Mediji za fotografsko snimanje

Fotografija nastaje zabilježbom svjetla na nekom fotoosjetljivom mediju, a fotoosjetljivi medij može biti sve što reagira na svjetlo. Tako svi dobro znamo da je posljedica izlaganja suncu tamniji ten, no kad pretjeramo, bit će i neprospavanih noći…

I trava može biti medij koji će zabilježiti fotografiju, čime se inenzivno bavi dvojac Ackroyd i Harvey, a njihova ostvarenja možete vidjeti na ovoj stranici.

Sve do otkrića postupka fotografiranja pomoću srebrnih halogenida, fotografije koje su namjerno ili spontano nastajale nisu se mogle održati duže vrijeme.

Za medij koji bilježi ili pohranjuje snimljenu fotografiju važne su trajnost i otpornost na promjene izgleda slike pa su danas u uporabi fotografski kemijski mediji koji su se dokazali u praksi. To su materijali na bazi srebra koji omogućuju trajnost fotografije oko 200 godina (a kako vrijeme “leti”, bit će i više od toga…). U novije vrijeme (digitalno doba) pojavili su se elektronički fotoosjetljivi mediji bazirani na elektroničkim osjetnicima slike. Hoće li i fotografije snimljene novim tehnologijama biti jednako trajne ili još trajnije, pokazat će događaji koji tek slijede.

Mediji s fotografskom emulzijom

Fotografska je “emulzija”* koloid osjetljiv na svjetlo (fotosenzitivan). Svjetloosjetljiva komponenta toga koloida jesu srebrni halogenidi (srebro-bromid – AgBr, srebro-klorid – AgCl ili srebro-jodid – AgJ).

*Emulzija nije baš ispravan termin jer je emulzija mješavina dviju ili više otopina koje se međusobno ne miješaju, primjerice ulje + voda. Pravilnije bi bilo da se fotografski medij naziva suspenzijom jer je posrijedi mješavina kristala srebrnih halogenida i želatine. No navikli smo na uporabu termina “fotografske ili filmske emulzije” pa ih i ja koristim u ovom tekstu.

Medij koji je u uporabi za snimanje u klasičnom fotografskom sustavu najčešće je prozirna poliesterska folija s nanesenom fotoosjetljivom emulzijom, tzv. fotografski film ili, skraćeno, film.

Fotoosjetljiva emulzija “vidi” boje vidljivog spektra, UV i X-zračenje, a neke su emulzije prilagođene i bilježenju dijela infracrvenog spektra. Fotografski su filmovi posebnim postupcima pripremljeni kao crno-bijeli negativ filmovi, koji se mogu razviti i kao dijapozitivi, negativi u boji i dijapozitivi u boji (prefiks “dija” označava da je to pozitiv na prozirnoj podlozi za razliku od pozitiva na papiru).

Filmovi u boji pripremljeni su za određenu temperaturu boje svjetla: za dnevno svjetlo (5.500K) i umjetno svjetlo (volframove žarulje – Tungsten A: 3.400K i Tungsten B: 3.200K). Tako će prilagodba ovih osnovnih tipova filma drugim izvorima svjetla biti moguća primjenom filtara ili ćemo radi postizanja određena ugođaja namjerno fotografirati s otklonom boja prema plavoj ili žutoj ili prema drugim bojama. Neki proizvođači filmova namjerno kreiraju emulzije s dominantnom bojom ili nekoliko dominantnih boja (primjerice, LomoChrome Purple).


Sl. 1: Filmovi se proizvode u različitim standardiziranim formatima koji su prilagođeni fotoaparatima, a danas su najčešće u uporabi:

  • filmovi u roli formata 135 (širina filma 35mm (1)) i formata 120 (širina filma 60mm (2)) sa standardiziranim dužinama, tj. brojem snimaka po filmu (12, 24, 36). Za format 120, u uporabi su fotoaparati s različitim proporcijama formata (1,35:1, 1:1, 1,25:1, 1,50:1, 2,1:1, 3:1, 4:1) pa varira broj snimaka po roli filma.
  • plan-filmovi (3) koji imaju mnogo veću površinu od 135 i 120 formata. Ovi filmovi u uporabi su kod tehničkih kamera i isporučuju se u formatima: 12,7×10,2 cm, 17,8×12,7 cm, 25,4×10,2 cm, 30,5×12,7 cm, 25,4×20,3 cm, 35,6×27,9 cm, 43,2×17,8 cm, 50,8×20,3 cm, 50,8×30,5 cm i 61×50,8 cm. Plan-filmovi omogućuju fotografiranje visoke kakvoće i izradu velikih povećanja (negativ veličine 12,7×10,2 cm gotovo je 15 puta veći od negativa veličine 24×36 mm) pa će, pri izradi povećanja od većeg negativa, zrnca srebra biti mnogo manje uočljiva, što će dati fotografiju bližu snu svakoga klasičnog fotografa, kroničara zbilje.


Sl. 2: Fotografski se film sastoji od više slojeva, a svaki sloj ima specifičnu funkciju:

  1. zaštitni sloj – uloga mehaničke zaštite fotomaterijala,
  2. emulzijski sloj – fotoosjetljiva emulzija,
  3. podsloj – omogućuje bolje vezanje emulzijskog sloja s podlogom,
  4. podloga – transparentni poliester,
  5. kompenzacijski antihalo sloj – ublažava uvijanje,
  6. antihalo – ometa refleksiju svjetla u emulzijski sloj.

Kako nastaje fotografska emulzija

Fotografska emulzija proizvodi se u više faza:

  1. Srebrni nitrat miješa se s toplom želatinom uz dodatak kalij-bromida, natrij-klorida ili drugih alkalnih metalnih halogenida. U reakciji se talože fotoosjetljivi srebrni halogenidi. Kad su kristali srebrnih halogenida dovoljno veliki, slijedi druga faza.
  2. Fizikalno dozrijevanje ili prva digestija (razgradnja čvrstog materijala u tekućini pri povišenoj temperaturi).
  3. Pranje – obavlja se na oko 10°C. Pri toj temperaturi, emulzija prelazi u stanje gela, reže se u rezance i ispire nekoliko sati vodom. Ispiru se zaostali alkalijski halogenidi, kalij-nitrati i spojevi amonijaka.
  4. Kemijsko dozrijevanje ili druga digestija.
  5. Emulziji se na podlogu dodaju različiti dodaci koji utječu na poboljšanje fizikalnih, kemijskih i fotosvojstava:
    • otvrđivači, antiseptici, sredstva za reguliranje viskoziteta, vlažnosti i površinske napetosti itd.
    • stabilizatori koji omogućuju da se početna svojstva emulzije održe određeni period (pa je važno obratiti pozornost na datum proizvodnje filma jer se poslije cca 2 godine počinje stvarati mrena).
    • optički senzibilizatori koji povećavaju osjetljivost na boje. To su alkoholne otopine boja koje su izrazito fotoaktivne, a ovisno o njihovoj primjeni razlikujemo: nesenzibiliziranu emulziju (kojoj nisu dodani optički senzibilizatori pa je osjetljiva na ljubičastoplave boje do 500 nm), ortokromatsku emulziju (dodan je senzibilizator koji proširuje osjetljivost do 580 nm i na zelenu boju), ortopankromatsku emulziju (povećana osjetljivost obuhvaća i crvenu boju do 690 nm) i pankromatsku emulziju (pankromatski senzibilizatori povećavaju osjetljivost na cijeli spektar vidljivih boja do 700 nm).
  6. Emulzija se u toplom stanju prevlači preko prozirne poliesterske podloge, papira ili nekog plastificiranog, odnosno plastičnog nosača.

Zabilježba svjetlosne informacije


Sl. 3: Sposobnost kristala srebrnih halogenida za bilježenje svjetlosne informacije temeljna je karakteristika fotokemijskih fotografskih medija. Na opću osjetljivost emulzije može se utjecati veličinom, oblikom i brojem zrna srebrnih halogenida. Maksimalna opća osjetljivost postiže se u kemijskom dozrijevanju emulzije. Tijekom kemijskog dozrijevanja, emulziji se dodaju tzv. kemijski senzibilizatori koji u reakciji sa srebrnim halogenidima stvaraju tzv. centre osjetljivosti. Nastali centri na površini su kristala srebrnih halogenida (1) pa time zrno, odnosno emulzija postaje osjetljivija. Nakon izlaganja svjetlu (eksponiranje – 2), na kristalu srebrnog halogenida došlo je do promjene: kristal (kao što je AgBr – srebro-bromid) pod utjecajem svjetla dobio je atome crnoga metalnog srebra (3). Ako je utjecajem svjetla nastalo četiri ili više atoma metalnog srebra, kristal je podoban za daljnje razvijanje kemijskom redukcijom (4), pri čemu će se povećati kristal metalnog srebra. Završna faza razvijanja jest fiksiranje pri čemu se odstranjuju neeksponirani halogenidi (5) i ostaju samo crni kristali metalnog srebra.

Film u boji

Film u boji ima složeniji mehanizam generiranja slike od crno-bijelog filma. Za negativ u boji potrebno je više emulzija od kojih svaka bilježi intenzitet svjetla neke osnovne boje (primjerice: crvena, zelena, plava), a neki slojevi služe kao filtar (žuto). Film tako može imati emulziju osjetljivu na plavo koja se prva izlaže svjetlu, a nakon toga slijedi žuti sloj koji blokira prodor plavog svjetla prema emulzijama osjetljivima na zeleno i crveno. Svaki od ovih slojeva može imati različitu osjetljivost na svjetlo i može generirati drukčiji kontrast. Pored slojeva koji su osjetljivi na svjetlo, na filmu su još i slojevi koji blokiraju UV-zračenje, zaštitni sloj koji film štiti od ogrebotina, slojevi koji razgraničavaju emulzije osjetljive na svjetlo i različiti filtri. Važno je još spomenuti da su filmovi u boji kreirani za različite specijalizirane namjene kao što su film za portrete (bolja boja tena), film za pejzaž (bolja definicija zelenih nijansi) itd.


Sl. 4: Na gornjoj ilustraciji shematski je prikazan princip funkcioniranja negativ filma u boji:

  1. Nakon eksponiranja, na svakom sloju filtriranih emulzija negativa u boji pojavila se latentna slika.
  2. Razvijanjem boje na mjestima gdje je pri razvijanju srebrni halogenid reduciran u metalno srebro, pojavljuju se boje (plavi sloj ima žutu, zeleni purpurnu, a crveni zelenoplavu).
  3. Nakon razvijanja, metalno srebro djelomično se ili u potpunosti odstranjuje i ostaje samo boja.


Sl. 5: Na gornjoj ilustraciji shematski je prikazan princip funkcioniranja dijapozitiv filma u boji:

  1. Eksponiranje;
  2. Crno-bijelo razvijanje; 
  3. Reeksponiranje (osvjetljivanjem svjetlom ili kemijskim tvarima) te razvijanje boja kao kod negativa u boji;
  4. Zadnja je faza izbljeđivanje pri čemu se odstranjuje metalno srebro pa, nakon fiksiranja i ispiranja, na filmu ostaje samo pozitivna slika u boji.  

Elektronički fotoosjetljivi mediji

Elektronički mediji za snimanje u uporabi su već dugi niz godina, a pravu revoluciju doživjeli su razvojem fotoosjetljivog čipa (integriranoga kruga s fotodiodama vrlo malih dimenzija), tzv. osjetnika slike (senzora, eng. image sensor). Osjetnik slike digitalnog fotoaparata (senzor) elektronički je uređaj koji pretvara optičku sliku u električni signal. U suvremenim digitalnim fotoaparatima najčešće su u uporabi osjetnici slike CCD i CMOS (APS). Svaka od ovih izvedbi ima svoje specifične karakteristike koje su u uporabi za specifične namjene.


Sl. 6: U digitalnom fotoaparatu, digitalna fotografija nastaje digitalizacijom slike koju objektiv (1) projicira na osjetnik slike (2). Osjetnik slike čini veliki broj (više milijuna) elektroničkih detektora osjetljivih na svjetlo: fotodioda. Fotodiode su raspoređene u pravokutnoj mreži na jednoj plohi (poput šahovskog polja). Kad fotoni (nositelji energije svjetla) padnu na površinu osjetnika slike (2), fotodiode proizvedu elektrone (električni naboj). To je podudarni (analogni) proces jer što više fotona padne na fotodiodu, jači će biti proizveden naboj. Kada je jednom električni naboj proizveden, osjetnik slike (2) mora očitati vrijednost naboja svake fotodiode. Kod CCD-osjetnika slike, električni naboji svake fotodiode u pojedinom nizu redom se prenose do krajnje točke u nizu nakon čega se prenose u pojačivač naboja (3) koji pretvara naboj u električni napon i mjeri ga. Izmjereni napon svake pojedine fotodiode pretvara se u analogno-digitalnom (A/D) pretvaraču (4) u binarni broj. Taj broj nosi podatak o svjetlini piksela. Sada još slijedi proračunavanje boje i formiranje svih potrebnih podataka o svakom pikselu. Ove radnje obavlja računalo fotoaparata (5). Nakon računalne obrade, novonastala digitalna fotografija privremeno se smješta u međuspremnik (6). Snimljena fotografija može se sada i vidjeti na zaslonu fotoaparata. Pohranjena je u međuspremniku tako dugo dok se ne pohrani na vanjsku memorijsku jedinicu u fotoaparatu, tzv. memorijsku karticu (7) u nekom od standardnih formata zapisa (JPEG, RAW, TIFF). Memorijska se kartica nakon pohranjivanja fotografije može izvaditi iz fotoaparata, a pohranjene digitalne fotografije mogu se kopirati na druge memorijske sustave, dalje naknadno obrađivati specijaliziranim softverom, ispisati pisačem, gledati na televizoru itd.


Sl. 7: Osjetnici slike boju očitavaju na različite načine. U digitalnim fotoaparatima danas su najrašireniji osjetnici s mozaik filtrom Bayer (jeftinija i jednostavnija izvedba: ispred jednog osjetnika slike jest mozaik filtar s crvenim, plavim i zelenim segmentima). Osim osjetnika s filtrom Bayer, treba spomenuti i osjetnik slike Foveon koji kombinira digitalnu tehnologiju očitavanja i obrade slike te tehnologiju izrade filma u boji. Osjetnik slike Foveon ima tri osjetnika u jednom kućištu – prvi je osjetljiv na plavo, drugi na zeleno, a treći na crveno svjetlo. Taj osjetnik slike daje triput više podataka za boju od osjetnika slike s Bayer filtrom pa time ima točniju definiciju boje po pikselu. No i cijena osjetnika Foveon mnogo je viša pa je u uporabi samo u nekim modelima digitalnih fotoaparata. Gornje ilustracije u grubim crtama ilustriraju razliku u tehnologijama: kompozitni osjetnik slike Foveon građen je od triju osjetnika – jedan za plavu (1), jedan za zelenu (2) i jedan za crvenu (3) boju, a osjetnik s filtrom Bayer jednostavnije je izvedbe – jedan osjetnik (5) iznad kojeg je crveno-zeleno-plavi mozaik filtra Bayer (4).


Sl. 8: Osjetnik slike (2) u digitalnom fotoaparatu (1) može biti različite konstrukcije, a u osnovi se sastoji od sustava filtara (3), mreže mikroleća (4), filtra Bayer (5) i fotodioda s pripadajućom elektronikom (6).

Osjetnik slike CCD

Osjetnik slike CCD otkriven je 1970. godine u laboratoriju tvrtke Bell. Sastoji se od fotoaktivne regije (sloj silicija/Si osjetljiv na svjetlo) i regije za prijenos signala ili CCD-regije (CCD – eng. charge coupled device, tj. uređaj za spregu naboja). Fotoaktivni sloj osjetnika slike CCD podijeljen je na mrežu manjih zasebnih sektora – fotodioda koje su povezane u nizove. Slika koju projicira objektiv fotoaparata pada na fotoaktivni sloj koji energiju fotona pretvara u električni naboj, a CCD-uređaj pokreće očitavanje količine naboja koji je proizvela svaka fotodioda. Tako se dobiju podaci o naboju na svakoj fotodiodi koji se na izlazu iz osjetnika isporučuju kao napon (analogni signal). Ti se podaci o naponu potom obrađuju (digitaliziraju) i pohranjuju u digitalnu sliku. Neke izvedbe osjetnika slike CCD ne trebaju mehanički zatvarač koji u potrebnom trenutku propušta svjetlo na osjetnik, već samo prosljeđuju trenutačnu informaciju o zabilježenom svjetlu pa time mogu snimati fotografije u izuzetno brzom slijedu (femto fotografija).


Sl. 9: Osjetnici slike CCD (1) imaju visoku razinu točnosti slikovnih podataka i nisku razinu šuma pa su u uporabi u astronomiji, medicini, mjernim instrumentima i svugdje gdje su potrebne visoka vjernost i preciznost podataka. Jedna od karakteristika osjetnika slike CCD jest tzv. blještavost (eng. blooming) (2) – pojava koja nastaje u regijama osjetnika koje su jako osvijetljene pa generirani elektroni preskaču na susjedne piksele u nizu i stvaraju na fotografiji neke neželjene efekte. Neke izvedbe osjetnika slike CCD stoga imaju dvostruke piksele (time je i osjetnik dvostruko veći) pa se primljeni naboj iz jednog reda brzo prebacuje u drugi red na obradu, a neke izvedbe osjetnika slike CCD imaju “odvodne kanale” za višak elektrona, ali to osjetniku snizuje osjetljivost jer se smanjuje površina fotodiode za prihvat fotona.

Osjetnik slike CMOS

Tehnologija CMOS (kratica od eng. complementary metal–oxide–semiconductor, tj. komplementarni metal-oksidni poluvodič) jest tehnologija izrade integriranih elektroničkih sklopova (tzv. čipova) za elektroničke uređaje (npr. računala), a s obzirom na to da je ta tehnologija u uporabi i pri izradi osjetnika slike, i ti su osjetnici slike dobili naziv CMOS ili CMOS APS (APS je kratica za eng. active pixel sensor, osjetnik od aktivnih piksela).

Osjetnici slike CMOS sastavljeni su od piksela od kojih svaki ima svoj pojačivač signala, a na njega se u integriranu sklopu veže i sustav za digitalizaciju pa osjetnik slike CMOS na izlazu isporučuje digitalizirani signal.

Prednosti osjetnika slike CMOS u odnosu na osjetnike slike CCD jesu:

  • mala potrošnja energije,
  • niža cijena izrade (osjetnik slike CMOS izrađen je prema istom postupku kao i čipovi elektroničkih komponenata CMOS pa nije potrebno ulagati u nove proizvodne pogone),
  • nepostojanje “blještavosti” (prelijevanja slike na susjedne piksele).


Sl. 10: Nedostaci osjetnika slike CMOS (bili) su viša razina šuma od osjetnika slike CCD i pojava deformirane slike (4) zbog spora očitavanja podataka sa osjetnika slike. Šum je bio uzrokovan manjom površinom fotodioda zbog komunikacijskih vodiča koji su ispred fotodioda – 1 (eng. front-illuminated sensor), a deformirana slika (4) bila je zamjetna pri fotografiranju s kratkim vremenom eksponiranja i primjeni tehnike praćenja objekta snimanja (eng. panning). Na suvremenim osjetnicima slike, ti nedostaci sve su manje izraženi: električni komunikacijski vodiči prebačeni su ispod fotodioda – 2 (eng. back-illuminated sensor), a brzina je očitavanja podataka povećana.

Veličina osjetnika slike

Veći osjetnici slike imaju veću površinu fotodioda pa mogu primiti više fotona i proizvesti veću količinu naboja, tj. mogu zabilježiti veći dinamički raspon nekog prizora (raspon kontrasta ili intenziteta svjetla). U većih fotodioda neće ni kod kontrastnijih prizora doći do prezasićenja koje rezultira “pregorenim” (eng. clipping) svijetlim dijelovima slike. Kako raste veličina i kakvoća osjetnika slike, tako raste i cijena digitalnog fotoaparata. Prema veličini osjetnika slike digitalnog fotoaparata, tržište digitalne fotoopreme podijeljeno je u nekoliko razreda, a navest ćemo samo neke: kompaktni (turistički, superzum…), početnički s izmjenjivim objektivima (eng. entry level ILC), napredni (eng. prosumer), profesionalni itd. Za svaki razred definirani su parametri veličine i kakvoće osjetnika pa tako ni isti format osjetnika slike na digitalnom fotoaparatu početničkog razreda neće dati istu kakvoću slike kao osjetnik slike fotoaparata višeg razreda (vezano uz razlučivost, dubinu boje i šum).


Sl. 11: Usporedba veličina i površina različitih osjetnika slike. Oznake poput 1/1,7″ nisu povezane s dimenzijama osjetnika slike, već su naslijeđene od ranijih televizijskih standarda pa spomenuti osjetnik slike ima dimenzije 7,60×5,70mm, a ne 25,4×43,18mm, kako bismo mogli pomisliti pretvarajući inče u milimetre.

o