Có một bộ lọc vật lý đen trắng?

Tôi tự hỏi liệu có bộ lọc vật lý nào cho phép máy ảnh tạo ra ảnh đen trắng mà không cần sử dụng bất kỳ hiệu ứng / bộ lọc phần mềm nào không?

Không.

Không thể tạo bộ lọc vật lý có thể hoàn toàn "Giảm bão hòa" ánh sáng tới.

Cách duy nhất để đạt được điều này mà không cần xử lý hậu kỳ là ở cấp độ phim / cảm biến.

Xin lỗi tôi trong khi tôi có một chút siêu hình một chút. "Màu sắc" như chúng ta hiểu, nó không phải là tài sản thực sự của bất cứ thứ gì trong vũ trụ. Đó là thứ được tạo ra bởi hệ thống tầm nhìn của chúng ta - một sự tương tác phức tạp trong mắt và bộ não của chúng ta. Nó hữu ích cho những việc như "không ăn quả mọng độc", "nhìn con hổ trên cỏ" và gần đây hơn là "dừng xe của chúng tôi tại các giao lộ".

Ý nghĩa này dựa trên một cái gì đó là một tài sản thực sự của các vật thể trong vũ trụ: các vật liệu khác nhau tán xạ, phản xạ và hấp thụ các bước sóng ánh sáng khác nhau theo những cách khác nhau. Mắt của chúng ta có các thụ thể nhạy cảm khác nhau với các bước sóng ánh sáng khác nhau và hệ thống thị giác chuyển nó thành màu mà chúng ta gọi là màu sắc.

Màu sắc có thể được nghĩ theo nhiều cách khác nhau. Một cách hữu ích trong trường hợp này là chia nhỏ thành màu sắc và độ chói - độ chói về cơ bản là "độ sáng", và màu sắc là ... các màu khác - màu sắc (đỏ, cam, vàng, xanh lục, xanh lam ... ) và độ bão hòa hoặc màu sắc. Phân chia khái niệm màu sắc theo cách này hoạt động độc đáo với mô hình tinh thần của chúng ta - nhưng thực tế không thể dịch ngay lập tức trở lại vũ trụ vật lý.

Một bộ lọc dẫn đến đen trắng sẽ cần phải lọc màu và chỉ đi qua độ chói, bởi vì về cơ bản đó là một bức ảnh "đen trắng" - chỉ là một bản ghi về độ sáng, không có tất cả các "màu sắc" khác. .

Nhưng, tôi không biết cách nào để làm điều đó. Điều chắc chắn là không thể với thứ tương tự như loại bộ lọc chúng ta thường sử dụng. Chúng chỉ chặn một số bước sóng nhất định (trong trường hợp bộ lọc màu hoặc bộ lọc UV hoặc hồng ngoại) hoặc nói chung là tất cả các bước sóng ở mức độ nhỏ (trong trường hợp bộ lọc mật độ trung tính). Một "bộ lọc" chuyển đổi thành đen và trắng sẽ phải thực sự biến đổi bước sóng theo một cách nào đó (vì ánh sáng không có bước sóng là ... bóng tối), thay vì lọc nó. Điều này có lẽ sẽ liên quan đến một số loại siêu vật liệu phi tuyến và không có gì tôi có thể giải thích với kiến ​​thức vật lý cấp trung học của mình. Và nó sẽ phải chuyển đổi tất cả các bước sóng khác nhau sangcùng bước sóng, hoặc nếu không thì phân tán chúng ngẫu nhiên để kết quả sẽ là ánh sáng trắng; có vẻ như nó có thể là vô lý. Tôi cảm thấy an toàn khi nói rằng ngay cả khi có thể, kết quả sẽ không phải là thứ bạn có thể gắn vào máy ảnh và mang theo.

Mặt khác, người ta chắc chắn có thể ghi lại độ sáng. Đó là những gì phim đen trắng làm được, và đó thực sự cũng là những gì mà các kỹ thuật số ảnh thực hiện. Chúng vốn chỉ là thước đo độ sáng, nhưng máy ảnh kỹ thuật số ngày nay sử dụng các bộ lọc để chỉ ghi lại độ sáng ở các bước sóng nhất định, đo riêng màu xanh lam, xanh lục và đỏ. (Điều này gần giống với cách hoạt động của thị giác con người, vì vậy chúng tôi có thể kết hợp mặt sau đó để tạo ra một hình ảnh đầy màu sắc.) Nếu bạn có một trong số ít máy ảnh được tạo mà không có các bộ lọc này (như Leica M Monochrom), bạn chỉ cần có một màu đen và hình ảnh màu trắng.

Tất nhiên, một cách tiếp cận khác là lọc ra mọi thứ trừ một bước sóng cụ thể. Bạn có thể thấy điều này trong câu trả lời của Jerry Coffin ở đây , hoặc trong câu hỏi khác này liên quan đến một ánh sáng hơi natri gần như đơn sắc . Đó là màu đen và một số màu đơn hơn là đen trắng, nhưng có thể gần với bạn muốn. Tất nhiên, điều đó làm giảm khá nhiều ánh sáng, và nhược điểm khác là nó cũng cắt giảm mức độ sáng so với các màu khác - vì vậy bạn sẽ chỉ thấy sự khác biệt trong màu xanh lá cây (hoặc bất kỳ màu nào được chọn) và sắc thái của màu khác màu sắc sẽ không đăng ký ở tất cả.

Tất cả màu sắc là kết quả của xử lý phần mềm. Điều duy nhất một cảm biến, có thể là phim hoặc chất bán dẫn, có thể làm là thay đổi trạng thái để đáp ứng với các photon tới. Đúng, một máy ảnh kỹ thuật số có các bộ lọc màu, nhưng tất cả những gì chúng làm là hạn chế các bước sóng được truyền đến các pixel cảm biến. Đầu ra của mỗi pixel chỉ đơn giản là một loạt các electron, sau đó được chuyển đổi thành điện áp, lần lượt được đo và báo cáo dưới dạng số kỹ thuật số.
Làm thế nào bạn chọn để giải thích những con số đó là hoàn toàn tùy thuộc vào bạn. Một vài ví dụ:

Tải một tệp RAW vào một công cụ toán học như R hoặc MATLAB và bạn có thể tạo một hình ảnh đơn sắc dựa trên các giá trị số trong mảng.

Tải một tệp RGB tương tự. Nó bao gồm (nói chung) ba mảng số có kích thước bằng nhau đã được gắn thẻ là các lớp "R, G, B". Bạn có thể tạo một hình ảnh đơn sắc của mỗi hình ảnh, hoặc gán bất kỳ màu sắc & sắc độ nào bạn muốn cho mỗi lớp trước khi kết hợp thành một hình ảnh màu.

Một lần nữa, điều quan trọng cần hiểu là câu hỏi ban đầu của bạn là do lỗi: cho dù thông qua xử lý dữ liệu kỹ thuật số hoặc sử dụng hóa chất và màu của nhà phát triển so với giấy in B & W, máy ảnh và cảm biến của nó không biết gì về màu sắc. Đó là cách bạn xử lý dữ liệu (kỹ thuật số hoặc analog).

Bạn không thể thêm bộ lọc vật lý, nhưng bạn có thể xóa bộ lọc vật lý để chuyển đổi bất kỳ máy ảnh kỹ thuật số nào thành máy ảnh đơn sắc nghiêm ngặt.

Cảm biến thực tế trên bất kỳ máy ảnh DSLR nào cũng không biết gì về màu sắc - mỗi pixel ghi lại tổng độ sáng trong tất cả các bước sóng mà nó nhạy. Cách giới thiệu màu sắc là bằng cách thêm bộ lọc của Bayer , về cơ bản là những mảnh thủy tinh nhỏ màu khác nhau cho mỗi pixel: Bây giờ một số pixel chỉ có thể nhìn thấy màu xanh lam, những cái khác chỉ có màu đỏ và phần còn lại chỉ có thể nhìn thấy màu xanh lá cây.

Bằng cách loại bỏ bộ lọc của Bayer, máy ảnh của bạn sẽ trở lại đơn sắc, như một số người đã thực sự làm :

Không.

Mỗi máy ảnh màu có ba loại vật liệu nhạy cảm - pixel trong máy ảnh kỹ thuật số, lớp pixel trong cảm biến Foveon, lớp trong phim màu. Hình ảnh là đơn sắc có nghĩa là tất cả các loại đó tạo ra phản ứng với màu sắc không đổi với bất kỳ ánh sáng tới nào và điều đó là không thể bởi vì chúng được thiết kế để tạo ra các sắc độ khác nhau.

Về mặt lý thuyết là có thể, nhưng không phải là nó không thực tế.

Để làm điều đó, bạn cần một bộ lọc thông dải tương đối hẹp để hạn chế ánh sáng truyền đến điểm mà chỉ một màu của ba (thường) được cảm biến phát hiện sẽ bị ảnh hưởng (ít nhất là ở mức độ mà nó có thể nhìn thấy hiệu ứng trên hình ảnh bạn chụp).

Các bộ lọc băng tần hẹp như vậy đã được xây dựng và đang được sử dụng thường xuyên - ví dụ: chúng được sử dụng thường xuyên trong ghép kênh phân chia sóng, được sử dụng để gửi nhiều tín hiệu qua một sợi quang. Ở đầu phát, bạn lấy một số tín hiệu, mã hóa từng tín hiệu dưới dạng một màu ánh sáng và trộn ánh sáng với nhau trước khi truyền.

Ở đầu nhận, bạn chạy ánh sáng đó qua cùng một số bộ lọc thông dải hẹp để bạn có thể xây dựng lại các luồng dữ liệu gốc.

Về lý do tại sao nó không thực tế: hai lý do. Trước hết, các bộ lọc như vậy có thể khá lớn và đắt tiền. Thứ hai, (có lẽ quan trọng hơn cho mục đích chụp ảnh) khi bạn có một dải hẹp được thông qua, bạn cũng thường nhận được một lượng suy giảm khá lớn trong dải thông. Điều đó có nghĩa là, cùng với việc loại bỏ ánh sáng bạn không muốn, bạn cũng thường mất khá nhiều ánh sáng bạn muốn.

Trên một máy ảnh thông thường, bạn chỉ xử lý ba màu cảm biến, được phân phối khá rộng rãi trong phổ. Bạn thường muốn giữ đèn xanh vì 1) đó là phạm vi mà mắt người thường nhạy cảm nhất và 2) trên một cảm biến thông thường, bạn có số giếng cảm biến màu xanh lục gấp đôi so với giếng cảm biến màu đỏ hoặc màu xanh.

Các nhà thiên văn học cũng sử dụng các bộ lọc thông dải khá hẹp trên cơ sở khá thường xuyên. Cụ thể, một loại tinh vân phát xạ phát ra ánh sáng do oxy bị ion hóa ba lần (còn gọi là "oxy III"). Ánh sáng phát ra là 496nm và 501nm, cả hai đều khá gần giữa dải màu xanh lá cây:

Vì vậy, nếu chúng ta chèn một bộ lọc để chỉ truyền những bước sóng ánh sáng đó và dừng lại về cơ bản mọi thứ khác, chúng ta sẽ có được những bức ảnh khá gần với đơn sắc, bất kể máy ảnh / cảm biến / phim được sử dụng để cảm nhận ánh sáng. Các bộ lọc như vậy dễ dàng có sẵn (Google cho biết oxygen-III filtersẽ có nhiều lựa chọn). Lấy một ví dụ, đây là đường cong phản hồi cho một trong những bộ lọc sau:

Bộ lọc đặc biệt này là bộ lọc hydro-beta, nhưng bộ lọc oxy-III có dải thông hẹp tương tự có sẵn. Một vài bộ lọc thông dải rộng hơn một chút (vẫn thường được gọi là "băng hẹp") được "điều chỉnh" để cho phép cả phát xạ hydro-beta (486nm) và phát thải Oxygen-III (496 và 501 nm). Tuy nhiên, cái này sẽ lọc được phần lớn phát xạ ở 496nm và về cơ bản là tất cả ở mức 501nm, mặc dù đối với hầu hết mọi người, cả ba màu đều rất giống nhau (màu xanh đậm chỉ với một chút màu xanh).

Tuy nhiên, những bộ lọc này thường được thiết kế để sử dụng trên kính thiên văn, không phải máy ảnh. Chúng thường có kích thước (ví dụ: 2 inch) được sử dụng cho các mảnh mắt của kính viễn vọng. Chúng cũng chặn rất nhiều ánh sáng khả kiến, vì vậy chúng thường chỉ được khuyến nghị sử dụng trên các kính thiên văn tương đối lớn - ít nhất 8 hoặc 10 inch là mức tối thiểu thông thường để chúng được sử dụng nhiều.

Ngay cả khi giả sử bạn có thể gắn bộ lọc và có thể sống với lượng ánh sáng được truyền đi, bạn sẽ gặp phải một vấn đề: mặc dù ảnh của bạn sẽ đơn sắc (gần như hoàn toàn), trừ khi bạn xử lý trước, nó sẽ không T hiển thị dưới dạng các sắc thái của màu xám, nó sẽ hiển thị dưới dạng các sắc thái của màu xanh lá cây.

Tôi có thể thấy một vấn đề cuối cùng khi sử dụng các bộ lọc này: những gì bạn có thể sẽ không hoạt động tốt đối với hầu hết các loại nhiếp ảnh. Phim đen trắng sớm có độ nhạy khá rộng, nhưng bị ảnh hưởng mạnh nhất bởi ánh sáng xanh và chỉ khá yếu bởi ánh sáng đỏ.

Tập tin đen trắng sau này ("phim panchromatic") đã được điều chỉnh để có độ nhạy trên phổ khả kiến ​​tương ứng gần hơn với tầm nhìn bình thường. Điều này là đủ của một cải tiến mà nó đã nhanh chóng thay thế phim chỉnh hình cho hầu hết các nhiếp ảnh tiêu biểu.

Trong trường hợp này, bạn sẽ phát hiện ra một dải ánh sáng hẹp hơn nhiều so với phim trực giao - đến mức có thể bạn sẽ không thể có được kết quả được sử dụng nhiều cho các mục đích điển hình nhất.

Mặt khác, cũng có một vài mặt trái để sử dụng các bộ lọc băng tần hẹp như vậy trong một số trường hợp. Lấy một ví dụ, vì ống kính chỉ phải tập trung một bước sóng ánh sáng, quang sai màu sắc về cơ bản không liên quan. Điều này có thể cải thiện độ phân giải (mặc dù sự cải thiện chính xác sẽ phụ thuộc vào mức độ quang sai của ống kính phải bắt đầu).

Đây không phải là bộ lọc - không thể tháo rời và chắc chắn không thể đảo ngược - nhưng bất kỳ máy ảnh kỹ thuật số nào cũng có thể được chuyển đổi thành thang độ xám bằng cách loại bỏ các bộ lọc màu khỏi cảm biến và xử lý hình ảnh RAW. Không có bộ lọc màu, cảm biến chỉ thu thập thông tin độ sáng. Máy ảnh sẽ tiếp tục xử lý các pixel như thể ma trận bộ lọc màu vẫn còn đó, vì vậy bạn phải chụp ảnh RAW và tự xử lý chúng. Chưa bao giờ thử nó, nhưng tôi đã nghe về nó khi CVS (chuỗi nhà thuốc Hoa Kỳ) lần đầu tiên bắt đầu bán máy ảnh kỹ thuật số sử dụng và trả lại.

Chủ đề với các ví dụ: http://photo.net/digital-camera-forum/00CM0R

Tìm hiểu thêm về ma trận bộ lọc màu: https://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_filter

Hi vọng điêu nay co ich!

Trong máy ảnh, ánh sáng tới được lọc theo ba tọa độ phổ RGB và sau đó được chụp bằng phản ứng hóa học (máy ảnh phim), chip CCD hoặc CMOS (máy ảnh kỹ thuật số).

Cách duy nhất để bạn có thể vô hiệu hóa vật lý máy ảnh để chụp ảnh màu là sử dụng phim đơn sắc hoặc loại bỏ mặt nạ lọc khỏi chip CMOS. Quy trình này sẽ giết chết máy ảnh của bạn 999 999 lần trong 1 000 000 lần thử.

Khi bạn đặt máy ảnh của mình thành chế độ chụp đơn sắc, nó sẽ "bỏ qua" quá trình lọc và tổng hợp tín hiệu từ cả 3 kênh. Trong quá trình hậu xử lý, chương trình sẽ tính giá trị trung bình từ các kênh.

Nếu bạn muốn chụp ảnh IR, bạn phải có ống kính tương thích hồng ngoại và đầu dò nhạy IR. Bạn có thể sẽ nhận được chip hoàn toàn mới và cảm biến AF tùy chỉnh.

Không. Bạn phải hiểu rằng không có thứ gọi là bước sóng của ánh sáng trắng , vì vậy không có thuộc tính vật lý nào mà bộ lọc đó có thể dựa vào.

Nếu bạn không thích vật lý, hãy nghĩ đến một ví dụ hợp lý: ánh sáng trắng là một tập hợp rộng hơn bao gồm ánh sáng của tất cả các màu khác dưới dạng tập hợp con. Vì vậy, câu hỏi của bạn có hiệu quả như

Is there a filter that can extract fruits from apples?

Một lần nữa, câu trả lời là không.

Tôi sẽ đi ngược lại hạt gạo và nói CÓ, CHÚNG TÔI CÓ THỂ ... nếu bạn mở rộng ý nghĩa của "bộ lọc vật lý" như sau:

Bộ lọc là một camera hoạt động, hiển thị đầu ra của nó bằng màu đen và trắng trên màn hình của chính nó (bằng cách không có bộ lọc màu trên cảm biến, khử bão hòa trong phần mềm, sử dụng màn hình đơn sắc, v.v.), có thể với một số quang học để mô phỏng lấy nét ở xa hơn.

Máy ảnh của bạn sau đó chụp ảnh màn hình của bộ lọc, nghĩ rằng đó là thế giới thực. Và nó có màu đen và trắng :-)

Nếu điều đó nghe có vẻ kỳ quặc, hãy xem xét rằng vào năm 2011, bộ phim Olive được báo cáo là bộ phim đầu tiên được quay hoàn toàn trên điện thoại thông minh . Nhưng làm thế nào mà họ có được hiệu ứng tuyệt vời và độ sâu trường ảnh? Bằng cách quay hình ảnh được chiếu trên kính mặt đất bằng ống kính Canon L Series 24-70mm trị giá $ 800! Gian lận?