资讯处   4.6.2012

399

新的图像去模糊技术令受震动影的照片回复清晰
原有图片(上)与去模糊后效果
 
《中大通讯》第399期 > 洞明集 > 雾里看花到轮廓分明──告别模糊照片

雾里看花到轮廓分明──告别模糊照片

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1944年6月6日盟军登陆诺曼第那天,著名战地摄影师罗伯特‧卡帕随美军登陆奥马哈海滩,为《生活》杂志拍照。其中一张照片,可见一名士兵在水中匍匐前进的模糊影像,那是卡帕站在水中,四周子弹如雨点落下时举着相机拍摄的。《生活》杂志刊登照片时特别说明,由于战况激烈,卡帕拿不稳摄影机而令照片模糊。

这张技术上看似不及格的照片,由于充分显现战场的紧张气氛,反变了卡帕的名作,更是战地摄影的经典。但一般人在日常生活中,恐怕不想拍出来的照片模糊不清。计算机科学与工程学系副教授贾佳亚与他指导的博士后研究员徐立所研发的图像去模糊技术,正能帮助人们化模糊为清晰。

电脑眼中的世界

热爱摄影的贾教授,从小已经四出猎影,自言「念博士的时候,就花了一个月的研究生奖学金去买一台新出的数码单镜反光相机」。他说,在数码摄影把三维的拍摄物件化为二维照片的过程中,可以加入很多人工元素,有许多变化,正好与他的本行计算机视觉有关,因此寓兴趣于研究。

计算机视觉的最终目标是令电脑像人一样,看见一张照片或一段影片时,能够理解当中的意义,知道发生什么事情。贾教授说:「比如监视器拍到劫案或车祸,电脑就能知道意外发生,懂得自动报警。」而去模糊技术是计算机视觉领域最根本的问题之一。他说:「这个问题最早发生在天文学,用大型望远镜观测天象时,因为距离很远,拍摄过程中稍有轻微震动,照片就会模糊。」

现时,假若演唱会的摄影师发觉照片模糊了,又没有机会重拍,那可以怎么办?贾教授说:「或许他可以利用一般图像处理软件的图像锐利化功能增强对比,令照片看起来似乎没有那么模糊,但这并非根本解决之道,与我们提供的方法是完全两码事。」

数码照片是由许多称为像素的小点组成,在正常情况下,构成照片的像素应与被摄物体相对位置的点相对应。但若拍摄时相机与被摄物体之间产生相对运动,被摄物体的某一点就会在照片中扩散为一条线,也就是说,照片中每一个像素包含了被摄物体多个点的信息,不再对应于被摄物体相对的点,导致图像模糊,而那条线也反映出运动的轨迹。

返本还原

贾教授与徐立博士靠着数学推导和计算机演算法,把引致模糊的过程倒回去,从而化模糊为清晰。解决相机震动导致的模糊,主要牵涉两个步骤:首先是要知道拍那张照片时,相机发生了怎么样的运动。知道相机发生了什么样的运动后,就可以利用数学模型来解决问题,得出一张比较清晰的照片。贾教授说:「这是数学上称为卷积和反卷积的概念。」他说以往处理这个问题是用一些很简单的数学,例如偏微分方程或一些简单的数学模型。但那需要人告诉系统,拍摄时相机运动的方向,比如是垂直、水平或斜上,这样系统才懂得处理。「现在我们完全不需要这样做,你给它一张照片,软件会自动估计拍摄时相机是怎样移动。」

现时约五成的模糊相片能够用这个软件修复,贾教授说,现时软件主要是针对相机震动,尤其是在一个平面上的移动所引致的模糊。因对焦不准引致的轻微模糊也可以处理一部分。如果拍摄对象有复杂移动,这样的模糊较难处理,他解释:「比如拍摄对象是一个在跳跃的小孩子,这个孩子的影像模糊了,他的头是左右扭动,身体却是上下移动,手可能又前后转动,当中涉及因多个不同方向的运动产生的模糊,复杂程度就大很多了。因为判断移动方向会困难很多,这样就需要更加精细的分析以及长时间的运算来局部混合多种数学模型,达到高质量相片处理。」

不过他说,随着电脑硬件进步,软件也跟着发展,他们会继续改进演算法,令它能处理更多情况。「所以现在所讲的限制,一年后也许已经不是问题了。」

这套软件用途甚广,除能协助一般使用者修复照片外,还能用于保安,如把监视器影片内模糊的车牌变清晰,或修复超声波或其他医疗造影的模糊照片。

说回卡帕那张照片,其实并非如《生活》杂志所说,是因卡帕手震失准而导致模糊,而是黑房技术员犯错,烘底片时温度调得太高,导致感光乳剂融化。贾教授说:「这张照片恐怕需要一种完全特殊的计算机演算法来处理。」

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