В изобразительной голографии, наконец, появился цвет. Достигнуты прекрасные результаты в области изготовления высокочувствительных и высокоразрешающих панхроматических голографических фоточувствительных материалов, позволяющих записывать яркие цветные голограммы по методу Ю. Н. Денисюка. Однако, до сих пор остаются не решенными проблемы в области контроля качества цветопередачи и защиты цветных голограмм с целью длительного хранения и предотвращения на эмульсионный слой негативного влияния внешней среды. Дело в том, что фотоэмульсии на желатиновой основе, которые сегодня используются, в процессе фотохимической обработки и под влиянием изменений температуры и влажности окружающей среды изменяют параметры цветопередачи. С целью предотвращения нежелательного эффекта усадки желатиновой фотоэмульсии, вызванной изменением её толщины и искажением записанной интерференционной картины, голограммы герметизируют. Другими словами, консервируют эмульсионный слой и защищают его от негативного воздействия окружающей среды.
Данная публикация посвящена разработке методики экспериментов, позволяющих найти главные закономерности в области достижения оптимальной цветопередачи и консервации цветных голограмм.
Для того, что бы скомпенсировать усадку проявленной фотоэмульсии цветной голограммы, следует стабилизировать хотя бы пару параметров, влияющих на изменение толщины эмульсии в процессе записи. Достаточно стабилизировать температуру и влажность. При подготовке голограммы для герметизации можно, изменяя в небольшом диапазоне влажность при стабилизированной температуре, восстанавливать исходную толщину эмульсионного слоя и частоту записанной интерференционной картины. (Расстояние между интерференционными плоскостями.)
С целью установления зависимости цвета изображения, восстановленного голограммой, от параметра, который в большей степени влияет на результат, необходимо провести следующий эксперимент.
На рисунке изображена схема экспериментальной установки:
слева- запись тестовой голограммы RGB при фиксированной температуре;
справа - измерение восстановленного цвета тестового изображения в зависимости от величины влажности проявленной голографической фотоэмульсии.
Установка представляет собой термо и влаго стабилизированный герметичный контейнер со стеклянным иллюминатором, позволяющим через него записывать голограммы и фиксировать фотокамерой цветное изображение сцены.
Для установления зависимости ВЛАЖНОСТЬ – ИЗМЕНЕНИЕ ЦВЕТА необходимо записать тестовую голограмму.
Тестовая голограмма представляет собой запись трех участков матовой алюминиевой поверхности, в лучах каждого из трех RGB лазеров. На одной фото пластине записываем на отдельных участках красное, зеленое и синее изображения плоской матовой поверхности.
После проявления и сушки тестовую голограмму помещаем на прежнее место в герметичный термостабилизированный контейнер с влажностью воздуха, при которой производили запись.
Как изменять относительную и абсолютную влажность воздуха?
Концентрация соляного раствора влияет на влажность воздуха следующим образом: растворённые соли снижают активность воды в растворе и, при равновесии с атмосферой, давление паров воды и, следовательно, относительную влажность. 2
В зависимости от относительной влажности воздуха насыщенный раствор с добавлением твёрдой соли может либо осушать, либо увлажнять окружающую атмосферу и поддерживать её специфическую относительную влажность. 2
Также известно, что давление водяного пара над насыщенным раствором хлорида натрия практически не зависит от температуры, то есть влажность воздуха остаётся постоянной и равной 75%. 1
Кроме того, насыщенные растворы различных солей обладают различным давлением насыщенного пара, то есть в закрытом контейнере относительная влажность над поверхностью этих растворов для каждой отдельной соли при определённой температуре будет постоянной. 5
Как получить калиброванную относительную влажность без генератора. Всем водным растворам, а также самой воде свойственно определенное давление насыщенного пара. Давление насыщенного пара того или иного раствора зависит от того, какое вещество в нем растворено и в каком количестве. Насыщенные растворы различных солей обладают различным давлением насыщенного пара, то есть в закрытом контейнере относительная влажность над поверхностью этих растворов для каждой отдельной соли при определенной температуре будет постоянной.
Источник - ГОСТ 29244-91(ИСО 483-88). Указанные в стандарте значения относительной влажности являются средними значениями, выражаемыми в процентах, с допускаемым отклонением ±2%.
С помощью цифровой фотокамеры фиксируем и измеряем цвет изображения при разных значениях влажности при постоянной стабилизированной температуре.
Затем строим график зависимости параметра «цвета» восстановленной волны от значений влажности (φ) воздуха в контейнере и, соответственно, непосредственно эмульсионного слоя в некотором диапазоне. Следует учитывать, что выравнивание влажности окружающего воздуха и объема фотоэмульсии происходит достаточно медленно, поэтому после изменения параметров влажности воздуха в герметичном контейнере должно пройти некоторое время (не менее 6 часов), что бы насыщение влагой желатины завершилось.
Для того, что бы фиксировать голографическое изображение и измерять параметры цвета, советую воспользоваться графическим редактором Adobe Photoshop и производить измерение цвета в системе Cie Lab.
Методика измерения цвета голографического изображения, восстановленного «белым» светом точечного источника .
Для измерения и синтеза цветовых оттенков лаборатория CIE разработала однородные цветовые шкалы — CIE L*a*b* и CIE L*u*v. Из этих двух моделей более широко применяется модель CIE L*a*b*. Хорошо сбалансированная структура цветового пространства L*a*b* основана на той теории, что цвет не может быть одновременно зеленым и красным или желтым и синим. Следовательно, для описания атрибутов “красный/зеленый” – (а) и “желтый/синий” – (b), можно воспользоваться всего двумя координатами. Для описания светлости цвета была предложена третья координата (L) – (черный – белый) (см. прил. 3, рис. 1).[1]
Компоненты a и b меняются от -128 до 127, а параметр L от 0 до 100. Нулевое значение цветовых компонентов при яркости 50 соответствует серому цвету в модели RGB (119, 119, 119). При значении яркости 100 получается белый цвет, при 0 — черный.
Концепция фотографирования голографических изображений была реализована еще в 1980 году Джоли и Ванхоребеек в своих исследованиях влияния обработки на отражательные голограммы белым светом. Они сфотографировали изображения, записанные на эмульсии 8E56HD, и измерили плотность ярких и четких полосок на негативах на пленке Агфа 23D56. [2]
E Wesly предложил в 2012 году использовать цифровую фотокамеру для измерения дифракционной эффективности, отношения сигнал/шум и изменения цветов в результате усадки эмульсии голограмм.[3]
Мы предлагаем использовать свою методику контроля цветопередачи полноцветных отражательных голограмм. Измерение цветов в нашем методе производится в цветовой модели CIE L*a*b*.
Замер цвета в программе Adobbe Photoshop
Для замера цвета в программе Adobe Photoshop мы использовали пипетку, предназначенную для взятия проб цвета из разных мест изображения. При клике на изображении появляется окно Info (Инфо) с информацией о значениях цветовых каналов. Там же есть подсказка о выполнении дополнительных функций. Максимальное количество областей определения значений цветовых каналов - 4. Т. е. полученные пробы позволяют установить до четырех точек одновременно, с которых будут считываться значения цвета.
Параметры[4]:
SampleSize (Размер образца) — определяет область изображения, цвет которой нужно определить. Имеет следующие значения:
· PointSample (Точка) — при клике будет определён цвет одного пикселя;
· 3 by 3 Average (Среднее 3х3) — при клике будет определено среднее значение цвета области размером 3х3 пикселя;
· 5 by 5 Average (Среднее 5х5) — при клике будет определено среднее значение цвета области размером 5х5;
· 11 by 11 Average (Среднее 11х11) — при клике будет определено среднее значение цвета области размером 11х11;
· 31 by 31 Average (Среднее 31х31) — при клике будет определено среднее значение цвета области размером 31х31;
· 51 by 51 Average (Среднее 51х51) — при клике будет определено среднее значение цвета области размером 51х51;
· 101 by 101 Average (Среднее 101х101) — при клике будет определено среднее значение цвета области размером 101х101;
· Clear (Удалить) — очищает изображение от отметок цветовых эталонов.
Инструмент исследования
Мы предлагаем использовать полупрофессиональную цифровую фототехнику и графический редактор Adobe Photoshop в качестве доступного и достаточно точного инструмента измерения цвета. Точность измерения цветовых координат в цифровом цветовом пространстве Lab достигает 0,4%.
Современная цифровая фотокамера способна с высочайшей точностью фиксировать цвет благодаря использованию в настройках цифровых камер цветовой модели CIЕ L*a*b. С целью получения точной передачи цветов, соответствующей зрительному восприятию «среднестатистического наблюдателя», необходимо во время регистрации изображений устанавливать режим «ручной баланс белого». Для колориметрической фотосъемки лучше использовать камеры «Canon», т.к. в аппаратах даже любительского класса этой фирмы есть очень точно работающая функция установки цветового баланса по серому эталону, перенос фотоснимка в память компьютера по USB кабелю и интервальная съемка.
Фиксируя фотокамерой эталон серого цвета, фотограф может с помощью математического аппарата, встроенного в программу управления камерой сбалансировать три характеристические кривые чувствительности красных, зеленых и синих сенсоров матрицы (см. прил. 4, рис. 1). Три цветовых точки на фотоснимке серого эталона позволяют программно установить параметры обработки снимков таким образом, что цвет изображения будет очень точно соответствовать нашему восприятию реальной сцены. Воспользовавшись этой функцией, мы превращаем цифровой фотоснимок в колориметрический документ высокой точности.
Приложение 1. Отображение цвета в системе L*a*b
[1] Davis W., Ohno Y. Color quality scale. 2010.
[2]Акилов А.А., Шевцов М.К. Голография для любознательных: Книга для научных сотрудников школьного возраста. Ridero, 2017.
[3]Wesly E. J. Phys.: Conf. Ser. 415 012032. 2013.
[4]Следующие параметры взяты из инструментов измерения: [Электронный ресурс] // Datalife Engine. URL: http://photoshop4u.ru. (Дата обращения: 13.02.2018).
Приложение 2. Принцип установки «баланса белого» в цифровой фотокамере.
список использованных источников
1. Андреева О.В. Прикладная голография. Учебное пособие. СПб: СПбГУ ИТМО, 2008. 184 с.
2. Баклицкий В.К., Юрьев A.H. Оптическая голография. / Под ред. Г.Колфилда. - Т.1-2. M., 1982.
3. Инструменты измерения: [Электронный ресурс] // Datalife Engine. URL: http://photoshop4u.ru. (Дата обращения: 13.02.2018).
4. Комар В.Г., Серов О.Б. Изобразительная голография и голографический кинематограф. М.: Искусство, 1987.
5. Унион М. Знакомство с голографией. / Под ред. А.И.Ларкина. М.: Мир, 1980. 189 с.
6. Davis W., Ohno Y. Color quality scale. 2010.
7. Denisyuk Y.N., Protas I.R. Improved Lippmann photographic plates for recording stationary light waves. Opt. Spectrosc. (USSR). 1963.
8. Fairchild M.D. Color Appearance Models Second Edition. John Wiley & Sons. Ltd, 2005.
9. Oh J.H., Yang S.J., Sung Y.-G. Excellent color rendering indexes of multi-package white LEDs. OPTICS EXPRESS, 2012.
10. Wesly E.J. Phys.: Conf. Ser. 415 012032. 2013.