Stop å tro på TV-sanger Den virkelige sannheten om forbedring -bilder

Du har sett det igjen og igjen. FBI bruker sin avanserte teknologi til å "forbedre" et uklart bilde, og finne et skurkens ansikt i verste mulige opptak. Vel, hvordan-til-geek ringer deres bløff. Les videre for å se hvorfor.

Det er en av de vanligste tropene i fjernsyn og filmer, men er det noen mulighet for at et myndighetsorgan virkelig kan få teknologien til å finne ansikter der det bare er uklare piksler? Vi skal argumentere for at det ikke bare er umulig med dagens teknologi, men det er svært lite sannsynlig at det alltid vil være en teknologi vi noensinne vil se. Hold deg for å se oss sette denne tropen under linsene av vitenskap og teknologi, og bevise det galt en gang for alle.

Hvordan Imaging og Light Prove Alle bilder er begrenset

Alle bildebehandlingsteknologier, enten digitale eller analoge, fungerer omtrent på samme måte. La oss tenke på kameraer for et øyeblikk. Alle kameraer skaper en slags bilde når lys (partikler vi kaller fotoner) samhandler med en slags bildeskapermedie. I digitale kameraer er det en fotoelektrisk sensor. I filmkameraer er det en kjemisk behandlet, lysfølsom filmstrimmel.

Det kan overraske deg å vite at filmbaserte kameraer kan fange opp mer detalj enn til og med ekstremt høyoppløselige digitale kameraer. Men selv med et filmkamera, kan kun en begrenset mengde lys tas opp på filmen. Det samme gjelder for alle bildene, enten det er en videoopptaker, et digitalkamera eller en flatbed-skanner. Og siden et bilde er tatt i en begrenset periode (vanligvis fraksjoner av et sekund, når det gjelder kameraer), er det nødvendigvis en øvre grense for detaljene til et tatt bilde.

I digital bildebehandling har den øvre grensen ofte å gjøre med taket som kameraet eller enheten har - antallet piksler som sensorene inne i kameraet kan oppdage for eksempel. Dette handler om grensene til selve enheten, og er litt annerledes enn problemet med en fin mengde lys som når media i kameraet. Enkelt sagt, ingen kamera, uansett hvor avansert, har en uendelig kapasitet til oppløsning.

Alle data er et produkt av annet data-søppel i, søppel ut

Datamaskiner er interessante maskiner, men de er ikke uten sine begrensninger. En av tingene de fleste misforstår om datamaskiner, er at de ikke egentlig er i stand til å skape "ny" informasjon, de bare slags opprette "annerledes" informasjon. I matematikk, når en del av en ligning er tiltalte på en annen del, kalles det en funksjon. Når Y = X + 1, er Y en funksjon av X. Uansett, X er, Y er direkte korrelert.

Datamaskiner opererer på lignende måte. Du kan gi en datamaskin en stor tekstfil med tilfeldige bokstaver og en ordbok, og fortelle det å ordne de begrensede settene av bokstaver i ord fra ordboken. Dette virker fordi sluttproduktet kan brytes ned i en funksjon av settet av tilfeldige bokstaver, ordene fra ordlisten og retningene for å opprette en fra en annen.

Tenk deg at du gjør algebra lekser på datamaskinen din. Du plugger inn en serie med tall i din "Y = X + 1" ligning. Først, X = 1, så 1 + 1 = 2. Men hva ville skje hvis du trykker på feil knapper, og skriver inn feil nummer? Vil du fortsatt få det riktige svaret? Hvis du mente å si X = 1, men skrevet X = 11, vil datamaskinen fortsatt gi deg det riktige svaret? Spørsmålet er selvsagt preposterous. Dette er begrepet "Garbage In, Garbage Out." Med andre ord, vil feil data gi feil svar.

Som vår likning er "forbedrede" bilder en funksjon av det opprinnelige bildet. Når du begynner med et uklart eller pikselert bilde (eller enda en skarp ren en, forresten), kan ingen mengde filtre eller datamagi koaksere informasjon ut av et sted der det bare ikke finnes informasjon. Akkurat som "1 + 11" aldri vil resultere i "2", vil et begrenset bilde aldri resultere i den såkalte "forbedrede" versjonen.

Hvorfor er det ingen funksjon å lage data fra ingenting

Du kan stille spørsmålet "Er det ikke mulig å lage en funksjon som kan legge til detalj på et dårlig bilde?" Vel, det er ikke sannsynlig at vi snart vil opprette en. Bare fordi vi gjenkjenner et arrangement av piksler som et ansikt, betyr det ikke at det er et faktisk ansikt. Ansiktsdelen er vår oppfatning av dataene - vi ser faktisk bare på data! Å ta bilde data og omdanne det til "bedre" data er en umulighet. En funksjon som skaper noe som er spesifikt som et menneskelig ansikt fra nonsensdata, krever faktisk kunnskap om sluttproduktet. Du vil trenge å kjenne den faktiske persons ansikt for å "finne" det i det uskarpe bildet, hvilken slags beseirer poenget av denne imaginære teknologien uansett.

Det kan være mulig å lage en slags ansiktsaktig bilde fra søppeldata, men dette betyr ikke at produktet vil være relevant. Det kan skape et ansikt som egentlig ikke ser ut som den personen som faktisk var der. Det ville mer sannsynlig bare lage en masse piksler som bare ser ut som en "annen" versjon av hva som er der. I TV-logikken er det et ansikt som er låst bak bildet, og de gode gutta skal bare finne en måte å komme seg til. I virkeligheten er det bare data - og en hvilken som helst funksjon som gjenskaper omstendighetene til et bilde som blir skutt, har allerede den informasjonen i den.

Hvordan å vite Regjeringen i hemmelighet gjør ikke dette umulig

Mange penger blir brukt av myndigheter som NASA for å søke på himmelen med satellittteleskoper som Hubble og Kepler. Disse rekkevidde og andre på jorden gir fantastisk digital fotografering av lys, dyp plass og andre bølgelengder i det elektromagnetiske spektrumet - ting som radio- og mikrobølger, og høyfrekvent stråling, som gamma og røntgenstråler. Men alle disse bildene er underlagt de samme begrensningene som er diskutert tidligere. De er stillbilder i tide. Et begrenset bilde av røntgenstråler er det samme som et begrenset bilde av synlig lys. Hvis bilder kan bli "forbedret", ville det være enkelt for dyp plassfotografering for alle og alle å gjøre. Hvis du kan "forbedre" et bilde ved å zoome inn på et ansikt i en mengde, hvorfor ikke gå ut, ta et øyeblikksbilde av himmelen, og "forbedre" det for å se detaljene på grunn av Pluto? Hvis dette var mulig, kunne et bilde-et hvilket som helst bilde - muligens inneholde alle bildedataene i universet.

Er faktisk nyttig bildeforbedring mulig?

Bare fordi måten trope-riddled presenterer bildeforbedring er feil, feil, feil, betyr ikke at grafikkprogrammer ikke er nyttige verktøy for denne typen problem. Så lenge informasjonen faktisk er innenfor bildet, kan en slags "forbedring" gjøre det lettere å se. Ta for eksempel dette mørke, skyggete bildet, opplyst for å vise detalj i skyggen. Denne typen "forbedring" er ekte, og tilgjengelig for alle som har en datamaskin. Forskjellen er at dataene allerede er der - vi ser bare på det på en annen måte. Våre øyne kan ikke se (avhengig av skjermen) detaljene i ansiktet til venstre. Men den "forbedrede" versjonen til høyre viser oss mye detalj i skyggen, noe som gir oss et bedre bilde av ansiktet hans.

Så FBI har mest sannsynlig ikke magiske Photoshop-krefter, og du kan ikke ta bilder av de små grønne mennene som bor på Pluto med din funsaver. Ikke tro alt du ser på TV!

Image Credits: Harrison Ford fra brannmuren som brukes uten tillatelse, antok rettmessig bruk. Lys skriving av BloomsEyeView, Creative Commons. Søppel ved Redaktør b, Creative Commons. IMG1189b av HooverStreetStudios, Creative Commons.