10005

Цветовая температура характеризует спектральный состав света источника и показывает, до какой температуры необходимо нагреть абсолютно черное тело в градусах абсолютной шкалы (оК), чтобы спектральный состав излучаемого им света соответствовал спектральному составу данного источника. Чем выше цветовая температура источника света, тем больше излучается коротковолновых лучей, и, наоборот, при понижении ее в излучении начинают преобладать длинноволновые лучи и свет источника начинает приобретать красноватый оттенок. При определении цветовой температуры какого-либо источника света сравнивают спектр его излучения со спектром излучения нагреваемого абсолютно черного тела. При одинаковых спектрах определяют, до какой температуры нагрето абсолютно черное тело. Этой температурой и выражают цветовую температуру источника света.

В реальных температурных источниках света температура раскаленного тела, излучающего свет (например, нити лампы накаливания), примерно соответствует значению цветовой температуры. Люминесцентные, газоразрядные и газосветные лампы не подчиняются этому закону; спектр их излучения зависит от состава люминофора и заполняющего газа. Для примера в табл. 1 приведены приближенные значения цветовых температур источников света, наиболее часто используемых в фотографии.

Световые величины. Свет, благодаря своим свойствам, несет с собой определенный запас энергии. Интенсивность света характеризуют в первую очередь величиной переносимой энергии. Для ее оценки представляет интерес не только характер вызываемого зрительного ощущения, но количественные данные, характеризующие световое излучение.

31

Раздел физической оптики, занимающийся измерением величин, характеризующих световое излучение, испускаемое источником и взаимодействующее с объектом, называется фотометрией. Чтобы охарактеризовать световое излучение, необходимы следующие величины.

Мощность излучения (F) – это количество световой энергии, переносимой оптическим излучением в единицу времени в данном направлении.

Световой поток (Ф) – это величина световой энергии, оцениваемая по производимому зрительному ощущению. Одинаковые световые потоки вызывают равные по интенсивности световые ощущения. Интенсивность воздействия света на приемник (глаз, светочувствительное вещество) зависит и от его спектрального состава. Единица измерения светового потока называетсялюмен (лм).

Энергия излучения, поглощаемого телами, преобразуется ими в другие виды энергии – тепловую, химическую, электрическую и т. д. Такие тела называются приемниками излучения (глаз человека, светочувствительный слой, фотоэлемент и др.). При воздействии на приемник лучистая энергия может приводить к нагреву тела, протеканию фотохимических реакций, а также одновременно к нагреву и фотохимической реакции. Эффект, вызванный действием света, может иметь лишь частичное практическое значение (быть полезным).

Эффективным световым потоком (Фэф) называется та часть лучистого потока, которая при взаимодействии с приемником вызывает какой-либо полезный эффект.

Фотоактиничный световой поток (Фλ) характеризует величину энергии той спектральной области светового потока, которая, воздействуя на светочувствительное вещество, вызывает фотографический эффект (образование скрытого, невидимого изображения) на светочувствительных приемниках.

Неактиничное освещение – это освещение, создаваемое световым потоком, лучи которого не воздействуют на светочувствительный слой фотоматериала. При лабораторной обработке каждого сорта фотоматериалов применяют освещение определенного спектрального состава, которое получают с помощью лабораторных светофильтров, помещаемых перед источником света в лабораторном фонаре.

Освещенность (Е) – это величина светового потока, приходящегося на единицу площади освещаемой поверхности. Выражается через отношение светового потока к площади участка, на который он падает. От точечного источника с силой света (I) освещенность

32

изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния (по закону обратных квадратов):

E = LI2 ,

где E – освещенность,

I – сила света в данном направлении,

L – расстояние от источника света до освещаемой поверхности в метрах. Единица измерения – люкс (лк)1.

Количество освещения или экспозиция (Н) – это величина све-

товой энергии, приходящейся на единицу освещаемой поверхности в единицу времени. Выражается произведением освещенности на продолжительность действия света:

H = E t ,

где H – экспозиция,

E – освещенность в лк,

t – время освещения в сек.

Время воздействия света на светочувствительное вещество в фотографии называют выдержкой.

2. Свойства объектов фотографирования

Свойства объектов фотографирования подразделяют на пространственные и световые.

Пространственные свойства характеризуют объемность предмета, т. е. определенную совокупность линейных размеров: длины, ширины, высоты (глубины); его форму-проекцию на какую-либо плоскость и рельеф поверхности (фактуру объекта). Пространственные свойства дают представление о взаимном расположении деталей относительно друг друга и об их величине: от крупных (большие площади) до ненаблюдаемых глазом (мелкие).

Световые (оптические) свойства объекта определяют, как световой поток взаимодействует с объектом.

При взаимодействии света с предметом, средой имеют место следующие физические явления: отражение от поверхности тела, поглощение и пропускание (см. рис. 4).

1 Эту зависимость часто используют для определения экспозиции в профессиональной фотографии и кинематографии.

33

τ= Фτ ,

Фо

где Фо – падающий световой поток, Фτ – пропущенный световой поток.

Данные интегральные световые коэффициенты выражают соотношение между потоком, падающим на тело, и его отраженной, поглощенной, пропущенной частями. Поскольку Фо = Фρ + Фα + Фτ, то очевидно, что

ρ+α +τ =1 .

Минимальные значения световых коэффициентов не могут быть меньше 0, а максимальные больше 1. Если величина коэффициента пропускания близка к нулю (τ → 0), то тело непрозрачное и ρ + α ≈ 1. Если величина коэффициента отражения пренебрежимо мала (ρ → 0), то тело прозрачное и τ + α ≈ 1.

Коэффициенты отражения, пропускания и поглощения дают представление лишь о количественном соотношении световых потоков. Пространственное распределение отраженного от различных поверхностей и пропущенного различными средами света показано на рис. 5.

Рис. 5. Распределение отраженного и пропущенного света в пространстве: а – направленное; б – рассеянное; в – смешанное; г – направленно-рассеянное

Распределение отраженного и пропущенного объектом света в пространстве зависит и от размеров микронеровностей его поверхности, микрочастиц вещества среды. На полированных (зеркальных)

35

участках имеет место направленное отражение. Участки с матовыми поверхностями отражают свет равномерно во все стороны, т. е. диффузно. Некоторые детали имеют близкое к направленному смешанное или направленно-рассеянное отражение.

Направленным пропусканием обладают оптически прозрачные среды. Диффузное или смешанное – характерно для сред, содержащих светорассеивающие частицы. В зависимости от их размеров и концентрации свет рассеивается полностью или частично. Направленно-рассеянное пропускание свойственно участкам среды с шероховатыми поверхностями.

Коэффициенты отражения, пропускания и поглощения служат мерой, характеризующей свойства предметов и сред, однако в фотографии чаще используют пропорциональные им величины – яркость и оптическую плотность.

Яркость (B) – это величина зрительного ощущения, вызываемого светящейся или отражающей в данном направлении свет поверхностью. Испускающие или отражающие больше света участки поверхности имеют и большие яркости. Яркость зависит от освещенности объекта, отражательной способности и цвета его поверхности.

В фотографии изображение получают за счет различной степени почернений, возникающих в светочувствительном слое при его экспонировании и последующей обработке. Оптическая плотность

(D) характеризует прозрачность такой среды (степень поглощения света). Ее выражают десятичным логарифмом непрозрачности – величины, обратной коэффициенту пропускания (1/τ):

D = Ig 1τ .

За единицу оптической плотности принята плотность такой среды, которая ослабляет световой поток в 10 раз: D=lg10=1.

Контраст объекта выражает зрительно наблюдаемое соотношение яркостей или оптических плотностей. При съемке различают общий контраст и контраст смежных участков.

Общий контраст для непрозрачных объектов выражается отношением максимальной и минимальной яркостей:

где Кобщ – общий контраст,

Вmax – наибольшее значение яркости,

Вmin – наименьшее значение яркости.

36

Для прозрачных объектов, в том числе и для фотографических изображений, общий контраст представляет разность оптических плотностей самой светлой и наиболее темной их частей:

ΔD = Dmax −Dmin .

Контраст деталей характеризуется отношением яркостей смежных участков для непрозрачных объектов или разностью оптических плотностей – для прозрачных.

Интервал яркостей (оптических плотностей) нередко выражается через градацию яркостей. Градация – это последовательное возрастание яркостей объекта или последовательность зрительно воспринимаемых яркостей. Воспроизведение градации оригинала на фотоизображении – одна из основных задач фотографического процесса.

Спектральные свойства объекта. Окраска предметов, осве-

щенных одним и тем же источником света, бывает весьма разнообразной, что объясняется зависимостью коэффициентов отражения и поглощения от длины волны. Красная книга, например, воспринимается красной потому, что она отражает лучи только красной области спектра.

Яркость и оптическая плотность в полной мере отражают световые свойства только черно-белых объектов. Рассмотренные ранее коэффициенты отражения, поглощения и пропускания являются интегральными, так как они характеризуют суммарное действие белого света на тело, без учета его спектрального состава. Для окрашенных в различные цвета участков отражение, пропускание и поглощение света неодинаковы для излучений с различной длиной волны. В этом случае действие света сложного спектрального состава на объект характеризуют монохроматические коэффициенты отражения, поглощения и пропускания, определяемые для излучения узкой спектральной зоны:

ρλ = Фρλ ,

Фоλ

αλ = Фαλ ,

Фоλ

τλ = Фτλ .

Фоλ

37

Распределение монохроматических коэффициентов по спектру излучения дает представление о световых свойствах окрашенных объектов и выражается зависимостью изменения этих коэффициентов от длины волны падающего света в виде кривых отражения, поглощения или пропускания. Кривые отражения или поглощения характеризуют световые свойства непрозрачных объектов, а кривые поглощения или пропускания – прозрачных. На рис. 6 показаны спектральные свойства предметов – ахроматического и окрашенных в синий и красный цветовые оттенки.

Рис. 6. Спектральные свойства ахроматического, синего и красного объектов, представленные: а – как зависимость изменения коэффициента отражения от длины волны излучения; б – как зависимость изменения коэффициента поглощения от длины волны излучения

Связь между освещенностью, яркостью и экспозицией. Одна и та же поверхность, с одной стороны, воспринимая падающий на нее свет, имеет определенную освещенность; с другой, отражая его – определенную яркость. Между понятиями «яркость» и «освещенность» существует тесная взаимосвязь, и реально получаемая фотоматериалом экспозиция зависит не только от освещенности объекта, но и от яркостей отдельных его участков, их отражательной способности.

Освещенность характеризует количество падающей на поверхность световой энергии. Рассматривая эту поверхность как приемник излучения, следует отметить, что при равной освещенности

38

каждая единица площади поверхности получает одинаковое количество световой энергии, т.е. одинаковые экспозиции. Яркость же характеризует количество испускаемой или отражаемой от поверхности световой энергии. Поэтому одинаково освещенные, но с различной яркостью участки поверхности, как источники излучения, создают неодинаковые экспозиции. Например, для двух участков, освещенных одним источником, но окрашенных в светлый и темный тона, освещенности будут одинаковы, а яркости нет. Для съемки такого объекта необходимо определенное количество освещения. Реальные же экспозиции от этих участков будут различны. При данной освещенности яркость и, соответственно, экспозиция для отдельных участков тем больше, чем больше их отражательная способность (яркость).

3.Фотохимическое действие света на светочувствительное вещество

Природа светочувствительности. Под действием света в веще-

стве могут происходить те или иные изменения. Световая энергия может превращаться в тепловую, электрическую, механическую и другие виды энергии. Взаимодействуя с веществом, свет может вызывать окисление красящего вещества (выцветание), фотосинтез, фотоэффект, свечение – люминесценцию. Наибольший интерес для фотографического процесса представляют превращения, связанные с изменением химического состава (разложением) вещества, которые происходят в результате фотохимических реакций.

Способность вещества определенным образом реагировать на оптическое излучение, изменяя свою окраску, называется в традиционной фотографии светочувствительностью. В результате фотохимической реакции происходит разложение вещества и изменение его химического состава. Существует огромное количество веществ, способных подвергаться фотохимическим превращениям. К их числу относятся соли железа, хромовокислые соли, соли серебра и многие другие.

Наибольшее применение в фотографии нашли соли серебра: хлорид серебра (AgCl), бромид серебра (AgBr) и иодид серебра (AgI), обладающие светочувствительностью к коротковолновой (сине-фиолетовой) части видимого спектра и называемые галогенидами серебра. Они обладают не только способностью изменяться под действием света, но и усиливать эти изменения в присутствии веществ-восстановителей. Например, светочувствительностью об-

39

ладают как йодистое серебро (AgI), так и йодистый свинец (PbI)2. Причем соль свинца под действием света темнеет гораздо сильнее, чем соль серебра. Однако результат действия света усиливается в процессе химического восстановления только в случае йодида серебра. Эти и другие уникальные свойства галогенидов серебра предопределили их широкое применение в фотографии.

Физические и химические свойства галогенидов серебра. В

твердом состоянии галогениды серебра представляют собой плоские микрокристаллы ионного типа, имеющие форму треугольников, усеченных треугольников, шестиугольников, квадратов и т. д., наблюдаемые при больших увеличениях (рис. 7).

Рис. 7. Увеличенное изображение микрокристаллов галогенидов серебра

40