Изменение контраста фотографических изображений

Методы изменения контраста в процессе съемки достаточно эффективны. Однако при исследовании некоторых объектов раз-личаемость выявляемых деталей недостаточна, поэтому возникает необходимость дальнейшего их усиления. В таких случаях приме­няют методы изменения контраста полученного фотографического изображения. К ним относятся методы химического усиления, ос­лабления, выравнивания контраста; контратипирование; суммиро­вание и вычитание изображений; фильтрация деталей и др.

Химическое усиление, ослабление и выравнивание контра­ста основаны на химико-фотографических способах обработки фо­тографического изображения (негативного или позитивного).

Ослабление — это процесс окисления металла серебра и пере­вод его в соединения, хорошо растворимые в воде или тиосульфа­те натрия. В криминалистической фотографии оно применяется для исправления ошибок, допущенных при съемке и лабораторной обработке фотоматериалов:

— для уменьшения общей плотности негатива при передержке или перепроявлении;

— для ослабления вуали, являющейся предварительным эта­пом обработки перед усилением;

— для увеличения передаваемого на снимке интервала ярко­стей объекта, например, у контрастных негативов, полученных при съемке объектов с чрезмерно большим интервалом яркостей.

Первая и вторая задачи решаются применением поверхностных (например, фармеровского) ослабителей, третья — применением пропорциональных и суперпропорциональных ослабителей.

Выравнивание контраста является эффективным методом повышения качества судебно-фотографических снимков, позво­ляющим извлекать дополнительную информацию из участков не­додержек и передержек исходного негатива. Кроме суперпропор­циональных ослабителей наиболее приемлемо здесь сине-желтое тонирование. Исходный негатив сначала обрабатывается в синем тонирующем растворе, а затем в растворе желтого красителя, ко­торый активнее оседает на участках малой плотности и незначи­тельно там, где она большая. Отпечатки, получаемые с таких нега­тивов на несенсибилизированиом фотоматериале, имеют довольно ровный контраст. Дополнительно его регулировка достигается из­менением концентрации красителя в растворе и использованием при печати синих и желтых светофильтров.

Усиление — это процесс осаждения на исходные плотности не­гатива дополнительного количества металла (или иного соедине­ния) либо окрашивания исходного изображения в неактиничные для фотобумаги цвета при повторном проявлении (оптическое уси­ление). Данный метод применяется для исправления ошибок, до­пущенных при съемке и лабораторной обработке фотоматериалов и для повышения различаемости слабовидимого.

Для увеличения плотностей почернения недодержанных и недо­проявленных негативов применяют пропорциональные и субпропор­циональные усилители. Лучшие результаты получают при обработке нормально экспонированных, но недопроявленных негативов, так как на слишком слабо экспонированных участках детали отсутст­вуют. Усиление слабовидимых деталей проводят в сверхпропорцио­нальных усилителях. Области больших плотностей усиливаются ин­тенсивнее, чем области малых плотностей. Усилению подвергают нормально экспонированные негативы небольшой плотности и без вуали. В противном случае плотности почернения могут быть на­столько велики, что информация может быть утрачена.

К числу пропорциональных относится, например, хромовый уси­литель с коэффициентом усиления К_у=1,3. К числу сверхпропор­циональных — ртутный (К_у=1,8), с бромной (йодной) медью (К_у=3), хинон-тиосульфатный (К_у достигает 10-кратного значения).

Усилители, основанные на увеличении плотностей почернения исходного негатива, имеют существенные недостатки, сказываю­щиеся на качестве получаемых изображений. Полезное усиление, т. е. выявление новых деталей, приходится на область недодержек с плотностями 0,4-0,5 ед., а усиление незначительных различий в средних плотностях ухудшается. При обработке увеличивается зернистость изображения, повышается плотность помех, необхо­дима абсолютная чистота работы. Эти недостатки устраняет опти­ческое усиление, например хромогенное, и усиление солями желе­за. При незначительном увеличении зернистости коэффициент усиления достигает значения 2,5^х и более, так как процесс усиления можно повторять до трех раз без снижения качества изображения.

Достоинства оптических методов усиления — это заметное повы­шение контраста при отсутствии вуали роста зернистости изображе­ния, что обеспечивает извлечение информации из недодержанных участков негатива, усиление различаемое™ мелких деталей.

Плотные участки негатива обычно не участвуют в формирова­нии изображения, а после отбеливания позволяют использовать запечатленную информацию. Такой способ дополнительной обра­ботки негатива с целью уменьшения его максимальных плотностей называется голокопией.

Контратипирование — это метод усиления контраста путем по­следовательного копирования исходного изображения на контраст­ные фотоматериалы с прозрачной подложкой. Он относится ко вто­ричным методам изменения контраста и применяется в тех случаях, когда выявляемые детали расположены на однородном фоне или когда их плотности достаточно отличаются от плотностей помех.

Процесс состоит из ряда последовательных этапов. Исходный негатив контактным способом копируют на контрастный фотомате­риал и получают диапозитив повышенного контраста — контратип 1-го поколения. После лабораторной обработки и сушки с него из­готавливается контратип следующего, 2-го поколения с еще более высоким контрастом, который также становится оригиналом для дальнейшего усиления контраста. Повторяя процесс, получают контратипы 3-го, 4-го и последующих поколений, пока не достигает­ся необходимое для различения соотношение в плотностях почер-

нений между выявляемыми деталями и фоном. С последнего четного контратипа печатают фотоснимок на контрастной бумаге (рис. 162).

иозихив

Негатив

Исходный негатив
Коктратия I докашшя
Контратип 2 поколения

ФТ-4Ш

•win

Позитив

Контратшх 3 поколения

ФТ-4Ш

Негатив

Контратия 4 повшшвжя

ФТ-4Ш

Контрастами* $о«и$|ШШ

Рис. 162. Схема процесса контратипирования

Контратипирование, как и съемка на контрастные фотоматериалы, подчиняется общим закономерностям усиления деталей с незначи­тельным контрастом в фотографическом процессе. При копирова­нии на однотипные фотопленки контраст конечного изображения (D_M) связан с исходным (D₀) следующим соотношением:

Du=/ⁿD₀,

где п — число этапов копирования;

Y — коэффициент контрастности фотоматериала.

Очевидно, что применение фотоматериалов с высоким коэффи­циентом контраста и обработка их в контрастных проявителях по­зволяют достигать заданной степени усиления при меньшем числе ступеней данного процесса. В противном случае приходится увели­чивать число промежуточных копий.

Процесс контратипирования не может длиться бесконечно. При­веденная выше закономерность дает лишь теоретическое значение усиления. Реально достигаемое усиление контраста значительно ниже расчетного. При многократном перекопировании снижается резкость изображений, увеличивается зернистость, возрастает плотность помех. Частично эти недостатки можно компенсировать. Однако полностью исключить их не удается, вследствие чего число этапов копирования обычно не превышает 6-8 поколений.

Для контратипирования используют мелкозернистые с неболь­шой плотностью вуали диапозитивные фотопластинки или фототех­нические пленки, фотоматериалы типа ЛИТ, а для их обработки — энергичные контрастно работающие проявители: гидрохиноновые, бессульфитные, инфекционные.

Суммирование изображений — процесс, в ходе которого по­лучаемые при многократной съемке объекта изображения точно совмещаются и копируются на фотобумагу.

Метод разработан Е. Ф. Буринским и в конце XIX столетия пред­ставлял собой мокрый коллоидный процесс, в ходе которого объект многократно фотографировался на стеклянную фотопластинку, по­ливаемую новым слоем светочувствительной эмульсии после каж­дой стадии обработки. С полученного негатива печатался контра­стный позитив, который использовался в качестве оригинала для дальнейшего ведения процесса усиления. Достигаемое увеличение контраста рассчитывают по формуле:

D_n=n-D₀, где п — число этапов съемки.

Впоследствии метод был модифицирован: съемку вели на не­сколько (5-6) сухих броможелатиновых пластинок в одинаковом масштабе. После лабораторной обработки слои отделялись, изо­бражения на них совмещали и снова копировали на несколько но­вых фотопластинок. Процесс повторяли до тех пор, пока не дости­гали требуемого усиления контраста.

Этот метод дает пропорциональное усиление контраста при со­хранении всех деталей даже с минимальными плотностями. Одна­ко контраст нарастает медленно и требуется совместить большое число изображений, чтобы получить необходимый результат. Ме­тод суммирования изображений — очень длительный и трудоемкий процесс, где необходима особая точность при совмещении не­скольких изображений. Для его реализации в настоящее время можно использовать фотоматериалы со съемным эмульсионным слоем, например, ФТ-СС.

Вычитание изображений (фотографическое маскирование). Рассмотренные выше методы дают высокое усиление контраста, но вместе с полезными деталями усиливают и помехи. Повысить различаемость слабовидимого можно, избирательно выделяя по­лезные детали и подавляя помехи. К числу таких методов относят­ся методы вычитания изображений — фотографическое маскиро­вание, фильтрация деталей проявлением.

Фотографическое маскирование представляет собой метод вычитания из изображения исходного негатива изображения маски, отпечатанной с этого негатива на фотоматериале с прозрачной подложкой. Методы, основанные на применении масок, называются методами маскирования. Они позволяют выявлять детали из недо­держанных и передержанных участков исходного негатива, повы­шать различаемость слабовидимых деталей, усиливать детали с не­большими пространственными размерами и исключать мешающие.

При исследовании объектов применяются методы внутреннего и внешнего маскирования.

Внутреннее маскирование основано на использовании специ­альных черно-белых фотоматериалов с двумя или тремя светочув­ствительными слоями типа ФТ-ВМ, «Корректон».

При внешнем маскировании маска изготавливается в виде от­дельного изображения (б), совмещаемого с исходным (а) (рис. 163). Противоположные друг другу плотности почернений негатива и маски суммируются, а при печати из одного изображения вычита­ется другое, так как экспозиция для светлых участков маскирован­ного негатива уменьшается, а для плотных — увеличивается. Вследствие этого на результирующем изображении (в) выравнива­ется общий контраст, а контраст деталей в недодержанных и пере­держанных участках негатива повышается.

Рис. 163. Изменение контраста методом маскирования:

а — характеристическая кривая исходного негатива; б — позитива (маски); в — суммированного изображения

Методы маскирования основываются на применении как резких, так и нерезких масок. Общий контраст изображения зависит от ин­тервала плотностей маски, а контраст деталей — от степени ее резкости и точности совмещения изображений негатива и маски.

Резкое маскирование — это процесс, когда в качестве маски из­готавливается резкая и менее плотная (контрастная) копия исход­ного негатива. Общий контраст на маскированном изображении становится меньше, но контраст в деталях сохраняется. Повышение плотности маски позволяет получать изображения с различными ха­рактеристиками. При плотностях, близких к плотности исходного негатива, контраст результирующего изображения резко снижает-

ся, а в случае их равенства содержание фотоснимка представляет однородное серое поле (рис. 164 а). Сдвиг маски относительно не­гатива приводит к усилению слабовидимых деталей за счет появ­ления барельефного изображения, возникающего на границе уча­стков с большей и меньшей плотностью — с одного края детали плотности почернения уменьшаются, а с противоположного увели­чиваются вдвое, т. е. вокруг детали образуется черно-белый контур (рис. 164 б, в). При плотностях, превышающих плотности негатива, изображение становится негативным.

Н+М

Н+М

Рис. 164. Образование контурных линий (барельефного изображения)

а — изображение при точном совмещении негатива (н) и маски (м);

6 — изображение при сдвиге маски вправо:

в — изображение при сдвиге маски влево

При нерезком маскировании между исходным негативом и фо­томатериалом, предназначенным для печати маски, помещается тонкая светорассеивающая прокладка, например, тонкая незасве-ченная и отфиксированная фотопленка с матовым контрслоем. На

нерезком изображении мелкие детали сливаются с фоном, а более крупные существенным изменениям не подвергаются. Вычитание из негатива изображения маски позволяет снизить плотности по­чернения крупных деталей и сохранить контраст мелких. Снижение общего контраста в процессе маскирования компенсируется при­менением при печати контрастных и особоконтрастных фотобумаг.

Нерезкое маскирование повышает интервал яркостей сфотогра­фированного объекта и различаемость мелких деталей, увеличивает резкость изображения, особенно при выявлении микрорельефа сле­дов — объектов трасологической и баллистической экспертиз.

Субтрактивное маскирование совмещает в себе достоинства резкого и нерезкого маскирования. В его основе лежит принцип субтракции — вычитания из основного изображения, сформиро­ванного при одних условиях, другого, аналогичного первому, но по­лученного в иных условиях съемки. При фотографировании могут быть изменены: направление освещения объекта, спектральный состав света, плоскость фокусирования изображения, действующее отверстие объектива или выдержка.

К субтрэктивному маскированию прибегают, если другие методы контрастирующей фотографии оказались малоэффективными, осо­бенно npw ослаблении помех. Например, защитная сетка документа, элементы оттисков печатей и штампов и другие детали осложняют либо исключают восстановление слабовидимых записей. Исключить эти помехи можно лишь при равенстве плотностей исходного и кор­ректирующего изображений при точном их совмещении (рис. 165).

Съемка в УФ зоне спектра

Съемка в видимой зоне спек тра

IZEZ

Негатив-I Негатшэ-2

_ ^_

Позитив - маска

Нагажа-1 + маска

Контрастная фотобумага

Рис. 165. Схема субтрактивного маскирования 517

При субтрактивном маскировании слабовидимые окрашенные записи усиливают, фотографируя объект в двух зонах спектра: в одной на негативе фиксируют полезные детали и помехи, в другой — только помехи. Отпечатав с последнего негатива маску с плотностью, равной плотности помех на первом негативе, и совместив изобра­жения, на результирующем снимке получают более чем 10-кратное повышение различаемости выявляемых записей. Область приме­нения метода можно расширить, используя в качестве эффектив­ного освещения ультрафиолетовую и инфракрасную зоны спектра.

Методы фотографического маскирования весьма эффективны при условии получения масок с заданными свойствами: интервалом плот­ностей, контрастом, степенью нерезкости. Маски с заданным интер­валом плотностей получают либо при пробной печати, эксперимен­тально подбирая экспозицию и время проявления фотопленки, либо на основе определения зависимости изменения плотностей почернения от времени проявления. Ее получают при пробном ко­пировании сенситометрической полутоновой шкалы и измерения плотностей почернения ее участков, соответствующих заданному интервалу плотностей маски. Необходимое время экспонирования и проявления находят из графика этой зависимости.

Совмещение изображений при маскировании осуществляется двумя способами: на специальных приспособлениях, позволяющих фиксировать пленку в строго определенном положении и обеспе­чивающих высокую точность совмещения даже при многократном перекопирова'нии изображений, и по характерным четко выражен­ным деталям или специальным меткам (крестам), рассматривая изображения на просвет.

Фильтрация деталей — метод выделения на фотографическом изображении деталей с определенными пространственными раз­мерами за счет образования в процессе проявления нерезкой, фо­тохимически регулируемой маски. Он применяется в случаях, когда необходимо увеличить передаваемый на снимке интервал яркостей объекта при печати с контрастных негативов, повысить различае-мость мелких деталей, усилить слабовидимое изображение.

Фильтрация деталей основана на диффузионных процессах, протекающих в фотослое при его обработке растворами с неболь­шим содержанием проявляющего вещества. На участках, подвер­гавшихся большему воздействию света, процесс проявления идет активнее и проявитель быстро истощается. Менее экспонирован­ные участки проявляются медленнее, и раствор сохраняется более длительное время. С изменением концентрации раствора на смеж-

ных участках фотослоя проявляющее вещество из мест с повы­шенным содержанием диффундирует в места с пониженным, а продукты окисления и бромистый калий перемещаются в противо­положном направлении. На границе раздела со стороны участков, получивших больше света, проявление ускоряется, а со стороны менее освещенных — замедляется, образуя пограничные эффек­ты: каймы — увеличение плотности и бахромы (линии Маки) — ее снижение (рис. 166).

Н I

I ? \ ыМк

*" свежий проявитель
-- *• продукты окисления

|—--------- 1 ЦЛ

Рис. 166. Схема образования пограничных эффектов проявления

С уменьшением размеров деталей в фотослое при такой обра­ботке возникает эффект Эбергарда: на равно экспонированных участках светочувствительного материала плотность почернений

возрастает с уменьшением их площади, поскольку здесь образует­ся меньше продуктов окисления, они легче уходят в окружающее пространство, обеспечивая приток свежего проявителя и ускоряя процесс проявления. При этом плотности почернений достигают таких значений, что детали размером 0,1-0,2 мм кажутся в 2,0-2,5 раза более экспонированными, нежели участки величиной в не­сколько миллиметров.

При фильтрации деталей используют различные способы обра­ботки светочувствительного материала растворами с ограничен­ным содержанием проявляющего вещества. К их числу относятся «голодное» проявление, экспонирование пропитанного проявите­лем фотослоя («мокрая» фотопечать), фильтрация или выделение деталей, фильтрация деталей проявлением.

Метод «голодного» проявления основан на обработке фото­материалов проявителями, разбавленными в соотношений 1:10-1:100, что позволяет увеличивать фотографическую широту фото­материала, получать очень тонкие негативы, но с высокой детали­зацией изображения, особенно на недодержанных и передержан­ных участках. Для такой обработки при съемке обычно допускается 2-х - 3-х кратная передержка.

Метод «мокрой» фотопечати реализуется в ходе позитивно­го процесса при прерывистом экспонировании пропитанной про­явителем фотобумаги. При первичном экспонировании в фотослое образуется изображение, которое в дальнейшем служит своего ро­да маской, препятствующей повторному засвечиванию и восста­новлению галогенидов серебра, находящихся под слоем уже вос­становленного металлического серебра. Этот метод позволяет улучшать передачу деталей в области недодержек и передержек характеристической кривой негативного материала.

Процесс «мокрой» печати дает положительные результаты, ес­ли время обработки не превышает 6-8 минут, а в составе прояви­теля повышено количество бромистого калия для исключения на отпечатке вуали. Кроме того, раствор должен иметь высокую ак­тивность, чтобы при малом времени проявления достигался тре­буемый контраст.

Процесс «мокрой» печати позволяет получить практически одно изображение с характерными для него свойствами. Повторение процесса дает совершенно иные результаты, поскольку незначи­тельные изменения условий обработки существенным образом сказываются на характере получаемого изображения. Такой про-

цесс обработки нередко приводит и к обращению изображения, к появлению контурных линий.

Метод выделения деталей (ВД) осуществляется при непре­рывном экспонировании пропитанного проявителем фотослоя. В этом случае обращения изображения не происходит, а наряду с выравниванием общего контраста повышается контраст мелких деталей, особенно если вместо фотобумаги использовать контра­стные негативные пленки. Для предохранения проявителя от окис­ления и быстрого высыхания к пропитанному им фотослою или с обеих сторон листа фотоматериала прикатывается тонкая чистая пленка. Для обработки изображений методом фильтрации необхо­димы значительные (до 300-400^х) передержки, а при съемке за не­большие промежутки времени (пока не высох проявитель) их мож­но получить лишь при высоких освещенностях объекта.

Метод фильтрации деталей проявлением (ФДП) является упрощенным вариантом метода ВД и реализуется при позитивной печати. Экспонированный фотоматериал небольшой отрезок вре­мени проявляют как обычно, а затем прикатывают к поверхности стекла и допроявляют за счет проявителя, которым пропитан эмульсионный слой.

Обработка фотоизображений методом ФДП включает следую­щие основные этапы:

— экспонирование фотопленки при 10-30 кратной передержке;
первое проявление в течение нескольких десятков секунд;

— накатку фотопленки эмульсионным слоем на поверхность
стекла;

— второе проявление за счет проявителя, которым ппопитан эмульсионный слой;

— последующую стандартную обработку (фиксирование, про­мывку и сушку).

Для фильтрации деталей необходимы тонкослойные фотомате­риалы с коэффициентом контрастности не менее 4-5 ед. и высокой разрешающей способностью; ФТ-41П, ФТ-51М, ФТ-51МП, ФТ-СК.

Для обработки фотоизображений методом ФДП, обеспечиваю­щим выравнивание контраста с одновременным усилением его в деталях, предложен ряд метол-гидрохиноновых проявляющих рас­творов, например ORWO MN-28, UNIVERZAL. Однако их рецептура в справочной литературе не приводится.

Из известных для фильтрации наиболее подходят поверхност­ные проявители, которые в процессе обработки фотослоя не рас­творяют микрокристаллы галогенидов серебра. Обычные метоло-

вые и метол-гидрохиноновые проявители дают невысокий эфф_ект фильтрации. Пограничные эффекты в основном наблюдаются на границах участков с достаточно высоким различием в плотностях почернения. Для повышения различаемое™ небольших по величи­не деталей они малопригодны.

Поверхностными свойствами обладают проявители Д-72, Д-163, ORVO-75 и др., не растворяющие микрокристаллы галогенида се­ребра. Для уменьшения плотности вуали в состав проявителей Д-72, Д-163, стандартного № 1 дополнительно вводится 2 г броми­стого калия на 1 литр рабочего раствора (табл. 28).

Таблица 28

Проявляющие растворы, используемые для обработки фотоматериалов методом ФДП

Компоненты,			Проявляющие растворы
г/л	Д-72	Д-163	ОРВО-75	Г. Соколов	Стандартный №1
Сульфит
натрия (б/в)
Метол	3,1	2,2	-	1,0	1,0
Гидрохинон				-
Натрий
углекислый	67,5		-
Лимонная кислота	-	-		-	-
Калий
фосфорно-кислый	-	-		-	-
Калий бромистый	1,9	1,8		0,8	3,5
Вода, л

Пограничные эффекты возникают и при инфекционном прояв­лении, когда концентрация сульфита натрия в растворе невелика. Такое проявление обеспечивает высокий контраст изображения, способствует усилению слабовидимых деталей с небольшими про­странственными размерами. Высокий эффект фильтрации дают

бессульфитные, контрастно работающие проявители Д-153, ORVO -70 _и ORVO-111, гидрохиноновый с едкой щелочью № 2 (табл. 29).

Таблица 29

Бессульфитные проявляющие растворы, применяемые для обработки фотоматериалов методом ФДП

Вещество, г/, л	Бессульфитные проявители
Гидрохи­ноновый с едкой щелочью	Д-153	ОРВО-70	OPBO-111	Т. Козел
А	Б	А	Б	А	Б	А	Б	А	Б
Гидрохинон Калия метабисульфит Едкий натр Едкое кали Калий бромистый Вода, л	25 25	36 1	25 25	120 0,24	25 25 25 1	50 1	40 40		10 10 3,5 1	15 1

Общий контраст фотоизображений, обработанных методом ФДП, зависит от концентрации проявляющего вещества в растворе, продолжительности экспонирования и времени первого проявления.

Высокая концентрация проявляющего вещества способствует активному проявлению и малой величине диффузии, что является причиной усиления мелких деталей. Увеличение экспозиции также ускоряет процесс проявления и ведет к усилению контраста дета­лей с небольшими пространственными размерами, способствует выявлению деталей в передержанных участках негатива. Умень­шение длительности первого проявления снижает общий контраст изображения.