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Die wahre Wahrheit über das „Verbessern“ von Bildern

Die wahre Wahrheit über das "Verbessern" von Bildern

Du hast es immer und immer wieder gesehen. Das FBI nutzt seine fortschrittliche Technologie, um ein verschwommenes Bild zu „verbessern“ und das Gesicht eines Bösewichts im schlechtesten Filmmaterial zu finden. Nun, How-To Geek nennt ihren Bluff. Lesen Sie weiter, um zu sehen, warum.

Es ist einer der häufigsten Tropen in Fernsehen und Filmen, aber gibt es eine Möglichkeit, dass eine Regierungsbehörde wirklich über die Technologie verfügt, um Gesichter zu finden, in denen nur verschwommene Pixel vorhanden sind? Wir werden das Argument vorbringen, dass es mit der aktuellen Technologie nicht nur unmöglich ist, sondern dass es sehr unwahrscheinlich ist, dass es jemals eine Technologie sein wird, die wir jemals sehen werden. Bleiben Sie hier, um zu sehen, wie wir diesen Trope unter die Linse von Wissenschaft und Technologie stellen und beweisen, dass er ein für alle Mal falsch ist.

Wie Bildgebung und Licht beweisen, dass alle Bilder begrenzt sind

Alle Bildgebungstechnologien, entweder digital oder analog, funktionieren ungefähr gleich. Lassen Sie uns einen Moment über Kameras nachdenken. Alle Kameras erzeugen eine Art Bild, wenn Licht (Teilchen, die wir Photonen nennen) mit einer Art Bilderzeugungsmedium interagiert. Bei Digitalkameras handelt es sich um einen fotoelektrischen Sensor. Bei Filmkameras handelt es sich um einen chemisch behandelten, lichtempfindlichen Filmstreifen.

Es mag Sie überraschen zu wissen, dass filmbasierte Kameras mehr Details erfassen können als selbst extrem hochauflösende Digitalkameras. Aber auch mit einer Filmkamera kann nur eine begrenzte Lichtmenge auf dem Film aufgezeichnet werden. Das Gleiche gilt für jedes Bildgebungsgerät, sei es ein Videorecorder, eine Digitalkamera oder ein Flachbettscanner. Und da jedes Bild in einem begrenzten Zeitraum aufgenommen wird (bei Kameras normalerweise in Sekundenbruchteilen), gibt es notwendigerweise eine Obergrenze für die Details eines aufgenommenen Bildes.

Bei der digitalen Bildgebung hat diese Obergrenze häufig mit der Decke der Kamera oder des Geräts zu tun – beispielsweise mit der Anzahl der Pixel, die die Sensoren in der Kamera erfassen können. Hier geht es um die Grenzen des Geräts selbst und unterscheidet sich geringfügig von dem Problem, dass eine begrenzte Lichtmenge die Medien in der Kamera erreicht. Einfach gesagt, keine Kamera, egal wie fortschrittlich, hat eine unendliche Auflösungskapazität.

Alle Daten sind ein Produkt anderer Daten – Garbage In, Garbage Out

Computer sind interessante Maschinen, aber sie sind nicht ohne Einschränkungen. Eines der Dinge, die die meisten Menschen an Computern falsch verstehen, ist, dass sie nicht wirklich in der Lage sind, „neue“ Informationen zu erstellen, sondern lediglich „andere“ Informationen. Wenn in der Mathematik ein Teil einer Gleichung einem anderen Teil entgegengesetzt ist, wird dies als Funktion bezeichnet. Wenn Y = X + 1 ist, ist Y eine Funktion von X. Was auch immer X ist, Y ist direkt korreliert.

Computer arbeiten auf ähnliche Weise. Sie können einem Computer eine riesige Textdatei mit zufälligen Buchstaben und einem Wörterbuch geben und ihn anweisen, diese begrenzten Buchstaben in Wörter aus dem Wörterbuch zu ordnen. Dies funktioniert, weil das Endprodukt in eine Funktion des Satzes zufälliger Buchstaben, der Wörter aus dem Wörterbuch und der Anweisungen zum Erstellen auseinander zerlegt werden kann.

Stellen Sie sich vor, Sie machen Algebra-Hausaufgaben auf Ihrem Computer. Sie fügen eine Reihe von Zahlen in Ihre Gleichung „Y = X + 1“ ein. Zuerst ist X = 1, also 1 + 1 = 2. Aber was würde passieren, wenn Sie die falschen Tasten drücken und die falschen Zahlen eingeben würden? Würdest du immer noch die richtige Antwort bekommen? Wenn Sie X = 1 sagen wollten, aber X = 11 tippten, würde der Computer Ihnen dann immer noch die richtige Antwort geben? Die Frage ist natürlich absurd. Dies ist das Konzept von „Garbage In, Garbage Out“. Mit anderen Worten, die falschen Daten geben die falsche Antwort.

Wie unsere Gleichung sind „verbesserte“ Bilder eine Funktion des Originalbildes. Wenn Sie mit einem verschwommenen oder pixeligen Bild beginnen (oder sogar mit einem scharfen, sauberen Bild), kann keine Menge von Filtern oder Computermagie Informationen an einen Ort bringen, an dem diese Informationen einfach nicht vorhanden sind. So wie „1 + 11“ niemals zu „2“ führt, führt ein begrenztes Bild niemals zu der sogenannten „erweiterten“ Version.

Warum es keine Funktion gibt, Daten aus dem Nichts zu erstellen

Sie könnten die Frage stellen: „Ist es nicht möglich, eine Funktion zu erstellen, die einem schlechten Bild Details hinzufügen kann?“ Nun, wir werden wahrscheinlich nicht bald eine erstellen. Nur weil wir eine Anordnung von Pixeln als Gesicht erkennen, heißt das nicht, dass es sich um ein tatsächliches Gesicht handelt. Der Gesichtsteil ist unsere Wahrnehmung dieser Daten – wir betrachten tatsächlich nur Daten! Es ist unmöglich, Bilddaten in „bessere“ Daten umzuwandeln. Eine Funktion, die aus Unsinnsdaten etwas so Spezifisches wie ein menschliches Gesicht erzeugt, würde tatsächliche Kenntnisse des Endprodukts erfordern – Sie müssten das Gesicht der tatsächlichen Person kennen, um es im verschwommenen Bild zu „finden“, was den Punkt irgendwie zunichte macht dieser imaginären Technologie sowieso.

Es ist möglicherweise möglich, aus Müllbilddaten eine Art Gesichtsbild zu erstellen, dies bedeutet jedoch nicht, dass dieses Produkt relevant ist. Es könnte ein Gesicht entstehen, das nicht so aussieht wie die Person, die tatsächlich dort war. Es würde eher nur eine Masse von Pixeln erzeugen, die wie eine „andere“ Version dessen aussehen, was da ist. In der TV-Logik steckt hinter diesem Bild ein Gesicht, und die Guten werden einfach einen Weg finden, dorthin zu gelangen. In Wirklichkeit sind es nur Daten – und jede Funktion, die die Umstände eines aufgenommenen Fotos nachbildet, enthält diese Informationen bereits.

Wie man die Regierung heimlich kennt, tut diese unmögliche Sache nicht

Regierungsbehörden wie die NASA geben viel Geld aus, um den Himmel mit Satellitenteleskopen wie Hubble und Kepler zu durchsuchen. Diese und andere Bereiche auf der Erde bieten eine erstaunliche digitale Weltraumfotografie von Licht und anderen Wellenlängen im elektromagnetischen Spektrum – beispielsweise Radio- und Mikrowellen sowie hochfrequente Strahlung wie Gamma- und Röntgenstrahlen. Alle diese Bilder unterliegen jedoch denselben Einschränkungen, die zuvor erläutert wurden. Sie sind Schnappschüsse in der Zeit. Eine eingeschränkte Abbildung von Röntgenstrahlen entspricht einer eingeschränkten Abbildung von sichtbarem Licht. Wenn Bilder „verbessert“ werden könnten, wäre die Weltraumfotografie für jedermann einfach. Wenn Sie ein Bild „verbessern“ können, indem Sie ein Gesicht in einer Menschenmenge vergrößern, gehen Sie nach draußen, machen Sie eine Momentaufnahme des Himmels und „verbessern“ Sie es, um die Details auf dem Boden von Pluto zu sehen. Wenn dies möglich wäre, könnte ein Bild – jedes Bild – möglicherweise enthalten.

Ist eine tatsächlich nützliche Bildverbesserung möglich?

Nur weil die Art und Weise, wie von Trope durchsetztes Schreiben die Bildverbesserung darstellt, falsch, falsch, falsch ist, bedeutet dies nicht, dass Grafikprogramme keine nützlichen Werkzeuge für diese Art von Problem sind. Solange sich die Informationen tatsächlich im Bild befinden, kann eine Art „Verbesserung“ das Anzeigen erleichtern. Nehmen Sie zum Beispiel dieses dunkle, schattierte Bild, das aufgehellt wird, um Details im Schatten zu zeigen. Diese Art der „Verbesserung“ ist real und für jeden mit einem Computer verfügbar. Der Unterschied besteht darin, dass die Daten bereits vorhanden sind – wir sehen sie nur anders. Unsere Augen können (abhängig von Ihrem Monitor) die Details im Gesicht links nicht sehen. Aber die „verbesserte“ Version auf der rechten Seite zeigt uns viele Details im Schatten und gibt uns ein besseres Bild von seinem Gesicht.

Das FBI verfügt also höchstwahrscheinlich nicht über magische Photoshop-Fähigkeiten, und Sie können die kleinen grünen Männer, die auf Pluto leben, nicht mit Ihrem Funsaver fotografieren. Glauben Sie nicht alles, was Sie im Fernsehen sehen!

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