現如今，影像篡改偽造已經越來越常見，一些惡意的行為所帶來的安全問題也越來越嚴重，如何有效地鑑別影像真偽成為了一個迫切需要解決的問題。鑑於此，雲鼎實驗室近年來一直持續在該領域上投入，協助騰訊慧眼產品提升了偽造影像識別的能力。現企劃了影像篡改識別系列文章，為大家解惑其中的技術盲點。

2018年，一段川普鼓勵比利時退出巴黎氣候協議的影片[1][2]在網際網路上炸開了鍋。

影片中，他直視攝像機說到：“親愛的比利時人民，這是一件大事。如你所知，我有勇氣退出巴黎氣候協議，你也應該這麼做。”

此言論一出，立刻在國際輿論上掀起了軒然大波，許多人對美國總統毫不避諱地對比利時的氣候政策發表意見表示憤怒……

儘管影片中的聲音聽起來有點像川普、照片看起來也似乎完全就是他本人，但事實上這並不是真正的川普，而是一個由比利時左翼政黨sp.a製作併發布在Twitter和Facebook上的虛假影片。

眾所周知，如今像這樣的影像篡改是不勝列舉的，比如國內曾經著名的華南虎照片事件，還有網上鋪天蓋地的政客、明星惡搞影片……

當然，這些“作品”有的只是為了娛樂消遣，然而有的卻是在欺騙公眾，背後的影響足以誤導社會輿論、牽動政局穩定，或者損害他人名譽及財產安全，那肯定不會是什麼好事，人們應該引起足夠的重視。今天我們就來聊一聊影像篡改那些事兒。

影像篡改的時代變遷

隨著時間的推移和技術的更替，影像採集、儲存和傳輸等方式就像一場場的接力賽，每一次的變更都留下了深深的時代烙印，而相應的篡改技術也同樣經歷瞭如下三個階段：

• 膠片時代：也稱“前Photoshop時代”，紙質的照片需要在暗房內透過膠捲沖洗完成，而這一時期較為鮮有的影像篡改也是源於一種“暗房技術”實現的。

上圖展示了一幅透過精密的暗房技術拼接而成的照片，或許我們很難想象在那個沒有PS的年代也能製作出如此震撼的照片吧。

• 數字時代：最為人熟知的時代，數字影像的採集、儲存能夠即刻完成，不必像膠片時代那樣需要專業的暗房處理，有一種“開蓋即飲”的感覺，而憑藉強大的網路通訊技術也可以輕鬆地實現傳輸自由。
  當然，在這個時期也出現了許許多多的篡改工具，加速了虛假影像的蔓延，它們基本上都可以被概括為“PS技術”。

• 人工智慧時代：一個技術革新的時代，影像篡改的方法得到進一步擴充套件，虛假的圖片可以直接利用一種叫做“深度學習”的黑盒技術創造出來，而且它的視覺逼真程度更是令人歎為觀止。

上圖展示了一幅利用一個叫做StyleGAN的神經網路訓練生成的圖片，相信沒有多少人能夠輕易看出它是假的吧。

當然，這些令人難以置信的照片或許只能讓人依稀感受到影像篡改的技術變遷，而對於每個時代的那些神秘技法依舊是充滿未知的、令人著迷的。

那麼，接下來就讓我們首先走進膠片時代，感受一下暗房技術的魅力所在。

膠片時代的暗房技術是什麼？

“膠片”是一個富有年代感的詞彙，自從1888年美國柯達公司製造出第一個柔軟、可卷繞的膠捲以來，距今已有130多年的歷史。

膠片本身是一種光敏成像材料，主要的作用是透過感光記錄畫面，而從膠片到相片還有一個最重要的環節就是暗房技術，那麼暗房技術究竟是什麼呢？

實際上，暗房技術指的是黑暗環境下的一系列照片沖洗技術。當然，沖洗過程需要用到一些器材，比如：放大機、計時器、安全燈、洗相盤、各種化學藥水及相紙等，至於它們的使用方法，還是先來看看暗房裡是如何工作[3]的？

（1）從相機的膠捲盒中取出卷繞的底片，利用化學藥水依次進行顯影、停影和定影處理，期間需要使用計時器來嚴格控制時間；
（2）用溫水沖洗已經顯現影像內容的底片，去除上面的溶液殘留之後掛起來晾乾；
（3）在安全燈光下，將底片置於放大機內，反覆試驗調整以確定理想的曝光時間；
（4）使用放大機將底片上的影像印放到相紙上，相紙也需要控制時間進行顯影、停影和定影處理；
（5）在洗相盤中用溫水沖洗相紙之後，擦乾照片即可裝裱使用。

當然，暗房技術還包括一些其他的處理，比如：減淡加深、曝光震動、多次曝光、刮擦底片、修飾底片（如上圖）、模糊、上色、裁剪和拼接等。需要用到很多其它的輔助工具[3]，比如：噴槍、放大鏡、漿糊、墨水、油漆、棉花、燈、刀具、調色盤、刷子、橡皮擦、炭筆、刻度尺、膠帶等等。

優秀的暗房師們在眾多工具的協助下，可以使用二次曝光來拼接照片或底片、可以使用漂白劑照亮照片或完全清洗掉部分內容、可以使用畫筆進行手工美術繪畫……

事實上，這些技術手法一一對應著我們熟知的PS技術，這也就是為什麼膠片時代又稱“前Photoshop時代”，早在Photoshop出現以前就已經有了這些處理技術，PS只是數字化的延伸了暗房技術而已。

Photoshop工具圖示的由來

如今Photoshop軟體的工具欄包含了各式各樣的處理工具，然而有一些工具的圖示卻是讓人啼笑皆非，比如：裁剪工具、畫筆工具、減淡加深工具等[3]。

（1）裁剪工具的圖示外觀是比較難看的，它是一個能夠始終保持長寬比例不變的滑動小裝置，可以對影像進行裁剪和縮放處理，而它實際上來源於下圖這個暗房工具。

（2）PS軟體包含了畫筆工具、歷史畫筆工具、修復畫筆工具等各種型別的畫筆，它們被廣泛用於影像的編輯或修飾處理，而圖示也同樣來源於暗房中的畫筆工具。

（3）減淡和加深這兩個PS工具來源於暗房裡的棒棒糖形狀的工具，它們可以用來延長或者縮短曝光時間，讓影像中任何區域變得更亮或者更暗，甚至漸變效果。

暗房大師的“上帝之手”

帕布魯•伊尼里奧是一位世界著名的馬格南圖片社首席暗房師，當年許多經典作品[4][5]都出自他手，因此一向被譽為“暗房魔術師”。

上圖是20世紀女神奧黛麗•赫本坐在汽車裡的情景，可以看到，左邊圖上包含了大量的數字註釋及線條，其實這些都是這位暗房師的傑作。

當然，這張相片經過多次曝光時間的調整後，對比右圖可以明顯發現，赫本的面部表情和車身反光等效果提升了許多。

在這張《詹姆斯•迪恩在時代廣場》的照片上，那些令人費解的公式備註和線條圓圈（修改多達30處），同樣能夠讓人感受到這位“暗房魔術師”的超群技藝。

試想一下，那是一個沒有PS“選取工具”的年代，這一切都需要依靠人工裁剪出不同形狀的遮光片處理完成，縱使是帕布魯•伊尼里奧這樣專業的暗房師，恐怕也需要幾個小時甚至更長的時間才能完成一幅如此精良的作品。

美國著名攝影師傑瑞•尤斯曼也是一位頂級的暗房特技大師，他打破了傳統攝影美學的限制，透過自身精湛的暗房技術創造出了一幅幅令人驚奇的超現實影像作品[6]，被譽為“後攝影時代”的開拓者。

2016年，在美國紐約露西獎的藝術攝影頒獎採訪[7]中，傑瑞•尤斯曼提到自己有七臺放大機，一般剛開始只會用到兩、三臺，透過觀察連續不同的印樣來確定基本創作方案後，再反覆測試正確的曝光值和遮擋影像的時間，期間還會考慮影像的具體構成元素，大約需要經過幾天的時間才能完成這樣一幅類似“懸案”的影像作品。

傑瑞•尤斯曼的作品正如他自己所說，“我的最終目的是使我自己感到驚奇，我最大的樂趣便是面對探索過程中的懸念。”

膠片時代的目視篡改識別

影像篡改的暗房處理過程非常“艱辛”，需要藉助大量工具經過多次遮擋曝光、底片修飾、模糊、上色、裁剪、拼接等手法才能影印到相紙上。

那麼，膠片時代有沒有一些有效的真偽識別方法呢？

實際上，膠片時代與我們熟知的數字時代有所不同，複雜的手工處理工序常常會導致“創作”失敗，而這種篡改的困難性也使得紙質照片的可信度普遍高於數字影像。此外，對比儲存介質本身的差異也能想象到，膠片時代的識別手法要顯得單一笨拙很多。

那個年代的人們大多是基於目視法辨別的，當然可以藉助一些簡單的技術或裝置，比如：放大鏡、顯微鏡等。目視法指的是根據照片中的內容特徵進行鑑別[8]，比如說：

• 自然規律檢驗法，觀察照片中的事物是否遵循自然規律，那麼暗房大師傑瑞•尤斯曼的那種“攝影蒙太奇”風格的作品顯然無法過關，比如2006年他所拍攝的《走向深夜》，人類的雙手從樹幹中生出，這顯然是不可能的。

• 透視規律檢驗法，驗證影像中的物體是否遵循空間透視規律，通常，攝像機的拍攝符合小孔成像原理，應該具備近大遠小特性。另外，平行於畫面的直線應該保持原來的方向不消失，垂直於畫面的直線應該相交於一點。

• 光照原理檢驗法，也稱“陰影檢驗法”，一般情況下，光源、物體、影子會在同一直線上，可以觀察物體的光影分佈是否合理，像那些透過多次曝光拼接合成的照片是很有可能發現端倪的。但是，在多光源或散射光源情況下可能會比較困難。

• 景深原理檢驗法，當相機焦距對準某一點時，在“聚焦平面”前後會形成一個由清晰變模糊的範圍，可以分析同一成像平面上是否存在虛實不均的情況。

上圖展示了一幅存在景深過淺問題的照片[9]，而且在距離相機近似相同位置的平面上，有兩組人物也是虛實不一的。

• 比較對比檢驗法，觀察照片中物體的個體差異性，眾所周知，即便外觀完全相同的兩個物體也會因為所處位置的不同，與人眼之間形成不同的視角而產生視覺差異。如果照片中存在形狀和姿態完全一致的物體，那很有可能是複製貼上的。

實踐證明，紙質照片常用的這些篡改識別手法是比較有效的，甚至其中很多技術原理後來都以一種新的出場方式延伸到了數字時代。

結束語

儘管如今的“膠片影像”已經逐漸成為了很多人的回憶，或者少數藝術追求者及攝影愛好者的執著，但是這並不妨礙它的時代意義。

對於影像篡改來說，膠片時代的專業知識要求較高、操作過程複雜、處理效率低下，致使其並沒有大量的普及。當然，這個時期的目視真偽鑑別手法也相對比較單一落後。那麼，進入數字時代又將會是一番什麼樣的景象呢？

敬請關注《影像篡改識別（二）：數字時代》。

參考文獻

[1]https://www.economist.com/leaders/2018/05/24/a-faked-video-of-donald-trump-points-to-a-worrying-future?frsc=dg%7Ce

[2]https://www.theguardian.com/technology/2018/nov/12/deep-fakes-fake-news-truth

[3]https://www.colorexpertsbd.com/blog/darkroom-photo-manipulation-photoshop-walk-history/

[4]https://cz.pinterest.com/adolfjebavy/pablo-inirio/

[5]https://www.sohu.com/a/234520757_194997

[6]https://www.gadcollection.com/en/blog/p-jerry-uelsmann

[7]https://vision.xitek.com/image/201706/15-308803_5.html

[8]朱立勳. 淺析紙質照片真偽的幾種檢驗方法[J]. 法制博覽. 2013年04期

[9]https://www.zhihu.com/question/19733441