Характеристическая кривая

Рис. 1. Типичная характеристическая кривая

Характеристическая кривая (ХК) фотоматериала — график зависимости выходного сигнала фотографического процесса — оптической плотности (меры непрозрачности среды) или яркости фотоплёнки, фотосенсора от экспозиции, дающий возможность аттестовать фотоматериал или оптическое изображение.

Получение и использование характеристической кривой

Page 10 of Raymond Davis, Jr. and F. M. Walters, Jr., Scientific Papers of the Bureau of Standards, No. 439 (Part of Vol. 18)

Характеристическая кривая фотоматериала зависит от технологии его изготовления и от условий его обработки. Она может быть получена в результате сенситометрических измерений. Характеристическая кривая позволяет оценить следующие важные характеристики фотоматериала (или фотографического процесса):

• Вуаль (фото), в цифровых технологиях - уровень шумов;
• Светочувствительность фотоматериала;
• Диапазон яркостей (контрастности) изображения;
• Фотографическую широту, особенно важный параметр - полезную фотографическую широту;

Характеристические кривые, построенные для отдельных слоёв многослойного цветного фотоматериала, как и для каналов цветной матрицы, либо для каналов цветоделения в цветном фотографическом процессе, служат также для определения:

• баланса контрастности;
• баланса светочувствительности;

Форма и физический смысл характеристической кривой

Определив освещенность (Е) в оптическом изображении фотографируемого объекта и зная продолжительность экспонирования, легко подсчитать экспозицию (Н - Еt), получаемые фотоматериалом при фотографической съемке. После проявления экспонированной пленки можно определить оптические плотности почернений, возникших на ней в результате действия света и последующей обработки. Т.е. оптические плотности зависят от сообщенных материалу экспозиций. Эту связь при данном способе экспонирования и проявления принято выражать с помощью графика, называемого характеристической кривой.

Для упрощения измерения и повышения точности, при получении рассматриваемой зависимости от освещенности участков оптического изображения, их не определяют, а пользуются экспозиционным прибором - сенситометром, позволяющим давать ряд заранее установленных экспозиций. Характеристическую кривую строят как функцию яркости (контрастности), оптической плотности почернений от логарифмов экспозиций.

Условия и методы измерения

На одной оси (например, оси абсцисс) откладывается величина полученной фотоматериалом экспозиции (или яркости снимаемого объекта). По второй оси (ординат) откладывается величина выходного сигнала для данного устройства, материала или процесса.

Для разных материалов этот сигнал выражает:

• для плёнки — величина полученной оптической плотности фотоматериала, измеряется денситометром;
• для аналоговых электронных устройств — величина электрического сигнала на выходе устройства;
• для цифровых устройств — полученные в файле числовые значения яркости пикселов.
• При измерении фотопроцесса в целом измеряется то, что получилось на конечном продукте. Например, плотность участков изображения напечатанной фотографии.

Коэффициент контрастности (яркости) γ — определяется из характеристической кривой как максимальный её градиент, или как тангенс угла наклона линейного её участка, и равен: $\gamma=\frac{D_2-D_1}{lgH_2 - lgH_1}={tg\alpha}$. Где:

• ${D_1}$ — величина нижнего значения диапазона плотностей;
• ${D_2}$ — величина верхнего значения диапазона плотностей;
• ${lgH_1}$ — величина нижнего значения диапазона экспозиций;
• ${lgH_2}$ — величина верхнего значения диапазона экспозиций;

Коэффициент контрастности γ — параметр, определяющий наклон характеристической кривой к оси абсцисс. Он выражает контрастность фотографического материала, его способность передавать некоторый интервал яркостей оригинала тем или иным интервалом плотностей изображения. Очевидно, интервал D плотностей изображения зависит от крутизны характеристической кривой и интервала экспозиций. Поэтому контраст материала удобно оценивать отношением, т. е. приращением оптической плотности на единичный интервал экспозиций.

Фотоматериалы с высокой светочувствительностью имеют большее значение γ с меньшим диапазоном плотностей экспозиций с увеличенной зернистостью или вуали. И наоборот. Фотоматериалы с низкой светочувствительностью имеют меньшее значение γ с большим диапазоном плотностей экспозиций и с низкой зернистостью или вуали.

Характеристические кривые цифровых фотоаппаратов

Ограничение выходного сигнала фотосенсоров

Файл:Schemi grafikov XK fotosensorov.jpg

Рис.1, Схема (ХК) фотосенсора цифрового фотоаппарата

Каждый светочувствительный материал имеет свой диапазон значений выходного сигнала каждого пикселя и всех пикселей в целом, который определяет фотографическую широту. Мы измеряем и в дальнейшем используем именно выходной сигнал с учетом возможности получения его в зоне прямого участка (ХК) (см. Рис.1). Это и ограничивает его влияяния на получаемое значение фотографической широты. В зависимости от выбора величины ISO от 100 до 1600 углы наклона (ХК) от α₁ до α₅ увеличиваются, а оптимальные значенич (ФШ) уменьшаются, уменьшаются оптимадьные диапазоны величины заряда пикселей (плотности). При этом идет сдвиг графика по оси экспозиций (абсцисс) влево. Т.е. с увеличеним чувствительности (ИСО) увеличивается зона шума и уменьшается диапазон «плотности» или величины заряда каждого пикселя. Современная технология изготовления матриц (фото) с применением систем более точного контроля величин зарядов (до нескольких электронов) и создания в матрицах (фото) ям сброса лишних зарядов обеспечивает при ISO 1600 единиц режим без шумов. В диапазоне светочувствительности 200 — 3200 единиц в настоящее время цифровые фотоаппараты уже работают в автоматическом режиме практически без шума(визуально трудно отличить).

См. также

• Фотографическая широта
• Контраст
• Баланс белого цвета
• Баланс светочувствительности
• Баланс контрастности

Сноски

• Гл.ред. Е. А. Иофис Фотокинотехника. Энциклопедия. — М.: «Советская Энциклопедия», 1981.^{о книге} Статьи «Сенситометрия», «Фотографическая широта», «Характеристическая кривая».