Характеристическая кривая и интервал рабочих плотностей

Благодаря низкой степени контрастности, на негативной пленке удается зафиксировать очень большой интервал яркостей. Если во время съемки один объект будет отличаться по яркости от другого в 1000 раз, т.е. на 10 каналов3 экспонометра (например, темный предмет в неосвещенном подъезде и белая, освещенная солнцем, рубашка человека, который стоит у подъезда), то на негативной пленке могут быть переданы все градации яркостей от тени внутри подъезда до самого ярчайшего светового пятна на светлой рубашке. Более того, негативная пленка способна передать еще больший интервал яркостей, вплоть до солнечного блика в стекле. Причем большей яркости будет соответствовать соответственно большая плот­ность в негативе. Например, в зимнем пейзаже солнечный диск в негативе будет иметь значительно большую плотность, чем белый снег. Почти всег­да негативная пленка способна разные яркости, сколь большими они ни были, передать разными плотностями. Однако из практики известно, что яркие блики на снегу, на воде, диск солнца (если это не восход и не закат) получаются на фотографиях просто белыми, без проработки. В негативе мы видим детали, как в тенях, так и в освещенных местах, а на фотобумаге детали в светах не пропечатываются.3 10 каналов соответствуют изменению экспозиции в 210 = 1024 раза Не все плотности негатива, хотя визуально они различимы в негативе, пропечатываются в позитиве. Отпечатав на один лист фотобумаги нормального контраста контак­тным способом сенситограмму вместе с негативным изображением, кото­рое мы считаем нормальным по плотностям, увидим, что при оптимальных условиях печати пропечатывается менее половины полей сенситограммы (рисунок).

 

Первые, самые плотные, поля сенситограммы на фотобумаге по­лучаются одинаково белыми. Плотности негативного изображения выше 1,20 над Dмин оказываются непроработанными в позитиве. На самой негативной пленке мы мо­жем получить очень высокие плотности — выше D = 3,0 над вуалью. Но вос­пользоваться такими плотностями не­возможно. Мы можем отчетливо видеть в негативе облака, но если их плотность отличается от плотности основы и вуали более чем на 1,20, то в позитиве они бу­дут отсутствовать. В негативе мы можем видеть пейзаж за окном интерьера, но если он ярко освещен (например, выход из кафе на светлую улицу), пейзаж и улица выбе­лятся, и на фотоотпечатке мы не разли­чим того, что находится за окном. Когда в кадр попадают светящиеся люстры или просто открытые лампы накалива­ния, то в негативе отчетливо видны не только колбы ламп, но даже и раскален­ные спирали. А на фотоотпечатке вмес­то ламп оказываются белые туманные круги-пятна, без всяких деталей. На фотоотпечатке сенситограммы видно, что пропадают детали не только в светах, но и в тенях. Например, поля с плотностями 0,02, 0,04 и 0,08 (над Dмин) совершенно сливаются с темным фо­ном. Еще в начале века Е.Гольдберг после денситометрического анализа большого количества негативов и отпечатанных с них фотографий пришел к выводу (1918 г.), что плотности в негативе ниже 0,10

 

Негатив с сенситограммой, над вуалью не имеют существенного отпечатанные на позитив значения для изображения. Эту точку, нормального контраста. 0,10 над вуалью, Гольдберг предложил называть эффективным порогом, имен­но с этой плотности при оптимальных условиях печати начинается прора­ботка в тенях. Считается, что в оптимальном по плотностям негативе черное поле на серой шкале с коэффициентом отражения около 2%, которое имеет та­кой же коэффициент отражения, что и черное сукно (черная ткань, чер­ная шляпа, черный пиджак, но не черный бархат), должно иметь плотность 0,10-0,20 Б (т.е. отличаться от плотности вуали на 0,10-0,20). Эти значения обычно рекомендуются как ориентиры для оптимального по плотности не­гатива (см. табл.).

 

черное поле (2-3%)	0,10-0,20 Б
серое поле (18%)	0,60-0,70 Б
белое поле (80%)	1,10-1,20 Б

 

Таблица № 3. Рекомендуемые плотности серой шкалы в оптимальном негативе (без учета плотности основы и вуали) В выбранном нами негативе черное поле серой шкалы имеет плот­ность 0,10 Б над вуалью, серое поле с коэффициентом отражения 18% - 0,66 Б, освещенная сторона лица девушки - 0,78 Б, а белое поле - 1,12 Б.

Если мы расположим эти плотности на характеристической кривой, то увидим, что интервал плотностей негатива, принимающих участие в построении позитивного изображения, расположен, в основном, в нижней половине характеристической кривой. Поэтому когда встает вопрос об определении степени контрастности пленки, имеющей два прямолинейных участка (в верху и в низу кривой), он однозначно решается в пользу нижней половины характеристической кривой. Чтобы избежать разногласий в этом вопросе, был предложен конк­ретный участок для определения степени контрастности. Степень контрастности, найденная на этом участке, называется средним градиентом. Этот участок, как правило, находится внутри интервала рабочих плотностей и ограничен двумя точками. Первая из этих точек — точка на характеристи­ческой кривой, где располагается черный объект с проработкой деталей: Dмин + 0,10. Вторая точка, которая определяет интервал для нахождения средне­го градиента, выбрана там, где на характеристической кривой располагаются светлые объекты. Коэффициент отражения второй фиксированной точки должен быть в 20 раз больше, чем коэффициент отражения, соот­ветствующий первой точке, т.е. должен быть около 40-50%. Таким образом для определения среднего градиента выбран участок характеристической кривой, ограниченный двумя точками, которые в нормально экспониро­ванном негативе соответствуют черному объекту в проработке и светлому объекту с деталями. Поскольку число 20 в логарифмическом виде записы­вается как 1,3, то механизм нахождения среднего градиента выглядит так, как показано на рисунку.

Вначале на характеристической кривой находится плотность, отли­чающаяся от минимальной на 0,10 Б. Затем от этой точки откладывается интервал, соответствующий 1,3 lgH и вверх проводится прямая до пересе­чения с характеристической кривой. Так определяется вторая точка. Эти две точки на характеристической кривой находятся с единственной целью — они ограничивают интервал, на котором определяется средний гради­ент. Точки между собой соединяются прямой линией. Тангенс угла наклона этой линии и будет являться средним градиентом. Угол наклона этой линии несколько меньше, чем угол наклона прямолинейного участка характерис­тической кривой, а это означает, что значение среднего градиента числен­но будет несколько ниже, чем значение гаммы. Аналитически средний градиент находится по формуле:

где D - разница плотностей между точками 1 и 2, а lgH - заданный интервал экспозиций, равный 1,3. Средний градиент почти полностью вытеснил из употребления гам­му, хотя, в принципе, это один и тот же коэффициент контрастности. Чаще всего первая точка для определения среднего градиента не лежит на пря­молинейном участке, а попадает на начальный загиб кривой, и поэтому значение среднего градиента в численном выражении оказывается не­сколько меньше гаммы, или иногда — равным гамме: это когда первая точка попадает уже на прямолинейный участок, что встречается редко. И тогда нет никакой разницы, чем пользоваться — и гамма, и средний гради­ент — и численно и по сути дела одно и то же.

 

КАК ПО ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЙ КРИВОЙ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ПЕРЕДАВАЕМЫЙ ИНТЕРВАЛ ЯРКОСТЕЙ (ШИРОТА)

Интервал яркостей объекта, от черного до белого, который в нега­тивно-позитивном процессе передается с проработкой деталей, принято называть передаваемым интервалом яркостей. Очевидно, что этот пере­даваемый интервал яркостей зависит не столько от негативной пленки, сколько от фотобумаги. Ведь негативная пленка может передать интервал и 1:2000, он передастся в негативе довольно большим интервалом плот­ностей. Но на позитив такой интервал плотностей негатива «не пропеча­тается». Того количества света, которое будет проходить через высокие плотности негатива (как, например, 1,5, 2,0 или 2,5), просто недостаточно для того, чтобы вызвать в позитиве хоть какое-то почернение. Максималь­ный интервал плотностей негатива, который может быть пропечатан на позитив нормальной контрастности, и который может быть использован фотографом, как правило, не превышает 1,10-1,20. Почти всегда фотогра­фы хотят, чтобы прямолинейный участок характеристической кривой нега­тивной фотопленки был как можно длиннее (он может в случае контрастно обра-ботанных пленок подниматься до плотности D=3). Однако интервал рабочих плотностей негатива занимает менее половины характеристичес­кой кривой и в нормально экспонированном негативе максимально пропе­чатываемая плотность не превышает D=1,20 над вуалью. Даже в случае плотных негативов вряд ли есть смысл использовать плотности выше 1,50­1,60. При такой плотности фактура полностью теряется и увеличение вы­держки при печати приводит лишь к появлению серого оттенка в светлых местах позитива, но не к появлению деталей. Потенциально в негативной фотопленке заложена возможность получать очень высокие плотности. Например, на засвеченном кончике пленки плотность может быть около 3. Однако на построение негативного изображения в среднем идет 15-20% светочувствительных солей серебра, имеющихся в эмульсии, остальные 80% солей серебра уходят в фиксаж. С практической точки зрения совершенно равнозначны две фото­пленки, чьи характеристические кривые изображены на рисунке 5, как равнозначны по вместимости два чайника, изображенные рядом

Два чайника и две характеристические кривые. Как бы мы ни старались, в стандартном фотопроцессе мы сможем передать только такой интервал яркостей объекта, который укладывается в негативе в интервал плотностей 1,10 - 1,20.

Фотографа при съемке волнует не столько интервал плотностей не­гатива, сколько интервал яркостей объекта, который может быть передан в конечном позитивном изображении. Желая определить максимальный интервал яркостей, который может передать негативно-позитивная пара, мы должны определить то, какой перепад яркостей создает в негативе раз­ницу плотностей 1,10. Учитывая, что малые плотности, как правило, запечатываются, для первых следов плотностей негатива, нужных для построении изображе­ния в тенях, следует взять точку 0,10 над Dмин. И тогда рабочие плотности негатива будут располагаться в интервале плотностей от 0,10 (черное в позитиве) до 1,10 (белое в позитиве). Передаваемый интервал яркостей тесно связан с контрастностью негативного материала. Количество каналов от черного до белого, передаваемых фотопленкой, не зависит от производителя светочувствительного материала, но зависит исключительно от коэффициента контрастности.

 

Зависимость интервала передаваемых яркостей от черного до белого (так называемой «ши­роты») от степени контрастности негатива. Для определения передаваемого интервала яркостей (. B) в каналах экспонометра для разноконтрастно проявленных негативов можно предложить формулу (вывод этой формулы мы не приводим):

Чтобы найти передаваемый интервал яркостей (от черного с прора­боткой в тенях до белого с проработкой в светах) следует число 3,3 разде­лить на степень контрастности негативного материала. Так, при низкой гамме негатива, около 0,40, пропечатываемому на позитив интервалу плотностей (.D=1,10) будет соответствовать интервал яркостей, охватывающий около 8 каналов (см. рисунок), гамме негатива около 0,50 будет соответствовать интервал яркостей более 6 каналов, а при степени контрастности.=0,80 передаваемый интервал яркостей уменьшится до 4 каналов. Мы приходим к известному выводу, что чем выше степень контрастности негатива, тем меньше широта передаваемо­го интервала яркостей. Этот интервал от черного до белого почти всегда называют широтой. Однако мы умышленно пока не пользуемся этим термином, поскольку под «широтой» в академической литературе понимается несколько другая, в численном выражении значительно большая величина — проекция прямо­линейного участка характеристической кривой на ось lg экспозиций. Так, согласно «академическому» определению, «фотографическая широта» реальной фотопленки КODAK T-MAX, характеристическая кривая которой приведена на рисунке 6, должна составлять в логарифмических единицах 2,6 (1: 450). В этом интервале обеспечивается пропорциональная передача яркостей (большей яркости соответствует пропорционально большая плотность), однако передаваемый интервал яркостей, на кото­рый, собственно говоря, и рассчитывает фотограф, равен всего-навсего 1,4

 

 

или в арифметическом выражении 1:30, поскольку только соответству­ющая этому интервалу экспозиций часть плотностей характеристической кривой сможет пропечататься в позитиве.

Следует заметить, что в ГОСТе фигурирует только одно определение «фотографической широты» — проекция всего прямолинейного участка: фотографическая широта соответствует интервалу экспозиций, ограни­ченному точками конца и начала прямолинейного участка характеристической кривой.

 

В большинстве случаев под термином «широта» фотографы пони­мают передаваемый интервал яркостей, а не то, что вообще может пропорционально зафиксировать негатив. Поэтому в отличие от «академичес­кой» фотографической широты, которая фотографу, возможно, пока ни о чем не говорит, мы будем пользоваться понятием «широта» с уточняющим словом «практическая», чтобы тем самым сказать, что речь идет о пере­даваемом на практике интервале яркостей от черного до белого (см. рису­нок). Негатив, обработанный до нормального (рекомендуемого) коэф­фициента контрастности (0,65) и напечатанный на нормальную по конт­растности фотобумагу всегда будет передавать один и тот же интервал яркостей от белого до черного, примерно 5 каналов (1:32). Поэтому к фра­зам из рекламных проспектов о том, что данная негативная пленка имеет большую, чем у других пленок, фотографическую широту, с практической точки зрения следует относиться так же, как и к рекламным фразам, что «наш шоколад стал еще шоколаднее». При одной и той же степени контрастности все негативные пленки имеют практически одну и ту же широту. Большая широта может получаться на любой фотопленке только при мень­шем коэффициенте контрастности. Честно говоря, то, что для «академического» определения широты выбран прямолинейный участок, для практики не имеет никакого значе­ния. В течение десятков лет многие фабрики, производящие черно-белую кинофотопленку, в силу особых соображений придавали или старались придать кривым своих материалов вогнутую форму, не имеющую совер­шенно прямолинейного участка. В нижней части характеристическая кривая имела пологий участок, что улучшало проработку теней. Такие кривые носят название «кривых с постоянно возрастающим градиентом» и с ака­демической точки зрения их широта не поддается замеру (близка к нулю), в то время как передаваемый интервал яркостей (названный нами «прак­тическая широта») легко рассчитывается вышеописанным способом.

 

 

Кривая с изменяющимся градиентом

 

ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКАЯ КРИВАЯ

график зависимости степени почернения (либо окрашенного потемнения) фотографического слоя от десятичного логарифма экспозиции Н, вызвавшей соответствующее почернение (потемнение).

Характеризует градационные свойства светочувствительного слоя фотоматериала (поэтому в некоторых случаях её называют также градационной кривой). Характеристическую кривую получают в процессе общесенситометрических испытаний фотоматериала по результатам измерений сенситограмм. При этом количественной мерой степени почернения (потемнения) обычно служит:

для чёрно-белых фотоматериалов диффузная оптическая плотность D

для многослойных цветных — эквивалентно-серая плотность.

Характеристическая кривая используется для решения разнообразных практич. задач, связанных с тоновоспроизведением. По характеристической кривой находят сенситометрические характеристики (светочувствительность, показатели контрастности и т. д.), которые наряду с другими параметрами фотоматериала служат основными показателями его качества, определяют его фотографические свойства, позволяют установить оптимальные условия химико-фотографической обработки.

Рис. 1. Типичная характеристическая кривая чёрно-белого изображения: D — оптическая плотность; Н — экспозиция; А — точка кривой, соответствующая нижнему порогу почернения; Do — плотность фотографической вуали; АВ, ВС, СЕ — участки характеристической кривой — соответственно начальный, прямолинейный и верхний; EF — практически неиспользуемый участок, соответствующий максимальной оптической плотности Dмакс; пунктирный участок — свойственная некоторым фотоматериалам область соляризации; A(дельта) lgН — интервал логарифмов экспозиций, соответствующий прямолинейному участку (фотографическая широта).

На характеристической кривой чёрно-белого изображения (рис. 1) можно выделить следующие характерные участки и точки.

1) Начальный криволинейный, прямолинейный и верхний криволинейный участки (устаревшие названия — соответственно область недодержек, область нормальных экспозиций и область передержек). Кроме указанных областей, у некоторых фотоматериалов существует спадающий участок (область соляризации), практически означающий обращение фотографического изображения.

2) Порог почернения — точка характеристической кривой, соответствующая минимальному почернению, отличимому от плотности фотографической вуали.

3) Точка характеристической кривой, соответствующая максимальному значению оптической плотности Dмакс; характеризует максимальную, степень почернения фотослоя при данных условиях проявления.

Крутизну характеристической кривой в какой-либо её точке по отношению к оси абсцисс характеризуют градиентом характеристической кривой д — производной dD/dlgH в этой точке.

Рис. 2. Типичная кривая градиентов (сплошная линия) и соответствующая ей характеристическая кривая (пунктирная линия): D — оптическая плотность; Н — экспозиция; g — градиент.

График зависимости D от lgH, называется кривой градиентов (рис. 2), используют в сенситометрии наряду с самой характеристической кривой. К наиболее важным параметрам характеристической кривой и кривой градиентов относятся:

фотографическая широта L — интервал экспозиций, ограниченный началом и концом прямолинейного участка характеристической кривой;

полный интервал экспозиций — интервал экспозиций, ограниченный точками, соответствующими порогу почернения и значению оптической плотности Dmax,

минимальный полезный градиент, определяющий такое минимальное значение D на начальном и конечном участках характеристической кривой, которое отвечает возможности получения фотографического изображения;

контрастности коэффициент — максимальный градиент характеристической кривой, определяющий наклон прямолинейного участка по отношению к оси абсцисс;

средний градиент данного участка характеристическая кривая — отношение интервала оптических плотностей ДО к интервалу логарифмов экспозиций k\gH, соответствующих этому участку;

полезный интервал экспозиции Lg — интервал экспозиций, ограниченный точками минимального полезного градиента характеристической кривой