Добавлен: 08.07.2023
Просмотров: 266
Скачиваний: 3
Введение
1 Цветная фотография — совокупность способов получения фотографических изображений, воспроизводящих с некоторой точностью как яркостные, так и цветовые различия фотографируемых объектов.
Технически является частным случаем спектрозональной съёмки
Цветная фотография основывается на аддитивном или субтрактивном способах получения цветов. Поэтому существующие методы цветной фотографии делятся на аддитивный и субтрактивный. Аддитивные методы
Алим-Хан, 1911 год. Фотография С. М. Прокудина-Горского, метод тройной экспозиции.
Аддитивный способ, или способ сложения цветов, основанный на трёхцветовой теории зрения, даёт возможность получать все цвета и оттенки с помощью смешения (сложения) в определённых пропорциях трёх основных цветов: красного, зелёного и синего. Так, если одновременно проецировать на экран три различно окрашенных световых потока: красный, зелёный и синий, то соответствующим подбором яркости этих потоков можно получить любой цвет.
Аддитивный способ получения цветов подчинен следующим законам:
Все цвета делятся на две группы: хроматические — имеющие цветной оттенок, и ахроматические — не имеющие цветового оттенка, то есть содержащие только белый, чёрный и различные серые тона;
Смешение любого хроматического цвета в определённой пропорции с дополнительным даёт ахроматический цвет. Смешение хроматического цвета с дополнительным в других пропорциях приводит к получению одного из исходных хроматических цветов. Насыщенность цвета при этом уменьшается;
Смешение не дополнительных цветов приводит к получению промежуточных цветов, расположенных в цветовом круге между смешиваемыми. Например, при смешении зелёного с красным получается жёлтый цвет.
Цвета, вызывающие в глазу одинаковые цветовые ощущения, при оптическом смешении дают один и тот же цвет независимо от спектрального состава исходных цветов.
Близкое расположение друг к другу тонких линий или точек различной цветности вызывает пространственное смешение цветов, при котором в глазу возникает соответствующее вышеуказанным законам цветовое ощущение.
На принципе пространственного смешения цветов основан растровый способ цветной фотографии.
1.1. Практические способы цветной фотографии по аддитивному методу
Цветная фотография методом тройной экспозиции
Растровый способ цветной фотографии
Обычно растр представляет собой окрашенные в красный, зеленый и синий цвета зерна крахмала или смолы, средний размер которых равен 10 мкм. Толщина растрового слоя не превышает величины одного зерна. Зёрна служат в качестве светофильтров.
При съёмке пластинку помещают стеклом к объективу. Свет проходит через стекло пластинки, затем через окрашенные зёрна растра и только после этого действует на эмульсионный слой.
После съёмки и проявления полученный негатив обращают для получения позитивного изображения.
При рассматривании на просвет аддитивное смешение цветов вызывает цветную окраску в зависимости от того, зёрна какого цвета затемнены. Например, затемнение зелёных зёрен растра дает пурпурную окраску, так как проходящие синие и красные лучи вызывают ощущение пурпурного цвета и т. д. Вследствие малых размеров зёрна растра сливаются, образуя цветной позитив.
В настоящее время растровые способы цветной плёночной фотографии не применяются из-за невозможности получить изображение на бумажной подложке, невозможности размножения копий и большой зернистости.
1.2. Цифровая фотография
Реинкарнация почти забытого способа цветной растровой фотографии произошла с появлением цифровых фотоаппаратов, в которой светочувствительным элементом является монохромная электронная матрица, отдельные элементы которой закрыты цветными светофильтрами. Светофильтры располагаются в определенном порядке, который называется «Фильтр Байера» и обычно состоит из трёх цветов — зелёного (таких элементов вдвое больше, чем остальных, что связано с особенностями зрения человека), красными и синими. И, хотя некоторые фирмы экспериментируют с добавлением фильтров дополнительных цветов (например, голубого), трёхцветная схема применяется в подавляющем большинстве аппаратов.
Шаблон Байера - двумерный массив цветных фильтров, которыми накрыты фотодиоды матриц (фото), и состоящий из 25 % красных элементов, 25 % синих и 50 % зелёных элементов, расположенных как показано на рисунке. Назван в честь его создателя, доктора Брайса Э. Байера (англ. Bryce Bayer), сотрудника компании Kodak. Используется для получения цветного изображения в матрицах цифровых фотоаппаратов, видеокамер и сканеров. Для отличия от других разновидностей его называют GRGB, RGBG, или (если надо подчеркнуть диагональное расположение красного и синего пикселов) RGGB. Исторически самый первый из массивов цветных фильтров.
В настоящее время прямой метод тройной экспозиции, как правило, не применяется по причине значительной трудоёмкости в сравнении с другими созданными методами получения цветных изображений. Применяется модификация этого метода, когда исходный поток света в камере разделяется с помощью специальной призмы на 3 цветных изображения, каждое из которых считывается своим сенсором
2. Субтрактивные методы
При субтрактивном методе цветной фотографии цветоделение, или получение цветоделённых негативов, производится так же, как и при аддитивном методе; цветовоспроизведение при субтрактивном методе, в отличие от аддитивного, позволяет получить изображение на бумаге. Объясняется это тем, что при аддитивном методе ощущение цвета достигается посредством оптического сложения цветов, а при субтрактивном — вычитанием цветов или смешением красок. В первом случае мы имеем дело с основными цветами: синим, зелёным и красным, смешение которых даёт ощущение белого, а во втором — с дополнительными к основным: жёлтым, пурпурным и голубым (сине-зелёным), смешение которых дает ощущение чёрного цвета.
Для получения нужных цветов применяются светофильтры, окрашенные в дополнительный к основному цвет: голубой, пурпурный или жёлтый. Указанные светофильтры поглощают лучи основных цветов, соответственно красный, зеленый и синий, и пропускают лучи остальных 2/3 спектра.
На практике цветное изображение получают следующим образом: с чёрно-белых цветоделённых негативов обычным фотографическим путем печатают чёрно-белые цветоделенные позитивы, которые подвергают окраске в дополнительный цвет к цвету светофильтра данного негатива, и затем окрашенные позитивные изображения совмещают по их очертаниям на белой бумажной подложке или на прозрачной плёнке. В итоге получают цветное изображение, цвета которого приближаются к оригиналу. Относительная простота и некоторые другие преимущества субтрактивного метода привели к широкому внедрению его в фотографию.
В середине 20-го века субтрактивные способы вытеснили все остальные. Этому способствовало появление многослойных цветофотоматериалов и применение процесса цветного проявления. Субтрактивный метод отличается многообразием способов воспроизведения цвета, обеспечивает многотиражность копий и достаточно удовлетворительное их качество.
Преимущества субтрактивного метода будут понятны из последующего описания его способов. Следует, конечно, отметить, что простота получения цветных изображений, несмотря на появление многослойных фотоматериалов, относительна. Поэтому, пользуясь даже самым совершенным субтрактивным способом, необходимо иметь соответствующие навыки и познания для получения высококачественных цветных снимков. Массовое использование цветной фотографии стало возможным только с широким распространением автоматизированных фотолабораторий, которые могут точно выдерживать необходимые параметры процессов проявления и печати фотографий.
В цветной фотографии получило распространение несколько способов по субтрактивному методу. К числу их относятся: пигментный способ, гидротипный способ и другие. Наибольшее распространение получил способ цветной фотографии на многослойных материалах, который рассматривается подробно.
2.1. Практические способы цветной фотографии по субтрактивному методу
Пигментный способ цветной фотографии
Гидротипный способ цветной фотографии
Виражный способ цветной фотографии
Цветная фотография на многослойных материалах
Принцип работы
Матрица является устройством, воспринимающим спроецированное на него изображение. Поскольку полупроводниковые фотоприёмники примерно одинаково чувствительны ко всем цветам видимого спектра, для воспринятия цветного изображения каждый фотоприемник накрывается светофильтром одного из первичных цветов: красного, зелёного, синего (цветовая модель RGB).
Вследствие использования фильтров каждый фотоприемник воспринимает лишь 1/3 цветовой информации участка изображения, а 2/3 отсекается фильтром. Для получения остальных цветовых компонент используются значения из соседних ячеек. Недостающие компоненты цвета рассчитываются процессором камеры на основании данных из соседних ячеек в результате интерполяции (по алгоритму demosaicing). Таким образом, в формировании конечного значения цветного пиксела участвует 9 или более фотодиодов матрицы.
В классическом фильтре Байера применяются светофильтры трёх основных цветов в следующем порядке:
При этом фотодиодов зелёного цвета в каждой ячейке в два раза больше, чем фотодиодов других цветов, в результате разрешающая способность такой структуры максимальна в зелёной области спектра, что соответствует особенностям человеческого зрения.
Изменения в структуре расположения
Для снижения заметности артефактов дебайеризации были разработаны модифицированные фильтры Байера, содержащие изменения, "разбавляющие" однородную периодическую структуру "неправильным" расположением части цветных пикселей. Вместо минимального 4-х пиксельного элемента матрицы повторяется 12-ти или 24-хпиксельный. Однако они не нашли массового применения из-за значительного роста необходимой вычислительной мощности для обработки полученного изображения.
Пример применения
Сфотографируем исходный объект (для наглядности его часть увеличена):
При этом фотодиодов зелёного цвета в каждой ячейке в два раза больше, чем фотодиодов других цветов, в результате разрешающая способность такой структуры максимальна в зелёной области спектра, что соответствует особенностям человеческого зрения.
Изменения в структуре расположения
Для снижения заметности артефактов дебайеризации были разработаны модифицированные фильтры Байера, содержащие изменения, "разбавляющие" однородную периодическую структуру "неправильным" расположением части цветных пикселей. Вместо минимального 4-х пиксельного элемента матрицы повторяется 12-ти или 24-хпиксельный. Однако они не нашли массового применения из-за значительного роста необходимой вычислительной мощности для обработки полученного изображения.
Пример применения
Сфотографируем исходный объект (для наглядности его часть увеличена):
При этом получаются три цветовые составляющие:
Таким образом, мы получили изображение, каждый пиксель которого содержит только одну цветовую составляющую одной из предметных точек, спроецированных на него объективом. И только 4 предметных точки, рядом расположенных и спроецированных объективом на блок пикселей RGGB, приближенно формируют полный набор RGB 1-й усредненной предметной точки. Далее, процессор камеры должен, используя специальные математические методы интерполяции, рассчитать для каждой точки недостающие цветовые составляющие. В результате получается следующее изображение:
Как видно на картинке, это изображение получилось более размытым, чем исходное. Такой эффект связан с потерей части информации в результате работы фильтра Байера. Для исправления процессор фотоаппарата должен повысить чёткость изображения. Процесс искусственного повышения чёткости называется Sharpening. Дополнительно, в этот момент процессор может применить и другие операции: изменить контрастность, яркость, подавлять цифровой шум и т. д. в зависимости от модели аппарата. Получение более чётких изображений в первую очередь достигается увеличением количества пикселей сенсора, что уменьшает его размытость. Так как вычислительная мощность процессора фотоаппарата ограничена, многие фотографы предпочитают делать эти операции вручную на персональном компьютере. Чем дешевле фотоаппарат, тем меньше возможностей повлиять на эти функции. В профессиональных фотокамерах функции коррекции изображения отсутствуют совсем, либо их можно выключить.