Gibt es einen physischen Schwarzweißfilter?

Ich frage mich, ob es einen physischen Filter gibt, mit dem eine Kamera Schwarzweißbilder ohne Verwendung von Softwareeffekten / Filtern erstellen kann.

Nein.

Es ist nicht möglich, einen physischen Filter zu erstellen, der das einfallende Licht vollständig "entsättigen" kann.

Dies kann nur auf Film- / Sensorebene ohne Nachbearbeitung erreicht werden.

Verzeihung, ich werde ein bisschen metaphysisch. "Farbe", so wie wir es verstehen, ist keine wirkliche Eigenschaft von irgendetwas im Universum. Es ist etwas, das von unserem Sehsystem erzeugt wird - eine komplizierte Interaktion in unseren Augen und unserem Gehirn. Es ist nützlich für Dinge wie "Friss die giftigen Beeren nicht", "sieh dir den Tiger im Gras an" und in jüngerer Zeit "stoppe unsere Fahrzeuge an Kreuzungen".

Dieser Sinn ist auf etwas basiert , das ist eine echte Eigenschaft von Objekten im Universum: verschiedene Materialien streuen, reflektieren und absorbieren verschiedene Wellenlängen des Lichts auf unterschiedliche Weise. Unsere Augen haben Rezeptoren, die für verschiedene Wellenlängen des Lichts unterschiedlich empfindlich sind, und das Sehsystem übersetzt dies in das, was wir Farbe nennen.

Farbe selbst kann auf viele verschiedene Arten gedacht werden. Eine Möglichkeit, die unter diesen Umständen hilfreich ist, besteht darin, sie in Chromatizität und Luminanz zu zerlegen - Luminanz ist im Grunde genommen "Helligkeit", und Chromatizität ist ... das andere Farbmaterial - Farbton (Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau ...). ) und Sättigung oder Buntheit. Das Farbkonzept auf diese Weise aufzuteilen funktioniert gut mit unserem mentalen Modell - ist aber nicht sofort auf das physische Universum übertragbar.

Ein Filter, der in Schwarz und Weiß zur Folge müßte die Chromatizität filtern und nur die Helligkeit, weil das, was ein „black and white“ Foto im Grunde durchlaufen ist - nur eine Aufzeichnung der Helligkeiten, ohne all die andere „Farbe stuff“ .

Aber ich kenne keine Möglichkeit, das zu tun. Mit ähnlichen Filtern ist das sicher nicht möglich. Diese blockieren nur entweder bestimmte Wellenlängen (bei Farbfiltern oder UV- oder Infrarotfiltern) oder im Allgemeinen alle Wellenlängen in geringem Maße (bei Filtern mit neutraler Dichte). Ein "Filter", der in Schwarzweiß konvertiert wird, müsste die Wellenlänge tatsächlich auf irgendeine Weise transformieren (da Licht ohne Wellenlänge ... Dunkelheit ist), anstatt sie zu filtern. Dies würde wahrscheinlich eine Art nichtlineares Metamaterial beinhalten und nichts, was ich mit meinen Physikkenntnissen erklären könnte. Und es müssten alle unterschiedlichen Wellenlängen in das umgerechnet werdengleiche Wellenlänge, oder streuen Sie sie zufällig, so dass das Ergebnis weißes Licht ist; das scheint wahrscheinlich absurd zu sein. Ich fühle mich sicher zu sagen, dass selbst wenn es möglich wäre, das Ergebnis nicht etwas wäre, das Sie an eine Kamera anbringen und mitnehmen können.

Auf der anderen Seite kann man sicherlich aufzeichnen nur die Helligkeit. Das ist es, was Schwarzweißfilme tun, und das ist es auch, was digitale Fotoseiten tun. Sie sind von Natur aus nur ein Maß für die Helligkeit, aber die heutigen Digitalkameras verwenden Filter, um die Helligkeit nur bei bestimmten Wellenlängen aufzuzeichnen. Sie messen Blau, Grün und Rot separat. (Dies entspricht in etwa der Funktionsweise des menschlichen Sehens, sodass wir dieses Bild zu einem Vollfarbbild kombinieren können.) Wenn Sie eine der wenigen Kameras verwenden, die ohne diese Filter hergestellt wurden (wie die Leica M Monochrom), erhalten Sie nur ein Schwarzweiß weißes Bild.

Natürlich besteht ein anderer Ansatz darin, alles außer einer bestimmten Wellenlänge herauszufiltern . Sie können dies in der Antwort von Jerry Coffin hier oder in dieser anderen Frage sehen, die ein fast monochromatisches Natriumdampflicht betrifft . Das ist eher Schwarz-Weiß als Schwarz-Weiß, aber es kann Ihnen sehr nahe kommen. Das schneidet natürlich ziemlich viel Licht aus, und der andere Nachteil ist, dass es auch Helligkeitsstufen von anderen Farben herausschneidet - so sehen Sie nur Abweichungen in Grün (oder einer beliebigen ausgewählten Farbe) und Nuancen von Schatten in der anderen Farben werden überhaupt nicht registriert.

Alle Farben sind das Ergebnis der Softwareverarbeitung. Das Einzige, was ein Sensor, sei es ein Film oder ein Halbleiter, tun kann, ist, den Zustand in Reaktion auf einfallende Photonen zu ändern. Ja, eine Digitalkamera verfügt über Farbfilter. Sie beschränken jedoch nur die Wellenlängen, die an die Abtastpixel weitergeleitet werden. Die Ausgabe jedes Pixels ist einfach ein Bündel von Elektronen, die dann in eine Spannung umgewandelt werden, die wiederum gemessen und als digitale Zahl ausgegeben wird.
Wie Sie diese Zahlen interpretieren, liegt ganz bei Ihnen. Ein paar Beispiele:

Laden Sie eine RAW-Datei in ein mathematisches Werkzeug wie R oder MATLAB, und Sie können ein monochromes Bild auf der Grundlage der numerischen Werte im Array erstellen.

Laden Sie eine RGB-Datei auf ähnliche Weise. Es besteht (im Allgemeinen) aus drei gleich großen Anordnungen von Zahlen, die als "R, G, B" -Schichten markiert wurden. Sie können von jeder Ebene ein monochromes Bild erstellen oder jeder Ebene den gewünschten Farbton und die gewünschte Chromatizität zuweisen, bevor Sie sie zu einem Farbbild kombinieren.

Auch hier ist es wichtig zu verstehen, dass Ihre ursprüngliche Frage falsch ist: Ob durch digitale Datenverarbeitung oder durch die Verwendung von Entwicklerchemikalien und Farb- im Vergleich zu Schwarzweißdruckpapier, die Kamera und ihr Sensor wissen überhaupt nichts über Farbe. So verarbeiten Sie die Daten (digital oder analog).

Sie können keinen physischen Filter hinzufügen , aber Sie können einen physischen Filter entfernen , um eine Digitalkamera in eine ausschließlich einfarbige Kamera umzuwandeln.

Der eigentliche Sensor einer DSLR weiß nichts über Farben - jedes Pixel zeichnet die gesamte Leuchtkraft in allen Wellenlängen auf, für die es empfindlich ist. Die Einführung der Farbe erfolgt durch Hinzufügen eines Bayer-Filters , bei dem es sich im Grunde genommen um kleine Glasstücke mit unterschiedlichen Farben für jedes Pixel handelt: Jetzt können einige Pixel nur noch blau, andere nur noch rot und die übrigen nur noch grün sehen.

Wenn Sie den Bayer-Filter entfernen , wird Ihre Kamera wieder einfarbig, wie es einige Leute getan haben :

Nein.

Jede Farbkamera verfügt über drei Arten von empfindlichem Material - Pixel in Digitalkameras, Pixelebenen in Foveon-Sensoren, Ebenen in Farbfilmen. Monochromes Bild bedeutet, dass alle diese Typen bei jedem einfallenden Licht eine Reaktion mit konstanter Chromatizität erzeugen. Dies ist NICHT möglich, da sie so konstruiert sind, dass sie unterschiedliche Chromatizitäten erzeugen.

Das ist theoretisch möglich, aber nicht generell praktisch.

Dazu benötigen Sie einen relativ schmalen Bandpassfilter, der das Licht so weit einschränkt, dass nur eine der (normalerweise) drei vom Sensor erkannten Farben betroffen ist (zumindest in einem sichtbaren Ausmaß) Effekte auf das aufgenommene Bild).

Solche Schmalbandfilter wurden gebaut und werden regelmäßig verwendet - beispielsweise werden sie regelmäßig beim Wellenmultiplex verwendet, bei dem mehrere Signale gleichzeitig über eine optische Faser gesendet werden. Auf der Sendeseite nehmen Sie eine Reihe von Signalen auf, codieren sie jeweils als einzelne Lichtfarbe und mischen das Licht vor dem Senden.

Auf der Empfangsseite lassen Sie dieses Licht durch die gleiche Anzahl schmaler Bandpassfilter laufen, damit Sie die ursprünglichen Datenströme rekonstruieren können.

Was den Grund betrifft, warum es nicht praktikabel ist: zwei Gründe. Erstens können solche Filter ziemlich groß und teuer sein. Zweitens (wahrscheinlich wichtiger für fotografische Zwecke), wenn Sie ein schmales Band erhalten, das durchgelassen wird, erhalten Sie normalerweise auch eine angemessene Dämpfung im Durchlaßband. Das heißt, zusammen mit der Beseitigung des Lichts, das Sie nicht wollen, verlieren Sie in der Regel auch eine ganze Menge des Lichts, das Sie wollen.

Bei einer typischen Kamera handelt es sich nur um drei Farben von Sensoren, die ziemlich weit im Spektrum verteilt sind. Normalerweise möchten Sie grünes Licht behalten, weil 1) dies der Bereich ist, in dem die Augen von Menschen normalerweise am empfindlichsten sind, und 2) bei einem typischen Sensor doppelt so viele grüne Sensortöpfe vorhanden sind wie rote oder blaue Sensortöpfe.

Astronomen verwenden auch ziemlich enge Bandpassfilter in regelmäßigen Abständen. Um genau zu sein, gibt eine Art von Emissionsnebel aufgrund von dreifach ionisiertem Sauerstoff (auch "Sauerstoff III" genannt) Licht ab. Das emittierte Licht ist bei 496nm und 501nm, die beide ziemlich nahe an der Mitte des grünen Bereichs liegen:

Wenn wir also einen Filter einsetzen, der nur diese Wellenlängen des Lichts durchlässt, und im Wesentlichen alles andere unterbinden, erhalten wir Bilder, die nahezu einfarbig sind, unabhängig davon, welche Kamera / Sensor / Film zum Erfassen des Lichts verwendet wird. Solche Filter sind leicht verfügbar (Googeln oxygen-III filterwird viele Möglichkeiten aufzeigen ). Nur als Beispiel ist hier die Antwortkurve für einen dieser Filter:

Dies ist insbesondere ein Wasserstoff-Beta-Filter, es sind jedoch auch Sauerstoff-III-Filter mit ähnlich schmalem Bandpass erhältlich. Einige etwas breitere Bandpassfilter (noch immer als "Schmalbandfilter" bezeichnet) sind so "abgestimmt", dass sie sowohl Wasserstoff-Beta-Emissionen (486 nm) als auch Sauerstoff-III-Emissionen (496 und 501 nm) ermöglichen. Dies würde jedoch die meiste Emission bei 496 nm und im Wesentlichen die gesamte Emission bei 501 nm herausfiltern, obwohl für die meisten Augen alle drei Farben sehr ähnlich sind (tiefes Grün mit nur einem Hauch von Blau).

Diese Filter sind jedoch im Allgemeinen für die Verwendung an Teleskopen vorgesehen, nicht an Kameras. Sie sind in der Regel in den Größen (z. B. 2 Zoll) für Teleskop-Okulare verwendet. Sie blockieren auch viel sichtbares Licht, weshalb sie normalerweise nur für die Verwendung mit relativ großen Teleskopen empfohlen werden - mindestens 8 oder 10 Zoll sind das übliche Minimum, um von großem Nutzen zu sein.

Selbst wenn Sie den Filter montieren und mit der Menge des durchgelassenen Lichts leben könnten, hätten Sie ein Problem: Obwohl Ihr Bild (fast vollständig) einfarbig wäre, wenn Sie keine Vorverarbeitung durchgeführt hätten, würde es nicht funktionieren. ' Wird es nicht als Grautöne angezeigt, wird es als Grüntöne angezeigt.

Ich sehe ein letztes Problem bei der Verwendung dieser Filter: Was Sie wahrscheinlich bekommen würden, würde für die meisten Arten von Fotografie nicht gut funktionieren. Frühe Schwarzweißfilme hatten einen ziemlich breiten Empfindlichkeitsbereich, wurden jedoch am stärksten von blauem Licht und nur sehr schwach von rotem Licht beeinflusst.

Später wurde die Schwarzweiß-Datei ("panchromatischer Film") so eingestellt, dass sie im gesamten sichtbaren Spektrum eine Empfindlichkeit aufweist, die dem normalen Sehvermögen viel besser entspricht. Dies war eine Verbesserung genug, die den orthochromatischen Film für die meisten typischen Aufnahmen ziemlich schnell ersetzte.

In diesem Fall würden Sie jedoch einen viel engeren Lichtbereich als bei einem orthochromatischen Film erkennen - bis zu dem Punkt, an dem Sie wahrscheinlich keine Ergebnisse erzielen können, die für die meisten typischen Zwecke von großem Nutzen sind.

Andererseits hat die Verwendung solcher Schmalbandfilter unter Umständen auch einige Vorteile. Da zum Beispiel die Linse nur eine Lichtwellenlänge fokussieren muss, wird die chromatische Aberration im Wesentlichen irrelevant. Dies kann die Auflösung verbessern (obwohl die genaue Verbesserung davon abhängt, mit wie viel chromatischer Aberration das Objektiv anfangen musste).

Es ist kein Filter - nicht entfernbar und definitiv nicht umkehrbar -, aber jede Digitalkamera kann in Graustufen umgewandelt werden, indem die Farbfilter vom Sensor entfernt und das RAW-Bild verarbeitet werden. Ohne die Farbfilter sammelt der Sensor nur Helligkeitsinformationen. Die Kamera verarbeitet die Pixel so weiter, als ob die Farbfiltermatrix noch vorhanden wäre. Sie müssen also die RAW-Bilder aufnehmen und selbst verarbeiten. Ich habe es noch nie selbst ausprobiert, aber ich habe davon gehört, als CVS (US-amerikanische Apothekenkette) zum ersten Mal Digitalkameras zum Wiederverkauf anbot.

Thread mit Beispielen: http://photo.net/digital-camera-forum/00CM0R

Weitere Informationen zur Farbfiltermatrix: https://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_filter

Hoffe das hilft!

In Kameras wird das einfallende Licht in drei Koordinaten von RGB-Spektren gefiltert und dann unter Verwendung von chemischen Reaktionen (Filmkameras), CCD- oder CMOS-Chips (Digitalkameras) erfasst.

Die einzige Möglichkeit, die Kamera physisch zu deaktivieren, um Farbbilder aufzunehmen, besteht darin, einen monochromen Film zu verwenden oder die Filtermaske vom CMOS-Chip zu entfernen. Durch diesen Vorgang wird Ihre Kamera 999 bis 999 Mal bei 1 000 000 Versuchen getötet.

Wenn Sie Ihre Kamera auf monochromatische Aufnahme einstellen, "ignoriert" sie die Filterung und summiert das Signal aller 3 Kanäle. Bei der Nachbearbeitung berechnet das Programm den Mittelwert aus den Kanälen.

Wenn Sie IR-Bilder aufnehmen möchten, müssen Sie über eine IR-kompatible Optik und einen IR-empfindlichen Detektor verfügen. Sie werden wahrscheinlich brandneue Chips und maßgeschneiderte AF-Sensoren erhalten.

Nein. Sie müssen verstehen, dass es keine Wellenlänge für weißes Licht gibt. Es gibt also keine physikalische Eigenschaft, auf der ein solcher Filter basieren könnte.

Wenn Sie Physik nicht mögen, denken Sie an ein logisches Beispiel: Weißes Licht ist eine größere Menge, die Lichter aller anderen Farben als Teilmengen enthält. So klingt Ihre Frage effektiv als

Is there a filter that can extract fruits from apples?

Wieder ist die Antwort NEIN.

Ich werde gegen den Strich gehen und JA sagen , WIR KÖNNEN ... wenn Sie die Bedeutung von "physikalischer Filter" wie folgt erweitern:

Der Filter ist eine aktive Kamera, die ihre Ausgabe in Schwarzweiß auf ihrem eigenen Display anzeigt (indem sie keine Farbfilter auf ihrem Sensor hat, in der Software entsättigt wird, ein monochromes Display verwendet usw.), möglicherweise mit einer Optik, um einen weiter entfernten Fokus zu simulieren.

Ihre Kamera macht dann ein Foto vom Display des Filters und denkt, dass es die reale Welt ist. Und es ist in schwarz und weiß :-)

Wenn das empörend klingt, denken Sie daran, dass der Film Olive 2011 als erster Film gemeldet wurde, der vollständig auf dem Smartphone gedreht wurde . Aber wie haben sie das wunderbare Bokeh und die Schärfentiefe bekommen? Durch Filmen des auf Mattglas projizierten Bildes mit einem 24-70-mm-Objektiv der Canon L-Serie im Wert von 800 USD! Betrug?