В общем, решил действовать от противного. Есть две картинки, в одной информация о цвете, вторая ч/б. Если найти способ как их объединить в цветное изображение, то, действуя по этому алгоритму в обратном порядке мы сможем разделить цветное изображение на изображение с информацией о цвете и ч/б. Весь замут интересен тем, что по схожему алгоритму действует мозг.
Итак, две картинки:


Алгоритм объединения нашел:
1) Под слой с цветовой информацией кладем слой с средне серой заливкой (HSB 0,0,50).
2) Переводим слой с цветовой информацией в Subtract. Получаем:

3) Сводим слои, полученный слой переводим в Linear Dodge (Add), под него подкладываем ч/б слой. Получаем:

Теперь, по идее нужно идти по тому же алгоритму в обратном порядке, и мы должны получить две картинки с которых начинали. Но тут начинаются загвоздки. Во первых, мне так и не удалось перевести цветное изображение в ч/б, чтобы оно было похоже на, то которое было в самом начале. Пробовал различными способами, в т.ч. и тем, что предложил Цых, результат определенно отличается. Если же взять ч/б из пары от которой начали плясать, то:
1) Располагаем ч/б слой под цветным.
2) Цветной переводим в Difference, получаем результат абсолютно идентичный пункту 2 на стадии сборки(на превьюшках на сайте почему-то отличаются, но при раскрытии в нормальном размере разницы нет).

3) По идее нам нужно добавить к слою, полученному в предыдущем этапе, средне серый и мы получим изображение с цветовой составляющей от которого начали плясать. Но не тут-то было. Сумма дает абсолютно отличный от того, что ожидается результат. Наиболее близкий результат дает, как не странно Difference:

Но, все же оно значительно отличается от исходного:

Эффект зрительного суммирования полученной картинки с информацией о цвете и ч/б изображения наблюдается, но опять же с цветовыми искажениями.