Die optische Dichte einer Substanz kann innerhalb variieren. Bestimmung der optischen Dichte und Konzentration. Wie die Technik funktioniert

Die Sicherstellung einer ausreichenden optischen Dichte (Füllung) von Zeichen und Bildern auf der Seite ist ein wichtiger Faktor bei der subjektiven Beurteilung der Druckqualität. Störungen im elektrofotografischen Prozess können zu unerwünschten Schwankungen in der Dunkelheit (Schattierung) des Bildes führen. Diese Abweichungen können innerhalb oder außerhalb akzeptabler Grenzen liegen. Das Ausmaß dieser zulässigen Abweichungen ist in den technischen Spezifikationen für Verbrauchsmaterialien für ein bestimmtes Gerät festgelegt und kann bei verschiedenen Geräten erheblich variieren. Eine objektive Beurteilung der Fülldichte charakterisiert die Heterogenität des Prozesses und ist definiert als Grenzwert und Standardabweichung des Reflexionskoeffizienten eines gedruckten Zeichens über die Seite.

Der Begriff optische Dichte wird verwendet, um das Maß der Lichtdurchlässigkeit für transparente Objekte und der Reflexion für undurchsichtige Objekte zu charakterisieren. Quantitativ definiert als dezimaler Logarithmus des Kehrwerts der Transmission (Reflexion). In der Elektrographie wird dieser Begriff verwendet, um die Qualität von Bildelementen in Kopien zu beurteilen, die unter bestimmten Entwicklungsbedingungen (Verwendung eines bestimmten Tonertyps, Beurteilung des Kontrastwerts eines latenten elektrostatischen Bildes, Qualität von Kopien bei Verwendung einer bestimmten Entwicklungsweise) erhalten wurden. usw.). Im Druckbereich wird dieses Merkmal zur Bewertung von Verlagsvorlagen, Zwischenbildern und Drucken verwendet.

Die optische Dichte wird als OD (Optische Dichte) oder einfach D bezeichnet. Der minimale Wert der optischen Dichte D=0 entspricht der weißen Farbe. Je mehr Licht vom Medium absorbiert wird, desto dunkler ist es, d. h. Schwarz hat beispielsweise eine höhere optische Dichte als Grau.

Das Reflexionsvermögen hängt wie folgt von der optischen Dichte und der Kontrastdichte ab:

D = log (1/R pr) und D c ​​​​=R pr /R pt

wobei D die optische Dichte des Bildes ist;

R pt – Reflexionskoeffizient am Messpunkt;

D c - Kontrastdichte;

R pr - Papierreflexionskoeffizient.

Die Werte der optischen Dichte des Bildes auf Kopien für Schwarz in der Elektrographie unterscheiden sich für verschiedene Geräte (wie oben erwähnt) erheblich. In der Regel liegen diese Werte (das im Normalzustand des Geräts akzeptable Minimum) nach Angaben der Tonerhersteller für Laserdrucker im Bereich von 1,3D bis 1,45D. Bei hochwertigen Tonern nimmt die optische Dichte Werte im Bereich von 1,45 D bis 1,5 D an und überschreitet 1,6 D nicht. In technischen Spezifikationen ist es üblich, die untere zulässige Grenze mit einer Standardabweichung der optischen Dichte von 0,01 einzuschränken.

Der Wert der optischen Dichte wird mit einem speziellen Gerät gemessen – einem Densitometer, dessen Funktionsprinzip auf der Messung des vom Druck reflektierten Flusses und der Umrechnung dieses Indikators in Einheiten der optischen Dichte basiert.

In der Elektrographie wird die optische Dichte von Bildern zur Charakterisierung des Entwicklers (Toners) verwendet, um die erforderlichen Werte der optischen Dichte von Linien einer festgelegten Breite unter bestimmten Entwicklungsbedingungen zu bestimmen oder um das elektrofotografische Bild auf Kopien in der Elektrofotografie zu charakterisieren Nennbetriebsmodus des Geräts

Konzept optische Dichte(Optische Dichte) bezieht sich in erster Linie auf das gescannte Original. Dieser Parameter charakterisiert die Fähigkeit des Originals, Licht zu absorbieren; es wird als D oder OD bezeichnet. Die optische Dichte wird als dezimaler Logarithmus des Verhältnisses der Intensitäten von einfallendem und reflektiertem (bei undurchsichtigen Originalen) bzw. durchgelassenen (bei transparenten Originalen) Licht berechnet. Die minimale optische Dichte (D min) entspricht dem hellsten (transparenten) Bereich des Originals und die maximale Dichte (D max) entspricht dem dunkelsten (am wenigsten transparenten) Bereich. Der Bereich der möglichen optischen Dichtewerte liegt zwischen 0 (vollkommen weißes oder völlig transparentes Original) und 4 (schwarzes oder völlig undurchsichtiges Original). Typische optische Dichten für einige Originaltypen sind in der folgenden Tabelle aufgeführt: Der Dynamikbereich eines Scanners wird durch die maximalen und minimalen Werte der optischen Dichte bestimmt und charakterisiert seine Fähigkeit, mit verschiedenen Vorlagentypen zu arbeiten. Der Dynamikbereich eines Scanners hängt von seiner Bittiefe (Bit-Farbtiefe) ab: Je höher die Bittiefe, desto größer der Dynamikbereich und umgekehrt. Bei vielen Flachbettscannern, vor allem solchen für Büroarbeiten, ist dieser Parameter nicht angegeben. In solchen Fällen wird davon ausgegangen, dass der optische Dichtewert ungefähr 2,5 beträgt (typischer Wert für 24-Bit-Büroscanner). Bei einem 30-Bit-Scanner beträgt dieser Parameter 2,6-3,0 und bei einem 36-Bit-Scanner 3,0 und höher. Mit zunehmendem Dynamikbereich ist der Scanner besser in der Lage, Helligkeitsabstufungen in sehr hellen und sehr dunklen Bildbereichen zu vermitteln. Im Gegenteil: Bei unzureichendem Dynamikumfang gehen Bilddetails und sanfte Farbübergänge in dunklen und hellen Bereichen verloren.

Erlaubnis

Auflösung bzw Scannerauflösung- ein Parameter, der die maximale Genauigkeit bzw. den Detaillierungsgrad bei der Darstellung des Originals in digitaler Form charakterisiert. Die Auflösung wird in gemessen Pixel pro Zoll(Pixel pro Zoll, ppi). Die Auflösung wird oft in Punkten pro Zoll (dpi) angegeben, diese Maßeinheit ist jedoch traditionell für Ausgabegeräte (Drucker). Wenn es um die Auflösung geht, verwenden wir ppi. Es gibt Hardware- (optische) und Interpolationsauflösungen des Scanners.

Hardware-Auflösung (optisch).

Die Hardware-/optische Auflösung steht in direktem Zusammenhang mit der Dichte der lichtempfindlichen Elemente in der Scannermatrix. Dies ist der Hauptparameter des Scanners (genauer gesagt seines optisch-elektronischen Systems). Normalerweise wird die horizontale und vertikale Auflösung angegeben, beispielsweise 300x600 ppi. Sie sollten sich auf einen kleineren Wert konzentrieren, nämlich die horizontale Auflösung. Die vertikale Auflösung, die normalerweise doppelt so hoch ist wie die horizontale Auflösung, wird letztendlich durch Interpolation (Verarbeitung der Ergebnisse des direkten Scannens) erhalten und steht nicht in direktem Zusammenhang mit der Dichte der empfindlichen Elemente (dies ist die sogenannte Doppelschrittauflösung). Um die Auflösung des Scanners zu erhöhen, müssen Sie die Größe des lichtempfindlichen Elements verringern. Mit abnehmender Größe geht jedoch die Lichtempfindlichkeit des Elements verloren und infolgedessen verschlechtert sich das Signal-Rausch-Verhältnis. Daher ist die Erhöhung der Auflösung eine nicht triviale technische Herausforderung.

Interpolationsauflösung

Interpolierte Auflösung – die Auflösung des Bildes, die als Ergebnis der Verarbeitung (Interpolation) des gescannten Originals erhalten wird. Diese künstliche Auflösungsverbesserungstechnik führt in der Regel nicht zu einer Steigerung der Bildqualität. Stellen Sie sich vor, dass die tatsächlich gescannten Pixel des Bildes auseinander verschoben werden und „berechnete“ Pixel in die resultierenden Lücken eingefügt werden, ähnlich wie ihre Nachbarn. Das Ergebnis einer solchen Interpolation hängt von ihrem Algorithmus ab, nicht jedoch vom Scanner. Dieser Vorgang kann jedoch mit einem Grafikeditor, beispielsweise Photoshop, und sogar besser als mit der eigenen Software des Scanners durchgeführt werden. Die Interpolationsauflösung ist in der Regel um ein Vielfaches höher als die Hardwareauflösung, was aber praktisch nichts bedeutet, auch wenn es den Käufer irreführen kann. Ein wesentlicher Parameter ist die Hardwareauflösung (optisch).

Im technischen Datenblatt des Scanners wird manchmal lediglich die Auflösung angegeben. In diesem Fall meinen wir die Hardwareauflösung (optisch). Häufig werden sowohl Hardware- als auch Interpolationsauflösungen angegeben, beispielsweise 600 x 1200 (9600) ppi. Hier ist 600 die Hardwareauflösung und 9600 die Interpolationsauflösung.

Sichtbarkeit der Linie

Unter der Linienerkennung versteht man die maximale Anzahl paralleler Linien pro Zoll, die vom Scanner als separate Linien reproduziert werden (ohne zusammenzukleben). Dieser Parameter charakterisiert die Eignung des Scanners für die Arbeit mit Zeichnungen und anderen Bildern, die viele kleine Details enthalten. Sein Wert wird in Linien pro Zoll (Ipi) gemessen.

Welche Scannerauflösung sollten Sie wählen?

Diese Frage wird am häufigsten bei der Auswahl eines Scanners gestellt, da die Auflösung einer der wichtigsten Scannerparameter ist, von dem die Fähigkeit, qualitativ hochwertige Scanergebnisse zu erzielen, maßgeblich abhängt. Dies bedeutet jedoch nicht, dass man eine möglichst hohe Auflösung anstreben sollte, zumal diese teuer ist.

Bei der Entwicklung von Anforderungen an die Scannerauflösung ist es wichtig, den allgemeinen Ansatz zu verstehen. Ein Scanner ist ein Gerät, das optische Informationen über das Original in digitale Form umwandelt und es somit digitalisiert. In diesem Stadium der Betrachtung scheint es, dass der Verlust der ursprünglichen Informationen umso geringer ist, je feiner die Abtastung (je höher die Auflösung) ist. Die gescannten Ergebnisse sollen jedoch auf einem Ausgabegerät, beispielsweise einem Monitor oder Drucker, angezeigt werden. Diese Geräte haben ihre eigene Auflösung. Schließlich hat das menschliche Auge die Fähigkeit, Bilder zu glätten. Darüber hinaus weisen durch Druck oder Drucker hergestellte Druckvorlagen auch eine diskrete Struktur (Druckraster) auf, die mit bloßem Auge jedoch möglicherweise nicht erkennbar ist. Solche Originale haben ihre eigene Auflösung.
Es gibt also ein Original mit eigener Auflösung, einen Scanner mit eigener Auflösung und ein Scanergebnis, dessen Qualität möglichst hoch sein sollte. Die Qualität des resultierenden Bildes hängt von der eingestellten Auflösung des Scanners ab, jedoch bis zu einer bestimmten Grenze. Wenn Sie die Scannerauflösung höher als die native Auflösung des Originals einstellen, verbessert sich die Qualität des Scanergebnisses im Allgemeinen nicht. Wir wollen damit nicht sagen, dass das Scannen mit einer höheren Auflösung als dem Original nutzlos ist. Es gibt eine Reihe von Gründen, warum dies erforderlich ist (z. B. wenn wir das Bild für die Ausgabe auf einem Monitor oder Drucker vergrößern oder wenn wir Moiré entfernen müssen). An dieser Stelle weisen wir darauf hin, dass die Verbesserung der Qualität des resultierenden Bildes durch eine Erhöhung der Scannerauflösung nicht unbegrenzt möglich ist. Sie können die Scanauflösung erhöhen, ohne die Qualität des resultierenden Bildes zu verbessern, aber dessen Volumen und Scanzeit zu erhöhen.

Wir werden in diesem Kapitel mehrmals über die Auswahl der Scanauflösung sprechen. Die Scannerauflösung ist die maximale Auflösung, die beim Scannen eingestellt werden kann. Wie viel Auflösung brauchen wir also? Die Antwort hängt davon ab, welche Bilder Sie scannen und auf welche Geräte Sie ausgeben möchten. Nachfolgend geben wir nur Richtwerte an.
Wenn Sie Bilder für die spätere Anzeige auf einem Monitor scannen möchten, reicht in der Regel eine Auflösung von 72-100 ppi aus. Zur Ausgabe auf einem normalen Büro- oder Heim-Tintenstrahldrucker – 100–150 ppi, auf einem hochwertigen Tintenstrahldrucker – ab 300 ppi.

Beim Scannen von Texten aus Zeitungen, Zeitschriften und Büchern zur Weiterverarbeitung mit Programmen zur optischen Zeichenerkennung (OCR) ist in der Regel eine Auflösung von 200-400 ppi erforderlich. Für die Anzeige auf einem Bildschirm oder Drucker kann dieser Wert um ein Vielfaches reduziert werden.

Für Amateurfotos sind in der Regel 100–300 ppi erforderlich. Für Illustrationen aus luxuriösen typografischen Alben und Broschüren – 300–600 ppi.

Wenn Sie das Bild für die Anzeige auf einem Bildschirm oder Drucker ohne Qualitätsverlust (Schärfe) vergrößern möchten, sollte die Scanauflösung mit etwas Reserve eingestellt werden, d. h. um das 1,5- bis 2-fache gegenüber den oben genannten Werten erhöhen.

Werbeagenturen benötigen beispielsweise hochwertige Scans von Dias und Papiervorlagen. Beim Scannen von Dias für den Druck im Format 10x15 cm benötigen Sie eine Auflösung von 1200 ppi und im A4-Format 2400 ppi.
Zusammenfassend können wir sagen, dass in den meisten Fällen eine Scanner-Hardware-Auflösung von 300 ppi ausreichend ist. Wenn der Scanner eine Auflösung von 600 ppi hat, dann ist das sehr gut.

Optische Dichte D, ein Maß für die Opazität einer Substanzschicht gegenüber Lichtstrahlen. Entspricht dem dezimalen Logarithmus des Verhältnisses Strahlungsfluss F 0 auf die Schicht auftreffen, zu einer durch Absorption und Streuung geschwächten Strömung F durch diese Schicht gegangen: D=log( F 0 /F), andernfalls ist O.p. der Logarithmus des Kehrwerts Transmissionskoeffizient Substanzschicht: D= log(1/t). (In der Definition des manchmal verwendeten natürlichen Op. wird der dezimale Logarithmus lg durch den natürlichen ln ersetzt.) Das Konzept des Op. wurde von R. eingeführt. Bunsen ; es wird verwendet, um die Schwächung zu charakterisieren optische Strahlung (Licht) in Schichten und Filmen verschiedener Stoffe (Farbstoffe, Lösungen, farbige und milchige Gläser usw.), in Lichtfilter und andere optische Produkte. O.P. wird besonders häufig zur quantitativen Bewertung entwickelter fotografischer Schichten sowohl in der Schwarzweiß- als auch in der Farbfotografie verwendet, wo die Methoden seiner Messung den Inhalt einer eigenen Disziplin darstellen – Densitometrie . Abhängig von der Art der einfallenden Strahlung und der Methode zur Messung der durchgelassenen Strahlungsflüsse gibt es verschiedene Arten optischer Strahlung ( Reis. ).

Die Betriebsfrequenz hängt von der Menge der Frequenzen n (Wellenlängen l) ab, die den ursprünglichen Fluss charakterisieren; sein Wert für den Grenzfall eines einzelnen n heißt monochromatisches O. Regulär ( Reis. , a) monochromatischer O.P. einer Schicht eines nicht streuenden Mediums (ohne Berücksichtigung von Korrekturen für die Reflexion an den vorderen und hinteren Grenzen der Schicht) beträgt 0,4343 k N l, Wo k N - natürlich Absorptionsrate Umfeld, l- Schichtdicke ( k N l= k cl- Exponent in der Gleichung Bouguer-Lambert-Ber-Gesetz ; wenn die Streuung im Medium nicht vernachlässigt werden kann, k n wird durch natürlich ersetzt Schwächungsindikator ). Für ein Gemisch nicht reagierender Stoffe oder einen Satz nacheinander angeordneter Medien sind solche Trübungen additiv, also gleich der Summe gleicher Trübungen einzelner Stoffe bzw. einzelner Medien. Gleiches gilt für reguläre nichtmonochromatische Strahlung (Strahlung komplexer spektraler Zusammensetzung) im Fall von Medien mit nichtselektiver (von n unabhängiger) Absorption. Regelmäßig nicht monochromatisch Der O.P. einer Reihe von Medien mit selektiver Absorption ist geringer als die Summe der O.P. dieser Medien. (Für Instrumente zur Messung von O. p. siehe Artikel Densitometer , Mikrophotometer , Spektrozonale Luftfotografie , Spektrosensitometer , Spektrophotometer , Photometer .)

Zündete.: Gorokhovsky Yu. N., Levenberg T. M., Allgemeine Sensitometrie. Theorie und Praxis, M., 1963; James T., Higgins J., Grundlagen der Theorie des fotografischen Prozesses, trans. aus Englisch, M., 1954.

Große sowjetische Enzyklopädie M.: „Sowjetische Enzyklopädie“, 1969-1978

Jedes Teilchen, sei es ein Molekül, ein Atom oder ein Ion, gelangt durch die Absorption eines Lichtquants in einen höheren Energiezustand. Am häufigsten findet ein Übergang vom Grundzustand in den angeregten Zustand statt. Dadurch treten in den Spektren bestimmte Absorptionsbanden auf.

Die Absorption von Strahlung führt dazu, dass beim Durchgang durch einen Stoff die Intensität dieser Strahlung mit zunehmender Anzahl von Teilchen des Stoffes mit einer bestimmten optischen Dichte abnimmt. Diese Forschungsmethode wurde bereits 1795 von V. M. Severgin vorgeschlagen.

Diese Methode eignet sich am besten für Reaktionen, bei denen sich der Analyt in eine farbige Verbindung umwandeln kann, was zu einer Farbänderung der Testlösung führt. Durch Messung der Lichtabsorption oder Vergleich der Farbe mit einer Lösung bekannter Konzentration lässt sich der prozentuale Anteil der Substanz in der Lösung leicht ermitteln.

Grundgesetz der Lichtabsorption

Das Wesen der photometrischen Bestimmung besteht in zwei Prozessen:

• Umwandeln des Analyten in eine Verbindung, die elektromagnetische Schwingungen absorbiert;
• Messung der Absorptionsintensität dieser Schwingungen durch eine Lösung der untersuchten Substanz.

Änderungen in der Intensität des durch das lichtabsorbierende Material hindurchtretenden Lichts werden auch durch Lichtverluste aufgrund von Reflexion und Streuung verursacht. Um ein zuverlässiges Ergebnis zu gewährleisten, werden parallele Studien durchgeführt, um Parameter bei gleicher Schichtdicke, in identischen Küvetten und mit demselben Lösungsmittel zu messen. Somit hängt die Abnahme der Lichtintensität hauptsächlich von der Konzentration der Lösung ab.

Die Abnahme der Intensität des durch eine Lösung durchgelassenen Lichts wird charakterisiert (auch Transmission genannt) T:

T = I / I 0, wobei:

• I ist die Intensität des durch die Substanz durchgelassenen Lichts;
• I 0 ist die Intensität des einfallenden Lichtstrahls.

Somit zeigt die Durchlässigkeit den Anteil des nicht absorbierten Lichtstroms, der durch die untersuchte Lösung geht. Der inverse Algorithmus für den Transmissionswert wird als optische Dichte der Lösung (D) bezeichnet: D = (-lgT) = (-lg) * (I / I 0) = lg * (I 0 / I).

Diese Gleichung zeigt, welche Parameter für die Studie die wichtigsten sind. Dazu gehören die Wellenlänge des Lichts, die Dicke der Küvette, die Konzentration der Lösung und die optische Dichte.

Bouguer-Lambert-Beer-Gesetz

Es handelt sich um einen mathematischen Ausdruck, der die Abhängigkeit der Abnahme der Intensität des monochromatischen Lichtflusses von der Konzentration der lichtabsorbierenden Substanz und der Dicke der Flüssigkeitsschicht, durch die sie geleitet wird, darstellt:

I = I 0 * 10 -ε·С·ι, wobei:

• ε – Lichtabsorptionskoeffizient;
• C ist die Konzentration der Substanz, mol/l;
• ι ist die Dicke der Schicht der analysierten Lösung, cm.

Nach der Transformation kann diese Formel geschrieben werden: I / I 0 = 10 -ε·С·ι.

Der Kern des Gesetzes besteht darin, dass verschiedene Lösungen derselben Verbindung mit gleicher Konzentration und Schichtdicke in der Küvette den gleichen Teil des auf sie einfallenden Lichts absorbieren.

Durch logarithmisches Berechnen der letzten Gleichung erhalten wir die Formel: D = ε * C * ι.

Offensichtlich hängt die optische Dichte direkt von der Konzentration der Lösung und der Dicke ihrer Schicht ab. Die physikalische Bedeutung des molaren Absorptionskoeffizienten wird deutlich. Sie beträgt D für eine einmolare Lösung und für eine Schichtdicke von 1 cm.

Einschränkungen bei der Anwendung des Gesetzes

Dieser Abschnitt enthält die folgenden Elemente:

1. Sie gilt ausschließlich für monochromatisches Licht.
2. Der Koeffizient ε hängt mit dem Brechungsindex des Mediums zusammen; besonders starke Abweichungen vom Gesetz können bei der Analyse hochkonzentrierter Lösungen beobachtet werden.
3. Die Temperatur bei der Messung der optischen Dichte muss konstant sein (innerhalb einiger Grad).
4. Der Lichtstrahl muss parallel sein.
5. Der pH-Wert des Mediums muss konstant sein.
6. Das Gesetz gilt für Stoffe, deren lichtabsorbierende Zentren Partikel derselben Art sind.

Methoden zur Konzentrationsbestimmung

Es lohnt sich, die Kalibrierungsdiagrammmethode in Betracht zu ziehen. Für den Aufbau werden eine Reihe von Lösungen (5-10) mit unterschiedlichen Konzentrationen der Prüfsubstanz hergestellt und deren optische Dichte gemessen. Basierend auf den erhaltenen Werten wird ein Diagramm von D gegenüber der Konzentration erstellt. Der Graph ist eine gerade Linie, die vom Ursprung ausgeht. Es ermöglicht Ihnen, die Konzentration eines Stoffes anhand der Messergebnisse einfach zu bestimmen.

Es gibt auch eine Methode der Zusatzstoffe. Es wird seltener verwendet als das vorherige, ermöglicht jedoch die Analyse von Lösungen mit komplexer Zusammensetzung, da es den Einfluss zusätzlicher Komponenten berücksichtigt. Sein Kern besteht darin, die optische Dichte eines Mediums D x zu bestimmen, das einen Analyten unbekannter Konzentration C x enthält, durch wiederholte Analyse derselben Lösung, jedoch unter Zugabe einer bestimmten Menge der Testkomponente (C st). Der Wert von C x wird mithilfe von Berechnungen oder Diagrammen ermittelt.

Studienbedingungen

Damit photometrische Untersuchungen verlässliche Ergebnisse liefern, müssen mehrere Bedingungen erfüllt sein:

• die Reaktion muss schnell und vollständig, selektiv und reproduzierbar enden;
• die Farbe der resultierenden Substanz muss über die Zeit stabil sein und darf sich unter Lichteinfluss nicht verändern;
• die Prüfsubstanz wird in einer ausreichenden Menge eingenommen, um sie in eine analytische Form zu überführen;
• optische Dichtemessungen werden in dem Wellenlängenbereich durchgeführt, bei dem der Absorptionsunterschied zwischen den Ausgangsreagenzien und der analysierten Lösung am größten ist;
• Die Lichtabsorption der Referenzlösung wird als optisch Null angesehen.

Körper, die Licht durchlassen und absorbieren (außer trübe und trübe Medien), zeichnen sich durch optische Eigenschaften aus Transparenz θ, Opazität O und optische Dichte D.

Anstelle von Transmission und Reflexion wird häufig die optische Dichte verwendet. D.

In der Fotografie wird die optische Dichte am häufigsten zur Darstellung der spektralen Eigenschaften von Filtern und als Maß für die Schwärzung (Abdunklung) von Negativen und Positiven verwendet. Der Dichtewert hängt von folgenden gleichzeitig wirkenden Faktoren ab: der Struktur des einfallenden Lichtstroms (konvergierendes, divergierendes, paralleles Licht oder Streulicht) und der Struktur des durchgelassenen oder reflektierten Lichtstroms (integral, regelmäßig, diffus).

Optische Dichte D, ein Maß für die Opazität einer Substanzschicht gegenüber Lichtstrahlen. Sie entspricht dem zehnten Logarithmus des Verhältnisses des auf die Schicht einfallenden Strahlungsflusses F0 zum Fluss F, der durch Absorption und Streuung durch diese Schicht geschwächt wird: D = log (F0/F), andernfalls beträgt die optische Dichte der Logarithmus des Kehrwerts des Transmissionskoeffizienten der Materieschicht: D = log (1/t).

Bei der Bestimmung der optischen Dichte wird der dezimale Logarithmus lg manchmal durch den natürlichen Logarithmus ln ersetzt.

Das Konzept der optischen Dichte wurde von R. Bunsen eingeführt; Es wird verwendet, um die Dämpfung optischer Strahlung (Licht) in Schichten und Filmen verschiedener Substanzen (Farbstoffe, Lösungen, farbige und milchige Gläser usw.), in Lichtfiltern und anderen optischen Produkten zu charakterisieren.

Die optische Dichte wird besonders häufig zur quantitativen Beurteilung entwickelter fotografischer Schichten sowohl in der Schwarzweiß- als auch in der Farbfotografie verwendet, wo Methoden zu ihrer Messung den Inhalt einer eigenen Disziplin bilden – der Densitometrie. Abhängig von der Art der einfallenden Strahlung und der Methode zur Messung der durchgelassenen Strahlungsflüsse gibt es verschiedene Arten der optischen Dichte

Die Dichte variiert D für weißes Licht, monochromatisch Dλ für einzelne Wellenlängen und zonal D-Zonen, Ausdruck Abschwächung des Lichtflusses im blauen, grünen oder roten Bereich des Spektrums (D c 3, D 3 3 , D K 3).

Dichte transparenter Medien(Filter, Negative) wird im Durchlicht durch den zehnten Logarithmus des Kehrwerts des Transmissionsgrads τ bestimmt:

D τ = log(1/τ) = -logτ

Oberflächendichte wird durch die Größe des reflektierten Lichts ausgedrückt und durch den dezimalen Logarithmus des Reflexionskoeffizienten ρ bestimmt:

D ρ = log(1/ ρ ) = - logρ .

Der Dichtewert D = l schwächt das Licht um das Zehnfache.

Der Bereich der optischen Dichten transparenter Medien ist praktisch unbegrenzt: von vollständiger Lichtdurchlässigkeit (D= 0), bis es vollständig absorbiert ist (D = 6 oder mehr, Abschwächung um das Millionenfache). Der Dichtebereich der Oberflächen von Objekten wird durch den Anteil der von der Oberfläche reflektierten Komponente in ihrem reflektierten Licht in der Größenordnung von 4–1 % (schwarze Druckfarbe, schwarzes Tuch) begrenzt. Nahezu limitierende Dichten D= 2.1...2.4 haben schwarzen Samt und schwarzes Fell, begrenzt durch den an der Oberfläche reflektierten Anteil in der Größenordnung von 0,6–0,3 %.

Die optische Dichte hängt durch einfache Beziehungen mit der Konzentration der lichtabsorbierenden Substanz und mit der visuellen Wahrnehmung des beobachteten Objekts – seiner Helligkeit – zusammen, was die weit verbreitete Verwendung dieses Parameters erklärt.

Wenn wir die optischen Koeffizienten durch die Strahlungsflüsse ersetzen, die auf das Medium einfallen (Ф 0) und aus diesem austreten (Фτ oder Фρ), erhalten wir die Ausdrücke

Je mehr Licht von einem Medium absorbiert wird, desto dunkler ist es und desto höher ist seine optische Dichte sowohl im durchgelassenen als auch im reflektierten Licht.

Die optische Dichte kann aus Lichtkoeffizienten bestimmt werden. In diesem Fall heißt es visuell.

Visuelle Dichte im Durchlicht ist gleich dem Logarithmus des Kehrwerts der Lichtdurchlässigkeit:

Die visuelle Dichte im reflektierten Licht wird durch die Formel bestimmt

Für neutralgraue optische Medien. diese. Für Graufilter, Graustufen und Schwarzweißbilder sind die optischen und Lichtkoeffizienten gleich, daher sind auch die optischen Dichten gleich:

Wenn bekannt ist, um welche Dichte es sich handelt, liegt der Index bei D abgesenkt. Oben beschrieben optische Dichten – Integral Sie spiegeln Änderungen in den Leistungseigenschaften der weißen (Misch-)Strahlung wider. Wird die optische Dichte für monochromatische Strahlung gemessen, so nennt man sie monochromatisch(spektral). Sie wird anhand monochromatischer Strahlungsflüsse bestimmt Fλ gemäß der Formel

In den obigen Formeln können Strahlungsströme Ф durch Lichtströme F λ ersetzt werden, was sich aus dem Ausdruck ergibt

Deshalb können wir schreiben:

Bei farbigen Medien stimmen die integrierten optischen und visuellen Dichten nicht überein, da sie nach unterschiedlichen Formeln berechnet werden:

Bei fotografischen Materialien mit transparentem Träger wird die optische Dichte ohne die Dichte des Trägers und der unbelichteten Emulsionsschicht nach der Entwicklung bestimmt, zusammenfassend genannt „Null“-Dichte oder Schleierdichte D 0.

Die gesamte optische Dichte von zwei oder mehr lichtabsorbierenden Schichten (z. B. Lichtfiltern) ist gleich der Summe der optischen Dichten jeder Schicht (Filter). Grafisch wird die Absorptionscharakteristik durch die Abhängigkeitskurve der optischen Dichte ausgedrückt D auf der Wellenlänge des weißen Lichts λ, nm.

Optische Transparenz Θ – charakteristisch für eine Substanz mit einer Dicke von 1 cm und zeigt an, welcher Anteil der Strahlung eines bestimmten Spektrums in Form paralleler Strahlen durch sie hindurchgeht, ohne die Richtung zu ändern: Θ = Ф τ / Ф .

Optische Transparenz bezieht sich nicht auf die Übertragung von Strahlung im Allgemeinen, sondern auf deren Übertragung gerichtete Übertragung, und charakterisiert gleichzeitig Absorption und Streuung. Beispielsweise lässt Milchglas, das optisch undurchsichtig ist, diffuses Licht durch; UV-Filter sind für sichtbares Licht transparent und für UV-Strahlung undurchsichtig; Schwarze IR-Filter lassen IR-Strahlung durch und lassen kein sichtbares Licht durch.

Die optische Transparenz wird durch die spektrale Transmissionskurve für Wellenlängen im optischen Strahlungsbereich bestimmt. Die Transparenz von Linsen für weißes Licht erhöht sich, wenn die Linsen mit Antireflexbeschichtungen versehen werden. Die Transparenz der Atmosphäre hängt vom Vorhandensein kleiner Staub-, Gas- und Wasserdampfpartikel ab, die in der Atmosphäre schweben und die Art der Beleuchtung und das Bildmuster bei der Aufnahme beeinflussen. Die Transparenz von Wasser hängt von verschiedenen Suspensionen, der Trübung und der Dicke seiner Schicht ab.

Optische Opazität O– das Verhältnis des einfallenden Lichtstroms zum durch die Schicht durchgelassenen Lichtstrom – der Kehrwert der Transparenz: O = F/F τ= l/Θ. Die Opazität kann von Eins (Gesamtdurchlässigkeit) bis Unendlich variieren und zeigt an, wie oft das Licht beim Durchgang durch die Schicht abnimmt. Die Opazität charakterisiert die Dichte des Mediums. Der Übergang zur optischen Dichte wird durch den dezimalen Logarithmus der Opazität ausgedrückt:
D= log O = log (l/τ) = - log τ .

Spektrale Unterschiede zwischen Körpern. Durch die Art der Emission und Absorption des Lichtstroms unterscheiden sich alle Körper von BL und werden herkömmlicherweise in selektive und graue Körper unterteilt, die sich durch selektive und nicht selektive Absorption, Reflexion und Transmission unterscheiden. Zu den selektiven Körpern gehören chromatische Körper, die eine gewisse Farbe haben, während zu den grauen Körpern achromatische Körper gehören. Der Begriff „grau“ wird durch zwei Merkmale charakterisiert: die Art der Emission und Absorption im Verhältnis zum BL und die im Alltag beobachtete Farbe der Oberfläche. Das zweite Merkmal wird häufig zur visuellen Bestimmung der Farbe achromatischer Körper verwendet – Weiß, Grau und Schwarz, die jeweils das Spektrum des weißen Lichts von eins bis null widerspiegeln.

Der graue Körper hat einen Lichtabsorptionsgrad, der dem des schwarzen Körpers nahekommt. Der Absorptionskoeffizient eines schwarzen Körpers beträgt 1, der eines grauen Körpers liegt nahe bei 1 und hängt auch nicht von der Wellenlänge der Strahlung oder der Absorption ab. Die Verteilung der über das Spektrum emittierten Energie grauer Körper bei jeder gegebenen Temperatur ähnelt der Energieverteilung eines schwarzen Körpers bei derselben Temperatur, die Strahlungsintensität ist jedoch um ein Vielfaches geringer (Abb. 23).

Bei nichtgrauen Körpern ist die Absorption selektiv und wellenlängenabhängig, sodass sie nur in bestimmten, schmalen Wellenlängenintervallen als grau gelten, für die der Absorptionskoeffizient annähernd konstant ist. Im sichtbaren Bereich des Spektrums hat Kohle die Eigenschaften eines grauen Körpers (α = 0,8)< сажа (α = 0,95) и платиновая чернь (α = 0,99).

Selektive (selektive) Körper haben eine Farbe und zeichnen sich durch Kurven von Reflexions-, Transmissions- oder Absorptionskoeffizienten in Abhängigkeit von der Wellenlänge der einfallenden Strahlung aus. Bei Beleuchtung mit weißem Licht wird die Farbe der Oberfläche solcher Körper durch die Maximalwerte der spektralen Reflexionskurve bzw. den Minimalwert der spektralen Absorptionskurve bestimmt. Die Farbe transparenter Körper (Lichtfilter) wird hauptsächlich durch die Absorptionskurve (Dichte) bestimmt D) oder Transmissionskurve τ. Spektrale Absorptions- und Transmissionskurven charakterisieren die Substanz selektiver Körper nur für weißes Licht. Bei Beleuchtung mit farbigem Licht verändern sich die spektralen Reflexions- bzw. Transmissionskurven.

Weiße, graue und schwarze Körperfarben sind ein visueller Sinn für Achromatizität, der auf die Reflexion von Oberflächen und die Übertragung transparenter Medien anwendbar ist. Die Achromatizität wird grafisch durch eine horizontale gerade Linie oder eine kaum wahrnehmbare Wellenlinie ausgedrückt, die parallel zur Abszissenachse verläuft und sich auf verschiedenen Ebenen der Ordinatenachse im Lichtwellenlängenbereich befindet (Abb. 24, a B C). Das Gefühl der weißen Farbe wird durch Oberflächen mit dem höchsten Gleichmäßigkeitskoeffizienten erzeugt

Reflexionen im gesamten Spektrum (ρ = 0,9...0,7 - White Papers). Graue Flächen haben einen einheitlichen Reflexionskoeffizienten p = 0,5...0,05. Schwarze Oberflächen haben ρ = 0,05...0,005 (schwarzer Stoff, Samt, Fell). Diese Unterscheidung ist ungefähr und bedingt. Bei transparenten Medien (z. B. neutralen Graufiltern) wird die Achromatizitätseigenschaft auch durch eine horizontale Absorptionslinie (Dichte) ausgedrückt D, zeigt, wie stark weißes Licht abgeschwächt wird).

Oberflächenhelligkeit- Dies ist der relative Grad der visuellen Wahrnehmung, der sich aus der Wirkung der Farbe der reflektierten Strahlung auf die drei Farbwahrnehmungszentren des Sehens ergibt. Grafisch wird die Helligkeit durch die Gesamtdichte dieser Strahlung im Weißlichtbereich ausgedrückt. In der allgemeinen Lichttechnik wird Helligkeit fälschlicherweise verwendet, um den Unterschied zwischen zwei benachbarten Flächen mit unterschiedlicher Helligkeit visuell zu quantifizieren.

Helligkeit einer weißen Fläche, beleuchtet durch weißes Licht . Die Helligkeit einer vollkommen weißen Oberfläche (mit Barium- oder Magnesiumsulfat beschichtet) mit ρ = 0,99 wird als 100 % angenommen. Gleichzeitig wird die Fläche, die ihre Fläche in der Grafik charakterisiert (Abb. 24, A) begrenzt durch die Helligkeitslinie bei ρ = ​​1 oder 100 %. Als weiß gelten in der Praxis Flächen, deren Helligkeit 80-90 % (ρ = 0,8...0,9) entspricht. Die Helligkeitslinie grauer Flächen nähert sich der x-Achse (Abb. 24, e), da sie einen Teil des weißen Lichts reflektieren. Die Helligkeitslinie des schwarzen Samts, der praktisch kein Licht reflektiert, ist an der x-Achse ausgerichtet.

Helligkeit farbiger Flächen, die mit weißem Licht beleuchtet werden , wird im Diagramm durch die durch die spektrale Reflexionskurve begrenzte Fläche bestimmt. Da die formlose Fläche den quantitativen Helligkeitsgrad nicht wiedergeben kann, wird sie in die Fläche eines Rechtecks ​​mit der Basis auf der x-Achse umgewandelt (Abb. 24, Wo). Die Höhe des Rechtecks ​​bestimmt den Helligkeitsprozentsatz .

Helligkeit farbiger Flächen, beleuchtet durch farbiges Licht, ausgedrückt in einem Diagramm durch die Fläche, die durch die resultierende Kurve begrenzt wird, die durch Multiplikation der spektralen Charakteristik der Beleuchtung mit der spektralen Charakteristik der Reflexion der Oberfläche erhalten wird. Wenn die Farbe des Lichts nicht mit der Farbe der Oberfläche übereinstimmt, ändert das reflektierte Licht seinen Farbton, seine Sättigung und seine Helligkeit.