Изменение цветового контраста
Средствами черно-белой фотографии изменяют не только соотношение яркостей объектов. Среди них попадаются слабовидимые окрашенные следы рук, обуви, выцветшие или смытые записи или оттиски печатей, тексты, залитые или зачеркнутые чернилами или другими красителями, а также различные дописки или дорисовки в документах, слабо отличающиеся по цвету от штрихов основного текста. От черно-белых они отличаются различиями в цвете либо его оттенках, поэтому особенности их съемки состоят в выявлении и усилении незначительных цветовых различий. Этим и занимается специальный раздел контрастирующей фотографии — цветоразличительная фотография
Различаемость близких по окраске деталей характеризует цветовой контраст – зрительно воспринимаемое соотношение цветовых оттенков, обусловленных неодинаковым спектральным составом отраженного ими света. Максимальный цветовой контраст образуют основной и дополнительный к нему цветовые тона: К и Г, С и Ж, З и П. Иные соотношения цветовых тонов (например, К и 3, Г и С) дают меньший контраст, а при значениях меньше порогового не улавливаются зрением. Трудноразличимы цветовые оттенки красителей, близких по соотношению спектральных тонов к белому свету, а одноцветные чернила и пасты, состоящие из неодинаковых по химическому составу красителей, неразличимы для зрения.
Наглядным доказательством того, что документ выполнен неодинаковыми по цвету красителями, служит фотоснимок, на котором элементы записей имеют высокое различие в плотностях почернений либо в цвете.
Цветовой контраст изменяют для решения следующих задач:
– ослабления или исключения окрашенной детали на фоне объекта или ослабления мешающей окраски фона. При этом относительные яркости детали должны быть приближены к яркости фона:
, 
;
– усиления окрашенной детали, например, слабовидимой записи, следа. Здесь независимо от окраски деталь должна наблюдаться и передаваться на снимке в глубоко темных тонах:
, 
;
– разделения деталей, максимально усиливая одни окрашенные детали и одновременно ослабляя другие, например, при установлении дописок, исправлений в документе:
, 
; или 
, 
.
Цветоразличительная фотография – это метод исследования, позволяющий преобразовывать незначительные различия в цветовых оттенках объекта в хорошо видимые различия яркостей объекта или плотностей почернения на черно-белых снимках.
Понятие эффективной зоны освещения. Изменение цветового контраста сводится к получению таких условий (наблюдения, съемки), при которых соотношение яркостей двух окрашенных деталей резко отличалось бы от соотношения яркостей тех же деталей, наблюдаемых в естественных условиях. Такие условия создает эффективное освещение, т. е. освещение определенного спектрального состава.
Эффективная зона освещения – это узкий участок спектра излучения источника (Δλ), который при воздействии на объект дает максимальное преобразование (усиление или ослабление) яркостей окрашенных деталей. Например, при красном неактиничном освещении деталь красного цвета сливается с фоном, а при синем освещении выглядит темной.
Зону эффективного освещения определяют, исходя из спектральных свойств красителя, выражаемых зависимостью (графиком) изменения коэффициента отражения (поглощения) от длины волны излучения. Наибольший эффект наблюдают в тех областях спектра, где соответствующие коэффициенты имеют максимальное или минимальное значения (рис. 153).
Ослаблениецветового контраста наблюдается, если зона эффективного освещения приходится на максимум значения коэффициента отражения (рис. 153 а). Усилениецветового контраста достигается, если зона эффективного освещения выбирается в участках спектра с минимальными значениями коэффициента отражения (рис. 153 б). Для разделения двух близких по окраске деталей зоной эффективного освещения является участок спектра, где коэффициенты отражения (поглощения) имеют максимальное различие (рис. 153 в).
Определение зоны эффективного освещения состоит в оценке спектральных свойств красителя объекта. Чем точнее оценка, тем эффективнее процесс цветоразличения. Для оценки спектральных свойств объекта в криминалистике используют объективный (инструментальный), субъективный (визуальный) методы или устанавливая зону эффективного освещения экспериментально.
Рис. 154. Схемы двухлучевого спектрофотометра:
И — источник; О — объект; К — оптический клин; М — модулятор; Ф — монохроматор;
П — фотоэлектрический приемник излучения; У — усилитель;
Р — аналоговый цифровой анализатор
Инструментальный метод основан на использовании спектрофотометрических приборов, разлагающих отраженный или пропущенный деталями свет по спектру излучения и позволяющий получать зависимость этих величин от длины волны видимого света (рис. 154). В криминалистических подразделениях для изучения спектральных свойств объектов используются спектрофотометры марок СФ-10, СФ-18. Однако из-за малого объема материала (ширины штриха) они не нашли широкого распространения на практике.
Экспериментальным путем зону эффективного освещения подбирают, последовательно освещая объект излучениями различной длины волны или рассматривая его через светофильтры различных марок. Условия освещения, при которых наблюдается максимальное изменение цветового контраста, используют для цветоразличения.
При субъективной оценке спектральным прибором является глаз человека. Он хоть и различает множество цветовых оттенков, но с меньшей точностью. Для анализа цвета используют атласы цветов. По ним определяется образец, который близок по цветовому тону, насыщенности и светлоте оцениваемому объекту. Для этой же цели в криминалистике используют цветовой круг или цветовой треугольник – цветовые системы, у которых цветовые тона непрерывно переходят один в другой, как и в видимом солнечном спектре. У цветового треугольника на рис. 155 цветовые тона размещены по признаку цветового контраста: напротив основных цветовых тонов (красного, зеленого, синего) расположены дополнительные к ним (голубой, пурпурный, желтый).
При субъективной оценке цветового контраста по атласам используют следующие правила цветоразличения: для усиления цветового контраста подбирают зону эффективного освещения дополнительного цвета по отношению к окраске усиливаемой детали; ослабление цветового контраста осуществляют подбором зоны эффективного освещения того же цвета, что и цвет ослабляемой детали; для разделения двух близких по окраске деталей зона эффективного освещения должна быть дополнительного цвета к окраске одной из них и одновременно близка по цвету к другой.
Более точно спектральные свойства объекта оценивают по цветовому графику, принятому в Международной колориметрической системе (МКС). Он позволяет выражать цветовые оттенки объекта через доминирующую длину волны монохроматического излучения, соответствующего их цветовому тону (см. рис. 156).
Криволинейную часть графика образуют цветовые тона излучений видимого спектра от 400 до 700 нм, а прямолинейную – неспектральные пурпурные тона, получаемые смешением излучений 400 и 700 нм в различных пропорциях. Насыщенность цветовых тонов снижается к центру графика – области белых цветов. Зону эффективного освещения подбирают, сравнивая цветовые оттенки объекта с эталонными внутри графика. Необходимую для цветоразличения область спектра устанавливают, проводя прямую линию через участок, равноценный по цветовому тону и насыщенности детали объекта (К), и центр графика (область белых цветов – точка Е) до пересечения с кривой (прямой) графика. Точки пересечения (М и N) дают области эффективного освещения для ослабления цветового контраста с одной стороны и его усиления – с другой.
Рис. 156. Цветовой график в Международной колориметрической системе (МКС)
Средства выделения зоны эффективного освещения. Изменение цветового контраста осуществляется тем успешнее, чем более узкая зона эффективного освещения используется для цветоразличительной съемки. Из спектра излучения источников ее выделяют посредством спектральных приборов, светофильтров, фотоматериалов, чувствительных к определенной части спектра, а также с помощью источников света, дающих линейчатый спектр, например, линии ртути: 404, 436, 491, 546, 578, 691 нм.
Наиболее узкие участки спектра «вырезаются» спектральными приборами — монохроматорами (рис. 157), однако они создают невысокую освещенность, а размеры освещаемых участков объекта очень малы. Для освещения больших площадей применяют специальные диффузоры, рассеивающие выходящий из монохроматора пучок света, а также приспособления для перемещения светового луча по поверхности объекта (рис. 158).
Рис. 157. Принципиальная схема монохроматора: Л — источник света;
К — конденсор; Щ1— щель; О1 — иллюминатор; Д — диспергирующее
устройство; О2— объектив; Щ2 — выходная щель
Для выделения эффективной зоны освещения при цветоразличении используются светофильтры. По принципу действия их делят на абсорбционные и интерференционные.
Наиболее эффективны здесь интерференционные светофильтры. Направляя световой поток перпендикулярно плоскости различных по окраске светофильтров, получают монохроматическое излучение со строго определенной длиной волны. Так, например, интерференционные светофильтры (синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый и красный) поворотного интерференционного монохроматора МИП-1 (МИП-2), входящего в комплект поляризационных микроскопов типа «Полам», позволяют выделить зону эффективного освещения с длиной волны соответственно 438, 486, 520, 589, 603, 700±3 нм. С изменением направления светового потока относительно плоскости светофильтра в пределах от 0 до 35º плавно изменяется и зона эффективного освещения в видимом диапазоне от 400 до 700 ни.
Абсорбционные светофильтры пропускают (поглощают) лучи различных зон видимого спектра избирательно. Для цветоразличительной съемки они подбираются по спектральным свойствам — в зоне эффективного освещения светофильтр должен быть максимально «прозрачным». Наиболее удобны при этом монохроматические светофильтры, пропускающие узкие участки спектра. Суммируя оптические плотности стекол различных марок, получают составные светофильтры с нужной зоной пропускания. Для этого по каталогам цветного стекла подбирают светофильтры, оптические плотности которых при суммировании дадут оптимальную зону.
Для выделения эффективной зоны освещения используются светочувствительные материалы различной сенсибилизации, хотя их возможности здесь ограничены. Область спектральной чувствительности таких фотоматериалов (несенсибилизированных, ортохроматических) делится на две зоны: в одной из них они чувствительны к излучению, отраженному от детали, а в другой нет. На этой основе можно сформулировать следующие правила цветоразличения: для усиления цветового контраста применяют фотоматериалы, нечувствительные к лучам света, отраженным от усиливаемой детали; для ослабления цветового контраста применяют фотоматериалы, чувствительные к лучам света, отраженным от ослабляемого участка; для регистрации изменения цветового контраста применяют фотоматериалы изопанхроматической сенсибилизации. При цветоразличительной съемке используются несенсибилизированные, изоортохроматические, ортохроматические, панхроматические и изопанхроматические фотоматериалы (рис. 159).
а б
Рис. 159. Выделение эффективной зоны освещения: а - светофильтрами; б- фотоматериалами
При выделении эффективного освещения учитывается и распределение излучения по спектру, создаваемое различными источниками. Так, усилению контраста способствуют осветители, спектр которых не содержит излучения с цветовым тоном, близким к тону усиливаемых деталей, а понижению контраста — те, в спектре которых преобладают лучи, соответствующие цветовому тону ослабляемой детали.
Таким образом, любая задача по изменению цветового контраста сводится к нахождению эффективной зоны освещения и ее выделению с помощью осветителей, светофильтров, фотоматериалов.