基于計算機圖像處理技術(shù)的舊電影修復(fù)

張紅波

摘 要：隨著計算機圖像處理技術(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源，因此，基于圖像處理的應(yīng)用特別廣泛，特別是基于計算機的數(shù)字圖像處理技術(shù)，緊跟計算機科學的迅速發(fā)展。文章主要探討基于計算機技術(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：計算機；圖像處理技術(shù)；舊電影修復(fù)；數(shù)字圖像

計算機圖像技術(shù)的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)得到了全民的認可，隨著時間的流逝，很多人都曾經(jīng)懷念兒童的記憶，特別是兒童時代的一些老電影?，F(xiàn)在的計算機技術(shù)發(fā)達了，能不能將兒童時代的老電影進行修復(fù)再次播放呢？這個問題曾經(jīng)困擾人們好長時間，為了實現(xiàn)對兒時的老電影進行修復(fù)，專門成立一些電影修復(fù)機構(gòu)用來對舊電影進行修復(fù)工作，比如國內(nèi)的許多電影集團都有這樣的工作機構(gòu)，對舊電影的修復(fù)不是一件容易的事，下面我們就來談一下計算機圖像處理技術(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

舊電影作為一個時代的娛樂項目，廣為人知，盡管現(xiàn)在流行的都是數(shù)字化電影，但是再也找不到當年拍攝畫面的那個場景了，為了還原當年的場景，只有對這些老電影的膠片進行修復(fù)。當年在拍攝電影的時候，所使用的載體主要是膠片，這種膠片不同于現(xiàn)在的存儲設(shè)備，現(xiàn)在我們使用的電影存儲設(shè)備主要有硬盤、光盤、U盤等數(shù)字存儲設(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進行拍攝，然后通過專業(yè)的電影投放工具，將這些固定圖像的膠片通過勻速地進行滾動，來實現(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，但是因為它們使用的存儲載體不能長時間儲存，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[1]，從而導(dǎo)致電影不能完美的播放。這些舊的電影資料對于我們來講不僅是非常重要的文化遺產(chǎn)，更具有特定時代的歷史和文化價值，是中國乃至世界的精神財富。

多年前，人們曾經(jīng)試圖通過使用一些特定的物理辦法來對這些舊電影進行修復(fù)，比如說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。定期對這些舊電影的膠片進行殺菌消毒和除塵，有的還使用一些特定的化學產(chǎn)品，對膠片進行化學方面的處理，但是，最終人們還是發(fā)現(xiàn)使用這些傳統(tǒng)的物理方法對舊電影的保存時長并沒有太大的影響，因為這種膠片本身的化學性質(zhì)決定了它的存放時間是有限的[2]。借鑒目前流行的計算機圖像處理技術(shù)，則可以完美實現(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，數(shù)字化的圖像處理技術(shù)越來越先進，在處理修復(fù)舊電影的圖片時已經(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舊電影這種精神財富的追求，舊電影的修復(fù)工作非常有必要。

2 基于計算機圖像處理技術(shù)的舊電影修復(fù)流程

2.1 計算機圖像處理技術(shù)

計算機圖像處理，主要是對圖像進行壓縮、增強、復(fù)原、匹配、描述及識別等方面的處理。其應(yīng)用已經(jīng)涉及各行各業(yè)，特別是近年來流行的物聯(lián)網(wǎng)，更是依賴于計算機圖像處理技術(shù)。而舊電影的修復(fù)工作主要用到的是圖像的增強和復(fù)原技術(shù)，圖像的增強和復(fù)原這兩種技術(shù)主要是為了提高圖像的質(zhì)量，通過對噪聲干擾的去除、提升圖像的清晰度來使圖像變得完美。特別是對舊電影的修復(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)還是圖像的增強和復(fù)原，圖像的增強主要考慮的是圖像中關(guān)鍵部分的增強，而不能將圖像的質(zhì)量進行降質(zhì)處理，比如強化圖像的高頻或低頻分量，然后讓圖像中要突出的目標輪廓更加清晰或減少圖像中的噪聲污染，從而讓突出目標的細節(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恢復(fù)或重新構(gòu)建原來的圖像。在實際應(yīng)用中，有使用基于多級中值濾波器的插值算法進行圖像修復(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)模型來進行圖像修復(fù)的，這種方法非常適合修復(fù)破損區(qū)非常大的斑點的舊電影修復(fù)工作[3]。當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，對大區(qū)域破損圖像進行修復(fù)的效果是非常不錯的。

2.2 舊電影修復(fù)的框架結(jié)構(gòu)

針對舊電影序列圖中損傷情況，選擇修復(fù)的順序，對于整個修復(fù)效率來講，使用這種修復(fù)的順序可以達到效果最佳，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)計了4個修復(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)定每個修復(fù)模塊的檢測和修復(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]。

為了完成斑點修復(fù)這項最重要的一項工作，又單獨設(shè)計了斑點檢測和修復(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)過程一般要經(jīng)過兩個步驟，首先是進行舊電影的損傷檢測，只有先進行損傷檢測才能判斷怎么去修復(fù)，用什么方法去修復(fù)，檢測出來損傷程度的準確性決定了修復(fù)后的最終效果，所以損傷檢測的準確性至關(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損傷，而損傷則是最常見的[5]，因為膠片本身化學性質(zhì)的原因，最容易出現(xiàn)物理損傷。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，比如斑點的出現(xiàn)就是比較單一的，一般只出現(xiàn)在單獨的某幀上，而后者則是在時間上有一連續(xù)的多幀數(shù)損傷，畫面受到嚴重的影響，比如某幀上有垂直劃痕等。目前使用計算機圖像技術(shù)檢測斑點的算法主要有：基于像素點的斑點檢測算法、基于塊的斑點檢測算法、基于MRF算法的快速斑點檢測算法、基于紋理合成和自適應(yīng)多重閾值的檢測算法，后續(xù)也出現(xiàn)了基于像素和基于目標的兩級錯誤警報消除技術(shù)算法[6]。這些算法的引入都是為了更為準確地對舊電影膠片進行損傷檢測。所以舊電影膠片損傷檢測是舊電影修復(fù)的第一步。

接下來，根據(jù)檢測出來的損傷結(jié)果來確定損傷修復(fù)的方法。目前我們在使用的舊電影修復(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]。早期人們曾經(jīng)使用過基于多級中值濾波器的插值算法，后來，人們又開始使用自回歸模型的算法對操作的視頻序列進行修復(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)計算量比較小，但是卻無法修復(fù)破損范圍大的斑點紋理信息，這個缺點會讓人在觀看影片時視覺上產(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，一些學者將圖像修復(fù)技術(shù)引入舊電影的圖像修復(fù)工作當中。其中基于PDE議程的BSCD圖像修復(fù)模型對于破損區(qū)域邊緣信息的保留效果比較好，而將整體變分的數(shù)學模型引入圖像修復(fù)工作中，這種修復(fù)技術(shù)對于破損區(qū)域小的劃痕修復(fù)效果非常好[8]。

3 結(jié)語

縱觀本文所提到的基于計算機圖像處理技術(shù)的舊電影修復(fù)算法，不管是斑點還是劃痕，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)境的損傷檢測算法用來檢測舊電影膠片損傷的具體情況，膠片損傷情況檢測的準確性直接影響著舊影片后期修復(fù)的效果和質(zhì)量，損傷檢測結(jié)果的準確性決定了后續(xù)選擇什么樣的修復(fù)算法才能將舊影片的修復(fù)效果達到最佳。本文在研究舊電影修復(fù)的過程中，盡管提到了多種檢測影片損傷的檢測算法和影片修復(fù)的多種技術(shù)，但是由于篇幅受限，僅對各種算法進行了簡單的分析，并沒有詳細展開闡述，另外，關(guān)于這些算法的實際應(yīng)用效果并沒有親自進行實驗，所以，如果將來有條件的話，可以真正地將這些算法進行詳細的對比和研究，爭取提出效果更為優(yōu)秀的算法。

[參考文獻]

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

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[3]楊琴.“電影遺產(chǎn)保護”視野下的中國電影修復(fù)工作[J].中國科技信息，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)量評價方法研究[D].大連：大連海事大學，2012.

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

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

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