>>172 の
> 以前ドキュメントスキャナーでカラーpdfを作成しました。
という部分を見過ごしていました。

PDF でも中身は 300 dpi の画像だけということですから
magick convert -density 300x300 入力ファイル名 -colorspace Gray 出力ファイル名
とすれば、おそらく画像がリサンプリングされることなく変換されると思います。

ImageMagick が内部に処理エンジンを持っているファイル形式であれば間違いなく
これで行けていますが、生憎 Ghostscript を動かせる環境を持っていないので、
ImageMagick との間で解像度や色空間の情報まで全て正しくやりとりできるかは判りません。