Курсовая работа: Естественно-научные основы фотографии
Этот способ малоэффективен, и потому для получения мягкого рассеянного освещения следует использовать в качестве вторичного излучателя с большими линейными размерами белые экраны, применяемые при просмотре диапозитивов или любительских кинофильмов. В этом случае мощный источник света (галогенную лампу большой мощности или лампу-вспышку) устанавливают на расстоянии 60 - 90 см от подвешенного на штативе или на стене экрана, напротив его центра, и направляют световой поток лампы на экран. Отразившийся от поверхности экрана свет создает мягкое рассеянное освещение, особенно необходимое при портретной съемке.
Вместо экрана можно использовать достаточно большой по размерам (не меньше 60 Х 60 см) кусок белой ткани или даже светлую стену. Иногда для получения мягкого рассеянного освещения в комнате или ином помещении свет мощной лампы направляют в потолок, который при этом также является вторичным излучателем с большой поверхностью излучения.
Приведенные способы создания мягкого рассеянного освещения обладают одним недостатком: освещенность объекта съемки по сравнению с освещенностью прямым светом падает в несколько раз, что объясняется как потерями света в процессе отражения (до 50%), так и увеличением расстояния от источника света до объекта съемки. Именно поэтому эти способы требуют применения мощных источников света.
Вместо экрана, стены или потолка в качестве отражателя можно использовать зонт, обтянутый белой тканью. Для этого наиболее пригоден плотный атласный шелк или какая-либо иная достаточно плотная ткань. Такой зонт в раскрытом состоянии укрепляют с помощью струбцины на штативе. В непосредственной близости от ручки располагают и источник света. В сложенном состоянии они занимают мало места, а в процессе съемки их легко устанавливают в нужном месте помещения.
Получить пучок направленного света значительно легче. Для этого достаточно на обычный фото осветитель надеть склеенный из плотной бумаги или тонкого картона длинный цилиндрический тубус, диаметр которого равен диаметру рефлектора осветителя. Длина тубуса определяется желаемой степенью направленности световых лучей. Для большинства встречающихся в практике случаев бывает достаточно длины 50 - 60 см. Внутренняя поверхность тубуса для предотвращения светорассеяния должна быть обклеена черной бумагой. Можно использовать в качестве источника направленного света и осветительную часть фотоувеличителя.
2.4 Освещение объекта съемки
При фотографировании с осветительными приборами характер каждого из возможных вариантов освещения выражен более явно, чем при съемке в условиях естественного освещения, поскольку под открытым небом его свет ощутимо смягчает контрасты светотени.
В большинстве случаев для рельефного воспроизведения форм предметов применяют боковое или передне-боковое, несколько верхнее освещение направленным светом, который не только подчеркивает трехмерность объекта, но и сохраняет при этом привычным нашему взгляду характер светораспределения, свойственный естественным световым условиям. В противоположность этому освещение объекта направленным светом снизу практически не встречается в природных условиях и потому воспринимается нами как необычное, неестественное. Тени от объекта наименее заметны при фронтальном освещении, а наиболее - при задне-боковом и контровом освещении.
3. Естественно-научные основы фотографии
Фотография стала одним из первых методов, широко и органически воспринятых криминалистикой и творчески приспособленных к своеобразным условиям исследования вещественных доказательств.
Сотрудники судебно-экспертных учреждений как специалисты при производстве следственных действий и оперативно-розыскных мероприятий и как эксперты должны прекрасно понимать сущность фотографического процесса и знать характеристики применяемых фотоматериалов, чтобы, исходя из конкретных исходных условий, выбрать наиболее подходящие фотоматериалы и оптимальные режимы съемки и обработки.
В данной главе я попытался рассмотреть черно-белый фотографический процесс и представлен детальный механизм формирования изображения.
3.1 Физико-химическая сущность фотографического процесса
Процесс образования фотографического изображения - сложнейший многостадийный физико-химический процесс, который включает в себя следующие основные этапы:
химическое созревание (создание серебряных центров светочувствительности при получении галогеносеребряной эмульсии) - осуществляется при производстве фотоматериалов;
экспонирование (образование центров скрытого изображения при фотохимическом действии света на галогениды серебра) - происходит непосредственно при фотографировании на светочувствительные материалы;
химико-фотографическая обработка (получение видимого изображения) - осуществляется при проявлении и закреплении изображения.
При черно-белом фотографическом процессе проявление позволяет получить видимое серебряное изображение, закрепление предназначено для растворения непроявленных галогенидов серебра с последующим вымыванием из фотослоя. Кроме того, существует ряд вспомогательных и дополнительных процессов, способствующих повышению чувствительности, качества изображения и улучшению других характеристик фотографического процесса.
Химическое созревание осуществляется при производстве фотоматериалов. Эта стадия фотографического процесса здесь не рассматривается, так как она является производственным технологическим процессом фотопромышленности. Фотограф, как правило, имеет дело с уже готовыми различными фотоматериалами и выбирает их по определенным характеристикам.
3.1.1 Образование скрытого изображения
В твердом состоянии галогениды серебра (AgHal - AgCl, AgBr, AgI) образуют кристаллы. В кристаллах хлорида (AgCl) и бромида (AgBr) серебра ионы галогена расположены в вершинах и центрах граней куба.
Ионы серебра расположены аналогичным образом, причем образуемый ими куб смещен относительно куба, определяемого ионами галогена. Такие кристаллы относятся к классу гранецентрированных кубических кристаллов. Эти кристаллы существуют в виде агрегатных скоплений, представляющих повторение структуры, в направлениях трех координатных осей. Если AgCl и AgBr осаждаются одновременно, то образуются смешанные гранецентрированные кубические кристаллы, в которых углы решетки заняты как ионами хлора, так и ионами брома. Иодид серебра AgI при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении образует иную кристаллическую структуру, однако, бромид и хлорид серебра в присутствии малых концентраций AgI образуют при осаждении смешанные гранецентрированные кубические кристаллы.
Форма кристаллов зависит от процесса осаждения. Кристаллы могут быть кубическими, в форме октаэдра, пластинчатыми или нерегулярными. Однако внутренняя структура всегда такова. Средний размер зерна галогенида серебра примерно равен 1000 нм, оно содержит около 1010 гранецентрированных кубиков.
У реального кристалла галогенида имеются отклонения от идеальной структуры. Из-за нарушений равновесных условий роста, захвата примесей при кристаллизации под влиянием различных воздействий в структуре кристалла возникают нарушения - так называемые дефекты (ион серебра уходит из своего нормального положения в кристаллической решетке и свободно блуждает в междуузельном пространстве). Данные дефекты и многочисленные инородные включения в кристаллической решетке образуют центры светочувствительности, которые являются и центрами концентрирования атомов серебра в результате действия света. От величины этих центров зависит уровень светочувствительности: чем крупнее центры, тем выше светочувствительность. Обычно рост центров сопровождается увеличением размеров микрокристаллов, поэтому высокочувствительные фотоматериалы бывают крупнозернистыми, а малочувствительные - мелкозернистыми.
От зернистости светочувствительного слоя зависит зернистость изображения - неоднородность почернения равномерно экспонированного и проявленного участка фотоматериала. Зернистое строение изображения уменьшает его четкость. Линии, разорванные на отдельные зерна, становятся неровными, контуры - нерезкими. Повышенная зернистость ухудшает качество изображения. Процесс образования скрытого изображения заключается в следующем. При экспонировании фотографического слоя кванты лучистой энергии поглощаются галогенидом серебра, при этом происходит реакция фотолиза
2AgHal = 2Ag + Hal2
В экспонированных галогенидах образуются центры скрытого изображения. Серебро остается в кристалле в виде скоплений от нескольких атомов серебра (минимум 4 атома) до сотен, а галоген в виде двухатомных молекул выходит в окружающее пространство.
Образование скрытого изображения связано с размерами и распределением центров светочувствительности по объему микрокристалла галогенида серебра. Лишь крупные центры скрытого изображения проявляются, они называются центрами проявления; мелкие центры не вызывают проявления. Чем больше света попало на фотоматериал при экспонировании, тем крупнее частицы, составляющие эти центры, и тем быстрее будет идти проявление. На участках фотоматериала, которые не подвергались действию квантов света, реакция фотолиза не происходит и центры скрытого изображения не образуются.
Если экспонированный фотоматериал своевременно не проявить, скрытое изображение может исчезнуть: составляющие его атомы серебра вновь соединятся с атомами галогена и образуют исходное вещество - галогенид серебра. Это явление называется "регрессией скрытого изображения", которая усиливается при хранении экспонированного фотоматериала в теплой, влажной, загрязненной атмосфере и уменьшается при низкой температуре.
3.1.2 Проявление скрытого изображения
Проявление - процесс превращения скрытого изображения, полученного в светочувствительном слое фотоматериала под действием света или другого излучения, в видимое серебряное изображение. Чтобы проявить светочувствительный слой, необходимо применить восстановитель, который экспонированные галогениды серебра преобразовал бы в металлическое серебро, а неэкспонированные - сохранил в неизменном виде.
В современной фотографии наиболее распространен процесс химического проявления, при котором фотоматериалы обрабатывают проявителем - раствором, содержащим проявляющие вещества, способные восстанавливать галогениды серебра фотослоя до металлического серебра, образующего видимое изображение. Происходящую химическую реакцию восстановления можно схематически записать в виде:
AgHal + Red = Ag металл + Ox + Hal,
где Red - проявляющее вещество в активной восстанавливающей форме; Ox - проявляющее вещество в окисленной форме.
В процессе проявления проявитель, отдавая электроны галогениду серебра, разрушает связь между серебром и галогеном, что способствует рекомбинации атомов серебра с образованием зерен металлического серебра, сам проявитель при этом окисляется.
Процесс проявления характеризуется избирательным действием проявителя: в экспонированных участках эмульсионного слоя серебра восстанавливается больше, чем в неэкспонированных. Это объясняется тем, что реакция восстановления галогенидов серебра значительно ускоряется в присутствии атомарного серебра, имеющегося в центрах проявления и выступающего катализатором реакции проявления.
Существует и так называемое физическое проявление, при котором видимое изображение строится из металлического серебра, полученного путем растворения проявителем галогенидов серебра фотослоя или осаждающегося на фотослое из солей серебра, входящих в состав проявителя. Этот способ используется главным образом в научной фотографии.
В проявлении могут участвовать и неэкспонированные либо недоэкспонированные микрокристаллы галогенидов серебра, если при изготовлении эмульсии вследствие дефектов в них образовались активные области - центры фоновой вуали. Часть этой вуали вызывается кристаллами галогенидов, которые были возбуждены под действием повышенной температуры или проникающего излучения. Это ухудшает качество изображения, так как приводит к нежелательному потемнению тех деталей изображения, которые должны оставаться светлыми. Фоновая вуаль уменьшает контраст изображения, полученного в результате проявления. Число центров вуали в светочувствительном слое возрастает с увеличением его светочувствительности. Поэтому высокочувствительные негативные фотоматериалы отличаются повышенной вуалью, а у малочувствительных она практически отсутствует.
После извлечения фотоматериала из проявляющего раствора проявление продолжается из-за впитавшегося в фотографический слой раствора. Для прерывания проявления, происходящего в основном в щелочной среде, используют останавливающие растворы, содержащие кислоту или кислую соль, которые нейтрализуют щелочь проявителя.
3.1.3 Закрепление проявленного изображения
В проявленном фотоматериале содержится видимое серебряное изображение и галогениды серебра, которые все еще являются светочувствительными соединениями. Если эти галогениды серебра не удалить, то они постепенно начнут на свету темнеть, разрушая проявленное серебряное изображение.
Закрепление, или фиксирование проявленного изображения - это процесс превращения непроявленных галогенидов серебра фотографического слоя в светоустойчивые бесцветные соединения. Процесс закрепления обычно осуществляется обработкой, при которой все соединения серебра, не восстановившегося при проявлении, растворяются и полностью вымываются из слоя в процессе промывки.
Основной компонент фиксирующих растворов - растворитель галогенида серебра - должен быстро растворять галогенид серебра и не действовать на серебро изображения, а также хорошо растворяться в воде, образовывать легкорастворимые и устойчивые в водной среде комплексные соли серебра, не быть токсичным. В качестве растворителей галогенидов серебра применяют тиосульфаты натрия (гипосульфит натрия - Na2S2O3.5H2O) и аммония (NH4) 2S2O3). Реакция закрепления изображения осуществляется в две стадии:
Первая - AgBr + Na2S2O3 = Na [Ag (S2O3)] + NaBr;
Вторая - Na [Ag (S2O3) + Na2S2O3 = Na3 [Ag (S2O3) 2].
Бромистое серебро под действием тиосульфата натрия превращается в труднорастворимую соль Na [Ag (S2O3)], а затем под действием тиосульфата натрия эта соль постепенно переходит в легкорастворимое соединение Na3 [Ag (S2O3) 2].
Кроме тиосульфата в фиксирующие растворы входят вещества, которые обеспечивают прекращение процесса проявления, ускоряют растворение галогенида серебра, повышают механическую прочность набухшего фотографического слоя (кислоты, кислые соли, дубящие вещества и др.).
Проявленный и зафиксированный фотоматериал содержит видимое серебряное негативное изображение объекта фотографирования, светлые участки объекта воспроизводятся темными, а темные - светлыми. Для получения позитивного изображения с негатива производится фотопечать в той же последовательности, что и при получении негатива: экспонирование через негатив светочувствительного материала, проявление и закрепление полученных фотоснимков.
3.2 Получение изображения по методу обращения
На светочувствительном слое можно получить сразу позитивное изображение фотографируемых объектов. Этот метод называется в фотографии "методом обращения". Он получил распространение при изготовлении любительских кинофильмов и диапозитивов (слайдов), которые используются для проецирования на светлый экран, а также для изготовления стереопар при стереоскопической фотосъемке.
Рассмотрим получение изображения методом обращения в сравнении с негативным способом. При обращаемом процессе имеются дополнительные операции при обработке экспонированного фотоматериала, которые отсутствуют при негативном процессе.
Стадия экспонирования фотоматериала как при негативном, так и при обращаемом процессах происходит одинаково. Свет, отраженный от объекта съемки, попадает на светочувствительный слой. В тех участках фотоматериала, на которые поступает больше света, увеличивается количество центров скрытого изображения. После проявления в этих участках восстанавливается больше металлического серебра, или, другими словами, возрастает плотность изображения. В процессе обращения вслед за проявлением используется операция отбеливания для того, чтобы превратить проявленное серебро в растворимые в воде его комплексные соединения. В качестве отбеливателя чаще всего применяется водный раствор железосинеродистого калия.
Затем фотоматериал, в котором остались только неэкспонированные и непроявленные галогениды серебра, подвергается экспонированию равномерным освещением (засветке), что делает оставшиеся в фотослое галогениды способными к проявлению, так как в них происходит реакция фотолиза. Повторное проявление преобразует их в металлическое серебро. После фиксирования, которое удаляет следы оставшихся галогенидов серебра, в фотоматериале остается серебряное изображение, которое является позитивом объекта фотографирования.
На первый взгляд кажется, что для получения прямого позитива необходимо воспользоваться только способом обращения обычной фотопленки. Однако это не так. Если обычная фотопленка подвергается процессу обращения, то первоначально неэкспонированные галогениды серебра на второй стадии проявления будут восстановлены до металлического серебра и светлые участки на фотоматериале будут малопрозрачными.
По этой причине обращаемые фотоматериалы изготавливаются более тонкими, чем большинство негативных, и к проявителю, который используется для их обработки, добавляются растворители галогенидов серебра. В этом случае при первом проявлении растворяются наиболее мелкие непроявленные галогениды серебра на светлых участках изображения, так как их присутствие может вызвать появление вуали при втором проявлении. Кроме того, обращаемые фотоматериалы должны быть более однородными по толщине по сравнению с негативными, потому что неоднородности по толщине вызывают изменения оптической плотности прямого позитива.
Правильный выбор экспозиции и времени проявления является очень важным при работе с обращаемыми фотоматериалами, любое отклонение от оптимальной экспозиции при съемке необходимо компенсировать изменением времени проявления. Если пленка недоэкспонирована, первое проявление должно быть увеличено, чтобы удалить больше галогенидов серебра, особенно на светлых участках. Получившийся прямой позитив будет оптически менее плотным, чем при обычном проявлении, а следовательно, более приемлемым для проецирования.
3.3 Одноступенный фотографический процесс
Еще один метод быстрого получения позитивного черно-белого изображения основан на диффузии в щелочной среде растворимых комплексных солей серебра. На этом принципе в 40-х гг. XX в. удалось разработать и реализовать на практике одноступенный процесс моментального получения полутонового позитивного изображения. В настоящее время это выдающееся изобретение в различных модификациях нашло самое широкое применение во многих областях науки и техники для решения важнейших технических задач. Процессы быстрого получения цветных изображений фирм Kodak и Polaroid также представляют собой диффузионно-фотографические процессы.
Существуют два способа получения изображения с использованием диффузионно-фотографического процесса. В первом способе каждый светочувствительный комплект содержит негативный материал, позитивный материал и капсулы с обрабатывающими пастами. Фотографическая эмульсия донорного слоя экспонируется в фотоаппарате. После экспонирования донорный слой входит в контакт с приемным слоем позитивного материала, на поверхности которого находится большое количество коллоидно-металлических или металлосульфидных центров проявления, так называемых зародышей восстановления.
В процессе получения изображения при прокатывании через специальные ролики проявляюще-фиксирующая паста выдавливается между донорным и приемным слоями. Проявитель практически мгновенно начинает проявлять экспонированные галогениды серебра в донорном слое, и одновременно же растворитель начинает растворять неэкспонированные галогениды. Если скорости проявления и растворения правильно сбалансированы, то проявитель действует на экспонированные галогениды серебра раньше, чем они могут раствориться. Из донорного слоя происходит диффузия галогенидов в приемный слой. При контакте с зародышами восстановления галогениды начинают проявляться, в результате в приемном слое образуется позитивное изображение; негативное изображение остается в донорном слое. Приемный слой содержит до 1013 зародышей восстановления на 1 см2 фотоматериала. Такая высокая плотность центров проявления приводит к увеличению скорости проявления галогенидов в приемном слое.
Во втором способе все реактивы, необходимые для проведения процесса, введены непосредственно в светочувствительный слой фотоматериала. После экспонирования фотоматериал (на котором пока еще нет видимого изображения, а имеется только скрытое) извлекается из фотоаппарата автоматически (при помощи малогабаритного электродвигателя) или вручную (посредством рукоятки). Изображение начинает появляться прямо на свету, постепенно проступая на белом фоне непрозрачной основы. Проявление происходит автоматически, и изображение приобретает необходимую плотность за определенное время (от нескольких десятков секунд до нескольких минут).
При диффузионном процессе необходим правильный подбор скоростей процессов проявления, растворения и диффузии. Он осуществляется соответствующим выбором химических реактивов и концентрации проявляюще-фиксирующих паст.
Процессы с диффузионным переносом, основанные на диффузии солей серебра, широко применяются в любительской, профессиональной и специальной фотографии для получения полутонового изображения.
В настоящее время фотографические фирмы выпускают множество фотокомплектов, в том числе с кассетой "Фильмпак", не только различной светочувствительности, но и контрастности, как для любительской и профессиональной фотографии, так и для широкого использования в различных областях науки и техники (в медицине, авиации, военном деле и т.д.). В нашей стране выпускаются фотокомплекты, действующие по этому же принципу и получившие название "Момент". Среди зарубежных технологий наиболее широко известны процессы Polaroid SX-70, Kodak PR-10.
По сравнению с обычным негативно-позитивным и обращаемым фотографическими процессами одноступенный процесс позволяет за 10-30 секунд "полусухим" методом (без применения иммерсионной обработки) при очень высокой светочувствительности негативного фотоматериала получать беззернистое позитивное изображение с высокой разрешающей способностью.
Перечисленные выше достоинства позволяют с успехом использовать такую технику фотографирования в криминалистике, где нужна большая оперативность, в научных разработках для фиксации результатов исследования. Выпускаются оборудование и пленки для съемок под оптическим и электронным микроскопом, для съемок с осциллографа, для хроматографии, рентгеновской кристаллографии, а также пленки с ультрафиолетовым покрытием, что расширяет возможности съемки в невидимых лучах.
Следует отметить, что качество позитива, полученного при одноступенном фотографическом процессе, обычно хуже, чем качество отпечатков при негативно-позитивном процессе или диапозитивов, выполненных по методу обращения. При длительном хранении, особенно на свету, качество изображения еще более ухудшается. Кроме того, возникают проблемы с получением копий фотоснимков.
Заключение
По мере своего совершенствования фотография все шире проникала во многие сферы человеческой деятельности; промышленность, искусство, медицину, полиграфию, астрономию и т.д. Сейчас трудно назвать отрасль науки и техники, где бы не применялась фотография. Она во многом способствовала техническому прогрессу. Благодаря фотографии были сделаны многие научные открытия.
Фотография нашла широкое применение в полиграфии при изготовлении печатных форм, в кинематографии, для оптической записи звука, в криминалистике, метеорологии, антропологии, металлографии и др.
Принцип получения фотографических изображений способом дагерротипии состоял в том, что серебряную пластинку сначала тщательно очищали, а затем помещали в специальный ящик над сосудом с металлическим йодом. Испаряясь, йод оседал на ее поверхности и, взаимодействуя с серебром, давал йодистое серебро - вещество, чувствительное к свету. После этого в темноте пластинку помещали в кассету камеры-обскуры и на нее экспонировали ярко освещенные предметы с выдержкой в несколько минут. Под действием света на пластинке получалось слабое изображение. Его усиливали, т.е. проявляли парами ртути, которые оседали на участках, где подействовал свет. Этот процесс проводили в специальном ящике, на дне которого помещали сосуд с ртутью. Для ускорения процесса испарения ртути сосуд подогревали.
Для того чтобы удалить с неэкспонированных участков остатки йодистого серебра и закрепить тем самым изображение, пользовались раствором поваренной соли. Несколько позже для этих целей стали применять тиосульфат натрия.
Изображение на дагерротипе состояло из участков, покрытых тонким слоем ртути и серебра. При определенном угле наклона на дагерротипе было четко видно позитивное изображение.
В данной курсовой работе была дана попытка рассмотреть естественно-научные основы фотографии.
В первой главе я рассмотрел подготовку к фотосъемке.
Вторая глава посвящена фотографической съемке. В ней подробно описано съемочное освещение, световые приборы, необходимые для верного фотографирования, затронуты особенности съемки при искусственном освещении, а также сам процесс освещения объекта съемки.
В третьей главе речь идет непосредственно о естественно-научных основах фотографии. Я проанализировал физико-химическую сущность фотографического процесса, рассмотрел образование скрытого изображения, рассказал о получении изображения по методу обращения, а также описал одноступенный фотографический процесс.
Список используемой литературы
1) Фомин А.В. "Общий курс фотографии".
2) Стародуб Д.О. "Азбука фотографии"
