Czy istnieje czarno-biały filtr fizyczny?

Zastanawiam się, czy istnieje fizyczny filtr, który pozwoliłby aparatowi na robienie czarno-białych zdjęć bez użycia żadnego efektu / filtrowania oprogramowania?

Nie.

Nie jest możliwe utworzenie filtra fizycznego, który może całkowicie „Nasycić” światło przychodzące.

Jedynym sposobem na osiągnięcie tego bez przetwarzania końcowego jest poziom filmu / czujnika.

Wybacz mi, a ja trochę się metafizuję. „Kolor”, jak rozumiemy, nie jest prawdziwą własnością niczego we wszechświecie. Jest to coś stworzonego przez nasz system widzenia - skomplikowana interakcja w naszych oczach i mózgu. Przydaje się do takich rzeczy, jak: „nie jedz trujących jagód”, „spójrz na tego tygrysa po trawie”, a ostatnio „zatrzymując nasze pojazdy na skrzyżowaniach”.

Zmysł ten opiera się na czymś, co jest prawdziwą właściwością obiektów we wszechświecie: różne materiały rozpraszają, odbijają i pochłaniają światło o różnych długościach fal na różne sposoby. Nasze oczy mają receptory, które są różnie wrażliwe na różne długości fali światła, a system wizyjny przekłada to na to, co nazywamy kolorem.

O samym kolorze można myśleć na wiele różnych sposobów. Jednym ze sposobów, który jest pomocny w takich okolicznościach, jest rozbicie go na chromatyczność i luminancję - luminancja to w zasadzie „jasność”, a chromatyczność to ... inny kolor - odcień (czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski ... ) oraz nasycenie lub barwność. Dzielenie pojęcia koloru w ten sposób działa dobrze z naszym modelem mentalnym - ale tak naprawdę nie jest natychmiast możliwe do przetłumaczenia z powrotem do fizycznego wszechświata.

Filtr co spowodowało w czerni i bieli musiałby odfiltrować chromatyczności i przejść tylko luminancji, ponieważ to, co jest „czarno-biały” zdjęcia w zasadzie jest - po prostu zapisem jasnością, bez wszystkich innych „kolor rzeczy” .

Ale nie wiem, jak to zrobić. Z pewnością nie jest to możliwe w przypadku czegoś podobnego do filtrów, których zwykle używamy. Ci tylko blokować albo pewne długości fal (w przypadku filtrów barwnych lub UV lub filtrów podczerwieni) i ogólniej wszystkie długości fal w niewielkim stopniu (w przypadku filtrów neutralnej gęstości). „Filtr”, który przekształcił się w czerń i biel, musiałby faktycznie przekształcić długość fali w jakiś sposób (ponieważ światło bez długości fali jest… ciemnością), zamiast go filtrować. Prawdopodobnie wiązałoby się to z jakimś nieliniowym metamateriałem i nic, co nie mogę wyjaśnić moją znajomością fizyki na poziomie szkoły średniej. I musiałby przekonwertować wszystkie różne długości fal natej samej długości fali lub rozproszyć je losowo, aby uzyskać białe światło; wydaje się, że to chyba niedorzeczne. Czuję się bezpiecznie, mówiąc, że nawet gdyby było to możliwe, rezultatem nie byłoby coś, co można podłączyć do aparatu i nosić ze sobą.

Z drugiej strony, z pewnością można nagrywać tylko jasność. Tak właśnie działa czarno-biały film i tak naprawdę robią to również cyfrowe zdjęcia. Z natury są to po prostu miary jasności, ale dzisiejsze aparaty cyfrowe używają filtrów do rejestrowania jasności tylko dla określonych długości fali, mierząc oddzielnie niebieski, zielony i czerwony. (To w przybliżeniu odpowiada działaniu ludzkiego widzenia, więc możemy połączyć to z powrotem, aby uzyskać kolorowy obraz.) Jeśli masz jedną z niewielu kamer wykonanych bez tych filtrów (takich jak Leica M Monochrom), po prostu otrzymujesz czerń i biały obraz.

Oczywiście innym podejściem jest odfiltrowanie wszystkiego oprócz jednej określonej długości fali. Możesz to zobaczyć w odpowiedzi Jerry'ego Coffina tutaj lub w innym pytaniu dotyczącym prawie monochromatycznego światła pary sodowej . To jest czarno-jakikolwiek pojedynczy kolor, a nie czarno-biały, ale może być blisko ciebie. Oczywiście, to odcina całkiem sporo światła, a drugą wadą jest to, że odcina również poziomy jasności od innych kolorów - więc po prostu zobaczysz wariancję w kolorze zielonym (lub innym wybranym kolorze) i niuanse odcienia w drugim kolory w ogóle się nie rejestrują.

Cały kolor jest wynikiem przetwarzania oprogramowania. Tylko rzeczą jest czujnik, czy to folia lub półprzewodników, można zrobić to zmiana stanu w odpowiedzi na przychodzące fotonów. Tak, aparat cyfrowy ma filtry kolorów, ale ograniczają długości fal, które są przekazywane do wykrywających pikseli. Wyjściem każdego piksela jest po prostu wiązka elektronów, które są następnie przekształcane w napięcie, które z kolei jest mierzone i zgłaszane jako liczba cyfrowa.
Wybór interpretacji tych liczb zależy wyłącznie od Ciebie. Kilka przykładów:

Załaduj plik RAW do narzędzia matematycznego, takiego jak R lub MATLAB, i możesz wygenerować obraz monochromatyczny na podstawie wartości liczbowych w tablicy.

Załaduj plik RGB podobnie. Składa się (ogólnie) z trzech jednakowych rozmiarów tablic liczb, które zostały oznaczone jako warstwy „R, G, B”. Możesz wygenerować monochromatyczny obraz każdej z nich lub przypisać dowolny odcień i chromatyczność każdej warstwie przed połączeniem w kolorowy obraz.

Ponownie, ważną rzeczą do zrozumienia jest to, że twoje pierwotne pytanie jest błędne: czy poprzez cyfrowe przetwarzanie danych lub poprzez użycie chemikaliów deweloperskich i kolorów w porównaniu do czarno-białego papieru do drukowania, aparat i jego czujnik nic nie wiedzą o kolorze. W ten sposób przetwarzasz dane (cyfrowe lub analogowe).

Nie możesz dodać filtra fizycznego, ale możesz usunąć filtr fizyczny, aby przekonwertować dowolny aparat cyfrowy na aparat ściśle monochromatyczny.

Rzeczywisty czujnik w dowolnej lustrzance cyfrowej nie wie nic o kolorze - każdy piksel rejestruje całkowitą jasność na wszystkich długościach fal, na które jest wrażliwy. Kolor wprowadza się poprzez dodanie filtru Bayera , który jest zasadniczo małymi kawałkami szkła o różnych kolorach dla każdego piksela: teraz niektóre piksele widzą tylko niebieski, inne tylko czerwony, a reszta tylko zielony.

Po usunięciu filtra Bayera kamera wróci do trybu monochromatycznego, tak jak zrobiły to niektóre osoby :

Nie.

Każda kamera kolorowa ma trzy rodzaje wrażliwych materiałów - piksele w aparatach cyfrowych, warstwy pikseli w czujnikach Foveon, warstwy w filmie kolorowym. Obraz będący monochromatyczny oznacza, że ​​wszystkie typy wywołują reakcję ze stałą chromatycznością przy każdym padającym świetle i NIE jest to możliwe, ponieważ zostały zaprojektowane w celu uzyskania różnych chromatyczności.

Jest to teoretycznie możliwe, ale nie jest to generalnie praktyczne.

Aby to zrobić, potrzebujesz stosunkowo wąskiego filtru pasmowo-przepustowego, który ogranicza światło przechodzące do punktu, w którym wpłynie tylko na jeden kolor (zwykle) trzech wykrytych przez czujnik (przynajmniej w stopniu, w którym jest widoczny efekty na zrobionym zdjęciu).

Takie wąskopasmowe filtry zostały zbudowane i są w regularnym użyciu - na przykład są regularnie używane w multipleksowaniu z podziałem fal, który jest używany do jednoczesnego wysyłania wielu sygnałów przez światłowód. Po stronie nadawczej bierzesz wiele sygnałów, kodujesz każdy jako jeden kolor światła i mieszasz światło przed transmisją.

Po stronie odbiorczej przepuszczasz to światło przez tę samą liczbę wąskich filtrów pasmowoprzepustowych, abyś mógł zrekonstruować oryginalne strumienie danych.

Dlaczego nie jest to praktyczne: dwa powody. Przede wszystkim takie filtry mogą być dość duże i drogie. Po drugie, (prawdopodobnie ważniejsze dla celów fotograficznych), gdy dostajesz wąskie pasmo, które jest przekazywane, zwykle dostajesz sporo tłumienia w paśmie przepustowym. Oznacza to, że wraz z pozbyciem się światła, którego nie chcesz, zazwyczaj tracisz sporo światła, którego chcesz.

W typowej kamerze mamy do czynienia tylko z trzema kolorami czujników, rozmieszczonymi dość szeroko w spektrum. Zazwyczaj chciałbyś zachować zielone światło, ponieważ 1) jest to zakres, w którym oczy ludzkie są zwykle najbardziej wrażliwe, i 2) na typowym czujniku, masz dwa razy więcej zielonych dołków czujnikowych niż dołek czujnika czerwonego lub niebieskiego.

Astronomowie używają również dość wąskich filtrów pasmowo-przepustowych dość regularnie. Mówiąc konkretnie, jeden rodzaj mgławicy emisyjnej emituje światło z powodu potrójnie zjonizowanego tlenu (inaczej „tlen III”). Emitowane światło ma 496 nm i 501 nm, które są dość zbliżone do środka zielonego zakresu:

Tak więc, jeśli wstawimy filtr przepuszczający tylko te długości fali światła i zatrzymamy zasadniczo wszystko inne, otrzymamy zdjęcia, które są bardzo zbliżone do czysto monochromatycznych, niezależnie od aparatu / czujnika / filmu użytego do wykrywania światła. Takie filtry są łatwo dostępne (Googling dla oxygen-III filterwłączy się wiele wyborów). Dla przykładu, oto krzywa odpowiedzi dla jednego z tych filtrów:

Ten konkretny jest filtrem wodoru-beta, ale dostępne są filtry tlenu III z podobnie wąskim pasmem przepustowym. Kilka nieco szerszych filtrów pasmowo-przepustowych (nadal zwykle nazywanych „wąskopasmowymi”) jest „dostrojonych”, aby umożliwić zarówno emisję wodoru beta (486 nm), jak i tlen III (496 i 501 nm). Ten jednak odfiltrowałby większość emisji przy 496 nm i zasadniczo całość przy 501 nm, chociaż dla większości ludzi wszystkie trzy kolory są bardzo podobne (głęboka zieleń z odrobiną niebieskiego).

Filtry te są jednak zasadniczo przeznaczone do stosowania w teleskopach, a nie w aparatach. Zazwyczaj są w rozmiarach (np. 2 cale) używanych do okularów do okularów. Blokują również dużo światła widzialnego, dlatego zwykle zaleca się ich stosowanie tylko na stosunkowo dużych teleskopach - co najmniej 8 lub 10 cali to zwykle minimalne, aby były bardzo użyteczne.

Nawet zakładając, że możesz zamontować filtr i żyć przy przepuszczanej ilości światła, pozostanie ci jeden problem: chociaż twoje zdjęcie byłoby (prawie całkowicie) monochromatyczne, chyba że wykonasz wstępne przetwarzanie, nie będzie pokazane jako odcienie szarości, pojawiłyby się jako odcienie zieleni.

Widzę jeszcze jeden końcowy problem z użyciem tych filtrów: to, co byś otrzymał, prawdopodobnie nie działałoby dobrze w przypadku większości rodzajów fotografii. Wczesny czarno-biały film miał dość szeroki zakres czułości, ale najbardziej na niego oddziaływało światło niebieskie, a tylko dość słabo światło czerwone.

Później plik czarno-biały („film panchromatyczny”) został dostosowany tak, aby miał czułość w zakresie widzialnym, co znacznie bardziej odpowiadało normalnemu widzeniu. Było to wystarczające ulepszenie, że dość szybko zastąpiło film ortochromatyczny dla większości typowych fotografii.

W tym przypadku wykryłbyś znacznie węższy zakres światła niż ten film ortochromatyczny - do tego stopnia, że ​​prawdopodobnie nie byłbyś w stanie uzyskać wyników, które byłyby przydatne w większości typowych celów.

Z drugiej strony, istnieje również kilka zalet korzystania z takich wąskopasmowych filtrów w niektórych okolicznościach. Na przykład, ponieważ obiektyw musi skupiać tylko jedną długość fali światła, aberracja chromatyczna staje się zasadniczo nieistotna. Może to poprawić rozdzielczość (chociaż dokładna poprawa będzie zależeć od tego, jak duża aberracja chromatyczna musiał się zacząć od obiektywu).

To nie jest filtr - nie można go usunąć i zdecydowanie nie można go odwrócić - ale każdy aparat cyfrowy można przekształcić w skalę szarości poprzez zeskrobanie filtrów kolorów z czujnika i przetworzenie obrazu RAW. Bez filtrów kolorów czujnik zbiera tylko informacje o jasności. Aparat będzie nadal przetwarzał piksele, jakby matryca filtrów kolorów nadal tam była, więc musisz przechwycić obrazy RAW i przetworzyć je samodzielnie. Nigdy tego nie próbowałem, ale słyszałem o tym, kiedy CVS (sieć aptek w USA) po raz pierwszy zaczął sprzedawać aparaty cyfrowe typu „użyj i zwróć”.

Wątek z przykładami: http://photo.net/digital-camera-forum/00CM0R

Więcej informacji o matrycy filtrów kolorów: https://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_filter

Mam nadzieję że to pomoże!

W kamerach padające światło jest filtrowane do trzech współrzędnych widm RGB, a następnie rejestrowane za pomocą reakcji chemicznej (kamery filmowe), CCD lub układu CMOS (kamery cyfrowe).

Jedynym sposobem fizycznego wyłączenia aparatu w celu przechwytywania kolorowych obrazów jest użycie filmu monochromatycznego lub usunięcie maski filtra z układu CMOS. Ta procedura zabije twój aparat 999 999 razy przy 1 000 000 prób.

Po ustawieniu kamery na przechwytywanie monochromatyczne „ignoruje” filtrowanie i sumuje sygnał ze wszystkich 3 kanałów. Podczas postprocessingu program obliczy średnią wartość z kanałów.

Jeśli chcesz przechwytywać obrazy w podczerwieni, musisz mieć optykę zgodną z IR i wykrywacz wrażliwy na IR. Prawdopodobnie dostaniesz zupełnie nowy układ i niestandardowe czujniki AF.

Nie. Musisz zrozumieć, że nie ma czegoś takiego jak długość fali światła białego , więc nie ma własności fizyczne, na których może opierać się taki filtr.

Jeśli nie lubisz fizyki, pomyśl o logicznym przykładzie: białe światło jest szerszym zestawem, który zawiera światła wszystkich innych kolorów jako podzestawy. Twoje pytanie brzmi więc jak

Is there a filter that can extract fruits from apples?

Ponownie odpowiedź brzmi NIE.

Mam zamiar pójść wbrew zasadom i powiedzieć TAK, MOŻEMY ... jeśli rozszerzysz znaczenie „filtra fizycznego” w następujący sposób:

Filtr jest aktywną kamerą, która wyświetla swoją moc wyjściową w czerni i bieli na własnym wyświetlaczu (bez filtrów koloru na czujniku, desaturacji w oprogramowaniu, przy użyciu wyświetlacza monochromatycznego itp.), Być może z pewną optyką symulującą dalszą ostrość.

Następnie aparat wykonuje zdjęcie wyświetlacza filtra, myśląc, że to prawdziwy świat. I jest czarno-biały :-)

Jeśli brzmi to oburzająco, to weź pod uwagę, że w 2011 roku film Olive był pierwszym filmem nakręconym całkowicie na smartfonie . Ale w jaki sposób uzyskali wspaniały efekt bokeh i głębię ostrości? Dzięki filmowaniu obrazu wyświetlanego na szlifowanym szkle za pomocą obiektywu Canon L Series 24–70 mm za 800 USD! Oszukiwanie?