关于胶片电影修复技术的探讨

蔡 岩

(八一电影制片厂，北京 100161)

电影是一门综合艺术，它记录和反映了各个时期的人文、政治、军事、经济等各方面的重大事件，胶片电影发展至今已经有一百多年的历史，八一电影制片厂最早的一部影片是1952年拍摄的军事教育片《河川进攻》。电影为人类的发展和进步做出了卓越的贡献，被称为世界上的“第八艺术”，即光和影的艺术。重温一部熟悉的电影，仿佛是一场与历史的对话。无法复制的环境，无法重回的时代，让老电影承载了历史的厚重，透过它们，我们可以看到那段波澜壮阔的岁月长河，感受血与火的精神洗礼。让优秀影片重现风采，再次展播，提振文化自信是老影片修复的使命。

1 胶片电影数字修复的必要性和意义

现存胶片电影的保存状态堪忧。胶片储存对环境的要求高，需要在适宜的温湿度条件下避光保存。彩色胶片和黑白胶片对温湿度的要求不尽相同，应尽量分开储存。硝酸片基影片在保存过程中会自行分解，释放出有害气体，对安全片基破坏作用大，会造成黑白影片画面密度减淡，彩色影片的画面染料褪色。

1.1 胶片电影修复的必要性

老电影以胶片作为载体记录光影。根据柯达公司的测定，在温度低于-18℃，湿度低于30%的情况下，通过加速老化试验，胶片可以保存近一千年。但是实验室理想条件需要高昂的设备来实现。而大多数的胶片储存环境并不理想，受各种因素影响，胶片的寿命会大大缩短:受到储存条件限制以及放映使用磨损，导致胶片存在不同程度的问题，如尘埃、划痕、粘连、霉斑、撕裂、油渍等；随着时间越长，翻拍次数越多，影片原有的色彩会褪色失真，清晰度递减也越严重。

1.2 数字修复的意义

先进的数字修复技术可以实现传统的物理、化学手段所无法实现的修复效果。修复后的胶片电影可以进行数字化保存。数字影片的保存对环境要求更加简单，减少了维护库房的开销，同时便于拷贝传播，可以真正做到让经典流传，使得老一代艺术家和电影工作者的心血结晶能够发挥更大的作用。数字电影修复技术的研究对考古图片修复，老照片修复等一些相关的应用领域也有帮助，同时也会对如超分辨率分析、计算机视觉、图像理解、图像错误隐藏、视频压缩等一些相关的技术理论领域的研究做出贡献，有着广阔的发展前景。

2 胶片电影修复流程

胶片电影数字修复是将原始胶片上的模拟信号进行数字转换、修复、后期合成和输出的整个流程(图1)。

图1 胶片电影数字修复流程

2.1 物理修复

首先进行物理修复。通过手工擦拭清除掉画面上存在的灰尘、油渍等杂质，修补片身撕裂等问题。胶片在长时间的保存过程中，其感光性能、物理性能都会发生自然老化。在修复时要严格遵守操作程序，避免对胶片产生二次伤害。

2.1.1 台面鉴定

在进行物理清洁修复前需要物理修复师先通过人工倒片摸清胶片的真实状态，观察胶片是否出现酸化现象、药膜是否完整、齿孔是否存在破损以及接头粘连程度等问题，并详细记录在鉴定记录单中。

2.1.2 清洁修复

根据台面鉴定发现的问题，物理修复师通过人工拼接、粘贴等操作来消除胶片上大的裂痕，在齿孔破损处用胶带粘贴加固，然后对胶片进行物理和化学清洁，尽可能的消除油污、灰尘、霉斑等损伤，为后续数字修复工作节省时间、并提高修复质量。然而这个工艺对很多损伤和严重的霉斑无能为力，需要数字修复来解决。

2.2 胶片数字化(胶转数)

胶片数字化工艺是利用胶片扫描仪将影像从胶片影像即模拟影像转换成数字影像。模拟影像的空间坐标和明暗程度都是连续变化的，计算机无法直接处理，需要用胶转数设备 (我厂现使用Cinter扫描仪)把胶片扫描到工作站完成数字化转换后，开始后续数字修复。

2.3 数字化修复——画面修复

画面修复是电影修复流程中的重要一环，是整个修复过程中工程量最大的阶段。经过胶转数处理后，胶片上的问题都会反映在数字画面上，成为影像的一部分。随着分辨率的提升，画面问题也会更加突出。新技术的日臻完善，让我们可以利用修复设备和专业软件较好地解决这些问题，使得破损、模糊的老电影恢复原貌，甚至重现光彩，还可以对电影图像质量进一步增强，充分满足观众的视觉需求。

2.3.1 AI画面修复

这个环节是对影片进行整体修复，利用计算机的自动识别技术预处理一部分问题。人工智能经过深度学习，仅需投入少量人力就能批量完成一系列修复动作。既提高了工作效率，也在一定程度上降低了成本。修复的主要原理就是计算比较连续的矩阵，找出其中不规律的地方进行数字图像处理，即通过像素的位置变化进行分析修复。损伤缺失部分就是在获得可修复区域内，以符合人眼视觉感知特性的要求为标准，对区域进行像素填充。AI修复也会发生一些计算错误，比如原本非连续的片毛、划道等问题，软件没能用正确信息覆盖有问题的地方，反而在正确的画面上填充了错误信息，会极大增加后面手动修复的难度。再比如一个以砖墙为背景的摇镜头中，砖与砖之间深色的缝隙被计算机当作问题模糊处理掉了；计算机无法智能分析轻风吹拂树叶以及叶片的晃动，将部分树叶错误修复掉，造成细节缺失，严重的会形成画面闪烁；部分军事题材影片中有大量训练动作，动作幅度大、变化快，会被AI计算机当作是问题错误修复。这些都需要人工一帧一帧去纠正恢复。修复中需要特别注意条件的设定，宁缺勿过避免画质信息的丢失以及修复过度形成新的问题。

2.3.2 精致画面修复

精致画面修复需要数字修复师结合专业软件的计算机图像处理技术由人工逐帧手动修复。每位修复师一天仅点击鼠标就需要上万次，一个镜头的修复耗时几小时甚至几天的时间，需要十分的耐心和专业度。现在主要用PFClean、Diamant、DRS Nova这三款软件，各个修复软件都有不同的特点，也各有不足，修复时需要修复师根据画面问题综合运用处理。现在修复的影片其拍摄和制作的时间较早，而且纪录片占比较大。早期的纪录片又比故事片在拍摄环境和保存条件上恶劣许多，因此产生的画面损伤较为严重，多种问题交叉呈现。

工作流程上一般是将能够改善后续模块工作效果的模块安排在前，将干扰后续模块工作效果的模块安排在后。拿到一段受损影片首先需要处理的是全局性问题(图2)，例如闪烁问题。通过亮度闪烁处理模块，系统可以获得更加准确的全局运动估计和局部运动估计结果。

图2 受损影像处理流程图

(1)闪烁修正

对于原始画面亮度变化的真实反应，一般是保留的。需要处理的是由于胶片老化、乳剂层化学变化以及像素较差的画面翻拍造成的闪烁问题。在一段影片中相邻帧影像亮度发生明显变化，一般出现在全帧或帧的局部位置。严重的闪烁不仅会影响观影效果，还会引起视觉疲劳。一般画面闪烁多是以亮度闪烁为主，前后画面亮度差异大，明显闪烁问题通常发生在单个镜头，但也有个别影片，比如《士兵校长》整部影片都存在严重的闪烁情况，即使参数给至极致也不能完全去除，只能尽可能的加以改善，提高观影体验。帧间闪烁问题都是利用软件的自动功能对局部闪烁和全局闪烁进行修复处理。对于简单的画面闪烁可以少分区，复杂的需要多分区。针对移镜头、摇镜头的平滑设定要低于固定镜头，过度平滑会造成失真。有效的亮度闪烁修复可以减少后续划痕、噪点、斑块修复中软件误检测的概率。

(2)抖动修正

齿孔受损画格间的接头，都会导致影像片段位置不能正确 “定位”，从而出现垂直跳动或左右摇摆。胶片电影是通过洗印工艺生产制作的，保存和使用不当会发生干燥收缩。放映时强光照射的高温、保存及运输环境的温湿度的变化，都会导致胶片发生卷曲变形，所以画面抖动也经常伴随卷曲现象产生。软件处理这种问题，原理是通过运算将画面中固定不动的部分找出来，然后计算出本来应该不动却因为抖动而产生了位置移动的部分，记录其位移轨迹，再把整体画面按照轨迹向反方向移动，这样画面以一个固定部分为中心变得稳定起来。现在软件的自动功能一般都可以处理得很好。也有一些特别情况，比如在一个片段中靠近接头的几帧，帧间抖动现象会更加明显，需要对这些帧单独处理。DRS Nova软件对这类问题的修复效果较好，修复师根据帧间抖动情况找出画面中相对不动的位置作为参照点，标定参照范围设定参数值手动处理，来加强画面的稳定性，参照位置的选取需要修复师的一些经验和技巧。

(3)去除划痕

影片画面上出现的划痕有很多表现形式，有竖划痕、横向划痕以及细小碎的毛道划痕连续或是间隔出现，还有一些在放映过程中或因使用不当摩擦产生的多角度不规律痕迹。划痕主要由两方面原因造成:一是在经过机器时造成的，胶片电影的生产制作要经过印片机、洗片机、清洁机等设备，需要通过放映机播放，转为数字信号时要经过胶转数设备，这些都可能对影片造成永久性的伤害，这类划痕在相邻多帧中的同一位置都会出现，一般以垂直方向为主。如果累及乳剂层划痕会带有颜色，修复起来更加复杂一些，利用PFClean 软件的channel功能，可以看到影像每层的受损情况是不同的，比如在修复影片 《大转折——挺进大别山》画面中的蓝色垂直长划痕时，我发现划痕在blue channel中呈现bright形态，在green channel中划痕只出现在尾部而且呈现的是dark形态，在red channel中基本没有划痕情况。说明乳剂层受损不仅仅损失染料颜色，由于划痕深浅程度不同，透光量也会不同，每层划痕会呈现出不同形态，分层赋值可以更好地修复彩色划痕。另一方面是由于空气中的尘埃吸附在胶片的表面之间发生摩擦产生的划痕，此类划痕不规则、细碎、浅表。这类问题中垂直划痕是最容易运用现有软件解决的，软件计算处理划痕一般分为基于帧内的修复和基于多帧的修复。帧内修复是在一帧内，利用损伤临近区域的像素对损伤区域进行修复。多帧修复需要以正确的运动和运动补偿技术为基础，利用当帧的前帧及前后帧信息对指定区域进行填充。PFClean对划痕的修复效果很好，设定合适的参数后可以解决大部分问题。接下来就是修复师将少量软件自动修复后的遗漏查找出来，针对遗漏情况手动填补处理。由于摩擦产生的细小碎划痕出现时通常多而密集，且无规律方向，尤其是斜向的划痕，软件完全无法识别，都要靠修复师人眼找单帧手动修复完成。需要注意的是在使用软件自动功能处理时可能出现的两种情况:一是修复前后画面差别不大，划痕没有被有效去除；二是画面中如果有金属边缘、建筑的竖向装饰、杆状物等很容易被误认为是划痕而被部分擦除，破坏画面细节信息。

(4)去除脏点

由于静电作用，空气中的灰尘会附着在胶片表面，形成脏点。例如影片 《激战文登川》画面上脏点、脏斑多，且连续而密集，解决起来复杂且繁琐。在用软件的自动模式处理一段画面时要特别注意细节。比如山石边缘的锐度和表面自身的粗糙感、阳光照射下环境的明暗变化、起伏的云朵等经常会被错误去除掉原有的细节，严重的会生成色块，需要用手动修复工具来纠正错误的地方。手动修复的方法是由修复师先找出脏点，标识出位置，借鉴前后单帧或多帧画面相同位置中的正确信息重新计算覆盖掉脏点。如果前后帧色彩、亮度差别较大，这样处理效果就不理想。需要综合运用多种工具。比如设置柔化或是借鉴当帧中脏点周边最为相似的像素信息覆盖脏点。这类问题在影片中大量存在，是手动修复中工作量较大的部分。

(5)修复撕裂

胶片片基本身具有优良的物理机械性能，拉升强度高、尺寸稳定、耐受性好，但抗疲劳强度差，容易产生应力开裂。操作不当或者机器故障使胶片张力过大时，非常容易导致胶片撕裂。常会发生在胶片的薄弱环节，比如画面接头处。这类撕裂一般会横向贯穿多帧画面。需要在物理修复环节粘贴撕裂的片身，尽量保留完整影像信息，避免画面信息缺失，但是撕裂处的留白在屏幕上是清晰可见的，影响观影效果。数字修复可以解决物理修复后的痕迹问题，利用前后没有破损的画面来进行移位填补，尽可能地减少撕裂留白区域，找到可以定位的部分，追踪定位轨迹，按照定位轨迹贴到画面上。

(6)霉斑问题

霉斑主要呈现为半透明状态，侵入画面的霉斑无法通过物理清洁去除，需要靠数字化修复解决。分析霉斑产生的原因就要溯源到胶片中重要的涂层材料——明胶。明胶又叫凝胶，是用动物的皮或骨制成的动物胶，是一种透明的蛋白质。胶片中的含水量相对较高，因此非常容易生霉。霉菌分泌的蛋白酶会将明胶蛋白分解，即蛋白质的肽键水解。这一化学变化会使明胶液化变质，附着在其中的银颗粒就会失去保护，影像质量也会严重下降。随着水解反应的持续发展，影像最终会完全流失，失去原有价值。如果霉斑所在画面处于运动幅度较小的镜头，可以参照前后帧相应位置的正常画面，借助软件的自动差值计算来解决。如果霉斑所在画面运动幅度较大，软件计算容易出现错误造成画面出现色块，需要调整参照画面做到更加精准地借鉴单独选框进行修复。需要注意的是，问题画面如果有闪烁或是抖动情况，需要先处理画面的闪烁和抖动问题，如果不先进行此项工作，软件在进行计算时容易产生偏差造成色块、人物变形等问题。

(7)胶片颗粒感的美

电影修复是门技术活，同样需要富有创作精神的审美。胶片的颗粒感来自于胶片感光剂中的卤化银，感光快的溴化银乳剂颗粒较大，显影得到的银粒也较粗；碘化银、氯化银感光慢，显影得到的银粒也较细。胶片颗粒的排列是自然随机的，颗粒始终在运动，这种特质使得画面更有纹理，生动而多变。即使是静物，比如一株花草，虽然没有移动，也是鲜活的。颗粒感渗进画面中的每一样物件使其充满动感，呈现胶片电影独特的美。在解决画面问题需要使用降噪处理时也要充分考虑拍摄年代、故事背景，保留应有的颗粒感，适度修复。

2.4 数字化修复——声音修复

画面升级，声音质量自然也要同步修复，重建“听觉”满足现在的放映标准。通常来说，电影声音分为对白、环境氛围、特殊效果、拟音和音乐五类，声音修复需要将各类型的声音分离，然后去掉底噪，最后按照画面的声相重新混音。

2.5 调色

完成画面修复后就要进行调色即艺术修复。具有年代感的影片调色、人物皮肤的颜色、镜头的景深等都要结合老电影原本的风格去重现。需要对画面的反差、对比度进行调整，最终调色要保证影调统一、色彩还原正常，特别是对人物肤色的还原，确保亮部和暗部的层次依然丰富。

2.6 声画合成与修复质量鉴定

在以上修复工作完成后，需要对影片声音、画面、字幕等所有组成部分进行合成，这是影片修复的最后一步，完成声画合成的影片会先输出存储，再邀请专业鉴定老师对影片进行技术鉴定，检验合格的片子将交由资料室整理保存。

3 思考及展望

电影是文化的重要组成部分，具有重要的带动和引领作用，优秀的影片不仅能够丰富观众多元化的观影需求，更具有历史、艺术、产业等多方面意义。相信随着科技的进步，AI技术在电影行业的不断优化，未来修复技术也会有更进一步的发展。修复工作会更加高效，修复的影片画质更清晰、细节更加真实、自然。岁月流逝，光影流转，虽然新片层出不穷，题材覆盖面也越来越广，但经典老片如同祖传的珍宝，亟待拨开浮尘，更高效地展现它的风姿，焕发它耀眼的光彩，让更多观众可以透过它们，感受到精神的鼓舞、电影的魅力。

3.1 关于胶片电影修复的思考

胶片电影修复是一个系统工程，影片修复由多道工序协作完成，想要得到高质量的修复影片需要每一道工序都发展提高。比如在物理修复方面，可以增加清洁手段，并且有针对的去清洁。硝基片物理清洁有效性实验中发现对于灰尘的清洁，空气吹拂和超声波水洗是有效并且安全的。绒布擦拭、毛刷清洁会造成灰尘拖尾和细小划痕的出现，反而增加了后面画面修复的难度。在胶转数方面，设备厂商越来越关注胶片的初期修复，ARRI的ALEXA XT 传感器可以赋予图像更佳的质量，扫描速度也更快，较上一代提升了65%。即便是严重损坏的胶片也可以在电脑控制的帧对帧传输系统中进行扫描。ARRISCAN XT 的LED 散射光源降低了划痕的可见度且不产生一丝一毫的热量，这对于高度可燃的硝基胶片起到了保护作用。湿式片门系统使用专门研发的液体，利用物理手段减少光的折射效应，可以掩盖划痕和灰尘，提高了素材扫描质量。

3.2 AI技术展望

受到电影数字修复实际需求的影响，越来越多的科研机构对电影数字修复技术展开了深入研究。百度、爱奇异等科技公司也通过自身技术优势入局电影修复领域。一部两小时的影片，人工修复可能需要一个月，AI技术只需要几天就可以完成修复同时增强画质。AI技术的加入，大大解放了人力，修复师可以有更多时间进行艺术思考，是电影修复工作中的重要辅助。

NVIDIA (英伟达)的Image Inpainting for Irregular Holes Using Partial Convolutions (基于部分卷积层的不规则孔洞图像修复术)，可以瞬间“修补”图像中缺失的部分。就是创建一个可以处理不规则孔洞的图像修复模型，并对图像语义进行预测，在不需要任何人工后期的情况下生成可与原图顺畅衔接的像素修补。这项AI技术的关键是基于深层神经网络创建蒙版(Mask)和部分卷积预测 (Partial Convolutional Prediction)。基于AI的图像重建已经可以对受损大面积失去像素的图像进行修复。

“中影·神思”人工智能图像处理系统，靠计算机大数据深度学习算法，在四个月内修复增强了30万帧图像。已经成功应用于《厉害了，我的国》《马路天使》等多部影视剧的图像修复与增强。利用这个系统，修复一部电影的时间可以缩短四分之三，成本可以减少一半。很多以前无法修复的电影现在也可以修了。

人工智能无限电影 (AI-IF)即一种被AI赋能了的互动叙事，在理解了观众需求的情况下，由人工智能(AI)去主动在人类生活的环境中抓取有效视频信息，处理之后生成一段有故事性的影片。这个过程就好像是传统电影工业流程中导演和编剧的创作，但全程参与的真人就只有想看电影的观众，并没有创作者。同时，这种创作的可延续性是无限的，在由AI创作的电影里，故事可以永远都不结束。这种创作和观影体验都是实时的。每次有观众提供新的想法，系统都会相应地改变电影的叙事进程，以满足观众的需求。未来，电影也许可以为观众提供全新的感受，这种感受不仅仅是画质的提升，而是观影临场感觉的完全改变。

3.3 电影修复核心在人

电影修复离不开高素质人才，高质量的修复人才不仅要有数字修复技术的实践积累，还要具备电影理论研究、电影史观，了解感光胶片的原理、胶片电影工艺基础，以及自身的美学修养。电影修复技术正在快速发展中，随着技术的更新迭代修复师也要不断地学习提高自己。电影修复是个小众行业，从业者不过百来人，人才比较缺乏。不过随着越来越多的国内外优秀影片经过修复后逐步走向市场重回大银幕，它们不仅得到大众的广泛关注，起到了文化引领作用，还创造了可观的经济价值。现在有越来越多国家的电影机构把电影数字修复列为一项重要的任务。我国专业院校也加强了在电影行业内的特定岗位进行专业培训，比如北京电影学院的影视技术系。现在许多岗位的专业性趋于模糊，技术互通的情况下，一位电影修复师，将来可能同时是后期特效师、视觉软件工程师，电影修复行业的路也会越来越宽。