導(dǎo)語
又是一秋高氣爽日,小宅同學(xué)興致勃勃地打開了他喜歡的視頻觀看了起來。不過,令小宅同學(xué)感到遺憾的是,視頻竟然被打了馬賽克!真可謂大煞風(fēng)景,興致全無。
于是,一個(gè)令無數(shù)人疑惑的問題在此時(shí)也涌上了小宅的心頭:馬賽克可以被去掉嗎?馬賽克怎么被去掉?
什么是馬賽克
馬賽克(Mosaic),原來是建筑專業(yè)名詞,它是指一種裝飾藝術(shù),通常使用許多小石塊或有色玻璃碎片拼成圖案,作為一種裝飾用來增加建筑的美觀程度。
而時(shí)過境遷,時(shí)代的發(fā)展又賦予了馬賽克一層新的含義,那就是作為一種圖像、視頻處理手段,來將影像特定區(qū)域的色階劣化并造成色塊打亂的效果,這種操作通常的目的是使源圖像區(qū)域的信息難以辨認(rèn)。由于被處理后的區(qū)域模糊圖像看上去像一個(gè)個(gè)小格子組成,所以便形象的稱這種畫面為馬賽克。
圖一
圖一,傳統(tǒng)馬賽克裝飾。
數(shù)字圖像馬賽克原理
馬賽克的處理過程并不復(fù)雜。對于一張數(shù)字圖像來說,它是由若干像素點(diǎn)按一定順序組合而成的,而對圖像進(jìn)行馬賽克處理,就是將選定區(qū)域的圖像按照一定比例分成若干塊小圖像,在每一塊中取各自中心點(diǎn)的像素的數(shù)值來取代小塊圖像其它像素點(diǎn)的數(shù)值。對所有小塊圖像進(jìn)行相同的操作,就對圖像選定的區(qū)域進(jìn)行了馬賽克的處理。
圖二
圖二,人物的眼部被打上了馬賽克。
盡管有的算法細(xì)節(jié)可能有所出入,但是圖像馬賽克操作的原理都是一樣的,即它是一個(gè)減少信息的操作。一幅原始圖像上的每一個(gè)像素點(diǎn)都是這副圖像上唯一的存在,這個(gè)像素點(diǎn)在這幅圖像上包含著唯一的信息。而一幅圖像所包含的所有信息就是由這些像素點(diǎn)來提供的。當(dāng)取一部分圖像把它馬賽克處理時(shí),這部分圖像的若干個(gè)像素點(diǎn)數(shù)值便會被一個(gè)值所不保留原數(shù)值的取代。
當(dāng)向人們展示被取代后的像素點(diǎn)時(shí),人們看到的只是取代原像素點(diǎn)的數(shù)值的值,而被取代的像素點(diǎn)數(shù)值,已經(jīng)無從獲取了。
圖三
圖三,一塊區(qū)域(a)的若干個(gè)像素點(diǎn)的數(shù)值,(b)中為被取代后的這塊區(qū)域的像素點(diǎn)數(shù)值。
如果從(b)觀察,原來像素點(diǎn)的數(shù)值已經(jīng)無從得知了。
一個(gè)哲學(xué)問題,為什么要去掉馬賽克
為什么要去掉馬賽克?原因很明顯!就是因?yàn)閳D像中的馬賽克消除了一些畫面信息,而這些畫面包含的信息讀者想知道,但無從得知。
1. 如果說,一幅圖像雖然被經(jīng)過了馬賽克的處理,但是馬賽克所消除的畫面是我們不關(guān)心的內(nèi)容,那我們也沒有恢復(fù)圖片的必要。
圖四
圖四,認(rèn)出圖像中的數(shù)字。(a)為原圖,(b)的左上角打了馬賽克,雖然(b)的左上角被馬賽克處理了,但是并不妨礙我們讀取關(guān)鍵信息,即(a)中可以讀取到數(shù)字6,(b)圖也可以。
2. 馬賽克處理有輕重之分,對于一幅高分辨率的圖片來說,輕微的馬賽克有時(shí)候并不會起到消除某一部分信息的作用。此時(shí),我們也沒有必設(shè)法恢復(fù)圖片。
圖五
圖五,認(rèn)出圖中的數(shù)字。(a)為原圖,(b)經(jīng)過輕微的馬賽克處理,我們依然可以觀察出(b)中數(shù)字。
3. 規(guī)則的圖片、包含人們熟知的信息的圖片,它的一部分被打了馬賽克,但是可以根據(jù)其它的部分推測出模糊部分的圖像,所以我們也沒有必要去試圖恢復(fù)圖片。
圖六
圖六,認(rèn)出圖中的數(shù)字。(a)為原圖,(b)中間部分的一些區(qū)域被馬賽克處理,不過我們依然可以推測出(b)中數(shù)字。
上述三種情況都是沒有必要去除馬賽克的場景,或者說馬賽克并沒有影響到我我們攝取關(guān)鍵信息。那么,若是一幅馬賽克圖像使我們設(shè)法去恢復(fù)它,其中必然包含了我們想知道但不知道的信息,同時(shí)也無法推測出來結(jié)果的情況。比如,你想知道下面女子的長相是時(shí),你可能就會產(chǎn)生去掉馬賽克的想法。
圖六
有的時(shí)候,一些圖片即使被打了馬賽克,也可以辨認(rèn)、推測出想要獲取的原圖像信息。此時(shí),也就不會有人想要去試圖恢復(fù)被馬賽克處理過的圖片了。
圖象被馬賽克處理后可以復(fù)原嗎?
“馬賽克”處理相當(dāng)于對圖像信號的進(jìn)行比原始數(shù)據(jù)更低頻率的采樣。如果這個(gè)采樣頻率比原始數(shù)據(jù)的頻率的二倍還要低,那么必然產(chǎn)生不可逆的數(shù)據(jù)損失。也就是說,兩倍以上的“馬賽克”處理都會產(chǎn)生不可逆的數(shù)據(jù)損失。即說明馬賽克是去不掉的。
這里要特別區(qū)別一下,很多人會以為馬賽克就是“貼”在一幅畫上的,馬賽克的作用只是遮擋了原畫面,其實(shí)從上面的文章中就可以看出,馬賽克區(qū)域并不是遮擋,而是“改變“,你看到的畫面信息就是整幅畫所包含的信息,背后并沒有什么隱藏。
現(xiàn)在去掉馬賽克的方法,它們的實(shí)質(zhì)是什么?
馬賽克是不可逆損失信息。但某些情況下,被馬賽克處理后的圖像似乎可以被“復(fù)原“,這是什么原因?
現(xiàn)在對馬賽克的還原主要有以下兩種方式。
1. 可以被推測出的圖像畫面
一幅圖像中某一部分被馬賽克處理過了,而在這副圖像中更廣的范圍里,都有同質(zhì)化的信息包圍著馬賽克,那么依據(jù)周圍圖像中清晰的部分,可以填補(bǔ)圖像中馬賽克不部分,或者依靠周圍清晰的圖像,在被馬賽克處理的地方構(gòu)造新的清晰的圖像,以達(dá)到“復(fù)原”馬賽克處理的效果。
例如:在一塊木地板上打塊馬賽克,這個(gè)時(shí)候想要復(fù)原它就可以借助木地板的其他部分的清晰圖像來將模糊部分的圖像重新填補(bǔ)。
圖七
圖七,(a)為原圖,(b)的中間部分被打了馬賽克,(c)恢復(fù)后的圖像。然而(a)與(c)比較來說,可以明顯的觀察到它們是不同的,然而(c)圖卻看不到被馬賽克處理的痕跡。
2. 在巨大的圖像庫中依靠機(jī)器學(xué)習(xí),來猜測出缺失信息
機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)依靠海量的類型圖片進(jìn)行訓(xùn)練,讓系統(tǒng)“學(xué)習(xí)”到相應(yīng)信息。而后系統(tǒng)再根據(jù)之前的訓(xùn)練,猜測出缺失的細(xì)節(jié)信息,來對馬賽克圖像的的模糊部分進(jìn)行填充。
例如:谷歌大腦發(fā)布的一款名為超強(qiáng)像素遞歸的AI系統(tǒng)。它能夠提高馬賽克后圖像畫面的分辨率。
圖八
圖 八,左邊為馬賽克后的圖片,中間為AI系統(tǒng)推測的圖片,右邊是原圖。
可見,所謂的復(fù)原并不是真正的復(fù)原,只是一種填補(bǔ)、推測、計(jì)算而已。
總結(jié)
實(shí)際上,如果你對圖像領(lǐng)域有所涉獵,就會知道,馬賽克是一種不可逆算法,當(dāng)對一幅圖像進(jìn)行馬賽克處理后,所見即所見,僅依靠一張被處理的圖片,它再也不可能被復(fù)原了。
筆者曾經(jīng)作為一位精力旺盛的青年時(shí),對如何去除馬賽克“研究”、“探索”頗多。然而時(shí)光幾何,皆匆匆流去。當(dāng)我熟知數(shù)字圖像背后的機(jī)理時(shí),我已經(jīng)明白,再也回不到過去了。
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