Физики открывают мультиспектральные секреты самых ранних цветных фотографий

Физикиоткрываютмультиспектральныесекретысамыхраннихцветныхфотографий

Поймайте стоячую волну –

Французский физик Габриэль Липпманн создал первые цветные фотографии в 1940.

Французский физик Габриэль Липпманн был пионером цветная фотография и зацепил 1940 Нобелевская премия по физике за его усилия. Но согласно в недавней статье , опубликованной в Труды Национальной академии наук (PNAS), техника Липпмана искажала цвета фотографируемых сцен. Физики из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) в Швейцарии смогли определить природу этого искажения и разработали средство восстановления исходного спектра, из которого были созданы пластины. 00

«Это самые ранние зарегистрированные многоспектральные измерения света, поэтому мы задались вопросом, можно ли точно воссоздать оригинальный свет этих исторических сцен », сказал соавтор Жиль Бэклер . «Но способ создания фотографий был очень специфическим, поэтому нас также действительно интересовало, сможем ли мы создавать цифровые копии и понять, как работает эта техника».

Профессор физики из Сорбонны, Липпманн заинтересовался разработкой средств фиксации цветов солнечного спектра на фотографической пластинке в 1891, «при этом изображение остается фиксированным и может оставаться при дневном свете без ухудшения». Он достиг этой цели в , создавая цветные изображения витража, вазы с апельсинами и красочного попугая, а также пейзажей и портреты, в том числе автопортрет. (Забавный факт: среди подопечных Липпмана была многообещающая польская студентка-физик по имени Мария Склодовская, которая вышла замуж за Пьера Кюри и получила две собственные Нобелевские премии.)

Процесс цветной фотографии Липпмана включал обычное проецирование оптического изображения на фотопластинку. Проецирование производилось через стеклянную пластину, покрытую прозрачной эмульсией очень мелких зерен галогенида серебра с другой стороны. Также было жидкое ртутное зеркало, контактирующее с эмульсией, поэтому проецируемый свет проходил через эмульсию, попадал в зеркало и отражался обратно в эмульсию 24

«Это вызывает интерференцию света, и в результате интерференционная картина по-разному показывает эмульсию на разной глубине», – сказал Бехлер и другие. написали в своей статье PNAS. Таким образом, экспозиция была «закодирована» внутри эмульсии в виде интерференционной картины. После нескольких минут экспонирования пластину вынули из жидкой ртути и обработали.

Для просмотра готовую пластину переворачивали вверх дном и к поверхности прикрепляли призму, как правило, с помощью адгезива канадского бальзама. Затем пластина освещалась спереди под перпендикулярным углом белым светом. В любой точке на пластине, где длина волны света, создавшего пластинки, соответствовала длине волны падающего света, он отражался бы обратно к зрителю; другие длины волн будут поглощаться или рассеиваться зернами серебра или просто проходить через эмульсию для поглощения черным антибликовым покрытием на обратной стороне пластины.

Процесс Липпмана так и не получил коммерческого распространения, в основном потому, что он требовал длительного времени выдержки и не было возможности делать цветные отпечатки. Но это действительно вдохновило на дальнейшие успехи в цветной фотографии. Он предвосхитил Деннис Габор изобрел голографический метод в 1940 s, а также разработка оптического лазера голография в s.

  • Габриэль Липпманн в лаборатории Сорбонны для исследований по физике.

  • Пластина Липпмана с пейзажной сценой.

  • Цвета меняются в зависимости от угла обзора.

  • Автопортрет Габриэль Липпманн рассматривается при разном освещении. (A) Рассеянное освещение. (B) Направленный свет, входящее направление которого является зеркальным отображением направления взгляда по отношению к поверхности пластины.

    G. Baechler et al. / Proc. Natl. Акад. Наук, 2560

  • Алгоритм восстановления применяется к двум историческим пластинам. (Слева) Фотографии пластин. (Справа) Измеренные и восстановленные спектры.

    G. Baechler et al. / Proc. Natl. Акад. Наук, 9933

Техника Липпмана была в значительной степени забыта, а его фотопластинки были заперты в музейных хранилищах. Когда Бэклеру и его коллегам из EPFL предложили доступ к некоторым из этих оригинальных пластин, они ухватились за этот шанс. По словам авторов, современные мультиспектральные камеры захватывают сотни спектральных образцов в видимом диапазоне, но большинство фотографических методов просто делают три измерения красного, зеленого и синего цветов. Исследователи обнаружили, что процесс Липпмана зафиксирован между 37 а также 360 спектральных образцов, что делает его самым ранним известным методом получения мультиспектральных изображений.

Кроме того, «хотя воспроизводимые цвета могут выглядеть точными для глаза, если мы исследуем полное Спектр отраженный от пластины Липпмана и сравнивая его с оригиналом, мы замечаем ряд несоответствий, многие из которых никогда не были задокументированы даже в современных исследованиях », – пишут авторы.

Они хотели лучше понять природу этих несоответствий, чтобы определить, можно ли устранить искажения и восстановить исходный входной спектр. Поэтому они использовали пластинки Липпмана, чтобы сфотографировать полный спектр света, и обнаружили, что использование слоя жидкой ртути сдвигает цвета света в сторону красного конца спектра. Использование отражающего слоя воздуха сместило цвета в сторону синего конца спектра.

Это оказалось ключевым. «В случае с историческими пластинами в процессе есть факторы, которые мы просто не можем знать, но, поскольку мы поняли, чем отличается свет, мы могли бы создать алгоритм, чтобы вернуть исходный свет, который был захвачен» сказал Бехлер . «Мы смогли изучить обратимость, то есть, учитывая спектр, полученный на фотографии Липпмана, мы знаем, что можно отменить искажения и восстановить исходный входной спектр. Когда мы запачкали руки и сделали наши собственные пластины, используя исторические данные процесса, мы смогли проверить правильность моделирования. “

Baechler и др. . считают, что пересмотр новаторской техники Липпманна однажды может привести к созданию новых мультиспектральных камер, моделей для печати и дисплеев. Фактически, команда уже построила прототип цифровой камеры Липпмана. В настоящее время исследователи изучают возможность печати мультиспектральных изображений на стекле с помощью фемтосекундных лазеров.

«Принцип почти такой же, как у Липпмана, за исключением того, что вместо того, чтобы полагаться на фотохимию, мы используем сверхбыстрые лазеры для локального изменения показателя преломления подложек, таких как кремнезем», – писали они. «Поскольку изменения показателя преломления приводят к отражениям, мы можем, по крайней мере в принципе, печатать мультиспектральные изображения в стиле Липпмана по своему желанию».