黑白数码文件可以通过两种方式生成：一是用带滤镜的传感器捕捉色彩后丢弃色彩信息，二是用从未经过色彩滤镜的传感器直接捕捉亮度信息。两条路径在最终画面上看似相近，但在光线抵达硅片的数量以及空间细节的保留程度上截然不同。最直接的比较方式是具体到实例，而最简洁的例证正是 Leica 以同一硅片为基础打造的两款机型：M9（2009年）与 M Monochrom（2012年5月10日发布）。两者均采用相同的 Kodak KAF-18500 CCD，尺寸35.8×23.9 mm，像素尺寸6.8微米，1800万像素。唯一的区别在于 Monochrom 的彩色滤镜阵列被剥除了。

拜耳阵列及其代价

几乎所有彩色传感器都通过一种彩色滤镜阵列（CFA）来记录色彩，该阵列由 Bryce E. Bayer 在 Eastman Kodak 申请专利：美国专利 3,971,065，于1975年3月5日提交，1976年7月20日授权。其图案是一个重复的2×2单元，由一个红色、一个蓝色和两个绿色滤镜构成，因此绿色占据全部光电位点的一半，红色和蓝色各占四分之一。绿色被刻意过采样，因为人类视觉系统从绿色波长中获取大部分亮度信息，即对亮度与精细高频细节的感知。

每个光电位点仅测量一个原色——即其滤镜所通过的波段；另外两个值则需在一个称为去马赛克的步骤中从相邻位点估算得出。因此，拜耳芯片直接测量的色彩信息约占三分之一，其余均靠插值。这种插值对色度分辨率的影响最为显著。亮度损失相对较小，因为亮度主要依赖于密集采样的绿色通道，但损失依然存在：一项被广泛引用的测量结果表明，拜耳传感器的有效亮度分辨率约为其标称像素数的0.58倍。

去马赛克如何使边缘模糊

机理比口号更重要。典型的去马赛克算法首先重建绿色通道，因为绿色在每四个位点中有两个采样，插值所依赖的网格最为密集。然后，通过保持局部红绿比和蓝绿比不变，用以绿色为锚点的估算值填补红色和蓝色缺失的四分之三。

设想一条从黑到白的硬边缘落在传感器上。这是一个高频亮度事件，亮度信息存在于每个通道中。但在红色和蓝色通道上，边缘处每四个采样点中有三个是猜测值，由一个必然跨越边缘两侧位点进行平均的卷积核重建而来。对过渡区域求平均，从定义上讲就是模糊。插值无法在没有实测采样的地方放置清晰的边界，于是精细的亮度结构被软化。无滤镜传感器则没有这一问题：每个光电位点在其自身位置测量完整的亮度值，一个光电位点对应一个像素，无需推断。

那道看不见的滤镜：省去防混叠层

Monochrom 单像素锐度的第二个贡献因素往往更为显著，但也更容易被忽略。彩色传感器带有光学低通滤镜，即防混叠（AA）滤镜，这是一种有意置于传感器前的模糊处理。其作用是将细于去马赛克奈奎斯特极限的细节涂抹开，以防止 CFA 数据插值后精细重复图案产生彩色摩尔纹。这种模糊会在每一帧上损失锐度。

单色传感器没有色度混叠，因此无需抑制彩色摩尔纹，AA 滤镜可以完全省去。因此 Monochrom 在锐度上获得双重提升：没有插值，也没有光学低通层。代价是亮度混叠仍然可能出现，因此精细的织物、远处的栏杆和屋顶瓦片可能会出现单色摩尔纹，而彩色加 AA 的相机本会将其平滑掉。

厂商数据与实测数据

Leica 自己对 Monochrom 的宣称是，与同像素数彩色传感器所导出的单色图像相比，其画面”锐利100%“，即大约翻倍。请将其视为厂商数据，而非独立测试结果。

实测结果则要温和得多。《Popular Photography》实验室测试显示，M9 在 ISO 80 下的分辨率约为每图像高度2675线，Monochrom 在 ISO 160 下约为2800 lph。这是实实在在的提升，但幅度只有几个百分点，而非翻倍。“锐利100%“这一说法最好理解为厂商对去马赛克加省去 AA 滤镜综合效果的营销简称——这种效果是真实存在的，在微反差和边缘清晰度上可见，但距离分辨细节翻倍还差得远。

为何感光度提升

被滤镜吸收的光线永远到不了光电二极管。每个拜耳光电位点只能看到自己的通过波段，因此一个绿色位点会丢弃大部分照射到它的红光和蓝光。去掉 CFA 后，每个光电位点在整个可见光谱上全面收集光线，在相同曝光条件下每个位点能捕获更多光子。

这反映在额定速度上。M9 的基础 ISO 为160（可下拉至80），最高 ISO 为2500；Monochrom 的基础 ISO 为320，最高10000。在低端，320除以160恰好是一档（stop）额外的基础感光度。在高端，2500到10000是两档（stop）的额外余量。噪声改善也有其机理：每个光电位点捕获更多光子意味着更大的信号位于固定读取噪声本底之上，信噪比因此提升，阴影部分保持干净、层次分明，而不至于沦为噪声一团。

反差现在取决于镜头

代价是绝对的：无滤镜传感器不记录任何色彩，也无法转换回来。这对色调控制有着实际意义。全色卤化银乳剂和裸硅片一样，对蓝光和紫外线的固有灵敏度都高于人眼，因此未经滤镜的蓝天渲染得过亮，云彩随之泛白。拍摄胶片时可以通过光学手段修正；使用单色数码传感器时，你必须做完全相同的事，因为文件中没有任何色彩供软件事后加权。

工具是安装在镜头前的反差滤镜，通过吸收发挥作用。黄色滤镜通过黄色及更长波长的橙色和红色，同时吸收蓝色和紫色；橙色和红色滤镜则进一步削减蓝色和绿色，使天空逐渐变暗，大气雾霾（即散射的短波长光）也随之消散。每种滤镜都会带来曝光系数的代价：Yellow 8（K2）系数为2，即一档（stop）；Orange 16 比黄色更强；Red 25 系数为8，共三档（stop），能产生最暗的天空和最强的去霾效果。

一个实例。将 Ilford HP5 Plus 按盒速 EI 400 拍摄，取景一片正午风景，对蓝天测光使其落在约 VI 区域。在镜头上加装 Red 25，将天空拖向 III 或 IV 区域，呈现戏剧性的近黑渲染，然后补偿三档（stop）以支付滤镜系数，将工作曝光降至等效 EI 50。单色数码机身在镜头上同样需要加装相同的滤镜才能达到相同效果，而彩色相机则可以在转换时事后压低蓝色通道来近似实现。一旦不记录任何色彩，决定就在曝光的瞬间作出，玻璃就在镜头前，这与 HP5 片基上方的天空自古以来所要求的拍摄纪律别无二致。