Светочувствительность фотоматериала — характеристика фотографического материала, отражающая его способность изменять свою оптическую плотность под воздействием света и последующего проявления. Светочувствительность обратно пропорциональна экспозиции, которая требуется для получения заданной оптической плотности. Раздел метрологии, изучающий светочувствительность фотоматериалов, называется сенситометрией. Единицы ISO, использующиеся для обозначения светочувствительности в настоящее время, являются международными, и стандартизированы одноимённой организацией.
Понятие светочувствительности, применяемое в цифровой фотографии не имеет ничего общего с чувствительностью фотоматериалов, поскольку к электронным способам регистрации изображения принципы сенситометрии неприменимы. Кроме того, в цифровой фотографии используется величина, которая отражает не столько чувствительность матрицы, сколько свойства АЦП камеры и алгоритмы преобразования его данных в координаты цветового пространства.
Однако, в экспонометрических системах цифровых фотоаппаратов используется эквивалент светочувствительности ISO, позволяющий применять классические принципы управления экспозицией, заимствованные из аналоговой фотографии.
Критерии светочувствительности Поиск наиболее точной системы измерения светочувствительности начался сразу же после изобретения фотографии для количественной оценки экспозиции, необходимой для получения качественного изображения. Однако, первые успехи в этой области появились одновременно с желатиносеребряным процессом, заменившим непредсказуемые дагеротипию и мокрый коллодионный процесс. При этом, главная сложность заключалась в том, что оптическая плотность получаемого негативного или позитивного изображения зависит не только от интенсивности экспонирования, но и от режима проявления. Увеличение времени проявления приводит к повышению оптической плотности, однако на светочувствительность влияет в гораздо меньшей степени. Поэтому, главный вопрос любой сенситометрической системы — критерий светочувствительности, позволяющий наиболее точно определять способность фотоэмульсии реагировать на свет, и не зависящий от других факторов.
Самым первым критерием, использовавшимся начиная с 1870-х годов, стал порог почернения, то есть минимальная экспозиция, дающая регистрируемую плотность. Такой критерий использовался в большинстве систем отсчёта, например, Шайнера (), Эдера () и Винна. В 1890 году английскими учёными Хёртером () и Дриффилдом () было сформулировано понятие характеристической кривой. В качестве критерия светочувствительности была выбрана точка инерции (критерий Хёртера-Дриффилда) — точка пересечения касательной к прямолинейному участку характеристической кривой с осью логарифма экспозиций. В СССР шкала светочувствительности Хёртера и Дриффилда, сокращённо «Х и Д» (), официально использовалась с 1928 года вплоть до перехода на единицы ГОСТ в соответствии со стандартом ГОСТ 2817—50. При этом, шкала H&D, использовавшаяся в Великобритании, не совпадала с советской. Стандарт «Х и Д» был заменён в СССР шкалой ГОСТ в октябре 1951 года.
В современной сенситометрической системе ISO в качестве критерия используется нормированная оптическая плотность, то есть плотность, превышающая суммарную плотность вуали и подложки на определённую пороговую величину. Экспозиция, необходимая для получения такой плотности, и служит точкой отсчёта для определения светочувствительности. Для разных сортов светочувствительных материалов: негативных, позитивных, обращаемых и т. д., в одних и тех же системах измерения принимаются разные значения этого критерия. Например, для чёрно-белых негативных фотокиноматериалов пороговой плотностью считается 0,1 над вуалью. Дальнейшее развитие технологий фотопроцесса потребовало совершенствования сенситометрии, от которой потребовалось измерение светочувствительности цветных многослойных плёнок и бумаг. Каждый из светочувствительных слоёв таких материалов обладает своей светочувствительностью, зачастую отличающейся от соседних. Кроме того, оптическая плотность в цветных материалах создаётся не металлическим серебром, как в чёрно-белых, а красителями, из которых состоит цветное изображение.
Основные понятия Общая светочувствительность — количественная мера светочувствительности, определяемая экспериментально при стандартизированных условиях экспонирования фотоматериала белым светом и последующей лабораторной обработки. Измеряется на основе характеристик получаемой сенситограммы. Также называется интегральной или фотографической чувствительностью. Для краткости именно общая светочувствительность обычно называется светочувствительностью или чувствительностью фотоматериала.
Цветочувствительность — для чёрно-белых фотоматериалов относительная светочувствительность к различным цветам видимого спектра и прилегающих областей. Цветочувствительность определяется через эффективную чувствительность и часто выражается кратностью нормированного цветного светофильтра.
Эффективная чувствительность — светочувствительность к излучению определённого спектрального состава.
Спектральная чувствительность — светочувствительность, измеренная при экспонировании монохроматическим светом определённой длины волны.
Число светочувствительности (экспозиционный индекс) — количественное выражение общей светочувствительности, которым маркируется фотоматериал. Это число и измеренное значение яркости или освещённости снимаемых объектов служат для нахождения правильной экспозиции.
Шкала светочувствительности — принятая в конкретной сенситометрической системе последовательность значений чисел светочувствительности. Наносится на калькуляторы экспонометрических устройств. Существуют шкалы двух разновидностей: арифметические и логарифмические. Арифметическая шкала представлена в виде геометрической прогрессии, обычно с коэффициентом , реже . Этот коэффициент является константой фотометрического клина, который применяется при сенситометрических испытаниях. Числа в шкале обычно округляются до двух значащих цифр. Реже применяется логарифмическая шкала, числа которой составляют арифметическую прогрессию логарифмов арифметической шкалы. Система DIN имела логарифмическую шкалу, а ISO может совмещать арифметический и логарифмический отсчёты единиц чувствительности, обозначаемые через дробь.
Стандарты светочувствительности С начала 2000-х годов наибольшее распространение получило указание чувствительности фотоматериала в единицах системы ISO, стандартизированной в 1974 году. Она получена комбинацией более ранних систем ASA и DIN. В настоящее время для измерения светочувствительности цветных негативных фотокиноплёнок используется стандарт ISO 5800:2001. Два других стандарта ISO 6:1993 и ISO 2240:2003 существуют в качестве шкалы светочувствительности для чёрно-белых негативных и цветных обращаемых фотокиноматериалов.
Эквивалент светочувствительности для цифровых фотоаппаратов определяется стандартом ISO 12232:2006, впервые опубликованным в августе 1998 года, и в последний раз исправлявшимся в октябре 2006.
Сравнение светочувствительности в различных стандартах В таблице приведены сравнительные значения основных систем измерения светочувствительности ГОСТ, «Х и Д», Weston, ASA, ISO, APEX и DIN + Сравнение разных систем измерения светочувствительности APEX Sv (1960-) ISO (1974-)арифм./логар.° «Х и Д» (1928—1951)арифм. Weston арифм. ASA (1960—1987)арифм. DIN (1961—2002)логар. ГОСТ (1951—1986)арифм. Примеры фотоматериалов, обладающихтакой светочувствительностью −2 0,8/0° 15 0,8 0 «Свема» ЦП-8Р, ЦП-11 1/1° 17,5 1 1 1 1,2/2° 25 1,2 2 1,2 −1 1.6/3° 30 1,6 3 1,4 2/4° 38 2 4 2 2,5/5° 50 2,5 5 2,4 «Свема» Микрат-300 0 3/6° 63 3 6 2,8 «Тасма» ОЧТ-Н 4/7° 75 4 7 4 5/8° 100 5 8 5 Фотобумага «Славич» Фотоцвет-4 1 6/9° 125 6 9 5,5 оригинальный Kodachrome 8/10° 150 8 10 8 Polaroid PolaBlue 10/11° 200 10 11 9 Kodachrome 8-мм 2 12/12° 250 12 12 11 Gevacolor 8-мм обращаемая, позднее Agfa Dia-Direct, «Свема» КН-1 16/13° 350 6 16 13 16 Agfacolor 8-мм обращаемая 20/14° 400 8 20 14 18 Adox CMS 20 3 25/15° 500 10 25 15 22 старый Agfacolor, Kodachrome II и Kodachrome 25, Efke 25, «Тасма» ЦО-22Д 32/16° 700 12 32 16 32 Kodak Panatomic-X, «Свема» ДС-5М, Фото-32 40/17° 800 16 40 17 38 Kodachrome 40 (киноплёнка), «Тасма» Панхром СЧС-1 4 50/18° 900 20 50 18 45 Ilford Pan F Plus, Kodak Vision2 50D 5201 (киноплёнка), AGFA CT18, «Свема» ДС-4 64/19° 1400 24 64 19 65 Kodachrome 64, ORWOCOLOR NC-19, «Тасма» Панхром СЧС-4, «Свема» Фото-65 80/20° 1500 32 80 20 75 Ilford Commercial Ortho 5 100/21° 2000 40 100 21 90 Kodacolor Gold, Kodak T-Max, Provia, Efke 100, «Свема» КН-3 125/22° 2500 50 125 22 125 Ilford FP4+, Kodak Plus-X Pan 160/23° 3000 64 160 23 130 Fujicolor Pro 160C/S, Kodak High-Speed Ektachrome, «Свема» Фото-130 6 200/24° 4000 80 200 24 180 Fujicolor Superia 200, «Свема» ОЧТ-180, «Тасма» ОЧ-180, ЦО-Т-180Л 250/25° 5000 100 250 25 240 «Тасма» Фото-250 320/26° 6000 125 320 26 250 Kodak Tri-X Pan Professional 7 400/27° 8000 400 27 350 Tri-X 400, Ilford HP5+, Fujifilm Superia X-tra 400, «Свема» ОЧТ-В, «Тасма» А-2Ш 500/28° 10000 500 28 500 Kodak Vision3 500T 5219 (киноплёнка), «Тасма» Панхром тип-17 640/29° 12500 640 29 560 Polaroid 600 8 800/30° 16250 800 30 700 Fuji Pro 800Z, «Тасма» Панхром тип-15 1000/31° 20000 1000 31 1000 Kodak P3200 TMAX, Ilford Delta 3200 1250/32° 1250 32 1200 Kodak Royal-X Panchromatic 9 1600/33° 1600 33 1440 Fujicolor 1600, «Тасма» Изопанхром тип-42 2000/34° 2000 34 2000 2500/35° 2500 35 2400 10 3200/36° 3200 36 2880 Konica 3200, Fujifilm FP-3000b, «Тасма» Панхром тип-13 4000/37° 37 4000 5000/38° 38 4500 «Тасма» Изопанхром тип-24 11 6400/39° 6400 39 5600 8000/40° 10000/41° 10000 Фотокомплекты для моментальной фотографии Polaroid тип-410 12 12500/42° 16000/43° 20000/44° 20000 Фотокомплекты для моментальной фотографии Polaroid тип-612 13 25000/45°
Определение чувствительности ISO для фотоматериалов
Светочувствительность чёрно-белых негативных фотоматериалов определяется по характеристической кривой, которая строится на специальных бланках или миллиметровке по результатам измерения сенситограммы при помощи денситометра. Точка кривой, по которой определяется светочувствительность (критериальная точка), обозначена на рисунке буквой «m», и для чёрно-белых негативных плёнок её плотность должна составлять 0,1 над вуалью. При этом негатив должен быть проявлен так, чтобы точка «n», экспонированная на 1,3 единицы больше «m», обладала оптической плотностью, превосходящей её на 0,8. Это является важным условием соблюдения заданного коэффициента контрастности. В этом случае, критерием светочувствительности может считаться экспозиция Hm в люксах в секунду, соответствующая точке m, а арифметическое значение светочувствительности ISO определяется равенством:
Для позитивных и обращаемых фотоматериалов светочувствительность определяется по этому же равенству, отличающемуся верхним коэффициентом и при других критериях контрастности.
Зависимость светочувствительности от режима проявления побуждает производителей фотоматериалов указывать рекомендованную рецептуру и режимы проявления, при которых достигается указанное на упаковке значение этого параметра. Использование других проявителей и режимов может изменить светочувствительность, и сделать результаты измерения экспозиции ошибочными. Кроме того, интенсивное проявление приводит к росту контраста и увеличению зернистости, что отрицательно сказывается на качестве изображения.
Определение светочувствительности цветных фотоматериалов Для цветных многослойных плёнок светочувствительность определяется по более сложным законам, поскольку должны учитываться свойства трёх характеристических кривых. Три светочувствительных слоя обладают различными значениями частичных светочувствительностей, зависящими от цветового баланса плёнки. Поэтому, светочувствительность цветных фотоматериалов представляет собой сложную комплексную величину.