Возможно есть много методов преобразования цветного изображения в чёрно белое, и возможно даже более совершенных, но на данный момент представленный ниже метод, является самым быстрым, среди известных мне.
   Преобразование использует только стандартные библиотеки.
   Суть метода заключается не в работе с самой картинкой а в работе с блоком данных, если очень просто - то замораживаем область данных с картинкой в памяти - изменяем её как нам надо, и возвращаем всё на круги своя.

   Долго рассказывать не имеет смысла, сразу привожу пример процедуры преобразования изображения Bitmap с комментариями:

private void MakeGray(Bitmap bmp)
{
    // Задаём формат Пикселя.
    PixelFormat pxf = PixelFormat.Format24bppRgb;

    // Получаем данные картинки.
    Rectangle rect = new Rectangle(0, 0, bmp.Width, bmp.Height);
    //Блокируем набор данных изображения в памяти
    BitmapData bmpData = bmp.LockBits(rect, ImageLockMode.ReadWrite, pxf);

    // Получаем адрес первой линии.
    IntPtr ptr = bmpData.Scan0;

    // Задаём массив из Byte и помещаем в него надор данных.
    // int numBytes = bmp.Width * bmp.Height * 3; 
    //На 3 умножаем - поскольку RGB цвет кодируется 3-мя байтами
    //Либо используем вместо Width - Stride
    int numBytes = bmpData.Stride * bmp.Height;
    int widthBytes = bmpData.Stride;
    byte[] rgbValues = new byte[numBytes];

    // Копируем значения в массив.
    Marshal.Copy(ptr, rgbValues, 0, numBytes);

    // Перебираем пикселы по 3 байта на каждый и меняем значения
    for (int counter = 0; counter < rgbValues.Length; counter += 3)
    {
        
        int value = rgbValues[counter] + rgbValues[counter + 1] + rgbValues[counter + 2];
        byte color_b = 0;
     
        color_b = Convert.ToByte(value / 3);


        rgbValues[counter] = color_b;
        rgbValues[counter + 1] = color_b;
        rgbValues[counter + 2] = color_b;

    }
    // Копируем набор данных обратно в изображение
    Marshal.Copy(rgbValues, 0, ptr, numBytes);

    // Разблокируем набор данных изображения в памяти.
    bmp.UnlockBits(bmpData);
}

   Перебор массива байтов осуществляется с шагом 3 поскольку каждый пиксел кодируется 3-мя байтами R G B.
   В цикле составляющие R G и B суммируются, вычисляется среднее значение из трёх составляющих, после чего вместо значений R G и B помещается это среднее значение, таким образом задаётся необходимый тон серого.

   Для работы процедуры необходимо подключить:
   System.Drawing.Imaging;
   System.Runtime.InteropServices;