醋酸綜合癥對電影膠片影像影響研究

祁赟鵬， 趙希利， 周亞軍*， 李玉虎， 邢惠萍， 汪 泳， 伍 楠

(1. 陜西師范大學 歷史文化遺產保護教育部工程研究中心，陜西 西安 710119;2. 西安博物院，陜西 西安 710068)

醋酸纖維素酯電影膠片是館藏數量最多的一類電影膠片[1]，承載著大量的歷史、藝術信息，是一類重要的歷史文化遺產。然而，其片基材料三醋酸纖維素酯分解引起的醋酸綜合癥是其長久保存最大的威脅之一。醋酸綜合癥表現為膠片釋放出刺鼻的醋酸氣味、表面析出白色晶體、尺寸收縮、扭曲變形、乳劑層液化脫落等[2]。在醋酸綜合癥發生過程中，膠片片基層表面析出大量的白色晶體(見圖1)[3]，研究表明此晶體為膠片片基材料在生產過程中添加的增塑劑磷酸三苯酯[4]。醋酸纖維素酯膠片發生醋酸綜合癥之后，在放映過程中，畫面上出現大量的黑色斑塊(見圖2)，導致其記載的影像模糊不清，畫面完整性與清晰度嚴重受損。

電影膠片在使用過程中，其影像信息的獲取依靠穿過膠片的透射光。放映過程中，放映機的光源發射出的可見光照射電影膠片，不同波長可見光在穿透膠片的過程中被膠片記載影像的染料吸收，吸收強度取決于影像染料形成顏色的深淺，入射光經過吸收后剩余的透射光在銀幕上形成影像。醋酸纖維素酯電影膠片發生醋酸綜合癥之后，電影膠片記載影像上產生的大量黑色的斑點與其在放映過程中可見光穿透膠片過程中發生變化存在必然內在的聯系，因此本文采用基恩士VK-X250K形狀分析激光顯微鏡分析測試了醋酸綜合癥電影膠片表面形貌與粗糙度，采用X-Rite Model VS450分光光度計研究了其表面可見光的反射率。研究結果表明醋酸纖維素酯電影膠片發生醋酸綜合癥之后，由于其表面析出增塑劑晶體導致膠片表面產生不均勻的凹凸不平的界面，形成大量不規則偏離膠片表面的斜面。由于這些斜面的存在，在放映過程中，放映機光源照射到膠片的可見光在其表面的傳播路徑發生改變，導致漫反射光增強，透射光減弱，在其畫面上產生黑色斑塊，導致影像的清晰度與原始信息嚴重受損。

圖1 醋酸綜合癥電影膠片 Acetic acid syndrome film

圖2 醋酸綜合癥電影膠片影像Acetic acid syndrome film image

1 實驗部分

1.1 實驗儀器

基恩士VK-X250K形狀分析激光顯微鏡；X-Rite Model VS450分光光度計。

1.2 實驗樣品

醋酸纖維素酯電影膠片樣品由中國電影資料館西安電影資料庫提供，其中發生醋酸綜合癥的醋酸纖維素酯電影膠片為西安電影資料庫征集到的樣片，經鑒定由于醋酸綜合癥此膠片已報廢。

1.3 實驗測試條件及其相關參數

1.3.1測試條件

實驗樣品采用基恩士VK-X250K形狀分析激光顯微鏡直接測試，激光光源為408 nm，采用20X光學鏡頭獲得測試樣品表面2D、3D形貌，測試結果采用基恩士多文件分析軟件VK-H1XMC進行校正處理后獲得樣品表面粗糙度參數Sa、Sz、Str、Spc、Sdr等[5]，此測試方式參照國際標準ISO25178-2: 2012 Geometrical product specifications (GPS) - Surface texture: Areal—Part 2: Terms, definitions and surface texture parameters；樣品表面可見光反射采用X-Rite Model VS450分光光度計測試，測試范圍為350～750 nm[6]。

1.3.2表面粗糙度參數

①算數平均高度(Sa)：定義區域中每一點的絕對高度值的平均值，為表面性狀的高度參數，其計算公式如下：

②最大高度(Sz)：定義區域中最大山峰高度(Sp)和最大地坑高度(Sv)的和為表面性狀的高度參數，其計算公式如下：

Sz=Sp+Sv

③表面性狀的高寬比(Str)：表示表面性狀的各向同性、各向異性，為表面性狀的空間參數。Str取值區間(0,1]，接近0 時表示樣品表面存在條紋等，接近1 時表示樣品表面性狀不依賴于方向，Str計算公式如下：

WhereR={(tx,ty):fACF(tx,ty)≤s}Q={(tx,ty):fACF(tx,ty)≥sand**}

其中，**表示在連接原點和點(tx，ty)的直線上的任意點處fACF≥s成立，其中fACF為樣品表面空間參數的自相關函數，計算公式如下：

④算數平均山峰曲率(Spc)：表示定義區域中山峰主曲率的算數平均值，為表面性狀的復合參數，數值小表示與其他物體接觸的點較圓潤，數值大表示與其他物體接觸的點較尖銳，Spc計算公式為：

⑤界面展開的面積比Sdr：表示定義區域展開面積與定義區域的面積相比增大了多少，為表面性狀的復合參數。如果表面是與高度方向完全垂直的平面，則為0，Sdr計算公式為：

2 結果分析與討論

2.1 膠片表面形貌

圖3、圖5為采用基恩士VK-X250K形狀分析激光顯微鏡獲取的未病變醋酸纖維素酯電影膠片表面2D、3D形貌，圖4、圖6為發生醋酸綜合癥電影膠片表面2D、3D形貌。從2D形貌圖可以看出，未病變膠片表面有少量的劃痕，這是膠片在保存或運輸過程中產生；發生醋酸綜合癥的膠片表面有大量的不規則棱狀晶體，此晶體為其在發生醋酸綜合癥過程中的析出物，經分析測試為膠片片基材料增塑劑磷酸三苯酯；從3D形貌可以看出，未病變電影膠片表面相對比較均一光滑，膠片表面高度起伏介于-0.16～0.20 μm之間；而發生醋酸綜合癥的電影膠片高低起伏較為顯著，高度介于-7～10 μm之間。從未病變膠片與發生醋酸綜合癥電影膠片表面形貌比較可以看出，發生醋酸綜合癥之后，其表面粗糙度顯著增大。

圖3 未病變電影膠片表面2D形貌2D morphology of film surface without lesions

圖4 醋酸綜合癥電影膠片表面2D形貌2D morphology of film surface with acetic acid syndrome

圖5 未病變電影膠片表面3D形貌3D morphology of film surface without lesions

圖6 醋酸綜合癥電影膠片表面3D形貌3D morphology of film surface with acetic acid syndrome

2.2 膠片表面粗糙度

表1、表2分別為采用基恩士VK-X250K形狀分析激光顯微鏡獲取的未發生與已發生醋酸綜合癥醋酸纖維素酯電影膠片表面的信息，并采用基恩士多文件分析軟件VK-H1XMC進行校正處理后獲得樣品表面粗糙度參數，測量區域為537 μm×716 μm，表中膠片表面2D形貌為測量區域膠片表面狀況，膠片表面高度圖為測量區域膠片表面高度起伏狀況。

從表1、表2中數據可以看出，實驗所測量的未病變膠片樣品表面算數平均高度Sa介于0.0027～0.042 μm之間，平均值為0.026 μm，而發生醋酸綜合癥的電影膠片表面算數平均高度介于1.84～3.57 μm之間，平均值為2.58 μm，發生醋酸綜合癥之后，其值增大約99倍；未病變膠片樣品最大高度Sz介于0.43～1.26 μm之間，平均值為0.96 μm，發生醋酸綜合癥的樣品介于17.68～56.26 μm之間，平均值為33.85 μm，其值增大約35倍；未病變膠片樣品表面性狀的高寬比Str介于0.017～0.025之間，平均值為0.020，發生醋酸綜合癥的樣品介于0.21～0.85 μm之間，平均值為0.63，其值增大約31.5倍；未病變膠片樣品算數平均山峰曲率Spc介于95～210 mm-1之間，平均值為135 mm-1，發生醋酸綜合癥的樣品介于1107～2380 mm-1之間，平均值為1708 mm-1，其值增大約13倍；未病變膠片樣品界面展開的面積比Sdr介于0.0008～0.0040之間，平均值為0.0018，發生醋酸綜合癥的樣品介于0.26～0.57之間，平均值為0.44，其值增大約244倍。

表1 未病變電影膠片表面粗糙度測試結果

醋酸纖維素酯電影膠片發生醋酸綜合癥之后,表面算數平均高度、最大高度顯著增大,說明發生醋酸綜合癥之后析出的晶體導致其表面粗糙度增大。表面性狀的高寬比與其表面的均勻性相關，測量數值愈接近0說明其表面均勻，表面山峰起伏具有一定的方向性，而測量數值愈接近1說明其表面均勻性差，表面山峰起伏不具有方向性[7]；實驗結果表明，膠片表面析出的晶體在其表面的分布不均勻；算數平均山峰曲率與表面山峰的尖銳程度相關，其值愈大則表面形成的山峰愈尖銳；測試結果說明電影膠片發生醋酸綜合癥之后，其表面析出的晶體產生較為尖銳的山峰。界面展開的面積比與其偏離基準面的面積相關，其值實為偏離基準水平面的斜面相對于基準面的增加比率，數值越大說明其產生的斜面越大；實驗結果說明，膠片發生醋酸綜合癥之后，表面析出的晶體產生大量偏離膠片表面的斜面。

表2 醋酸綜合癥電影膠片表面粗糙度測試結果

2.3 膠片表面可見光反射率

圖7為采用X-Rite Model VS450分光光度計測得的未病變與發生醋酸綜合癥醋酸纖維素酯電影膠片對可見光(波長350～750 nm)的反射率，圖中a1～a4為未病變醋酸纖維素酯電影膠片表面對可見光的反射曲線，b1～b4為發生醋酸綜合癥電影膠片表面對可見光的反射曲線。從測試結果可以看出，發生醋酸綜合癥之后，膠片表面對可見光的反射率顯著增大。

通過對發生醋酸綜合癥電影膠片表面粗糙度進行測試發現，膠片發生醋酸綜合癥之后，表面粗糙度參數(算數平均高度、最大高度等)顯著增大，說明其表面粗糙度明顯增大，其中表面性狀的高寬比增大約31.5倍，說明其表面產生規則的凹凸不平的幾何界面；算數平均山峰曲率增大約13倍，說明其表面產生較為尖銳的山峰；界面展開的面積比增大約244倍，說明其表面產生了大量的偏離膠片界面的斜面。通過對其表面對可見光的反射率測試發現，在可見光范圍內，發生醋酸綜合癥之后，膠片對可見光的漫反射明顯增強。電影膠片在放映過程中，其影像的呈現主要依賴于透過膠片的可見光，膠片表面對可見光的漫反射增強必然導致透射光的減弱，從而導致影像模糊不清，畫面上產生黑色斑塊等附加影像。結合醋酸綜合癥電影膠片表面粗糙度與可見光的反射率測試結果，可以說明電影膠片發生醋酸綜合癥之后，由于其表面析出增塑劑晶體導致膠片表面產生不均勻的凹凸不平的界面，形成大量不規則偏離膠片表面的斜面；由于這些斜面的存在，在放映過程中，放映機光源直射到膠片的可見光在其表面的傳播路徑發生改變，導致漫反射光增強，透射光減弱[8]，因此在影像上產生黑色斑塊，由于其表面粗糙界面的不均勻性，產生的黑色斑塊分布不均一，從而導致其影像的清晰度與原始信息嚴重受損。

圖7 膠片表面可見光反射率Visible light reflectance on film surface

3 結語

電影膠片是一類重要的歷史文化遺產，由于數字電影的快速發展，電影膠片雖然停止生產和使用，但其在電影事業的發展歷程以及科技發展的歷程中仍具有重要的價值，無論從電影膠片記載的歷史、文化、藝術信息還是其自身的組成結構反映當時科技發展水平的角度來講，保護和修復因醋酸綜合癥而受損的電影膠片具有重要的意義。本文通過對發生醋酸綜合癥電影膠片表面粗糙度以及可見光的反射率的研究，定量地證實了醋酸纖維素酯電影膠片發生醋酸綜合癥之后由于其表面析出的增塑劑晶體導致其粗糙度增大，表面產生凹凸不平的界面，形成大量偏離膠片表面的斜面；在放映過程中透射光減弱，使其影像的清晰度與原始信息嚴重受損。因此對于發生醋酸綜合癥的電影膠片，去除其表面析出的增塑劑晶體，消除表面形成的粗糙界面，可有效恢復其記載影像的完整性。