Изменение контраста фотографических изображений

Методы изменения контраста в процессе съемки достаточно эффективны. Однако при исследовании некоторых объектов различаемость выявляемых деталей недостаточна, поэтому возникает необходимость дальнейшего их усиления. В таких случаях применяют методы изменения контраста полученного фотографического изображения. К ним относятся методы химического усиления, ослабления, выравнивания контраста; контратипирование; суммирование и вычитание изображений; фильтрация деталей и др.

Химическое усиление, ослабление и выравнивание контраста основаны на химико-фотографических способах обработки фотографического изображения (негативного или позитивного).

Ослабление – это процесс окисления металла серебра и перевод его в соединения, хорошо растворимые в воде или тиосульфате натрия. В криминалистической фотографии оно применяется для исправления ошибок, допущенных при съемке и лабораторной обработке фотоматериалов:

– для уменьшения общей плотности негатива при передержке или перепроявлении;

– для ослабления вуали, являющейся предварительным этапом обработки перед усилением;

– для увеличения передаваемого на снимке интервала яркостей объекта, например, у контрастных негативов, полученных при съемке объектов с чрезмерно большим интервалом яркостей.

Первая и вторая задачи решаются применением поверхностных (например, фармеровского) ослабителей, третья – применением пропорциональных и суперпропорциональных ослабителей.

Выравнивание контраста является эффективным методом повышения качества судебно-фотографических снимков, позволяющим извлекать дополнительную информацию из участков недодержек и передержек исходного негатива. Кроме суперпропорциональных ослабителей наиболее приемлемо здесь сине-желтое тонирование. Исходный негатив сначала обрабатывается в синем тонирующем растворе, а затем в растворе желтого красителя, который активнее оседает на участках малой плотности и незначительно там, где она большая. Отпечатки, получаемые с таких негативов на несенсибилизированном фотоматериале, имеют довольно ровный контраст. Дополнительно его регулировка достигается изменением концентрации красителя в растворе и использованием при печати синих и желтых светофильтров.

Усиление – это процесс осаждения на исходные плотности негатива дополнительного количества металла (или иного соединения) либо окрашивания исходного изображения в неактиничные для фотобумаги цвета при повторном проявлении (оптическое усиление). Данный метод применяется для исправления ошибок, допущенных при съемке и лабораторной обработке фотоматериалов и для повышения различаемости слабовидимого.

Для увеличения плотностей почернения недодержанных и недопроявленных негативов применяют пропорциональные и субпропорциональные усилители. Лучшие результаты получают при обработке нормально экспонированных, но недопроявленных негативов, так как на слишком слабо экспонированных участках детали отсутствуют. Усиление слабовидимых деталей проводят в сверхпропорциональных усилителях. Области больших плотностей усиливаются интенсивнее, чем области малых плотностей. Усилению подвергают нормально экспонированные негативы небольшой плотности и без вуали. В противном случае плотности почернения могут быть настолько велики, что информация может быть утрачена.

К числу пропорциональных относится, например, хромовый усилитель с коэффициентом усиления К_у=1,3. К числу сверхпропорциональных – ртутный (К_у=1,8), с бромной (йодной) медью (К_у=3), хинон-тиосульфатный (К_у достигает 10-кратного значения).

Усилители, основанные на увеличении плотностей почернения исходного негатива, имеют существенные недостатки, сказывающиеся на качестве получаемых изображений. Полезное усиление, т.е. выявление новых деталей, приходится на область недодержек с плотностями 0,4-0,5 ед., а усиление незначительных различий в средних плотностях ухудшается. При обработке увеличивается зернистость изображения, повышается плотность помех, необходима абсолютная чистота работы. Эти недостатки устраняет оптическое усиление, например хромогенное, и усиление солями железа. При незначительном увеличении зернистости коэффициент усиления достигает значения 2,5^х и более, так как процесс усиления можно повторять до трех раз без снижения качества изображения.

Достоинства оптических методов усиления — это заметное повышение контраста при отсутствии вуали роста зернистости изображения, что обеспечивает извлечение информации из недодержанных участков негатива, усиление различаемости мелких деталей.

Плотные участки негатива обычно не участвуют в формировании изображения, а после отбеливания позволяют использовать запечатленную информацию. Такой способ дополнительной обработки негатива с целью уменьшения его максимальных плотностей называется голокопией.

Контратипирование – это метод усиления контраста путем последовательного копирования исходного изображения на контрастные фотоматериалы с прозрачной подложкой. Он относится ко вторичным методам изменения контраста и применяется в тех случаях, когда выявляемые детали расположены на однородном фоне или когда их плотности достаточно отличаются от плотностей помех.

Процесс состоит из ряда последовательных этапов. Исходный негатив контактным способом копируют на контрастный фотоматериал и получают диапозитив повышенного контраста – контратип 1-го поколения. После лабораторной обработки и сушки с него изготавливается контратип следующего, 2-го поколения с еще более высоким контрастом, который также становится оригиналом для дальнейшего усиления контраста (рис. 160). Повторяя процесс, получают контратипы 3-го, 4-го и последующих поколений, пока не достигается необходимое для различения соотношение в плотностях почернений между выявляемыми деталями и фоном. С последнего четного контратипа печатают фотоснимок на контрастной бумаге.

Контратипирование, как и съемка на контрастные фотоматериалы, подчиняется общим закономерностям усиления деталей с незначительным контрастом в фотографическом процессе. При копировании на однотипные фотопленки контраст конечного изображения (D_и) связан с исходным (D_o) следующим соотношением:

,

где n – число этапов копирования,

γ – коэффициент контрастности фотоматериала.

Очевидно, что применение фотоматериалов с высоким коэффициентом контраста и обработка их в контрастных проявителях позволяют достигать заданной степени усиления при меньшем числе ступеней данного процесса. В противном случае приходится увеличивать число промежуточных копий.

Процесс контратипирования не может длиться бесконечно. Приведенная выше закономерность дает лишь теоретическое значение усиления. Реально достигаемое усиление контраста значительно ниже расчетного. При многократном перекопировании снижается резкость изображений, увеличивается зернистость, возрастает плотность помех. Частично эти недостатки можно компенсировать. Однако полностью исключить их не удается, вследствие чего число этапов копирования обычно не превышает 6–8 поколений.

Для контратипирования используют мелкозернистые с небольшой плотностью вуали диапозитивные фотопластинки или фототехнические пленки, фотоматериалы типа ЛИТ, а для их обработки – энергичные контрастно работающие проявители: гидрохиноновые, бессульфитные, инфекционные.

Суммирование изображений – процесс, в ходе которого получаемые при многократной съемке объекта изображения точно совмещаются и копируются на фотобумагу.

Метод разработан Е. Ф. Буринским и в конце XIX столетия представлял собой мокрый коллоидный процесс, в ходе которого объект многократно фотографировался на стеклянную фотопластинку, поливаемую новым слоем светочувствительной эмульсии после каждой стадии обработки. С полученного негатива печатался контрастный позитив, который использовался в качестве оригинала для дальнейшего ведения процесса усиления. Достигаемое увеличение контраста рассчитывают по формуле:

,

где n – число этапов съемки.

Впоследствии метод был модифицирован: съемку вели на несколько (5-6) сухих броможелатиновых пластинок в одинаковом масштабе. После лабораторной обработки слои отделялись, изображения на них совмещали и снова копировали на несколько новых фотопластинок. Процесс повторяли до тех пор, пока не достигали требуемого усиления контраста.

Этот метод дает пропорциональное усиление контраста при сохранении всех деталей, даже с минимальными плотностями. Однако контраст нарастает медленно и требуется совместить большое число изображений, чтобы получить необходимый результат. Метод суммирования изображений – очень длительный и трудоемкий процесс, где необходима особая точность при совмещении нескольких изображений. Для его реализации в настоящее время можно использовать фотоматериалы со съемным эмульсионным слоем, например, ФТ-СС.

Вычитание изображений (фотографическое маскирование). Рассмотренные выше методы дают высокое усиление контраста, но вместе с полезными деталями усиливают и помехи. Повысить различаемость слабовидимого можно, избирательно выделяя полезные детали и подавляя помехи. К числу таких методов относятся методы вычитания изображений – фотографическое маскирование, фильтрация деталей проявлением.

Фотографическое маскирование представляет собой метод вычитания из изображения исходного негатива изображения маски, отпечатанной с этого негатива на фотоматериале с прозрачной подложкой. Методы, основанные на применении масок, называются методами маскирования. Они позволяют выявлять детали из недодержанных и передержанных участков исходного негатива, повышать различаемость слабовидимых деталей, усиливать детали с небольшими пространственными размерами и исключать мешающие.

При исследовании объектов применяются методы внутреннего и внешнего маскирования.

Внутреннее маскирование основано на использовании специальных черно-белых фотоматериалов с двумя или тремя светочувствительными слоями типа ФТ-ВМ, «Корректон».

При внешнем маскировании маска изготавливается в виде отдельного изображения (б), совмещаемого с исходным (а) (рис. 161). Противоположные друг другу плотности почернений негатива и маски суммируются, а при печати из одного изображения вычитается другое, так как экспозиция для светлых участков маскированного негатива уменьшается, а для плотных – увеличивается. Вследствие этого на результирующем изображении (в) выравнивается общий контраст, а контраст деталей в недодержанных и передержанных участках негатива повышается.

Методы маскирования основываются на применении как резких, так и нерезких масок. Общий контраст изображения зависит от интервала плотностей маски, а контраст деталей – от степени ее резкости и точности совмещения изображений негатива и маски.

Резкое маскирование – это процесс, когда в качестве маски изготавливается резкая и менее плотная (контрастная) копия исходного негатива. Общий контраст на маскированном изображении становится меньше, но контраст в деталях сохраняется. Повышение плотности маски позволяет получать изображения с различными характеристиками. При плотностях, близких к плотности исходного негатива, контраст результирующего изображения резко снижается, а в случае их равенства содержание фотоснимка представляет однородное серое поле (рис. 162 а) Сдвиг маски относительно негатива приводит к усилению слабовидимых деталей за счет появления барельефного изображения, возникающего на границе участков с большей и меньшей плотностью – с одного края детали плотности почернения уменьшаются, а с противоположного увеличиваются вдвое, т. е. вокруг детали образуется черно-белый контур (рис. 162 б, в). При плотностях, превышающих плотности негатива, изображение становится негативным.

При нерезком маскировании между исходным негативом и фотоматериалом, предназначенным для печати маски, помещается тонкая светорассеивающая прокладка, например, тонкая незасвеченная и отфиксированная фотопленка с матовым контрслоем. На нерезком изображении мелкие детали сливаются с фоном, а более крупные существенным изменениям не подвергаются. Вычитание из негатива изображения маски позволяет снизить плотности почернения крупных деталей и сохранить контраст мелких. Снижение общего контраста в процессе маскирования компенсируется применением при печати контрастных и особоконтрастных фотобумаг.

Нерезкое маскирование повышает интервал яркостей сфотографированного объекта и различаемость мелких деталей, увеличивает резкость изображения, особенно при выявлении микрорельефа следов — объектов трасологической и баллистической экспертиз.

Субтрактивное маскирование совмещает в себе достоинства резкого и нерезкого маскирования. В его основе лежит принцип субтракции – вычитания из основного изображения, сформированного при одних условиях, другого, аналогичного первому, но полученного в иных условиях съемки. При фотографировании могут быть изменены: направление освещения объекта, спектральный состав света, плоскость фокусирования изображения, действующее отверстие объектива или выдержка.

К субтрактивному маскированию прибегают, если другие методы контрастирующей фотографии оказались малоэффективными, особенно при ослаблении помех (рис. 163). Например, защитная сетка документа, элементы оттисков печатей и штампов и другие детали осложняют либо исключают восстановление слабовидимых записей. Исключить эти помехи можно лишь при равенстве плотностей исходного и корректирующего изображений при точном их совмещении.

При субтрактивном маскировании слабовидимые окрашенные записи усиливают, фотографируя объект в двух зонах спектра: в одной на негативе фиксируют полезные детали и помехи, в другой – только помехи. Отпечатав с последнего негатива маску с плотностью, равной плотности помех на первом негативе, и совместив изображения, на результирующем снимке получают более чем 10-кратное повышение различаемости выявляемых записей. Область применения метода можно расширить, используя в качестве эффективного освещения ультрафиолетовую и инфракрасную зоны спектра.

Методы фотографического маскирования весьма эффективны при условии получения масок с заданными свойствами: интервалом плотностей, контрастом, степенью нерезкости. Маски с заданным интервалом плотностей получают либо при пробной печати, экспериментально подбирая экспозицию и время проявления фотопленки, либо на основе определения зависимости изменения плотностей почернения от времени проявления. Ее получают при пробном копировании сенситометрической полутоновой шкалы и измерения плотностей почернения ее участков, соответствующих заданному интервалу плотностей маски. Необходимое время экспонирования и проявления находят из графика этой зависимости.

Совмещение изображений при маскировании осуществляется двумя способами: на специальных приспособлениях, позволяющих фиксировать пленку в строго определенном положении и обеспечивающих высокую точность совмещения даже при многократном перекопировании изображений, и по характерным четко выраженным деталям или специальным меткам (крестам), рассматривая изображения на просвет.

Фильтрация деталей – метод выделения на фотографическом изображении деталей с определенными пространственными размерами за счет образования в процессе проявления нерезкой, фотохимически регулируемой маски. Он применяется в случаях, когда необходимо увеличить передаваемый на снимке интервал яркостей объекта при печати с контрастных негативов, повысить различаемость мелких деталей, усилить слабовидимое изображение.

Фильтрация деталей основана на диффузионных процессах, протекающих в фотослое при его обработке растворами с небольшим содержанием проявляющего вещества. На участках, подвергавшихся большему воздействию света, процесс проявления идет активнее и проявитель быстро истощается. Менее экспонированные участки проявляются медленнее, и раствор сохраняется более длительное время. С изменением концентрации раствора на смежных участках фотослоя проявляющее вещество из мест с повышенным содержанием диффундирует в места с пониженным, а продукты окисления и бромистый калий перемещаются в противоположном направлении. На границе раздела со стороны участков, получивших больше света, проявление ускоряется, а со стороны менее освещенных – замедляется, образуя пограничные эффекты: каймы – увеличение плотности и бахромы (линии Маки) – ее снижение (рис. 164).

С уменьшением размеров деталей в фотослое при такой обработке возникает эффект Эбергарда: на равно экспонированных участках светочувствительного материала плотность почернений возрастает с уменьшением их площади, поскольку здесь образуется меньше продуктов окисления, они легче уходят в окружающее пространство, обеспечивая приток свежего проявителя и ускоряя процесс проявления. При этом плотности почернений достигают таких значений, что детали размером 0,1-0,2 мм кажутся в 2,0-2,5 раза более экспонированными, нежели участки величиной в несколько миллиметров.

При фильтрации деталей используют различные способы обработки светочувствительного материала растворами с ограниченным содержанием проявляющего вещества. К их числу относятся «голодное» проявление, экспонирование пропитанного проявителем фотослоя («мокрая» фотопечать), фильтрация или выделение деталей, фильтрация деталей проявлением.

Метод «голодного» проявления основан на обработке фотоматериалов проявителями, разбавленными в соотношений 1:10-1:100, что позволяет увеличивать фотографическую широту фотоматериала, получать очень тонкие негативы, но с высокой детализацией изображения, особенно на недодержанных и передержанных участках. Для такой обработки при съемке обычно допускается 2-х - 3-х кратная передержка.

Метод «мокрой» фотопечати реализуется в ходе позитивного процесса при прерывистом экспонировании пропитанной проявителем фотобумаги. При первичном экспонировании в фотослое образуется изображение, которое в дальнейшем служит своего рода маской, препятствующей повторному засвечиванию и восстановлению галогенидов серебра, находящихся под слоем уже восстановленного металлического серебра. Этот метод позволяет улучшать передачу деталей в области недодержек и передержек характеристической кривой негативного материала.

Процесс «мокрой» печати дает положительные результаты, если время обработки не превышает 6—8 мин, а в составе проявителя повышено количество бромистого калия для исключения на отпечатке вуали. Кроме того, раствор должен иметь высокую активность, чтобы при малом времени проявления достигался требуемый контраст.

Процесс «мокрой» печати позволяет получить практически одно изображение с характерными для него свойствами. Повторение процесса дает совершенно иные результаты, поскольку незначительные изменения условий обработки существенным образом сказываются на характере получаемого изображения. Такой процесс обработки нередко приводит и к обращению изображения, к появлению контурных линий.

Метод выделения деталей (ВД) осуществляется при непрерывном экспонировании пропитанного проявителем фотослоя. В этом случае обращения изображения не происходит, а наряду с выравниванием общего контраста повышается контраст мелких деталей, особенно если вместо фотобумаги использовать контрастные негативные пленки. Для предохранения проявителя от окисления и быстрого высыхания к пропитанному им фотослою или с обеих сторон листа фотоматериала прикатывается тонкая чистая пленка. Для обработки изображений методом фильтрации необходимы значительные (до 300-400^х) передержки, а при съемке за небольшие промежутки времени (пока не высох проявитель) их можно получить лишь при высоких освещенностях объекта.

Метод фильтрации деталей проявлением (ФДП) является упрощенным вариантом метода ВД и реализуется при позитивной печати. Экспонированный фотоматериал небольшой отрезок времени проявляют как обычно, а затем прикатывают к поверхности стекла и допроявляют за счет проявителя, которым пропитан эмульсионный слой.

Обработка фотоизображений методом ФДП включает следующие основные этапы:

– экспонирование фотопленки при 10 - 30 кратной передержке;

– первое проявление в течение нескольких десятков секунд;

– накатку фотопленки эмульсионным слоем на поверхность стекла;

– второе проявление за счет проявителя, которым пропитан эмульсионный слой;

– последующую стандартную обработку (фиксирование, промывку и сушку).

Для фильтрации деталей необходимы тонкослойные фотоматериалы с коэффициентом контрастности не менее 4-5 ед. и высокой разрешающей способностью: ФТ-41П, ФТ-51М, ФТ-51МП, ФТ-СК.

Для обработки фотоизображений методом ФДП, обеспечивающим выравнивание контраста с одновременным усилением его в деталях, предложен ряд метол-гидрохиноновых проявляющих растворов, например ORWO MN-28, UNIVERZAL. Однако их рецептура в справочной литературе не приводится.

Из известных для фильтрации наиболее подходят поверхностные проявители, которые в процессе обработки фотослоя не растворяют микрокристаллы галогенидов серебра. Обычные метоловые и метол-гидрохиноновые проявители дают невысокий эффект фильтрации. Пограничные эффекты в основном наблюдаются на границах участков с достаточно высоким различием в плотностях почернения. Для повышения различаемости небольших по величине деталей они малопригодны.

Поверхностными свойствами обладают проявители Д-72, Д-163, ОRVО-75 и др. (табл. 28), не растворяющие микрокристаллы галогенида серебра. Для уменьшения плотности вуали в состав проявителей Д-72, Д-163, стандартного № 1 дополнительно вводится 2 г бромистого калия на 1 литр рабочего раствора.

Пограничные эффекты возникают и при инфекционном проявлении, когда концентрация сульфита натрия в растворе невелика. Такое проявление обеспечивает высокий контраст изображения, способствует усилению слабовидимых деталей с небольшими пространственными размерами. Высокий эффект фильтрации дают бессульфитные, контрастно работающие проявители Д-153, ОRVО -70 и ОRVО-111, гидрохиноновый с едкой щелочью № 2 (табл. 29).

Таблица 28