Определение градационных характеристик фотоматериалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК)

Курсовая работа по аэрофотосъёмке на тему

Определение градационных характеристик фотоматериалов

Работу выполнил

студент 2го курса

ФПКиФ ИСТ II-1-б

Чурсин Иван

Москва 2012г.

Введение

Для эффективного использования светочувствительных материалов необходимо знание их рабочих характеристик. Наука, занимающаяся изучением свойств светочувствительных материалов, называется фотографической метрологией. Важнейшим результатом метрологических разработок являются стандарты на испытание светочувствительных материалов.

Наиболее совершенного уровня достигла метрология галогенидосеребряных фотографических материалов. Объясняется это тем, что до расцвета цифровых методов получения изображений они играли очень важную роль в полиграфии и фотографии. Разработанные метрологической наукой принципы, методы и системы испытания фотографических материалов легли в основу метрологии других светочувствительных материалов и систем, в том числе и новых. Поэтому рационально изучать метрологию на примере фотографических материалов. Здесь будут рассмотрены основные представления и методы фотографической метрологии и стандарты на черно-белые фототехнические материалы, используемые в полиграфии.

Фотографическая метрология имеет три раздела: интегральную сенситометрию, спектральную сенситометрию и структурометрию (микросенситометрию).

Интегральная сенситометрия занимается фотографическими свойствами материалов и методами измерения их характеристик, обнаруживаемых при воздействии интегрального (белого) излучения. В качестве источников излучения используются сенситометрические источники с цветовой температурой 3200 К и 5500 К. К основным характеристикам, определяемым методом интегральной сенситометрии, относятся сенситометрические параметры, рассчитываемые по характеристической кривой фотоматериала, - светочувствительность, коэффициент контрастности и др.

Спектральная сенситометрия занимается исследованием спектральной чувствительности материалов. Она использует построение монохроматических характеристических кривых, по которым определяются спектральная чувствительность и монохроматический коэффициент контрастности. Результатом испытания материала методом спектральной сенситометрии является кривая его спектральной чувствительности. Спектральная сенситометрия изучает также воздействие зональных излучений (цветочувствительность).

Структурометрия изучает способность фотоматериала воспроизводить мелкие детали изображения. Основными структурометрическими характеристиками являются разрешающая способность, зернистость, функция передачи модуляции.

Сенситометрия

В основе сенситометрии лежит экспериментальное получение характеристической кривой фотографического материала в заданных условиях. Ввиду того, что на характеристическую кривую влияют условия экспонирования и проявления , все условия сенситометрического испытания материала должны быть максимально приближены к условиям его эксплуатации.

Испытания должны характеризоваться высокой точностью и воспроизводимостью. Это возможно, если:

- все условия их проведения строго определены в регламентирующих документах, которыми являются государственные стандарты;

-для испытаний используется аппаратура, способная обеспечить точность и воспроизводимость экспонирования и обработки фотоматериалов и соответствие их стандартным условиям;

- окончательный результат испытания должен представлять среднее значение, полученное из ряда параллельных испытаний;

- строго регламентирован способ измерения оптических плотностей и способ определения сенситометрических параметров по характеристическим кривым или семейству характеристических кривых.

Сенситометрическое испытание проводится с использованием следующих приборов: сенситометр, проявочное устройство, денситометр. Для построения характеристических кривых и определения по ним сенситометрических параметров используется специальные сенситометрические бланки.

Регламентации подлежат спектральный состав излучения тип шкалы экспозиций, уровень времен экспонирования, проявитель и режимы проявления, способы определения сенситометрических параметров и оптимального времени проявления. Конкретные нормы различны для разных типов материалов, поэтому для черно-белых фотографических материалов существует не один стандарт, а группа стандартов (ГОСТ 10691.0-84, ГОСТ 10691.6-84). Процесс сенситометрического испытания состоит из этапов:

- сенситометрическое экспонирование с получением нескольких копий сенситометрического клина в одинаковых условиях;

- проявление этих копий, называемых сенситограммами, в течение ряда времен, фиксирование, промывка и сушка, проводимые в стандартных условиях;

- измерение визуальных диффузных оптических плотностей сенситограмм на поверенном рабочем денситометре;

- построение семейства характеристических кривых на стандартном сенситометрическом бланке;

- определение сенситометрических параметров в соответствии со стандартом;

- построение на полулогарифмическом бланке кривых кинетики проявления

- определение времени проявления по рекомендуемому параметру, например по рекомендуемому коэффициенту контрастности;

- определение остальных сенситометрических параметров фотоматериала по найденному времени проявления.

Рассмотрим каждый этап подробнее.

Сенситометрическое экспонирование

Для экспонирования в сенситометрии используют специальные приборы-сенситометры.

светочувствительный фотографический сенситометрический экспонирование

1 - источник света; 2 - затвор; 3 - светофильтр среднего дневного света; 4 - серый светофильтр; 5 - диафрагмы, предотвращающие попадание на материал света, отраженного от стенок; 6 - ступенчатый оптический клин; 7 - фотоматериал

Этот афокальный сенситометр (он не имеет объектива) содержит следующие основные части: сенситометрический источнике света (лампа с цветовой температурой излучения 2850 К), затвор, позволяющий задавать определенные времена экспонирования, набор светофильтров, позволяющий изменять цветовую температуру сенситометрического источника, ступенчатый оптический клин с константой (шагом оптических плотностей) 0,15 и кассету с фотоматериалом.

Сенситометрический источник должен отвечать целому ряду требований.

1. Источник должен иметь определенный состав излучения, т.е. заданную цветовую температуру. В соответствии со стандартами сенситометры должны обеспечивать возможность получения нескольких цветовых температур: 2850 К (норма искусственного света ламп накаливания), 5500 К (норма солнечного света) и 3200 К (копировальный источник света).

2. Сила света сенситометрического источника должна обеспечивать в плоскости фотографического материала получение освещенностей, приближенных к практическим условиям. В противном случае вследствие невзаимозаместимости сенситометрические параметры материала не будут отражать свойств материала при его практическом применении.

3. Излучение источника должно быть стабильным во времени и в заданном направлении, что зависит от типа лампы и соблюдения режимов ее питания.

4. Лампы должны иметь небольшой размер светящегося тела и небольшие габариты.

Для выполнения перечисленных условий в сенситометрах

Используются специальные сенситометрические источники света. Они состоят из сенситометрической лампы и светофильтров, позволяющих изменять цветовую температуру источника. Излучение этой лампы имеет цветовую температуру К. Для обеспечения заданных спектральных характеристик и силы света лампа включается через стабилизатор, на котором устанавливаются заданные метрологической службой режимы питания: напряжение на цоколе лампы и потребляемый ток.

Известны следующие эмпирические зависимости, связанные с изменением напряжения лампы по сравнению с напряжением, указанным на цоколе лампы:.

где - напряжение, указанное на цоколе лампы, - напряжение питания лампы, - сила света лампы при напряжении , - цветовая температура лампы, a L - срок жизни лампы. Индекс 1 относится к номинальным значениям, а индекс 2 - к измененным. Номинальный срок жизни сенситометрических ламп составляет около 2000 часов.

Для превращения лампы накаливания в источник света с цветовой температурой 5500 К ее экранируют конверсионным светофильтром среднего дневного света, который состоит из нескольких оптических стекол, склеенных оптическим клеем. Таким же образом получают цветовую температуру 3200 К. Светофильтры имеют определенную визуальную кратность, которую учитывают при расчете экспозиции.

Модулятор экспозиций служит для сообщения фотографическому материалу ряда экспозиций, отвечающих условию

где k - константа. Для создания ряда экспозиций используется шкала освещенностей, когда экспозиции варьируются за счет изменения освещенности при постоянной выдержке:

Модулятор, работающий на этом принципе, представляет собой шкалу с постоянным шагом оптических плотностей, называемую ступенчатым оптическим клином. Шаг плотностей называют константой клина. Стандартная константа клина равна 0,15 Б. Для испытания контрастных фотоматериалов допускается использование клиньев с константами 0,05 и 0,1 Б. Оптическая плотность любого поля ступенчатого оптического клина может быть рассчитана по формуле

где D - оптическая плотность поля клина, k - константа клира n - номер поля клина.

Сенситометрический клин должен обладать спектрально-неизбирательным поглощением. Такой клин называют нейтрально-серым.

Обычно клин представляет собой слой поглощающего вещества переменной толщины и, следовательно, переменной оптической плотности, нанесенный на твердую прозрачную подложку. Например, клин может быть изготовлен из коллоидного графита на стеклянной подложке. Схема сенситометрического клина

От количества полей оптического клина зависит интервал освещенностей lgE (соответственно интервал экспозиций lgH), которые сенситометр может создать на поверхности фотоматериала. Стандартный клин с константой 0,15 содержит 21 поле и обеспечивает интервалы освещенностей экспозиций, равные 3,0. Освещенности и экспозиции соседних полей различаются

Абсолютные значения экспозиций определяются временем экспонирования (Н = Et). Задается выдержка с помощью автоматического затвора. К затвору предъявляются жесткие требования. Он не должен допускать расхождения в выдержках более 1-2%. Достаточно точными и воспроизводимыми являются затворы с падающей шторкой (в современных конструкциях используют затворы других типов). Автоматическая выдержка Равна 0,05 с. Выдержки при использовании конкретного материала должны быть близкими к практическим временам экспонирования и могут отличаться от автоматической.

Если выдержка 0,05 с для испытуемого материала слишком велика (материал высокой светочувствительности), то используют серый светофильтр. Он имеет оптическую плотность 0,9 и снижает освещенность поверхности клина в 8 раз.

Сенситометрическое проявление

Точность и воспроизводимость результатов сенситометрического испытания в значительной степени зависят от условий химико-фотографической обработки. Эти условия должны быть строго регламентированы и выдерживаться с высокой точностью. Особенно важна стадия проявления, в течение которой скрытое изображение превращается в видимое. Состав проявителя и режимы химико-фотографической обработки регламентируются техническими условиями (ТУ) на каждый тип пленки.

Проявление проводится в проявочной машине, обеспечивающей необходимый режим перемешивания. Температура раствора поддерживается с точностью 0,5, а время проявления - с точностью 1 с. После приготовления проявителя вследствие взаимодействия проявляющего вещества с кислородом воздуха активность проявителя изменяется в течение нескольких часов (обычно возрастает). При дальнейшем его хранении в закрытых сосудах происходит стабилизация свойств. Поэтому проявитель используют не ранее чем через 12 часов после приготовления и в течение допустимого срока хранения. При проявлении фотопленок состав проявителя в машине также изменяется - он истощается. Истощению противостоят буферные свойства проявителя. Чтобы изменение свойств проявителя не превысило допустимой величины и не сказывалось на сенситометрических параметрах, производится периодическая регенерация проявителя в машине путем введения специальных добавок.

В случае кюветной обработки (при стандартном испытаний ее использование не рекомендуется) существует несколько простых правил.

a. Фотоматериал помещается в кювету эмульсией вверх, и вся поверхность сразу смачивается проявителем.

b. В кювету наливают такое количество проявителя, чтобы над эмульсионным слоем было не менее 10 мм раствора и на каждый квадратный дециметр поверхности приходилось бы не менее 100 мл свежего раствора. Для интенсификации проявления кювету необходимо покачивать (до 30 покачиваний в минуту).

c. После удаления пленки из проявителя процесс проявления не заканчивается, так как набухший слой содержит проявитель, процесс останавливают, погружая пленку в стоп-ванну. Это раствор уксусной (1-2%) или серной кислоты с рН = 4,5. Вследствие падения рН внутри эмульсии проявление, требующее щелочной среды, останавливается.

d. Для фиксирования используют свежеприготовленный кислый фиксаж в количестве не менее 20 мл на 1 пленки. В фиксаже, имеющем температуру , пленка выдерживается в течение времени, в 2 раза большего времени полного осветления сенситограммы, причем первые 30 с раствор интенсивно перемешивают.

e. Сенситограммы промывают в проточной воде комнатной температуры.

f. Сушат сенситограммы в равномерном потоке теплого воздуха.

При проведении сенситометрического испытания несколько сенситограмм (например, пять), полученных при одинаковых условиях экспонирования, проявляют в течение различного времени. Времена проявления отдельных сенситограмм составляют геометрическую прогрессию. Их выбирают так, чтобы наибольшая продолжительность проявления обеспечивала получение максимальных светочувствительности и коэффициента контрастности.

Измерив визуальные диффузные оптические плотности полей сенситограмм, строят семейство характеристических кривых для всех времен проявления на специальном бланке, называемом стандартным сенситометрическим бланком.

Денситометр

Приборы, предназначенные для измерения оптических плотностей, называются денситометрами. Денситометры любой схемы содержат узлы источник света с блоком питания, оптическое устройство для освещения испытуемого образца, оптическое устройство для передачи прошедшего через образец светового потока на фотоприёмник, фотоприёмеик, электронная схема преобразования сигнала на выходе приёмника, имерительная часть с регистрирующим или отсчётным устройством.

По виду приемника света денситометры могут быть визуальными и фотоэлектрическими. В визуальном денситометре приемником света служит глаз. В денситометре есть два пучка света, выравненных между собой по яркости в одном поле зрения. При введении сенситограммы в один из пучков света, равенство в полях нарушается. По изменению светового потока, прошедшего через почернение в сенситограмме, определяют ее оптические плотности. Визуальные денситометры применяют редко в связи с трудоемкостью измерения. В фотоэлектрическом денситометре приемником света служит фотоэлемент или фоторезистор. В простейших фотоэлектрических денситометрах установлен селеновый фотоэлемент, служащий одновременно приемником светового пучка, проходящего через измеряемый участок кинопленки, и источником электрического тока для гальванометра, показывающего оптическую плотность.

К денситометрам этого типа относятся и приборы с двумя селеновыми фотоэлементами и оптическим клином. В таких денситометрах один световой пучок от лампы, проходя через круговой оптический клин, диафрагму и измеряемую сенситограмму, освещает поверхность измерительного фотоэлемента. Второй световой пучок освещает поверхность компенсационного фотоэлемента. Предварительно он ослабляется серым светофильтром и компенсационным клином, установленным на пути лучей света. Фотоэлементы подключены к гальванометру таким образом, что при равенстве их освещенностей разность получаемых фототоков равна нулю. Это соответствует нулевому положению указателя гальванометра.

В современных денситометрах селеновые фотоэлементы заменяют фотоэлектронными умножителями (фотоумножителями), представляющими собой устройство, состоящее из фотокатода с электронным умножителем, усиливающим поток электронов, испускаемых фотокатодомпри его облучении светом.

Оптическая схема денситометра

В современных денситометрах селеновые фотоэлементы заменяют фотоэлектронными умножителями (фотоумножителями), представляющими собой устройство, состоящее из фотокатода с электронным умножителем, усиливающим поток электронов, испускаемых фотокатодом при его облучении светом. Большинство денситометров рассчитано на измерение диффузной оптической плотности D^. т. е. почернения в сенситограмме освещаемого рассеянным световым пучком. Для этого на пути светового пучка установлено молочное стекло, на которое фотографическим слоем вниз помещают сенситограмму. Такое измерение почернений совпадает с условиями контактного печатания изображения. Если в денситометре сенситограмма освещается параллельным пучком света, т. е. без рассеивателя, то почернение поля сенситограммы оценивается регулярной оптической плотностью D ц, которая обычно больше диффузионной оптической плотности. Регулярной оптической плотностью D g пользуются для оценки почернений, имеющих малые размеры, не перекрывающие световой пучок в обычных денситометрах. В этих случаях используют микроденситометры, имеющие оптические системы с 20--40-кратным увеличением. Оценка почернений регулярной оптической плотностью близка к условиям проекционного (оптического) печатания изображения. Зависимость численного значения оптической плотности, состоящей из металлического серебра, от способа ее измерения определяют отношением регулярной оптической плотности D g к диффузной плотности D% того же почернения: где Q -- коэффициент Калье. Он обычно тем больше, чем выше плотность серебряного почернения и зернистее кинопленка Поэтому нельзя сопоставлять показания микроденситометра с показателями обычного денситометра.

Стандартный сенситометрический бланк

Для построения характеристических кривых используется стандартный сенситометрический бланк.Бланк связан с клином сенситометра: расстояние между его вертикальными осями равно константе клина. Напомним, что константа стандартного клина равна 0,15. Бланк построен так, что на нем можно легко и быстро строить характеристические кривые и определять по ним сенситометрические параметры фотографического материала (на бланке нанесена масштабная сетка я номограммы, облегчающие расчет сенситометрических параметров фотоматериалов).

По координатным осям бланка откладываются следуюие величины: по оси абсцисс - логарифмы экспозиций, а по оси ординат - оптические плотности сенситограммы. Оси снабжены одинаковыми масштабными шкалами. Цена крупного деления шкал 0,1, а мелкого - 0,02. Ось оптических плотностей имеет Деления от 0,0 до 4,0. Именно такая максимальная плотность Доступна для измерения на большинстве денситометров. Начало координат оси lgH (lgH = 0) находится в середине координатной оси, имеющей протяженность от -3,0 до +3,0. Это позволяет строить на бланке характеристические кривые фотоматериалов с Различной светочувствительностью.

Для удобства построения характеристических кривых параллельно оси ординат с шагом, совпадающим по величине с конcтантой клина (0,15), проведены прямые линии, также называемые осями бланка. Оси разделены на основные и вспомогательные. Одна из основных осей совпадает с делением шкалы lgH= 1,0. т Нее через ось в обе стороны располагаются другие основные СИ бланка. Над ними сверху нанесены экспозиции, составляющие геометрическую прогрессию с модулем 2. Отношение экспозиций соседних основной и вспомогательной осей равно 2'/2 = 1,4 j.

Через каждые 0,5 единиц на оси оптических плотностей проведены горизонтальные линии, а через 0,1 единицы - тонкие горизонтальные линии, либо на основных осях повторяется масштабная шкала D.

Внизу под осью логарифмов экспозиций располагается ось светочувствительности, представляющая номограмму для расчета светочувствительности. На ней отложены значения lgS = -lgH, а оцифровка соответствует числам светочувствительности, т.е. использована логарифмическая шкала. Крайняя правая ось служит для определения коэффициента контрастности , минимального полезного градиента и среднего градиента . Методика их определения описана ниже.

Построение семейства характеристических кривых

При юстировке сенситометра добиваются, чтобы при автоматической выдержке экспозиция за контрольным полем клина соответствовала одной из осей сенситометрического бланка. Контрольным является первое или среднее поле клина. При 21-польном клине среднее поле - 11-е. Если установить за 11-м полем экспозицию 0,16 , экспозиции за остальными полями клина попадут на оси бланка, а экспозиции за соседними полями - на соседние оси.

Построение проводится так. Сенситограммы измеряют на поверенном денситометре и составляют таблицу, столбцы которой соответствуют разным сенситограммам (различным временем проявления), а строчки - номерам полей сенситограммы. Таблицы содержит оптические плотности полей сенситограмм. Для удобства определения номера поля на каждом 5-м поле клина нанесена треугольная метка.

На бланке находят ось, соответствующую экспозиции за контрольным полем клина (одиннадцатым). При одной автоматической выдержке она соответствует определенной при юстировке сенситометра величине, например 0,16 . Если задавалось две или четыре автоматических выдержки, экспозиция , равна произведению 0,16 на число автоматических выдержек, например На оси 0,31 откладывают оптические плотности контрольного поля каждой из сенситограмм Оптические плотности соседних полей сенситограммы откладывают на соседних осях бланка. Например, оптические плотности для 10-го поля сенситограмм наносят на ось с Н = 0,44 (вспомогательная ось между осями с Н = 0,31 и 0,63 . Получают семейство характеристических кривых. Кривые заканчивают, откладывая слева оптические плотности фона сенситограмм . Над кривыми семейства можно надписать времена проявления.

Для каждой из характеристических кривых семейства рассчитывают сенситометрические параметры фотоматериала.

Фотографические свойства кинопленок определяют по характеристической кривой, показывающей зависимость оптической плотности (D) от десятичного логарифма количества освещения, сообщенного светочувствительному слою, т. е. от логарифма экспозиции lg#. Характеристическую кривую строят на миллиметровой бумаге или на специальных сенситометрических бланках, с координатной сеткой, имеющей одинаковые масштабы по оси абсцисс и по оси ординат. По оси абсцисс отложены логарифмы экспозиций lg/7, по оси ординат -- величины оптических плотностей D. Кроме того, бланк имеет шкалы экспозиций сенситометра в Лк.с и шкалы, указывающие числа светочувствительности по разным критериям и формулам. Для построения характеристической кривой сенситограммы ее оптические плотности отмечают на ординатах бланка, соответствующих экспозициям, при которых были получены эти плотности. Затем с помощью линейки соединяют точки, расположенные прямолинейно. После чего по лекалу соединяют нижние и верхние точки. Многие характеристические кривые имеют прямолинейный и два криволинейных участка Иногда при вычерчивании характеристической кривой некоторые точки выпадают. Такие выпадения точек могут быть от пузырьков,, соринок и т. п. дефектов сенситограммы. Поэтому спрямление средней части характеристической кривой за счет пропуска нескольких точек вполне правомерно. Это правило справедливо и для точек, расположенных на криволинейных участках характеристической кривой.

В характеристической кривой принято различать следующие участки: вуаль (i)--оптическая плотность неэкспонированного участка кинопленки. Количественно оптическая плотность вуали равна разности между оптической плотностью неэкспонированного участка пленки и плотностью ее подложки; начальный участок (1--2) -- криволинейная часть характеристической кривой, наклон которой увеличивается с ростом экспозиции.

Прямолинейный участок (2--4) -- часто называемый областью прямопропорционального воспроизведения. В пределах интервала логарифма экспозиций, соответствующего этому участку, рост оптических плотностей идет прямо пропорционально увеличению логарифмов экспозиций; конечный участок {4--6) --- криволинейная часть характеристической кривой, рост оптических плотностей которой снижается с увеличением экспозиции.

Порог почернения (5) Д10 р -- минимальная различаемая оптическая плотность сверх вуали; максимальная оптическая плотность (6) D -- оптическая плотность конечного криволинейного участка; соляризация (7) -- участок характеристической кривой, лежащий правее точки 6 и имеющий наклон, противоположный основной характеристической кривой.

По характеристической кривой определяют ее градационные характеристики, к ним относятся: коэффициент контрастности (8) у -- тангене угла наклона прямолинейного участка характеристической кривой.

Коэффициент контрастности можно определить непосредственно на бланке. В этом случае из точки лежащей на оси абсциссы (она на бланке отмечена штрихом) проводят прямую, параллельную прямолинейному участку характеристической кривой до пересечения с крайней (правой) осью ординат. Число на этой оси показывает величинукоэффициента контрастности; градиент g -- крутизна характеристической кривой, оцениваемая ее наклоном к оси логарифмов экспозиции. Количественно градиент равен тангенсу угла наклона касательной к оси абсцисс в любой точке характеристической кривой; средний градиент g -- тангенс угла наклона секущей, проходящей через две точки характеристической кривой, оптическая плотность которых принята полезными для образования изображения. Количественно средний градиент g оценивается отношением приращения оптической плотности к приращению логарифма экспозиций

или отношением разности двух оптических плотностей к разности соответствующих им логарифмов экспозиций:

где g -- средний градиент; Dn, Dm -- полезные оптические плотности, соединенные секущей; lg Hn и lg Hm -- логарифмы экспозиций, соответствующие этим плотностям; tgp -- тангенс угла наклона секущей, проходящей через полезные точки характеристической кривой. Средний градиент (g) можно определить и графически на бланке, как это осуществляется при нахождении коэффициента контрастности.

Фотографическая широта

Численно полезная фотографическая широта равна разности логарифмов экспозиций, соответствующих верхней и нижней полезным точкам на характеристической кривой:

L* = lg Нт -- lg Hn

где Ьъ -- логарифмический показатель полезной фотографической широты; lg Нт-- логарифм экспозиции, соответствующий максимальной оптической плотности на характеристической кривой;

lg Hn -- логарифм экспозиции, соответствующий порогу почернения.

Общая фотографическая широта L -- интервал экспозиций, в котором все три характеристические кривые имеют одинаковые прямолинейные участки или одинаковы по градиенту.

Размещено на Allbest.ru