Светочувствительность
Светочувствительность, численное значение общей чувствительности фотоматериала к свету, соответствующее такому времени его проявления, при котором достигается его оптимальная (рекомендуемая) величина коэффициента контрастности как среднего градиента характеристической кривой в установленном интервале логарифмов экспозиции.
Светочувствительность (или просто "чувствительность") определяется по результатам сенситометрических испытаний и указывается на упаковке или в паспорте фотоматериала. Число светочувствительности определяет время экспонирования (выдержки) при фотосъемке или копировании. Единица числа светочувствительности определяется выбранным критерием светочувствительности и формулой, по которой она находится.
В большинстве стран бывшего СССР число светочувствительности выражают в условных единицах ГОСТ, в США -- в условных единицах ASA, в Германии -- в условных градусах DIN. Две системы (арифметическая и логарифмическая (см. ниже)) определены и в стандарте ISO (ISO/ISO°).
| Справка: | Сокращения |
| ГОСТ |
Государственный стандарт (СССР, СНГ) |
| ASA |
American Standards Association (сейчас -- ANSI) -- Американская ассоциация стандартов |
| DIN |
Deutsche Industrie Normen -- Германские индустриальные нормы |
| ISO |
International Standards Organization (International Organization for Standardization) -- Международная организация стандартов |
| EI |
Exposure Index -- Индекс экспозиции |
Для оценки фотографических свойств светочувствительных слоев применялось множество систем, впоследствии замененных единой системой международных стандартов ISO.
Английская система была предложена в 1890 году основоположниками сенситометрии Фердинандом Хартером и Веро Дриффильдом (F. Hurter, V.C. Driffield). Характеристическая кривая на Западе в их честь носит название "H&D curve".
В качестве критерия светочувствительности в этой системе принята точка инерции i, являющаяся точкой пересечения продолжения прямолинейного участка характеристической кривой с осью абсцисс (см. рисунок).
|
D -- оптическая плотность;
H -- экспозиция;
D0 -- плотность вуали;
|
|
Критерии светочувствительности в различных системах
|
|
Формула для определения светочувствительности Si в этой системе имеет вид:
Si=10/Hi, где
Si -- в градусах H&D;
Hi -- экспозиция, соответствующая точке инерции (инерции фотослоя).
Немецкая система DIN введена в 1934 году.
Светочувствительность в данной системе определяется по формуле:
SDIN=10 lg(1/H0,1);
где H0,1 -- экспозиция в точке, соответствующей величине порога почернения фотоматериала Ds=D0+0,1;
SDIN выражается в градусах DIN.
Американская система ASA введена в 1947 году.
Светочувствительность определяется в единицах ASA по формуле:
SASA=0,8/H0,1;
где H0,1 -- экспозиция в точке, соответствующей величине порога почернения фотоматериала Ds=D0+0,1;
Первая отечественная система ГОСТ была введена в 1945 году.
Определение общей светочувствительности одно время производилось при критерии Ds=D0+0,85 для черно-белых негативных и позитивных фотоматериалов, а также для цветных негативных фотоматериалов, Ds=D0+1,0 для цветных позитивных фотоматериалов и Ds=Dmin+0,9 -- для черно-белых обращаемых и Ds=Dmin+0,85 -- для цветных обращаемых фотоматериалов.
Неудобством как отечественных, так и иностранных стандартов было то, что эти "стандарты" были локальными (вплоть до использования одной лишь фирмой, его предложившей), не общепринятыми, что затрудняло использование и фотоматериалов и экспонометров. Кроме того критерии в некоторых стандартах со временем менялись, что только запутывало ситуацию...
Международной организацией по стандартизации ISO был предложен стандарт единой сенситометрической системы для использования во всех странах мира.
За критерий светочувствительности принята плотность Ds=D0+0,1, аналогично системам DIN и ASA, на основе которых и разработан международный стандарт.
Был нормирован наклон характеристической кривой. Испытуемый фотоматериал должен проявляться до достижения определенного значения среднего градиента на некотором прямом участке. Начало этого участка совпадает с точкой, плотность в которой равна D0+0,1, а окончание этого участка определяется интервалом экспозиций, равным 1,3, что соответствует ее двадцатикратному увеличению. Указанному интервалу экспозиций должно соответствовать увеличение оптической плотности почернения, равное 0,8+0,05.
Численно светочувствительность фотоматериала в международной системе определяется по тем же формулам, что и в системах DIN и ASA.
Для тех фотоматериалов, для которых указанные выше ограничения не применимы, светочувствительность в рамках стандартов ISO определена быть не может 1). Для таких материалов обычно указывается так называемый "индекс экспозиции", обозначаемый как E.I., который является примерной заменой единицам ISO для определения соответствующей экспозиции стандартными экспонометрами.
Новый ГОСТ (ГОСТ 10691-84) приведен в соответствие со стандартом ISO и начал действовать с 1987 года. В СССР международные стандарты не имели, и ныне в Российской Федерации -- не имеют прямого действия и для их введения необходимо принятие соответствующего ГОСТа.
Кроме перечисленных выше, существовали логарифмо-арифметические шкалы: BS -- в Великобритании, Z7.0 в Канаде; арифметические в Польше (ПНР) -- PN, RN-53/C, японская NGZ; и логарифмические: в Чехословакии -- шкала CSN, во Франции -- AFNOR-SOF... Существовали арифметические шкалы частных стандартов фирм Вестон (Weston) и Дженерал Электрик (General Electric), в Германии, Великобритании и США применялась логарифмическая система Шейнера (Scheiner) и т.д.
Шкала светочувствительности -- шкала чисел, составляющих последовательность значений общей светочувствительности.
Используется для определения правильных условий экспонирования при фотосъемке или печатании фотоизображений.
Различают так называемые арифметическую и логарифмическую шкалы светочувствительности.
Арифметическая представляет собой геометрическую прогрессию с модулем, равным корню кубическому из двойки, что приблизительно равно 1,26 (значение модуля определяется константой фотометрического клина, используемого при сенсиметрических испытаниях фотоматериала).
При переходе от одного числа светочувствительности к другому время экспонирования выдержку при съемке изменяют обратно пропорционально числам светочувствительности.
Логарифмическая шкала представляет собой арифметическую прогрессию. При переходе от одного числа светочувствительности S1 к другому S2 выдержку t1 и t2 изменяют по закону: log(t1/t2)=S2-S1
В Международном сенситометрическом стандарте ISO используют как арифметическую шкалу, аналогичную ASA -- геометрическую прогрессию с модулем 1,26, так и логарифмическую шкалу -- арифметическую прогрессию с разностью в единицу, аналогично градусам DIN. Светочувствительность фотоматериалов по ISO обычно пишется через дробь, например: ISO 100/21°. (Практически система ISO и представляет собой объединение двух стандартов -- ASA и DIN).
В отечественной сенситометрической системе до приведения ее в соответствие с международным стандартом ISO (старый ГОСТ) ряд чисел светочувствительности приблизительно составлял геометрическую прогрессию с модулем, равным корню квадратному из двух (1,4).
| Старый ГОСТ до 01.01.1987 | ГОСТ/ASA | DIN |
| 1,4 | 1,6 | 3 |
| (2) | 2 | 4 |
| 2,5 | 5 |
| 2,8 | 3 | 6 |
| (4) | 4 | 7 |
| 5 | 8 |
| 5,5 | 6 | 9 |
| (8) | 8 | 10 |
| 10 | 11 |
| 11 | 12 | 12 |
| (16) | 16 | 13 |
| 20 | 14 |
| 22 | 25 | 15 |
| (32) | 32 | 16 |
| 40 | 17 |
| 45 | 50 | 18 |
| (65) | 64 | 19 |
| 80 | 20 |
| 90 | 100 | 21 |
| (130) | 125 | 22 |
| 160 | 23 |
| 180 | 200 | 24 |
| (250) | 250 | 25 |
| 320 | 26 |
| 350 | 400 | 27 |
| (500) | 500 | 28 |
| 640 | 29 |
| 700 | 800 | 30 |
| (1000) | 1000 | 31 |
| 1250 | 32 |
| 1400 | 1600 | 33 |
| (2000) | 2000 | 34 |
| 2500 | 35 |
| 2800 | 3200 | 36 |
| (4000) | 4000 | 37 |
| 5000 | 38 |
| 5600 | 6400 | 39 |
В скобках даны числа светочувствительности, не имеющие точного эквивалента ни в одной системе чисел.
Соотношения между различными по дискретности шкалами экспонометрических устройств и числами светочувствительности используемых фотоматериалов указаны в таблицах, которые построены следующим образом: в левой части показаны возможные варианты маркировки шкал экспонометрических устройств фотокамер и фотоэкспонометров, а в правой -- соответствующая чувствительность современных фотопленок (выделены номинальные значения светочувствительности, экспонирующиеся с миниимальной доступной погрешностью).
Одноступенная маркировка шкалы по ряду (32, 65, 130...)
| Маркировка шкалы |
Светочувствительность фотопленки |
| Старый ГОСТ |
ГОСТ/ISO |
| 16 |
16-20-25 |
| 32 |
32-40-50 |
| 65 |
64-80-100 |
| 130 |
125-160-200 |
| 250 |
250-320-400 |
Одноступенная маркировка шкалы по ряду (22, 45, 90...)
| Маркировка шкалы |
Светочувствительность фотопленки |
| Старый ГОСТ |
ГОСТ/ISO |
| 22 |
20-25-32 |
| 45 |
40-50-64 |
| 90 |
80-100-125 |
| 180 |
160-200-250 |
| 350 |
320-400-500 |
| 700 |
640-800-1000 |
Полуступенная маркировка шкалы
На шкалах экспонометрических устройств могут отсутствовать оцифровки промежуточных значений, они обозначаются точками или черточками для повышения читаемости.
| Маркировка шкалы |
Значение |
Светочувствительность фотопленки |
| Старый ГОСТ |
ГОСТ/ISO |
| 11 |
11 |
12 |
| . |
16 |
16-20 |
| 22 |
22 |
25 |
| . |
32 |
32-40 |
| 45 |
45 |
50 |
| . |
65 |
64-80 |
| 90 |
90 |
100 |
| . |
130 |
125-160 |
| 180 |
180 |
200 |
| . |
250 |
250-320 |
| 350 |
350 |
400 |
| . |
500 |
500-640 |
| 700 |
700 |
800 |
| . |
1000 |
1000-1250 |
| 1400 |
1400 |
1600 |
Третьступенная маркировка шкалы
Шкала с шагом в 1/3 ступени появилась на фотоаппаратах ЗЕНИТ в переходный период от старого к новому ГОСТу, и представляет собой уже новую шкалу, но с нанесенными еще старыми основными значениями светочувствительности фотопленки (была применена, например, в фотоаппарате ЗЕНИТ-автомат в диапазоне от 22 до 1400 единиц старого ГОСТа).
Так как старая шкала имела дискретность в 1/2 ступени, то промежуточные значения, проставленные через 1/3 ступени оказались неопределенными для старого ГОСТа.
| Маркировка шкалы |
Значение |
Светочувствительность фотопленки |
| Старый ГОСТ |
ГОСТ/ISO |
| 11 |
11 |
12 |
| . |
- |
16 |
| . |
16 |
20 |
| 22 |
22 |
25 |
| . |
- |
32 |
| . |
32 |
40 |
| 45 |
45 |
50 |
| . |
- |
64 |
| . |
65 |
80 |
| 90 |
90 |
100 |
| . |
- |
125 |
| . |
130 |
160 |
| 180 |
180 |
200 |
| . |
- |
250 |
| . |
250 |
320 |
| 350 |
350 |
400 |
| . |
- |
500 |
| . |
500 |
640 |
| 700 |
700 |
800 |
| . |
- |
1000 |
| . |
1000 |
1250 |
| 1400 |
1400 |
1600 |
Современная третьступенная маркировка шкалы
| Маркировка шкалы |
Значение |
| ГОСТ/ISO |
| 12 |
12 |
| . |
16 |
| . |
20 |
| 25 |
25 |
| . |
32 |
| . |
40 |
| 50 |
50 |
| . |
64 |
| . |
80 |
| 100 |
100 |
| . |
125 |
| . |
160 |
| 200 |
200 |
| . |
250 |
| . |
320 |
| 400 |
400 |
| . |
500 |
| . |
640 |
| 800 |
800 |
| . |
1000 |
| . |
1250 |
| 1600 |
1600 |
Индекс экспозиции E.I.
Помимо указанного выше применения, термин "индекс экспозиции" (E.I.), используется для маркировки некоторых фотоматериалов неспециального назначения, где служит для указания значения светочувствительности, при котором материал реально экспонируется, в отличие от нормированного значения светочувствительности в единицах ISO. Применяется для так называемой "push"-обработки, когда пленка экспонируется при большем значении светочувствительности (т.е., например, при EI 800 для пленки в 200 единиц ISO), а время проявления -- увеличивается.
Термин в практику "обычной фотографии" был введен и используется фирмой Kodak в ее профессиональных фотопленках для подчеркивания различия между нормированным значением светочувствительности фотопленки и фактически принятом фотографом или рекомендуемом в тех или иных случаях.
Определение светочувствительности цифровых фотокамер
В связи с появлением и широким распространением цифровых фотоаппаратов, был принят стандарт ISO 12232, нормирующий способы определения аналога светочувствительности ISO для этой техники.
По предложенному стандарту светочувствительность определяется по уровню насыщения ячеек (saturation-based ISO) и по уровню шумов (noise-based ISO).
Первая вычисляется по формуле: Ss=78/Hs, где Hs -- экспозиция в точке насыщения.
Вторая (основная) по формуле: Ss/n=10/Hs/n, где Hs/n -- экспозиция в точке с соответствующим отношением сигнала к шуму.
Определены два уровня сигнал/шум -- 40 и 10. Т.е. различают Ss/n=40 и Ss/n=10.
В настоящее время действует пересмотреная версия стандарта 2006 года.
Примечания:
1) -- Стандартами ISO определяется светочувствительность многих фотоматериалов: фотопленок общего назначения -- черно-белых, цветных, негативных и обращаемых; фотобумаги; промышленных и медицинских радиографических фотопленок и других. В настоящей статье фотоматериалы специального назначения, такие как: высококонтрастные, инфракрасные и рентгеновские и другие -- не рассматриваются.
Основные источники:
С.В. Кулагин -- Проектирование фото- и киноприборов. М., "Машиностроение", 1976
Фотография. Энциклопедический справочник -- "Беларуская Энцыклапедыя" имени Петруся Бровки, Минск, 1992
Геннадий Терегулов -- Светочувствительность пленок по новому ГОСТу. Статья из журнала "Советское фото", номер 2 за 1987 г.
Ссылки по теме:
Вопросы и ответы: Код DX
Вопросы и ответы: Экспонометрия
Radiometry and photometry in astronomy
|