Sluta tro på TV s lies Den verkliga sanningen om Förbättrad bilder

Du har sett det om och om igen. FBI använder sin avancerade teknik för att "förbättra" en suddig bild och hitta ett skurkans ansikte i värsta möjliga fotografi. Nå, hur-till-geek ringer sina bluffar. Läs vidare för att se varför.

Det är en av de vanligaste troperna i tv och film, men finns det någon möjlighet att en myndighet verkligen kan få tekniken att hitta ansikten där det bara är suddiga pixlar? Vi gör argumentet att det inte bara är omöjligt med nuvarande teknik, men det är väldigt osannolikt att någonsin vara en teknik som vi någonsin kommer att se. Stick runt för att se oss placera denna trope under linser av vetenskap och teknik, och visa det fel en gång för alla.

Hur Imaging och Light Prove Alla bilder är begränsade

Alla bildteknologier, antingen digitala eller analoga, fungerar ungefär på samma sätt. Låt oss tänka på kameror ett ögonblick. Alla kameror skapar någon form av bild när ljus (partiklar vi kallar foton) interagerar med någon form av bildskapande media. I digitalkameror är det en fotoelektrisk sensor. I filmkameror är det en kemiskt behandlad, ljuskänslig filmremsa.

Det kan överraska dig att veta att filmbaserade kameror kan fånga mer detaljer än även extremt högupplösande digitalkameror. Men även med en filmkamera kan endast en begränsad mängd ljus spelas in på filmen. Detsamma gäller för alla bildapparater, vare sig det är en videobandspelare, en digitalkamera eller en flatbedscanner. Och eftersom någon bild tas i en begränsad tidsperiod (vanligtvis fraktioner av en sekund, när det gäller kameror), finns det nödvändigtvis en övre gräns för detaljerna för varje fångad bild.

Vid digital bildbehandling har den övre gränsen ofta att göra med taket som kameran eller enheten har-det antal pixlar som sensorerna inuti kameran kan detektera, till exempel. Det här handlar om gränserna för själva enheten och är något annorlunda än problemet med en begränsad mängd ljus som når mediet i kameran. Enkelt sagt, ingen kamera, oavsett hur avancerad, har en oändlig kapacitet för upplösning.

All data är en produkt av annan data-sopor i, sopor ut

Datorer är intressanta maskiner, men de är inte utan sina begränsningar. Ett av de saker som de flesta missuppfattar om datorer är att de inte kan skapa "ny" information, de bara skapar "annan" information. I matematik, när en del av en ekvation är svarande på en annan del, kallas det en funktion. När Y = X + 1 är Y en funktion av X. Vad som än är X är Y direkt korrelerad.

Datorer fungerar på ett liknande sätt. Du kan ge en dator en stor textfil med slumpmässiga bokstäver och en ordlista, och berätta för att ordna de begränsade uppsättningarna av bokstäver i ord från ordlistan. Detta fungerar eftersom slutprodukten kan delas upp i en funktion av uppsättningen av slumpmässiga bokstäver, orden från ordlistan och anvisningarna att skapa en från en annan.

Föreställ dig att du gör algebraläxa på din dator. Du kopplar in en serie siffror i din "Y = X + 1" ekvation. Först, X = 1, så 1 + 1 = 2. Men vad skulle hända om du trycker på fel tangenter och matar in fel nummer? Skulle du fortfarande få rätt svar? Om du menade att säga X = 1, men skrivit X = 11, skulle datorn fortfarande ge dig rätt svar? Frågan är självklart preposterous. Det här är begreppet "Skräp In, Skräp." Med andra ord kommer fel data att ge fel svar.

Liksom vår ekvation är "förstärkta" bilder en funktion av originalbilden. När du börjar med en suddig eller pixelerad bild (eller till och med en skarp ren en, för den delen) kan ingen mängd filter eller datormagi coaxa information ur en plats där informationen helt enkelt inte existerar. Precis som "1 + 11" aldrig kommer att resultera i "2" kommer en begränsad bild aldrig att resultera i den så kallade "förbättrade" versionen.

Varför finns det ingen funktion att skapa data från ingenting

Du kanske frågar frågan "Är det inte möjligt att skapa en funktion som kan lägga till detaljer på en dålig bild?" Tja, vi kommer inte troligen att skapa en när som helst snart. Bara för att vi känner igen ett arrangemang av pixlar som ett ansikte betyder inte att det är ett verkligt ansikte. Ansiktsdelen är vår uppfattning om data - vi tittar faktiskt bara på data! Att ta bilddata och omvandla den till "bättre" data är en omöjlighet. En funktion som skapar något som är specifikt som ett mänskligt ansikte från nonsensdata skulle kräva verklig kunskap om slutprodukten - du skulle behöva känna den verkliga människans ansikte för att "hitta" den i den suddiga bilden, vilken slags besegrar poängen av denna imaginära teknik ändå.

Det kan vara möjligt att skapa en slags ansiktsliknande bild från skräpbilddata, men det betyder inte att den produkten kommer att vara relevant. Det kan skapa ett ansikte som faktiskt inte ser något ut som den person som faktiskt var där. Det skulle sannolikt bara skapa en massa pixlar som bara ser ut som en "annorlunda" version av vad som finns där. I TV-logiken finns det ett ansikte som är låst bakom den bilden, och de bra killarna kommer helt enkelt att hitta ett sätt att ta sig till det. I själva verket är det bara data - och någon funktion som återskapar omständigheterna att ett foto skott redan har den informationen inom den.

Hur man vet att regeringen i hemlighet inte gör denna omöjliga sak

Massor av pengar spenderas av myndigheter som NASA för att leta efter himlen med satellitteleskop som Hubble och Kepler. Dessa scopes och andra på jorden ger fantastiskt, djupt utrymme digitalt fotografi av ljus, och även andra våglängder i det elektromagnetiska spektrumet - saker som radio- och mikrovågor och högfrekvent strålning, som gamma och röntgenstrålar. Men alla dessa bilder är föremål för samma begränsningar som tidigare diskuterats. De är snapshots i tid. En begränsad bild av röntgenstrålar är densamma som en begränsad bild av synligt ljus. Om bilder skulle kunna "förbättras" skulle djupfotografering vara enkelt för alla och alla att göra. Om du kan "förbättra" en bild genom att zooma in på ett ansikte i en folkmassa, varför inte gå ut, ta en ögonblicksbild av himlen och "förbättra" den för att se detaljerna på grund av Pluto? Om detta var möjligt skulle en bild-vilken bild som helst kunna innehålla alla bilddata i universum.

Är faktisk användbar bildförbättring möjlig?

Helt enkelt för att det sätt på vilket trope-riddled presenterar bildförbättring är fel, fel, fel betyder inte att grafikprogram inte är användbara verktyg för detta slags problem. Så länge informationen faktiskt finns i bilden, kan någon form av "förbättring" göra det lättare att se. Ta till exempel den här mörka, skuggade bilden, upplyst för att visa detaljer i skuggan. Denna typ av "förbättring" är verklig och tillgänglig för alla med en dator. Skillnaden är att data finns redan där-vi tittar bara på det på ett annat sätt. Våra ögon kan inte se (beroende på din bildskärm) detaljerna i ansiktet till vänster. Men den "förbättrade" versionen till höger visar oss mycket detalj i skuggan, vilket ger oss en bättre bild av hans ansikte.

Så FBI har troligtvis inte magiska Photoshop-krafter, och du kan inte ta bilder av de lilla gröna männen som bor på Pluto med din funsaver. Tro inte allt du ser på TV!

Bildkrediter: Harrison Ford från brandvägg som användes utan tillstånd, antog rättvis användning. Ljusskrivning av BloomsEyeView, Creative Commons. Skräp av Redaktör B, Creative Commons. IMG1189b av HooverStreetStudios, Creative Commons.