Esiste un filtro fisico in bianco e nero?

Mi chiedo se esiste un filtro fisico che consentirebbe a una fotocamera di realizzare immagini in bianco e nero senza utilizzare alcun effetto / filtro software?

No.

Non è possibile creare un filtro fisico in grado di "de-saturare" completamente la luce in entrata.

L'unico modo per raggiungere questo obiettivo senza post-elaborazione è a livello di pellicola / sensore.

Scusami mentre divento un po 'metafisico per un po'. Il "colore" come comprendiamo non è una vera proprietà di nulla nell'universo. È qualcosa creato dal nostro sistema di visione - un'interazione complicata nei nostri occhi e cervelli. È utile per cose come "non mangiare le bacche di veleno", "guardare quella tigre nell'erba" e, più recentemente, "fermare i nostri veicoli agli incroci".

Questo senso si basa su qualcosa che è una vera proprietà degli oggetti nell'universo: materiali diversi si disperdono, riflettono e assorbono diverse lunghezze d'onda della luce in modi diversi. I nostri occhi hanno recettori che sono diversamente sensibili alle diverse lunghezze d'onda della luce, e il sistema di visione lo traduce in ciò che chiamiamo colore.

Il colore stesso può essere pensato in molti modi diversi. Un modo che è utile in questa circostanza è di scomporlo in cromaticità e luminanza - la luminanza è fondamentalmente "luminosità", e la cromaticità è ... l'altra roba di colore - tonalità (rosso, arancione, giallo, verde, blu ... ) e saturazione o colorito. Dividere il concetto di colore in questo modo funziona bene con il nostro modello mentale, ma in realtà non è immediatamente traducibile nell'universo fisico.

Un filtro che ha prodotto il bianco e nero avrebbe bisogno di filtrare la cromaticità e passare solo attraverso la luminanza, perché è quello che sostanzialmente è una foto "in bianco e nero" - solo un registro delle luminosità, senza tutte le altre "cose ​​di colore" .

Ma non conosco alcun modo per farlo. Certamente non è possibile con qualcosa di simile al tipo di filtri che usiamo normalmente. Quelli appena blocco sia determinate lunghezze d'onda (nel caso di filtri colorati o UV o filtri infrarossi) o in generale tutte le lunghezze d'onda ad un piccolo grado (nel caso di filtri densità neutra). Un "filtro" convertito in bianco e nero dovrebbe effettivamente trasformare la lunghezza d'onda in qualche modo (poiché la luce senza lunghezza d'onda è ... oscurità), piuttosto che filtrarla. Ciò implicherebbe probabilmente una sorta di metamateriale non lineare e nulla che possa spiegare con le mie conoscenze di fisica di livello superiore. E dovrebbe convertire tutte le diverse lunghezze d'onda instessa lunghezza d'onda, oppure li disperdono casualmente in modo che il risultato sia una luce bianca; sembra che sia probabilmente assurdo. Mi sento sicuro nel dire che anche se fosse possibile, il risultato non sarebbe qualcosa che puoi attaccare a una macchina fotografica e portare in giro.

D'altra parte, si può certamente registrare solo la luminosità. Questo è ciò che fa il film in bianco e nero, ed è anche quello che fanno anche i fotosite digitali. Sono intrinsecamente solo misure di luminosità, ma le fotocamere digitali di oggi usano i filtri per registrare la luminosità solo in determinate lunghezze d'onda, misurando separatamente blu, verde e rosso. (Ciò corrisponde all'incirca al modo in cui funziona la visione umana, quindi possiamo combinare quella parte posteriore per creare un'immagine a colori.) Se hai una delle poche fotocamere realizzate senza questi filtri (come la Leica M Monochrom), ottieni solo un nero e immagine bianca.

Naturalmente, un altro approccio è filtrare tutto tranne una specifica lunghezza d'onda. Puoi vederlo nella risposta di Jerry Coffin qui o in questa altra domanda che coinvolge una luce quasi monocromatica a vapore di sodio . Questo è in bianco e nero un po 'di colore piuttosto che in bianco e nero, ma potrebbe essere vicino a te. Naturalmente, questo elimina molta luce, e l'altro aspetto negativo è che elimina anche i livelli di luminosità da altri colori - quindi vedrai solo la varianza nel verde (o qualsiasi colore selezionato) e sfumature di ombra nell'altro i colori non si registreranno affatto.

Tutto il colore è il risultato dell'elaborazione del software. L' unica cosa che un sensore, sia esso film o semiconduttore, può fare è cambiare stato in risposta ai fotoni in arrivo. Sì, una fotocamera digitale ha filtri colorati, ma tutto ciò che fanno è limitare le lunghezze d'onda che vengono trasmesse ai pixel di rilevamento. L'output di ciascun pixel è semplicemente un gruppo di elettroni, che vengono quindi convertiti in una tensione, che a sua volta viene misurata e riportata come un numero digitale.
Il modo in cui scegli di interpretare quei numeri dipende interamente da te. Un paio di esempi:

Carica un file RAW in uno strumento matematico come R o MATLAB e puoi generare un'immagine monocromatica in base ai valori numerici dell'array.

Carica un file RGB in modo simile. Consiste (generalmente) di tre matrici di numeri di dimensioni uguali che sono state taggate come strati "R, G, B". Puoi generare un'immagine monocromatica di ciascuno o assegnare qualsiasi tonalità e cromaticità desideri a ciascun livello prima di combinarli in un'immagine a colori.

Ancora una volta, la cosa importante da capire è che la tua domanda originale è in errore: se attraverso l'elaborazione digitale dei dati o l'uso di prodotti chimici per sviluppatori e carta per stampa a colori e in bianco e nero, la fotocamera e il suo sensore non sanno nulla del colore. È il modo in cui elaborate i dati (digitali o analogici).

Non è possibile aggiungere un filtro fisico, ma è possibile rimuovere un filtro fisico per convertire qualsiasi fotocamera digitale in una fotocamera rigorosamente monocromatica.

Il sensore reale su qualsiasi DSLR non sa nulla del colore: ogni pixel registra la luminosità totale in tutte le lunghezze d'onda a cui è sensibile. Il modo in cui viene introdotto il colore è aggiungendo un filtro Bayer , che è fondamentalmente piccoli pezzi di vetro di colore diverso per ogni pixel: ora alcuni pixel possono vedere solo il blu, altri solo il rosso e il resto può solo vedere il verde.

Con la rimozione del filtro di Bayer, si fotocamera tornare ad essere in bianco e nero, come alcune persone hanno effettivamente fatto :

No.

Ogni telecamera a colori ha tre tipi di materiale sensibile: pixel nelle fotocamere digitali, livelli di pixel nei sensori Foveon, strati di pellicola a colori. L'immagine essendo monocromatica significa che tutti quei tipi producono una risposta con cromaticità costante con qualsiasi luce incidente e ciò NON è possibile perché sono progettati per produrre cromaticità diverse.

È teoricamente possibile, ma non è generalmente pratico.

Per farlo, hai bisogno di un filtro passa-banda relativamente stretto che limiti la luce che passa al punto in cui solo un colore dei (solitamente) tre rilevati dal sensore sarà interessato (almeno fino a un certo punto che è visibile effetti sulla foto scattata).

Tali filtri a banda stretta sono stati costruiti e sono in uso regolare - ad esempio, vengono utilizzati su base regolare nel multiplexing di divisione d'onda, che viene utilizzato per inviare più segnali contemporaneamente su una fibra ottica. All'estremità di trasmissione, prendi un numero di segnali, codificali ciascuno come un singolo colore di luce e mescoli la luce insieme prima di trasmettere.

Sul lato ricevente si esegue quella luce attraverso lo stesso numero di filtri passa-banda stretti in modo da poter ricostruire i flussi di dati originali.

Quanto al perché non è pratico: due ragioni. Prima di tutto, tali filtri possono essere abbastanza grandi e costosi. In secondo luogo, (probabilmente più importante per scopi fotografici) quando si ottiene una banda stretta che passa, in genere si ottiene anche una discreta attenuazione nella banda di passaggio. Vale a dire, oltre a sbarazzarsi della luce che non si desidera, in genere si perde anche molta della luce che si desidera.

Su una fotocamera tipica hai a che fare solo con tre colori di sensori, distribuiti in modo abbastanza ampio nello spettro. In genere vorresti mantenere la luce verde perché 1) è l'intervallo in cui gli occhi delle persone sono normalmente i più sensibili e 2) su un sensore tipico, hai il doppio dei pozzetti del sensore verde rispetto a quelli del sensore rosso o blu.

Gli astronomi usano anche filtri passa-banda abbastanza stretti su base abbastanza regolare. Per essere precisi, un tipo di nebulosa ad emissione emette luce a causa dell'ossigeno triplicato (noto anche come "ossigeno III"). La luce emessa è a 496nm e 501nm, entrambe abbastanza vicine al centro della gamma verde:

Quindi, se inseriamo un filtro per passare solo quelle lunghezze d'onda della luce e fermiamo praticamente tutto il resto, otteniamo immagini abbastanza vicine al bianco e nero, indipendentemente dalla fotocamera / sensore / pellicola utilizzata per rilevare la luce. Tali filtri sono facilmente disponibili (Googling per oxygen-III filtermostrerà molte scelte). Solo per un esempio, ecco la curva di risposta per uno di questi filtri:

Questo particolare è un filtro beta-idrogeno, ma sono disponibili filtri ossigeno-III con passa banda altrettanto stretto. Alcuni filtri passa-banda leggermente più larghi (ancora comunemente chiamati "banda stretta") sono "sintonizzati" per consentire sia l'emissione di idrogeno-beta (486 nm) sia le emissioni di ossigeno-III (496 e 501 nm). Questo, tuttavia, filtrerebbe la maggior parte delle emissioni a 496 nm e sostanzialmente tutte a 501 nm, anche se agli occhi della maggior parte delle persone tutti e tre i colori sono molto simili (verde intenso con solo un pizzico di blu).

Questi filtri, tuttavia, sono generalmente progettati per l'uso su telescopi, non telecamere. Sono in genere nelle dimensioni (ad esempio, 2 pollici) utilizzate per gli oculari del telescopio. Bloccano anche molta luce visibile, quindi in genere sono consigliati solo per l'uso su telescopi relativamente grandi: almeno 8 o 10 pollici è il solito minimo per essere di grande utilità.

Anche supponendo che tu possa montare il filtro e vivere con la quantità di luce trasmessa, rimarrai con un problema: sebbene la tua foto sarebbe (quasi interamente) monocromatica, a meno che tu non abbia fatto una pre-elaborazione, non apparire come sfumature di grigio, apparirebbe come sfumature di verde.

Vedo un ultimo problema nell'uso di questi filtri: quello che otterresti probabilmente non funzionerebbe bene per la maggior parte dei tipi di fotografia. I primi film in bianco e nero avevano una gamma abbastanza ampia di sensibilità, ma erano influenzati più fortemente dalla luce blu e solo abbastanza debolmente dalla luce rossa.

Successivamente la lima in bianco e nero ("pellicola pancromatica") è stata regolata per avere una sensibilità attraverso lo spettro visibile che corrispondeva molto più strettamente alla visione normale. Questo è stato abbastanza di un miglioramento che ha sostituito abbastanza rapidamente il film ortocromatico per la maggior parte della fotografia tipica.

In questo caso, dovresti rilevare una gamma di luce molto più ristretta rispetto al film ortocromatico, al punto che probabilmente non saresti in grado di ottenere risultati che erano molto utili per gli scopi più tipici.

D'altra parte, ci sono anche alcuni lati positivi nell'utilizzare tali filtri a banda stretta in alcune circostanze. Ad esempio, poiché l'obiettivo deve focalizzare solo una lunghezza d'onda della luce, l'aberrazione cromatica diventa essenzialmente irrilevante. Questo può migliorare la risoluzione (anche se l'esatto miglioramento dipenderà da quanta aberrazione cromatica la lente doveva iniziare).

Non è un filtro - non rimovibile e sicuramente non reversibile - ma qualsiasi fotocamera digitale può essere convertita in scala di grigi eliminando i filtri colorati dal sensore ed elaborando l'immagine RAW. Senza i filtri colorati, il sensore raccoglie solo informazioni sulla luminosità. La fotocamera continuerà a elaborare i pixel come se la matrice del filtro colore fosse ancora presente, quindi è necessario acquisire le immagini RAW ed elaborarle da soli. Non l'ho mai provato da solo, ma ne ho sentito parlare quando CVS (catena di farmacie statunitensi) ha iniziato a vendere fotocamere digitali usa e getta.

Discussione con esempi: http://photo.net/digital-camera-forum/00CM0R

Maggiori informazioni sulla matrice del filtro colore: https://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_filter

Spero che sia di aiuto!

Nelle telecamere la luce incidente viene filtrata su tre coordinate di spettri RGB e quindi catturata usando la reazione chimica (telecamere a pellicola), chip CCD o CMOS (fotocamere digitali).

L'unico modo in cui è possibile disabilitare fisicamente la fotocamera per acquisire immagini a colori è utilizzare la pellicola monocromatica o rimuovere la maschera del filtro dal chip CMOS. Questa procedura ucciderà la tua fotocamera 999 999 volte di 1 000 000 tentativi.

Quando si imposta la videocamera per l'acquisizione monocromatica, "ignora" il filtro e riassume il segnale da tutti e 3 i canali. Nel postprocessing, il programma calcolerà il valore medio dai canali.

Se vuoi catturare immagini IR devi avere un'ottica compatibile IR e un rilevatore sensibile IR. Probabilmente otterrai chip nuovissimi e sensori AF personalizzati.

No. Devi capire che non esiste qualcosa come la lunghezza d'onda della luce bianca , quindi non esiste alcuna proprietà fisica su cui basare tale filtro.

Se non ti piace la fisica, pensa a un esempio logico: la luce bianca è un insieme più ampio che include luci di tutti gli altri colori come sottoinsiemi. Quindi la tua domanda suona effettivamente come

Is there a filter that can extract fruits from apples?

Di nuovo, la risposta è no.

Ho intenzione di andare contro il grano, e dire SÌ, POSSIAMO ... se si espande il significato di "filtro fisico" come segue:

Il filtro è una fotocamera attiva che visualizza il proprio output in bianco e nero sul proprio display (non avendo filtri di colore sul suo sensore, desaturando nel software, usando un display monocromatico ecc.), Forse con alcune ottiche per simulare una messa a fuoco più lontana.

La fotocamera scatta quindi una foto del display del filtro, pensando che sia il mondo reale. Ed è in bianco e nero :-)

Se questo sembra scandaloso, considera che nel 2011, il film Olive è stato segnalato come il primo film ad essere interamente girato su Smartphone . Ma come hanno ottenuto il meraviglioso bokeh e la profondità di campo? Girando l'immagine proiettata sul vetro smerigliato da un obiettivo Canon serie L da 24-70 mm da $ 800! Imbrogliare?