張紅波

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的深入發(fā)展，其應(yīng)用已經(jīng)遍及航空、航天、生物醫(yī)藥、通信工程、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、文化藝術(shù)等領(lǐng)域。圖像是人們獲取外界信息的最主要來(lái)源，因此，基于圖像處理的應(yīng)用特別廣泛，特別是基于計(jì)算機(jī)的數(shù)字圖像處理技術(shù)，緊跟計(jì)算機(jī)科學(xué)的迅速發(fā)展。文章主要探討基于計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字圖像處理技術(shù)在舊電影修復(fù)方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；圖像處理技術(shù)；舊電影修復(fù)；數(shù)字圖像

計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)得到了全民的認(rèn)可，隨著時(shí)間的流逝，很多人都曾經(jīng)懷念兒童的記憶，特別是兒童時(shí)代的一些老電影?，F(xiàn)在的計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)達(dá)了，能不能將兒童時(shí)代的老電影進(jìn)行修復(fù)再次播放呢？這個(gè)問(wèn)題曾經(jīng)困擾人們好長(zhǎng)時(shí)間，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)兒時(shí)的老電影進(jìn)行修復(fù)，專門成立一些電影修復(fù)機(jī)構(gòu)用來(lái)對(duì)舊電影進(jìn)行修復(fù)工作，比如國(guó)內(nèi)的許多電影集團(tuán)都有這樣的工作機(jī)構(gòu)，對(duì)舊電影的修復(fù)不是一件容易的事，下面我們就來(lái)談一下計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在修復(fù)舊電影工作方面的應(yīng)用。

1 舊電影修復(fù)的背景及必要性

舊電影作為一個(gè)時(shí)代的娛樂(lè)項(xiàng)目，廣為人知，盡管現(xiàn)在流行的都是數(shù)字化電影，但是再也找不到當(dāng)年拍攝畫面的那個(gè)場(chǎng)景了，為了還原當(dāng)年的場(chǎng)景，只有對(duì)這些老電影的膠片進(jìn)行修復(fù)。當(dāng)年在拍攝電影的時(shí)候，所使用的載體主要是膠片，這種膠片不同于現(xiàn)在的存儲(chǔ)設(shè)備，現(xiàn)在我們使用的電影存儲(chǔ)設(shè)備主要有硬盤、光盤、U盤等數(shù)字存儲(chǔ)設(shè)備，在幾十年前，這些設(shè)備還沒有誕生，而且完全依靠電影膠片來(lái)進(jìn)行拍攝，然后通過(guò)專業(yè)的電影投放工具，將這些固定圖像的膠片通過(guò)勻速地進(jìn)行滾動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)流暢播放栩栩如生的電影畫面。這些老電影每一部都有特定的文化背景，每一部電影都是經(jīng)典之作，但是因?yàn)樗鼈兪褂玫拇鎯?chǔ)載體不能長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存，特別是高溫或潮濕的環(huán)境，膠片很容易出現(xiàn)畫面模糊或斑點(diǎn)[1]，從而導(dǎo)致電影不能完美的播放。這些舊的電影資料對(duì)于我們來(lái)講不僅是非常重要的文化遺產(chǎn)，更具有特定時(shí)代的歷史和文化價(jià)值，是中國(guó)乃至世界的精神財(cái)富。

多年前，人們?cè)?jīng)試圖通過(guò)使用一些特定的物理辦法來(lái)對(duì)這些舊電影進(jìn)行修復(fù)，比如說(shuō)改善舊電影膠片的存放環(huán)境，比如將溫度或濕度調(diào)到最適宜膠片存放的環(huán)境。定期對(duì)這些舊電影的膠片進(jìn)行殺菌消毒和除塵，有的還使用一些特定的化學(xué)產(chǎn)品，對(duì)膠片進(jìn)行化學(xué)方面的處理，但是，最終人們還是發(fā)現(xiàn)使用這些傳統(tǒng)的物理方法對(duì)舊電影的保存時(shí)長(zhǎng)并沒有太大的影響，因?yàn)檫@種膠片本身的化學(xué)性質(zhì)決定了它的存放時(shí)間是有限的[2]。借鑒目前流行的計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，則可以完美實(shí)現(xiàn)這一傳統(tǒng)物理方法做不到的舊電影的修復(fù)工作。特別是近幾年來(lái)，數(shù)字化的圖像處理技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)，在處理修復(fù)舊電影的圖片時(shí)已經(jīng)可以做到批量化、智能化等，非常適合這種舊電影修復(fù)的工作。所以為了滿足我們對(duì)舊電影這種精神財(cái)富的追求，舊電影的修復(fù)工作非常有必要。

2 基于計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的舊電影修復(fù)流程

2.1 計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)

計(jì)算機(jī)圖像處理，主要是對(duì)圖像進(jìn)行壓縮、增強(qiáng)、復(fù)原、匹配、描述及識(shí)別等方面的處理。其應(yīng)用已經(jīng)涉及各行各業(yè)，特別是近年來(lái)流行的物聯(lián)網(wǎng)，更是依賴于計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)。而舊電影的修復(fù)工作主要用到的是圖像的增強(qiáng)和復(fù)原技術(shù)，圖像的增強(qiáng)和復(fù)原這兩種技術(shù)主要是為了提高圖像的質(zhì)量，通過(guò)對(duì)噪聲干擾的去除、提升圖像的清晰度來(lái)使圖像變得完美。特別是對(duì)舊電影的修復(fù)工作，盡管將膠片圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像后，要處理的圖像是大批量的，但使用最多的技術(shù)還是圖像的增強(qiáng)和復(fù)原，圖像的增強(qiáng)主要考慮的是圖像中關(guān)鍵部分的增強(qiáng)，而不能將圖像的質(zhì)量進(jìn)行降質(zhì)處理，比如強(qiáng)化圖像的高頻或低頻分量，然后讓圖像中要突出的目標(biāo)輪廓更加清晰或減少圖像中的噪聲污染，從而讓突出目標(biāo)的細(xì)節(jié)區(qū)分更加明顯。圖像的修復(fù)原則要求盡量在不降低圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)上，建立圖像復(fù)原的模型，然后再用某種濾波的方法來(lái)恢復(fù)或重新構(gòu)建原來(lái)的圖像。在實(shí)際應(yīng)用中，有使用基于多級(jí)中值濾波器的插值算法進(jìn)行圖像修復(fù)的，這種方法非常適合損傷性的舊電影修復(fù)工作。也有使用基于PDE方程的BSCD圖像修復(fù)模型來(lái)進(jìn)行圖像修復(fù)的，這種方法非常適合修復(fù)破損區(qū)非常大的斑點(diǎn)的舊電影修復(fù)工作[3]。當(dāng)然也有為了解決上述方法的局限性而提出一種紋理合成技術(shù)的方法，對(duì)大區(qū)域破損圖像進(jìn)行修復(fù)的效果是非常不錯(cuò)的。

2.2 舊電影修復(fù)的框架結(jié)構(gòu)

針對(duì)舊電影序列圖中損傷情況，選擇修復(fù)的順序，對(duì)于整個(gè)修復(fù)效率來(lái)講，使用這種修復(fù)的順序可以達(dá)到效果最佳，其具體的修復(fù)框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從圖1我們可以看出，舊電影修復(fù)的框架結(jié)構(gòu)圖中共設(shè)計(jì)了4個(gè)修復(fù)模塊用于修復(fù)圖像中的破損現(xiàn)象。根據(jù)各類損傷情況的各自情況還設(shè)定每個(gè)修復(fù)模塊的檢測(cè)和修復(fù)算法，最后再輸出修復(fù)后的視頻序列，即完成了圖像的修復(fù)工作[4]。

為了完成斑點(diǎn)修復(fù)這項(xiàng)最重要的一項(xiàng)工作，又單獨(dú)設(shè)計(jì)了斑點(diǎn)檢測(cè)和修復(fù)模塊的模型，如圖2所示。

2.3 舊電影修復(fù)的流程

舊電影的修復(fù)過(guò)程一般要經(jīng)過(guò)兩個(gè)步驟，首先是進(jìn)行舊電影的損傷檢測(cè)，只有先進(jìn)行損傷檢測(cè)才能判斷怎么去修復(fù)，用什么方法去修復(fù)，檢測(cè)出來(lái)?yè)p傷程度的準(zhǔn)確性決定了修復(fù)后的最終效果，所以損傷檢測(cè)的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，目前我們存放的舊電影膠片主要是圖像的失真或膠片的物理?yè)p傷，而損傷則是最常見的[5]，因?yàn)槟z片本身化學(xué)性質(zhì)的原因，最容易出現(xiàn)物理?yè)p傷。這種損傷一般由單幀破損和連續(xù)多幀破損兩種情況，而前者主要是破損幀只是其中的某一幀或某幾幀，相鄰的兩幀沒有出現(xiàn)同類的損傷，比如斑點(diǎn)的出現(xiàn)就是比較單一的，一般只出現(xiàn)在單獨(dú)的某幀上，而后者則是在時(shí)間上有一連續(xù)的多幀數(shù)損傷，畫面受到嚴(yán)重的影響，比如某幀上有垂直劃痕等。目前使用計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)檢測(cè)斑點(diǎn)的算法主要有：基于像素點(diǎn)的斑點(diǎn)檢測(cè)算法、基于塊的斑點(diǎn)檢測(cè)算法、基于MRF算法的快速斑點(diǎn)檢測(cè)算法、基于紋理合成和自適應(yīng)多重閾值的檢測(cè)算法，后續(xù)也出現(xiàn)了基于像素和基于目標(biāo)的兩級(jí)錯(cuò)誤警報(bào)消除技術(shù)算法[6]。這些算法的引入都是為了更為準(zhǔn)確地對(duì)舊電影膠片進(jìn)行損傷檢測(cè)。所以舊電影膠片損傷檢測(cè)是舊電影修復(fù)的第一步。

接下來(lái)，根據(jù)檢測(cè)出來(lái)的損傷結(jié)果來(lái)確定損傷修復(fù)的方法。目前我們?cè)谑褂玫呐f電影修復(fù)方法主要有兩類，一類是基于像素插值的，一類是基于圖像修復(fù)技術(shù)的[7]。早期人們?cè)?jīng)使用過(guò)基于多級(jí)中值濾波器的插值算法，后來(lái)，人們又開始使用自回歸模型的算法對(duì)操作的視頻序列進(jìn)行修復(fù)。以上兩種算法主要是基于像素插值的，這種基于像素插值的修復(fù)計(jì)算量比較小，但是卻無(wú)法修復(fù)破損范圍大的斑點(diǎn)紋理信息，這個(gè)缺點(diǎn)會(huì)讓人在觀看影片時(shí)視覺上產(chǎn)生比較模糊的感覺，從而影響了影片本身的放映效果。為了改善這種修復(fù)技術(shù)的缺點(diǎn)，一些學(xué)者將圖像修復(fù)技術(shù)引入舊電影的圖像修復(fù)工作當(dāng)中。其中基于PDE議程的BSCD圖像修復(fù)模型對(duì)于破損區(qū)域邊緣信息的保留效果比較好，而將整體變分的數(shù)學(xué)模型引入圖像修復(fù)工作中，這種修復(fù)技術(shù)對(duì)于破損區(qū)域小的劃痕修復(fù)效果非常好[8]。

3 結(jié)語(yǔ)

縱觀本文所提到的基于計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的舊電影修復(fù)算法，不管是斑點(diǎn)還是劃痕，不管是區(qū)域范圍小的還是區(qū)域范圍大的損傷，都有適合各自不同環(huán)境的損傷檢測(cè)算法用來(lái)檢測(cè)舊電影膠片損傷的具體情況，膠片損傷情況檢測(cè)的準(zhǔn)確性直接影響著舊影片后期修復(fù)的效果和質(zhì)量，損傷檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性決定了后續(xù)選擇什么樣的修復(fù)算法才能將舊影片的修復(fù)效果達(dá)到最佳。本文在研究舊電影修復(fù)的過(guò)程中，盡管提到了多種檢測(cè)影片損傷的檢測(cè)算法和影片修復(fù)的多種技術(shù)，但是由于篇幅受限，僅對(duì)各種算法進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，并沒有詳細(xì)展開闡述，另外，關(guān)于這些算法的實(shí)際應(yīng)用效果并沒有親自進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所以，如果將來(lái)有條件的話，可以真正地將這些算法進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比和研究，爭(zhēng)取提出效果更為優(yōu)秀的算法。

[參考文獻(xiàn)]

[1]李繼豪，閔友鋼，韓軍.老影視資料中斑點(diǎn)損傷的數(shù)字修復(fù)方法[J].計(jì)算機(jī)仿真，2009（6）：250-253.

[2]周磊，倪強(qiáng)，周源華.數(shù)字電影視頻損傷的修復(fù)處理[J].電視技術(shù)，2004（11）：66-69.

[3]楊琴.“電影遺產(chǎn)保護(hù)”視野下的中國(guó)電影修復(fù)工作[J].中國(guó)科技信息，2012（16）：134.

[4]許嘉.老電影修復(fù)：舊友重逢還是新朋初見？[J].大眾電影，2012（6）：20-21.

[5]王景艷.舊電影圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法研究[D].大連：大連海事大學(xué)，2012.

[6]周智圓.老電影修復(fù)中的對(duì)比度增強(qiáng)與斑塊檢測(cè)修復(fù)算法研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2011.

[7]呂亮.老電影修復(fù)算法研究及系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].天津：天津大學(xué)，2014.

[8]李繼豪，閔友鋼，韓軍.老影視資料中斑點(diǎn)損傷的數(shù)字修復(fù)方法[J].計(jì)算機(jī)仿真，2009（6）：250-253.