出品：科普中国制作：荆博监制：中国科学院计算机网络信息中心最近，一段由AI修复的纪录片"100年前的北京晚清影像"在社交平台上火了。通过AI技术

制作人：景波

出品单位：中国科学院计算机网络信息中心

近日，一部由人工智能修复的纪录片《北京100年前的晚清影像》在社交平台疯传。通过人工智能技术，100年前的北京从黑白到彩色生动地呈现在公众面前。

其实，类似的图像修复技术早已应用于老电影的修复中，比如《泰坦尼克号》、《海上钢琴师》、《美丽人生》等，当这些经典再次搬上银幕时，观众看到的是过去，导演我们看到了致敬，影院看到了票房，电影制片人看到了新路……

这些都是基于胶片修复技术的。恢复过程是怎样的？

物理修复——给胶片洗澡再穿上新衣

为了将这些胶片胶片还原为数字胶片，第一步是对胶片进行清洁和物理还原。从薄膜本身来看，无论是20世纪60年代之前堪比汽油弹的硝基薄膜，还是后来发明的醋酸纤维安全薄膜，它们对高温和光线都极其敏感，因此对薄膜的要求非常高。储存环境。但不幸的是，影片本身是在高温、高光、运动的环境下放映的。可以说，每一次的放映都是对影片自我强化的一次考验。因此，除了保管不当可能造成的损坏外，单纯将胶片过筛多次也会造成黑点、亮点、划痕、噪点等问题。

那么物理修复如何拯救这些破损的胶片呢？

答案很简单，只要洗掉多余的并填补漏洞即可。

胶片上的灰尘或局部感光物质的增加都会降低胶片的透光率，形成“额外”的黑点。通过使用专业的清洗剂清洗膜层，可以去除表面的灰尘和污染物。相反，薄膜上的划痕或腐蚀坑会增加透光率并干扰光的传播路径，薄膜上会出现亮点。如果将修复液均匀涂抹在胶片的乳剂层和基层表面，就可以固定高光。

原理并不复杂，但找到合适的修复液并不容易。它不仅需要与薄膜具有相同的折射率，使其成膜后不会反射光线，而且还具有良好的相容性和流平性能。需在1分钟内干燥成平整、光滑、颗粒均匀的薄膜。

AI修复北京100年前的老视频，在网络上流行起来。如何修复老电影？

物理膜修复效果对比来源：贾彦婷，侯莹，常红阳。新型薄膜划痕修复液的研究[J].现代电影技术，2015(08):35-39。

对于经过物理修复的膜片来说，基层和乳剂层的耐划伤性和耐磨性都会得到改善[1]，但物理修复也有其自身的局限性。这是一种破坏性修复。物理修复基本上只能进行一次，而且修复可能会对胶片的光密度、色彩平衡等产生有害影响[2]，这就需要对胶片进行持续的数字修复。

自动修复——一种不需要人工智能技术的”人工智能”

当数字电影技术开始普及时，电影胶片的修复不仅仅局限于物理修复。在目前的电影修复工程中，物理修复只是整个工程的第一步。之后，将对胶片进行扫描或转换为数字化，然后进行数字电影的自动修复和手动修复。在成熟的公司中，胶片胶片数字修复的大量工作主要是通过自动修复来完成，而手动修复更多地起到监督和审批的作用。

胶片数字修复流程图片来源：徐进。电影数字修复关键技术研究[D].上海交通大学，2009。

说起自动修复，大家自然会想到目前大热的视觉识别和深度学习。然而，数字电影自动修复的应用远早于深度学习的成熟。依靠人类视觉识别胶片缺陷并不困难，但工作量巨大。看起来，应用AI识别是一个非常好的解决方案，但电影并不是由不相关的几帧照片组成的，识别方法显然可以更加复杂。

电影中两帧之间的图像非常接近。有的两帧中拍摄到的图像是相同的，有的只是略有位移，但前后两帧中的图像基本上是存在对应关系的。出现的噪声是随机的。不仅可以识别，还可以根据前后两帧的内容进行修复（如下图，图像中三帧都出现了白噪声，但位置不规则）。

恢复电影前后三帧。资料来源：周雷。影片修复与噪声处理关键技术研究[D].上海交通大学，2008。

因此，只要找到对应的函数关系，计算机就可以在不知道图像内容的情况下，直接识别并确定哪些内容不是视频的原始内容，从而进行自动修复。

影像增强技术在修复胶片电影中的应用

用于发行的商业修复电影的制片人将寻找可用的母带源并直接以数字方式扫描它们以获得高比特率数字电影。然而，当母片源由于太旧或损坏等各种原因导致分辨率很低时，就需要数字图像增强技术来恢复胶片。

AI修复北京100年前的老视频，在网络上流行起来。如何修复老电影？

数字图像增强技术最初应用于航天遥感图像。由于航天拍摄条件不可控，拍摄过程中影响结果的因素较多，而且拍摄成本较高，所以技术人员必须根据结果寻找解决方案，于是数字成像就被发明了。加强技术。

后来这项技术被广泛应用于很多视觉相关的行业，胶片修复就是其中之一。然而与它的重要性和应用范围不相符的是，这项技术的发展并不顺利，开发的算法很少且有限。随着深度学习的到来，数字视觉增强技术的瓶颈已经开始松动，预计不久的将来可能会有更大的突破。

目前，在利用低分辨率电影生成高分辨率电影时，除了利用算法抵消原电影产生的模糊和噪点、改善电影视觉效果外，其他原材料均采用电影未公开的片段也可用于执行“植入和嫁接”方法。 ‘;或者通过新的拍摄、特效合成和老式效果“无中生有并加以改进”。然而，这两种方法都因改变了原始内容而受到争议。

改善电影观看体验的另一个方法是改善电影的听觉内容。音频内容的增强比视频内容的增强要简单得多。最主流的方法是提取强化的声音内容并重做环境音轨和其他声音元素。

胶片摄影或许会被取代，但影片修复将为其带来新生

我们在网上看的老电影清晰度很低，但这并不是因为电影本身不够清晰。事实上，由于光线直接作用于胶片上的感光材料，因此胶片的分辨率能力并不逊色于目前主流的数码摄影设备。同时，薄膜的生产工艺也在不断改进，乳液工艺和微晶工艺也在不断改进。因此，电影所能达到的清晰度远远超出了我们的想象。

最终，在某种程度上，数字电影击败了胶片电影。数字电影的数字格式可以进行无损处理，极大地简化和标准化了电影行业的制作流程。更重要的是，数字电影可以节省大量成本，因为一旦具有相同的分辨率，数码相机只消耗电力，而胶片相机则消耗真金白银。

因此，电影胶片的修复具有更加独特的意义。我国修复胶片的时间较长，但开发和商业化水平较低。近年来，随着经济的发展和对文化遗产的重视，在国家机构的牵头下，进行了一些尝试和创新。 2006年，国家专门投入2.8亿元用于电影修复。计划5年内完成第一阶段5000部国产老电影的数字化修复。 97%的影片将进行普通数字修复，3%将进行修复。急需抢救的珍贵影片在数字化的基础上得到精美修复。 2019年启动的4K冲击修复项目计划三年内修复130部老电影，上映35部4K电影，培训100名修复人员。

参考：

[1] 贾彦廷，侯英，常红阳。新型薄膜划痕修复液的研究[J].现代电影技术，2015(08):35-39。