Černobílá fotografie 2017 prof. Otruba 1 Princip vzniku fotografického obrazu • Působením světla na světlocitlivou látku (sloučeniny stříbra) dochází ke změnám ve struktuře této látky, resp. změnám v její krystalové mřížce; probíhá fotolýza. Výsledkem tohoto děje je vznik tzv. latentního obrazu • Formování viditelného fotografického obrazu se děje pomocí tzv. fotochemických procesů tj. vzniku viditelného obrazu z latentního a jeho stabilizace 2017 prof. Otruba 2 Světlocitlivé soli stříbra • Ztmavnutí solí stříbra je způsobeno vznikem kovového stříbra fotolytickou reakcí: AgBr + foton -^Ag + 1/2 Br2 AE = 99,2 kJ Atomy stříbra již nejsou vázány coulombovskými silami a shlukují se na zárodky budoucího obrazu, tzv. latentní obraz. Latentní obraz se vyvolává, tj. částečně metalizované elementy krystalové mřížky AgX se úplně redukují na normální krystaly stříbra. Množství stříbra v zárodcích obrazu (cca 500 atomů, min. 3 - 5) po vyvíjení vzroste (obraz se zesílí) řádově 109x. Vyvolané zrno se změní na kovové stříbro houbovité struktury. • Vyvolaný obraz se ustaluje aby se stříbro na světle dále neredukovalo, tj. AgX zbylý v citlivé vrstvě se rozpustí v roztoku thiosíranu sodného (amonného) a vypere se vodou. 2017 prof. Otruba 3 Krystal AgBr a vyvolané Ag 2017 prof. Otruba 4 Schéma vzniku latentního obrazu a b c d a) krystal se zárodkem citlivosti a pohyblivými ionty stříbra, b) dopadem světla uvolnené elektrony se záporným nábojem, c) elektrony} zachycené zárodkem citlivosti, udílejí mu záporný náboj a přitahují stříbrné ionty, d) zárodek citlivosti vzrostl přibranými ionty stříbra na zárodek vyvolávání 2017 prof. Otruba 5 Vznik fotografického obrazu Při vzniku viditelného fotografického obrazu se uplatňují tyto procesy: • vyvolávání fotografického obrazu, kdy dochází k redukci exponovaných stříbrných iontů (krystalů halogenidu latentního obrazu) na kovové stříbro redukčním činidlem - vývojkou • praní materiálu ve vodě, kdy dochází k přerušení vyvolávání fotografického obrazu • ustalování vzniklého fotografického obrazu, kdy dochází k odstranění neexponovaného halogenidu stříbra z citlivé vrstvy • praní materiálu ve vodě (především odstranění veškerých zbytkových sloučenin síry) • Případně ještě utvrzování želatínové emulzní vrstvy (snížení rozpustnosti želatiny ve vodě) např. formaldehydem 2017 prof. Otruba 6 Fotografický proces • Citlivé látky jsou rozptýleny v želatině, která zabraňuje spojování částic halogenidů stříbra, a tak zaručuje jejich rovnoměrné rozptýlení (fotografická emulze). Nebrání přístupu aktivních látek k halogenidům stříbra při následném zpracování. • Latentní obraz je nutné vyvolat aby se stal viditelným. Vyvolávací látka proniká k latentnímu obrazu, a tím se stříbro vyredukuje. Setkáním s dalšími ionty stříbra dochází k jejich redukci a děj se posouvá dále do krystalu halogenidů. Krystaly halogenidů jsou obklopeny zápornou vrstvičkou z halogenidových aniontů a želatiny, která brání, aby se stejně nabitá vyvolávací látka dostala dovnitř krystalu. Ale zárodky latentního obrazu jsou tvořené neutrálními stříbrem, tím vytváří mezeru v záporné elektrické vrstvě a umožňuje další pronikání vyvolávací látky do krystalu. V místech, kde byla látka osvícena, je stříbro a obraz je černý, na neosvícených místech je bílý. Zbylý AgX se rozpustiv ustalovači. • Vzniklý obraz je negativní, tmavý v místech, kde byl předmět světlý a naopak. Abychom dostali pozitivní snímky, musíme negativ prosvítit a nechat světlo dopadat na další fotografický materiál (negativ z negativu=pozitiv). 2017 prof. Otruba 7 Vyvolávání •Podle toho, zda stříbro vzniklo ze stříbrných iontů, které byly přítomny v citlivé vrstvě, nebo z iontů Ag, které byly mimo citlivou vrstvu, dělíme vyvolání na fyzikální a chemické. • Fyzikální vyvolávání je proces, kdy se obraz tvoří ze stříbra, které se na fotomateriál ukládá z vývojky Základem je druhé vyvolání už ustáleného materiálu vývojkou, která obsahuje dusičnan stříbrný (AgN03). 2017 prof. Otruba 8 Fyzikální vyvolávání Při fyzikálním vyvolávání se ukládá kovové stříbro na zárodečná centra z vývojky. Tak je možné vyvolávat obraz po ustálení, pokud se neporuší Příklad fyzikální vývojky (Lumiére-Seyewetz): Roztok A: Roztok B: siřičitan sodný 180 g siřičitan sodný 20 g 10% roztok AgN03 75 ml metol (4-metylaminofenol síran) 20 g voda 1000 ml voda 1000 ml Pro vyvíjení se smísí 150 ml roztoku A se 30 ml roztoku B. Vyvolává se v dokonale čisté skleněné misce na denním světle. Vyvíjení trvá až hodinu, po skončení se setře vatovým tampónem nános stříbra z emulze. 2017 prof. Otruba 9 Chemické vyvolávání • Při chemickém vyvolávání se obraz tvoří z exponovaného AgX přítomného v citlivé vrstvě. Na fotografický materiál se působí vývojkou, jejíž hlavní složkou je vyvolávací latka. • vývojka dále obsahuje pomocné látky, které zlepšují vlastnosti: • ochrana před oxidací (např. siřičitan sodný) • nastavení pH (např. uhličitan sodný, tetraboritan sodný) • protizávojující látky (např. bromid draselný) aj. • při vyvolávání dochází k redukci halogenidu stříbrného a SOUČasně k Oxidaci vyvolávací látky (viz barevná fotografie) 2017 prof. Otruba 10 Vyvolávací látky - příklad aromatické hydroxosloučeniny: metol, pyrokatechol, 2,4-diaminofenol, hydrochinon... OH O OH + 2AgBr+2 OH 1,2-benzendiol (pyrokatechol) 2017 OH OH hydrochinon prof. Otruba .0 + 2 Ag + 2 Br + 2 HX> so42- H 4 H U + H—N—CH, H—N—CH A OH OH metol íi Chemické vyvolávání - vývojky • Negativní vývojky jsou méně energické - nižší pH, pomalejší vyvolávání na menší strmost (kontrast) materiálu (vyvíjení 5-60 minut), důraz na využití citlivosti a malé zrno. • Pozitivní vývojky jsou energické - vyšší pH, důraz na vyšší strmost a plné vyvolání (dosažení syté černé), vydatnost a rychlost zpracování (do 2 -3 minut) 2017 prof. Otruba 12 Autooxidace vyvolávacích látek a její potlačení Vyvolávací látky reagují i např. se vzdušným kyslíkem, a to tím rychleji, čím je vyšší pH. Nejběžnější antioxidant je Na2S03, který reaguje s kyslíkem dříve než vyvolávací látka. Jejich oxidační produkty snadno adují hydrogensiřičitanový anion za vzniku sulfonových kyselin, které již autooxidaci nekatalyzují: 2017 prof. Otruba 13 Kinetika vyvolávání • Stříbrný obraz vzniká v citlivé vrstvě po určité době styku s vývojkou, pak se vznik stříbra urychluje do dosažení maximální optické hustoty, pak redukce pokračuje i na neosvětlených místech - vzniká závoj. Celý proces trvá u pozitivních materiálů maximálně několik minut, u negativů obvykle 5-30 minut. • Závislost mezi dobou vyvolávání a dosaženými fotografickými parametry popisuje kinetika vyvolávání, graficky znázorňovaná příslušnými křivkami. Závislost optické hustoty na expozici se vyjadřuje křivkou optické hustoty. 2017 prof. Otruba 14 Fotografický materiál • Fotografická emulze (správně suspenze) je nanesena na nejrůznější umělohmotné materiály nebo papír. • Fotografický film je plastový pás je z polyesteru, nitrocelulózy nebo acetátu celulózy, pokrytý tenkou vrstvou emulze. • Fotografický papír je silně klížený papír s adhezní barytovou vrstvou nebo papír preparovaný vhodným plastem (PE, PP), pokrytý vrstvou vhodné emulze. 2017 prof. Otruba 15 Černobílý film Prtparaf ni mezivrstva Základem je nejsilnější podkladová vrstva, na kterou se nanese postupným naléváním v tenkých vrstvách citlivá emulzní želatínová vrstva. V případě černobílého filmu je tato citlivá vrstva jedna a obsahuje materiály, kteréjsou citlivé na světlo (AgCI, Prouzavojová vrstva AgBr, Agl). Důležitá je i želatina, v níž jsou tyto látRy rozptýleny ve formě tzv. zrn (viz obr.). Každé zrno je vlastně samostatný krystal AgBr. Velikost těchto krystalů (zrn) určuje citlivost a zrnitost (tj. rozlišení) filmu. Filmy používané pro akční fotografii [sou citlivější než filmy ostatní. Obsahují širší krystalky AgBr, takže na filmu existují větší terče pro dopadající světlo. Nevýhodou těchto filmů ale je jejich větší zrnitost. Méně citlivé filmy poskytují lepší rozlišení. 2017 prof. Otruba Optická hustota D • Denzita (značeno "D") vychází z veličiny opacita (značeno "O"), představující poměr mezi intenzitou dopadajícího světla a intenzitou odraženého (tzv. reflektance) nebo propuštěného (tzv. transmitance) světla. • V případě transparentních předloh: Opacita = intenzita dopadající světla/intenzita propuštěného světla • nebo v případě odrazových předloh: Opacita = intenzita dopadající světla/intenzita odraženého světla • Poznámka: Opacita (krytí) zcela čirého materiálu, u kterého je intenzita dopadajícího a propuštěného světla stejná, je tak rovna 1. • Matematicky vyjádřeno je denzita logaritmem výše definované opacity, tzn. D = log O. • Denzita (optická hustota) zcela čirého materiálu je tak 0 (log 1 = 0), materiálem prochází 100% dopadajícího světla. rozptylná dvoj rozptyl n á 2017 prof. Otruba 17 Senzitometr Světelný Šedý filtr Konverzní filtr Štěrbina zdroj £1=^.10-^ =£0.10 Šedá transparentní Exponov-aný škála materiál 3,0 2,5 « E 1.5 o O- o 1,0 0,5- -3,0 -2,5 -2,0 -1,5 -1,0 log H -0,5 0,0 0,5 Světlo vycházející ze zdroje je modulováno dvěma filtry: neutrálně šedým pro zmenšení světelného toku a konverzním filtrem pro změnu teploty chromatičnosti na požadovanou hodnotu. Takto modulované světlo prochází štěrbinou určující expoziční čas a dopadající na šedou transparentní škálu, která je v kontaktu s exponovaným fotografickým materiálem. Šedá transparentní škála je optický prvek, který spolu s kalibrovaným světelným zdrojem tvoří nejdůležitější prvky senzitometru. Jedná se o 21 šedých políček vytvořených fotografickou cestou na skle nebo polyethylentereftalátové podložce tak, aby se sousední políčko lišilo o optickou hustotu 0,15. Při kalibraci zdroje záření je vždy měřena i hodnota intenzity osvětlení v rovině transparentní škály bez ostatních optických prvků. Po změření optické hustoty každého exponovaného pole (kopie šedé transparentní škály) je možné vytvořit senzitometrickou křivku. Je to závislost optické hustoty na logaritmu osvitu (součin osvetlenia doby expozice), z níž je možné počítat mnoho senzitometrických parametrů, jako je citlivost, stupeň citlivosti, strmost a průměrný gradient. 2017 prof. Otruba 18 Kinetika vyvolávania senzitometrické charakteristiky 20181614 12 Závislost strmosti (plná čára) a závoje (přerušovaná Senzitometrické charakteristiky pro různé doby čára) v jemnozrnné (A) a rapidní (B) vývojce vyvolávání (minuty) 2017 prof. Otruba 19 Fotografické vlastnosti světlocitlivých vrstev • Zrnitost • Zčernání a senzitometrická charakteristika • Strmost • Dynamický rozsah a expoziční pružnost • Reciprocita • Závoj a minimální hustota • Citlivost • Citlivost k barvám (spektrální citlivost) • Ochrana před halací • Rozlišovací schopnost a hranová ostrost • Funkce přenosu modulace • Trvanlivost 2017 prof. Otruba 20 Zrnitost Velikost zrn je značně rozdílná podle způsobu výroby a účelu použití. Velikost zrna určuje do značné míry vlastnosti citlivé vrstvy protože každý krystal se vyvolává v celém objemu a pravděpodobnost dostatečné expozice také roste s velikostí krystalu. Vy učují se tedy snahy o jemnozrnné materiály s vysokou citlivostí. Zrnitost závisí i na způsobu vyvolání. Kvantitativní vyhodnocení se provádí mikroskopickým měřením. i % \ íi .9 va ..... 2017 prof. Otruba 21 Vliv vývojky na zrnitost c d a. 4-aminofenol b. 4-aminofenol+NaOH c. 4-aminofenol + Kl d. Orwo 71 2,5 min. (metol -hydrochinon) e. Orwo 71 5 min. f. 1,4-diaminofenol + AgN03 (fyzikální vyvolávání) 2017 prof. Otruba 22 Zčernání a senzitometrická charakteristika Zčernání D = logl0/l Osvit (expozice) H = l.t Charakteristická křivka: • Oblast malého osvitu (podexpozice) a-b • Oblast normálního osvitu b-c • Oblast přeexpozice c-d • Oblast solarizace d-e Strmost y = tga logHb bgHc bg osvrtuH 0 1? 2,4 3,6 4,8 " 0 £ $4 3,6 2017 prof. Otruba 23 Strmost • Strmost definujeme jako tangentu úhlu, který svírá prodloužená přímková část senzitometrické charakteristiky s osou x. Při dodržení konstantní podmínky expozice a vyvolávání, je strmost konstantou pro daný materiál. • Má-li materiál citlivou vrstvu složenu s krystalů AgX stejné velikosti a citlivosti, dostaneme senzitometrickou charakteristiku pravoúhlého tvaru. Tyto velmi strmé materiály se používají pro reprodukci čárových předloh a fotolitografii (ofsetové desky, výroba 10,...) 2017 prof. Otruba Dynamický rozsah a expoziční pružnost • rozdíl největšího (bílá) a nejmenšího (černá) jasu (optické hustoty), který se zaznamená = dynamický rozsah materiálu (zařízení) • ideální je záznam celé expozice v lineární části senzitometrické křivky (poměry zaznamenaných optických denzit jsou ve stejném poměru jako na předloze) • umožní-li film (snímač) zaznamenat celou scénu (její dynamický rozsah) i mimo správnou expozici (snímek je přeexponovaný nebo podexponovaný), ale stále v lineární části senzitometrické křivky, pak má film velkou expoziční pružnost kgHb bgHc fog osvifuH 2017 prof. Otruba 25 Reciprocita • Celková expozice je dána (při konstantní citlivosti záznamového média): H = I * t (intenzita osvitu * doba osvitu) • reciprocita - zmenšíme-li jeden člen, pak je celková expozice stejná, pokud se druhý člen zvětší, např. celková expozice 1/125 s při f=8 je shodná jako expozice 1/60 s při f=ll. • tato lineární závislost platí pouze v určitém intervalu časů (lineární část senzitometrické křivky) - problémem jsou dlouhé časy 2017 prof. Otruba 26 Závoj a minimální hustota V každé fotografické vrstvě je část krystalů AgX vyvolatelných bez expozice světlem (závojová zrna) • Vysoký závoj - vysoce citlivé vrstvy, energetické vyvolávání, starší materiál • Malý závoj - pozitivní nízkocitlivé materiály, čerstvé výrobky Závoj vyvolané vrstvy + závoj podložky (např. pro potlačení halace) a pojiva = minimální hustota 2017 prof. Otruba 27 Citlivost DIN, ČSN logaritmická stupnice, rozhodující bod je hustota 0,1 nad závojem GOST lineární stupnice, rozhodující bod je hustota 0,2 nad závojem ASA lineární stupnice, kritický bod je určen tak, že tečna jím procházející musí mít sklon právě rovný 0,3 sklonu spojnice tohoto bodu s jiným bodem na charakteristické křivce, vzdáleným o 1,5 logaritmických jednotek osvitu 2017 prof. Otruba 28 Citlivost k barvám ■ lidské oko je nejcitlivější na oblast kolem 560 nm, tj. na (žluto)zelenou barvu (viditelné světlo cca 380 - 780 nm) nutno dodat složky, které upraví citlivost filmu na ostatní vlnové délky 1. Nesenzibilovaná vrstva AgBr 2. Ortochromaticky senzibilovaná AgBr vrstva 3. Panchromaticky senzibilovaná AgBr vrstva 4. Infrasenzibilovaná AgBr vrstva -1 ■ -* \ / \ > \ / -v X 1 400 500 600 700 dOOmjj 2 400 500 600 700 SOOmjj 3 400 500 600 700 SOOmjj 4 400 500 600 700 800mp 2017 prof. Otruba 29 Ochrana před halací Reflexní kruh je možné účinně potlačit barevnou vrstvou na zadní straně desky nebo filmu, která se při zpracování odbarví, případně stříbrnou vrstvou pod citlivou vrstvou u inverzního procesu barevné fotografie, kde se Ag vybělí. Difúzni kruh se může pouze omezit, a to zbarvením emulze (to znamená snížení citlivosti), tenkou světlocitlivou vrstvou, což vyžaduje vysokou koncentraci AgX (používá se u materiálů s vysokým rozlišením), případně kombinací obou. reflexní kruh vznik jf 3íja££sŠHM—citlivo vrstva r\x//i|\\\x/-(— ha vznik > r 'Try, e potlačen T'7wk antireflexní vrstvo difuzriK kruh potlačeni citlivá vrstvo-jZZZZZZ 3- citlivá vrstvo 5— podloiko —t. L 2017 prof. Otruba 30 Rozlišovací schopnost a hranová ostrost • Předpokladem pro vysokou rozlišovací schopnost je jemné zrno a rovnoměrné rozptýlení krystalů AgX (na mikratovou desku 9x12 cm je možné nasnímat až 50000 stran textu A4). • Měřítkem rozlišovací schopnosti je obvykle zobrazitelný počet čar na mm (rozlišovací schopnost spolu se zrnitostí charakterizují jen nedokonale). • Dobře použitelná číselná hodnota je hranová ostrost spočívá v měření poklesu optické hustoty na ostré hraně zobrazené na zkoušeném materiálu: • kritériem hranové ostrosti je vzdálenost mezi zobrazenou hranou a místem, kde optická hustota poklesne na 1/10 původní hodnoty. 2017 prof. Otruba 31 Testovací obrazce 2017 T ^1 prof. Otruba -6 2 3 4 5 6 -5 -4 -3 *=m ■',',!! 3=ničili: 4 = ||| šílil'IIS 5 = 111 ... _-4 6=111 |||=l 1 = 6 _-6 32 Funkce přenosu modulace Stanovení funkce přenosu modulace MTF (Modulation Tranfer Function) spočívá v proměřování optických hustot čárového rastru s transmitancí čar rmjn= 0 a transmitancí mezer rmax= 1, jehož prostorová frekvence v (počet čar na mm) vzrůstá. Jeho obrazem je funkce s modulací M=l: ^ —(^max ^min)/(^max ^min) Obraz tohoto rastru na vyvolané fotografické vrstvě má zmenšující se rozdíly mezi rmaxarmjn což je vyjádřeno modulačním stupněm M'<1. Poměr p = M '/M je závislý na prostorové frekvenci rastru a nazývá se činitel přenosu modulace. Vynesením p proti v se získá funkce přenosu modulace: p =f(v) Rozlišovací schopnost materiálu se pak vyjadřuje jako hodnota pro malé hodnoty p = (0,05 až 0,6): • Kinematografický film 40 až 80 mm1 • Mikrofilm 100 až 200 mm1 • Mikratové citlivé vrstvy nad 500 mm1 2017 prof. Otruba 33 Funkce přenosu modulace 2 3 4 5 7 10 20 30 40 50 70 1Ó0 150 200 300400 —— f/mm"1 1 - Mikrofilm; 2 - Vysoce citlivý kinematografický film 2017 prof. Otruba Funkce přenosu modulace Ob|«t ■III Representative Lens/Lens Assembly White Hni Contrast 90% Contrast ^")'ect Representative Lens/ Lens Assenbly While Black —I -100% Contrast White 20% Contrast Black zdroj: https://www.edmundopticsxom/knowte 2017 prof. Otruba 35