4.4.4.3 Формирование градации изображения. Стадии градационного процесса

Репродуцирование оригинала может осуществляться в одну или несколько градационных стадий, на каждой из которых образуется промежуточное изображение. При этом каждую из указанных стадий можно разбить на промежуточные градационные процессы: формирование оптического изображения, формирование скрытого изображения (экспонирование), формирование видимого изображения (проявление).

Градационные стадии процесса получения фотографической репродукции с оригинала составляют градационную цепь. В каждом звене этой цепи возможны градационные искажения, которые, накапливаясь, ухудшают качество изображения. Получив репродукцию с градационными искажениями, следует выяснить, на каких стадиях они возникли и какие процессы проведены неправильно, т.е. следует провести анализ градационного процесса.

Часто оказывается, что на какой-либо стадии градационные искажения неизбежны, тогда следует выяснить, можно ли провести другие стадии процесса таким образом, чтобы влияние этих искажений на градационную передачу процесса в целом свести к минимуму. Это называется управлением градацией. Для облегчения анализа градационного процесса и управления им градационные графики промежуточных стадий связывают в систему графиков. Применение нашли два метода составления градационных графиков: метод Джонса и цепь градационных графиков.

Формирование градации оптического изображения

Оптическое изображение формируется светом на поверхности фотоматериала, поэтому светлоты участков оптического изображения удобно выражать величинами lgEi_oпт, где Еi_опт – освещенности. Они определяются освещенностью поверхности оригинала Е_о, оптическими плотностями оригинала Di и способом создания оптического изображения. Последний оказывает влияние и на форму градационного графика lgE_опт(D_ор).

При контактном копировании фотоматериал находится в контакте с оригиналом и освещенности оптического изображения связаны с оптическими плотностями оригинала зависимостью

В частности, этот способ реализуется при воспроизведении изображений на прозрачной основе в контактно-копировальных станках. При контактном копировании обеспечивается точная передача контраста как изображения в целом (l_E=l_D), так и его частей, и градационный график lgE_oпт(D_op) представляет прямую, отсекающую на осях координат отрезки, равные lgE₀ (график 1 на рис. 4.24).

Рисунок 4.24 – Градационные графики процесса получения оптического изображения для контактной (1) и проекционной (2) съемки

При проекционной съемке, когда изображение формируется с помощью объектива, не только уменьшаются освещенности оптического изображения, но и происходит искривление градационного графика. Причина кроется в появлении паразитной освещенности Е_п, равномерно накладывающейся на все поле оптического изображения. Ее источниками могут быть светорассеяние в оптической системе, засветка рисунка светлым фоном при съемке небольших оригиналов.

Паразитная засветка одинаково увеличивает все освещенности, Ε_iΣ = Ε_i + Е_п, изменяя контраст изображения:

где E₁ и Е₂ – минимальная и максимальная освещенности в рассматриваемой области градационной кривой оптического изображения, а l^I_E, – разность логарифмов освещенностей оптического изображения в данной области, являющаяся мерой контраста. При этом контраст в светах изображения изменяется мало, так как относительный вклад паразитной засветки невелик, а в тенях контраст заметно падает. Градационный график приобретает форму кривой 2 на рис. 4.24.

Другой причиной изменения контраста оптического изображения при проекционном копировании может служить разница между оптическими плотностями оригинала, измеренными на денситометре, и его эффективными плотностями, определяющими освещенности оптического изображения.

При проекционном копировании до фотопленки доходит только регулярная составляющая светового потока, отраженного от оригинала, т.е. эффективные плотности оригинала являются регулярными. На денситометре, как правило, определяют диффузные плотности. Регулярная плотность всегда больше диффузной: D_рег = Q_АD_диф , где Q_A — коэффициент Каллье, больший или равный единице.

Кроме того, коэффициент Каллье изменяется с оптической плотностью. Это явление также приводит к искажению формы градационной кривой оптического изображения.

В современных денситометрах предусмотрена возможность измерения регулярных оптических плотностей.

Общая потеря контраста на стадии получения оптического изображения оценивается коэффициентом потери контраста:

где – интервал оптического изображения, а – интервалоптических плотностей оригинала.

Связь градации фотографического изображения с формой характеристической кривой фотоматериала

Характеристические кривые фотоматериалов обычно нелинейны в области малых экспозиций, соответствующих большим оптическим плотностям оригинала и малым оптическим плотностям негатива. Нелинейны они и в области больших экспозиций, соответствующих малым плотностям оригинала. Это приводит к градационным искажениям теней и светов оригинала на негативе.

Оптические плотности негатива определяются характеристиками оптического изображения, формой характеристической кривой и временами экспонирования, так как, изменяя последнее, используют различные участки характеристической кривой (рис. 4.25).

Рисунок 4.25 – К расчету выдержки по характеристической кривой фотоматериала: L_H – интервалы экспозиций; L_D — интервалы оптических плотностей, полученные при данных выдержках; показана методика определения выдержки для получения интервалов L_H2 и L_D2

На рис. 4.25 показаны результаты копирования оптического изображения на фотоматериал с двумя выдержками (временем экспонирования): t₁ и t₂ Интервалы экспозиций L_H= lgH_max-lgH_min выражены отрезками на оси IgH. Для удобства отрезки вынесены за пределы графика и на них нанесены плотности Di тех участков оригинала, за которыми получены данные экспозиции. Экспозиции при контактном копировании оригинала можно рассчитать по освещенности оригинала от источника света и плотностям оригинала, воспользовавшись формулой

Из формулы видно, что величина выдержки (она одинакова для всех участков оригинала) не влияет на интервал экспозиций и поэтому численно интервалы экспозиций равны между собой и равны интервалу освещенностей оптического изображения (при выдержке 1 с экспозиции численно равны освещенностям), т.е.

Однако при изменении выдержки отрезок, выражающий интервал экспозиций, смещается вдоль оси lg H, располагаясь под разными ее областями, в результате чего изменяются характеристики негатива. При выдержке t₁ получается пониженный контраст изображения L_D1 и имеет место потеря деталей в тенях изображения, а при выдержке t₂ имеет место линейная градационная передача без потери деталей.

По характеристической кривой фотоматериала можно рассчитать оптимальную выдержку. Для этого интервал экспозиций располагают относительно характеристической кривой так, чтобы получить требуемые градационные характеристики негатива, и сопоставив Н_i, и Е_i, определяют выдержку. Например,

Как правило, при работе с фототехническими пленками оптимальную выдержку рассчитывают таким образом, чтобы минимальная экспозиция, полученная фотоматериалом, обеспечила получение на нем оптической плотности, соответствующей критерию светочувствительности D=D_min + 0,2, т.е. lgH_min = lgH_D+0,2·. Β этом случае минимальная выдержка может быть рассчитана по светочувствительности S_0,2 по формуле

где E_min — минимальная освещенность оптического изображения.

Теоретически можно изменять градационные графики всех стадий воспроизведения изображения, но на практике так не делают. Все звенья градационной цепи условно делят на две группы: управляемые и неуправляемые. За управляемые (1-2 звена) принимают такие этапы процесса, на которых можно легко и удобно придавать градационной кривой разные формы, например изменять коэффициент контрастности или градиенты воспроизведения отдельных участков кривой. Для остальных звеньев следует найти оптимальные режимы и строго их соблюдать.

К градации изображения, получаемого на этапе, принятом за управляемое звено, «предъявляют требования», например задают допустимый интервал оптических плотностей, требования к воспроизведению светов, теней, средних тонов и т.п.

В фотографическом процессе за управляемое звено можно принять процесс получения полутонового негативного изображения. В цифровых технологиях это компьютерная обработка изображений с использованием специального программного обеспечения.