Предмет фотографии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Предмет фотографии



Определение фотографии

· Фотография - совокупность методов получения стабильного во времени изображения предметов и оптических сигналов на светочувствительных слоях путем закрепления фотохимических и фотофизических изменений, возникших в светочувствительных слоях под действием излучения, испускаемого или отражаемого объектом фотографирования.

· Фотография - способ фиксации портретных или натурных изображений за периоды времени, много меньше, чем требуется для тех же целей художнику (первоначальное определение фотографии).

Частные виды фотографии

Фотографию можно разделить на частные виды по следующим признакам.

По временным характеристикам изображения:

· статическая

· динамическая (кинематограф)

По виду фотоприёмника:

· полупроводниковые (фотодиоды, МОП- и КМОП-конденсаторы);

· галогенидосеребряные (пленки, фотобумага);

· бессеребряные (аналоговая и цифровая)

По способности передавать только яркостные или цветовые различия в объекте:

· черно-белая

· цветная

В зависимости от того, передаются ли изменения яркостей в объекте различием поглощения света или различиями оптической длины пути света в нем:

· амплитудная

· фазовая

По пространственному характеру изображений:

· плоскостная

· объемная (стереоскопическая фотография)

Общая последовательность действий в фотографии

Основные операции, характерные для классической галогенидосеребряной фотографии как при негативном, так и при позитивном процессах:

1) Экспонирование - создание на поверхности светочувствительного слоя (СЧС) распределения освещенностей, в результате чего в СЧС образуется скрытое изображение, не видимое глазом.

2) Проявление - усиление скрытого изображения за счет избирательного восстановления ионов серебра до атомарного состояния в местах, где образовалось скрытое изображение (проходит в растворе, называемом проявителем, основной компонент которого избирательный восстановитель ионов серебра).

3) Фиксирование - стабилизация полученного в процессе проявления изображения путем удаления из СЧС не восстановленного при проявлении галогенида серебра (происходит в растворе, называемом фиксажем, в котором ионы серебра связываются в растворимые комплексы и диффундируют из желатинового слоя фотоматериала в раствор).

Между проявлением и фиксированием и после фиксирования - всегда проводиться промывание. В первом случае, чтобы не было заноса компонентов проявителя в фиксирующий раствор, а во втором случае, для промывания продуктов фиксирования, которые при хранении безвозвратно ухудшают качество фотографического изображения.



Принцип электронной записи изображения

Для реализации электронной записи изображения необходим электронно-оптический преобразователь (ЭОП) - прибор, преобразующий оптический сигнал в электрический.

В качестве ЭОП используются два типа устройств:

· матрицы ПЗС (прибор с зарядовой связью)

· матрицы КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник)

ПЗС-матрица - интегральная схема, состоящая из светочувствительных элементов (фотодиодов или МОП-конденсаторов).

Фотодиоды способны сохранять электрический заряд, накапливаемый при ударении фотонов о поверхность сенсора.

При экспонировании в каждом конденсаторе матрицы накапливается электрический заряд. Чем интенсивнее световой поток, тем больше накапливается электронов (т.е. уровень зарядов зависит от интенсивности и продолжительности освещения).

После происходит процесс считывания этих зарядов и затем информация обрабатывается микропроцессором камеры.

Сам принцип электронной записи изображения состоит в том, что при экспонировании пространственное распределение яркости объекта с помощью полупроводниковых сенсоров превращается в соответствующее распределение зарядов или фототоков (скрытое изображение).

Сигналы квантуются при считывании (дискретизации). При считывании не все изменения заметны. Результатов квантования глаз не заметит. Каждый из зарядов имеет три координаты.

Чтобы образовался один пиксел необходимо 4 сенсора (2 зелёных, 1 красный, 1 синий).



История фотографии

1. Камера-обскура и ее усовершенствование

Самые первые камеры-обскура (от лат. camera obscura- "тёмная комната") - это полностью затемнённые помещения (либо огромные ящики) с небольшим отверстием в одной из стенок.

В 350г. до н.э. древнегреческий философ Аристотель подметил, что луч света, проникая через маленькое отверстие в ставне, образует на противоположной стене изображение предметов, находящихся на улице перед окном.

Причем масштаб тем крупнее, чем дальше от окна находится стена. Вещи изображаются в чётких пропорциях и цветах, однако уменьшенными и в перевёрнутом виде.

В 1568 г. венецианец Барбаро впервые подробно описал камеру-обскуру с плоско-выпуклой линзой, позволяющей увеличить действующее отверстие и усилить яркость оптического изображения, получаемого с её помощью.

В 1611 г. немецкий астроном Иоганн Кеплер создал оптическую систему, состоящую из вогнутой и выпуклой линз, позволяющую увеличить поле зрения камеры-обскуры.

Но камера-обскура не позволяла зафиксировать получаемое изображение.

2. Жозеф Нисефор Ньепс - изобретатель первого способа регистрации изображения (гелиография)

· Гелиография (светопись) - 1822г - первый фотографический процесс, изобретенный французом Жозефом Ньепсом.

Принцип: Ньепс растворял сухой асфальтовый порошок (битум, высокотемпературная фракция нефти) в лавандовом масле, получая таким образом довольно густой лак, которым равномерно смазывал медную посеребрённую пластинку. Затем он помещал ее в теплое место. В результате этого лак равномерно растекался по пластинке, масло поглощалось асфальтом, и асфальт ровно прилегал к пластине.

Высушенную пластинку Ньепс помещал в камеру-обскуру для экспонирования через полупрозрачный штриховой рисунок солнечным светом на время от 6 до 8 часов.

После этого на пластинке появлялось довольно мутное рельефное изображение. Светлые места на полученном изображении соответствовали неосвещенным частям объекта асфальта, темные- освещенным, на которых под действием света происходило задубливание асфальта, от чего он чернел.

Для окончательного выявления и укрепления изображения он обмазывал пластинку смесью лавандового масла с нефтью. Незадубленный асфальт, находившийся на местах, не подвергшихся действию света, вымывался таким растворителем. Обработка заканчивалась промыванием пластинки в воде.

Таким образом, Ньепс получал негативное изображение.

3. Принцип регистрации изображения Жака Луи Дагера (дагеротипия).

После смерти Ньепса его работу продолжил французский художник Луи Дагер.

· Дагеротипия - 1839г - фотопроцесс, изобретенный Луи Дагером.

Принцип: серебряная пластинка, обработанная парами йода (светочувствительный материал - галогенид серебра), помещалась в темноте в камеру-обскуру (прообраз современной фотокамеры) и экспонировалась. Полученное слабое изображение усиливали (проявляли) парами ртути, для ускорения процесса - ртуть нагревали (современные процессы химико-фотографической обработки тоже высокотемпературные). Для удаления остатков непроэкспонированного йодистого серебра изображение обрабатывали раствором поваренной соли (фиксировали).

Изображение на дагерротипе состояло из серебра и ртути, и при определенном угле наклона можно было увидеть позитивное изображение.

4. Принцип регистрации изображения Уильяма Генри Фокса Тальбота (калотипия).

· Калотипия - 1841г - фотопроцесс, изобретенный английским ученым Генри Тальботом.

Принцип: на бумагу на наносился высокочувствительный слой из хлорида серебра. Бумагу в сыром виде экспонировали в камере-обскуре, изображение закрепляли в растворе поваренной соли. С полученного негатива позитив изготовляли путем экспонирования на сильном свету через негатив такого же светочувствительного слоя.

Способы получения изображения Дагерра и Тальбота схожи только в том, что в обоих случаях в качестве светочувствительного вещества использовались галогениды серебра, а светочувствительный слой изготавливался непосредственно перед съемкой и был мокрым.

Различия же были принципиальны:

В дагеротипии сразу получалось позитивное зеркально отражающее ртутносеребряное изображение, что не требовало длительного процесса, но делало невозможным получения копий.

В калотипии изготовлялся негатив, с которого можно было делать любое количество отпечатков. Проявление же осуществлялось не только для того, чтобы сделать скрытое изображение видимым, но и для его усиления. То есть калотипия ближе к современной фотографии в классическом её варианте. фотохимический свет физический

Физическая природа света

1. Физическая природа света. Корпускулярно-волновой дуализм.

Оптика (от др.-греч. "наука о зрительных восприятиях") - раздел физики, рассматривающий явления, связанные с распространением электромагнитных волн видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов спектра. Оптика описывает свойства света и объясняет связанные с ним явления.

Свет - в физической оптике электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом.

В качестве коротковолновой границы спектрального диапазона, занимаемого светом, принят участок с длинами волн в вакууме 380--400 нм, а в качестве длинноволновой границы - участок 760--780 нм.

o Корпускулярно-волновой дуализм - проявление светом как волновых, так и корпускулярных свойств.

Гипотеза Планка: свет излучается и поглощается отдельными порциями - квантами (фотонами).

Энергия каждого кванта определяется формулой:

Е = hv

v - частота света;

h - постоянная Планка.

Квант энергии - минимальное количество энергии, которое может поглотить и излучить система.

Для объяснения одних явлений приходится пользоваться понятием о свете как о потоке частиц (прямолинейность распространения света, законы испускания и поглощения света), а других явлений - понятием о свете как о волнах (дифракция, интерференция, поляризация).

2. Электромагнитное излучение. Свет как один из видов электромагнитного излучения.

Электромагнитная волна - процесс распространения колебаний электрического и магнитного полей в пространстве (гармоническое "синусоидальное" колебание).

Электрическое и магнитное поля поддерживают друг друга: изменяющееся электрическое поле порождает вихревое магнитное поле, а изменение магнитного - вихревое электрическое.

Направление колебания электромагнитного поля определяется волновыми вектором k.

В любом волновом движении волны бывают продольные и поперечные: в случае световых волн, электромагнитные волны поперечные: векторы электрического (Е) и магнитного (H) полей таких волн колеблются перпендикулярно волновому вектору.

К такому выводу пришел еще Томас Юнг в 19 веке. То есть Е ? Н ? k.

Однако крест векторов Е и Н может быть произвольно ориентирован в пространстве относительно направления распространения волнового фронта или луча.

Световые волны не монохроматического излучения - плоские, их волновая поверхность - плоскость, перпендикулярная волновому вектору. Центром сферических и плоских световых волн является источник света.

3.Формы световых волн и виды их колебаний. Длина волны. Амплитуда, период, частота и фаза колебаний. Связь длины волны с частотой.

Световая волна - электромагнитная волна видимого диапазона длин волн.

Основные характеристики света:

· Скорость света в вакууме - 300 000 км/с.

· Длина волны (л) - расстояние между двумя ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах (измеряется в Ангстемах).

· Частота (н) - число полных колебаний в данной точке пространства (измеряется в Герцах).

· Частота световой волны определяет "цвет".

· Световые волны различных частот колебаний распространяются в вакууме с одинаковыми скоростями, а в средах - с различными скоростями. Например, в обыкновенном стекле красный свет распространяется с большей скоростью, чем фиолетовый. Вследствие этого показатель преломления оказывается различным для света различных частот колебаний.

· Амплитуда (A)-- максимальное значение смещения или изменения переменной величины от среднего значения при колебательном или волновом движении.

· Энергия, переносимая световой волной, пропорциональна квадрату ее амплитуды: форма световой волны обусловливает ощущение интенсивности, полноты и насыщенности цвета (гомогенная - единичная волна, воздействующая на глаз, или смешенные волны - несколько волн воздействующих на глаз). Гомогенный цвет создаёт ощущение насыщенного чистого цвета. В то время, когда примешиваются волны другой длины, создаётся ощущение серого оттенка.

· Период колебаний (Т) - наименьший промежуток времени, за который осциллятор совершает одно полное колебание (то есть возвращается в то же состояние, в котором она находилась в первоначальный момент, выбранный произвольно).

· Фаза колебаний (м)-- физическая величина, при заданной амплитуде и коэффициенте затухания, определяющая состояние колебательной системы в любой момент времени

(Дм= м1- м0) Л=c/V (c=3.10 в 8) V(фазовая скорость)=1/T критическими зарядам.

4. Интерференция и дифракция. Кольца Ньютона. Угол дифракции, функция рассеяния точки.

Открытию волновой природы света послужили такие оптические явления, как интерференция, дифракция и поляризация.

· Интерференция - перераспределение интенсивности света в результате наложения нескольких световых волн. Так в одних местах возникают максимумы, а в других - минимумы интенсивности (интерференционная картина, кольца Ньютона).

Интенсивность - плотность потока энергии - количество энергии, проходящей через единицу площади за единицу времени.

Условия интерференции:

1) Волны должны быть когерентными - волны с одинаковой частотой и постоянной во времени разностью фаз.

2) Волны должны быть линейно поляризованными, а их плоскости поляризации - параллельными.

Образование светлых и тёмных полос в интерференционной картине объясняется следующим образом: светлые полосы возникают от накладывания волн в одной и той же фазе (максимума и минимума), а тёмные - при накладывании волн в противофазе (минимума на максимум). Чем больше разница периодов или чем быстрее меняется фаза одного из колебаний, тем быстрее меняется расположение максимумов и минимумов.

Монохроматические волны когерентны, если имеют одинаковый период.

Интерференция немонохроматического излучения приводит к сложной картинке, состоящей из совокупности максимумов и минимумов, соответствующих разным длинам волн.

В практике фотографов случай интерференции можно наблюдать при работе со сканером. Также явление интерференции используется при просветлении оптики.

· Дифракция - явление огибания светом препятствий.

· Свет отклоняется от прямолинейного распространения при прохождении препятствий, размеры которых сравнимы с длиной световой волны.

Пример: при прохождении света через малое круглое отверстие на экране вокруг центрального светлого пятна наблюдаются чередующиеся темные и светлые кольца (дифракционная картина).

Любой оптический инструмент, в том числе фотокамера или человеческий глаз, снабжён линзами и зеркалами, которые ограничивают волновой фронт. То есть, при получении изображения с помощью оптической системы всегда будет иметь место и дифракционная картина.

Даже в самых безупречных по качеству объективах нет резкого изображения светящейся точки, потому что точка в оптическом изображении передаётся сложной системой тёмных и светлых колец, называемой пятном рассеяния.

Причиной образования пятна рассеяния является дифракция - явление, которое устранить невозможно ничем, потому что оно заложено самой природой света - волновой.

Функция рассеяния точки (ФРТ) - одна из характеристик оптических свойств объектива - зависимость освещённости в оптическом изображении точки от пространственной координаты.

Точка не передается изображением точки, вместо неё получается пятно рассеяния.

Реальный световой луч неизбежно расширяется из-за дифракции света. Это расширение называется угловым расширением луча, пропущенного через диафрагму с диаметром d.

Угловое расширение определяется углом дифракции: чем больше диаметр объектива дающего изображение, тем теснее располагаются дифракционные кольца и тем меньше следов дифракции будет на изображении.

Но увеличение диаметра объектива вызывает другие искажения изображения, называемые аберрациями.

5. Явление линейной поляризации света. Поляризация при отражении и преломлении света. Закон Брюстера.

· Поляризация - ограничение колебаний света одной плоскостью.

Степень поляризации зависит от угла падения света и показателя преломления.

Показатель преломления - отношение скорости света в вакууме к скорости света в исследуемой среде.

Векторы электрического и магнитного полей световых волн колеблются перпендикулярно волновому вектору. То есть Е?Н?k.

Где Е - вектор электрического поля, Н - вектор магнитного поля, а вектор k - волновой вектор, который определяет направление, в котором происходит распространение колебаний электрического и магнитного полей.

Если заданы направления распространения k и направление одного из векторов, то направление другого определяется однозначно.

Однако крест векторов Е и Н может быть произвольно ориентирован в пространстве относительно направления распространения волнового фронта или луча.

· Неполяризованный свет - естественный свет, содержащий волны со всевозможными направлениями колебаний вектора Е (напряженности).

· Поляризованный свет - свет, содержащий световые волны с колебаниями вектора Е, лежащими только в одной плоскости.

· Частично поляризованный свет - можно рассматривать как смесь естественного и поляризованного.

· К такому виду можно отнести отраженный и преломленный свет, а также рассеянный свет голубого неба, за исключением прямых солнечных лучей.

Поляризатор - оптический прибор, пропускающий световые волны с колебаниями вектора Е, лежащими только в одной плоскости.

Виды поляризации:

2) Линейная поляризация - вектор Е совершает колебания вдоль прямой линии.

3) Круговая поляризация - вектор Е вращается в плоскости волнового фронта вокруг вектора направления движения.

4) Эллиптическая поляризация - вектор Е вращает вокруг вектора направления и меняет свою длину.

Двойное лучепреломление:

Если пропустить узкий пучок естественного света через кристалл, который по различным направлениям имеет разные оптические свойства, то, пройдя через кристалл, например, исландского шпата, пучок раздваивается. Из него выходят два пучка различного направления и различной интенсивности, которая зависит от ориентации кристалла относительно входящего луча. Если кристалл достаточно толстый, а пучок света достаточно узок, то из кристалла выходят два пучка, параллельных первоначальному, разделённых пространственно. В случае, когда падающий пучок нормален у естественной грани кристалла (угол падения равен нулю), преломленный пучок разделяется на два, причем один из них представляет продолжение падающего пучка, а второй уклоняется так, что угол преломления не равен нулю.

Первый из этих лучей назвали обыкновенным, а второй - необыкновенным. По отношению к каждому из этих лучей кристалл проявляет разные показатели преломления (раз лучи отклоняются на разные углы). Обыкновенный луч при всех направлениях вращения кристалла исландского шпата имеет один и тот же показатель преломления.

Закон Брюстера:

Чем больше угол падения луча, тем большая доля света поляризуется, а при определенном его значении свет поляризуется полностью.

Значение угла полной поляризации зависит от относительного показателя преломления и определяется соотношением:

Tg Y0 = N

Y0 - угол падения поляризации (угол Брюстера)

N- относительный показатель преломления

При дальнейшем увеличении угла паления доля поляризованного света вновь уменьшится.

Закон Брюстера распространяется и на преломление лучей. При падении под углом Брюстера поляризация преломленных лучей максимальная, но далеко не полная (для обычного стекла - 15%). Если преломленные, то есть частично поляризованные лучи, подвергнуть второму третьему и т.д преломлениям, то степень поляризации преломленных лучей возрастёт.

В объективе несколько линз, каждая из которых будет поляризовать свет при её прохождении. При полной поляризации луч отраженный и луч преломленный составляют прямой угол друг с другом. Угол Брюстера для стекла составляет почти 57?, для воды - около 53?, для глянцевой бумаги - 58?.

Знание значение угла поляризации облегчит фотографом борьбу с бликами.

6. Квант. Энергия и масса кванта. Скорость света при переходе из одной среды в другую.

Квант - неделимая порция какой-либо величины в физике.

· Фотон - квант электромагнитного поля; безмассовая частица, способная существовать, только двигаясь со скоростью света.

Электрический заряд фотона также равен нулю. Фотону как квантовой частице свойственен корпускулярно-волновой дуализм, он проявляет одновременно свойства частицы и волны.

Энергию квантов в физике принято выражать в электрон-вольтах. Это внесистемная единица измерения энергии. От энергии квантов напрямую зависит способность излучения производить определенное воздействие на вещество.

Многие процессы в веществе характеризуются пороговой энергией - если отдельные кванты несут меньшую энергию, то, как бы много их ни было, они не смогут спровоцировать надпороговый процесс.

· Скорость света - абсолютная величина скорости распространения электромагнитных волн в вакууме.

Скорость света при переходе из одной среды в другую:

Чем более плотная среда, тем меньше скорость света, чем менее плотная среда, тем больше скорость света. Максимальное значение скорости света = 3*10 в 8 степени м/с в вакууме (см. закон преломления).

7. Спектр. Условия образования спектров излучения. Характер распределения энергии в спектре. Непрерывные, линейчатые и полосатые спектры.

Спектр (призрак) электромагнитного излучения - зависимость интенсивности излучения от его частоты.

Спектры излучения образуются при испускании (эмиссии) излучения возбужденными системами.

Распределение энергии: непрерывные, линейчатые, полосатые спектры.

· Сплошной (непрерывный) - сплошная цветная полоса, переходящая от красного цвета к фиолетовому.

Непрерывный спектр излучают нагретые твёрдые тела, высокотемпературная плазма и сильно сжатые газы. Вид функции зависит от температуры и свойств излучающей поверхности.

Пример: спектр солнца - непрерывный, но до Земли он доходит, имея тёмные линии в местах поглощения света некоторыми элементами в недостаточно разогретом для испускания газообразном состоянии. Любой элемент в газообразном состоянии поглощает излучение точно таких же длин волн, какие он испускает.

· Линейчатый - состоит из узких пиков, выглядящих, как отдельные светлые линии различных цветов на темном фоне.

Его излучают разряженные атомарные газы или пары.

Линии спектра имеют конечную ширину и могут перекрываться. Тогда говорят, что линии не разрешаются. Каждая из линий характеризуется своей частотой и шириной. Чем ближе частота к нулю, тем ближе излучение к монохроматическому. Но и у спектральных линий есть некоторый конечный интервал частот - чистого монохроматического излучения в линейчатом спектре нет. Наиболее близко к монохроматическому излучение когерентных источников - лазеров.

· Полосатый - отдельные светлые полосы, разделенные темными промежутками.

Полосатый спектр излучают молекулы. Он состоит из большого числа близко расположенных линий. Составляющим спектра является наложенные друг на друга линейчатые спектры атомов и ионов входящие в состав молекул.

Набор частот спектральных линий является индивидуальной характеристикой вещества и его состояния (атомное, молекулярное и т.д).

Излучения имеют простые спектральные характеристики (линии) и сложные (непрерывные и полосатые спектры).

Излучения сложного спектрального состава, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, а фотографы используют в своей профессиональной деятельности, имеют непрерывный или линейчатый спектр.

Фотометрия

1. Предмет фотометрии. Кривая видности глаза. Системы измерения фотометрических величин. Источники излучения в фотометрии. Основные фотометрические величины.

Размещено на Allbest.ru