Viszonosság (fényképezés) - Reciprocity (photography)

A fényképezés , viszonossági az inverz kapcsolat a intenzitása és időtartama a fény, amely meghatározza a reakció a fényérzékeny anyag. A filmállomány normál expozíciós tartományán belül például a viszonossági törvény kimondja, hogy a film válaszát a teljes expozíció határozza meg, amelyet intenzitás × időként határoznak meg. Ezért ugyanez a válasz (például a kifejlesztett film optikai sűrűsége ) az időtartam csökkentéséből és a fényintenzitás növeléséből adódhat, és fordítva.

A kölcsönös összefüggést a legtöbb szenzitometria feltételezi , például Hurter és Driffield görbe (optikai sűrűség a teljes expozíció logaritmusa) mérésekor . A film vagy az érzékelő teljes expozícióját, a fókuszsík megvilágítási idejének expozíciós idejének szorzatát lux másodpercben mérik .

Történelem

A kölcsönösség gondolata, amelyet valaha Bunsen – Roscoe kölcsönösségként ismertek, Robert Bunsen és Henry Roscoe 1862 -es munkájából ered .

William de Wiveleslie Abney kapitány 1893 -ban jelentett eltéréseket a viszonossági törvénytől , és Karl Schwarzschild 1899 -ben alaposan tanulmányozta. Schwarzschild modelljét Abney és Englisch hiányosnak találta, és jobb modelleket javasoltak a huszadik század elején . 1913 -ban Kron egy egyenletet fogalmazott meg, hogy leírja a hatást az állandó sűrűségű görbékben, amelyet J. Halm elfogadott és módosított, így a „Kron – Halm fővezeték -egyenlethez ” vagy „Kron – Halm – Webb képlethez” vezetett az eltérések leírásához. viszonosság.

A vegyi fotózásban

A fényképezés , viszonossági utal, hogy a kapcsolat, amellyel a teljes fényenergiát - arányos a teljes expozíció , a termék a fényintenzitás és az expozíciós idő, által ellenőrzött blende és zársebesség , illetve - határozza meg a hatása a fény a film. Vagyis a fényerő egy bizonyos tényezővel történő növekedését pontosan kompenzálja az expozíciós idő azonos tényezővel történő csökkenése, és fordítva. Más szóval, normál körülmények között kölcsönös arány van a rekesznyílás területe és a zársebesség között egy adott fényképes eredményhez, és a szélesebb rekesznyíláshoz gyorsabb zársebesség szükséges. Például egy EV 10 lehet elérni egy nyílással ( f-szám ) az f /2.8 és záridőt 1/125  s . Ugyanezt az expozíciót úgy érjük el, hogy megduplázzuk a rekesznyílás területét f /2 -re, és felére csökkentjük az expozíciós időt 1/250 s -ra, vagy a rekesznyílás területét felezzük f /4 -re, és megduplázzuk az expozíciós időt 1/60 s -ra; a film válasza minden esetben azonos lesz.

Kölcsönösségi hiba

A legtöbb fényképes anyag esetében a kölcsönösség jó pontossággal érvényes az expozíció időtartamának számos tartományában, de egyre pontatlanabbá válik, mivel ettől a tartománytól eltérnek: ez a kölcsönösség meghibásodása ( kölcsönösségi törvény hiánya vagy Schwarzschild -effektus ). Ahogy a fényszint csökken a kölcsönösségi tartományon kívülről, az egyenértékű válasz előidézéséhez szükséges időtartam, és így a teljes expozíció növekedése magasabb lesz, mint a képlet szerinti; például a normál expozícióhoz szükséges fény felénél az időtartamot több mint kétszeresére kell növelni ugyanazon eredményhez. Az effektus korrekciójához használt szorzókat kölcsönösségi tényezőknek nevezzük (lásd az alábbi modellt).

Nagyon gyenge fényviszonyok mellett a film kevésbé reagál. A fény diszkrét fotonok áramának tekinthető , és a fényérzékeny emulzió diszkrét fényérzékeny szemcsékből , általában ezüst-halogenid kristályokból áll . Minden szemcsének bizonyos számú fotont kell elnyelnie ahhoz, hogy a fény által vezérelt reakció bekövetkezzen és a látens kép kialakuljon. Különösen, ha az ezüst -halogenid kristály felszínén körülbelül négy vagy több redukált ezüstatomból álló fürt található, amely elegendő számú foton abszorpciójából adódik (általában néhány tucat foton szükséges), akkor fejleszthetővé válik. Gyenge fényviszonyok mellett, azaz időegységenként kevés foton esetén a fotonok viszonylag ritkán ütköznek az egyes szemcsékbe; ha a szükséges négy foton elég hosszú időközönként érkezik, az első vagy kettő miatti részleges változás nem elég stabil ahhoz, hogy túlélje, mielőtt elegendő foton érkezik ahhoz, hogy állandó látens képközpontot hozzon létre .

A rekesz és a zársebesség közötti szokásos kompromisszum lebontását kölcsönösségi meghibásodásnak nevezik. Minden különböző fóliatípusnak más a reakciója gyenge fényviszonyok mellett. Egyes filmek nagyon érzékenyek a kölcsönösség kudarcára, mások sokkal kevésbé. Egyes filmek, amelyek normál megvilágítási szinten és normál expozíciós időben nagyon fényérzékenyek, gyenge fényviszonyok mellett elveszítik érzékenységük nagy részét, és hosszú expozíció esetén hatékonyan „lassú” filmekké válnak. Ezzel szemben egyes filmek, amelyek normál expozíciós idő alatt "lassúak", alacsony fényviszonyok mellett is jobban megőrzik fényérzékenységüket.

Például egy adott film esetében, ha egy fénymérő 5-ös EV értéket jelez, és a fotós f/11-re állítja a rekeszértéket, akkor általában 4 másodperces expozícióra van szükség; az 1,5 -ös kölcsönösségi korrekciós tényező megkövetelné, hogy az expozíciót 6 másodpercre hosszabbítsák meg ugyanazon eredmény érdekében. A kölcsönösség meghibásodása általában jelentős lesz a filmnél körülbelül 1 másodpercnél hosszabb, a papírnál pedig 30 másodperc feletti expozíciónál.

A kölcsönösség rendkívül magas megvilágítás mellett is megszakad, nagyon rövid expozícióval. Ez aggasztja a tudományos és technikai fotózást, de ritkán az általános fotósokat , mivel ezredmásodpercnél lényegesen rövidebb expozíció csak olyan témáknál szükséges, mint a robbanások és a részecskefizika , vagy ha nagy sebességű mozgóképeket készítenek nagyon nagy zársebességgel ( 1/10 000 mp vagy gyorsabb).

Schwarzschild törvény

Válaszul az alacsony intenzitású kölcsönösségi hiba csillagászati ​​megfigyeléseire, Karl Schwarzschild ezt írta (1900 körül):

"A csillagok fényerejének fényképészeti módszerrel történő meghatározásakor nemrégiben ismét meg tudtam erősíteni az ilyen eltérések meglétét, és kvantitatív módon nyomon követhettem őket, és a következő szabályban fejeztem ki azokat, amelyek felváltják a törvényt. viszonossági: fényforrások különböző intenzitású I okoz olyan mértékű feketedés alapján különböző expozícióval t , ha a termékek egyenlő.”${\ displaystyle I \ alkalommal t^{0.86}}$

Sajnos Schwarzschild empirikusan meghatározott 0,86 -os együtthatója korlátozott hasznosságúnak bizonyult. A modern megfogalmazása Schwarzschild-törvény adják

${\ displaystyle E = Ez^{p} \}$

ahol E az "expozíció hatásának" mértéke, amely a fényérzékeny anyag átlátszatlanságának változásához vezet (ugyanolyan mértékben, mint az expozíció egyenlő értéke H = a kölcsönösségi tartományban), I a megvilágítás , t az expozíció időtartama és p a Schwarzschild -együttható .

A p állandó értéke azonban továbbra is megfoghatatlan marad, és nem helyettesítette a reálisabb modellek vagy empirikus szenzitometriai adatok iránti igényt a kritikus alkalmazásokban. A kölcsönösség fennállása esetén Schwarzschild törvénye p = 1,0.

Mivel a Schwarzschild -törvény formulája ésszerűtlen értékeket ad a régióban, ahol a viszonosság érvényesül, egy módosított képletet találtunk, amely jobban illeszkedik az expozíciós idők szélesebb tartományába. A módosítás olyan tényezőt jelent, amely megsokszorozza az ISO film sebességét :

Relatív filmsebesség ${\ displaystyle = (t+1)^{(p-1)} \}$

ahol a t + 1 tag egy 1 másodperc közeli töréspontot jelent, amely elválasztja a viszonosságot fenntartó régiót a sikertelen régiótól.

Egyszerű modell t > 1 másodpercig

Egyes modellek mikroszkóp használható automatikus elektronikus modellek viszonossági hiba kompenzáció, általában egy űrlap pontos időt, a T _c , kifejezhető hatványfüggvény kimért idő, T _m , azaz a T _c = (T _m ) ^p , az idők másodpercek alatt. A p tipikus értékei 1,25–1,45, de egyesek 1,1 -től alacsonyak és 1,8 -ig terjednek.

A Kron – Halm fővezeték -egyenlet

A Halm által módosított Kron -egyenlet azt állítja, hogy a film válasza függvénye , és a felsővezetéki ( hiperbolikus koszinusz ) egyenlet határozza meg a kölcsönösség meghibásodását mind nagyon magas, mind nagyon alacsony intenzitás esetén: ${\ displaystyle It/\ psi \}$

${\ displaystyle \ psi = {\ frac {1} {2}} [(I/I_ {0})^{a}+(I/I_ {0})^{-a}]}$

ahol I ₀ a fotográfiai anyag optimális intenzitás szint és a konstans, amely jellemzi az anyag viszonossági hiba.

Kvantumviszonosság-kudarc modell

A kölcsönösség meghibásodásának modern modelljei a hatalmi törvénnyel ellentétben exponenciális függvényt tartalmaznak , az expozíció függvényében az időtől vagy az intenzitástól hosszú expozíciós időknél vagy alacsony intenzitásoknál, az interkvantikus idők (a gabona fotonabszorpciói közötti idő) és a hőmérsékletfüggő függvénye alapján. a részben kitett szemek köztes állapotának élettartama .

Baines és Bomback így magyarázzák az "alacsony intenzitású hatékonyságot":

Az elektronok nagyon alacsony sebességgel szabadulnak fel. Csapdába estek és semlegesítettek, és sokkal tovább kell izolált ezüst atomként maradniuk, mint a normál látens képalkotás során. Már megfigyelték, hogy az ilyen extrém látens alatti kép instabil, és feltételezhető, hogy a hatékonyságot az okozza, hogy sok elszigetelt ezüst atom elveszíti megszerzett elektronjait az instabilitás időszakában.

Asztrofotográfia

A kölcsönösségi kudarc fontos hatás a film alapú asztrofotózás területén . A mély égbolton lévő tárgyak, mint például a galaxisok és a ködök gyakran olyan halványak, hogy nem látják a szemmel. Rosszabbá teszi a helyzetet, hogy sok tárgy spektruma nem egyezik a filmemulzió érzékenységi görbéivel. E célok közül sok kicsi, és hosszú gyújtótávolságot igényel, ami messze az f /5 fölé tolhatja a gyújtót . Ezek a paraméterek együttesen rendkívül nehézzé teszik ezeket a célokat filmmel rögzíteni; a 30 perces és jóval több mint egy órás expozíció jellemző. Jellemző példa, hogy az Androméda -galaxis képének rögzítése f /4 -nél körülbelül 30 percet vesz igénybe; Ahhoz, hogy azonos sűrűséget kapjunk f /8 -nál , körülbelül 200 perces expozícióra van szükség.

Amikor egy távcső követ egy tárgyat, minden perc nehéz; ezért a kölcsönösségi kudarc az egyik legnagyobb motiváció arra, hogy a csillagászok a digitális képalkotásra váltsanak . Az elektronikus képérzékelőknek megvannak a maguk korlátai hosszú expozíciós idő és alacsony megvilágítási szint mellett, amelyeket általában nem neveznek kölcsönösségi meghibásodásnak, nevezetesen a sötét áramból származó zaj , de ez a hatás az érzékelő hűtésével szabályozható.

Holográfia

Hasonló probléma van a holográfiában is . A holografikus film folyamatos hullámú lézerrel történő exponálásakor (azaz néhány másodpercig) a teljes energia szükségletben lényegesen kisebb, mint a holografikus film impulzusos lézerrel történő exponálásakor szükséges teljes energia (azaz kb. 20–40 nanosekundum ), kölcsönösségi hiba miatt. Ennek oka lehet a nagyon hosszú vagy nagyon rövid expozíció folyamatos hullám lézerrel. A film kölcsönösségi hiba miatt csökkent fényerejének ellensúlyozására latensifikációnak nevezett módszert lehet használni. Ez általában közvetlenül a holografikus expozíció után történik, és inkoherens fényforrást (például 25–40 W -os izzót) használnak. Ha a holografikus filmet néhány másodpercig a fénynek teszi ki, nagyságrenddel növelheti a hologram fényerejét.

Hivatkozások

Külső linkek

• Viszonosság mi? - rövid magyarázat laikus kifejezésekkel.
• Kölcsönösségi diagramok diákhoz és fekete -fehérhez