基于計算機圖像處理技術的舊電影修復

張紅波

摘 要：隨著計算機圖像處理技術的深入發展，其應用已經遍及航空、航天、生物醫藥、通信工程、工業、農業、文化藝術等領域。圖像是人們獲取外界信息的最主要來源，因此，基于圖像處理的應用特別廣泛，特別是基于計算機的數字圖像處理技術，緊跟計算機科學的迅速發展。文章主要探討基于計算機技術為基礎的數字圖像處理技術在舊電影修復方面的應用。

關鍵詞：計算機；圖像處理技術；舊電影修復；數字圖像

計算機圖像技術的廣泛應用，已經得到了全民的認可，隨著時間的流逝，很多人都曾經懷念兒童的記憶，特別是兒童時代的一些老電影。現在的計算機技術發達了，能不能將兒童時代的老電影進行修復再次播放呢？這個問題曾經困擾人們好長時間，為了實現對兒時的老電影進行修復，專門成立一些電影修復機構用來對舊電影進行修復工作，比如國內的許多電影集團都有這樣的工作機構，對舊電影的修復不是一件容易的事，下面我們就來談一下計算機圖像處理技術在修復舊電影工作方面的應用。

1 舊電影修復的背景及必要性

舊電影作為一個時代的娛樂項目，廣為人知，盡管現在流行的都是數字化電影，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。當年在拍攝電影的時候，所使用的載體主要是膠片，這種膠片不同于現在的存儲設備，現在我們使用的電影存儲設備主要有硬盤、光盤、U盤等數字存儲設備，在幾十年前，這些設備還沒有誕生，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境，膠片很容易出現畫面模糊或斑點[1]，從而導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，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，比如說改善舊電影膠片的存放環境，比如將溫度或濕度調到最適宜膠片存放的環境。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品，對膠片進行化學方面的處理，但是，最終人們還是發現使用這些傳統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，則可以完美實現這一傳統物理方法做不到的舊電影的修復工作。特別是近幾年來，數字化的圖像處理技術越來越先進，在處理修復舊電影的圖片時已經可以做到批量化、智能化等，非常適合這種舊電影修復的工作。所以為了滿足我們對舊電影這種精神財富的追求，舊電影的修復工作非常有必要。

2 基于計算機圖像處理技術的舊電影修復流程

2.1 計算機圖像處理技術

計算機圖像處理，主要是對圖像進行壓縮、增強、復原、匹配、描述及識別等方面的處理。其應用已經涉及各行各業，特別是近年來流行的物聯網，更是依賴于計算機圖像處理技術。而舊電影的修復工作主要用到的是圖像的增強和復原技術，圖像的增強和復原這兩種技術主要是為了提高圖像的質量，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工作，盡管將膠片圖像轉換成數字圖像后，要處理的圖像是大批量的，但使用最多的技術還是圖像的增強和復原，圖像的增強主要考慮的是圖像中關鍵部分的增強，而不能將圖像的質量進行降質處理，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區分更加明顯。圖像的修復原則要求盡量在不降低圖像質量的基礎上，建立圖像復原的模型，然后再用某種濾波的方法來恢復或重新構建原來的圖像。在實際應用中，有使用基于多級中值濾波器的插值算法進行圖像修復的，這種方法非常適合損傷性的舊電影修復工作。也有使用基于PDE方程的BSCD圖像修復模型來進行圖像修復的，這種方法非常適合修復破損區非常大的斑點的舊電影修復工作[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的方法，對大區域破損圖像進行修復的效果是非常不錯的。

2.2 舊電影修復的框架結構

針對舊電影序列圖中損傷情況，選擇修復的順序，對于整個修復效率來講，使用這種修復的順序可以達到效果最佳，其具體的修復框架結構如圖1所示。

從圖1我們可以看出，舊電影修復的框架結構圖中共設計了4個修復模塊用于修復圖像中的破損現象。根據各類損傷情況的各自情況還設定每個修復模塊的檢測和修復算法，最后再輸出修復后的視頻序列，即完成了圖像的修復工作[4]。

為了完成斑點修復這項最重要的一項工作，又單獨設計了斑點檢測和修復模塊的模型，如圖2所示。

2.3 舊電影修復的流程

舊電影的修復過程一般要經過兩個步驟，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，用什么方法去修復，檢測出來損傷程度的準確性決定了修復后的最終效果，所以損傷檢測的準確性至關重要，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的原因，最容易出現物理損傷。這種損傷一般由單幀破損和連續多幀破損兩種情況，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同類的損傷，比如斑點的出現就是比較單一的，一般只出現在單獨的某幀上，而后者則是在時間上有一連續的多幀數損傷，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多重閾值的檢測算法，后續也出現了基于像素和基于目標的兩級錯誤警報消除技術算法[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的第一步。

接下來，根據檢測出來的損傷結果來確定損傷修復的方法。目前我們在使用的舊電影修復方法主要有兩類，一類是基于像素插值的，一類是基于圖像修復技術的[7]。早期人們曾經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。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計算量比較小，但是卻無法修復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。為了改善這種修復技術的缺點，一些學者將圖像修復技術引入舊電影的圖像修復工作當中。其中基于PDE議程的BSCD圖像修復模型對于破損區域邊緣信息的保留效果比較好，而將整體變分的數學模型引入圖像修復工作中，這種修復技術對于破損區域小的劃痕修復效果非常好[8]。

3 結語

縱觀本文所提到的基于計算機圖像處理技術的舊電影修復算法，不管是斑點還是劃痕，不管是區域范圍小的還是區域范圍大的損傷，都有適合各自不同環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的效果和質量，損傷檢測結果的準確性決定了后續選擇什么樣的修復算法才能將舊影片的修復效果達到最佳。本文在研究舊電影修復的過程中，盡管提到了多種檢測影片損傷的檢測算法和影片修復的多種技術，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，關于這些算法的實際應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字修復方法[J].計算機仿真，2009（6）：250-253.

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

[3]楊琴.“電影遺產保護”視野下的中國電影修復工作[J].中國科技信息，2012（16）：134.

[4]許嘉.老電影修復：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.老電影修復中的對比度增強與斑塊檢測修復算法研究[D].上海：上海交通大學，2011.

[7]呂亮.老電影修復算法研究及系統設計[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字修復方法[J].計算機仿真，2009（6）：250-253.