13.3.2. ЦВЕТНАЯ ФОТОГРАФИЯ

В современной цветной фотографии для изготовления диапозитивов или негативов используется трехслойная цветная пленка, поперечное сечение которой показано на рис. 13.3.4. Первый слой представляет собой галогенидосеребряную эмульсию, чувствительную к синему свету. Желтый светофильтр под синим слоем не позволяет синему излучению распространяться в направлении зеленого и красного эмульсионных слоев, также чувствительных к этому излучению. Эмульсионные слои находятся на прозрачной подложке. В процессе проявления синий эмульсионный слой превращается в слой желтого красителя, причем концентрация этого красителя пропорциональна экспозиции в синих лучах для негатива и обратно пропорциональна для диапозитива. Аналогично зеленый и красный эмульсионные слои превращаются в слои пурпурного и голубого красителей соответственно. Цветные отпечатки можно изготовить с использованием различных процессов [7]. Самый распространенный метод изготовления цветного фотоснимка основан на экспонировании необратимой цветной фотобумаги через цветной негатив.

При разработке математической модели цветного фотографического процесса можно считать, что каждый эмульсионный слой реагирует на световое излучение так же, как и эмульсионный слой одноцветного фотоматериала. Как первое приближение такое предположение является допустимым. Однако часто возникает сильное взаимодействие между слоями. Типичные характеристики спектральной чувствительности трех эмульсионных слоев показаны на рис. 13.3.5. Интегральные экспозиции для слоев определяются выражениями вида

,                     (13.3.15а)

,                    (13.3.15б)

,                     (13.3.15в)

где  - постоянные. Эти коэффициенты пропорциональности выбираются таким образом, чтобы при освещении опорным белым светом все три экспозиции оказывались равными и фотопленка не использовалась в режиме насыщения. В процессе химического проявления фотопленки формируется негатив с тремя поглощающими слоями красителей - голубого, пурпурного и желтого.

Рис. 13.3.4. Трехслойная цветная фотопленка.

Коэффициент пропускания  обработанного негатива является произведением коэффициентов пропускания , голубого, пурпурного и желтого красителей соответственно. Следовательно,

.                  (13.3.16)

Коэффициент пропускания каждого слоя красителя зависит от его спектральной характеристики поглощения и концентрации.

Рис. 13.3.5. Характеристики спектральной чувствительности типовых эмульсионных слоев цветной фотопленки.

Эту функциональную зависимость удобно выразить через относительную плотность. В этом случае для каждого из слоев получаем

,                       (13.3.17а)

,                     (13.3.17б)

,                       (13.3.17в)

где  - относительное содержание голубого, пурпурного и желтого красителей,  - спектральные оптические плотности для единичных количеств этих красителей. Коэффициент пропускания, рассчитанный для единичных количеств красителей, составит

,            (13.3.18)

где

.

Негатив или диапозитив с такими параметрами, освещенный опорным белым светом, будет выглядеть нейтрально серым. Типичные кривые спектральной оптической плотности трех красителей обратимой пленки представлены на рис. 13.3.6; здесь также показана соответствующая им кривая спектральной нейтральной оптической плотности.

Рис. 13.3.6. Характеристики спектральной оптической плотности красителей и нейтрально серой плотности для типовой обратимой цветной фотопленки.

Между значениями экспозиции и плотностью слоев красителей в общем случае существует сложная зависимость. Например, количество голубого красителя, образующегося в случае нелинейной зависимости, определяется не только экспозицией в красных лучах, но и экспозициями в зеленых и голубых лучах, хотя и в меньшей степени. Аналогичные зависимости существуют между образующимися количествами пурпурного и желтого красителей и соответствующими экспозициями. Во многих случаях перекрестными связями между слоями (перекрестными изображениями) можно пренебречь и считать, что голубой краситель образуется только благодаря экспозиции в красном, пурпурный - в зеленом, синий - в желтом. При таком допущении соотношение «плотность-экспозиция» красителя может представляться характеристической кривой зависимости эквивалентной нейтрально серой плотности от логарифма экспозиции каждого красителя. На рис. 13.3.7 представлены типичные характеристические кривые для обратимой пленки. Центральные участки каждой из этих кривых можно аппроксимировать выражениями вида

,                       (13.3.19а)

,                    (13.3.19б)

,                       (13.3.19в)

где  - тангенсы угла наклона показанных кривых в линейной области, называемые показателями степени  слоев красителей.

Рис. 13.3.7. Характеристические кривые для типовой обратимой цветной фотопленки.

Линейная аппроксимация: , ,

Спектральная плотность светового излучения после прохождения через проявленный негатив (диапозитив) определяется произведением спектрального коэффициента пропускания на спектральную плотность падающего светового потока :

.                      (13.3.20)

На рис. 13.3.8 показана схема модели полного цветного фотографического процесса записи-воспроизведения. Исходная спектральная плотность излучения  и спектральная плотность излучения на выходе негатива (позитива) , отнесенная к любому данному элементу, редко оказываются одинаковыми. Иначе говоря, в фотографическом процессе правильная передача спектрального состава излучения, как правило, не достигается. Более того, обычно не обеспечивается даже верное воспроизведение цветов, поскольку в общем случае координаты цвета излучения

,                       (13.3.21а)

,             (13.3.21б)

                        (13.3.21в)

не равны координатам цвета излучения

,               (13.3.22а)

,                 (13.3.22б)

.               (13.3.23в)

В формулах (13.3.21) и (13.3.22)  представляют собой координаты цвета спектральных цветов в равноконтрастной колориметрической системе. Реставрация цветных изображений рассмотрена в гл. 16.

Рис. 13.3.8. Модель цветного фотографического процесса.