¿Hay un filtro físico en blanco y negro?

Me pregunto si hay un filtro físico que permita que una cámara tome fotos en blanco y negro sin usar ningún efecto / filtrado de software.

No.

No es posible crear un filtro físico que pueda "desaturar" completamente la luz entrante.

La única forma de lograr esto sin procesamiento posterior es a nivel de película / sensor.

Disculpe mientras me pongo un poco metafísico por un momento. El "color", tal como lo entendemos, no es una propiedad real de nada en el universo. Es algo creado por nuestro sistema de visión: una interacción complicada en nuestros ojos y cerebros. Es útil para cosas como "no comas las bayas venenosas", "mira a ese tigre en la hierba" y, más recientemente, "deteniendo nuestros vehículos en las intersecciones".

Este sentido se basa en algo que es una propiedad real de los objetos en el universo: diferentes materiales dispersan, reflejan y absorben diferentes longitudes de onda de luz de diferentes maneras. Nuestros ojos tienen receptores que son sensibles a las diferentes longitudes de onda de la luz, y el sistema de visión traduce eso a lo que llamamos color.

El color en sí mismo puede pensarse de muchas maneras diferentes. Una manera que es útil en esta circunstancia es descomponerlo en cromaticidad y luminancia : la luminancia es básicamente "brillo", y la cromaticidad es ... el otro color: matiz (rojo, naranja, amarillo, verde, azul ... ) y saturación o colorido. Dividir el concepto de color de esta manera funciona bien con nuestro modelo mental, pero en realidad no es traducible de inmediato al universo físico.

Un filtro que resultara en blanco y negro necesitaría filtrar la cromaticidad y pasar solo la luminancia, porque eso es básicamente una foto "en blanco y negro" : solo un registro de los brillos, sin todas las otras "cosas de color". .

Pero, no sé de ninguna manera de hacer eso. Ciertamente no es posible con algo similar al tipo de filtros que normalmente usamos. Aquellos solo bloque o bien ciertas longitudes de onda (en el caso de filtros de color o UV o filtros infrarrojos) o en general, todas longitudes de onda para un pequeño grado (en el caso de los filtros de densidad neutra). Un "filtro" convertido a blanco y negro tendría que transformar la longitud de onda de alguna manera (ya que la luz sin longitud de onda es ... oscuridad), en lugar de filtrarla. Esto probablemente implicaría algún tipo de metamaterial no lineal y nada que pueda explicar con mi conocimiento de física de nivel secundario. Y tendría que convertir todas las diferentes longitudes de onda amisma longitud de onda, o dispersarlos al azar para que el resultado sea luz blanca; Parece que esto es probablemente absurdo. Me siento seguro al decir que, incluso si fuera posible, el resultado no sería algo que se pueda conectar a una cámara y transportar.

Por otro lado, uno ciertamente puede grabar solo el brillo. Eso es lo que hace la película en blanco y negro, y en realidad es lo que hacen las fotos digitales también. Son inherentemente solo medidas de brillo, pero las cámaras digitales actuales usan filtros para grabar el brillo solo en ciertas longitudes de onda, midiendo azul, verde y rojo por separado. (Esto coincide aproximadamente con el funcionamiento de la visión humana, por lo que podemos combinarlo para crear una imagen a todo color). Si tiene una de las pocas cámaras fabricadas sin estos filtros (como el Leica M Monochrom), obtendrá un negro y imagen en blanco

Por supuesto, otro enfoque es filtrar todo excepto una longitud de onda específica. Puedes ver esto en la respuesta de Jerry Coffin aquí , o en esta otra pregunta que involucra una luz de vapor de sodio casi monocromática . Eso es negro y un solo color en lugar de blanco y negro, pero puede estar cerca de lo que deseas. Por supuesto, eso elimina mucha luz, y la otra desventaja es que también elimina los niveles de brillo de otros colores, por lo que solo verá variaciones en el verde (o cualquier color seleccionado) y matices de sombra en el otro los colores no se registrarán en absoluto.

Todo el color es el resultado del procesamiento del software. Lo único que puede hacer un sensor, ya sea película o semiconductor, es cambiar el estado en respuesta a los fotones entrantes. Sí, una cámara digital tiene filtros de color, pero todo lo que hacen es restringir las longitudes de onda que se pasan a los píxeles de detección. La salida de cada píxel es simplemente un grupo de electrones, que luego se convierten en un voltaje, que a su vez se mide y se informa como un número digital.
La forma en que elija interpretar esos números depende totalmente de usted. Un par de ejemplos:

Cargue un archivo RAW en una herramienta matemática como R o MATLAB, y puede generar una imagen monocroma basada en los valores numéricos de la matriz.

Cargue un archivo RGB de manera similar. Consiste (generalmente) en tres conjuntos de números de igual tamaño que han sido etiquetados como capas "R, G, B". Puede generar una imagen monocroma de cada uno, o asignar cualquier tono y cromaticidad que desee a cada capa antes de combinarla en una imagen en color.

Una vez más, lo importante que debe entender es que su pregunta original es errónea: ya sea a través del procesamiento de datos digitales o mediante el uso de productos químicos de desarrollo y papel de impresión de color frente a blanco y negro, la cámara y su sensor no saben nada sobre el color. Es cómo procesas los datos (digitales o analógicos).

No puede agregar un filtro físico, pero puede quitar un filtro físico para convertir cualquier cámara digital en una cámara estrictamente monocromática.

El sensor real en cualquier DSLR no sabe nada sobre el color: cada píxel registra la luminosidad total en todas las longitudes de onda a las que es sensible. La forma en que se introduce el color es mediante la adición de un filtro Bayer , que es básicamente pequeñas piezas de vidrio de diferentes colores para cada píxel: ahora algunos píxeles solo pueden ver el azul, otros solo el rojo, y el resto solo puede ver el verde.

Al quitar el filtro Bayer, su cámara volverá a ser monocromática, como algunas personas realmente han hecho :

No.

Cada cámara a color tiene tres tipos de material sensible: píxeles en cámaras digitales, capas de píxeles en sensores Foveon, capas en película a color. La imagen monocromática significa que todos esos tipos producen una respuesta con cromaticidad constante con cualquier luz incidente y eso NO es posible porque están diseñados para producir diferentes cromaticidades.

Teóricamente es posible, pero en general no es práctico.

Para hacerlo, necesita un filtro de paso de banda relativamente estrecho que restrinja la luz que atraviesa hasta el punto de que solo un color de los (generalmente) tres detectados por el sensor se verá afectado (al menos en un grado que sea visible). efectos en la foto que tomas).

Dichos filtros de banda estrecha se han construido y se usan regularmente; por ejemplo, se usan regularmente en la multiplexación por división de onda, que se usa para enviar múltiples señales a través de una fibra óptica simultáneamente. En el extremo de transmisión, toma una serie de señales, codifica cada una como un solo color de luz y mezcla la luz antes de transmitir.

En el extremo receptor, pasa esa luz a través del mismo número de filtros de paso de banda estrechos para que pueda reconstruir los flujos de datos originales.

En cuanto a por qué no es práctico: dos razones. En primer lugar, tales filtros pueden ser bastante grandes y caros. En segundo lugar, (probablemente más importante para fines fotográficos) a medida que se pasa una banda estrecha, también se obtiene una buena cantidad de atenuación en la banda de paso. Es decir, además de deshacerse de la luz que no desea, también suele perder mucha de la luz que desea.

En una cámara típica, se trata de solo tres colores de sensores, distribuidos ampliamente en el espectro. Por lo general, desea mantener la luz verde porque 1) ese es el rango donde los ojos de las personas son normalmente los más sensibles, y 2) en un sensor típico, tiene el doble de pozos de sensores verdes que pozos de sensores rojos o azules.

Los astrónomos también usan filtros de paso de banda bastante estrechos de forma bastante regular. Para ser específicos, un tipo de nebulosa de emisión emite luz debido al oxígeno triplicado (también conocido como "oxígeno III"). La luz emitida está a 496nm y 501nm, los cuales están bastante cerca del medio del rango verde:

Entonces, si insertamos un filtro para pasar solo esas longitudes de onda de luz, y detenemos esencialmente todo lo demás, obtenemos imágenes que son bastante cercanas al monocromo puro, independientemente de la cámara / sensor / película utilizada para detectar la luz. Dichos filtros están fácilmente disponibles (buscar en Google oxygen-III filtermostrará muchas opciones). Solo por un ejemplo, aquí está la curva de respuesta para uno de estos filtros:

Este en particular es un filtro de hidrógeno beta, pero hay disponibles filtros de oxígeno III con un paso de banda similarmente estrecho. Unos pocos filtros de paso de banda ligeramente más anchos (generalmente denominados "banda estrecha") se "ajustan" para permitir tanto la emisión de hidrógeno beta (486 nm) como las emisiones de oxígeno III (496 y 501 nm). Este, sin embargo, filtraría la mayoría de las emisiones a 496 nm y esencialmente todas a 501 nm, aunque para los ojos de la mayoría de las personas los tres colores son muy similares (verde profundo con solo un toque de azul).

Sin embargo, estos filtros generalmente están diseñados para su uso en telescopios, no en cámaras. Por lo general, están en los tamaños (por ejemplo, 2 pulgadas) utilizados para los oculares de telescopio. También bloquean mucha luz visible, por lo que generalmente se recomiendan solo para su uso en telescopios relativamente grandes: al menos 8 o 10 pulgadas es el mínimo habitual para que sean de gran utilidad.

Incluso suponiendo que pueda montar el filtro y vivir con la cantidad de luz que se transmite, se quedaría con un problema: aunque su imagen sería (casi completamente) monocromática, a menos que hiciera un preprocesamiento, no Si apareciera como sombras de gris, aparecería como sombras de verde.

Puedo ver un problema final al usar estos filtros: lo que obtendrías probablemente no funcionaría bien para la mayoría de los tipos de fotografía. Las primeras películas en blanco y negro tenían un rango bastante amplio de sensibilidad, pero la luz azul la afectaba más fuertemente, y solo la luz roja la debilitaba bastante.

Posteriormente, el archivo en blanco y negro ("película pancromática") se ajustó para tener una sensibilidad en todo el espectro visible que se correspondía mucho más estrechamente con la visión normal. Esto fue una mejora suficiente que rápidamente reemplazó la película ortocromática para la mayoría de las fotografías típicas.

En este caso, estaría detectando un rango de luz mucho más estrecho que la película ortocromática, hasta el punto de que probablemente no podría obtener resultados que fueron de mucha utilidad para los propósitos más típicos.

Por otro lado, también hay algunas ventajas para el uso de estos filtros de banda estrecha en algunas circunstancias. Por ejemplo, dado que la lente solo tiene que enfocar una longitud de onda de luz, la aberración cromática se vuelve esencialmente irrelevante. Esto puede mejorar la resolución (aunque la mejora exacta dependerá de la cantidad de aberración cromática con la que tuvo que comenzar la lente).

No es un filtro, no es extraíble y definitivamente no es reversible, pero cualquier cámara digital se puede convertir a escala de grises raspando los filtros de color del sensor y procesando la imagen RAW. Sin los filtros de color, el sensor solo recopila información de brillo. La cámara continuará procesando los píxeles como si la matriz del filtro de color todavía estuviera allí, por lo que debe capturar las imágenes RAW y procesarlas usted mismo. Nunca lo intenté yo mismo, pero escuché sobre eso cuando CVS (cadena de farmacias de EE. UU.) Comenzó a vender cámaras digitales de uso y devolución.

Tema con ejemplos: http://photo.net/digital-camera-forum/00CM0R

Más sobre la matriz de filtro de color: https://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_filter

¡Espero que esto ayude!

En las cámaras, la luz incidente se filtra a tres coordenadas de espectros RGB y luego se captura mediante reacción química (cámaras de película), chip CCD o CMOS (cámaras digitales).

La única forma de deshabilitar físicamente la cámara para capturar imágenes en color es usar una película monocromática o quitar la máscara de filtro del chip CMOS. Este procedimiento matará su cámara 999 999 veces de 1 000 000 de intentos.

Cuando configura su cámara para captura monocromática, "ignora" el filtrado y resume la señal de los 3 canales. En el posprocesamiento, el programa calculará el valor medio de los canales.

Si desea capturar imágenes IR, debe tener una óptica compatible con IR y un detector sensible a IR. Probablemente, obtendrá un chip nuevo y sensores AF personalizados.

No. Debe comprender que no existe la longitud de onda de la luz blanca , por lo que no existe una propiedad física en la que pueda basarse dicho filtro.

Si no le gusta la física, piense en un ejemplo lógico: la luz blanca es un conjunto más amplio que incluye luces de todos los demás colores como subconjuntos. Entonces su pregunta suena efectivamente como

Is there a filter that can extract fruits from apples?

De nuevo, la respuesta es no.

Voy a ir contra la corriente y decir SÍ, PODEMOS ... si expande el significado de "filtro físico" de la siguiente manera:

El filtro es una cámara activa que muestra su salida en blanco y negro en su propia pantalla (al no tener filtros de color en su sensor, desaturar en el software, usar una pantalla monocromática, etc.), tal vez con algunas ópticas para simular un enfoque más alejado.

Su cámara luego toma una foto de la pantalla del filtro, pensando que es el mundo real. Y está en blanco y negro :-)

Si eso suena escandaloso, considere que en 2011, se informó que la película Olive fue la primera película que se filmó por completo en teléfonos inteligentes . Pero, ¿cómo obtuvieron el maravilloso bokeh y la profundidad de campo? ¡Al filmar la imagen proyectada en vidrio esmerilado con una lente Canon L Series 24-70 mm de $ 800! ¿Engañando?