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Lexikon der Optik: charakteristische Kurve

charakteristische Kurve, die graphische Darstellung des Zusammenhanges zwischen der Belichtung H und der entstehenden optischen Dichte D photographischer Materialien. Bei Schwarzweiß-Material, wo die Dichte als Schwärzung auftritt, wird die c. K. auch als Schwärzungskurve bezeichnet. Die Belichtung H wird durch das Produkt aus der Belichtungszeit t und der Beleuchtungsstärke E gegeben (H=Et), da im allgemeinen die Dichte nur vom Produkt und nicht einzeln von den Faktoren abhängt. Abweichungen können bei sehr kurzzeitiger und bei sehr langzeitiger Belichtung auftreten (Schwarzschild-Effekt, photographische Effekte). Es ist üblich, die Belichtung (in der Einheit 1x) im dekadisch-logarithmischen Maßstab aufzutragen; die c. K. für Negativmaterial hat dann einen S-förmigen Verlauf (Abb.). Für Umkehrmaterial ähnelt die c. K. einem spiegelbildlichen S. Mit der Messung und der Interpretation der c. K. befaßt sich die Sensitometrie.

Der c. K. lassen sich folgende wichtige Angaben über ein Negativ-Photomaterial entnehmen: Die minimale Dichte entspricht der des verarbeiteten Photomaterials, ohne daß eine Belichtung erfolgt ist. Die Dichte, die sich nach Abzug der Dichte der Unterlage der photographischen Schicht von der minimalen Dichte ergibt, wird durch den photographischen Schleier verursacht. Der sich anschließende gekrümmte Teil der c. K. heißt Durchhang; er charakterisiert das Gebiet der Unterbelichtung. Für die Praxis sehr wichtig ist der fast lineare Teil der c. K.; im Normalfall sollten Belichtungen in diesem Bereich erfolgen. Bei hohen Dichten krümmt sich die c. K. erneut (Schulter); es ist das Gebiet der Überbelichtung. Schließlich wird die maximale optische Dichte (Sättigungsdichte DS) erreicht. Bei noch größerer Belichtung nimmt bei manchen Photomaterialien die Dichte wieder ab; es ist der Bereich der Solarisation (photographische Effekte). Von der Größe der Sättigungsdichte hängt der Helligkeitsumfang ab, der von einem Photomaterial wiedergegeben werden kann. Bei Photopapier beträgt er etwa 1:30 (DS≈1,5), bei Positivfilmen etwa 1:100 (DS=2,0). Die Steilheit (Gradation) der c. K. in einem bestimmten Intervall der Belichtung wird durch den Gradienten g angegeben. Wird das Belichtungsintervall auf den geradlinigen Teil der c. K. beschränkt, so erhält man den maximalen Gradienten gmax; er wird als Gamma-Wert (γ) bezeichnet:


Da in vielen Fällen der geradlinige Teil der c. K. nur schwer bestimmbar ist, in manchen Fällen auch gar nicht vorhanden ist, wird der Gamma-Wert nur noch in Ausnahmefällen gemessen; meist werden mittlere Gradienten

ermittelt, die für ein bestimmtes Belichtungsintervall gelten.

Die Stelle, an der die Verlängerung des geradlinigen Teils der c. K. die Abszisse trifft, heißt Inertia. Durch die Gradation wird die Kontrastwiedergabe des Photomaterials beschrieben (optische Übertragungsfunktion). Für g>1 werden die Kontraste bei der Wiedergabe von Bilddetails des Aufnahmeobjektes vergrößert, das Photomaterial arbeitet hart; für g<1 werden sie verringert, das Photomaterial arbeitet weich. "Normale" Gradationswerte liegen bei Negativen zwischen 0,6 und 0,8, bei Photopapieren zwischen 1,5 und 2,0. Lage und Form der c. K. werden zunächst durch das verwendete Photomaterial bestimmt, sie hängen aber auch von der photographischen Entwicklung ab.

Eine besonders wichtige Kenngröße, die aus der Kenntnis der c. K. mit Angabe der absoluten Belichtungen folgt, ist die Empfindlichkeit des Photomaterials. Sie charakterisiert die Belichtung HE, die zur Erreichung einer definierten optischen Dichte notwendig ist. Um die Lichtempfindlichkeit reproduzierbar bestimmen zu können, müssen alle Einflußgrößen, vor allem die Verarbeitung des Photomaterials, aber auch die Belichtung und die Auswertung, genau fixiert und eingehalten werden. Die dafür erforderlichen Festlegungen sind in den einzelnen Ländern unterschiedlich. Dabei sind das DIN- und das ASA-Empfindlichkeitssystem von Bedeutung.

Das DIN-Empfindlichkeitssystem: Da durch umfangreiche Versuche festgestellt wurde, daß eine Dichtedifferenz von 0,10 zur minimalen Dichte (Schleierdichte) Dmin im Negativ den kleinsten in der Kopie noch unterscheidbaren Dichteunterschied darstellt, wurde Dmin+0,10 zur Kriteriumsdichte für die Empfindlichkeitsbestimmung von Schwarzweiß-Negativmaterial gewählt. Die zur Erreichung dieser Dichte notwendige Belichtung sei HK. Die Maßzahl n für die Empfindlichkeit wurde durch die Beziehung n=10 lg(H0/HK) festgelegt. Dabei ist H0 eine für die jeweilige Art des Photomaterials gültige Belichtung; sie beträgt (nach DIN 4512) für Schwarzweiß-Negativ-Material 1,0. Die so zu gewinnende Maßzahl trägt die Einheit DIN. Eine relativ einfache (aber nicht zwingend vorgeschriebene) Meßmethode zur Bestimmung der Empfindlichkeitszahl besteht im Aufkopieren eines stufenförmigen Graukeils, bei dem die optische Dichte von Stufe zu Stufe z.B. um den Betrag 0,10 ansteigt und bei dem zweckmäßigerweise in jeder Stufe die Zahl angegeben ist, die seinen Dichtewert kennzeichnet. Belichtung und Entwicklung des zu untersuchenden Photomaterials müssen in jedem Fall nach den genormten Bedingungen erfolgen. Die Nummer der Keilstufe, an der die entwickelte Schwärzung die Dichte 0,1 über dem Schleier erreicht, gibt die Empfindlichkeit in DIN an. Für das praktische Arbeiten mit den DIN-Zahlen ist es wichtig zu wissen, daß ihnen ein logarithmisch abgestuftes System zugrunde liegt. Eine Erhöhung der DIN-Zahl um drei Einheiten bedeutet eine Verdoppelung der Empfindlichkeit; eine Einheit entspricht einer Empfindlichkeitsänderung um den Faktor 100,1=1,26.

Das ASA-Empfindlichkeitssystem geht vom gleichen Schwellenkriterium (Dmin+0,10) aus wie das DIN-System. Die Maßzahl Sx für die Empfindlichkeit ergibt sich jedoch aus der Beziehung Sx=H0/HK. Für Negativaufnahmematrial beträgt H0=0,8. Die Angabe der Empfindlichkeitszahl Sx erfolgt in der Form ASA x; das Zeichen ASA steht vor der Zahl. Da die sonstigen Bedingungen die gleichen sind wie beim DIN-Empfindlichkeitssystem, ist eine exakte Umrechnung zwischen den beiden Empfindlichkeitszahlen möglich. Dabei gilt n [DIN]=10 lg(1,25 Sx[ASA]) ≈1+10 lgSx[ASA]. Den DIN-Zahlen 15, 18, 21, 24, 27, 30 entsprechen die ASA-Zahlen 25, 50, 100, 200, 400, 800.

Um die unterschiedlichen Empfindlichkeitskennzeichnungen international zu standardisieren, hat die Internationale Standardisierungs-Organisation (ISO) festgelegt, die Zahlenwerte für die geometrisch (ASA) und für die logarithmisch (DIN) gestufte Skala beizubehalten und an die Stelle von z.B. ASA 25/15 DIN die Bezeichnung ISO 25/15° zu setzen.

Für Schwarzweiß-Filmmaterial, das nicht als Negativmaterial oder nicht für bildmäßige Aufnahmen vorgesehen ist, gelten spezielle Belichtungskriterien HK und Konstanten H0. Zur Charakterisierung von Colormaterialien müssen drei Farbdichtekurven für die drei Hauptabsorptionen der Farbschichten bestimmt werden. Auch hierfür sind nach DIN 4512 spezielle Festlegungen getroffen worden.



Charakteristische Kurve: Charakteristische Kurve eines Silberhalogenid-Negativ-Photomaterials (schematisch). H Belichtung, D optische Dichte, γ Gamma-Wert.

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