Регистрация инфракрасной люминесценции

Хорошо известны видимая флуоресценция и фосфоресценция, возбуждаемые ультрафиолетовым излучением. Инфракрасная люминесценция не так хорошо известна, потому что возникает в невидимой области спектра. Несмотря на это, ее можно обнаружить фотографически.

Вероятно, первое упоминание об обнаружении инфракрасной люминесценции было приведено в статье Дэрэ и Бирмахера [2.94]. Авторы сообщили результаты спектроскопического исследования, в котором описали, что была обнаружена флуоресценция (возбужденная ультрафиолетовым излучением и синей линией) на длине волны 830 нм в листьях живой герани и в хлорофилле а и b. Их работа показала, что люминесценцию ботанических объектов можно возбуждать сине-зеленым светом или ультрафиолетовым излучением и фотографировать обычными фотокамерами.

Лазарев и Эрзатов [2.110] и Зушкин [2.126] сообщили результаты фотографических исследований видоизмененных документов с помощью регистрации инфракрасной люминесценции, возбуждаемой ультрафиолетовым излучением. (Другие исследователи использовали возбуждение только сине-зеленым светом.) Статья Барнеса [2.91] об обнаружении минералов прибором ночного видения послужила началом для двух независимых исследований (Годаун упоминается у Сомерфорда [2.119] и Гибсона [2.99]) в фотографии инфракрасной люминесценции, возбуждаемой сине-зеленым светом. Годаун работал в области технической экспертизы документов, в то время как автор данной книги исследовал возможности использования этой методики в ботанике, биологии и медицине, а также изучал проблему усталости и фосфоресценцию.

В ранних работах применялась фильтрация возбуждающего освещения ячейками, содержащими водный раствор сульфата меди; автор использовал более удобный и эффективный инфракрасный абсорбционный фильтр из сине-зеленого стекла. С помощью такой относительно новой методики можно исследовать широкий круг объектов. При этом используются простые, удобные фотографические устройства. Области применения таких устройств рассматриваются в последующих главах, так как они слишком многочисленны, чтобы описать их в настоящей главе, а технические проблемы в них одни и те же.

Барнес определил, что, хотя для большинства минералов интенсивность инфракрасной люминесценции оказывается непостоянной, она зависит от присутствия в них примесей и места, где добыты эти минералы; только один минерал — гринокит (сульфид кадмия) флуоресцирует с постоянной величиной интенсивности. Поэтому в экспериментах с фотографированием люминесценции хлорофилла автор заимствовал для контроля маленький кусок гринокита, добытый в шт. Нью-Мексико (рис. 2.14).

Рис.2.14. Данное изображение является первой фотографией инфракрасной люминесценции биологических объектов.

Такие фотографии образцов можно сравнить с исследованиями в отраженных ИК-лучах. Указание: фотографию рассматривать по часовой стрелке, начиная с цветка Anthemis cotu - la — Acer platanoides, небольшой лист из семени Cyclamen neopolitan, вариант— Thuja ос cidentalis — Larix decidua — Equisetum hymenale — Tsuga canadensis — Lepadina marginata, прицветник — гибридная чайная роза, молодой красный листочек — блестки гринокитав небольшом образце скальной породы, использованные в качестве контрольного образца для фотографирования люминесценции.

Из рис. 2.14 также видно, каким образом можно расположить образцы для сравнения люминесцентных характеристик и как можно оценить результаты эксперимента. Из рисунка ясно, что компоненты, не имеющие хлорофилла, не люминесцируют. Например, кольцо на части тростника и белые лепестки цветка под кленовым листом на фотографии не проявляются. Однако верхние лепестки цветка, находящиеся над кленовым листом, пропускают инфракрасное излучение, испускаемое кленовым листом. Имеется также боковое рассеяние в прицветнике, препятствующее слишком сильному потемнению белой области, хотя эта область оказывается все же несколько темнее, чем зеленая. Очевидно, что такое рассеяние или пропускание необходимо принимать во внимание при изучении люминесцентных свойств специальных образцов. Это также относится и к любому отраженному свечению прилегающей области. Образцы не должны располагаться слишком близко друг к другу, их можно разделить низкими металлическими перегородками. Для разделения небольших образцов очень хорошо подходят крышки кассет для 35-мм пленки. В этой связи необходимо отметить, что, когда породу, содержащую природный сульфид кадмия, разбили на куски и сфотографировали, то камера позволила обнаружить на фотографии только один желтый минерал, тогда как другие экспонированные поверхности кусков породы оказались темными из-за отсутствия эмиссии.

Технические факторы. Основной принцип фотографирования инфракрасной люминесценции заключается в том, что из потока лучистой энергии возбуждения исключается ИК-излучение и предотвращается попадание видимого света на пленку.

Перед источником излучения необходимо поместить сине-зеленые фильтры, а перед объективом камеры — непрозрачный инфракрасный фильтр. В таких условиях любое инфракрасное изображение, образующееся в фотокамере, возникает только от излучения, испускаемого объектом. Ниже приводится перечень используемых фильтров. Фильтры для источников излучения не подлежат оптической полировке.

Фильтры для возбуждения сине-зеленым светом:

9780— Corning Color Filter

С. S. № 4—76, формованный, толщина 8 мм (сине-зеленый)1);

3966— Corning Glass Color Filter

(тип AKLO), С. S. № H. R 1—59, формованный и закаленный,

толщина 4 мм (абсорбирующий тепло).

Непрозрачный ограждающий фильтр:

№ 87 — Kodak Wratten № 87 Filter (инфракрасный).

 

Рис. 2.15 а и 2.15 6 показывают, как и где применяются эти фильтры, а также различие между методами фотографирования люминесценции и в отраженных лучах. На рисунках представлена также удобная система освещения. Средняя экспозиция для высокочувствительной инфрапленки составляет 3 мин при f/5,6.

Объекты можно также сфотографировать в полностью затемненном помещении. Тогда ограждение не требуется при условии, что лампы не пропускают свет. Обычно легче сделать коробку для образца, чем заключить накальные лампы в полностью светонепроницаемый корпус.

Рис. 2.15 а. Схема, демонстрирующая методы фильтрации для фотографирования в отраженных ИК-лучах (а) и люминесценции (б).

Кирхгесснер [2.109] предложил очень простой метод специального фотографирования люминесценции в темной комнате. Он соорудил пару осветительных элементов, каждый из которых представлял собой ящик, выполненный из окрашенной фанеры толщиной 1,27 см, в котором устанавливались шесть флуоресцентных ламп General Electric F-6, T5-W. Окна из стекла Corning 9788 имели квадратную форму со стороной 40,32 см. Лампы горели холодным светом, что устраняло необходимость использования стекла, поглощающего тепло, или вентиляции. Нормальная экспозиция составляла 45 с при f/5,6 и расстоянии от источников излучения до объекта 38 см. Стекло Corning 9788 весьма пригодно и при судебной экспертизе документов. Так как для работы с большинством образцов стекло Corning 9780 обеспечивает более чистый сине-зеленый свет, то при этом требуются и более длительные экспозиции.

Любое устройство для фотографирования инфракрасной люминесценции необходимо испытать, фотографируя объекты с заранее известной эмиссией; для этого можно использовать гринокит, зуб, порошок билирубина или зеленый лист.

Рис. 2.15 6. Эффективные методы возбуждения эмиссии и ее фотографирования.

Показан вид сбоку светонепроницаемой коробки, выполненной из алюминия или окрашенной изнутри белой краской. Слева внизу показано, как можно установить коробку без дна в рамку при исследовании картины. Такую же коробку можно установить на подобный закрытый поддон для исследования образцов

Другим проверяемым параметром устройства является чистота возбуждающего излучения. Даже если небольшое количество излучения лампы попадает мимо фильтра на объект, это может вызывать появление ложного изображения за счет отраженного ИК-излучения, поскольку требуются длительные экспозиции. Для контроля необходимо около образца расположить блестящий шарик. На снимке он получится черным, и на него попадет только слабая, незначительная инфракрасная составляющая из потока сине-зеленого излучения, если мимо фильтров проходит лишь совершенно пренебрежимое количество ИК-излучения возбуждения. Если на изображении шарика появятся яркие большие или многочисленные блики, то это указывает на то, что ИК-излучение приходит откуда-то еще из устройства либо проникает через треснутый или очень плохо подогнанный фильтр (рис. 6.9).

Методы маскирования

Даже когда используются оптимальные методы регистрации, негативы часто оказываются несовершенными для печати из-за смешения, расплывчатости или перекрывания деталей фотографируемого объекта. Например, подпись на картине может быть покрыта слоем, который регистрируется почти с той же оптической плотностью, что и сама подпись. Выделить нужное изображение обычно могут помочь методы маскирования. Они находят наибольшее применение при экспертизе документов и произведений живописи. Специальные работы, касающиеся применения методов маскирования, будут обсуждаться в этой книге ниже. Основные принципы методов приводятся в данном разделе. Полное представление о принципах и технических приемах маскирования выдвинул Гослинг [2.105]. См. также работы [2.66] (музейное дело), [2.73] (медицина), [2.78] (биология).

Рис. 2.16. Примеры методов маскирования при получении изображений фрагментов свитков Мертвого моря, полученных методом фотографирования ИК-лю
минесценции.

а — отпечаток с исходного негатива; б — отпечаток с маскированной копии негатива; в — вид позитивной, хорошо освещенной маски; г — вид маски негативной области в сочетании с хорошо освещенной маской и промежуточным позитивным изображением (полученным непосредственно с исходного негатива) для печатания копии негатива. (Образец сфотографирован с любезного разрешения аббата И. Т. Милика из Понтифичио Институте Библико, Рим.)

Существует два основных типа масок — те, которые напечатаны на пленке с основного негатива, и те, которые сделаны в фотокамере во время получения основного негатива. Первый тип масок можно напечатать как диапозитив таким образом, что большие участки будут размыты, а мелкие детали будут совершенно нерезкими (нерезкая маска); можно получить также контрастную, но слабую, отчетливую, позитивную маску, напечатанную из первоначального негатива (градационная маска). Второй тип масок состоит из позитивного отпечатка, выполненного из измененного негатива, снятого в точно таком же масштабе, что и первоначальный, основной негатив (цветоделительная маска). Изменения обычно вводятся фильтрами; в таком случае основной негатив содержит в себе желаемую информацию, тогда как измененный негатив содержит большую часть ненужной для основного негатива информации и не содержит какой-либо нужной информации. В настоящее время основные назначения масок обобщаются.

Нерезкая маска. Такая маска совмещается с негативом на последней стадии печатания фотоснимка. Таким образом, темные участки на маске просветляют затененные участки негатива.

В самом деле, когда маскирование заключается в тональном ослаблении негатива (для получения автоматического комбинированного изображения), выбирается бумага только средней контрастности. С другой стороны, когда особое значение придается! мелким деталям, например закрашенной подписи в произведениях живописи или слабо видимым венам при клиническом исследовании, необходима контрастная бумага; маска предотвращает слишком резкую градацию между оттенками, однако детали хорошо фиксируются на бумаге. Это происходит потому, что применение нерезкой маски создает более равномерные оттенки больших участков при использовании позитивной маски и негатива без существенного воздействия на изображение мелких деталей. Так как такая маска является нерезкой, то на ней нельзя отчетливо передать мелкие структуры негатива. Таким образом, не стоит говорить о том, что маска видоизменяет мельчайшие детали. Наоборот, она выделяет такие детали потому, что:

1) слабая градация позитивной маски уравновешивает или сглаживает в определенной степени градацию негатива;

2) бумага, необходимая для печатания сочетания маски и негатива, контрастнее бумаги, необходимой для печатания только негатива;

3) основные оттенки печатаются так, чтобы получить общую градацию, которую они обеспечивают на немаскированном отпечатке, но незатронутые маскированием тонкие линии имеют оттенок светлее или темнее благодаря увеличенной контрастности бумаги.

Градационная маска. Этот тип маски является слабым, но контрастным отпечатком первоначального негатива. Желаемая информация (темная или светлая на первоначальном негативе) проявляется в противоположном маске оттенке, а остальная часть изображения ослабляется. Таким образом, когда сочетаются негатив и контактная световая маска, необходимая информация сохраняется, в то время как остальная часть получаемого изображения не очень отличается от негатива по цвету. Такое сочетание применяется для получения мягкой маски. В последующем градационная маска не используется, а негатив и мягкая маска печатаются обычным способом. Модификация этого метода была использована при фотографировании, описанном в подписи к рис...16.

Цветоделительная маска. Чаще всего метод цветоделительного маскирования применяется в ИК-фотографии для выявления на картинах подписей, закрашенных надписей и предварительных эскизов. Поскольку ИК-излучение проникает сквозь лак и краску, негатив будет содержать необходимую информацию. Однако необходимая информация часто плохо фиксируется на негативе из-за покрывающих картину слоев, не интересующих фотографа. В таком случае на панхроматической пленке делается снимок через красный фильтр так, чтобы масштаб съемки был неизменным. Этот негатив обычно регистрирует внешний слой картины в тех же общих тонах, что и инфракрасный негатив. С этого негатива печатают позитивную маску. Когда маска используется в сочетании с инфракрасным негативом, то она как бы вычитает часть оптической плотности из инфракрасного негатива. Однако, поскольку маска не содержит необходимой информации, последняя не вычитается, и ее можно напечатать более отчетливо с инфракрасного негатива. Когда документ содержит информацию на обеих сторонах, ИК-фотографирование может зарегистрировать ненужные данные с другой стороны документа. Такой недостаток иногда можно устранить с помощью цветоделительной маски, выполненной с панхроматического негатива другой стороны документа. Иногда инфракрасный негатив, полученный при фотографировании методом подсветки, используется для вычитания некоторого количества «грязи» при записи флуоресценции, возбуждаемой ультрафиолетовым излучением.

Упомянутые выше работы наряду с работами, относящимися к различным областям применения маскирования и рассматриваемые в последующих главах, содержат дополнительные подробности и технические детали, необходимые для создания и оценки масок.