2.4.2 胶片的主要感光特性与感光特性曲线

2.4.2  胶片的主要感光特性与感光特性曲线

胶片的感光特性是指胶片曝光后（经暗室处理）得到的底片黑度（光学密度）与曝光量的关系。主要的感光特性包括感光度（S）、梯度（G）、灰雾度（D₀）及宽容度等，感光特性曲线集中反应了这些感光特性。

胶片的感光特性曲线，给出的是胶片曝光后（经暗室处理）得到的底片黑度（光学密度）与（相对）曝光量对数的关系。

在描述这个特性曲线之前，首先建立光学密度和曝光量概念。

图2-26  光学密度定义

胶片经过曝光和暗室处理后称为底片，对射线照相则常称为射线照片。底片上各处的金属银密度不同，所以各处透光的程度也不同。底片的光学密度就是底片的不透明程度，它表示了金属银使底片变黑的程度，所以光学密度通常简称为黑度。

如图2-26所示，设入射到底片的光强度为I₀，透过底片的光强度为I，记光学密度为D，则光学密度定义为

D＝lg（I₀／I ） （2-4）

即光学密度为入射光强度与透射光强度之比的常用对数之值。

曝光量是在曝光期间胶片所接收的光能量，记，光（射线）强度为I，曝光时间为t，曝光量为H，则曝光量可以用下式定义

H＝I t （2-5）

在射线照相中通常所说的曝光量（常用E表示），与这里的定义不完全相同，例如，对X射线采用管电流与曝光时间的乘积，而对g射线则常采用源的放射性活度与曝光时间的积，并没有直接采用射线强度与曝光时间的积。但对于同一管电压下的X射线或同一g射线源的g射线，它们之间存在固定的关系，即仅相差一个常数倍数。

图2-27是一般胶片的感光特性曲线的典型样式。特性曲线的纵坐标表示底片的黑度，横坐标表示曝光量的常用对数。

图2-27  胶片的特性曲线

胶片的感光特性曲线一般可分为下面几个部分。

（1）趾部  即曲线中的AC部分，也称为曝光不足区。在这部分，对应于曝光量的增加黑度的增加很慢。

（2）正常曝光部分  即曲线中的CD部分，这部分曲线近似为直线，在这一部分，黑度与曝光量的对数近似成正比。工业射线照相检验中规定的射线照片黑度都在这个范围之内。

（3）肩部  即曲线的DE部分，也称为曝光过度区，在这部分当曝光量增加时，黑度的增加很缓慢。

（4）反转部分  即曲线中E以后的部分，以前这部分常称为负感区。在这部分黑度随曝光量的增加不仅不增加反而减少。

对特性曲线的正常曝光部分，黑度与曝光量对数之间近似满足下面的关系：

D＝GlgH+k （2-6）

式中  D —— 底片黑度；

  G —— 特性曲线的斜率，也即梯度；

  H —— 曝光量；

 k —— 常数。

这个关系式在讨论射线照相检验技术的理论时，经常要加以引用。图2-28是工业射线胶片的感光特性曲线，显然，在常用的黑度范围它不同于一般胶片的感光特性曲线。

图2-28  工业射线胶片的感光特性曲线

从胶片感光特性曲线，容易定义和理解胶片的主要感光特性。

（1）感光度（S） 感光度也称为感光速度，它表示胶片感光的快慢。通常定义，使底片产生一定黑度所需的曝光量的倒数为感光度，即

S＝1/Ｈ_S

其中H_S为产生一定黑度所需要的曝光量。

不同胶片得到同样的黑度所需的曝光量不同，所需曝光量少的感光度高，或说感光速度快。对工业射线胶片，我国标准GB 9582—1988和ISO 7004标准均规定，H _S为产生片基加上灰雾黑度再加上2.0的黑度所需要的曝光量，曝光量的单位为Gy。不同国家、不同标准在不同时期曾经作出过不同的规定。

（2）梯度（G） 胶片特性曲线上任一点的切线的斜率称为梯度，以前常称为反差系数。特性曲线上不同点的梯度是不同的，即使在正常曝光部分，由于曲线只是近似直线，因此各点的梯度也存在一些小的差别。对可见光，胶片特性曲线的正常曝光部分，梯度可以认为是常数。对非增感型射线胶片，在一定黑度范围内（至少到黑度为12～16），梯度随着黑度的增加连续增大，为了简单化，常也近似地认为梯度近似是常数。为了表示胶片这方面的特性，引入了特性曲线的平均斜率，记成。它是在特性曲线上选择两个特定的点，以这两点连线的斜率作为胶片特性曲线的平均斜率。GB/T 9582—1988标准规定如下计算平均斜率：

式中  D₁ —— 片基加灰雾度再加1.50的黑度；

 D₂ —— 片基加灰雾度再加3.50的黑度；

  H₁ —— 产生黑度D₁所需的曝光量；

H₂ —— 产生黑度D₂所需的曝光量。

梯度与胶片的类型、增感方式、显影过程等相关。

（3）宽容度（L） 宽容度定义为特性曲线上直线部分对应的曝光量对数之差，即

在这个范围内，由于黑度与曝光量对数近似成正比关系，因此在射线照相检验中不同厚度或厚度差将以相应的不同黑度记录在射线照片上。

（4）灰雾度（D₀）它表示胶片即使不经曝光在显影后也能得到的黑度。在胶片感光特性曲线上是曲线起点对应的黑度。

胶片的感光度、梯度（或说平均斜率）、灰雾度与存放时间和显影条件都相关，随着时间的延长，胶片的感光性能将要衰退，这称为感光材料的“老化”。

研究指出，感光材料对不同波长（不同能量）的光或射线的敏感性不同，也就是感光度不同，因而要达到同一黑度，采用不同波长（能量）的光或射线曝光将需要不同的曝光量。图2-29是胶片对不同能量的感光灵敏度特性，常称为胶片的谱响应灵敏度曲线。由于这样一个特性，所制作的胶片感光特性曲线，都是在规定的能量下的结果，在讨论一些具体问题时，应注意这个前提条件。

影响胶片感光特性的一个重要方面是卤化银颗粒的粒度，即感光乳剂中卤化银颗粒的平均尺寸。卤化银颗粒尺寸一般不超过1mm，但不同的卤化银颗粒尺寸不同，因此，不同的卤化银颗粒其尺寸总存在与平均尺寸的偏差。此外，在感光乳剂中，卤化银颗粒的随机分布将使得在不同区域卤化银颗粒的密度也会不同。这些情况使得均匀的曝光过程也会产生感光的不均匀性。胶片的感光特性还将受到暗室处理的影响。

一般说来，随着粒度增大，胶片的感光度也增高，梯度降低，灰雾度也会增大。

感光材料的粒度限制了胶片所能记录的细节最小尺寸。

图2-29  胶片的谱响应灵敏度曲线