如何理解显微摄影中的胶片曝光原理

2021-09-15 09:42:32 admin 10

在显微摄影中,无论是CCD还是还是单反相机,都有一个曝光的过程,而曝光时间和光线的强度互易律的线性关系决定了胶片摄影的质量。下面我们一起来聊聊他们的相辅相成的线性关系吧。

尽管在现代胶片相机和显微摄影曝光控制单元上发现了一系列复杂的设置和调整,但胶片的曝光归结为两个重要变量之间的简单关系胶片曝光时间和光线强度。胶片由制造商根据以下公式配制,E = l × t,其中E是适当的曝光,l是照明光线的强度,t是胶片乳液曝光时间(以秒为单位或其分数

因此,在其他条件相同的情况下,光强度的增加将需要更短的曝光时间。同样,光强度的降低将需要更长的曝光时间。这种线性关系被称为互易律,适用于各种曝光时间和光照强度的黑白和彩色胶片。胶片乳剂对曝光和显影的响应通常被绘制为胶片密度与曝光时间(或其以 10 为底的对数)的曲线图,通常称为特性曲线用这种方法绘制曝光数据最初是由 Ferdinand Hurter 和 Vero Driffeld 提出的,这种类型的曲线也被称为H 和 DGammaD log E曲线。图 1 显示了显微摄影中常用的流行彩色透明胶片的几种特性曲线,其中包含密度与曝光时间的对数(勒克斯-秒)的关系图。在一组标准化条件下处理或显影时,每张胶片都具有独特的特性曲线。为便于说明,图 1 中显示的特性曲线是红色、绿色和蓝色乳剂层的平均值,每层的响应方式略有不同,并在绘制为密度对对数曝光时显示独特的值。

特性曲线是通过类似于图 2 所示的阶梯平板仔细曝光一段胶片来获得的。曝光后,胶片测试部分在严格控制的条件下仔细显影,以产生具有一系列步骤的胶片条增加密度。使用称为感光计的仪器扫描和计算所得曝光和处理过的胶片的平均密度。步进平板在胶片上产生一系列对数曝光步骤,每一步都与前一步相差两倍,或一个光圈。曝光以勒克斯-秒来描述,这是在一组受控条件下对胶片的一部分将接受的曝光量的量度。一勒克斯-秒是放置在距离标准蜡烛一米处的胶片一秒钟所接收到的光量。


薄膜密度是衡量薄膜阻光能力的指标,与不透明度透光率有关的电影。透射率定义为通过薄膜透射的光除以入射到薄膜表面的光总量的比率。当 50% 的入射光透过薄膜时,薄膜的透射率等于 0.5。不透明度定义为透光率的倒数,因此透光率为 0.5 的薄膜对应的不透明度为 2.0。密度定义为不透明度的对数,因此不透明度为 2.0 的薄膜将具有 0.3 的密度,并且如上所述,将透射入射到薄膜表面的 50% 的光。胶片密度取决于显影图像中金属银的数量。

特性曲线的形状会产生大量关于特定胶片以及用于处理或显影胶片的条件的信息。典型特征曲线(黑白和彩色负片)的几个特征如图 3 所示。 该曲线通常分为三个不同的区域,左侧的脚趾区域、中心的线性区域和肩部右侧的区域。特性曲线的形状和斜率因曝光和冲洗条件以及胶片乳剂特性而异。

曲线的脚趾区域通常是新月形的,代表了灰色调被压缩的曝光区域,当在曲线上从右向左移动时,阴影密度之间的间隔逐渐变小。脚趾区域的形状和长度因薄膜而异,被描述为短趾、中趾或长趾。短趾胶片扩大了阴影色调,在低光显微摄影中最有用。长趾薄膜压缩色调,在高对比度情况下很有用。脚趾区域的右侧边界代表特定胶片的实际曝光不足限制。

特性曲线的线性区域通常具有恒定斜率,由以下等式定义(参见图 3)

斜率 = Gamma (γ) = (D 2 - D 1 ) / (Log Ex 2 - Log Ex 1 )

其中Gamma (γ)在历史和传统上被定义为线性区域的斜率,在科技摄影和显微摄影中很有用。Gamma 是胶片对比度的量度,可通过显影剂化学成分和显影时间(和/或温度)的变化进行调节。当显影时间缩短或使用低对比度显影剂处理胶片时,伽马值会降低。或者,当显影时间延长或使用高对比度显影剂时,特性曲线的斜率会增加,伽马值也会增加。应该注意的是,伽马和对比度这两个术语不可互换。

特性曲线的线性区域也称为胶片宽容度,代表特定胶片的可用曝光时间范围。彩色和黑白负片显示的宽容度比彩色透明胶片大得多,主要是因为在印刷过程中可以纠正许多曝光错误。负片对过度曝光的耐受性比曝光不足要好得多,并能产生更好的打印效果,尽管适当的曝光总是会产生更好的效果。

透明胶片在稍微曝光不足时会产生更好的效果,与过度曝光时相比,会产生更多的图像细节。一般而言,高对比度胶片(如 Kodak Technical Pan)或在高对比度显影剂中处理的胶片的曝光宽容度最小,而低对比度胶片的曝光宽容度最大。胶片显影剂和冲洗条件的选择对于负片对比度的最终结果至关重要。由于对比度的增加,显影时间的增加通常会导致曝光宽容度的降低。

透明胶片显示的特性曲线与负片获得的特性曲线相反(见图 1、4 和 5)。这是因为短时间曝光(曝光不足)会产生非常密集的透明胶片但底片很薄,而长时间曝光(过度曝光)会产生很薄的透明胶片但很浓的底片。此外,由于透明胶片具有更高的固有对比度和非常窄的曝光宽容度,因此透明胶片的特性曲线具有比负片更陡峭的斜率。

由于每张胶片都有独特的响应曲线,因此可以使用单张胶片的曝光特性来管理显微摄影中的图像对比度。可以使用具有大特征斜率的胶片拍摄固有缺乏对比度的样本,以增加所得显微照片的对比度。或者,对于对比度过高的样品,可以使用斜率较平的胶片来降低最终图像中的对比度。柯达技术平底锅黑白薄膜通过适当的开发条件显示可以在广泛的范围内改变的对比度,如图4所示。图4(a)显示了在柯达Versamat中处理的技术平底锅的响应曲线895开发商。在这些条件下,响应曲线的斜率非常陡峭,在胶片上拍摄的图像将具有很大的对比度。使用其他显影剂时产生的对比度逐渐降低(图 4 (b)-(d))。图 4(b) 说明了使用 Duraflo RT 作为显影剂时的 Technical Pan 响应曲线,其产生的对比度低于 Versamat 895 显影剂。在不同处理时间下使用 HC-110 显影剂时获得的对比度仍然较低(图 4(c)),并且当使用 Technidol 处理时,该胶片表现出的对比度最低(图 4(图 4)) d))。图 4(b) 说明了使用 Duraflo RT 作为显影剂时的 Technical Pan 响应曲线,其产生的对比度低于 Versamat 895 显影剂。当 HC-110 显影剂在不同的处理时间下使用时,获得的对比度仍然较低(图 4(c)),而这种胶片在用 Technidol 处理时表现出的对比度最低(图 4(d)) . 图 4(b) 说明了使用 Duraflo RT 作为显影剂时的 Technical Pan 响应曲线,其产生的对比度低于 Versamat 895 显影剂。当 HC-110 显影剂在不同的处理时间下使用时,获得的对比度仍然较低(图 4(c)),而这种胶片在用 Technidol 处理时表现出的对比度最低(图 4(d)) .

通过试验显影时间和温度,可以使用 Technical Pan 和其他黑白和彩色负片实现宽范围的图像对比度。还可以通过调整第一次显影处理时间来控制彩色透明胶片的对比度。当处理时间增加 15-30% 时,对比度会显着增强,据说胶片已被推进二分之一(增加 15%)到一个光圈(显影时间增加 30%)。通过减少第一次显影剂的处理时间,也可以降低透明胶片的对比度。这种技术被称为拉动处理,尽管它很少用于艺术摄影。

在胶片上拍摄的每幅图像都由一系列光强度组成,其中高光位于特征曲线的右侧,阴影位于左侧。当照片曝光过度时,强度值都会向右移动,并且整体密度会增加。或者,当照片曝光不足时,强度值会向左移动,从而导致胶片密度降低。

曝光特性曲线和图像对比度

探索透明胶片和负片显示的特征曲线的斜率(通常称为伽玛)与这些胶片产生的对比度之间的关系。

特征曲线的肩部是斜率减小且曲线趋于平稳并变为水平的区域。这个区域很少用于显微摄影,因为大部分高光都丢失或压缩到如此高的程度,以至于难以打印底片。肩部区域的开始是胶片的实际过度曝光限制。

仔细检查任何特定胶片的特性曲线将揭示有关该胶片曝光特性的关键信息。曲线的中心部分是线性的(或近似线性,如上所述)并且是互易律暴露公式有效的区域。在该区域中,1 个任意单位时间的 100 个任意强度单位应与 100 个任意单位时间的 1 个任意强度单位产生相同的适当曝光。就传统摄影中的光圈级数和曝光时间而言,f/8 下 1/250 秒的曝光等于 f/11 下 1/125 秒的曝光。如果适当的曝光持续时间在 1/500 秒和 1/2 秒之间,这种反比关系适用于大多数电影。

然而,在显微镜中,特别是当在许多对比度增强模式(相位对比度、微分干涉对比度、霍夫曼调制对比度等)中将光改变过滤器、偏振器和棱镜添加到光学通路时,适当的曝光通常是超过 1/2 秒。胶片的互易关系不再成立,胶片需要额外的曝光时间才能获得适当的曝光。

这种现象称为互易失效,无论胶片速度、染料成分或卤化银浓度如何,它都会发生在所有彩色和黑白感光乳剂中。术语“失败”仅表示曝光时间和光强度之间的线性关系不再成立,并不表示胶片乳剂在性能方面的失败。对于经典的薄膜特性曲线,互易失效点可以通过出现在图 1、3、4 中所示图形的线性部分左侧和右侧的弯曲区域(脚趾和肩部)的位置和形状来确定,和 5. 胶片对显微镜照明水平的反应有时被称为长曝光效果短曝光效果在低光条件下(典型的荧光显微镜和高倍偏振光显微镜),曝光时间通常必须延长到显着胶片速度损失的程度。极短的曝光会产生相同的效果。大多数胶片还显示曝光的卤化银颗粒的散射增加,形成更小的潜像中心,以及在极短的曝光时间下潜像中心的显影速度降低。

胶片制造商的数据表和特性曲线(其中一些在图 1 和图 5 中说明)表明了正确曝光需要多少额外的时间。每个单独的胶片乳剂都有一个响应调整到特定范围的照明值,超出这个范围,胶片的响应就会受到影响,互易律不再成立。通常可以通过增加黑白胶片的曝光时间或处理条件来简单地补偿互易失败(表 1),但彩色负片和透明胶片并非总是如此。大多数彩色胶片具有三个颜色敏感染料层,每个染料层的特征曲线位置和斜率略有不同,从而导致对互易效应的不同响应,并有可能导致不希望的颜色偏移或色偏。

在科技高度发展的今天,显微摄影和显微成像比以前有了长足的发展,随着科技的进步,将会有更好的照相技术的出现。我们拭目以待吧?

如有任何疑问请致电:021-51602084.