Вот сделал тестовый проект: на сцене две камеры, у главной Depth = -1, у дочерней depth = 0. На главную повешен эффект GrayScale. Вторая камера рендерит только слой Ignore MainCamera, в котором распложен кубик с цветной текстурой.
Спереди кубика шарик, сзади цилиндр. На главную камеру повешен скрипт MouseLook, чтобы можно посмотреть, как все себя ведет в движении. А ведет оно себя говнисто
Архив с сырцами для Unity 3.4.2 -http://files.mail.ru/B5D5Z7 (5.3мб)
P.S. Если второй камере поставить Rendering Path = Deferred Lighting, который выставляется на главную камеру, если необходимо отображать тени, то куб начинает вписываться в сцену, однако при этом пост-эффекты, накладываемые на главную камеру, отваливаются.