Фотографическая гиперсенсибилизация
Фотографическая гиперсенсибилизация представляет собой набор процессов, которые можно применить к фотопленке или пластинкам перед экспонированием . Один или несколько из этих процессов часто необходимы для улучшения работы фотоматериалов при длительной выдержке.
Большинство фотоматериалов рассчитаны на выдержку снимков гораздо менее одной секунды. При более длительных выдержках, например, используемых в астрофотографии , многие такие материалы теряют чувствительность. Это явление известно как нарушение взаимности низкой интенсивности (LIRF) или эффект Шварцшильда . [1] [2] [3] [4] Обратная связь между потоком и временем экспозиции для фотопленки означает, что при данном световом потоке удвоение времени экспозиции удвоит фотографический эффект. Это справедливо для выдержек длительностью до секунды или около того, но, как правило, не распространяется на времена выдержки, составляющие минуты или часы. Чтобы преодолеть нарушение закона взаимности, было разработано несколько методов гиперсенсибилизации или «гиперсенсибилизации», и то, что последует далее, относится главным образом к работе в астрономии.
Причины отсутствия взаимности
[ редактировать ]Проявляемое фотографическое скрытое изображение кристаллы галогенида серебра в слое эмульсии формируется при воздействии света на . Начальная фаза нуклеации химически и термодинамически нестабильна; таким образом, он чувствителен к температуре и включает в себя образование одного или очень небольшого количества атомов серебра в виде пятен сублатентного изображения в каждом кристалле галогенида серебра. Как только в одном месте кристалла образуется группа из нескольких атомов серебра, она способна вызвать развитие всего кристалла. Это значительно усиливает эффект относительно небольшого количества фотонов, создавая «зерно» изображения металлического серебра. При освещении низкой интенсивности пятно сублатентного изображения может быстро превратиться в галогенид серебра до того, как будет поглощено достаточное количество фотонов, чтобы сделать его стабильным. Методы гиперсенсибилизации призваны продлить срок службы нестабильного сублатентного изображения, повысить вероятность того, что кристалл галогенида серебра получит достаточно света для формирования изображения, которое будет катализировать действие проявителя . [5]
Методы гиперсенсибилизации
[ редактировать ]Практические методы гиперсенсибилизации, применяемые пользователями, развивались на протяжении большей части прошлого столетия и в основном подразделяются на четыре типа лечения. В широком смысле они включают жидкую фазу (промывка), газовую фазу (дегазация, обжиг и гидрирование), выдержку при пониженной температуре и предварительное мгновенное испарение. Некоторые из них можно использовать в комбинации, но многие значительно сокращают срок годности продукта и поэтому не могут быть применены производителем.
Жидкофазная гиперсенсибилизация
[ редактировать ]Промывание пластин в воде, разбавленном растворе аммиака , триэтаноламина или (в последнее время) нитрата серебра . растворах [6] оказалось очень эффективным, особенно для материалов, чувствительных к красному и инфракрасному излучению. Более поздние типы мелкозернистых пластин, чувствительных к ближнему ИК-излучению, были непригодны для использования без такой гиперсенсибилизации. Однако для получения последовательных и однородных результатов требовались большие навыки и настойчивость, особенно с большими пластинами, которые часто обрабатывались в нерабочие часы в темных комнатах обсерваторий на отдаленных горных вершинах.
Методы жидкофазной промывки пластин основаны на удалении из эмульсии остаточных растворимых бромидов или йодидов, тем самым увеличивая концентрацию ионов серебра вблизи светочувствительного зерна. Однако это значительно сокращало срок хранения и обычно делалось непосредственно перед экспонированием, а пластины либо проявлялись сразу, либо хранились при низких температурах перед обработкой.
Газофазная гиперсенсибилизация
[ редактировать ]Гиперсенсибилизация газом — это процесс вымачивания или промывания фотопленки или пластины в течение длительного периода времени в азоте, водороде или смеси водорода и азота, называемой формир-газом , иногда с нагреванием.
Некоторые из самых ранних методов газофазной гиперсенсибилизации включали воздействие на пластины паров ртути. [7] перед воздействием света. Это было выгодно, но также было опасно и ненадежно. Более удобным было запекание тарелок на воздухе. [8] в умеренной духовке, обычно в светонепроницаемом металлическом ящике. Используемый примерно с 1940 года, он давал небольшой прирост скорости при использовании тогдашних крупнозернистых эмульсий. Примерно с 1970 г. [9] использовалось запекание (около 65 °C в течение нескольких часов) или длительное вымачивание (20 °C в течение нескольких недель) в прерывистом потоке азота, и за одночасовое воздействие можно было добиться увеличения скорости в 10 раз. Обычно это использовалось со специальными «спектроскопическими пластинками», производимыми компанией Eastman Kodak . Эти продукты были предназначены для длительной выдержки, однако они в некоторой степени работали и с более традиционными материалами, включая цветную пленку. [10]
Этот процесс стал особенно важным для нового поколения высокой детекторной квантовой эффективностью мелкозернистых (но медленных) пластин с , разработанных Eastman Kodak в конце 1960-х годов. В 1974 году исследователи из Eastman Kodak объявили, что пластины, обработанные чистым водородом после обработки азотом, были более чувствительны при любом времени воздействия, чем необработанные пластины. [11] и это было быстро принято многими обсерваториями, некоторые из которых использовали невзрывоопасный образующий газ (4–8% смесь водорода в азоте) из соображений безопасности. Оптимальные газофазные процессы сочетают в себе эффекты нагрева и дегазации с уменьшением чувствительности чистым водородом, что дает прирост чувствительности примерно в 30 раз за часовую экспозицию. Это очень хорошо работало с мелкозернистыми эмульсиями высокого разрешения на пленке, типичным примером которых является пленка Tech Pan Film компании Eastman Kodak . Они также были эффективны с негативной и перевернутой цветной пленкой, но были непредсказуемы и могли вызывать труднокорректируемые изменения цветового баланса.
Газофазные методы, особенно азотная сушка, предусматривают удаление следов кислорода и воды из желатиновой матрицы, что повышает эффективность первых этапов формирования скрытого изображения. Наконец, водород является химическим восстановителем, который «засеивает» сухой кристалл галогенида серебра, лишенный кислорода, несколькими атомами серебра. Это стабильные кластеры сублатентного изображения, которые последующие фотоэлектроны под воздействием света могут превратить в пятнышко скрытого изображения из нескольких атомов, которое катализирует развитие всего кристалла галогенида серебра. Фотографический желатин быстро впитывает окружающую влагу, поэтому во влажном климате «гиперпластинки» обычно экспонировались на телескопе в атмосфере азота.
В фотобюллетене ААС [12] Джек Марлинг описывает процесс гиперсенсибилизации пленки Kodak Technical Pan Film. Это была чрезвычайно мелкозернистая, высококонтрастная панхроматическая пленка с расширенной чувствительностью к красному, которая значительно улучшалась при гиперсенсибилизации. К сожалению, его производство было прекращено. Гиперсенсибилизация также использовалась и до сих пор может использоваться с другими черно-белыми материалами и цветными пленками, особенно с линейкой Kodak Ektachrome.
Гиперсенсибилизация образующимся газом или водородом широко использовалась профессиональными астрономами на пластинках и астрономами-любителями на пленке до тех пор, пока широкое распространение ПЗС-астрономических камер не избавило их от скуки. Любители могли покупать гиперсенсибилизирующее оборудование и газ у Люмикона или строить собственные гиперсенсибилизирующие камеры. Подробности процесса можно найти в книгах Уоллиса и Провина. [13] и Ривз, [14] среди других. Обратите внимание, что цифровые камеры всех видов, включая зеркальные фотоаппараты, которые сейчас широко используются астрономами-любителями, не имеют взаимного отказа и превосходят даже лучшую сверхчувствительную пленку.
Холодная камера
[ редактировать ]С 1930-х годов было известно, что LIRF менее опасен при низкотемпературном воздействии. [15] Охлаждение эмульсии во время экспонирования уменьшает нарушение взаимности за счет продления срока службы нестабильной одноатомной стадии формирования скрытого изображения. Соответственно, многие экспериментаторы создавали пленочные камеры с «холодной задницей» - металлическими пластинами, контактирующими с пленкой, часто охлаждаемыми твердым углекислым газом. Их было неудобно использовать из-за охрупчивания пленки и конденсации, но с цветной пленкой были получены некоторые хорошие результаты. [16] и охлаждение, казалось, в равной степени влияло на все чувствительные слои цветной пленки, поэтому сдвиги в цветовом балансе были небольшими.
Предварительная прошивка и латенсификация
[ редактировать ]Предварительная вспышка не является строго гиперсенсибилизирующим методом, но ее часто использовали в сочетании со спектроскопическими эмульсиями Kodak, иногда вместе с гиперсенсибилизацией. Он включает в себя короткую, равномерную вспышку света низкой интенсивности, достаточную для небольшого увеличения уровня неэкспонированного тумана. Обычно это делалось непосредственно перед длительной экспозицией и давало небольшое увеличение эффективной скорости. Латенсификация работает аналогично, но применяется после экспозиции.
Методы [17] [18] полезны, когда основная экспозиция была отфильтрована или иным образом организована так, чтобы записываемое изображение было полностью очищено от загрязнения фоном неба или рассеянным светом, как при съемке в узком спектральном диапазоне. Основной эффект заключался в изменении формы кончика характеристической кривой. С точки зрения фотографии, предварительная вспышка снизила контрастность и улучшила детализацию теней, не влияя существенно на светлые участки изображения.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Джонс, Л.А., Хьюз, Э. и Холл, В.К. (1923). «О связи между временем и интенсивностью фотографической экспозиции». Журнал Оптического общества Америки . 7 (4): 1079–1113. дои : 10.1364/JOSA.7.001079 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Джонс, Луизиана; Хьюз, Э. (1925). «О связи между временем и интенсивностью фотографической экспозиции [второй доклад]». Журнал Оптического общества Америки . 11 (4): 319. doi : 10.1364/JOSA.11.000319 .
- ^ Джонс, Лойд А.; Хаус, Эмери; Холл, Винсент К. (1926). «О связи между временем и интенсивностью фотографической экспозиции». Журнал Оптического общества Америки . 12 (4): 321. doi : 10.1364/JOSA.12.000321 .
- ^ Джонс, Лойд А.; Холл, Винсент К. (1926). «О связи между временем и интенсивностью фотографической экспозиции * Четвертый доклад». Журнал Оптического общества Америки . 13 (4): 443. doi : 10.1364/JOSA.13.000443 .
- ^ Бэбкок, Т.А. (1976). «Обзор методов и механизмов гиперсенсибилизации». Фотобюллетень ААС . 13 (3): 3. Бибкод : 1976AASPB..13....3B .
- ^ Дженкинс, Р.Л. и Фарнелл, Г.К. (1976). «Химическая гиперсенсибилизация инфракрасными эмульсиями». Журнал фотографической науки . 24 (2): 41. дои : 10.1080/00223638.1976.11737866 .
- ^ Уиппл, Флорида, Норман, Д. и Левинджер, Р. (1938). «Гиперсенсибилизация фотографических пластинок ртутью». Бюллетень обсерватории Гарвардского колледжа . 907 : 36. Бибкод : 1938BHarO.907...36W .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Боуэн, И.С. и Кларк, LT (1940). «Гиперсенсибилизация и нарушение взаимности фотопластинок». Журнал Оптического общества Америки . 30 (11): 508. Бибкод : 1940JOSA...30..508B . дои : 10.1364/JOSA.30.000508 .
- ^ Смит, А.Г. Шредер, Х.В. и Ричардсон, В.В. (1971). «Реакция спектроскопических пластин Kodak типа IIIa-J на обжиг в различных контролируемых атмосферах». Прикладная оптика . 10 (7): 1597–9. Бибкод : 1971ApOpt..10.1597S . дои : 10.1364/AO.10.001597 . ПМИД 20111169 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Фильм Джерри Лодригусса для астрофотографии . Astropix.com. Проверено 7 ноября 2011 г.
- ^ Бэбкок, Т.А., Сьюэлл, М.Х., Льюис, У.К. и Джеймс, Т.Х. (1974). «Гиперсенсибилизация спектроскопических пленок и пластин газообразным водородом». Астрономический журнал . 79 : 1479. Бибкод : 1974AJ.....79.1479B . дои : 10.1086/111704 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Марлинг, Дж. (1980). «Газовая гиперсенсибилизация пленки Kodak Technical Pan 2415». Фотобюллетень ААС . 24 : 9. Бибкод : 1980AASPB..24....9M .
- ^ Уоллис, Б. и Провин, RW (1988). Руководство по продвинутой небесной фотографии . Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-25553-8 .
- ^ Ривз, Р. (2000). Широкоугольная астрофотография: изображение Вселенной, начиная с обычной камеры . Ричмонд, Вирджиния: ISBN Willman-Bell Inc. 0-943396-64-6 .
- ^ Уэбб, Дж. Х. (1935). «Влияние температуры на нарушение закона взаимности при фотографической экспозиции». Журнал Оптического общества Америки . 25 (1): 4. Бибкод : 1935JOSA...25....4W . дои : 10.1364/JOSA.25.000004 .
- ^ Хоаг, А.А. (1961). «Опыты с охлажденной эмульсией» . Публикации Тихоокеанского астрономического общества . 73 (434): 301. Бибкод : 1961PASP...73..301H . дои : 10.1086/127683 .
- ^ Альтер Г., Барбер Д.Р. и Эдвардс Д.Л. (1940). «Эффект тумана в фотографической астро- и спектрофотометрии» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 100 (7): 529. Бибкод : 1940MNRAS.100..529A . дои : 10.1093/mnras/100.7.529 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Уэбб, Дж. К. и Эванс, CH (1938). «О повышении чувствительности фотоэмульсий к малой интенсивности освещения». Обсерватория . 28 : 431. Бибкод : 1954Obs....74R.213A .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Фотобюллетени Американского астрономического общества , том. 1–43, 1969–1986. Отдельные выпуски доступны в режиме онлайн на сервисе ADS Abstract и содержат практические подробности астрономической фотографии.
- Джеймс Т.Х. (редактор) (1977). Теория фотографического процесса (4-е издание). Нью-Йорк. Макмиллан.
- Экклс, М.Дж., Сим, М.Э. и Триттон, К.П. (1983) Детекторы низкого уровня освещенности в астрономии, Кембридж: Издательство Кембриджского университета
- Штюрмер, Д.М. и Маркетти, AP (1989). Визуализация галогенида серебра. В книге Стердж Дж., Уолворт В. и Шепп А. (ред.) Процессы визуализации и материалы , восьмое изд. Неблетта, Нью-Йорк: Ван Ностранд Рейнхольд.
- Ковингтон, Массачусетс Астрофотография для любителей . Издательство Кембриджского университета, 1999 г.