Есть ли черно-белый физический фильтр?

Мне интересно, есть ли физический фильтр, который позволил бы камере делать черно-белые снимки без использования какого-либо программного эффекта / фильтрации?

Нет.

Невозможно создать физический фильтр, который может полностью «обезвреживать» поступающий свет.

Единственный способ добиться этого без постобработки - на уровне пленки / сенсора.

Простите меня, пока я получаю немного метафизики на некоторое время. «Цвет», как мы понимаем, не является чем-то особенным во вселенной. Это нечто созданное нашей системой зрения - сложное взаимодействие в наших глазах и мозге. Это полезно для таких вещей, как «не ешьте ядовитые ягоды», «посмотрите на этого тигра в траве» и, совсем недавно, «останавливайте наши машины на перекрестках».

Это чувство основано на чем-то, что является реальным свойством объектов во вселенной: разные материалы рассеивают, отражают и поглощают свет различной длины волны по-разному. Наши глаза имеют рецепторы, которые по-разному чувствительны к разным длинам волн света, и система зрения переводит это в то, что мы называем цветом.

О самом цвете можно думать по-разному. Один из способов, который может быть полезен в этих обстоятельствах, состоит в том, чтобы разбить его на цветность и яркость - яркость - это в основном «яркость», а цветность - это ... другой цветовой оттенок - оттенок (красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий ... ) и насыщенность или красочность. Разделение концепции цвета таким образом хорошо работает с нашей ментальной моделью - но на самом деле не может быть немедленно перенесено обратно в физическую вселенную.

Фильтр , который привел к черным и белым будет необходимо отфильтровать цветность и пройти только яркость, потому что это то , что «черно-белый» фото в основном является - просто запись яркостей, без всех остальных «цветной материал» ,

Но я не знаю, как это сделать. Это, конечно, невозможно с чем-то похожим на фильтры, которые мы обычно используем. Они просто блокируют либо определенные длины волн (в случае цветных фильтров или УФ- или инфракрасных фильтров), либо вообще все длины волн в небольшой степени (в случае фильтров нейтральной плотности). «Фильтр», который преобразуется в черно-белое, должен был бы каким-то образом преобразовать длину волны (поскольку свет без длины волны… темнота), а не фильтровать ее. Скорее всего, это будет связано с каким-то нелинейным метаматериалом, и я ничего не смогу объяснить своими знаниями по физике в средней школе. И это должно было бы преобразовать все различные длины волн втой же длины волны, иначе рассеять их случайным образом, чтобы в результате появился белый свет; кажется, это нелепо. Я чувствую себя в безопасности, говоря, что даже если бы это было возможно, результатом не было бы то, что вы можете прикрепить к камере и носить с собой.

С другой стороны, безусловно, можно записать только яркость. Это то, что делает черно-белая пленка, и на самом деле это то же самое, что делают цифровые фотосайты. По своей сути они просто измеряют яркость, но современные цифровые камеры используют фильтры для записи яркости только на определенных длинах волн, измеряя синий, зеленый и красный по отдельности. (Это примерно соответствует тому, как работает зрение человека, поэтому мы можем объединить его обратно для получения полноцветного изображения.) Если у вас есть одна из немногих камер, сделанных без этих фильтров (например, Leica M Monochrom), вы просто получаете черный белое изображение.

Конечно, другой подход состоит в том, чтобы отфильтровать все, кроме одной конкретной длины волны. Вы можете увидеть это в ответе Джерри Коффина здесь , или в этом другом вопросе, касающемся почти монохроматического света паров натрия . Это черно-один-единственный цвет, а не черно-белый, но может быть близко к вашему желанию. Конечно, это отсекает довольно много света, и другой недостаток состоит в том, что он также отсекает уровни яркости от других цветов - так что вы просто увидите разницу в зеленом (или любом другом выбранном цвете) и нюансы оттенка в другом цвета не будут регистрироваться вообще.

Все цвета являются результатом программной обработки. Только , что датчик, будь то пленка или полупроводника, можно сделать , это изменение состояния в ответ на входящие фотоны. Да, цифровая камера имеет цветные фильтры, но все, что они делают, это ограничивают длины волн, которые передаются чувствительным пикселям. Выход каждого пикселя представляет собой просто набор электронов, которые затем преобразуются в напряжение, которое, в свою очередь, измеряется и представляется в виде цифрового числа.
Как вы решите интерпретировать эти цифры, полностью зависит от вас. Пара примеров:

Загрузите файл RAW в математический инструмент, такой как R или MATLAB, и вы можете сгенерировать монохромное изображение на основе числовых значений в массиве.

Загрузите файл RGB аналогичным образом. Он состоит (как правило) из трех массивов чисел одинакового размера, которые были помечены как слои «R, G, B». Вы можете сгенерировать монохромное изображение каждого из них или назначить любой слой и цветность по своему желанию для каждого слоя перед объединением в цветное изображение.

Опять же, важно понять, что ваш первоначальный вопрос ошибочен: будь то цифровая обработка данных или использование химикатов для разработчика и цветной бумаги вместо черно-белой бумаги, камера и ее датчик ничего не знают о цвете. Это как вы обрабатываете данные (цифровые или аналоговые).

Вы не можете добавить физический фильтр, но вы можете удалить физический фильтр, чтобы преобразовать любую цифровую камеру в строго монохромную камеру.

Фактический датчик в любой цифровой зеркальной камере ничего не знает о цвете - каждый пиксель записывает общую яркость на всех длинах волн, к которым он чувствителен. Цвет вводится путем добавления фильтра Байера , который представляет собой небольшие кусочки разноцветного стекла для каждого пикселя: теперь некоторые пиксели могут видеть только синий, другие - только красный, а остальные - только зеленый.

После удаления фильтра Байера ваша камера снова станет монохромной, как это сделали некоторые люди :

Нет.

Каждая цветная камера имеет три типа чувствительного материала - пиксели в цифровых камерах, пиксельные слои в датчиках Foveon, слои в цветной пленке. Изображение, являющееся монохромным, означает, что все эти типы производят отклик с постоянной цветностью при любом падающем свете, и это НЕ возможно, потому что они спроектированы для получения разных цветностей.

Это теоретически возможно, но не практично.

Для этого вам понадобится относительно узкий полосовой фильтр, который ограничивает проходящий свет до такой степени, что будет затронут только один цвет из (обычно) трех, обнаруженных датчиком (по крайней мере, в той степени, в которой он виден эффекты на снимке, который вы делаете).

Такие узкополосные фильтры были построены и используются на регулярной основе - например, они используются на регулярной основе в мультиплексировании с волновым разделением, которое используется для одновременной отправки нескольких сигналов по оптическому волокну. На передающей стороне вы берете несколько сигналов, кодируете каждый из них как один цвет света и смешиваете свет перед передачей.

На приемном конце вы пропустите этот свет через то же количество узкополосных фильтров, чтобы вы могли восстановить исходные потоки данных.

Что касается того, почему это не практично: две причины. Прежде всего, такие фильтры могут быть довольно большими и дорогими. Во-вторых, (вероятно, более важно для фотографических целей), когда вы получаете пропущенную узкую полосу, вы также обычно получаете достаточное количество затухания в полосе пропускания. То есть, помимо избавления от света, который вам не нужен, вы также обычно теряете достаточно много света, который вам нужен.

На типичной камере вы имеете дело только с тремя цветами сенсоров, которые довольно широко распространены в спектре. Как правило, вы хотите сохранить зеленый свет, потому что 1) это диапазон, в котором глаза людей обычно наиболее чувствительны, и 2) на типичном датчике у вас вдвое больше зеленых сенсорных лунок, чем красных или синих сенсорных лунок.

Астрономы также используют довольно узкие полосовые фильтры на довольно регулярной основе. Чтобы быть конкретным, один тип эмиссионной туманности испускает свет из-за трижды ионизированного кислорода (он же «кислород III»). Излучаемый свет находится на 496 нм и 501 нм, оба из которых довольно близки к середине зеленого диапазона:

Таким образом, если мы вставим фильтр для пропускания только тех длин волн света и остановим практически все остальное, мы получим изображения, которые очень близки к чисто монохромным, независимо от камеры / датчика / пленки, используемой для определения света. Такие фильтры легко доступны (поиск в Google oxygen-III filterприведет к большому выбору). Просто для примера, вот кривая ответа для одного из этих фильтров:

Этот конкретный является водородно-бета-фильтром, но доступны кислородно-III фильтры с аналогично узкой полосой пропускания. Несколько чуть более широких полосовых фильтров (все еще обычно называемых «узкополосными») «настроены», чтобы позволить как излучение бета-водорода (486 нм), так и излучение кислорода-III (496 и 501 нм). Этот, однако, отфильтровывает большую часть излучения при 496 нм и, по существу, всю его при 501 нм, хотя для большинства людей все три цвета очень похожи (глубокий свет с небольшим оттенком синего).

Эти фильтры, однако, как правило, предназначены для использования на телескопах, а не на камерах. Они обычно имеют размеры (например, 2 дюйма), используемые для окуляров телескопа. Они также блокируют много видимого света, поэтому обычно их рекомендуют использовать только на относительно больших телескопах - обычно минимум 8 или 10 дюймов для них очень полезны.

Даже если предположить, что вы можете установить фильтр и прожить с количеством передаваемого света, у вас останется одна проблема: хотя ваше изображение будет (почти полностью) монохромным, если вы не выполните некоторую предварительную обработку, оно не будет не будет отображаться как оттенки серого, он будет отображаться как оттенки зеленого.

Я вижу одну заключительную проблему использования этих фильтров: то, что вы получите, вероятно, не будет работать хорошо для большинства типов фотографий. Ранние черно-белые пленки обладали довольно широким диапазоном чувствительности, но наиболее сильно на них воздействовал синий свет и только довольно слабо красный свет.

Позже черно-белый файл («панхроматическая пленка») был отрегулирован так, чтобы иметь чувствительность по всему видимому спектру, которая намного более соответствовала нормальному зрению. Этого было достаточно для улучшения, что он довольно быстро заменил ортохроматическую пленку для большинства типичных фотографий.

В этом случае вы будете обнаруживать гораздо более узкий диапазон света, чем ортохроматическая пленка, - до такой степени, что вы, вероятно, не сможете получить результаты, которые были бы весьма полезны для наиболее типичных целей.

С другой стороны, есть и некоторые преимущества использования таких узкополосных фильтров при некоторых обстоятельствах. Например, поскольку объектив должен фокусироваться только на одной длине волны света, хроматическая аберрация становится практически неактуальной. Это может улучшить разрешение (хотя точное улучшение будет зависеть от того, сколько хроматической аберрации пришлось начать с объектива).

Это не фильтр - не съемный и, безусловно, необратимый - но любую цифровую камеру можно преобразовать в оттенки серого, отряхивая цветные фильтры с сенсора и обрабатывая изображение RAW. Без цветных фильтров датчик собирает только информацию о яркости. Камера будет продолжать обрабатывать пиксели, как если бы матрица цветового фильтра все еще была на месте, поэтому вам нужно захватывать изображения RAW и обрабатывать их самостоятельно. Сам никогда не пробовал, но я слышал об этом, когда CVS (американская аптечная сеть) впервые начала продавать цифровые камеры с возвратом и возвратом.

Тема с примерами: http://photo.net/digital-camera-forum/00CM0R

Подробнее о матрице цветовых фильтров: https://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_filter

Надеюсь это поможет!

В камерах падающий свет фильтруется по трем координатам спектров RGB, а затем фиксируется с использованием химической реакции (пленочные камеры), ПЗС или КМОП-чипа (цифровые камеры).

Единственный способ физически отключить камеру для захвата цветных изображений - это использовать монохроматическую пленку или снять маску фильтра с чипа CMOS. Эта процедура убьет вашу камеру 999 999 раз за 1 000 000 попыток.

Когда вы устанавливаете камеру на монохромный захват, она «игнорирует» фильтрацию и суммирует сигнал со всех 3 каналов. В постобработке программа рассчитает среднее значение по каналам.

Если вы хотите захватывать ИК-изображения, у вас должна быть ИК-совместимая оптика и ИК-чувствительный детектор. Вы, вероятно, получите новый чип и настроенные датчики AF.

Нет. Вы должны понимать, что не существует такой вещи, как длина волны белого света , поэтому нет физического свойства, на котором мог бы основываться такой фильтр.

Если вам не нравится физика, подумайте над логичным примером: белый свет - это более широкий набор, включающий в себя подмножества всех других цветов. Таким образом, ваш вопрос звучит как

Is there a filter that can extract fruits from apples?

Опять же, ответ НЕТ.

Я собираюсь пойти против зерна и сказать ДА, МЫ МОЖЕМ ... если вы расширите значение "физического фильтра" следующим образом:

Фильтр представляет собой активную камеру, которая отображает свои выходные данные в черно-белом режиме на своем собственном дисплее (не имея цветовых фильтров на сенсоре, обесцвечивая программное обеспечение, используя монохромный дисплей и т. Д.), Возможно, с некоторой оптикой для симуляции фокуса дальше.

Затем ваша камера делает снимок дисплея фильтра, думая, что это реальный мир. И это в черно-белом :-)

Если это звучит возмутительно, учтите, что в 2011 году фильм « Оливка» был объявлен первым фильмом, снятым полностью на смартфоне . Но как они получили замечательное боке и глубину резкости? Благодаря съемке изображения, спроецированного на матовое стекло, объективом Canon L серии 24–70 мм стоимостью 800 долларов! Мошенничество?