Fotografie

Der Film

Der Schwarz-Weiß-Film

Aufbau

Mit der Erfindung des Schwarz-Weiß-Films fing die Fotografie an. 1839 hat Louis Jacques Mandé Daguerre als erster auf polierten und mit Jod bedampften Silberplatten fotografiert. Dabei waren die Belichtungszeiten deutlich niedriger, als bei Joseph Nicéphore Niepce, der eine Asphaltplatte 8 Stunden belichten musste, um 1824 ein Foto vom Ausblick aus seinem Arbeitszimmer zu erhalten.
Unten ist eine stark bearbeitete Version dieses Fotos zu sehen. Auf dem Original kann man das Motiv nur erahnen.

Quellen im Netz:
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Erstes Foto der Welt
Erstes Foto der Welt (vermutlich) von Joseph Nicéphore Niépce (bearbeitet)

Auch heute ist die entscheidende Zutat für Filme - Schwarz-Weiß und Farbe - Silber (Ag). Dieses ist in kristalliner Form als Silberchlorid, Silberbromid und Silberjodid (alles drei Halogenide) in der so genannten Emulsion vorhanden. Diese Kristalle sind nicht perfekt, d.h. zwischen den Kristallatomen sind so genannte Zwischengitter-Ag+-Ion, welche die Kristalle lichtempfindlich machen.
Neben den Halogeniden und den Farbstoffen befinden sich auch noch Ag2-Reifungskeime in der Emulsion, welche bei der Herstellung der Emulsion entstanden sind.
Als Bindemittel wird Gelatine eingesetzt. Diese braucht man nicht nur zum Binden, sondern sie hilft auch bei der Belichtung und bei der Entwicklung des Films. Daher wurde bis jetzt auch kein Ersatz für dieses tierische Produkt gefunden. Die Gelatine begrenzt als natürliches Produkt die Lebensdauer des Films, da sich hier gerne Bakterien einnisten und diese die Gelatine zerstören. Deswegen haben Filme ein Haltbarkeitsdatum und sollten kalt und dunkel gelagert werden.

Schwarz-Weiß-Films
Aufbau eines Schwarz-Weiß-Films

Belichtung

Die Halogenide sind lichtempfindlich, wobei Chlorid am unempfindlichsten und Jodid am empfindlichsten ist. Gitterstruktur
Halogenid
Sie sprechen aber nur auf blaues Licht und UV-Strahlung an. Deswegen sind noch zusätzlich Farbstoffe in der Emulsion, welche den Film für alle Farben empfindlich machen. Trifft nun ein Lichtquantum auf ein Farbstoffpartikelchen, wird von diesem ein Elektron freigesetzt. Dieses kann sich nun mit einem der Zwischengitterionen (Ag+) zu einem Ag-Atom verbinden. Wenn sich nun zwei dieser Atome an einen, sich in der Emulsion befindlichen Ag2-Reifungskeim hängt, entsteht ein Ag4-Cluster, welches langzeitstabil und entwickelbar ist.
Die Emulsion ist dünn auf einem durchsichtigen Kunststoffstreifen aufgetragen. Dieser Träger muss durchsichtig sein, damit vom Negativ im Durchlichtverfahren ein Positiv belichtet werden kann.
Unter dem Träger befindet sich eine graue Lackschicht welche bei der Entwicklung entfärbt wird. Diese verhindert, dass sich um helle Punkte im Bild ein so genannter Lichthof bildet, welche durch Reflexion an den Randschichten des Trägers entstehen würden.
Über der Emulsion liegt noch eine dünne Gelatineschicht, um diese vor mechanischen Beschädigungen zu schützten.

Trifft von einer hellen Stelle des Objektes viele Lichtquanten auf dem Film auf, werden Beispiel für Filmschwärzung
Filmschwärzung
viele Ag4-Cluster gebildet, diese Stelle des Filmes wird bei der Entwicklung undurchsichtiger. Diese Cluster liegen nicht nur nebeneinander, sonder auch hintereinander, denn die Emulsion ist in Schichten auf dem Film aufgetragen. An Stellen, auf denen wenig oder kein Licht trifft, bildet sich weniger oder gar kein Silber, so dass diese Stellen später mehr oder weniger transparent bleiben. Helles und dunkles Grau auf dem Film entsteht also dadurch, dass mehr oder weniger Silber hintereinander in den einzelnen Schichten des Films gebildet wird.
Bei der Belichtung eines Films entsteht aber noch kein sichtbares Bild, dieses ist vielmehr noch im Film verborgen (latent), da nur ein kleiner Anteil jedes einzelnen belichteten Kristalls in reines Silber umgewandelt werden. Um das ganze Kristall in Silber umzuwandeln, ist ein Entwickler nötig.

Entwicklung

Um einen Film zu Entwickeln, muss dieser in fester Reihenfolge in folgenden Bädern behandelt werden:

Nach der Belichtung muss der Film noch entwickelt werden. Dabei werden Halogenide, welche schon Silberatome abgegeben haben, weiter zerlegt und in reines Silber umgewandelt. Den entstanden "Klumpen" Silber nennt man auch Korn. Das freiwerdende Jod, Brom und Chlor geht in die Entwicklerflüssigkeit über. Kristalle, die bei der Belichtung kein Silber abgegeben haben, werden vom Entwickler nicht angegriffen.
Zur Entwicklung werden alkalische Chemikalien verwendet, welche als Reduktionsmittel wirken. Dies bedeutet, dass der Entwickler Elektronen an die belichteten Halogenide abgibt, so dass diese, wie oben beschrieben, Silber bilden können.
Damit die Entwicklung aber nicht endlos weiter geht und am Ende auch noch unbelichtete Kristalle zerlegt werden, muss dieser Prozess nach einer gewissen Zeit im Stoppbad beendet werden. Dazu eignet sich eine saure Lösung, welche den Entwicklungsprozess anhält, in dem sie den alkalischen Entwickler neutralisiert.
Nach dem Stoppen der Entwicklung sind aber immer noch unbelichtete Halogenide auf dem Film. Wird dieser nun Licht ausgesetzt, können sich diese mit der Zeit zu Silber umwandeln und das Bild zerstören. Deswegen muss der Film noch fixiert werden. Dazu werden die restlichen Kristalle mit z.B. Natriumthiosulfat oder Ammoniumthiosulfat im Fixierbad gelöst und anschließend im Wasserbad ausgespült.
Nun ist der Film entwickelt und lichtunempfindlich und kann weiter verwendet werden.

Vom Negativ zum Positiv

Auf dem Film sind nun alle Fotos als Negativ sichtbar, d.h. wo viel Licht auf den Film angekommen ist, ist der Film undurchsichtig und wo kein Licht ankam, durchsichtig. Außerdem ist das Negativ relativ klein, - wenn man mal von großformatigen Filmen absieht - so dass noch einige Arbeitsschritte bis zum fertigen Bild fehlen.
Hierzu wird das Negativ in einem so genannten Vergrößerer aufgenommen und auf Fotopapier projiziert. Dieses Papier ist im Prinzip wie ein Film aufgebaut, nur dass es nicht durchsichtig sein braucht.
Dieses Papier muss nach der Belichtung ähnlich wie ein belichteter Film behandelt werden (Entwickeln, Stoppen usw.), damit ein sichtbares, lichtstabiles Bild entsteht.

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Der Farbfilm

Aufbau

Ein Farbfilm unterscheidet sich vom Prinzip her nicht von einem Schwarz-Weiß-Film, nur dass das einfallende Licht in drei Farbbereiche aufgeteilt werden muss, damit neben der Hell-Dunkel-Information auch die Farbinformation gespeichert werden kann. Dazu sind drei verschiedene Schichten, welche auf jeweils eine der Farben Blau, Grün und Rot reagieren, nötig. Die oberste Schicht ist auf Blau empfindlich. Dies liegt zum einen daran, dass die Halogenide in der Emulsion blauempfindlich sind und zum anderen an den blauen Farbpartikeln in dieser Schicht.

Ein Farbfilm
Aufbau eines Farb-Films

Wegen der Blauempfindlichkeit der Halogenide folgt als nächstes ein gelbes Sperrfilter, welches verhindert, dass blaues Licht die darunter liegenden Schichten belichtet. Als nächstes folgt eine grünempfindliche Schicht und als letztes die rotempfindliche. Auch hier wird die spektral Empfindlichkeit durch entsprechende Farbpartikel erreicht.
Bei der weiteren Verarbeitung des Filmmaterials muss man zwischen zwei Arten von Filmunterscheiden: dem Farbnegativ- und dem Farbpositivfilm.

Entwicklung

Die ersten Schritte sind bei beiden erstmal gleich. In den einzelnen lichtempfindlichen Schichten sind so genannte Farbkuppler um die einzelnen Kristalle (Halogenide) angeordnet. Diese sind erstmal farblos, können aber durch einen Farbentwickler sichtbar gemacht werden. Dies geschieht aber nur an Stellen, die belichtet sind, also an denen eine Reduktion der Halogenide zu reinem Silber geschieht. In der blauempfindlichen Schicht entsteht dabei Gelb, in der grünempfindlichen Magenta und in der auf Rot empfindlichen Cyan. Also immer genau die Komplementärfarbe.
Nach dem Farbentwickeln wird das Silber zu Silbernatron umgewandelt, damit es dann im Fixierbad wasserlöslich gemacht und beim anschließenden Wässern ausgespült werden kann.
Der Gelbfilter wird beim ersten Entwicklungsschritt entfärbt. Zurück bleibt die Farbe der Farbkuppler und es ist ein Farbnegativ entstanden, welches dann durch einen Vergrößerer auf ein Fotopapier belichtet werden kann. Dieses Papier besteht dann wieder, ähnlich wie der Film, aus drei farbempfindlichen Schichten.
Um nun ein Diapositiv zu erstellen, wird mit dem so genannten Farbumkehrverfahren gearbeitet. Dies unterscheidet sich nur durch zwei Zwischenschritte von der Entwicklung eines Farbnegatives:

Quellen im Netz:
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Nach der Belichtung wird ein der Film wie ein Schwarz-Weiß-Film entwickelt, d.h. die Farbkuppler bleiben farblos. Nach dem die Entwicklung gestoppt wurde, wird der Film mit diffusem weißen Licht belichtet, so dass nun die vorher nicht belichteten Kristalle belichtet sind und sozusagen ein Negativ vom vorher belichteten Bereich entsteht. Ab hier wir die bei der Farbnegativentwicklung mit dem Farbentwickler fort gefahren. Am Ende entsteht dann ein Farbdia, welches beim Durchleuchten im Diaprojektor ein farbrichtiges Bild erzeugt.

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Filmformate

Großformat

Als Großformat bezeichnet man Filme ab einer Größe von 120 mm x 90 mm. Sie werden als Planfilm verkauft.

Mittelformat

Als Mittelformat bezeichnet man Filme mit einer Negativgröße von 45 mm x 60 mm bis 60 mm x 90 mm.
Die Filme werden als Rollfilm verkauft und in gleichnamigen Kameras verwendet.
Viele Kameras aus den Anfangszeiten der Fotografie verwendeten Mittelformatsfilme, so auch die Boxkameras aus dem ersten Teil des letzten Jahrhunderts.

Kleinbild

Das Kleinbildformat für die Fotografie entstand 1913 aus dem 35 mm (daher auch die Bezeichnung 35-mm-Film) breiten Filmstreifen, welcher für Stummfilmaufnahmen verwendet wurde. In Filmkameras wurde der Film von oben nach unten durchlaufend verwendet und so ergab sich eine Bildgröße von 18 mm x 24 mm. Für die Verwendung in der Fotokamera wird der Film waagrecht verwendet, so dass sich ein Negativformat von 24 mm x 36 mm ergibt.
Die Bezeichnung 135, wie er oft in englischen Texten bezeichnet wird, kommt von der Firma Kodak, die den Kleinbildfilm in der typischen Filmpatrone unter der Bezeichnung seit 1934 verkaufen.
Er wird in den Längen 24 oder 36 Bilder angeboten.

APS

Kurz vor dem Boom der Digitalkameras wurde mit APS (Advanced Photo System) ein neues Filmformat entwickelt. IM Vergleich zum Kleinbildfilm wurden einige Änderungen und Verbesserungen eingeführt.
Ein APS-Negativ ist kleiner als Kleinbildnegativ und hat ein anderes Seitenverhältnis. Während beim Kleinbildfilm das Negativ 36 mm x 24 mm groß ist und ein Seitenverhältnis von 3:2 hat, ist das APS-Negativ ca. 30,2 mm x 16,7 mm groß und hat ein Seitenverhältnis von 16:9. Dadurch ist es möglich, mit kürzeren Brennweiten einen gleich großen Formatwinkel abzudecken wie mit Kleinbildkameras. Unter anderem deswegen konnten die Kameras kleiner und kompakter gebaut werden.
Dieses Format ist das größtmögliche und wird deshalb APS-H genannt (APS high definition). Durch Beschnitt bzw. Ausschnittsvergrößerung sind im Standard zwei weitere Negativformate vorgesehen: APS-C (classic) im Format 3:2 und APC-P (panorama) im Format 3:1. Sensoren im Format APS-C (23,7 mm x 15,7 mm) werden heute in fast allen digitalen Spiegelreflexkameras der Einsteiger- und Mittelklasse verwendet.
Die Verkleinerung des Negativs wurde durch die Entwicklung einer neuen, dünneren Filmemulsion möglich, welche ein höheres Auflösungsvermögen hat, wie normale Kleinbildemulsionen.
Eine weitere Neuerung ist ein Magnetstreifen, welcher digitale Information zu jedem Bild aufzeichnen kann. Hier können Aufnahmedatum, Format, Titel und andere Informationen abgelegt werden.
Der APS-Film bleibt immer in seiner Dose. Er wird nur zum Belichten, bei der Entwicklung und beim Vergrößern von Bildern aus der Dose gerollt. Danach kommt er wieder zu zurück und wird in der Dose aufbewahrt. Es ist sogar möglich, einen teilbelichteten Film aus der Kamera zu entnehmen und wieder einzusetzen, um dann beim ersten unbelichteten Negativ weiter zu fotografieren.
Durchgesetzt hat sich der APS-Film nur bei Kompaktkameras, welche dadurch noch kleiner gebaut werden konnten. Heutzutage hat APS keine Bedeutung bei neuen Kameras mehr.

Sonderformate

Im Laufe der Zeit wurden relativ viele verschiedene Filmformate entwickelt, wobei keines Bild einer Pocketkamera
Agfa Agfamatik 2000 Pocket
den Erfolg des Kleinbildes erreicht hat. Weitere nennenswerte Formate sind:

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Eigenschaften

Für ein korrekt belichtetes Foto, müssen sich diese Helligkeiten am Motiv als Schwärzung auf dem Film niederschlagen. Das heißt, dass auf dem Film dort mehr Schwärzung auftreten muss, wo im Motiv helle Stellen sind und mehr Transparenz muss da sein, wo das Motiv dunkler ist.

Dichte

Die Stärke der Schwärzung oder auch Dichte kann man messen und als Zahl angeben. Dazu misst man die Menge an Licht, die an dieser Stelle durch den entwickelten Film passieren kann. Das Ergebnis nennt man Transparenz und wird nach der Formel T=E/E0 berechnet, wobei E die hindurch gelassene und E0 die eingestrahlte Lichtmenge ist.
Den Kehrwert von T nennt man die Opazität und die gibt an, wie stark der Film geschwärzt ist. Da die Werte relativ groß werden können (bei T=0,0001=0,01% wird aus O=1/T=10000), nimmt man davon den Zehnerlogarithmus und nennt das Ergebnis Dichte: D=lg(1/T)=lg(E/E0).

Belichtung

Die Belichtung gibt an, wie lange eine gewisse Beleuchtungsstärke auf den Film eingewirkt hat. Siehe auch Physik - Licht - Helligkeit. Die Dauer wird über die Belichtungszeit gesteuert, die Beleuchtungsstärke zum einen durch die Reflexionseigenschaften des Motivs und dessen Beleuchtung, und zum anderen durch die Blendenöffnung.

charakteristische Kurve

Die charakteristische Kurve eines Films zeigt den Zusammenhang zwischen Belichtung und Dichte. Man kann diese Kurve auch Gradation nennen. Sie wird in einem doppeltlogarithmischen Diagramm dargestellt.
Auf der x-Achse ist die Belichtung in Luxsekunden und auf der y-Achse die Dichte aufgetragen. Da die Dichte von Haus aus eine logarithmische Größe ist, sind die Werte hier linear angetragen. Die blaue Kurve zeigt beispielhaft den Zusammenhang zwischen Belichtung und Dichte.

Dichte über Belichtung
Charakteristische Kurve

Diese Kurve eines Negativfilms hat vier charakteristische Punkte:

Nach dem Maximum fällt die Kurve wieder ab. Die Sonne im Bild
Solarisation
Dieses Verhalten führt dazu, dass überbelichtete Bereiche dunkler werden können, wie benachbarte Regionen. Dieses Phänomen tritt vor allem dann auf, wenn eine starke Lichtquelle wie z.B. die Sonne mit im Bild ist. Aus diesem Grund wird es auch Solarisation genannt.
Dieses Verhalten nutz man zur Herstellung von Direktpositivmaterial. Dazu wird "normaler" Negativfilm soweit vorbelichtet, dass der Scheitel der maximalen Dichte überschritten ist und die tatsächliche Belichtung im Bereich der sinkenden Kurve stattfindet.
Im Normalfall ist nur der lineare Bereich zwischen A und B für die Ablichtung nutzbar. Bei Fotoemulsionen, welche keinen ausgeprägten Linearenbereich haben, können diese beiden Punkte auch im gekrümmten Bereich der Kurve liegen.
Das Aussehen dieser Kurve und die Größe der daraus abgeleiteten Kennwerte variiert von Filmtyp zu Filmtyp und ist auch durch die Parameter bei der Entwicklung beeinflussbar. So hat z.B. die Dauer der Entwicklung einen deutlichen Einfluss auf den Verlauf des Graphen.

Empfindlichkeit

Filme gibt es in unterschiedlichen Empfindlichkeiten. Eine hohe Empfindlichkeit beim Film bedeutet, dass der Film mit weniger Licht (kleinere Blende oder kürzere Belichtungszeit) belichtet werden muss, um ein genauso helles Bild zu erzeugen, wie ein Film mit niedriger Empfindlichkeit. Die unterschiedlichen Empfindlichkeiten werden durch verschiedene Korngrößen erreicht. So ist ein Film mit kleinem Korn unempfindlicher als einer mit großem. Das kann man sich so erklären:
Zwei unterschiedlich empfindliche Filme werden gleich belichtet, dabei trifft auf beide dieselbe Anzahl an Lichtteilchen. Dadurch entstehen in beiden Filmen gleich viele belichtete Körner. Diese werden beim Entwickeln zu reinem Silber und werden somit schwarz. Die schwarzen Punkte im höher empfindlichen Film sind aber größer, so dass die Stellen mit belichteten Körnern dunkler sind als im weniger empfindlichen Film, also dann im fertigen Bild heller.
Durch die größeren Körner verliert der höher empfindliche Film aber an Auflösung, sprich das Bild wird gröber, weil eben die Körner größer sind.
Durch geschickte Schichtung von unterschiedlich großen Körnern in der Emulsion, lassen sich die Empfindlichkeit, das Auflösungsvermögen und der Kontrastumfang eines Filmes positiv beeinflussen.
Die Empfindlichkeit eines Filmes wird am Punkt S in der charakteristischen Kurve bestimmt. Er gibt die Belichtung an, bei der sich die Schwärzung deutlich vom Grundschleier abhebt. Grundvoraussetzung zur Bestimmung von Filmempfindlichkeit ist ein standardisiertes Vorgehen. Dabei ist neben einer vergleichbaren Belichtung mit einem abgestuften Dichtekeil auch auf eine immer gleiche Entwicklung des Filmmaterials zu achten.

Die Empfindlichkeit eines Films (oder auch eines CCDs in einer Digitalkamera) wird durch die ISO-Empfindlichkeit angegeben. Diese setzt sich aus zwei Zahlen zusammen, wobei die erste die Empfindlichkeit nach ASA (amerikanische Norm) und die zweite die Empfindlichkeit nach DIN ist, z.B. ISO 200/24°. Ein Film mit ISO 400/27° ist doppelt so empfindlich und einer mit ISO 100/21° hat die halbe Empfindlichkeit. Dies bedeutet, eine Verdoppelung der Empfindlichkeit, verdoppelt die ASA-Angabe und erhöht die die DIN-Angabe um 3° und umgekehrt.
Mit einem Film der doppelten Empfindlichkeit kann entweder mit der halben Belichtungszeit (z.B. 1/60s statt 1/30 s) oder mit einer Blende kleiner (Blende 2 statt 2,8) belichtet werden, um das gleiche Ergebnis zu erhalten.
Erhältlich sind Filme zwischen ISO 25/15° und ISO 3200/36°, wobei Filme für den Hausgebrauch zwischen ISO 100/21° und ISO 400/27° liegen. Filme mit niedrigeren Empfindlichkeiten benötigen relativ viel Licht (hohe Belichtungszeit, große Blende), man erhält aber ein feinkörniges Bild, welches sich auch für große Abzüge (Poster usw.) eignet. Höhere Empfindlichkeiten setzt man hauptsächlich für Aufnahmen bei wenig Licht ein, wie z.B. Konzerten, wo man keine Blitz einsetzten kann, es entstehen aber relativ grobkörnige Bilder.

Gammawert

Die Steigung im linearen Bereich der Kurve wird durch den Kontrastfaktor oder auch Gammawert charakterisiert. Der Gammawert gibt vereinfacht ausgedrückt das Übersetzungsverhältnis zwischen Belichtung und Dichte (Schwärzung) wieder.
Ein großer Gammawert (steile Kurve) führt zu harten Kontrasten, während ein kleiner Gammawert, und damit eine flache Kurve, zu weicheren Kontrasten führt.

Belichtungsumfang

Der Belichtungsumfang gibt das Verhältnis zwischen den Belichtungswerten bei A und B an.
Dabei kann entweder das tatsächliche Zahlenverhältnis genommen werden, also z.B. 1:32 bei 0,8 lxs (A) und 0,025 lxs (B) oder als Anzahl der Blendenstufen oder Lichtwerte die zwischen beiden Punkten liegen. Eine Blendenstufe bzw. ein Lichtwert entspricht einer Verdoppelung der Belichtung. In obigem Beispiel wären es 5 Blendenstufen bzw. Lichtwerte: 0,8lxs/0,025lxs=1/32=1/2^5.

Dichteumfang

Als Dichtumfang bezeichnet man das Verhältnis die Differenz der Dichten bei B und bei A. Es gibt das Verhältnis von maximaler und minimaler Schwärzung eines Filmmaterials wieder.

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