Выбор пленок для астрофотографии часто бывает затруднен из-за того, что информацию об их работе в необычных условиях ночных съемок невозможно найти даже в технических описаниях фирм-производителей.

Оговоримся сразу, что предпринятая в данной статье попытка исследования фотопленок сделана применительно к deep-sky астрофотографии, то есть съемки объектов с низкой поверхностной яркостью (туманностей и галактик) с длительными выдержками, достигающими десятков минут и даже нескольких часов. Здесь не рассматривается лунная и планетная фотография, выбор пленки для которых намного проще и не отличается принципиально от выбора для "бытовой" съемки.

СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ И НЕВЗАИМОЗАМЕСТИМОСТЬ

На рисунке 1 показана типичная характеристическая кривая (кривая 1) - зависимость оптической плотности почернения фотоэмульсии от экспозиции. Плотность почернения D равна логарифму отношения падающего на фотоматериал светового потока Фо к прошедшему через него потоку Ф. Экспозиция H определяется как произведение освещенности фотоматериала при съемке на выдержку. Светочувствительность S (в единицах ГОСТ или ISO) можно найти по формуле:

где Hк - экспозиция (в люкс*с), необходимая для достижения плотности почернения, на 0,1 большей, чем плотность вуали Do.

Рисунок 1 Таким образом, в обычной фотографии подразумевается, что пленка одинаково реагирует на одинаковые экспозиции, даже если освещенности были разными, но это скомпенсировано изменением выдержки. На самом деле этот принцип выполняется лишь для выдержек не дольше нескольких секунд. При больших выдержках характеристическая кривая смещается вправо (кривая 2), что эквивалентно снижению чувствительности. Это явление получило название невзаимозаместимости, поскольку для слабых световых потоков снижение освещенности уже нельзя компенсировать пропорциональным увеличением выдержки. Невзаимозаместимость ограничивает возможности астрофотографии слабых объектов уже при выдержках в единицы и десятки минут. Поэтому в дальнейшем мы будем использовать для сравнения разных пленок не их номинальную чувствительность, а зависимость светочувствительности от выдержки (рис.5 - 7).

КОНТРАСТ И ЗЕРНО

В определении светочувствительности не отражены также некоторые другие важные свойства фотоматериала. Например, не учитывается контраст фотоэмульсии и связанный с ним ход характеристической кривой в области недодержек, левее точки Hк. Менее контрастная эмульсия той же чувствительности, у которой кривая здесь проходит выше (на рисунке 1 она показана пунктиром), при предельно малых освещенностях покажет дополнительные детали, хотя и слабые, но пригодные для дальнейшей обработки.

Впрочем, способность малоконтрастной пленки обнаруживать слабосветящиеся детали не всегда удается реализовать на практике. Так, даже при небольшой засветке ночного неба источниками искусственного освещения, фон неба на негативе оказывается выше уровня Do+0,1 и преимущество будет иметь уже высококонтрастная пленка. С другой стороны, чрезмерный контраст ведет к снижению фотографической широты, в результате чего передержанными получаются центральные области объектов с большим диапазоном яркостей (таких, как туманности Андромеды и Ориона, шаровые скопления и т.п.).

Еще одной важной характеристикой фотопленки является ее разрешающая способность, определяемая зернистостью фотоэмульсии. Кроме очевидного влияния на четкость получаемых изображений, зерно накладывает ограничения на повышение контраста и яркости при компьютерной обработке отсканироваванных снимков. Действительно, не будь вызванного зерном шума, можно было бы "вытягивать" компьютером сколь угодно слабые детали изображения, лишь бы они оставили хоть какой-то след на эмульсии! На практике возможности компьютерной обработки оказываются тем больше, чем более мелкозернистую пленку мы используем. Иными словами, если пленка имеет мелкое зерно, можно мириться с ее пониженной контрастностью и иногда даже с малой чувствительностью.

СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Второй (после влияния невзаимозаместимости) важнейшей особенностью deep-sky астрофотографии является ее критичность к спектральным характеристикам фотопленок. Многие туманности излучают в узких спектральных линиях, причем максимум излучаемой энергии часто приходится на красную водородную линию (H-альфа) с длиной волны 656нм. Эта линия расположена на самом краю диапазона спектральной чувствительности человеческого глаза, и многие фотоэмульсии ее просто "не видят".

Рисунок 2. Пунктиром обозначена область, показанная на рис.3. В зависимости от хода спектральной характеристики красночувствительного слоя фотоэмульсии вблизи водородной линии H-альфа (рис.2) имеющиеся пленки можно поделить на три группы. Кривая 1 на рис.2 соответствует пленкам, почти совсем нечувствительным к H-альфа, применимым, в основном, только для съемки объектов с непрерывным спектром (галактики, звездные скопления, отражательные туманности). Пленки с повышенной чувствительностью к H-альфа (кривая 2 рис.2) незаменимы, если надо выделить слабую красную туманность на фоне засветки. Существуют также пленки с умеренной чувствительностью к H-альфа, спектральная чувствительность которых занимает промежуточное положение между кривыми 1 и 2. Они хороши для съемки "разноцветных" объектов, где хочется получить "правильную" цветопередачу. Форма кривых на рис.2 взята из технических описаний пленок фирмы Кодак (кривая 1 - Kodak Portra 400, кривая 2 - PJ400). К сожалению, этот путь не годится для получения информации о чувствительности различных пленок к H-альфа. Большинство фирм-производителей рисуют спектральные кривые очень схематично, и если даже форма кривых похожа на реальность (как в данном случае у Кодак), на этих графиках все равно нет точной привязки к длинам волн. Поэтому не остается ничего другого, как получить эти данные опытным путем.

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ

Для контроля светочувствительности был изготовлен тест-объект, воспроизводящий широкий диапазон яркостей красного и зеленого цветов. Тест-объект состоит из набора зачерненных внутри картонных трубок длиной от 3 до 50см, с одной стороны которых установлены светодиоды, подобранные по одинаковой силе света, а с другой расположены светорассеиватели из нескольких слоев матовой полупрозрачной пленки, образующие, при взгляде с торца, равномерно освещенные площадки. Длина трубок выбрана так, чтобы яркость соседних площадок различалась вдвое. Тест-объект состоит из двух таких наборов трубок, один из которых подсвечен зелеными светодиодами (длина волны 565нм), а другой - красно-оранжевыми светодиодами (625нм). Красно-оранжевый цвет выбран, чтобы гарантированно контролировать работу красночувствительного слоя любых фотоэмульсий, некоторые из которых нечувствительны к более длинноволновому излучению. Для оценки относительной чувствительности фотоэмульсий к излучению красной водородной линии в тест-объекте имеется дополнительная площадка средней яркости, подсвеченная красным светодиодом с длиной волны 670нм. Ток через светодиоды всех цветов подбирался индивидуально, чтобы они имели одинаковую силу света, которая оценивалась с помощью селенового фотоэлемента. (Такие фотоэлементы применяются в фотоэкспонометрах и имеют спектральную характеристику, близкую к характеристике глаза.)

Тест-объект фотографировался объективом Гелиос-44, при диафрагмировании которого от 1/2 до 1/16 оказалось возможно перекрыть диапазон выдержек от 1 секунды до 1 часа, необходимый для оценки чувствительности и невзаимозаместимости пленки.

Проявленная пленка помещалась в обычный фотоувеличитель, и оптическая плотность засвеченных площадок измерялась с помощью селенового фотоэлемента, подключенного к чувствительному микроамперметру. Для каждого измерения бралось отношение фототока площадки и расположенного рядом незасвеченного участка, чтобы компенсировать неравномерность освещенности по полю, которая для фотоувеличителя довольно велика. Таким образом, получаемые величины соответствовали значениям плотности почернения за вычетом плотности вуали D-Do (см. рисунок 1).

По полученным экспериментальным данным для каждой пленки строилось семейство характеристических кривых, соответствующих разным выдержкам. Чувствительность определялась по пересечению каждой из кривых с уровнем Do+0,1 и строились графики зависимости чувствительности от выдержки. Разумеется, таким способом можно получить только относительные значения чувствительности, поэтому на всех приведенных графиках начало отсчета выбрано условно, что, впрочем, не может помешать сравнивать разные пленки между собой.

РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕСТИРОВАНИЯ

Далее показаны результаты тестирования ряда фотопленок по описанной выше методике. Как правило, каждая пленка испытывалась как в обычном, так и в обработанном водородом варианте (см. "Гиперсенсибилизация водородом в любительских условиях"). В последнем случае указан режим гиперсенсибилизации - давление и температура водорода, время обработки.

На рисунке 3 показана вероятная форма спектральных характеристик красночувствительного слоя гиперсенсибилизированных (справа) и негиперсенсибилизированных (слева) пленок при выдержке 1 час. Отмеченная на рисунке длина волны 656нм соответствует линии H-альфа. Рисунок 3 построен на основе количественной оценки светочувствительности лишь для двух крайних точек (625нм и 670нм), поэтому форма кривых внутри показанного на рисунке диапазона - не более чем предположение, подтвержденное, впрочем, результатами съемки водородных туманностей и данными из документации фирм-производителей фотопленок.

Рисунок 4 Обратите внимание, что ниже (на рисунках 5 - 7) приведены графики зависимости чувствительности от выдержки не для линии H-альфа, а для красно-оранжевого света с длиной волны 625нм, расположенной примерно в середине спектрального диапазона красночувствительного слоя фотоэмульсии. Чтобы правильно оценить по этим графикам пригодность пленки для съемки красных водородных туманностей, нужно обязательно учитывать спад или подъем чувствительности вблизи спектральной линии H-альфа, показанный на рисунке 3. Характеристические кривые красночувствительного слоя некоторых фотопленок при выдержке 1 час показаны на рисунке 4. Как видим, наклон характеристической кривой, определяющий контраст изображения, может отличаться у разных эмульсий в довольно широких пределах.

Рассмотрим теперь индивидуальные особенности каждой испытанной фотопленки.

FujiColor Superia 400 (на перфорации имеется маркировка CH-5)

Пленка со средней чувствительностью, в том числе и к линии H-альфа (рис.3, 5). Неплохо реагировала на гиперсенсибилизацию (здесь и далее тонкие линии соответствуют необработанной водородом пленке, жирные - после гиперсенсибилизации). Несмотря на "средние" характеристики, давала весьма качественные изображения благодаря своей мелкозернистости. К сожалению, снята с производства.

FujiColor Superia 400 New ("четырехслойная", маркировка CH-7)

Новая версия Superia 400 сохранила мелкозернистость предшественницы, а в гиперсенсибилизированном виде ее чувствительность заметно выросла (рис.5, режим обработки 0,25 атм, 26^oC, 17 часов). Однако малая чувствительность к H-альфа (рис.3) делает ее непригодной для съемки туманностей.

FujiColor Superia 800 и FujiColor Press 800 (CZ-3)

Совершенно одинаковые пленки, хотя вторая и считается профессиональной. Высококонтрастная пленка с большой чувствительностью к синим и зеленым лучам и средней - к H-альфа (рис.3). Обладает значительной невзаимозаместимостью, которая не исправляется гиперсенсибилизацией (жирная линия на рис.5 соответствует режиму 0,26 атм, 25^oC, 18 часов, но и при 0,48 атм в течение 43 часов получается такая же кривая). Но и без гиперсенсибилизации, благодаря высокому контрасту (рис.4), на ней эффектно получаются галактики и звездные скопления. Серьезный недостаток - крупное зерно, не идущее ни в какое сравнение с Superia 400. В настоящее время (лето 2001г.), насколько мне известно, выпускается только "профессиональный" вариант Fuji Press 800.

FujiColor NPH 400 (NPH400)

Профессиональная пленка, по-видимому, улучшенный вариант старой Superia 400 (CH-5), имеет сбалансированную чувствительность к красной водородной линии (рис.3), весьма высокий контраст (рис.4) и при этом хорошо поддается гиперсенсибилизации (рис.5, режим 0,33 атм, 30^oC, 20 часов). Главное достоинство NPH - мелкое зерно и исключительная четкость даваемых ее изображений при хорошей цветопередаче. Несомненно, в настоящее время эта пленка - один из лучших вариантов для получения высококачественных снимков небесных объектов.

Kodak Gold Ultra 400 (GOLD400-6)

В отличие от предыдущей версии Kodak Gold 400 (GOLD400-5), пленка малочувствительна к красной водородной линии (рис.3). Показанная на рис.6 кривая соответствует режиму гиперсенсибилизации 0,24 атм, 28^oC, 18 часов.

Kodak ProFoto II 400 (PFG)

Хорошая чувствительность к синему свету и отличная - к красному, в том числе и к линии H-альфа (рис.3), приятная цветопередача, средний контраст и умеренная невзаимозаместимость делали эту пленку прекрасно подходящей для астрофотографии. К тому же она легко поддавалась гиперсенсибилизации (кривым на рис.6 соответствует режим 0,24 атм, 26^oC, 18 часов) при минимальных побочных эффектах. Главный недостаток - сравнительно крупное зерно, хотя и намного меньшее, чем у Fuji 800. Пленка более не выпускается.

Kodak ProFoto 400 (PROFOTO 400-2)

Выпущенная на замену PFG новая версия ProFoto оказалась полной противоположностью своей предшественницы. Для нее характерны большая невзаимозаместимость, практически отсутствующая реакция на гиперсенсибилизацию (рис.6, 0,25 атм, 28^oC, 19 часов) и, в довершение, почти полная нечувствительность к H-альфа (рис.3). Более мелкое, чем у PFG, зерно и повышенная контрастность не могут исправить положение.

Kodak Ektapress PJ400 (PJ400)

Предназначенная для журналистов малоконтрастная пленка. По своим характеристикам напоминает PFG, уступая ей в чувствительности (рис.3, рис.6, режим 0,32 атм, 30^oC, 19 часов). При более интенсивной гиперсенсибилизации догоняет PFG по красной чувствительности, но при этом легко поражается влагой, а избыточная зеленая чувствительность может стать проблемой в случае наличия засветки. Небольшое зерно обеспечивает приятную структуру изображения с великолепной проработкой мелких деталей протяженных объектов, в том числе и при недодержках. Малый контраст (рис.4) в ряде случаев затрудняет получение эффектных фотографий при простой печати (без компьютерной обработки), но зато "прощает" передержки, что важно для многих объектов с большим диапазоном яркостей. Эта весьма интересная пленка, к сожалению уже не производится, хотя срок годности последних выпущенных партий заканчивается лишь в конце 2001 года.

Kodak Supra 400 (SUPRA 400)

Эта пленка выпущена на замену PJ400. По виду спектральной характеристики вблизи линии H-альфа (рис.3) Supra, действительно, похожа на предшественницу, но чувствительность ее при этом заметно ниже (рис.7, сравните с рис.6). Впрочем, Supra 400 имеет еще более мелкое зерно и повышенный, по сравнению с PJ400, контраст (рис.4), что в некоторых случаях способно частично компенсировать недостаток чувствительности. Пленка неплохо поддается гиперсенсибилизации, но о подборе оптимального режима обработки (на рис.7 - 0,33 атм, 30^oC, 20 час) говорить пока рано. При всех недостатках, Supra 400 может оказаться перспективной для съемки красных туманностей.

Kodak Supra 800 (SUPRA 800)

Хотя эта пленка и не имеет провала в спектральной характеристике красночувствительного слоя вблизи линии H-альфа, общая чувствительность "красного" слоя у Supra 800 оказалась очень низкой (рис.3). Мало того, из-за большой невзаимозаместимости Supra 800 имеет преимущество перед Supra 400 только при выдержках короче нескольких секунд даже для зеленых лучей (рис.7, режим гиперсенсибилизации 0,33 атм, 30^oC, 20 час). Поэтому использовать Supra 800 нет никакого смысла.

Konica Centuria 400 (CENTURIA 400)

Пленка с неплохой чувствительностью, в том числе и к линии H-альфа, приемлемой невзаимозаместимостью и высоким контрастом (рис.3, 4, 7). Первый (и пока единственный) опыт ее гиперсенсибилизации показал повышение чувствительности, которое, возможно, окажется более значительным при подборе оптимального режима обработки (на рис.7 режим 0,33 атм, 30^oC, 20 час). Главный недостаток - зерно, слишком крупное для пленки такой чувствительности.

Konica Centuria 800 (CENTURIA 800)

Сравнительно малоконтрастная пленка (рис.4). Своей умеренной невзаимозаместимостью и реакцией на обработку водородом (рис.7, режим 0,33 атм, 30^oC, 20 час) похожа на Centuria 400 при почти вдвое более высокой чувствительности. Однако вблизи H-альфа преимущество в чувствительности практически полностью теряется (рис.3). В зеленых лучах Centuria 800, несмотря на меньшую невзаимозаместимость, уступает Fuji Press 800, хотя зерно первой выглядит даже несколько грубее. Впрочем, не исключено, что чувствительность Centuria 800 удастся повысить, если подобрать оптимальный режим ее гиперсенсибилизации.

Agfa Optima II 400 (OPTIMA 400-2)

Эта пленка обладает наивысшей чувствительностью к красной водородной линии из всех выпускаемых ныне пленок, которые мне удалось протестировать (рис.3). Легко поддается гиперсенсибилизации (рис.7, режим 0,33 атм, 30^oC, 20 час), при этом почти полностью подавляется ее невзаимозаместимость, что напоминает свойства снятых с производства пленок Kodak. Однако получению высококачественных изображений может помешать неприятное сочетание крупного зерна и малого контраста этой пленки (рис.4). Несмотря на это, Optima II 400 может оказаться хороша в случаях, когда необходимо добиться максимальной красной чувствительности.

Представленные здесь экспериментальные материалы послужили основой также для статьи, опубликованной в журнале ЗВЕЗДОЧЕТ, номер 4 за 2001 г.

7.08.01 Данный текст выделен в отдельную статью (ранее он был частью статьи о гиперсенсибилизации). Добавлены результаты тестирования пленок Fuji NPH, Kodak Supra, Konica Centuria и Agfa Optima II. Дополнена вводная часть - о роли различных характеристик фотоматериалов. Графики на рис.3-7 построены заново по результатам новой, более точной калибровки тест-объекта, что, впрочем, никак не повлияло на выводы о пригодности или непригодности той или иной фотопленки.