基于计算机图像处理技术的旧电影修复

张红波

摘 要：随着计算机图像处理技术的深入发展，其应用已经遍及航空、航天、生物医药、通信工程、工业、农业、文化艺术等领域。图像是人们获取外界信息的最主要来源，因此，基于图像处理的应用特别广泛，特别是基于计算机的数字图像处理技术，紧跟计算机科学的迅速发展。文章主要探讨基于计算机技术为基础的数字图像处理技术在旧电影修复方面的应用。

关键词：计算机；图像处理技术；旧电影修复；数字图像

计算机图像技术的广泛应用，已经得到了全民的认可，随着时间的流逝，很多人都曾经怀念儿童的记忆，特别是儿童时代的一些老电影。现在的计算机技术发达了，能不能将儿童时代的老电影进行修复再次播放呢？这个问题曾经困扰人们好长时间，为了实现对儿时的老电影进行修复，专门成立一些电影修复机构用来对旧电影进行修复工作，比如国内的许多电影集团都有这样的工作机构，对旧电影的修复不是一件容易的事，下面我们就来谈一下计算机图像处理技术在修复旧电影工作方面的应用。

1 旧电影修复的背景及必要性

旧电影作为一个时代的娱乐项目，广为人知，尽管现在流行的都是数字化电影，但是再也找不到当年拍摄画面的那个场景了，为了还原当年的场景，只有对这些老电影的胶片进行修复。当年在拍摄电影的时候，所使用的载体主要是胶片，这种胶片不同于现在的存储设备，现在我们使用的电影存储设备主要有硬盘、光盘、U盘等数字存储设备，在几十年前，这些设备还没有诞生，而且完全依靠电影胶片来进行拍摄，然后通过专业的电影投放工具，将这些固定图像的胶片通过匀速地进行滚动，来实现流畅播放栩栩如生的电影画面。这些老电影每一部都有特定的文化背景，每一部电影都是经典之作，但是因为它们使用的存储载体不能长时间储存，特别是高温或潮湿的环境，胶片很容易出现画面模糊或斑点[1]，从而导致电影不能完美的播放。这些旧的电影资料对于我们来讲不仅是非常重要的文化遗产，更具有特定时代的历史和文化价值，是中国乃至世界的精神财富。

多年前，人们曾经试图通过使用一些特定的物理办法来对这些旧电影进行修复，比如说改善旧电影胶片的存放环境，比如将温度或湿度调到最适宜胶片存放的环境。定期对这些旧电影的胶片进行杀菌消毒和除尘，有的还使用一些特定的化学产品，对胶片进行化学方面的处理，但是，最终人们还是发现使用这些传统的物理方法对旧电影的保存时长并没有太大的影响，因为这种胶片本身的化学性质决定了它的存放时间是有限的[2]。借鉴目前流行的计算机图像处理技术，则可以完美实现这一传统物理方法做不到的旧电影的修复工作。特别是近几年来，数字化的图像处理技术越来越先进，在处理修复旧电影的图片时已经可以做到批量化、智能化等，非常适合这种旧电影修复的工作。所以为了满足我们对旧电影这种精神财富的追求，旧电影的修复工作非常有必要。

2 基于计算机图像处理技术的旧电影修复流程

2.1 计算机图像处理技术

计算机图像处理，主要是对图像进行压缩、增强、复原、匹配、描述及识别等方面的处理。其应用已经涉及各行各业，特别是近年来流行的物联网，更是依赖于计算机图像处理技术。而旧电影的修复工作主要用到的是图像的增强和复原技术，图像的增强和复原这两种技术主要是为了提高图像的质量，通过对噪声干扰的去除、提升图像的清晰度来使图像变得完美。特别是对旧电影的修复工作，尽管将胶片图像转换成数字图像后，要处理的图像是大批量的，但使用最多的技术还是图像的增强和复原，图像的增强主要考虑的是图像中关键部分的增强，而不能将图像的质量进行降质处理，比如强化图像的高频或低频分量，然后让图像中要突出的目标轮廓更加清晰或减少图像中的噪声污染，从而让突出目标的细节区分更加明显。图像的修复原则要求尽量在不降低图像质量的基础上，建立图像复原的模型，然后再用某种滤波的方法来恢复或重新构建原来的图像。在实际应用中，有使用基于多级中值滤波器的插值算法进行图像修复的，这种方法非常适合损伤性的旧电影修复工作。也有使用基于PDE方程的BSCD图像修复模型来进行图像修复的，这种方法非常适合修复破损区非常大的斑点的旧电影修复工作[3]。当然也有为了解决上述方法的局限性而提出一种纹理合成技术的方法，对大区域破损图像进行修复的效果是非常不错的。

2.2 旧电影修复的框架结构

针对旧电影序列图中损伤情况，选择修复的顺序，对于整个修复效率来讲，使用这种修复的顺序可以达到效果最佳，其具体的修复框架结构如图1所示。

从图1我们可以看出，旧电影修复的框架结构图中共设计了4个修复模块用于修复图像中的破损现象。根据各类损伤情况的各自情况还设定每个修复模块的检测和修复算法，最后再输出修复后的视频序列，即完成了图像的修复工作[4]。

为了完成斑点修复这項最重要的一项工作，又单独设计了斑点检测和修复模块的模型，如图2所示。

2.3 旧电影修复的流程

旧电影的修复过程一般要经过两个步骤，首先是进行旧电影的损伤检测，只有先进行损伤检测才能判断怎么去修复，用什么方法去修复，检测出来损伤程度的准确性决定了修复后的最终效果，所以损伤检测的准确性至关重要，目前我们存放的旧电影胶片主要是图像的失真或胶片的物理损伤，而损伤则是最常见的[5]，因为胶片本身化学性质的原因，最容易出现物理损伤。这种损伤一般由单帧破损和连续多帧破损两种情况，而前者主要是破损帧只是其中的某一帧或某几帧，相邻的两帧没有出现同类的损伤，比如斑点的出现就是比较单一的，一般只出现在单独的某帧上，而后者则是在时间上有一连续的多帧数损伤，画面受到严重的影响，比如某帧上有垂直划痕等。目前使用计算机图像技术检测斑点的算法主要有：基于像素点的斑点检测算法、基于块的斑点检测算法、基于MRF算法的快速斑点检测算法、基于纹理合成和自适应多重阈值的检测算法，后续也出现了基于像素和基于目标的两级错误警报消除技术算法[6]。这些算法的引入都是为了更为准确地对旧电影胶片进行损伤检测。所以旧电影胶片损伤检测是旧电影修复的第一步。

接下来，根据检测出来的损伤结果来确定损伤修复的方法。目前我们在使用的旧电影修复方法主要有两类，一类是基于像素插值的，一类是基于图像修复技术的[7]。早期人们曾经使用过基于多级中值滤波器的插值算法，后来，人们又开始使用自回归模型的算法对操作的视频序列进行修复。以上两种算法主要是基于像素插值的，这种基于像素插值的修复计算量比较小，但是却无法修复破损范圍大的斑点纹理信息，这个缺点会让人在观看影片时视觉上产生比较模糊的感觉，从而影响了影片本身的放映效果。为了改善这种修复技术的缺点，一些学者将图像修复技术引入旧电影的图像修复工作当中。其中基于PDE议程的BSCD图像修复模型对于破损区域边缘信息的保留效果比较好，而将整体变分的数学模型引入图像修复工作中，这种修复技术对于破损区域小的划痕修复效果非常好[8]。

3 结语

纵观本文所提到的基于计算机图像处理技术的旧电影修复算法，不管是斑点还是划痕，不管是区域范围小的还是区域范围大的损伤，都有适合各自不同环境的损伤检测算法用来检测旧电影胶片损伤的具体情况，胶片损伤情况检测的准确性直接影响着旧影片后期修复的效果和质量，损伤检测结果的准确性决定了后续选择什么样的修复算法才能将旧影片的修复效果达到最佳。本文在研究旧电影修复的过程中，尽管提到了多种检测影片损伤的检测算法和影片修复的多种技术，但是由于篇幅受限，仅对各种算法进行了简单的分析，并没有详细展开阐述，另外，关于这些算法的实际应用效果并没有亲自进行实验，所以，如果将来有条件的话，可以真正地将这些算法进行详细的对比和研究，争取提出效果更为优秀的算法。

[参考文献]

[1]李继豪，闵友钢，韩军.老影视资料中斑点损伤的数字修复方法[J].计算机仿真，2009（6）：250-253.

[2]周磊，倪强，周源华.数字电影视频损伤的修复处理[J].电视技术，2004（11）：66-69.

[3]杨琴.“电影遗产保护”视野下的中国电影修复工作[J].中国科技信息，2012（16）：134.

[4]许嘉.老电影修复：旧友重逢还是新朋初见？[J].大众电影，2012（6）：20-21.

[5]王景艳.旧电影图像质量评价方法研究[D].大连：大连海事大学，2012.

[6]周智圆.老电影修复中的对比度增强与斑块检测修复算法研究[D].上海：上海交通大学，2011.

[7]吕亮.老电影修复算法研究及系统设计[D].天津：天津大学，2014.

[8]李继豪，闵友钢，韩军.老影视资料中斑点损伤的数字修复方法[J].计算机仿真，2009（6）：250-253.