كيف يعمل فيلم الكاميرا
الدكتور حازم فلاح سكيك – 5 فبراير، 2007 م.
اعتاد الناس على استخدام الكاميرا في التصوير على فيلم للحصول على صور ثابتة منذ اكثر من 100 عام كانت في البداية صور باللونين الأسود والأبيض ودرجات الرمادي وتطورت لتتضمن الصور كافة الوان الطيف. بغض النظر عن تسلسل التطور التاريخي للتصوير إلا أنه في الحقيقة يبقى الفيلم هو أفضل وسيلة للحصول على صور ثابتة او متحركة لقدرة الفيلم العالية على التقاط التفاصيل الدقيقة للمشهد المراد تصويره. سوف نحاول في هذا المقال شرح الجزء الكيميائي المصاحب لعملية التصوير من خلال تفسير فكرة عمل الفيلم داخل الكاميرا وكذلك بعد اخراج الفيلم من الكاميرا.
اساسيات هامة:
في الحقيقة إن عملية التقاط أو أخذ صورة باستخدام الكاميرا اننا تقوم بتخزين المعلومات الضوئية المنعكسة من الجسم إلى داخل الكاميرا في زمن أخذ الصورة وحفظها على الفيلم داخل الكاميرا. إن عملية التخزين التي تحدث على الفيلم داخل الكاميرا ما هي إلا تغيرات كيميائية تحدث لمادة الفيلم عند سقوط الضوء عليها وتبقى هذه التغيرات الكيميائية ثابتة طالما كان الفيلم محجوباً عن الضوء بعد التقاط الصورة، يتم بعد ذلك تحميض الفيلم وتجهيزه لطباعة الصورة على ورق مخصص. لحفظها في البوماتك الخاصة او لطباعتها ملاين المرات مثلما يحدث في صور المجلات والجرائد او يمكنك ايضا استخدام المساحات الضوئية لادخالها للحاسوب ونشرها على موقعك على الإنترنت.
لمزيد من الفهم الدقيق لعملية التصوير سوف نقوم بشرح علمي مفصل للخلفية العلمية للتصوير والمعالجة الصورة وطباعتها، وسنبدأ بالجزء الأساسي المتعلق بالضوء والطاقة الضوئية.
الضوء والطاقة الضوئية:
يأتي الضوء من الشمس في صورة أشعة مرئية وأشعة غير مرئية وكلا الاشعة المرئية والغير مرئية هي جزء من الأشعاع الكهرومغناطيسي. إن عين الانسان حساسة لجزء صغير من طيف الاشعاع الكهرومغناطيسي وهو ما نطلق عليه الأشعة المرئية أو الطيف المرئي والموضح في الشكل التالي بالحزمة الضوئية التي تبدأ باللون الأحمر ذو الطول الموجي الأكبر وتنتهي باللون الأزرق ذو الطو الموجي الأصغر.
خصائص الطيف الكهرومغناطيسي
أشعة الميكروويف وأمواج الراديو والاشعة تحت الحمراء والاشعة فوق البنفسجية هي عبارة عن أجزاء أخرى من الطيف الكهرومغناطيسي لا ندركها بأعييننا وتسمى الأشعة غير المرئية أو الطيف الغير مرئي. ولكن لكل طيف مما سبق استخداماته وقد ابتكر الانسان اجهزة ذات خصائص معينة لتستخدم الاطياف غير المرئية وقد جائ ذكرها في هذا الموقع تحت باب تفسيرات فيزيائية مثل اجهزة الرؤية الليلية.
إن للضوء خاصية مزدوجة فهو يسلك في بعض الأحيان السلوك الموجي وفي أحيان أخرى يسلك سلوك الجسيات، ولقد وضح العالم آينشتين من خلال تفسير الظاهرة الكهروضوئية أن الضوء عبارة عن جسيمات تسمى الفوتونات تحمل طاقة تتناسب عكسياً مع الطول الموجي للضوء، فعلى سبيل المثال الضوء الأزرق له صول موجي قصير في الطيف المرئي فهذا يعني أنه يمتلك طاقة أكبر من الضوء الأحمر لان طوله الموجي أكبر من الأزرق. اما الضوء في منطقة الطيف فوق الأزرق فيكون ذو طاقة كبيرة جداً ولا تدركها العين البشرية وتسبب لها المشاكل اذا سقطت مباشرة على العين، أما الضوء في منطقة الاشعة تحت الحمراء فهي ذات طاقة قليلة وكذلك لا تدركها العين البشرية. والأشعة تحت الحمراء هي اشعة غير مرئية ويمكن الشعور بها على شكل حرارة عندما تسقط على جلد الانسان.
النقطة الهامة هنا هي أن كل لون من ألوان الضوء يمتلق طاقة (طاقة فوتون) مختلفة هي التي تحدث التغيرات الكيميائية للفيلم وتعرف هذه العملية في الكيمياء بالكيمياء الضوئية Photochemistry. وتصنع مادة الفيلم من مواد مستقرة إلى أن تتعرض للضوء فتحدث عملية التفاعل بين مكونات الفيلم والضوء الساقط عليها من خلال الكاميرا.
مكونات الفيلم
اكثر الافلام استخداما تلك التي تعرف بافلام 35mm فإذا قمنا بفتح العلبة الاسطوانية التي تحتوي الفيلم سنشاهد شريط طويل من البلاستيك، يتكون الشريط البلاستيكي من طبقة شفافة تسمى الاساس base من مادة السليلويد celluloid يصل سمكها إلى 0.025mm. يحمي طبقة الاساس هذه طبقة داعمة من مادة لامعة لتحمي الفيلم وتقويه اثناء التعامل معه خلال عملية التحميض او الطباعة.
على الجانب الأخر يوجد الطبقة الحساسة للضوء والتي عليها تحدث عملية التفاعل الكيميائي عند سقوط الضوء عليها، وهذه الطبقة مكونة من ما يقارب 20 طبقة رقيقة ويتم تثبيتها على الفيلم من خلال طبقة اضافية من مادة جلاتينية، بعض من تلك الطبقات لا يكون له علاقة مباشرة مع صورة وإنما وجدت كمرشحات للضوء Light Filter أو للتحكم في التفاعلات الكيميائية خلال عملية المعالجة للحصول على الصورة خارج الكاميرا.
تتكون الطبقة أو الطبقات المسؤولة عن تكوين الصورة من حبيبات دقيقة جداً Grains من بلورات هليد الفضة silver-halid crystal والتي تعمل مجسات وكواشف حساسة للضوء. هذه الحبيبات هي المسؤولة بالكامل عن فكرة التصوير الفوتوغرافي. حيث تحدث التغيرات الكيميائية لهذه الحبيبات عندما تتعرض للضوء.
شكل الحبيبات تحت المجهر الإلكتروني
يتم تصنيع حبيبات هاليدات الفضة من دمج نترات الفضة مع املاج الهاليديات مثل (chloride, bromide and iodide) فينتج من الدمج ومن خلال طرق معقدة الحصول على بلورات في مختلف الأحجام والأشكال حسب حساسية الفيلم المراد الحصول عليه كما سنعلم لا حقا علاقة حساسية الفيلم بحجم البلورات المكونة لحبيبات الفيلم.
يتم اضافة جزيئات عضوية spectral sensitizers كطبقة اضافية على الحبيبات لتعزيز حساسية الحبيبات للضوء وبالأخص الألوان الاساسية الأحمر والاخضر والأزرق. فتقوم هذه الطبقة بامتصاص طاقة الضوء الأزرق أو الأحمر أو الأخضر وتحولها الى البلورات هليدات الفضة في شكل الكترونات.
خيارات متعددة للفيلم
| تطرح الشركات الصانعة للأفلام أنواعاً كثيرة وبمجالات استخدام متنوعة، الافلام التي تحتوي على كلمة color تعنيان الصور الناتجة ستطبع ملونة والافلام التي تحتوي على كلمة chrome تستخدم لانتاج شرائح شفافة لعرض الصور من خلال البروجكتور. |  |
| سرعة الفيلم تحتوي الافلام على رقم ASA وهو اختصار لمؤسسة القياسات الامريكية American Standards Association أو رقم ISO وهو اختصار لمنظمة القياسات الدولية International Standards Organization هذا الرقم هو بمثابة المؤشر لسرعة الفيلم فعلى سبيل المثال:ISO 100يستخدم للتصوير في ضوء الشمس أو في ظروف الإضاءة العالية.ISO 200يستخدم للتصوير في ظروف إضاءة واسعة الاختلاف. وهو مثالي للاستعمال في الكاميرات المتوسطة والرخيصة.ISO 400يستخدم عندما تكون ظروف الإضاءة غير مواتية مثل في الطقس البارد, عند التصوير داخل الأماكن الواسعة مع فلاش. وكذلك يستخدم في تصوير المواضيع المتحركة بسرعة خاصة الأنشطة الرياضية. هذا الفيلم مثالي للغاية مع الكاميرات المدمجة ذات عدسات الزووم واسعة المجال (28-150ملم). ISO 1000 & ISO 1600 للتصوير بدون استخدام الفلاش وتحت ظروف الإضاءة العادية. |
بعد تحديد ما اذا كنت تريد الحصول على الصور في شكل كرتات او شكل شرائح عرض عليك ان تحدد سرعة الفيلم، وفي الاغلب يكون اسم الفيلم مقترناً بسرعته. لكما ازدات قيمة الرقم المصاحب للرمز ASA أو ISO كلما زادت سرعة الفيلم، زيادة سرعة الفيلم هي في الحقيقة زيادة حساسية الفيلم للضوء فتحتاج فيلم سريع عندما ترغب في التصوير في ظروف اضاءة منخفضة وعندما يكون الجسم المراد تصويره متحرك.
ولكن هناك جانب آخر يجب التنويه له وهو أنه كلما زادت سرعة الفيلم كلما كانت حجم حبيبات هاليدات الفضة أكبر وهذا يعني ان دقة الصورة او القدرة التحليلية للفيلم تصبح أقل وهذا يعني انه لا نستطيع الحصول على طباعة للصور بحجم كبير. أما الفيلم البطيء نسبياً ISO 100 فهو المفضل للتصوير العادي (للهواة) ويستخدم عندما تكون الاضاءة ساطعة أو باستخدام ضوء الفلاش ايكون الجسم المراد تصويره ثابت وتسمح حجم الحبيبات الصغير جداً المستخدم في الفيلم عند السرعات البطيئة بالحصول على طباعة للصور باحجام كبيرة وبدقة عالية.
هناك افلام تنتج خصيصا للمصورين المحترفين بحيث تزود تلك الافلام بطبقة حساسة للضوء الصادر من مصباح التنجستين او الضوء العادي لتحقق توازن الألوان في الصورة.
التقاط الصورة وعلاقته مع سرعة الفيلم
الخطوة الأولى بعد ادخال الفيلم للكاميرا وتثبيته في المكان المخصص لذلك هي ضبط الكاميرا لالتقاط الصورة من خلال ضبط عدسة الكاميرا في احسن موضع لالتقاط الصزروة، ووظيفة عدسة الكاميرا هو تركيز الضوء المنعكس عن الجسم على الفيلم والكاميرات الحديثة تقوم بهذه الوظيفة أوتوماتيكياً.
الخطوة الثانية تحديد التعريض exposure المناسب معتمداً على الإضاءة المحيطة بالمشهد، والكاميرات الحديثة تستطيع معرفة وسرعة الفيلم المستخدم اوتوماتيكياً. يعتمد التعريض على عاملين هما شدة الضوء وزمن التعريض يتم التحكم بشدة الضوء من خلال فتحة العدسة ويتم التحكم بزمن التعريض من خلال سرعة الغالق. وبالتأكيد هناك نطاق محدد من درجات الحساسية للفيلم يستجيب فيها الفيلم بشكل خطي وبالتالي شدة الضوء يجب ان لا تتعدى هذا النطاق للحصول على صورة بالوان متوازنة وعملية ضبط التعريض في الكاميرا هو التحكم في كمية الضوء ليقع ضمن نطاق حساسية الفيلم، فإذا كان التعريض يسمح بسقزط كمية كبيرة من الضوء فإن استجابة الفيلم تكون في خارج النطاق الخطي وتظهر الصورة مخفية في شكل هالة مضيئة وإذا كان التعريض للكاميرا يسمح بكمية أقل من المطلوب تظهر الصورة معتمة. لمزيد من المعلومات ارجع إلى موضوع كيف تعمل الكاميرا
توضيح لتكون الصورة في الكاميرا
التقاط الصورة وعلاقته مع التعريض الضوئي بعد عملية ضبط الكاميرا تكون جاهزة لالتقاط الصورة بالضغط على الزر الحاص بذلك ليسمح للغالق ان يفتج لفترة زمنية محددة ليدخل الضوء المنعكس من الجسم على الفيلم وبعدها يغلق. سنشرح الآن ماذا يحدث للفيلم عند سقوط الضوء عليه.
عند فتح الغالق لجزء من الثانية تتكون صورة مخفية من الفوتونات ذات الطاقات المختلفة حسب الألوان التي انعكست من الجسم وتكون المناطق الأكثر سطوعا في الجسم هي تلك التي تسجل أكبر استجابة للحبيبات المكونة للفيلم وكلما قل الضوء كلما قل عدد الحبيبات التي تتأثر بالضوء.
عندما يتم امتصاص الضوء من قبل الطبقة الحساسة التي تغطي طبقة حبيبات هاليدات الفضة فإن الكترون يتحرر من حزمة التكافؤ إلى حزمة التوصيل في المادة المكونة للطبقة الحساسة ووجود الكترون في حزمة التوصيل يعني قدرة الالكترون على الحركة، يتحرك الالكترون إلى حزمة التوصيل في حبيبات هليدات الفضة فيتحد مع فجوة موجبة ليكون ذرة فضة. وعندما تتحد عدة الكترونات مع فجوات موجبة على بلورة هاليد الفضة تتحول إلى ذرات الفضة وتصبح هذه البلورة تختزن معلومات عن شدة الضوء الذي سقط عليها في صورة عدد من ذرات الفضة (كلما كان شدة الضوء المستقبلة عتد ذلك الموضع اكبر كلما كانت زادت عدد ذرات الفضة وعلى الاقل يجب ان يكون على بلورة هاليد الفضة اربع ذرات فضة لتكون هذه البلورة جزء من مكونات الصورة. (تحتوي كل بلورة على ملايين الجزيئات من هاليد الفضة ويكفي ان تستجيب اربعة جزيئات لتصبح البلورة جزء من مكونات الصورة).
في الفيلم الملون يحدث نفس الشيء ولكن بصورة منفصلة لكل لون من الألوان الأساسية (الأحمر والأخضر والأزرق) المكونة للضوء المنعكس عن الجسم المراد تصويره. ويتم فصل الألوان على الفيلم من خلال طبقات المرشحات التي تغطي طبقة الحبيبات (بلورات هاليد الفضة) حيث يحتوي الفيلم على ثلاثة مرشحات لكل لون من الألوان الأساسية ويسمح كل مرشح بالاستجابة للون المحدد له وتتكون على كل مرشح صورة مخفية باللون المخصص لها، تنطلق الالكترونات الناتجة من طبقات المرشحات الثلاثة لتتجمع على طبقة الحبيبات حيث تتفاعل مع الحبيبات لتكون ذرات الفضة عليه كما سبق شرحه.
تكون الألوان من الألوان الأساسية
تحميض الافلام الابيض والاسود
هي العملية المسؤولة عن اظهار الصورة المخفية في الفيلم وتحويلها إلى مرئية لنتمكن من طباعتها فيما بعد. في البداية سنتعامل مع الفيلم الأسود والأبيض حيث تتلخص عملية تحميض الفيلم في الخطوات التالية:
(1) في الخطوة الأولى من عملية التحميض هي وضع الفيلم في محلول مخفف عند درجة حرارة الغرفة ولمدة زمنية محددة، يعمل المحلول على الحبيبات التي تأثرت بالضوء حيث يحولها إلى ذرات فضة بينما تبقى الحبيبات التي لم تتأثر بالضوء في صورتها كهاليدات فضة.
(2) الخطوة التالية لاكمال عملية التحميض هي غسل الفيلم بالماء.
(3) يتم إزالة الحبيبات التي لم تتأثر بالضوء وبقيت في صورة بلورات هاليدات الفضة من خلال عملية التثبيت حيث يتم وضع الفيلم في حوض من محلول التثبيت لفترة زمنية محددة، تؤدي هذه العملية إلى التخلص من المناطق التي لم تتعرض للضوء في الفيلم ويبقى فقط الحبيبات التي تحولت إلى ذرات فضة.
(4) الخطوة الأخيرة تتمثل في غسل الفيلم بالماء للتخلص من كل المركبات الكيميائية المستخدمة ويترك الفيلم ليجف، ثم يتم قص شريط الفيلم لنحصل على شريحة تمثل المشهد تسمى نيجاتيف. يظهر على صورة النيجاتف المشهد الذي تم تصويره حيث تكون المناطق المعتمة تمثل أكثرها كثافة أو أكثرها تركيز لذرات الفضة وتكون تلك المناطق هي التي تعرضت اكثر للضوء الناتج من انعكاسه عن الجسم فمثلا تصوير شخص مرتدياً قميص ابيض يكون الضوء المنعكس على الفيلم أكثر مما لو كان مرتديا قميص اسود اللون فيظهر القاميص الأبيض على النيجاتيف اكثر عتمة منه في حالة القميص الأسود.
يجب الأشارة هنا إلى ان دور طبقة الجلاتين تلعب دوراً أساسياً في عملية التحميض حيث تعمل على تثبيت الحبيبات التي تحتوي على ذرات الفيلم في مكانها، كما يكون لها دورا آخر وهو التخلص من بلورات هاليدات الفضة بمساعدة محلول التحميض.
تحميض الأفلام الملونة
تختلف عملية التحميض الكيميائية في حالة التعامل مع الفيلم الملون حيث تتألف مجموعة كيماويات تحميض الأفلام الملونة من العناصر الأربع التالية: المحلول المظهر Color Developer, المحلول المبيض Bleach , المحلول المثبت Fixer ومحلول الترسيخ Stabilizer. ويطلق أختصاراً على هذه المجموعة تسمية محاليل سي 41 C41-Chemicals.
تتشكل صورة لا مرئية – (صورة مخفية)- في طبقات الفيلم الحساسة للضوء. وباستخدام المحاليل الكيميائية تتحول الصورة المخفية إلى صورة مرئية، هذه العملية تعرف بعملية تحميض الأفلام الفوتوغرافية. فيما يلي نستعرض مراحل التحميض للفيلم الملون.
(1) التحميض للفيلم الملون.
يوضع الفيلم بعد اخراجه من الكاميرا في محلول التحمييض، والذي يعمل على تشكيل صورة أبيض وأسود في ثنايا الطبقة الحساسة مكونة من حبيبات الفضة، ألى جانب صورة ملونة مكونة من أصباغ ملونة على الطبقات أخرى وبألوان المرشحات التي تغطيها.
(2) التبييض و التثبيت Bleach & Bleach-Fix يوضع الفيلم بعد ذلك في محاليل التبييض والتثبيت حيث يتوقف نشاط محلول التحميض، وتزال المواد الحساسة التي لم تتعرض للضوء عن طبقات الفيلم. كذلك تزال الصورة المكونة من حبيبات الفضة.
(3) الغسيل wash يتم في هذه المرحلة غسل الفيلم بالماء للتخلص من المواد غير المرغوبة فيها، والمتبقية على سطح الفيلم.
(4) الترسيخ Stabilizer الخطوة التالية هي عملية تمتين الصورة. حيث يعمل الترسيخ على تثبيت الصورة ويزيد من مقاومة الفيلم لعوامل البهتان والتلوّن. كذلك يضفي على الفيلم طبقة حماية من الحرارة العالية المنبعثة من المجفف ويمنع ظهور البقع على الفيلم أثناء عملية التجفيف التي تليه.
(5) التجفيف Drying في المرحلة الأخيرة، تجري عملية تصفية الفيلم وتجفيفه عن طريق تيار هوائي ساخن.
يكون شكل النيجاتيف للفيلم الملون مختلف تماماً عن نيجاتيف الفيلم الأبيض والأسود حيث لا يحتوى هذا النيجاتيف على اية ذرات فضة ويظهر النيجاتيف بلون يميل إلى البرتقالي والأصفر.
طباعة الصور الابيض والأسود
للاستفادة من النيجاتيف بعد عملية التحميض يتم طباعته على ورق خاص وبالحجم المطلوب للحصول على صورة مطبوعة. تتم عملية الطباعة من خلال تجهيزات هي غرفة معتمة ومصدر ضوئي ومؤقت زمني وعدسة للتكبير وورق حساس للضوء. تتم عملية الطباعة لكل صورة على حدى حيث يثبت النيجاتيف بين مصدر الضوء وشاشة بيضاء، فعند مرور الضوء عبر النيجاتيف ثم عدسة التطبير تظهر الصورة على الشاشة البيضاء، يتم بعد ذلك تحريك العدسة للحصول على الحجم المطلوب يتم إطفاء المصدر الضوئي ويثبت الورق الخاص بالطباعة فوق الشاشة البيضاء، يسلط الضوء لفترة زمنية محددة باستخدام المؤقت الزمني. تخضع الورقة التي تعرضت للضوء إلى عملية التحميض والتثبيت الكيميائية ثم تغسل بالماء تماماً كما فعلنا للفيلم للتخلص من أثار المواد الكيميائية وعندها نحصل على الصروة مطبوعة على الورق ونحتفظ بها بعد التجفيف. وهكذا تتكرر العملية لكل صور الفيلم.
طباعة الصور الملونة
تشبه عملية طباعة الصور الملونة عملة الطباعة للصور الأيض والأسود ولكن يتم استخدام ورق طباعة حساسة للألوان ويتم تعديل الألوان باستخدام مرشحات (فلاتر) تثبت بعد النيجاتيف للحصول على توازن أفضل للألوان. وتتم عملية الطباعة غرفة معتمة.
مزيد من المعلومات تجدها في المواقع التالية:
- http://science.howstuffworks.com/film.htm
- http://www.adigicam.com/vb/index.php
- http://www.foto-master.com/index.html
- http://www.sapiensman.com/photo/index.htm
- Microscopy Primer: Fundamentals of Film Exposure
