Реферат: Прикладная фотохимия

Фотография - получение и сохранение статичного изображения на светочувствительном материале (фотоплёнке или фотографической матрице) при помощи фотокамеры.

В зависимости от принципа работы светочувствительного материала фотографию принято делить на три больших подраздела:

- Плёночная фотография — основана на фотоматериалах, в которых происходят фотохимические процессы.

- Цифровая фотография — в процессе получения и сохранения изображения происходят перемещения электрических зарядов (обычно в результате фотоэффекта и при дальнейшей обработке), но не происходит химических реакций или перемещения вещества.

- Электрографические и иные процессы, в которых не происходит химических реакций, но происходит перенос вещества, образующего изображение. Специального общего названия для этого раздела не выработано, до появления цифровой фотографии часто употреблялся термин «бессеребряная фотография».

Цифровая фотография

В цифровых фотоаппаратах светочувствительным элементом является ПЗС (прибор с зарядной связью) - матрица, состоящая из светочувствительных полупроводниковых элементов (множество кремниевых диодов). Падающий на матрицу свет заряжает каждый из элементов (пикселей) индивидуально; эта зарядка в дальнейшем соответствует электрическому импульсу, и таким образом получаются данные (в цифровой форме) об освещённости каждого из пикселей. Поскольку невозможно записать полностью информацию обо всем изображении, то в дальнейшем оно подвергается обработке программным обеспечением для восстановления потерянных данных и записывается на магнитных носителях. Таким образом, цифровая фотография есть комбинация работы ПЗС матрицы, программного обеспечения и карт памяти, заменяющих плёнку в аналоговом фотоаппарате.

ПЗС – матрица не больше ногтя на пальце (примерно 1.5 см по диагонали), содержащая несколько миллионов светочувствительных диодов, расположенных на поверхности матрицы в виде столбцов и колонок.

Поскольку диоды реагируют только на яркость, цифровой фотоаппарат может воспроизвести лишь чёрно-белое изображение. Для того чтобы преобразовать полученное чёрно-белое изображение в цветное, каждая ячейка (диод) покрывается красным, зелёным или синим цветовым фильтром; фильтры собраны в группы по четыре, причём на два зелёных приходится по одному красному и одному синему (такой тип организации фильтров называется "шаблоном Байера"). Подобная структура обусловлена тем, что человеческий глаз наиболее чувствителен к зелёному цвету. Полученная картинка состоит только из пикселей красного, синего и зелёного цвета – именно в таком виде записываются файлы формата RAW (сырой формат).

Схема ПЗС с цветовыми фильтрами

Для записи файлов JPEG и TIFF процессор камеры анализирует цветовые значения соседних ячеек и рассчитывает цвет пикселей. Этот процесс обработки называется цветовой интерполяцией, и он исключительно важен для получения качественных фотографий.

Плёночная фотография

В качестве светочувствительного элемента в химической (плёночной, аналоговой) фотографии обычно используется галогенсеребряная плёнка - гибкий прозрачный лист пластика, на который нанесена фотоэмульсия, содержащая зёрна галогенидов серебра; в состав фотоэмульсии входит также защитный коллоид (обычно - фотографическая желатина).

Светочувствительные зерна галогенидов серебра на фотоплёнке

Первая стадия фотографического процесса - экспонирование фотоматериала светом и появление скрытого изображения. Под действием фотонов происходит восстановление галогенидов серебра; в микрокристаллах возникают центры скрытого изображения (устойчивые группы атомов восстановленного серебра). Их размер оценивается в 10^-7 -10^-8 см, то есть лежит за пределами возможностей разрешения оптических микроскопов (именно поэтому изображение и называется "скрытым").

Сущность проявления (визуализации) скрытого изображения сводится к химическому восстановлению галогенидов серебра на освещённых участках фотоматериала. Специфика этого процесса состоит в том, что восстановитель должен действовать на облученные светом микрокристаллы намного быстрее, нежели на необлученные. Значительно большая скорость восстановления облученных кристаллов связана с тем, что образовавшиеся частицы металлического серебра оказывают каталитическое действие на реакцию химического восстановления. В результате проявления скрытое изображение "усиливается" в 10⁵ ...10¹¹ раз.

После проявления изображения следует стадия его закрепления (фиксирования). Для этого необходимо удалить с фотоматериала незасвеченные и потому не восстановленные проявителем кристаллы галогенида серебра. Цель достигается путём перевода малорастворимой в воде соли серебра в хорошо растворимую. Наиболее распространенным средством закрепления изображения является тиосульфат натрия Na₂ S₂ O₃ . Его старое название – гипосульфит. Данная соль переводит галогенид серебра (например, NaBr) в растворимое комплексное соединение Na₃ [Ag(S₂ O₃ )₂ ]. После обработки фиксажным раствором фотоматериал тщательно промывается водой.

В результате трех изложенных стадий фотопроцесса на фотопленке получается негативное изображение. Для создания позитивного изображения необходимо повторить процесс, освещая (обычно) фотобумагу через плёнку, на которой имеется негативное изображение.

В современной фотографии разработаны также способы получения прямого позитивного изображения.

Выводы

Цифровую и аналоговую фотографию можно сравнивать как с научной точки зрения (физико-химические основы получения изображений), так и с позиции пользователя, фотографа (качество полученных изображений, простота и доступность).

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что основное различие между цифровой и плёночной фотографией (с научной точки зрения) - использование разных светочувствительных элементов (галогенсеребряная плёнка и полупроводниковая матрица); именно этим и обусловлено дальнейшее расхождение процессов получения изображения (см. выше).

С точки зрения потребителя, наиболее удобным, доступным способом получения качественных изображений сегодня является, несомненно, цифровая фотография. Среди её основных достоинств:

- Простота получения и возможность обработки (на компьютере) изображений;

- Высокое качество снимков даже при использовании относительно недорогих цифровых фотоаппаратов (особенно в последние годы);

- Возможность хранения полученных изображений на компактных магнитных и оптических носителях;

- Возможность мгновенной передачи полученных изображений на большие расстояния (по сети Интернет).