# Film

Film- und Fotomaterial besteht aus einer lichtempfindlichen Emulsionsschicht aus Gelatine (50 %) mit eingelagerten Mischkristallen, den sog. Körnern (40 %). Als Trägermaterial für die Emulsionsschicht dient eine Trägerschicht aus Azetylzellulose oder Polyester. Die fotografischen Eigenschaften eines Films werden durch die Zusammensetzung, Größe und Verteilung der Körner in der Emulsionsschicht sowie über die Art der Gelatine und deren Zusätze bestimmt. Filmmaterialien werden für verschiedene Lichtarten (Kunstlicht, Tageslicht) und Anwendungszwecke (Farbe, Schwarzweiß, grobkörnig, feinkörnig) hergestellt.

Die Körner bestehen überwiegend aus Silberbromid, das sich durch die Bestrahlung mit blauem Licht chemisch verändert. Eine Sensibilisierung der Silberbromidkörner gegenüber anderen Farben des elektromagnetischen Spektrums wird durch ein Mischen der Emulsionslösung mit besonderen Farbstoffen (Sensibilisatoren, Farbkupplern) erreicht. Die Sensibilisatoren absorbieren gelbe, rote und grüne Spektralanteile, so dass die Energie des absorbierten Lichts auf die Silberbromidkristalle übertragen wird. Fotografische Schichten dieser Art sind für alle Arten des sichtbaren Lichts sensibilisiert und werden als Panchromaten bezeichnet.

Farbfilme bestehen aus drei übereinander liegenden lichtempfindlichen Emulsionsschichten, die jeweils für eine bestimmte Grundfarbe (Rot, Grün, Blau) sensibilisiert sind. Zwischen den einzelnen Emulsionsschichten und dem Trägermaterial liegen Zwischenschichten, die eine lichtfilternde Haft- oder Schutzfunktion haben.

Die oberste Schutzschicht soll Kratzer auf der Emulsionsschicht verhindern. Die blauempfindliche Emulsionsschicht bildet wegen der natürlichen Empfindlichkeit ihrer Silberbromidkörner gegenüber der Farbe Blau die oberste Schicht des Farbfilms. Diese Schicht wird gefolgt von einer Gelbfilterschicht, die alle blauen Anteile aus der Lichtstrahlung herausfiltert. Dies ist notwendig, da die grün- und rotempfindlichen Schichten ebenfalls für blaue Anteile der Lichtstrahlung empfindlich sind. Die grün- und rotempfindliche Schicht reagieren über die eingelagerten Sensibilisatoren nur auf die für sie relevanten spektralen Anteile der durchgelassenen Lichtstrahlung. Eine spezielle Filterschicht zwischen der roten und der grünen Schicht ist aus diesem Grund nicht notwendig.

Die drei Emulsionsschichten sind über eine Haftschicht mit dem Trägermaterial verbunden. Auf der unteren Seite des Trägermaterials ist eine Lichthofschutzschicht ausgebracht, die eine Reflexion des Aufnahmelichts zurück in die Emulsionsschichten verhindert. Auf diese Weise können Lichthöfe um helle Stellen des Bildes unterdrückt werden.

Schwarzweiß-Filme sind ähnlich aufgebaut wie Farbfilme, jedoch mit dem Unterschied, dass nur eine Emulsionsschicht vorhanden ist, die für alle spektralen Anteile des einfallenden Lichts gleichmäßig empfindlich ist.

Einfallendes Licht löst in der Filmemulsion eine Umwandlung der Silberbromid-Kristalle zu Silbersalzen aus (latentes Bild), die bei der Entwicklung eine Schwärzung der Emulsion zur Folge haben. Die entwickelte und geschwärzte Filmemulsion wird als Negativ bezeichnet, da alle hellen Bildbereiche, abhängig von der Helligkeit, in Graustufen repräsentiert werden (je heller die aufgenommene Szene, desto dunkler das Negativ). Ein weiterer Bearbeitungsschritt erzeugt aus dem Negativbild ein entsprechendes Positivbild.

Die Schwärzung der Silberbromid-Kristalle verläuft annähernd proportional zur einfallenden Lichtmenge und ermöglicht die Aufnahme von Bildern über einen großen Kontrastbereich. Die Schwärzung von Filmmaterial durch Belichtung wird in sog. H&D-Kurven oder auch DlogE-Kurven dargestellt. Die horizontale Achse der Kurve zeichnet die Belichtungsmenge E (Exposure) in logarithmischen Einheiten, die vertikale Achse gibt das Maß der Schwärzung D (Density) an. Die Belichtungskurve der Filmemulsion besteht aus einem Fuß- und Schulterteil, in denen bei der Belichtung nur eine geringe Schwärzung der Emulsion auftritt. Die Gerade zwischen dem Fuß- und Schulterteil gibt den Kontrastbereich des Filmmaterials an, der auch Gradation genannt wird. Als Gradation bezeichnet man die Eigenschaft einer fotografischen Schicht, Helligkeits-unterschiede eines Aufnahmemediums in mehr oder weniger große Schwärzungsunterschiede umzusetzen. Bei geringer Steigung der Geraden (kleine Gradation) hat das Filmmaterial einen geringen Kontrast, bei großer Steigung (große Gradation) einen hohen Kontrast.

Im Fußbereich der Kurve reagiert der Film bei Belichtung erst ab einem Schwellenwert, bei dem die Schwärzung erst langsam ansteigt. In diesem Bereich sind Änderungen der Belichtung (der Helligkeit) komprimiert. Im Schulterbereich findet ebenfalls eine Komprimierung der Helligkeit statt. Diese Effekte bewirken einen Kontrastverlust der schattigsten und hellsten Bereiche eines Bildes. Die horizontale Belichtungsachse gibt das Verhältnis zwischen den dunkelsten und hellsten Stellen eines Bildes an.

Jede Einheit auf der Belichtungsachse entspricht einer Blende mehr Licht. Eine korrekte Belichtung des Filmmaterials wird erreicht, wenn die Kontrast- und Helligkeitsverhältnisse einer Szene der Gradation des Filmmaterials angepasst werden. Dieses kann durch eine Variation der Beleuchtungshelligkeiten der Szene und der Auswahl einer geeigneten Blende der Kameraoptik geschehen.

Bei Überbelichtung (zu großer Blende) des Filmmaterials verschiebt sich der Kontrastbereich einer Szene auf der Kurve nach rechts. Es entsteht ein Kontrastverlust der hellen Bildbereiche. Gleichzeitig gibt es durch die Rechtsverschiebung keine tiefschwarzen Töne im Bild, obwohl diese im Originalbild vorhanden waren. Bei einer Unterbelichtung (zu kleiner Blende) verschiebt sich der Kontrastbereich nach links. Selbst die subtilsten helleren Töne werden wiedergegeben, wohingegen bei den dunklen Tönen ein Kontrastverlust auftritt. Es kommt zu keiner Differenzierung zwischen grauen und schwarzen Tönen. Schatten und dunkle Partien im Bild erscheinen schwarz.

Die Nichtlinearität der Belichtungskurve ist der entscheidende Faktor für den Erfolg der Filmindustrie. Das menschliche Auge kann im Durchschnitt, je nach Helligkeit, einen Kontrastumfang von 256:1 (entspricht 7 Blenden) ohne Probleme wahrnehmen. In einer realen Umgebung können aber Kontrastumfänge von 10.000:1 auftreten, die jedoch durch die Nichtlinearität der Belichtungskurve entsprechend komprimiert werden und so dem Film den eigentümlichen Charakter geben.

Die belichteten Silberbromid-Kristalle (Silbersalze) werden im Entwickler zu metallischem Silber reduziert, das eine Schwärzung der Filmemulsion hervorruft. An stärker belichteten Stellen der Filmemulsion läuft die Entwicklung dabei schneller ab als an weniger stark belichteten Stellen. Eine geringe Entwicklung findet aber auch in den Bereichen statt, in denen keine Belichtung erfolgt ist. Die Geschwindigkeit der Reduktion bezeichnet man als Rapidität. Sie ist vom Typ der Emulsion und von den Entwicklungsbedingungen abhängig. Von besonderer Bedeutung bei der Entwicklung ist die chemische Zusammensetzung, Umwälzung und Temperatur des Entwicklers sowie die Entwicklungszeit.

Als Ergebnis der Belichtung erhält man ein abgestuftes Bild, bei dem alle Helligkeitswerte gegenüber dem Originalbild negativ, also umgekehrt, dargestellt werden. Ein Positiv-Bild wird durch Belichtung des Negativ-Abdrucks auf einem Positiv-Film hergestellt. Positiv-Filme unterscheiden sich im Wesentlichen von Negativ-Filmen durch ihre geringere Empfindlichkeit und eine höhere Gradation. Fotografische Schichten mit geringer Gradation sind besonders feinkörnig und werden deshalb vorwiegend als Kopiermaterial eingesetzt, um die im Negativ vorhandenen kleinsten Bildelemente ohne Verluste auf das Positiv zu übertragen.

Bei Farb-Filmen entsteht bei der Belichtung in den drei Emulsionsschichten ein latentes Bild, das der Helligkeits- und Farbverteilung des Originalbildes entspricht. Dabei werden die Silberbromid-Kristalle zu Silbersalzen umgewandelt. Bei der Entwicklung bewirkt der Farbentwickler durch Oxydation eine Reduktion der belichteten Silbersalze in den Emulsionsschichten. Das Oxydationsprodukt verbindet sich mit den Farbkopplern der jeweiligen Schicht und erzeugt das entsprechende Farbnegativ. Dabei ist jede farbige Emulsionsschicht in der Komplementärfarbe der Originalfarbe entsprechend der Helligkeitswerte eingefärbt, so dass jeweils eine Gelb- (vorher Blau), eine Magenta- (vorher Grün) und eine Cyan- (vorher Rot) Farbschicht entsteht. Die Helligkeitswerte sind entsprechend der einzelnen Farben und Farbschichten umgekehrt zu denen des Originalbildes, so dass sich Filterbereiche der jeweiligen Komplementärfarben herausbilden. Mit dem Negativ-Film wird ein entsprechender Positiv-Film belichtet, der ebenfalls aus drei Emulsionsschichten der Farben Cyan, Magenta und Gelb besteht. Bei einer Projektion von weißem Licht durch die Emulsionsschichten des Positiv-Films entsteht die Originalfarbe des aufgenommenen Bildes durch eine subtraktive Farbmischung der Lichtstrahlen mit den Farbschichten.

Beim sog. Umkehrverfahren (SW und Farbe) wird schon beim ersten fotografischen Prozess ein Positivbild erzeugt.

Durch eine bestimmte Lichtmenge werden Geräte (CCD-Elemente) oder Materialien (Filmemulsionen) belichtet, d. h., es entsteht ein Abbild eines aufgenommenen Bildes. Die aufgenomme Lichtmenge kann durch die Intensität (Helligkeit) und die Zeit variiert werden. Dieses Verhältnis wird als Belichtung bezeichnet. Die Belichtung H ist das Produkt aus einer Beleuchtungsstärke und der Zeit.

H = E \times t

H = Belichtung [lux s]
E = Beleuchtungsstärke [lux]
t = Zeit [s]

Mit Belichtungsmessern wird in der Fotografie eine optimale Belichtungszeit bei gegebener Beleuchtungsstärke ermittelt. Die Belichtung spielt neben dem Einsatz bei Film und Fernsehen eine große Rolle in Museen, wo eine maximale Expositionszeit von lichtempfindlichen Exponaten ermittelt werden muss.

Die Filmempfindlichkeit wird entweder in DIN, ISO (International Standards Organisation) oder in ASA (American Standards Association) angegeben. Dabei ist folgendes Verhältnis festgelegt:

21° \text{DIN oder ISO} = 100 \text{ASA}

Eine ASA-Verdoppelung oder -Halbierung entspricht einer Veränderung um ± 1 Blende.

Eine DIN/ISO-Verdoppelung oder -Halbierung entspricht einer Veränderung des DIN/ISO-Wertes um ± 3 bei einer Veränderung der Blende um ± 1.