Фотографический процесс

Фотографический процесс — это совокупность физико-химических или цифровых операций, направленных на получение и фиксацию изображения объектов с помощью регистрации оптического излучения, отражённого или испущенного этими объектами. В зависимости от используемой технологии различают аналоговый (химический) и цифровой фотографический процесс. Основной целью любого фотографического процесса является создание стабильного, видимого глазом изображения, соответствующего оптическому образу объекта съёмки.

История развития

Предыстория и открытие светописи

Первые опыты по фиксации изображения с помощью света относятся к началу XIX века. В 1802 году Томас Уэджвуд и Хамфри Дэви проводили эксперименты с нитратом серебра, но не смогли закрепить полученные изображения. Первое устойчивое фотографическое изображение было получено в 1826 году французским изобретателем Жозефом Нисефором Ньепсом. Он использовал метод гелиографии, экспонируя асфальтовый лак на оловянной пластине в течение восьми часов.

Дагеротипия и калотипия

В 1839 году Луи Дагер обнародовал изобретение дагеротипии — процесса, при котором изображение формировалось на посеребрённой медной пластине, обработанной парами йода и проявленной парами ртути. В том же году Уильям Генри Фокс Тальбот представил калотипию — первый негативно-позитивный процесс, позволявший делать неограниченное количество отпечатков с одного негатива. Калотипия стала основой для всей последующей аналоговой фотографии.

Мокрый коллодионный процесс

В 1851 году Фредерик Скотт Арчер разработал мокрый коллодионный процесс, который сочетал высокую светочувствительность дагеротипии с возможностью тиражирования калотипии. Стеклянная пластина покрывалась коллодием с йодистым калием, затем сенсибилизировалась в растворе нитрата серебра и экспонировалась во влажном состоянии. Этот метод доминировал в фотографии до 1880-х годов, несмотря на необходимость немедленной обработки пластины.

Сухие броможелатиновые пластины

В 1871 году Ричард Мэддокс предложил использовать желатин в качестве связующего вещества для галогенидов серебра. Это привело к созданию сухих броможелатиновых пластин, которые могли храниться до и после экспонирования. В 1878 году Чарльз Беннетт значительно повысил их светочувствительность, что позволило сократить выдержку до долей секунды и сделало возможной моментальную фотографию.

Плёночная фотография

В 1889 году Джордж Истмен начал массовое производство гибкой целлулоидной фотоплёнки, свёрнутой в рулон. Это изобретение легло в основу фотоаппарата «Кодак», который рекламировался под лозунгом «Вы нажимаете на кнопку — мы делаем всё остальное». Плёночная фотография стала доминирующей технологией XX века, пройдя путь от чёрно-белых материалов до многослойных цветных фотоплёнок.

Цифровая фотография

Первые эксперименты по цифровой записи изображений относятся к 1950-м годам, когда началось развитие телевизионных трубок и сканеров. В 1975 году инженер компании Kodak Стивен Сассун создал первый цифровой фотоаппарат, записывающий изображение на магнитную ленту. Массовое распространение цифровая фотография получила в 1990-х годах с появлением доступных матриц и персональных компьютеров. К 2010-м годам цифровые технологии практически полностью вытеснили аналоговые в потребительском сегменте.

Аналоговый фотографический процесс

Светочувствительный материал

Основой аналогового фотографического процесса является светочувствительный слой, содержащий микрокристаллы галогенидов серебра (обычно бромида, хлорида или йодида серебра), диспергированные в желатине. При воздействии света в кристаллах образуется скрытое изображение — атомы металлического серебра, которые служат центрами проявления.

Экспонирование

Экспонирование — это воздействие света на светочувствительный материал через оптическую систему фотоаппарата. Количество света, попадающего на плёнку или пластину, регулируется выдержкой (временем открытия затвора) и диафрагмой (отверстием в объективе). Правильное экспонирование обеспечивает оптимальную плотность и контраст изображения.

Химическая обработка

Химическая обработка включает несколько этапов:

• Проявление — восстановление экспонированных кристаллов галогенидов серебра до металлического серебра с помощью проявителя (например, гидрохинона или метола).
• Остановка проявления — нейтрализация проявителя слабым раствором кислоты (обычно уксусной).
• Фиксирование — растворение неэкспонированных кристаллов галогенидов серебра с помощью фиксажа (тиосульфата натрия или аммония).
• Промывка — удаление остатков химикатов водой.
• Сушка — удаление влаги из эмульсионного слоя.

Цветная фотография

Цветной аналоговый процесс основан на использовании многослойных фотоматериалов, содержащих три светочувствительных слоя, сенсибилизированных к синему, зелёному и красному цветам. В каждом слое содержатся цветообразующие компоненты (куплеры), которые при проявлении образуют красители дополнительных цветов: жёлтый, пурпурный и голубой. Наиболее распространённый процесс цветной обработки — C-41 для негативных плёнок и E-6 для обращаемых (слайдовых) плёнок.

Цифровой фотографический процесс

Светочувствительная матрица

Цифровой фотографический процесс основан на использовании полупроводниковых матриц — ПЗС (прибор с зарядовой связью) или КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник). Матрица состоит из миллионов светочувствительных элементов (пикселей), каждый из которых преобразует световой поток в электрический заряд, пропорциональный интенсивности света.

Аналого-цифровое преобразование

Электрические сигналы с матрицы поступают на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который преобразует их в цифровые значения. Глубина цвета (битность) определяет количество градаций яркости: 8 бит даёт 256 уровней на канал, 12 бит — 4096 уровней, 14 бит — 16384 уровня.

Обработка изображения в камере

Цифровой фотоаппарат выполняет ряд операций по обработке сырых данных (RAW):

• Демозаика — интерполяция цветов на основе фильтра Байера (шаблона цветных фильтров на матрице).
• Баланс белого — коррекция цветовой температуры освещения.
• Гамма-коррекция — нелинейное преобразование яркости для соответствия восприятию человеческого глаза.
• Сжатие — кодирование изображения в формат JPEG с потерей информации или сохранение в несжатом формате RAW.

Постобработка и вывод

Цифровые изображения могут быть дополнительно обработаны на компьютере с помощью специализированного программного обеспечения (Adobe Photoshop, Capture One, Lightroom). Возможна коррекция экспозиции, цветового баланса, контраста, резкости, удаление шумов и артефактов. Готовые изображения выводятся на печать (струйную, лазерную, сублимационную), отображаются на экранах или публикуются в сети.

Классификация фотографических процессов

По типу светочувствительного материала

• Серебряно-галогенные — классические плёнки и фотобумаги.
• Бессеребряные — диазотипия, цианотипия, платиновая печать.
• Цифровые — матрицы на основе кремния.

По способу цветопередачи

• Чёрно-белые — монохромное изображение в градациях серого.
• Цветные — многослойные материалы или цветные фильтры.
• Инфракрасные — регистрация инфракрасного излучения.
• Спектрозональные — регистрация нескольких узких спектральных диапазонов.

По назначению

• Художественная фотография — создание эстетически значимых изображений.
• Научная фотография — микрофотография, астрофотография, спектрография.
• Техническая фотография — репродукция, документирование, промышленный контроль.
• Медицинская фотография — рентгенография, эндоскопия, томография.

Применение фотографического процесса

Научные исследования

Фотографический процесс широко используется в науке для регистрации и анализа явлений. В астрономии длительные экспозиции позволяют фиксировать слабые объекты. В микроскопии фотография даёт возможность документировать структуры, невидимые невооружённым глазом. В спектроскопии фотографические пластины применялись для записи спектров.

Промышленность и техника

В промышленности фотографический процесс применяется для контроля качества, создания чертежей (фотошаблоны в микроэлектронике), аэрофотосъёмки и картографии. Рентгеновская фотография используется в дефектоскопии для обнаружения скрытых дефектов в материалах.

Медицина

Медицинская фотография включает рентгенографию, флюорографию, эндоскопию, а также фотографирование кожных покровов и операционных полей. Цифровая рентгенография позволяет снизить дозу облучения и ускорить получение результатов.

Культура и искусство

Фотография является самостоятельным видом изобразительного искусства. Художественная фотография включает портрет, пейзаж, натюрморт, репортаж, концептуальную и документальную фотографию. Фотографический процесс также используется в кинематографе, полиграфии и рекламе.

Современное состояние и перспективы

На начало 2020-х годов цифровой фотографический процесс полностью доминирует в потребительской и профессиональной фотографии. Аналоговая фотография сохраняется как нишевое хобби и художественная практика. Развитие технологий идёт в направлении увеличения разрешения матриц (до 100 мегапикселей и выше), улучшения светочувствительности, внедрения вычислительной фотографии (HDR, мультиэкспозиция, синтез глубины резкости) и интеграции с искусственным интеллектом для автоматической обработки и распознавания изображений.

Источники

• Ньепс Ж. Н. «Гелиография: первые опыты светописи» (1826)
• Дагер Л. «Дагеротипия: описание процесса» (1839)
• Тальбот У. Г. Ф. «Карандаш природы» (1844)
• Арчер Ф. С. «Мокрый коллодионный процесс» (1851)
• Мэддокс Р. «Новый фотографический процесс с желатином» (1871)
• Истмен Дж. «Рулонная плёнка и камера Кодак» (1889)
• Сассун С. «Первый цифровой фотоаппарат» (1975)
• Лэнгфорд М. «Основы фотографии» (последнее издание)
• Шехтер Д. «История фотографии: от дагеротипа до цифры»