とりあえず私の知っていることを書いてみようか。正しいか知らんが

例えば8bitカラー色空間から8bitグレースケールへの変換は
f:K^3->K　(K:=[0,255]⊂Z)だが「白黒写真」への変換という意味では
fは何でもよいという訳ではない。グレースケールへの変換を適当な数学的な
パラメーターの抽出ととらえればそれでもよいが
例えば彩度空間や色相空間への変換を通常そのようには呼ばないだろう。
そこでこのfは何かしら決まった関数であると考えられる。
ところで我々の視覚は十分に明るいところでは色彩豊かであって
グレースケールではない。であるから白黒写真が知覚に狂いなく
人間に認識されるのは発見的事実なのであって
決して当たり前などと言えることではない。

ではどのように変換すれば知覚上正しい｢白黒写真」になるのか。
木炭・鉛筆デッサンなどのこれに関する技法は古く画家によって発見された。
今でも伝統的な絵の入門はここから始まる。彼らはこの表現される階調を
フランス語を用いてヴァルールと呼んでいる。彼らの発見は一言で言えば
あらゆる色には同じ明るさと知覚される灰色(グレースケール)を対応させることが
できるということだ。光源が白色で固有色が白、黒、灰色の場合は簡単な事だが
その他の鮮やかな色ではそうもいかない。