问题

是否有算法可以去除电影中的马赛克?

回答
电影中的马赛克,通常是为了保护隐私、审查不适内容或实现特定的艺术效果而人为叠加的像素化区域。从技术角度来说,去除马赛克并非简单地“抹掉”像素,而是试图重建或猜测被模糊像素所隐藏的真实信息。这是一个复杂且具有挑战性的任务,其有效性很大程度上取决于马赛克的性质和原始画面的质量。

马赛克的类型与原理

在深入探讨算法之前,理解不同类型的马赛克至关重要:

1. 低分辨率马赛克(Pixelation): 这是最常见的类型。图像被分割成规则的、较大的彩色方块,每个方块内的所有像素都具有相同的颜色。马赛克区域越大,信息丢失越多。
2. 模糊马赛克(Blurring): 使用高斯模糊或箱式模糊等算法对特定区域进行平滑处理,使细节变得模糊不清。这种方式虽然不如像素化那样有明显的方块感,但同样会丢失细节。
3. 自定义马赛克/图形覆盖: 有时会用特定的图形(如黑条、笑脸、模糊的几何形状)完全覆盖敏感区域。

算法的“去除”并非凭空创造

需要明确的是,算法并不能“凭空”创造出丢失的信息。它所做的更像是智能的推断和修复。其核心思想是:

利用已知信息进行预测: 马赛克区域之外的画面、同一场景下的其他帧、甚至整体的物体识别和纹理数据库,都可以作为信息来源。
应用图像处理和机器学习技术: 通过识别模式、学习纹理,尝试“猜出”马赛克下可能是什么。

主要的算法和技术思路

以下是一些在去除电影马赛克时可能使用的算法和技术方向,它们通常需要结合使用以达到最佳效果:

1. 基于邻域信息与插值(Nearest Neighbor and Interpolation):
原理: 这是最基础的方法,尤其适用于低分辨率像素化马赛克。算法会查看马赛克区域周围的像素颜色,并尝试用这些颜色信息来填充马赛克块。
方法:
最近邻插值: 将马赛克块的颜色设置为其最接近的非马赛克像素的颜色。
双线性插值(Bilinear Interpolation): 考虑马赛克块周围四个最接近的非马赛克像素的颜色,并根据它们在马赛克块内的距离进行加权平均。
双三次插值(Bicubic Interpolation): 比双线性插值更复杂,考虑周围16个像素的信息,能产生更平滑的结果,但仍无法恢复真正的细节。
局限性: 这些方法在“去马赛克”时,更像是“放大”或“平滑”马赛克块,并不能真正恢复被隐藏的细节。如果马赛克块非常大(例如,一个像素代表原始图像的20x20个像素),这些方法几乎无效,只会得到一个模糊的颜色块。

2. 基于纹理合成与复原(Texture Synthesis and Restoration):
原理: 很多被马赛克的物体(如人脸、衣物)具有可识别的纹理和模式。算法可以学习马赛克区域之外相同或相似物体的纹理,然后将其“粘贴”或“合成”到马赛克区域。
方法:
非参数纹理合成: 寻找与马赛克区域周围已知纹理相似的样本,然后用这些样本填充马赛克区域。
统计纹理合成: 分析马赛克区域周围纹理的统计特性(如颜色分布、边缘方向等),然后生成具有相似统计特性的新纹理。
应用: 对有重复性纹理的区域(如布料、墙壁)可能有效。对于人脸等高度复杂且独一无二的物体,效果会大打折扣。

3. 基于超分辨率(SuperResolution, SR)的算法:
原理: 超分辨率技术旨在从低分辨率图像中重建高分辨率图像。虽然原始图像不是低分辨率,而是被“像素化”了,但SR的许多思想可以借鉴。算法会尝试根据低分辨率(马赛克)区域的已知模式,预测出更精细的细节。
方法:
基于字典学习(Dictionary Learning): 训练一个字典,其中包含许多低分辨率/高分辨率图像块对。当遇到马赛克区域时,算法会查找字典中与之匹配的低分辨率块,并用对应的已知高分辨率块来替换。
深度学习(Deep Learning)方法(如CNN, GAN): 这是当前最前沿也是最有潜力的方法。
卷积神经网络 (CNN): 可以被训练来学习低分辨率像素块与对应高分辨率区域之间的复杂映射关系。例如,一个CNN可以被训练来识别一个像素化的“眼睛”区域,并输出一个清晰的眼睛图像。
生成对抗网络 (GAN): GAN可以生成逼真的图像。可以训练一个GAN,让它在接收到马赛克图像的某个区域时,生成一个看起来非常逼真的、符合上下文的清晰图像。生成器负责输出可能的高分辨率图像,判别器则负责判断生成的图像是否“真实”且符合被马赛克的内容。
优势: 深度学习方法尤其擅长处理人脸、文字等具有复杂结构和语义信息的区域,因为它们可以通过大量数据学习到丰富的特征和模式。
挑战: 需要海量、高质量的训练数据(即大量被马赛克的低分辨率图像及其对应的清晰高分辨率图像)。对于电影中临时、特定场景的马赛克,可能难以找到完全匹配的训练数据。

4. 利用多帧信息(Temporal Information):
原理: 电影是连续的视频序列。如果马赛克只出现在少数几帧,或者马赛克区域在不同帧中的变化不大,那么可以利用前后帧的信息来辅助恢复。
方法:
运动估计与补偿(Motion Estimation and Compensation): 跟踪马赛克区域在相邻帧中的运动,并将清晰的像素从其他帧“借用”或“投影”到当前帧的马赛克区域。
光流法(Optical Flow): 估计像素在连续帧之间的运动轨迹,用于更精确地补偿运动。
应用: 对于人物面部等在不同镜头中可能以不同角度、不同遮挡出现的场景,多帧信息尤为重要。

5. 结合先验知识与内容理解(Prior Knowledge and Content Understanding):
原理: 了解马赛克区域的内容(如知道那是一张脸,或某个特定物体)可以极大地帮助算法做出更准确的预测。
方法:
物体检测和识别: 首先识别出马赛克区域内的物体类型(人脸、车牌、文字等)。
语义信息填充: 根据识别出的物体类型,使用预先存储的或通过深度学习模型生成的该类物体的平均或典型特征来填充马赛克区域。例如,如果识别出是人脸,就尝试生成一个逼真的人脸。
应用: 配合深度学习模型,可以实现非常高级的内容还原。

具体步骤和流程(以深度学习为例):

1. 预处理:
定位马赛克区域: 准确识别出图像中被马赛克处理的区域。这可以通过手动标注、颜色/像素模式分析,或训练一个专门的分割模型来完成。
提取马赛克块: 将马赛克区域分割成单个马赛克块或一组像素。

2. 特征提取:
对于马赛克块本身,提取其颜色、纹理等低级特征。
对于马赛克块周围的区域,提取更高级的语义特征和上下文信息。

3. 模型推理(生成清晰图像):
将提取到的特征输入到一个训练好的深度学习模型(如超分辨率网络、GAN)。
模型根据学习到的映射关系,生成一个更精细、更清晰的图像块来替换原始的马赛克块。这个过程会考虑周围环境和潜在的语义信息。

4. 后处理:
融合: 将生成的清晰块与周围的非马赛克区域进行平滑过渡,避免出现明显的“痕迹”。
时间一致性检查(视频): 确保马赛克去除后在连续帧之间保持视觉上的连贯性。

能否完全“去除”马赛克?

答案是:不能完全,但可以显著改善或模拟。

信息丢失的不可逆性: 一旦像素被平均化或变成单一颜色,原始的细节信息就已经永久丢失了。算法无法神奇地“找回”那些不存在的数据。
重建的“逼真度”: 当前的技术可以生成非常逼真、符合逻辑的图像,让人难以分辨真伪。但本质上,这是一种“高质量的猜测”或“合成”。如果马赛克的粒度非常粗糙,或者覆盖区域非常复杂且缺乏足够上下文,那么重建的效果就会受到限制,可能只是一个模糊或不确定的图像。

总结:

去除电影中的马赛克是一个涉及图像复原、纹理合成和机器学习的复杂领域。最有效的方法通常是结合深度学习模型(尤其是基于GAN的超分辨率技术)和对视频序列的多帧信息利用。这些算法通过学习大量的样本数据,试图从模糊的马赛克区域中推断出最有可能的原始细节。虽然它们可以产生令人印象深刻的逼真效果,但本质上是基于概率和模式识别的重建,而不是对原始丢失信息的直接还原。

网友意见

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正所谓“眼中有码,心中无码”

日剧《全裸监督》


我大概能明白题主的意思,前面已有多位朋友发过回答,

不过现在已经是2020年了,那么我放一下我知道的较新资讯。


学术层面这个属于图像/视频修复/超分领域的问题。

推荐我一直在使用的学术网站,Paper with code,提供了关于某个机器学习领域最新的SOTA模型和其代码,以下是关于“视频超分”和“图像修复”领域的传送门。



如下是两个比较好的介绍文章~

@QZhang 结合深度学习的图像修复怎么实现?

ICCV 2017 的 Detail-revealing Deep Video Super-resolution

亚像素运动补偿(Sub-pixel Motion Compensation, SPMC)层:基于CNN的视频超分辨方法。

CVPR 2019Pluralistic Image Completion论文Github代码

AI怎么去除马赛克 https://www.zhihu.com/video/1220476670538285056

在业界也已经有相关的手段,大概分为两类

第一类:利用深度学习(如:生成对抗模型)把缺失的部分画上去

这个其实是引用了外部数据,用同一个事物的大量数据获取统计规律,然后针对这个事物的某一个有缺失的例子,利用统计规律把缺失的部分补上去。


强烈推荐 @YE Y 这位答主下面的文章。

pix2pix

第二类:利用视频的前后帧数据把缺失的部分画上去

这个是利用了视频本身的特性。视频本身是由一帧一帧的画面构成的,这一帧的画面和前后帧有一定的联系。如果这一帧有部分缺失了或者模糊了,我们可以利用视频的前后帧的关系把原本此处应有的内容补上去。


这个是作为对前面 @余天升 的回答的补充

著名公司DMM推出了JavPlayer这一播放神器,具体可参考如下链接。

JavPlayer:AI破坏马赛克,可修复马赛克影片

软件官方正版地址 twitter.com/Javski2 有正式版和试用版~

引用一下相关的介绍和解说:

最近的AI破解修复马赛克软件有人说是假的是AI换的
这个不是画上去的,是通过大量CPU和GPU的AI运算把马赛克模糊化再锐化然后插值补偿损失得到的源视频还原。 前提是必须是薄码的!
经过本人用之前流出片和发行版本的解码对比还原度高达90%以上。 因此这个技术是可以肯定的,而且以后也许还会有提升的空间。 绝非换脸那种视频那么简单。 据说一般般的电脑配置跑1分钟的片段大约需要几十分钟,可见复杂程度。
Mosaic的原理就是将1个pixel的颜色填满一个小区域,所以在平面图片上是无法还原的
但是…如果是Mosaic影片的话,一个Mosaic方格的中心点就会是原始的影像pixel,用这方式每个Frame去逐步还原出原始影像。
这样平均每秒就能还原上千点的pixel,即使扣掉可能重覆的pixel,只要几十秒的影片还原出来的程度也就很可观了。
如果还能有专属影像处理的AI软体的话,要解析出接近无码的影片也就很有希望了。
简单来说这个是真的而不是所谓的AI替换 你需要有个强大的cpu和gpu同时工作 经过软件修复而算出来的图像 影片只能选择2016年以前的薄码片 ,已经有人做了好多完整高清的,相信不久就可以有许多这样的片子出现在网上了 , 估计又有受害日本女明星为此隐退了,对了这款软件就是日本DMM公司做的,目前只有日语版,有兴趣的自己去google搜索就行了。
———
关于以上解释的详细说明:
1、“把马赛克模糊化再锐化然后插值补偿损失得到的源视频还原”是什么意思呢?
首先这不是忽悠,因为确实可以这样操作。把马赛克模糊化,丢掉一些图像信息,比如“格子”轮廓。然后锐化,使得接下来的图像轮廓突显。
到这一步,其实像素比处理之前的马赛克影片的还要低。然后插值补偿就有搞头了,最经典的就是最近邻算法,根据像素点之间的距离赋予不同的权重,得到新的像素点。
这怎么理解呢?
就是比如她的有一处是“粉色1.5”的,然后在该处的图像虽然被马赛克了,但是像素的参数值是取自源视频的,所以通过近邻插值,原本为“粉色1.5”的就可以被修成近似的“粉色0.9”或者“粉色2.2”,不断重复直到最小变化阈值,最终有望修成“粉色1.2”或者“粉色1.7”。

2、“必须是薄码”又怎么理解呢?因为薄码意味着马赛克的格子比较大,丢失的像素就相对比较少。这样插值补偿的参数调整带来的误差就比较小。“修复”得到的结果就越接近“粉色1.5”

3、“简单来说这个是真的而不是所谓的AI替换”,当然不是AI替换了,因为根本不涉及AI,所谓的AI修复马赛克技术比这个要高端得多。
举个例子,给你看七七四十九天的无码照片,然后马上拿个有码片给你,你的意识马上能“脑补”出有码片里的会是什么样的;而AI比你更加精密,因为有像素数据作为支撑,而不是人脑简单的“记忆-刺激-反馈”。



这边还有一个正在完善中的回答,与我们生活中的计算机视觉领域问题息息相关,也很有意思~

通过算法能不能识别经过伪造处理的照片?


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