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 фотосъёмке или копировании. Единица числа светочувствительности определяется выбранным критерием светочувствительности и формулой, по которой она находится.
В СССР числа светочувствительности выражались в условных единицах ГОСТ, в США — в условных единицах ASA, в Германии — в условных градусах DIN. Две системы (арифметическая и логарифмическая (см. ниже)) объединены 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 1) |
| ISO |
International Standards Organization (International Organization for Standardization) — Международная организация стандартов |
| EI |
Exposure Index — Индекс экспозиции |
Критерии светочувствительности в различных стандартах
Для оценки фотографических свойств светочувствительных слоёв применялось множество систем, впоследствии заменённых единой системой международных стандартов ISO.
Английская система H&D 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.
Изначально в формуле не было умножения на десять и градусы DIN записывались в виде дроби со знаменателем 10, например: « 21/10°». Cтандарт 1957 года изменил формулу и указание «десятых долей» были отменено. Знак градуса начал опускаться в соответствии со стандартом 1961 года. Одновременно критерии светочувствительности были согласованы c американским стандартом 1960 года, что изменило численные значения светочувствительности (например, 18° DIN стали 21 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;
С 1928 года в СССР напрямую использовалась система H&D (ХиД), стандартизованная в ГОСТ 2817-45 и действовавшая до 1951 года. ГОСТ 2817-50 в целом был близок к американской системе ASA 1947 года, но базировался на немного других критериях.
Определение общей светочувствительности производилось при критерии Ds = D0 + 0,85 для чёрно-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 чёрно-белых обращаемых и Ds = Dmin + 0,85 — для цветных обращаемых фотоматериалов.
Новый ГОСТ (ГОСТ 10691-84) приведен в соответствие со стандартом ISO и начал действовать с 1987 года. В СССР международные стандарты не имели прямого действия и для их введения необходимо принятие соответствующего Государственого стандарта Союза ССР.
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 определённого 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 её 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 ASA и DIN, и записывается через дробь, например: ISO 100/21° (для отличия чисел DIN был возвращён отменённый знак градуса)
Для тех фотоматериалов, для которых указанные выше ограничения не применимы, светочувствительность в рамках стандартов ISO определена быть не может 2). 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.
Кроме перечисленных выше, существовали логарифмо-арифметические шкалы: B.S. Index — 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), причём в разных странах «градусы Шейнера» были немного разными, и т.д.
Шкала светочувствительности
Шкала светочувствительности — шкала чисел, составляющих последовательность значений общей светочувствительности.
Используется для определения правильных условий экспонирования при фотосъёмке 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 съёмке 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 её в соответствие с международным стандартом ISO (старый ГОСТ) ряд чисел светочувствительности приблизительно составлял геометрическую прогрессию с модулем, равным корню квадратному из двух (1,4).
Приблизительные соотношения между различными системами
Старый ГОСТ
1951–1987 гг. |
ГОСТ, ASA |
DIN |
Scheiner ° |
Weston |
| 1,4 |
1,6 |
3 |
|
|
| 2 |
2 |
4 |
|
|
| 2,5 |
5 |
|
|
| 2,8 |
3 |
6 |
|
|
| 4 |
4 |
7 |
|
|
| 5 |
8 |
|
|
| 5,5 |
6 |
9 |
19 |
4 |
| 8 |
8 |
10 |
|
|
| 10 |
11 |
|
|
| 11 |
12 |
12 |
22 |
8 |
| 16 |
16 |
13 |
|
|
| 20 |
14 |
|
|
| 22 |
25 |
15 |
25 |
16 |
| 32 |
32 |
16 |
|
|
| 40 |
17 |
|
|
| 45 |
50 |
18 |
28 |
32 |
| 65 |
64 |
19 |
|
|
| 80 |
20 |
|
|
| 90 |
100 |
21 |
31 |
64 |
| 130 |
125 |
22 |
|
|
| 160 |
23 |
|
|
| 180 |
200 |
24 |
34 |
128 |
| 250 |
250 |
25 |
|
|
| 320 |
26 |
|
|
| 350 |
400 |
27 |
37 |
256 |
| 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 |
|
|
Соответствия значений светочувствительности различных шкал
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 фотоплёнок (выделены номинальные значения светочувствительности, экспонирующиеся с минимальной доступной погрешностью).
Одноступенная маркировка шкалы по ряду (32, 65, 130...)
| Маркировка шкалы |
Светочувствительность фотоплёнки |
| ГОСТ 2817-50 |
ГОСТ 10691-84 |
| 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 фотоплёнки |
| ГОСТ 2817-50 |
ГОСТ 10691-84 |
| 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 чёрточками для повышения читаемости.
| Маркировка шкалы |
Значение |
Светочувствительность фотоплёнки |
| ГОСТ 2817-50 |
ГОСТ 10691-84 |
| 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 нанесёнными ещё старыми основными значениями светочувствительности фотоплёнки (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 неопределёнными для старого ГОСТа.
| Маркировка шкалы |
Значение |
Светочувствительность фотоплёнки |
| ГОСТ 2817-50 |
ГОСТ 10691-84 |
| 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 10691-84 |
| 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 плёнка экспонируется при большем значении светочувствительности (т.е., например, при EI 800 для плёнки в 200 единиц ISO), а время проявления — увеличивается.
Термин в практику «обычной фотографии» был введен и использовался фирмой Kodak в её профессиональных фотоплёнках для подчеркивания различия между нормированным значением светочувствительности фотоплёнки 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: Ssat = 78 ⁄ Hsat, где Hsat — 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 пересмотренная версия стандарта 2006 года.
Примечания:
1) — Более подробно о различных вариантах образования этой аббревиатуры см. страницу Индексы и сокращения.
2) — Стандартами ISO определяется светочувствительность многих фотоматериалов: фотоплёнок общего назначения — чёрно-белых, цветных, негативных и обращаемых; фотобумаги; промышленных и медицинских радиографических фотоплёнок и других материалов. В настоящей статье фотоматериалы специального назначения, такие как: высококонтрастные, инфракрасные, рентгеновские и другие — не рассматриваются.
Основные источники:
С.В. Кулагин: «Проектирование фото- и киноприборов.» — «Машиностроение», М., 1976 г.
Фотография. Энциклопедический справочник. — «Беларуская Энцыклапедыя» имени Петруся Бровки, Минск, 1992 г.
Геннадий Терегулов: «Светочувствительность плёнок по новому ГОСТу.» — журнал «Советское фото», номер 2 за 1987 г.
Стандарт ISO 12232:2006.
Ссылки по теме:
Вопросы и ответы: Код DX
Вопросы и ответы: Экспонометрия
Radiometry and photometry in astronomy
|