (кратко) с основными этапами фильмопроизводства.

В 2004 году исполняется 109 лет со дня изобретения братьями Люмьер кинематографа. За этот срок пройден огромный путь от появления первых движущихся изображений до произведений киноискусства, от первых, несовершенных съемочных и проекционных аппаратов до сложной современной широкоформатной аппаратуры со стереозвуком, а в ряде случаев и стереоизображением.

Кратко рассмотрим основные этапы развития кинематографа. В 1829 году бельгийский профессор Жозеф Плато создал прибор, который назвал фенакистископом (в переводе с греческого - обманывающий зрение). На диске, между радиальными щелями, были нарисованы последовательные фазы движения дровосека. При вращении диска зритель в зеркале быструю смену изображений, которые воспринимались как плавные движения дровосека. Это изобретение легло в основу принципов, на которых построен современный кинематограф.

В конце 70х годов 19 века московский фотограф Болдырев предложил наносить эмульсионный слой на прозрачные ленты, продемонстрированные в 1882 г. на Всероссийской промышленной выставке в Москве под названием «смоловидные пластинки». Однако изобретение русского самородка, как всегда в России, не получило практического применения. Этой идеей успешно воспользовался американский ученый и изобретатель Томас Эдисон. Он создал аппарат для серийного фотографирования движущихся объектов с частотой от 40 до 60 снимков в секунду. При этом съемка велась на целлулоидной длинной ленте, покрытой светочувствительным слоем. По бокам ленты были прорублены круглые отверстия, впоследствии названные перфорациями (от французского «pervoration» - дырка). Свой аппарат Эдисон назвал кинематографом (от греческого слова «кинема» - движение и «графио» - нишу). Каждая фотография, на которой зафиксировано изображение объекта в определенной фазе его движения, называется кадром (от французского «kadre» - рамка).

В 1883 году Демени создал аппарат для проекции на экран последовательных фаз изображения снятого объекта. Особенностью его являлось применение перфорированной прозрачной ленты, транспортируемой зубчатым барабаном. А прерывистое движение ленты осуществлялось пальцевым механизмом. Световая проекция кадра осуществлялась только при его остановке в канале перед объективом. На время движения ленты световой поток, не попадая в объектив, закрывался вращающимся диском с вырезом. Такой затвор в виде вращающего диска с прорезями получил название обтюратора.

Появление кинематографа обязано, как уже указано выше, изобретению французского инженера Луи Люмьера, который запатентовал свой аппарат для киносъемки 13 февраля 1895г. Его особенностями было перфорированная целлулоидная пленка, ее прерывистое движение осуществлялось грейферным механизмом, разработанным Карпантье, а перекрытие света осуществлялось обтюратором. Название грейфер происходит от немецкого глагола «greifen» - хватать. Пленка имела ширину 35мм. Киносъемка и проекция осуществлялась со скоростью 16 кадров/сек.

В начале 1895г. Луи Люмьер осуществил у себя на фабрике первую съемку и кинопроекцию снятой им хроники - «Выход рабочих с фабрики».

Первая публичная демонстрация кинематографа для зрителей состоялась 28 декабря 1895 года в «Град-кафе» на бульваре Капуцинов в Париже. Этот день считается днем рождения кинематографа и отмечается ЮНЕСКО.

Первые демонстрации кинофильма в России состоялось в 1896 г. в Петербурге в царском дворце в Петергофе. В России в те времена кинопленка и киноаппаратура не производилась, а покупалась за границей. В стране было лишь несколько киностудий и 1000 кинотеатров, размещенных преимущественно в Европейской части России.

Производство кинофильмов - это основная отрасль кинематографии - зародилось в первые годы после изобретения и показа движущихся изображений на экране.

В нашей стране первые фильмы были сняты в 1907 году. В 1930 году произошел переход от немого кино к звуковому. В 1936 г. в нашей стране появилось цветное кино. В 1954г. начинается выпуск широкоэкранных и панорамных кинофильмов, а с 1959г. широкоформатных 70мм фильмов со стереозвуком.

Основы записи и воспроизведения сигналов изображения. Фотометрические свойства поверхностей и сред: поглощение, пропускание, отражение, рассеивание. Запись фотографического изображения мы будем рассматривать применительно к фотографическому галогенсеребряному фотографическому слою. Объектив образует оптическое изображение объекта на светочувствительном слое. После экспонирования, приводящему к образованию скрытого фотографического изображения, этот слой подвергается проявлению, заключающемуся в химической обработке, приводящей к возникновению видимого фотографического изображения. После этого неэкспонированное и неизмененное светочувствительное вещество фотографического слоя удаляют посредством растворения, именуемого фиксированием изображения. Полученное в результате всех перечисленных операций фотографическое изображение представляет собой обычно негатив, в котором светлые части объекта фотографирования выглядят темными, а темные - светлыми. Далее негатив печатают на другом светочувствительном слое, который в свою очередь дает видимое фотографическое изображение, называемое позитивом, отпечатком или копией.

Данный процесс не воспроизводит цвета объекта фотографирования, передавая их как в негативе, так и в позитиве в виде одноцветных (обычно черно-белых) изображений.

Для получения цветных изображений применяются специальные фотографические процессы и материалы. Эти процессы используют сочетание одноцветных процессов, воспроизводящих цвета объекта посредством различных соотношений трех цветов.

Фотографический галогенсеребряный слой можно рассматривать как среду, которую можно характеризовать определенными значениями поглощения, пропускания, рассеивания и отражения.

Отражение - явление, возникающие на границе двух средств (напр. Воздуха и стекла) и заключающееся в том, что при попадании света из первой среды на границу раздела с другой средой взаимодействие света с веществом приводит к появлению световой волны, распространяющейся от границы раздела обратно в первую среду. Пространственное распределение интенсивности отраженного света определяется структурой поверхности. Матовые и шероховатые поверхности, у которых размеры неровностей соизмеримы с длиной световой волны л или превышают ее и неровности расположены беспорядочно, отражают свет диффузно. При диффузном отражении света световые лучи рассеиваются во все стороны равномерно, независимо от угла их падения на поверхность. Гладкие (полированные, зеркальные) поверхности, у которых размеры неровностей малы по сравнению с л, отражают свет зеркально. При зеркальном отражении света существует определенная связь между направлениями падающего и отраженного лучей. Интенсивность отраженного света зависит от угла падения лучей на поверхность, а также от характера поляризации света в падающем пучке. Кроме зеркального и диффузного отражения света возможно также направленное (смешанное) отражение света, при котором часть лучей отражается зеркально, а часть - диффузно.

Отражение света поверхностями характеризует коэффициент отражения с, который представляет собой безразмерную величину, которая равна отношению светового потока, отраженному от поверхности, к световому потоку, падающему на поверхность. Наибольшими значениями коэффициента отражения обладают поверхности, покрытые специальными светоотражающими составами (напр. поверхности кинопроекционных экранов), у которых к.о. составляет 0,85. И наоборот, для уменьшения к.о. поверхности линз объективов на них наносят специальные просветляющие слои.

Один из основных законов зеркального отражения света, устанавливает связь между направлениями падающего и отраженного лучей. Согласно этому закону луч падающий, луч отраженный и нормаль к поверхности лежат в одной плоскости и угол отражения по абсолютной величине равен углу падения.

Рассеяние - изменение характеристик светового потока при его взаимодействии с веществом. Рассеяние света связано с различными причинами. Так, в разряженном газе оно обусловлено взаимодействием света с отдельными атомами и молекулами, в чистых жидкостях и кристаллах - с молекулами вещества. В средах со значительными нарушениями оптической однородности (т.н. мутных средах) - дымах, туманах, молочных стеклах и в т.ч. в эмульсионных фотографических слоях, - интенсивность света, рассеянного оптическими неоднородностями, пропорциональна л- 4, где л - длина световой волны. Этим объясняется, например, голубой цвет неба и красноватый цвет заката: коротковолновые составляющие спектра лучей Солнца рассеиваются в атмосфере гораздо сильнее, чем длинноволновые, в результате рассеянный свет имеет голубоватый оттенок, а прошедший красноватый.

Во многих случаях описание рассеяния света возможно в рамках волновой теории излучения. Падающая световая волна возбуждает в частицах среды вынужденные колебания электрических зарядов. Возбужденные частицы становятся источниками вторичных световых волн. При этом определяющую роль играет интерференция света между падающими и вторичными волнами.

В оптических системах рассеяние света приводит к ухудшению качества оптического изображения. Рассеяние света в оптических системах уменьшают использованием однородных материалов при изготовлении оптических деталей (линз, призм, в т. ч. эмульсионных слоев), полировкой оптических поверхностей.

Поглощение - явление, ослабления интенсивности света при его прохождении через какую либо среду. Обусловлено превращениями световой энергии в другие виды энергии в результате взаимодействия электромагнитных волн средой. Следует заметить, что без поглощения нет и фиксации сигнала, выраженного в данном случае физико-химическими изменениями микрокристаллов фотографического слоя. Для оценки степени поглощения света в веществе или оптической системе служит коэффициент поглощения определяемый отношением поглощенного излучения к падающему на среду. Величина коэффициента поглощения показывает - какая часть проходящего излучения поглощается средой или оптической системой.

Если свет поглощается в микрокристаллах галогенида серебра эмульсионного слоя, то он вызывает физико-химические изменения в этих микрокристаллах. Величину этих изменений, выраженной в виде оптической плотности, называют фотографическим эффектом. Конечно, чтобы оптическую плотность получить, нужно провести химико-фотографическую обработку фотослоя.

Самосветящиеся поверхности являются первичными источниками света. Наиболее распространенными источниками света являются нагретые тела. Для любых источников спектральный состав излучения характеризуется спектральной плотностью энергии в абсолютных или относительных единицах. Для источников с непрерывным спектром он может определяться также единым параметром - цветовой температурой. Цветовой температурой Тс данного источника излучения называется такая абсолютная температура абсолютного черного тела, при которой в видимой зоне спектра их относительные спектральные составы совпадают.

Цветовая температура является одной из основных характеристик освещения, которую надо учитывать при практической съемке. Она также одно из основных нормируемых величин сенситометрических источников света.

Структурная схема кинематографического процесса. Кинокамера - негативный (позитивный) материал - съемка, визуализация изображения (химико-фотографическая обработка) - печать позитивного изображения - монтаж фильма - речевое озвучивание, запись музыки, изготовление надписей - перезапись фонограммы фильма. Сдача фильма на двух пленках - монтаж негативов - печать копий на одной пленке.

Принципиальная схема киносъемочного аппарата. Оптическая часть киносъемочного аппарата. Оптическая часть киносъемочного аппарата состоит из объектива и видоискателя. Киносъемочный объектив, в принципе, не отличается от объектива фотоаппарата. Так также состоит из многолинзовой системы, позволяющей устранить различные оптические и хроматические аберрации (искажения). Объектив кинокамеры формирует изображение объекта съемки на светочувствительной кинопленки. Для компенсации различий в степени освещенности объекта объективы кинокамер снабжены ирисовой диафрагмой. Так же как и у фотоаппаратов применяются сменные объективы, которые конструктивно оформляются в виде турели, а также объективы с переменным фокусным расстоянием.

Конструкция объективов постоянно усложнялась и совершенствуется до сего времени, не смотря на переход к цифровой фотографии и видеосъемке.

Конструктивно объектив состоит из линз и диафрагмы, заключенных в общую оправу. Кроме линз некоторые объективы имеют и систему зеркал.

Линзы представляют из себя прозрачные стекла, ограниченные криволинейными (сферическими) поверхностями или одной плоскостью и одной криволинейной поверхностью. Для специальных видов киносъемки, например в ультрафиолетовых или инфракрасных лучах, применяют линзы из кварца, флюорита, каменной соли.

Я думаю, что принцип действия линзы и ход лучей в ней Вы достаточно усвоили из курса физики, поэтому мы не будем подробно это разбирать.

Типы фотографических объективов. В 1812 году на смену плосковыпуклой линзе в камере - обскуре была предложена предложена вогнуто - выпуклая линза - "МЕНИСК". Это первый объктив, обладающий ослабленными аберрациями. Следует отметить, что мениск иногда находит применение и в наши дни при портретной съемке, когда требуется получить эффект художественного мягкого изображения. Его применяют также в качестве объектива в простейших любительских киноаппаратах. Схемы основных фотографических объективов приведены на рис. 1.

Рис. 1. Схемы основных типов фотографических объективов:

а - мениск, б - ландшафтная линза, в - перископ, г- апланат, д- триплет, е - анастигмат.

кинематограф запись воспроизведение сигнал

В качестве киносъемочных объективов применяют в основном анастигматы, содержащие 5-7 линз. Разрешающая способность большинства киносъемочных объективов достигает 55-60 лин/мм. в центре и 30-35лин/мм на краю кадра.

Особо следует остановиться на объективах для съемки в ультрафиолетовых лучах, поскольку обычное оптическое стекло в зависимости от сорта пропускает только ультрафиолетовые лучи длинноволновой зоны, не короче 320-350нм.

Для съемки в ультрафиолетовых лучах средней зоны применяются специальные объективы, изготовленные из прозрачного кварца, каменной соли или флюорита. Флюорит - это плавиковый шпат - СаF2 обладает наибольшей проницаемостью для ультрафиолетовых, а также для инфракрасных лучей. Для изготовления оптических деталей применят совершенно прозрачные кристаллы плавикового шпата. Флюорит обладает очень малой дисторсией (аберрация, выражающаяся в искривлении прямых линий), что значительно упрощает конструкцию изготовленных из него объективов.

Для съемки в невидимых ультрафиолетовых лучах применяют специальный серебряный фильтр, который имеет максимум пропускания в УФ области около 313 нм. Поскольку ультрафиолетовые лучи подвержены большему преломлению, требуется корректировка фокусного расстояния объектива.

Для наблюдением за объектом съемки, а также для наведения на резкость, применяются, в основном, оптические видоискатели, позволяющие определить границы кадра. Имеются кинокамеры и с очень простой наводкой на резкость, вернее без таковой. У этих кинокамер объектив, как правило, короткофокусный жестко встроен и настроен на гиперфокальное расстояние, т.е. минимальное расстояние от съемочного объектива до такой плоскости в пространстве, при фокусировке на которую задняя граница резко изображаемого пространства находится в бесконечности. При этом передняя граница оказывается на расстоянии, равном половине гиперфокального расстояния. Обычно передняя граница резко изображаемого пространства у таких кинокамер лежит в пределах от 1 до 2 метров и зависит от фокусного расстояния. Чем меньше фокусное расстояние, тем с более близкого расстояния можно осуществлять съемку такой кинокамерой. Но такая конструкция объективов применяется только в простой любительской аппаратуре. Более совершенные современные видоискатели имеют 100% площадь визирования по кадру. Изображение на них подается с помощью зеркального обтюратора, расположенного под углом 450 к оптической оси объектива. Наводка на резкость производится по матовому стеклу или микрорастру.

Эффект движения передается в кино с помощью статических кадров, фиксирующих фазы движения, которые проецируются на экран или на фотопленку со скоростью 24 кадра в секунду. В зависимости от требований, предъявляемых к проецируемому изображению применяют перфорированные кинопленки различной ширины. 8 мм для любительской киносъемки, 16 мм для телевизионной, научной и документальной киносъемки, 35 мм. - для киносъемки художественных и документальных фильмов, включая широкоэкранные с применением анаморфотных насадок, 70 мм. для съемки художественных широкоформатных кинофильмов повышенного качества.

Но независимо от ширины применяемой кинопленки, принцип получения фиксированных фаз движения и последующего их воспроизведения на киноэкране остается неизменным со времен изобретателей кино - братьев Люмьер. С повышением класса кинокамер усложняется только лентопротяжный и грейферный механизмы, позволяющие получить более устойчивое изображение при съемке и проекции, снижение уровня шума, и более сложные оптические системы (объектив и видоискатель).

Основная литература

1. Т.К.Джеймс. Теория фотографического процесса, Л. 1980, 672 с.

2. А.С. Голод. Техника фильмопроизводства. М.: Искусство, 1963, 324 с.

3. В.А. Зернов Фотографическая сенситометрия. М.: Искусство,, 1980, 286 с.

Дополнительная литература

Отечественная кинотехника, современные методы и аппаратура фильмопроизводства. Сб. науч. Трудов Ленингадского института киноинженеров. Л.: ЛИКИ, 1983, 140 с.

Размещено на Allbest.ru