Image latente - Latent image
Une image latente est une image invisible produite par l'exposition à la lumière d'un matériau photosensible tel qu'un film photographique . Lors du développement d'un film photographique , la zone exposée s'assombrit et forme une image visible. Dans les premiers jours de la photographie, la nature du changement invisible dans les cristaux d' halogénure d'argent du revêtement en émulsion du film était inconnue, de sorte que l'image était dite "latente" jusqu'à ce que le film soit traité avec un révélateur photographique .
En termes plus physiques, une image latente est un petit groupe d' atomes d' argent métallique formé dans ou sur un cristal d'halogénure d'argent en raison de la réduction des ions argent interstitiels par des photoélectrons (un amas d'argent photolytique ). Si une exposition intense se poursuit, ces amas d'argent photolytique atteignent des tailles visibles. C'est ce qu'on appelle l' impression de l'image. D'autre part, la formation d'une image visible par l'action d'un révélateur photographique est appelée développement de l'image.
La taille d'un amas d'argent dans l'image latente peut être aussi petite que quelques atomes d'argent. Cependant, pour agir en tant que centre d'image latente efficace, au moins quatre atomes d'argent sont nécessaires. D'un autre côté, un grain d'argent développé peut avoir des milliards d'atomes d'argent. Par conséquent, le révélateur photographique agissant sur l'image latente est un amplificateur chimique avec un facteur de gain pouvant atteindre plusieurs milliards. Le système de développement a été la technologie la plus importante qui a augmenté la sensibilité photographique dans l'histoire de la photographie.
Mécanisme de formation
L'action de la lumière sur les grains d' halogénure d'argent au sein de l'émulsion forme des sites d'argent métallique dans les grains. Le mécanisme de base par lequel cela se produit a été proposé pour la première fois par RW Gurney et NF Mott en 1938. Le photon entrant libère un électron , appelé photoélectron, à partir d'un cristal d'halogénure d'argent. Les photoélectrons migrent vers un site de piège à électrons peu profond (un site de sensibilité), où les électrons réduisent les ions d'argent pour former une tache d'argent métallique. Un trou positif doit également être généré mais il est largement ignoré. Des travaux ultérieurs ont légèrement modifié cette image, de sorte que le piégeage par «trous» est également pris en compte (Mitchell, 1957). Depuis lors, la compréhension du mécanisme de la sensibilité et de la formation d'images latentes a été grandement améliorée.
Sensibilité photographique
Un moyen très important d'augmenter la sensibilité photographique est de manipuler les pièges à électrons dans chaque cristal. Un cristal pur et sans défaut présente une faible sensibilité photographique, car il ne dispose pas d'un piège à électrons peu profond qui facilite la formation d'une image latente. Dans un tel cas, de nombreux photoélectrons se recombineront avec le cristal d'halogénure d'argent et seront gaspillés. Des pièges à électrons peu profonds sont créés par sensibilisation au soufre, introduction d'un défaut cristallin (dislocation des bords) et incorporation d'une trace de sel non argentique comme dopant. L'emplacement, le type et le nombre de pièges peu profonds ont une énorme influence sur l'efficacité avec laquelle les photoélectrons créent des centres d'images latentes et, par conséquent, sur la sensibilité photographique.
Un autre moyen important d'augmenter la sensibilité photographique est de réduire la taille de seuil des images latentes développables. La sensibilisation à l'or de Koslowski crée des taches d'or métallique sur la surface du cristal, ce qui en soi ne rend pas le cristal développable. Lorsqu'une image latente est formée autour du grain d'or, la présence d'or est connue pour réduire le nombre d'atomes d'argent métallique nécessaires pour rendre le cristal développable.
Un autre concept important dans l'augmentation de la sensibilité photographique est de séparer les photorous des photoélectrons et des sites de sensibilité. Cela devrait réduire la probabilité de recombinaison. La sensibilisation à la réduction est une mise en œuvre possible de ce concept. La récente technique de sensibilisation à 2 électrons est basée sur ce concept. Cependant, la compréhension scientifique du comportement des photo-trous est plus limitée que celle des photoélectrons.
En revanche, un piège à électrons profond ou un site qui facilite la recombinaison va entrer en compétition pour les photoélectrons et donc réduire la sensibilité. Cependant, ces manipulations sont utilisées, par exemple, pour améliorer le contraste de l'émulsion.
Échec de la loi sur la réciprocité
L'échec de la loi de réciprocité est un phénomène où la même quantité d'exposition (irradiance multipliée par la durée de l'exposition) produit une densité d'image différente lorsque l'irradiance (et donc la durée) est modifiée.
Il existe deux types d'échec de réciprocité. Ils sont tous deux liés à une faible efficacité d'utilisation des photoélectrons pour créer des centres d'images latentes.
Échec de réciprocité à haute intensité (HIRF)
Un échec de réciprocité à haute intensité (HIRF) est courant lorsque le cristal est exposé à une lumière intense mais brève, telle qu'un tube éclair. Cela réduit la vitesse et le contraste photographiques. Ceci est courant avec les émulsions optimisées pour la sensibilité la plus élevée avec une longue exposition en utilisant l'ancienne technologie d'émulsion.
HIRF est dû à la création de nombreuses sous-images latentes qui ne sont pas développables en raison de leur petite taille. En raison d'une exposition brève et intense, de nombreux photoélectrons sont créés simultanément. Ils créent de nombreuses sous-images latentes (qui ne peuvent pas rendre le cristal développable), plutôt qu'une ou quelques images latentes (qui le peuvent).
Le HIRF peut être amélioré en incorporant des dopants qui créent des pièges à électrons profonds temporaires, en optimisant le degré de sensibilisation au soufre, en introduisant des défauts cristallins (dislocation des bords).
Ces dernières années, de nombreux tirages photographiques sont réalisés par numérisation par exposition laser. Chaque emplacement sur un papier photographique est exposé par un laser très bref mais intense. Les problèmes dus au HIRF étaient le défi technique majeur dans le développement de ces produits. Les papiers photographiques couleur sont généralement fabriqués avec un pourcentage très élevé de chlorure d'argent (environ 99%) et le reste est du bromure et / ou de l'iodure. Les émulsions de chlorure ont un HIRF particulièrement médiocre et souffrent généralement de LIRF. Les fabricants de papier utilisent des dopants et un contrôle précis des sites de dislocation pour améliorer (pratiquement éliminer) HIRF pour cette nouvelle application.
Échec de réciprocité de faible intensité (LIRF)
Un échec de réciprocité de faible intensité (LIRF) se produit lorsque le cristal est exposé à une lumière faible de longue durée, comme dans la photographie astronomique.
LIRF est due à l'inefficacité de la formation d'une image latente, ce qui réduit la vitesse photographique mais augmente le contraste. En raison du faible niveau d'irradiance d'exposition (intensité), un monocristal peut devoir attendre un laps de temps significatif entre l'absorption d'un nombre suffisant de photons. Lors du processus de création d'un centre d'image latente stable, une tache d'argent plus petite et moins stable est produite. Une nouvelle génération de photoélectrons est nécessaire pour faire croître cette petite tache en une image latente plus grande, stable et latente. Il y a une probabilité finie que ce grain instable intermédiaire se décompose avant que les prochains photoélectrons disponibles puissent le stabiliser. Cette probabilité augmente avec la diminution du niveau d'irradiance.
Le LIRF peut être amélioré en optimisant la stabilité de la sous-image latente, en optimisant la sensibilisation au soufre et en introduisant des défauts cristallins (dislocation des bords).
Emplacement de l'image latente
Selon le cristal d'halogénure d'argent, l'image latente peut être formée à l'intérieur ou à l'extérieur du cristal. Selon l'endroit où le LI est formé, les propriétés photographiques et la réponse au révélateur varient. La technologie actuelle des émulsions permet une manipulation très précise de ce facteur de plusieurs manières.
Chaque émulsion a une place à l'intérieur de chaque cristal où les LI se forment préférentiellement. Ils sont appelés «centres de sensibilité». Les émulsions qui forment des LI à l'intérieur sont appelées émulsions internes (ly) sensibles, et celles qui forment des LI à la surface sont appelées des émulsions sensibles à la surface. Le type de sensibilité reflète en grande partie le site de pièges à électrons très peu profonds qui forment efficacement des images latentes.
La plupart, sinon la totalité, des émulsions de film négatif de l'ancienne technologie avaient de nombreux sites de dislocation de bord créés involontairement (et d'autres défauts cristallins) en interne et une sensibilisation au soufre a été réalisée sur la surface du cristal. Du fait de la présence de plusieurs centres de sensibilité, l'émulsion avait une sensibilité à la fois interne et de surface. Autrement dit, les photoélectrons peuvent migrer vers l'un des nombreux centres de sensibilité. Afin d'exploiter au maximum la sensibilité de telles émulsions, on considère généralement que le révélateur doit avoir une certaine action de solvant à l'halogénure d'argent pour rendre accessibles les sites d'images latentes internes. De nombreuses émulsions négatives modernes introduisent une couche juste sous la surface du cristal où un nombre suffisant de dislocations de bord est créé intentionnellement, tout en maintenant la majeure partie de l'intérieur du cristal sans défaut. Une sensibilisation chimique (par exemple, une sensibilisation au soufre plus à l'or) est appliquée sur la surface. En conséquence, les photoélectrons sont concentrés sur quelques sites de sensibilité sur ou très près de la surface du cristal, améliorant ainsi considérablement l'efficacité avec laquelle l'image latente est produite.
Des émulsions de structures différentes ont été fabriquées pour d'autres applications, telles que les émulsions positives directes. L'émulsion positive directe a des centres de brouillard intégrés dans le noyau de l'émulsion, qui est blanchi par des phototrous générés lors de l'exposition. Ce type d'émulsion produit une image positive lors du développement dans un révélateur conventionnel, sans traitement d'inversion.
Développement de cristaux d'halogénure d'argent
Une solution de révélateur convertit les cristaux d'halogénure d'argent en grains d'argent métalliques, mais elle n'agit que sur ceux ayant des centres d'image latents. (Une solution qui convertit tous les cristaux d'halogénure d'argent en grains d'argent métalliques est appelée révélateur de nébulisation et une telle solution est utilisée dans le deuxième développeur du traitement d'inversion.) Cette conversion est due à une réduction électrochimique, dans laquelle les centres d'image latents agissent comme un catalyseur.
Potentiel de réduction du développeur
Une solution de révélateur doit avoir un potentiel de réduction suffisamment fort pour développer des cristaux d'halogénure d'argent suffisamment exposés ayant un centre d'image latente. En même temps, le révélateur doit avoir un potentiel de réduction suffisamment faible pour ne pas réduire les cristaux d'halogénure d'argent non exposés.
Dans un révélateur convenablement formulé, les électrons sont injectés dans les cristaux d'halogénure d'argent uniquement à travers des taches d'argent (image latente). Par conséquent, il est très important que le potentiel de réduction chimique de la solution de révélateur (pas le potentiel de réduction standard de l'agent de développement) soit quelque part plus élevé que le niveau d'énergie de Fermi des petits amas d'argent métallique (c'est-à-dire l'image latente) mais bien sous la bande de conduction des cristaux d'halogénure d'argent non exposés.
En général, les cristaux faiblement exposés ont des amas d'argent plus petits. Les amas d'argent de plus petites tailles ont un niveau de Fermi plus élevé, et donc plus de cristaux sont développés à mesure que le potentiel de réduction du développeur est augmenté. Cependant, là encore, le potentiel de révélateur doit être bien en dessous de la bande de conduction du cristal d'halogénure d'argent. Ainsi, il existe une limite à l'augmentation de la vitesse photographique du système en augmentant le potentiel de révélateur; si le potentiel de réduction de la solution est suffisamment élevé pour exploiter des amas d'argent plus petits, à un moment donné, la solution commence à réduire les cristaux d'halogénure d'argent quelle que soit l'exposition. C'est ce qu'on appelle le brouillard , qui est de l'argent métallique fabriqué à partir d'une réduction non conforme à l'image (exposition non spécifique) des cristaux d'halogénure d'argent. Il a également été constaté que, lorsque la solution de révélateur est formulée de manière optimale, la vitesse photographique maximale est plutôt insensible au choix de l'agent de développement (James 1945), et il existe une limite pour la taille de la grappe d'argent qui peut être développée.
Une façon d'améliorer ce problème est l'utilisation de la technique de sensibilisation à l'or de Koslowski. Un petit amas d'or métallique dont le niveau de Fermi est suffisamment élevé pour empêcher le développement du cristal est utilisé pour diminuer la taille de seuil de l'amas d'argent métallique qui peut rendre le cristal développable.
Pour plus de détails, reportez-vous à Tani 1995 et Hamilton 1988.
Stabilité de l'image latente
Dans des conditions normales, l'image latente, qui peut être aussi petite que quelques atomes d'argent métallique sur chaque grain d'halogénure, est stable pendant plusieurs mois. Un développement ultérieur peut alors révéler une image métallique visible.
Un exemple célèbre de stabilité de l'image latente sont les photos prises par Nils Strindberg , le photographe de la malheureuse expédition de ballons arctiques de SA Andrée en 1897 . Les images de l'expédition et du ballon échoué sur la glace n'ont été découvertes et développées qu'environ 33 ans plus tard.
Voir également
Les références
- Coe, Brian, 1976, La naissance de la photographie, Ash & Grant.
- Mitchell, JW, 1957, Sensibilité photographique, Rep. Prog. Phys., Vol. 20, pp. 433–515.
- Tani, T., 1995, Sensibilité photographique, Oxford University Press., Pp. 31–32, 84-85, 89-91.
- Mitchell, JW, 1999, Evolution des concepts de sensibilité photographique, J. Imag. Sci. Tech., 43, 38-48.
- James, TH, 1945, Vitesse d'émulsion maximale par rapport à l'agent de développement, J. Franklin Inst., 239, 41-50.