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Hör auf, an die Lügen von TV zu glauben: Die wahre Wahrheit über das "Verbessern" von Bildern


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

Es ist einer der häufigsten Tropen in Fernsehen und Kino, aber gibt es irgendeine Möglichkeit, dass eine Regierungsbehörde wirklich die Technologie haben könnte, um Gesichter zu finden, wo nur verschwommene Pixel sind? Wir werden argumentieren, dass es nicht nur mit der aktuellen Technologie unmöglich ist, aber es ist sehr unwahrscheinlich, dass es jemals eine Technologie geben wird, die wir jemals sehen werden. Bleiben Sie dabei und sehen Sie, wie wir diese Tropen unter die Objektive von Wissenschaft und Technologie stellen und sie ein für alle Mal falsch darlegen.

Wie Bild und Licht beweisen, dass alle Bilder begrenzt sind

Alle Bildtechnologien, digital oder analog arbeiten in etwa gleich. Lassen Sie uns für einen Moment über Kameras nachdenken. Alle Kameras erzeugen eine Art von Bild, wenn Licht (Teilchen, die wir Photonen nennen) mit einer Art Bild erzeugenden Medien interagieren. Bei Digitalkameras handelt es sich um einen photoelektrischen Sensor. Bei Filmkameras handelt es sich um einen chemisch behandelten, lichtempfindlichen Filmstreifen.

Es mag Sie überraschen, wenn Sie wissen, dass filmbasierte Kameras mehr Details erfassen können als selbst extrem hochauflösende Digitalkameras. Aber selbst mit einer Filmkamera kann nur eine begrenzte Menge an Licht auf dem Film aufgezeichnet werden. Das gleiche gilt für jedes bildgebende Gerät, sei es ein Videorekorder, eine Digitalkamera oder ein Flachbettscanner. Und da ein Bild in einer endlichen Zeitspanne aufgenommen wird (normalerweise Sekundenbruchteile, im Falle von Kameras), gibt es notwendigerweise eine obere Grenze für das Detail eines aufgenommenen Bildes.

In der digitalen Bildgebung ist diese obere Grenze hat oft mit der Decke zu tun, die die Kamera oder das Gerät hat - die Anzahl der Pixel, die die Sensoren in der Kamera beispielsweise erkennen können. Dies ist alles über die Grenzen des Geräts selbst, und ist etwas anders als das Problem einer endlichen Menge an Licht, das die Medien in der Kamera erreicht. Einfach gesagt, keine Kamera, egal wie fortgeschritten, hat eine unendliche Kapazität für die Auflösung.

Alle Daten sind ein Produkt anderer Daten - Müll ein, Müll raus

Computer sind interessante Maschinen, aber sie sind nicht ohne Einschränkungen . Eines der Dinge, die die meisten Menschen an Computern missverstehen, ist, dass sie nicht wirklich in der Lage sind, "neue" Informationen zu erstellen, sondern einfach "unterschiedliche" Informationen zu erstellen. Wenn in der Mathematik ein Teil einer Gleichung auf einem anderen Teil beklagt wird, wird dies eine Funktion genannt. 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 ihm mitteilen, dass er diese begrenzten Buchstaben in Wörter aus dem Wörterbuch einordnen soll. Das funktioniert, weil das Endprodukt in eine Funktion der zufälligen Buchstaben, der Wörter aus dem Wörterbuch und der Anweisungen zur Erstellung eines anderen aufgeteilt werden kann.

Stellen Sie sich vor, Sie machen Hausaufgaben auf Ihrem Computer. Sie stecken eine Reihe von Zahlen in Ihre Gleichung "Y = X + 1". Erstens, X = 1, also 1 + 1 = 2. Aber was würde passieren, wenn Sie die falschen Tasten drücken und die falschen Zahlen eingeben? Würdest du immer noch die richtige Antwort bekommen? Wenn Sie X = 1 sagen wollten, aber X = 11, würde der Computer 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, "verbesserte" Bilder sind eine Funktion des ursprünglichen Bildes. Wenn Sie mit einem unscharfen oder verpixelten Bild (oder sogar einem scharfen, sauberen Bild) beginnen, kann keine Menge an Filtern oder Computermagie Informationen aus einem Ort herausholen, wo die Information einfach nicht existiert. Genauso wie "1 + 11" niemals zu "2" führt, wird ein begrenztes Bild niemals zu der sogenannten "erweiterten" Version führen.

Warum gibt es keine Funktion zum Erstellen von Daten aus nichts

Sie könnten die Frage stellen: "Ist es nicht möglich, eine Funktion zu erstellen, die einem schlechten Bild Details hinzufügen kann?" Nun, wir werden wahrscheinlich in naher Zukunft keine erstellen. Nur weil wir eine Anordnung von Pixeln als ein Gesicht erkennen, bedeutet das nicht, dass es ein tatsächliches Gesicht ist. Der Gesichtsteil ist unsere Wahrnehmung dieser Daten - wir betrachten tatsächlich nur Daten! Bilddaten zu nehmen und sie in "bessere" Daten umzuwandeln, ist unmöglich. Eine Funktion, die aus unsinnigen Daten etwas so Spezifisches wie ein menschliches Gesicht schafft, würde tatsächliches Wissen über das Endprodukt erfordern - man müsste das Gesicht der tatsächlichen Person kennen, um es im verschwommenen Bild zu "finden", was den Punkt besiegt von dieser imaginären Technologie sowieso.

Es ist vielleicht möglich, aus Mülldaten ein Gesicht-ähnliches Bild zu erstellen, aber das bedeutet nicht, dass dieses Produkt relevant ist. Es könnte ein Gesicht schaffen, das nicht wirklich wie die Person aussieht, die tatsächlich dort war. Es würde eher eine Masse von Pixeln erzeugen, die irgendwie wie eine "andere" Version dessen aussieht, was da ist. In der Fernsehlogik ist hinter dem Bild ein Gesicht versteckt, und die Guten werden einfach einen Weg finden, um dorthin zu gelangen. In Wirklichkeit sind es nur Daten - und jede Funktion, die die Umstände eines geschossenen Fotos nachbildet, enthält bereits diese Informationen.

Wie man die Regierung kennt, macht diese unmögliche Sache nicht

Es wird viel Geld von Regierungsbehörden wie der NASA ausgegeben, um den Himmel mit Satellitenteleskopen wie Hubble und Kepler zu durchsuchen. Diese Oszilloskope und andere auf der Erde bieten eine erstaunliche digitale Fotografie des Lichts im Weltall und auch anderer Wellenlängen im elektromagnetischen Spektrum - Dinge wie Radio- und Mikrowellen und Hochfrequenzstrahlung wie Gamma- und Röntgenstrahlen. Alle diese Bilder unterliegen jedoch den gleichen Beschränkungen, die zuvor erläutert wurden. Sie sind Momentaufnahmen in der Zeit. Eine begrenzte Abbildung von Röntgenstrahlen ist die gleiche wie eine begrenzte Abbildung von sichtbarem Licht. Wenn Bilder "verbessert" werden könnten, wäre die Weltraumfotografie für jedermann leicht zu machen. Wenn Sie ein Bild durch Vergrößern eines Gesichts in einer Menschenmenge "vergrößern" können, warum nicht nach draußen gehen, einen Schnappschuss des Himmels machen und es "verbessern", um die Details auf dem Boden von Pluto zu sehen? Wenn dies möglich wäre, könnte ein Bild - ein beliebiges Bild - möglicherweise alle Bilddaten im Universum enthalten .

Ist die tatsächliche Nützliche Bildverbesserung möglich?

Ganz einfach, weil die Tropen-gespickte Schrift präsentiert wird Bildverbesserung ist falsch, falsch, falsch, bedeutet 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 Erkennen erleichtern. Nehmen Sie zum Beispiel dieses dunkle, beschattete Bild, das beleuchtet ist, um Details im Schatten zu zeigen. Diese Art von "Verbesserung" ist real und für jeden mit einem Computer verfügbar. Der Unterschied ist, dass die Daten schon da sind - wir sehen es nur anders an. Unsere Augen können nicht (abhängig von Ihrem Monitor) das Detail im Gesicht auf der linken Seite sehen. Aber die "verbesserte" Version auf der rechten Seite zeigt uns viele Details im Schatten, was uns ein besseres Bild von seinem Gesicht gibt.


Also hat das FBI höchstwahrscheinlich keine magischen Photoshop-Kräfte, und Sie können keine Bilder machen der kleinen grünen Männer, die mit deinem Spaßvogel auf Pluto leben. Glaube nicht alles, was du im Fernsehen siehst!

Bildnachweis: Harrison Ford von der Firewall ohne Erlaubnis benutzt, angenommen fairer Gebrauch. Light Writing von BloomsEyeView , Creative Commons. Garbage by Editor B , Creative Commons. IMG1189b von HooverStreetStudios , Creative Commons.


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