Lab1

Модуль 1

Лабораторна робота №1.1

Вивчення основних технічних характеристик фототехнічних плівок. Вибір оптимальних режимів експонування та проявлення.

(Лабораторні години – 2, самостійна робота студентів – 2)

Мета: вивчити основні технічні характеристики фототехнічних плівок, навчити студентів вибирати оптимальні режими експонування та проявлення.

Технічне та програмне забезпечення: персональний комп’ютер, Microsoft Word.

Теоретичні відомості.

1. Фототехнічні матеріали.

Фотоформа являє собою зображення, яке складається з непрозорих та прозорих елементів, відносно до випромінювання, що використовується у формному процесі.

Зображення фотоформ не обов’язково відповідає оригінальному зображенню створеному автором, так як для поліграфічного відтворення оригінальне зображення необхідно перетворити. Зокрема:

—виділити з оригінального зображення область для відтворення;

—вибрати масштаб для відтворення;

—для напівтонових зображень вибрати найважливіші тональні переходи, які необхідно найточніше відтворити. Виконати відповідну їх градаційну корекцію відносно градаційних характеристик технологічних процесів та умов друку, щоб зображення на друкарському відбитку було близьким до оригіналу;

—виконати кольороподіл — отримати зображення для друкування базовими та додатковими друкарськими фарбами. Базові кольорові фарби здійснюють кольоровий синтез під час друку (наприклад, для тріадного друку це голуба, жовта, пурпурна та чорна (контурна) фарби на білому тлі задрукованого матеріалу). Додаткові фарби використовуються для надання окремим елементам зображення кольору, що не може бути відтворений під час кольорового синтезу (наприклад, оранжевий чи фіолетовий кольори, сріблясті та золотисті металізовані кольори);

—напівтонові зображення необхідно перетворити на мікроштрихові (растрові), тобто виконати растрування (рис. 1.1). Це пов’язано з тим, що більшість способів друку не дозволяють відтворювати напівтони шляхом зміни товщини фарбового шару. Зміна співвідношення задрукованої та незадрукованої площі дискретного (растрового) елемента, при певних співвідношеннях розміру цього елемента та відстані спостереження зображення, людським оком сприймається як перехід тонів, що і використовується у поліграфії для відтворення напівтонових зображень;

—залежно від перетворень у формному та друкарському процесах, фотоформа повинна мати позитивне або негативне (з аналогічним або протилежним, до оригінального, розподілом тонів), пряме або дзеркальне зображення (рис. 1.2).

1

Сьогодні для виготовлення основи використовують лавсан (поліетилентерефталат - ПЕТФ). Більш дешева ацетилцелюлозна основа для фототехнічної плівки вже практично не використовується через недостатню, для сучасних вимог, розмірну стійкість (рис. 1.4.).

2

1

Рис. 1.4. Зміна розмірів основи фототехнічної плівки при зміні відносної вологості повітря: 1— лавсан; 2 — ацетилцелюлоза

Ореол – паразитне зображення, що утворюється на зображенні (на границі ділянок зображення), що значно відрізняються за яскравістю. Виникає внаслідок відбивання випромінювання від основи або його розсіювання в емульсійному шарі під час експонування фототехнічної плівки (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Схема утворення ореолів внаслідок відбивання випромінення а – від основи фототехнічної плівки; б – внаслідок розсіювання випромінення в

емульсійному шарі

Фототехнічна плівка повинна зберігатися у добре вентильованому приміщенні, при температурі 14 – 22°С і відносній вологості повітря 50 – 70%, на відстані не менше 1 м від опалювальних приладів. У приміщення не повинні проникати сірководень, ацетилен, випари ртуті, на стелажі не повинне потрапляти пряме сонячне проміння.

Фототехнічну плівку не можна зберігати разом із радіоактивними речовинами та фарбами, що здатні світитися.

3 часом фототехнічна плівка старіє: зменшується світлочутливість, контрастність, зростає оптична щільність вуалі. Як правило, чим вища світлочутливість плівки, тим швидше вона старіє. Гарантійний термін зберігання фототехнічної плівки вказується виробником на упаковці, і складає не менше 6 місяців.

3

1.2. Основні технічні характеристики

Відповідно до класифікації властивостей фотоматеріалів фотографічна метрологія поділяється на три розділи: інтегральну сенситометрію, спектральну сенситометрію та структурометрію.

Методи вимірювання градаційних властивостей світлочутливих матеріалів, які виявляються при дії на них сумарного, інтегрального, "білого" випромінювання, яке складається з усіх монохроматичних складових відносяться до галузі інтегральної сенситометрії. Характеристики, що отримані засобами інтегральної сенситометрії, називають інтегральними, наприклад, інтегральна світлочутливість. Деколи визначення "інтегральний" опускають для скорочення виразу і якщо, наприклад, кажуть про світлочутливість, то розуміють її інтегральну величину.

Методи спектральної сенситометрії дають можливість вимірювати ті ж самі властивості, але вже при дії на матеріал окремими монохроматичними складовими або вузькими інтервалами спектра. Отримані величини називають спектральними, наприклад, спектральна чутливість. Якщо вивчається дія випромінювань у межах окремих зон спектра (кольорів), тоді відповідні величини називають кольоровими, наприклад, кольорова чутливість, а методи відносять до окремого підрозділу спект-

ральної сенситометрії – кольорова сенситометрія.

Структурометрія розглядає структуру фотоматеріалу та структуру утворюваного в ньому почорніння, вивчає дію випромінювання на обмежені за розмірами ділянки матеріалу. Методи структурметрії дозволяють кількісно оцінити здатність фотографічного матеріалу до відтворення дрібних елементів об’єкта. Структурометричні характеристики – роздільна та видільна здатність, зернистість, твердість растрової точки та інші.

Базовим показником для оцінки зображень у поліграфії і, зокрема, у фотографічній метрології є оптична щільність (D, одиниця вимірювання – бела, Б..), яка є основним показником для характеристики перетворення фізичним тілом випромінювання променями тіла. Оптична щільність характеризує ступінь поглинання променів матеріалом (рис. 1.6). При відбиванні променів від поверхні тіла визначається оптична щільність у відбитому світлі ( Dρ ), а при проходженні

випромінювання крізь тіло – оптична щільність у прохідному світлі ( Dτ ), чисельні

значення яких розраховуються за відповідними формулами (1.1). Причому, у поліграфії широко використовуються обидва показники залежно від того на якому матеріалі нанесено зображення: прозорому (плівка), чи непрозорому (папір).

Рис. 1.6. Взаємодія тіла з випромінюванням:

F0 – світловий потік, що падає на тіло; Fρ – світловий потік, що відбивається від поверхні тіла; Fτ – світловий потік, що пройшов крізь тіло

4

Світловий потік (F) — це потік променевої енергії, потужність якого оцінюється за створеним ним світловим відчуттям. Одиниця вимірювання світлового потоку — люмен, лм

Аналогічно до поділу сенситометрії, в залежності від того, яким за складом спектра випромінюванням освітлювалось тіло при визначенні оптичної щільності, розрізняють інтегральну ( Dінт або просто D), спектральну ( Dλ ) та кольорову ( Dколір )

оптичну щільність.

Вимірювання оптичної щільності на практиці здійснюється за допомогою денситометрів, які в залежності від складності дозволяють вимірювати ті чи інші типи оптичної щільності та обчислюватидодаткові споріднені величини (розмір растрової точки, величину розтискування та інше). Лише для таких специфічних вимірювань як визначення Dλ та для розкладання кольору взірця на складові кольори (фарби) ті-

єї чи іншої моделі кольору (Pantone Matching System, Pantone Hexachrome, Hartmann Irocart та інші) застосовуються інші прилади – спектрофотометри.

Для визначення градаційних та спектральних показників фототехнічних матеріалів, режимів експонування та проявлення застосовується метод побудови характеристичної кривої.

Характеристична крива – це графічна залежність (рис. 1.7) оптичної щільності на фотоматеріалі залежно від логарифму наданої йому кількості випромінювання (експозиції (H), одиниця вимірювання експозиції – люкс-секунда, лк*сек.).

Величину експозиції можна підрахувати, якщо знати силу світла (Силою світла (I)

характеризується світловий потік, який випромінюється у певному напрямі. Одиниця вимірювання сили світла – кандела, кд. I = ΩF де Ω - тілесний кут, стерадіан, cp.) або величину освітленості (Освітленість (Е) - це величина світлового потоку, яка припадає на одиницю площі освітленої поверхні. Одиниця вимірювання освітленості – люкс, лк. E = FS = lI2 , S

– площа освітленої поверхні, l – відстань між джерелом випромінювання та освітленою поверхнею.) фотоматеріалу та час його експонування:

де t – час експонування, сек.

Для спрощення вимірювання та підвищення їх точності, для побудови характеристичної кривої величини експозицій для окремих ділянок зображення не вираховують, а користуються експозиційним приладом — сенситометром, що дозволяє надавати фотоматеріалу ряд заздалегідь відомих експозицій.

3 формули (1.2) видно, що для отримання на фотоматеріалі шкалу ділянок з різною величиною наданої експозиції необхідно, або змінювати час експонування (t , або змінювати освітленість ( E ), перед джерелом випромінювання встановлюють оптичний клин (Оптичний клин – це оптичне тіло прозорість (оптична густина) якого змінюється з початку і до кінця за певним законом. У сенситометрії застосовуються оптичні клини з лінійною зміною оптичної густини. Зміни можуть бути безперервними (безперервний оптичний клин) або однаковими за величиною кроками (ступінчастий оптичний клин). Зміна густини оптичного клину відбувається лише за значенням, а не за спектральним складом.).

Використання одного із цих принципів дозування експозиції, дозволяє сенситометру

5

отримати на фотоматеріалі шкалу для кожної ділянки якої можна розрахувати експозицію та за допомогою десинтометра виміряти оптичну щільність. Отримана на фотоматеріалі шкала та побудована на спеціальному бланку характеристична крива матеріалу носять назву – сенситограма.

Експонування та обробка сенситограм відбувається у стандартизованих умо-

вах (ГОСТ 10691).

Рис. 1.7. Характеристична крива фототехнічної плівки (типова форма)

Типова форма характеристичної кривої фототехнічної плівки представлена на рис. 1.7. Її положення щодо осей, кута нахилу, кривизни окремих ділянок змінюються залежно від властивостей фотоматеріалу та умов проявлення. Проте загальна форма зберігається для всіх випадків.

Початкова ділянка (а - б) незмінної оптичної густини є область вуалі. На цій ділянці знаходяться точки з мінімальною величиною, що звуться – густиною вуалі ( D0 ). Точку (б), яка характеризується мінімальною різницею від щільності вуалі на-

зивають "поріг почорніння", а експозицію при якій отримується дана густина – поро-

гова експозиція.

Наступна ділянка кривої з наростаючою кривизною (б – в) – нижня криволінійна ділянка (область недотримання), переходить у прямолінійну ділянку (в – г), і далі у верхню криволінійну ділянку (область перетримання) (г – д), кривизна якої спадає до нуля. Границя верхньої криволінійної ділянки (точка д) характеризується

максимальною оптичною густиною, яку можна отримати на даному фототехнічному матеріалі – Dmax . Остання частина кривої, що знаходиться правіше

точки (д) та яка має від’ємну кривизну, має назву – область соляризації. Побудувавши характеристичну криву для конкретної фототехнічної плівки

можна визначити ряд основних її технічних характеристик:

Густина вуалі ( D0 ) створюється сумою оптичної щільності матеріалу фототех-

нічної плівки та шкідливого зображення (вуалі), що утворюється по всій площі неекспонованої плівки після її обробки. Тому чим меншим є отримуване значення D0 ,

тим кращою вважається фототехнічна плівка і тим ближчими до оптимальних є умови експонування та обробки. Як правило, значення D0 знаходиться в діапазоні 0,03 –

0,10 Б.

Більшість формних процесів, де використовуються фотоформи, досить жорстко регламентують максимально допустимі значення D0 . Зокрема це стосується про-

цесів фотополімеризації, де недотримання вимог, стосовно значення D0 спричиняє продовження часу експонування. Внаслідок цього зростає тривалість формного про-

6

цесу, перевитрати електроенергії й ресурс дорогих ламп експонування та може погіршити якість друкарських форм. Гарантоване (за оптимальних умов обробки та зберігання) максимальне значення щільності вуалі вказується виробником у технічній документації на фототехнічні плівки. Це значення є орієнтиром для споживача в першу чергу ступеня старіння фототехнічної плівки, а також стану устаткування, оптимальності обраних режимів обробки, виснаженості робочих розчинів.

Максимальна оптична густина ( Dmax ), яку можна досягти на даній фототехнічній плівці, є такою ж важливою величиною характеристикою плівки, як і D0 . Міні-

мально допустиме значення D також жорстко регламентується формними процесамиі головним чином впливає на вибір тієї чи іншої фототехнічної плівки для того чи іншого формного процесу. Як і для D0 виробник у технічній документації вказує

гарантоване значення мінімального рівня Dmax .

Світлочутливість фототехнічної плівки оцінюється величиною енергетичної дії (експозиції) необхідної для створення на плівці певного фотографічного ефекту – критерію світлочутливості. Чим меншою є експозиція, що називають критеріальною, тим більш чутливою є плівка.

Критерієм світлочутливості обрано (ГОСТ 10691.6-88) певне значення оптичної щільності D* , що на деяку задану величину D перевищує щільність вуалі ( D* = D0 + D ). Світлочутливість визначається за формулою:

де k – коефіцієнт пропорційності; H * – критеріальна експозиція.

Для обчислення значення світлочутливості необхідно визначити критеріальну експозицію. Для цього з точки D* (рис. 1.7), яка знаходиться на характеристичній кривій, опускають перпендикуляр на вісь H. Точка перетину відповідає критеріальній експозиції H * , числове значення якої підставляють у формулу (1.3). Якщо, для побудови характеристичної кривої використовується спеціальний бланк, що під віссю H містить шкалу S, то опустивши перпендикуляр на цю шкалу одразу ж отримують числове значення світлочутливості.

ГОСТ 10691.6-88 не лише регламентує методику визначення світлочутливості, але й регламентує заокруглення обчислених значень світлочутливості до відповідної шкали. Отримувані числа світлочутливості відповідають рекомендаціям міжнародної організації із стандартизації ISO та зустрічаються під назвою ГОСТ/ISO.

Отримані за формулою (1.3) числа утворюють арифметичну шкалу чисел світлочутливості, яка застосовується у країнах колишнього CPCP (од. ГОСТу), у Великобританії (BS), США (ASA), Польщі (ΠΝ), Франції і Японії (ISO/ASA). Але існують ще й логарифмічні шкали чисел, якими користуються у Німеччині (DIN) та Чехословаччині (CSN), в яких світлочутливість визначається відповідним логарифміч-

7

Співвідношення між числовими значеннями різних систем представлено у табл. 1.2. Характеристична крива має змінну кривизну і тому нахил або градієнт (тангенс кута нахилу) буде залежати від області його визначення.

де gm−n і αm−n - відповідно градієнт та кут нахилу ділянки характеристичної кривої

від точки m до точки n;

Dm , lg Hm та Dn , lg Hn - відповідні (для крайніх точок ділянки) значення оптичної щільності та логарифму експозиції.

Таблиця 1.2.

Співвідношення числових значень світлочутливості різних систем

Коефіцієнт контрастності (γ ) або просто контрастність фотоматеріалу – це характеристика градаційних властивостей фототехнічного матеріалу, його здатності передавати деяку сукупність яскравостей об’єкта або змін інтенсивності випромінювання тим чи іншим рядом оптичних щільностей зображення на фотоформі. Контрастність фотоматеріалу характеризується градієнтом прямолінійної ділянки характеристичної кривої:

де індексом 2 позначені оптична густина та логарифм експозиції, що відповідають верхній точці прямолінійної ділянки, а індексом 1 – нижній точці. Кут α - кут нахилу прямолінійної ділянки до вісі абсцис (рис. 1.7).

Залежно від значення коефіцієнта контрастності виділяють три основних типи фотоматеріалу:

—при γ=1 відбувається прямо пропорційна (лінійна) передача градацій – певній зміні логарифмів експозиції відповідає така ж сама зміна оптичної щільності; Фотоматеріали з γ=1 називають нормальними за контрастністю;

—при γ<1 та при γ>1 відбувається непропорційна передача градацій, тобто певній зміні логарифмів експозицій відповідає менша γ<1 або більша γ>1 зміна оптичної щільності. Відповідно фотоматеріали мають назву – м’які чи малоконтрастні γ<1 або контрастні γ>1.

Фотоматеріали з γ=1 переважно використовувалися у поліграфії для прямої зйомки або переконтакту півтонових зображень, а з γ<1 – для виготовлення коректурних півтонових зображень (масок). Сьогодні, у зв’язку із суттєвими змінами у

8

технологічних процесах, обидва типи матеріалів більше не мають такого широкого застосування і для потреб поліграфії більше не виробляються. Найбільшу частку серед сучасних фототехнічних плівок займають контрастні (γ>4) та надконтрастні (γ>15) матеріали, що використовуються для фотографування, фотовиводу та переконтакту штрихових та растрових зображень.

Окрім контрастності в деяких випадках для характеристики фототехнічних матеріалів користуються такими показниками, як середній градієнт нижньої ( gниж ) ,

верхньої ( gверх ) криволінійних ділянок та середній градієнт всієї корисної частини характеристичної кривої ( g ), що фактично визначають тангенс кута нахилу січної відповідної криволінійної ділянки.

Фотографічною широтою (L) називають довжину проекції прямолінійної ділянки на вісь абсцис характеристичної кривої (рис. 1.10):

Фотографічна широта визначає той інтервал експозицій, котрий може бути відтворений фотоматеріалом лінійно. Для м’яких фотоплівок, цей інтервал є більшим ніж для нормальних, а для контрастних та надконтрастних – меншим.

Під час експонування фотоматеріалу інтервал освітленостей (експозицій) повинен вкладатися у межі фотографічної широти фотоматеріалу і тоді лінійна передача можлива при декількох різних витримках або діапазонах експозицій. Якщо фотографічна широта є меншою, то отримати фотоформу, оптичні щільності якої прямопропорційні логарифмам експозицій, неможливо.

Корисний інтервал експозицій – це проекція корисної частини характеристичної кривої на вісь lg H . Він є різницею логарифмів експозицій, відповідно верхньої

Корисна фотографічна широта визначає той інтервал експозицій, котрий фотоматеріал може передавати без втрат деталей.

За допомогою цифрового фотоапарата або сканера зображення може бути перетворене у цифровий вигляд та оброблятися на комп’ютері. При виводі такого зображення на плівку, на формну пластину або безпосередньо на друк, виконується його градаційне та кольорове коректування (під час реставрування та кольороподілу) для того, щоб зображення на відбитках відповідало оригіналу та проміжним контрольним відбитком (кольоропробам). Ця система відома під назвою – Система керування кольоровідтворенням (Color Management System).

Для цього необхідним є визначення градаційної передачі кольорових напівтонових зображень при перетворенні оригіналу на відбиток у реальних умовах роботи (для використовуваних матеріалів, устаткування, обраних режимах та умов роботи).

Градаційна передача – залежність растрової оптичної щільності вторинного зображення від растрової оптичної щільності первинного зображення виконана для окремих кольорів (фарб). Для етапу виготовлення фотоформ це є залежність DR фотоформ від DR оригіналу для кожного кольору (друкарської фарби), для встановлених типів фототехнічних матеріалів, типу вивідного апарата та за встановлених режимів виводу та обробки. Таку градаційну передачу одержують експонуючи еталонне зображення (з відомим рядом DR оригіналу) на фототехнічній плівці, після обробки якої за допомогою денситометра вимірюють відповідні значення DR фото-

9

форм, які вносять у комп’тер для формування відповідної матриці (DR фотоформи = =f DR оригіналу).

Для характеристики спектральної чутливості фототехнічної плівки, необхідно визначити значення чутливості залежно від довжини хвилі діючого випромінювання – Sλ .

Найточніші дані стосовно спектральної чутливості дають вимірювання за допомогою спектросенситометра. Цей прилад дозволяє одержувати сенситограми фотоматеріалу при експонуванні випромінюванням певної довжини хвилі.

Визначивши значення світлочутливості для кожного випромінювання за формулою:

будують криву залежності світлочутливості від довжини хвилі випромінювання lg S = f (λ) , за якою визначають сенсибілізацію фототехнічної плівки.

У таблиці 1.3. наведена традиційна класифікація фотоплівок за спектральною чутливістю, а на рис.1.8 приведені графіки спектральної чутливості деяких типів фототехнічної плівки фірми Агфа.

Рис. 1.8. Графіки спектральної чутливості деяких типів фототехнічної плівки фірми Агфа (Бельгія)

а – ортохроматична плівка марки CQL-4 для переконтакту та камерної зйомки штрихових та растрових зображень; б - УФ-чутлива плівка денного світла марки BLE-4 для переконтакту та камерної зйомки штрихових та растрових зображень; в - фототехнічна плівка марки DB-4 для одержання фотоформи у фотовивідних пристроях з аргон-іоновим лазером (A=488 нм); г - фототехнічна плівка марки CFRi-4 для одержання фотоформ у фотовивідних пристроях з гелійнеоновим лазером або з червоним лазерним діодом (A=633-670 нм); д - фототехнічна плівка марки CIR-4 для одержання фотоформ у фотовивідних пристроях з інфрачервоним лазерним діодом

(A=780 нм).

10