Existe um filtro físico em preto e branco?

Gostaria de saber se existe um filtro físico que permita à câmera tirar fotos em preto e branco sem usar nenhum efeito / filtro de software?

Não.

Não é possível criar um filtro físico que possa "dessaturar" completamente a luz que entra.

A única maneira de conseguir isso sem pós-processamento é no nível do filme / sensor.

Perdoe-me enquanto fico um pouco metafísica por um tempo. "Cor", como a entendemos, não é uma propriedade real de nada no universo. É algo criado pelo nosso sistema de visão - uma interação complicada em nossos olhos e cérebros. É útil para coisas como "não coma as bagas venenosas", "olhe aquele tigre na grama" e, mais recentemente, "pare nossos veículos nos cruzamentos".

Esse sentido é baseado em algo que é uma propriedade real dos objetos no universo: diferentes materiais dispersam, refletem e absorvem diferentes comprimentos de onda da luz de diferentes maneiras. Nossos olhos têm receptores diferentemente sensíveis a diferentes comprimentos de onda da luz, e o sistema de visão traduz isso para o que chamamos de cor.

A própria cor pode ser pensada de várias maneiras diferentes. Uma maneira que é útil nessa circunstância é decompô-la em cromaticidade e luminância - luminância é basicamente "brilho" e cromaticidade é ... a outra cor - matiz (vermelho, laranja, amarelo, verde, azul ... ) e saturação ou coloração. Dividir o conceito de cor dessa maneira funciona muito bem com nosso modelo mental - mas na verdade não é imediatamente traduzível de volta ao universo físico.

Um filtro que resultou em preto e branco precisaria filtrar a cromaticidade e passar apenas pela luminância, porque é basicamente o que uma foto "preto e branco" é - apenas um registro dos brilhos, sem todas as outras "cores" .

Mas não conheço nenhuma maneira de fazer isso. Certamente não é possível com algo semelhante ao tipo de filtro que normalmente usamos. Aqueles apenas bloquear tanto certos comprimentos de onda (no caso de filtros de cor ou UV ou filtros de infravermelhos) ou em geral todos os comprimentos de onda para um pequeno grau (no caso dos filtros de densidade neutra). Um "filtro" convertido em preto e branco teria que transformar o comprimento de onda de alguma maneira (já que a luz sem comprimento de onda é ... escuridão), em vez de filtrá-lo. Provavelmente isso envolveria algum tipo de metamaterial não linear e nada que eu possa explicar com meu conhecimento de física no ensino médio. E teria que converter todos os diferentes comprimentos de onda para omesmo comprimento de onda, ou espalhe-os aleatoriamente para que o resultado seja luz branca; isso parece provavelmente absurdo. Sinto-me seguro em dizer que, mesmo que fosse possível, o resultado não seria algo que você possa conectar a uma câmera e carregar.

Por outro lado, certamente é possível gravar apenas o brilho. É isso que o filme em preto e branco faz, e é realmente o que os photosites digitais também fazem. São inerentemente apenas medidas de brilho, mas as câmeras digitais de hoje usam filtros para registrar o brilho apenas em determinados comprimentos de onda, medindo azul, verde e vermelho separadamente. (Isso corresponde aproximadamente ao modo como a visão humana funciona, para que possamos combinar isso de volta para criar uma imagem colorida.) Se você tiver uma das poucas câmeras feitas sem esses filtros (como a Leica M Monochrom), basta obter uma imagem em preto e branco. imagem em branco.

Obviamente, outra abordagem é filtrar tudo, exceto um comprimento de onda específico. Você pode ver isso na resposta de Jerry Coffin aqui ou nesta outra pergunta envolvendo uma luz de vapor de sódio quase monocromática . É preto e um pouco de cor única em vez de preto e branco, mas pode estar perto do desejado. Claro, que os cortes de fora um monte de luz, ea outra desvantagem é que ele também corta níveis de brilho de outras cores - assim que você vai apenas ver variância em verde (ou qualquer cor selecionada) e nuances de sombra na outra cores não serão registradas.

Toda cor é resultado do processamento do software. A única coisa que um sensor, seja filme ou semicondutor, pode fazer é mudar de estado em resposta aos fótons recebidos. Sim, uma câmera digital possui filtros de cores, mas tudo o que eles fazem é restringir os comprimentos de onda passados ​​para os pixels de detecção. A saída de cada pixel é simplesmente um monte de elétrons, que são convertidos em uma voltagem, que por sua vez é medida e reportada como um número digital.
A decisão de como você interpreta esses números depende inteiramente de você. Alguns exemplos:

Carregue um arquivo RAW em uma ferramenta matemática, como R ou MATLAB, e você poderá gerar uma imagem monocromática com base nos valores numéricos na matriz.

Carregue um arquivo RGB da mesma forma. Consiste (geralmente) em três matrizes de tamanho igual que foram marcadas como camadas "R, G, B". Você pode gerar uma imagem monocromática de cada uma ou atribuir qualquer matiz e cromaticidade que desejar a cada camada antes de combinar com uma imagem colorida.

Novamente, o importante é entender que sua pergunta original está errada: seja através do processamento de dados digitais ou através do uso de produtos químicos para revelação e cor versus papel para impressão em preto e branco, a câmera e seu sensor não sabem nada sobre cores. É como você processa os dados (digitais ou analógicos).

Você não pode adicionar um filtro físico, mas pode remover um filtro físico para converter qualquer câmera digital em uma câmera estritamente monocromática.

O sensor real em qualquer DSLR não sabe nada sobre cores - cada pixel registra a luminosidade total em todos os comprimentos de onda aos quais é sensível. A maneira como a cor é introduzida é adicionando um filtro Bayer , que é basicamente pequenos pedaços de vidro de cores diferentes para cada pixel: agora alguns pixels podem ver apenas azul, outros apenas vermelho e o restante apenas verde.

Ao remover o filtro Bayer, sua câmera voltará a ser monocromática, como algumas pessoas realmente fizeram :

Não.

Cada câmera colorida possui três tipos de material sensível - pixels em câmeras digitais, camadas de pixels nos sensores Foveon, camadas em filmes coloridos. A imagem monocromática significa que todos esses tipos produzem resposta com cromaticidade constante com qualquer luz incidente e isso NÃO é possível porque eles foram projetados para produzir diferentes cromaticidades.

É meio que teoricamente possível, mas geralmente não é prático.

Para fazer isso, você precisa de um filtro passa-banda relativamente estreito que restrinja a luz que passa até o ponto em que apenas uma cor das (geralmente) três detectadas pelo sensor será afetada (pelo menos em um grau visível) efeitos na foto que você tira).

Esses filtros de banda estreita foram criados e estão em uso regular - por exemplo, eles são usados ​​regularmente na multiplexação por divisão de ondas, que é usada para enviar vários sinais simultaneamente por uma fibra óptica. Na extremidade da transmissão, você recebe vários sinais, codifica cada um como uma única cor de luz e mistura a luz antes de transmitir.

No lado receptor, você passa essa luz pelo mesmo número de filtros de passagem de banda estreita, para poder reconstruir os fluxos de dados originais.

Por que não é prático: duas razões. Primeiro de tudo, esses filtros podem ser bastante grandes e caros. Segundo, (provavelmente mais importante para fins fotográficos), ao obter uma banda estreita aprovada, você também recebe uma atenuação razoável na banda de aprovação. Ou seja, além de se livrar da luz que você não deseja, você também perde bastante da luz que deseja.

Em uma câmera típica, você lida com apenas três cores de sensores, distribuídos amplamente no espectro. Você normalmente deseja manter a luz verde porque 1) esse é o intervalo em que os olhos das pessoas são normalmente os mais sensíveis e 2) em um sensor típico, você tem duas vezes mais poços de sensor verde do que os de vermelho ou azul.

Os astrônomos também usam filtros de passagem de banda bastante estreitos regularmente. Para ser específico, um tipo de nebulosa de emissão emite luz devido ao oxigênio triplamente ionizado (também conhecido como "oxigênio III"). A luz emitida é de 496nm e 501nm, ambas bem próximas do meio da faixa verde:

Portanto, se inserirmos um filtro para passar apenas os comprimentos de onda da luz e parar essencialmente tudo o resto, obteremos imagens muito próximas do monocromático, independentemente da câmera / sensor / filme usado para detectar a luz. Esses filtros estão facilmente disponíveis (pesquisar no Google oxygen-III filterpor várias opções). Apenas por exemplo, aqui está a curva de resposta para um desses filtros:

Este em particular é um filtro de hidrogênio beta, mas estão disponíveis filtros de oxigênio III com passagem de banda similarmente estreita. Alguns filtros passa-banda ligeiramente mais largos (ainda geralmente chamados de "banda estreita") são "sintonizados" para permitir tanto a emissão beta de hidrogênio (486 nm) quanto as emissões de oxigênio III (496 e 501 nm). Este, no entanto, filtraria a maioria das emissões a 496 nm e, essencialmente, toda a 501 nm, embora, para os olhos da maioria das pessoas, as três cores sejam muito semelhantes (gree profundo com apenas uma pitada de azul).

Esses filtros, no entanto, geralmente são projetados para uso em telescópios, não em câmeras. Eles geralmente estão nos tamanhos (por exemplo, 2 polegadas) usados ​​para as oculares dos telescópios. Eles também bloqueiam muita luz visível, portanto, normalmente são recomendados apenas para uso em telescópios relativamente grandes - pelo menos 20 a 30 cm é o mínimo usual para que sejam de muita utilidade.

Mesmo supondo que você possa montar o filtro e viver com a quantidade de luz transmitida, você terá um problema: embora sua foto seja (quase inteiramente) monocromática, a menos que você faça algum pré-processamento, ela não será ' não aparecer como tons de cinza, apareceria como tons de verde.

Vejo um problema final no uso desses filtros: o que você obteria provavelmente não funcionaria bem para a maioria dos tipos de fotografia. Os filmes em preto e branco iniciais tinham uma gama bastante ampla de sensibilidade, mas foram os mais afetados pela luz azul e apenas fracamente pela luz vermelha.

Posteriormente, o arquivo preto e branco ("filme panromático") foi ajustado para ter sensibilidade em todo o espectro visível que correspondia muito mais à visão normal. Isso foi o suficiente para melhorar, que substituiu rapidamente o filme ortocromático pela maioria das fotografias.

Nesse caso, você detectaria uma faixa de luz muito mais estreita que o filme ortocromático - a tal ponto que provavelmente não seria capaz de obter resultados que eram de grande utilidade para os propósitos mais comuns.

Por outro lado, também existem algumas vantagens de usar filtros de banda estreita em algumas circunstâncias. Por exemplo, como a lente precisa focar apenas um comprimento de onda de luz, a aberração cromática se torna essencialmente irrelevante. Isso pode melhorar a resolução (embora a melhoria exata dependa de quanta aberração cromática a lente teve que começar).

Não é um filtro - não é removível e, definitivamente, não é reversível -, mas qualquer câmera digital pode ser convertida em escala de cinza raspando os filtros de cores do sensor e processando a imagem RAW. Sem os filtros de cores, o sensor coleta apenas informações de brilho. A câmera continuará processando os pixels como se a matriz do filtro de cores ainda estivesse lá, então você precisa capturar as imagens RAW e processá-las por conta própria. Nunca tentei, mas soube disso quando a CVS (cadeia de farmácia dos EUA) começou a vender câmeras digitais de uso e retorno.

Tópico com exemplos: http://photo.net/digital-camera-forum/00CM0R

Mais sobre a matriz do filtro de cores: https://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_filter

Espero que isto ajude!

Nas câmeras, a luz incidente é filtrada para três coordenadas dos espectros RGB e capturada usando reação química (câmeras de filme), chip CCD ou CMOS (câmeras digitais).

A única maneira de desabilitar fisicamente a câmera para capturar imagens coloridas é usar filme monocromático ou remover a máscara de filtro do chip CMOS. Este procedimento matará sua câmera 999 999 vezes, com 1 000 000 tentativas.

Quando você define sua câmera para captura monocromática, ela "ignora" a filtragem e resume o sinal dos 3 canais. No pós-processamento, o programa calculará o valor médio dos canais.

Se você deseja capturar imagens de infravermelho, é necessário ter uma óptica compatível com infravermelho e um detector sensível a infravermelho. Você provavelmente obterá novos chips e sensores AF personalizados.

Não. Você precisa entender que o comprimento de onda da luz branca não existe, portanto não há propriedades físicas nas quais esse filtro possa se basear.

Se você não gosta de física, pense em um exemplo lógico: a luz branca é um conjunto mais amplo que inclui luzes de todas as outras cores como subconjuntos. Portanto, sua pergunta soa efetivamente como

Is there a filter that can extract fruits from apples?

Mais uma vez, a resposta é NÃO.

Eu vou contra a corrente e digo SIM, PODEMOS ... se você expandir o significado de "filtro físico" da seguinte maneira:

O filtro é uma câmera ativa que exibe sua saída em preto e branco em sua própria tela (por não ter filtros de cores em seu sensor, dessaturação de software, uso de uma tela monocromática etc.), talvez com algumas ópticas para simular um foco mais distante.

Sua câmera tira uma foto da tela do filtro, pensando que é o mundo real. E é em preto e branco :-)

Se isso soa ultrajante, considere que, em 2011, o filme Olive foi relatado como o primeiro filme a ser filmado inteiramente em Smartphone . Mas como eles conseguiram o maravilhoso bokeh e profundidade de campo? Filmando a imagem projetada em vidro fosco por uma lente Canon L Series de 24-70 mm de US $ 800! Traindo?