Основы воспроизведения цвета на черно-белые фотоматериалы

Современная фотография охватывает обширный круг объектов. Трудно перечислить все возможные случаи съемки и их особенности. Можно лишь выделить основные группы объектов, обладающих сходными свойствами. Так, все встречающиеся объекты можно подразделить на ахроматические (черно-белые) и хроматические (цветные). При съемке первых учитываются только яркостные свойства, при съемке вторых и цветовые свойства, т. е. спектральный состав отражаемого света.

Цветовые оттенки объекта в черно-белой фотографии передаются на изображении соответствующими плотностями почернений. Значение последних зависит от фотохимического эффекта, создаваемого излучениями различных спектральных зон и часто не соответствуют зрительно воспринимаемым значениям яркостей.

Излучения различных спектральных зон по-разному взаимодействуют с существующими приемниками света (рис. 52). Так, глаз человека воспринимает электромагнитные излучения в более широком интервале длин волн от 380 до 760 нм. Максимум его спектральной чувствительности приходится на желто-зеленую область (λ = 554 нм). Наиболее яркими для него являются желто-зеленые цветовые оттенки. При одинаковых значениях энергии излучения фиолетовые, синие и красные спектральные зоны кажутся нам менее яркими, а голубые и оранжевые имеют некоторое среднее значение.

Рис. 52. Спектральная чувствительность различных приемников излучения: 1 – несенсибилизированного фотоматериала; 2 – глаза человека

Спектральная чувствительность различных фотоматериалов существенно отличается от спектральной чувствительности зрения. У несенсибилизированных (с природной чувствительностью) она распространена только на коротковолновую часть спектра. При съемке такие фотоматериалы не передают желто-зеленые и оранжево-красные цветовые оттенки. Поэтому на фотоснимке соответствующие им участки выглядят глубоко черными, а фиолетовые, синие и голубые участки – светлыми (яркими). По мере расширения зоны спектральной чувствительности фотоматериал дополнительно воспринимает зеленые, желтые, оранжевые и красные цветовые оттенки.

Более приспособлены для съемки цветных объектов панхроматические и изопанхроматические фотоматериалы, чувствительные к излучениям видимой части спектра в области 400-680 нм. Однако и они имеют повышенную чувствительность к коротковолновому (ультрафиолетовому, фиолетовому и сине-голубому) излучению, и различные по цвету объекты передаются на снимках плотностями, не соответствующими зрительно воспринимаемым значениям яркостей. Чем больше энергия излучения, тем плотнее участки изображения при съемке. На снимках, наоборот, коротковолновому излучению соответствуют участки с меньшей плотностью (большей яркостью).

Несоответствие отображаемых на черно-белых фотоматериалах цветовых оттенков реально воспринимаемым яркостям объясняется повышенной природной чувствительностью галогенидов серебра к ультрафиолетовым, фиолетовым и сине-голубым лучам. Применение сенсибилизаторов расширяет область их чувствительности, однако эффективная чувствительность в длинноволновой области спектра значительно меньше природной и неодинакова в различных спектральных зонах.

Искажения в передаче цветовых оттенков при съемке на черно-белые фотоматериалы происходят и из-за различий спектрального состава источников искусственного и естественного света. Так, для ламп накаливания характерно преобладание оранжево-красных лучей; солнце, дуговые лампы, импульсные источники света излучают больше коротковолновых (ультрафиолетовых и сине-голубых). Изменяются интенсивность и спектральный состав солнечного света в различное время дня. Поэтому одни и те же цветовые оттенки объекта в зависимости от выбранного источника света и времени съемки будут восприниматься фотоматериалом по-разному.

Вследствие этих причин цветовые оттенки объектов на черно-белых фотоматериалах передаются искаженно. Поэтому в практике фотографии нередко возникает необходимость изменения цветопередачи при съемке, например, для достижения цветопередачи, приближенной к зрительному восприятию цветовых оттенков предметов обстановки на местах происшествий, следов и т. п.; для искажения цветового контраста, выделения деталей одного цвета и исключения деталей другого цвета при выявлении слабовидимых записей, следов и др. При решении этих задач применяются специальные оптические среды – светофильтры.

Светофильтры

Светофильтры – это плоскопараллельные оптические среды, избирательно поглощающие (пропускающие) проходящее через них излучение, ослабляющие мощность и изменяющие структуру светового потока как в видимой, так и невидимой зонах спектра.

Световой поток, попадая в оптическую среду светофильтра, претерпевает явления отражения, пропускания и поглощения света. Его оптические свойства характеризуют спектральные коэффициенты отражения, пропускания и поглощения (ρ_ג, τ_ג, α_ג), показывающие, какая доля светового потока соответственно отражена, пропущена и поглощена светофильтром. Отражение, пропускание и поглощение света происходит одновременно, но их соотношение различно и зависит от длины волны излучения. При этом количество отраженного, поглощенного и пропущенного света равно общему количеству падающего светового потока, а сумма коэффициентов отражения, поглощения и пропускания равна единице:

.

Спектральные коэффициенты отражения, пропускания, поглощения представляют безразмерные величины, максимально равные единице, либо выражаются в процентах. Их измеряют, воздействуя на светофильтр монохроматическими излучениями видимой и невидимой зон спектра. Для оценки спектральных свойств светофильтра строят зависимость изменения коэффициентов пропускания (поглощения) от длины волны излучения. Данные характеристики представляют собой кривые, построенные в прямоугольной системе координат: по оси абсцисс откладывают длины волн излучения, по оси ординат – значения спектрального коэффициента пропускания (поглощения).

Светофильтры отражают, поглощают и пропускают свет селективно, т. е. не одинаково для излучений различных длин волн. Любая спектральная характеристика светофильтра включает зону полного поглощения, зоны частичного поглощения и пропускания и зону полного пропускания (см. рис. 53).

Форма кривой зависит от характера избирательного поглощения вещества красителя, использованного при изготовлении светофильтра, его концентрации и толщины слоя.

Коэффициенты пропускания и поглощения – обратные по отношению друг к другу величины. Поэтому спектральная кривая поглощения имеет по отношению к спектральной кривой пропускания зеркальный вид.

Спектральные свойства светофильтров изучают на специальных приборах – спектрофотометрах. Наиболее совершенными из них являются фотоэлектрические саморегистрирующие спектрофотометры. Они представляют собой двулучевые приборы, которые сравнивают прошедший через среду световой поток с эталонным для непрерывного ряда длин волн излучения. Основными их элементами являются осветительное устройство, монохроматор и фотометрическое устройство с записывающим приспособлением, которое автоматически регистрирует результаты сравнения и вычерчивает кривую спектрального пропускания (поглощения) в прямоугольной системе координат: по оси абсцисс откладываются длины волн излучения, по оси ординат – значения спектрального коэффициента пропускания (поглощения).

Кривые спектрального пропускания (поглощения) светофильтров для стекол определенной толщины сводят в атласы. Анализируя спектральные свойства, подбирают один либо два составленных вместе светофильтра с необходимой областью спектрального пропускания (поглощения). Сопоставляя спектральную кривую светофильтра и спектральную чувствительность фотоматериала, можно в определенной степени предвидеть получаемые при съемке результаты.

При съемке со светофильтром определенная доля излучения поглощается, уменьшая количество световой энергии, попадающей на светочувствительный слой. Соответственно следует увеличивать и экспозицию. Число, показывающее во сколько раз необходимо увеличить экспозицию при съемке со светофильтром по отношению к съемке без светофильтра (при неизменной освещенности) для получения негативов одинаковой плотности, называется кратностью. Кратность светофильтра выражают через отношение величин общей и эффективной светочувствительности фотоматериала (S_общ., S_эф.). Ее определяют либо в ходе сенситометрических испытаний фотоматериала со светофильтром и без него по получаемым кривым почернения; либо экспериментально – фотографируя объект со светофильтром и без него с различными выдержками. После обработки фотоматериала выбирают негативы равной плотности, а из соотношения выдержек, использованных при съемке, определяют значение кратности.

Значение кратности светофильтра не является величиной постоянной. Она зависит от спектрального состава излучения источника света и спектральной чувствительности применяемого фотоматериала.

Для источников излучения солнца, дуговых и импульсных ламп, в спектре которых преобладает коротковолновое излучение, желтые, оранжевые и красные светофильтры, поглощающие ультрафиолетовые, фиолетовые и сине-голубые лучи, имеют большую кратность, а для ламп накаливания меньшую. Синие и голубые светофильтры имеют большую кратность для освещения, создаваемого лампами накаливания, поскольку в их спектре преобладает длинноволновое излучение.

Кратность съемочных светофильтров (желтых, оранжевых и красных), указанная на оправе, в справочной литературе, справедлива только для изопанхроматических фотоматериалов (рис. 54 б). Для несенсибилизированных – их кратность равна бесконечности. Для ортохроматических – бесконечности равна кратность оранжевых и красных светофильтров, поскольку они поглощают спектральную зону излучений, к которой чувствительны данные фотоматериалы (рис. 54 а).

Рис. 54. Зависимость кратности светофильтров от спектральной чувствительности

фотоматериала: а – ортохроматического; б – изопанхроматического

Марку и значение кратности обычно наносят на оправу светофильтра. В справочной литературе имеются и сводные таблицы кратности для съемки на различные по сенсибилизации фотоматериалы, как для естественного, так и для искусственного освещения (см., например, табл. 5, 6).