虚实之间:从人眼到现代图像技术

作者: 焦述铭(粤港澳大湾区量子科学中心)

来源: 微信公众号:中国光学

发布日期: 2024-08-31 08:01:00

科学家们发现,通过分析图像中人眼的微妙细节是一种揭露AI伪造的有效方法,其奥秘在于精密的人眼系统。眼角膜的反光和瞳孔形状的分析可以帮助辨别照片或视频的真伪。

如何识别AI伪造的人像?看眼睛!当今AI伪造技术日益精湛,让人难辨真伪。但科学家们发现,通过分析图像中人眼的微妙细节是一种揭露伪造的有效方法,其奥秘在于精密的人眼系统。

下面这幅画名为《错误的镜子》,是由比利时超现实主义画家马格里特(1898-1967)在1928年所创作,目前收藏于美国纽约现代艺术博物馆。从艺术视角,这幅画引发了人们对视觉感知本质的思考,每位观看者都有各自的解读。不过从科学视角来看,画中的人眼与真实人眼在结构上其实非常相符。

人眼的光学系统主要由角膜和晶状体组成,两者都是透明的,类似于相机的镜头组。角膜位于眼睛最外层,形状固定;而晶状体可以通过睫状肌的作用改变形状,从而调节焦距,使不同距离的物体都能在视网膜上清晰成像。如果透镜组调节功能变得失灵,远处物体的图像无法聚焦在视网膜上,只能聚焦在视网膜前方,视像变得模糊,眼睛就会发生近视。

研究者们通过设计复杂的计算机算法,尝试从眼睛反光中恢复周围环境的清晰图像。他们建立了数学模型,校正了位置和角度,并去除了虹膜纹理的干扰,最终成功重建了周围环境的图像。研究者还发现,眼角膜的“镜中像”具有独特优势。角膜的弯曲表面可提供广角全景画面,而眼球的运动和身体的移动可捕捉多个视角。这些特性使得从眼角膜反射中重建三维场景成为可能,实现了普通相机难以达到的效果,实现了“通过别人眼睛看世界”的效果。

需要注意的是,这些研究是在理想的实验室条件下进行的,在日常环境中应用这项技术仍面临诸多困难。眼角膜的反光还可以帮助我们辨别照片或视频的真伪。随着图像处理技术和人工智能的发展,虚假图像和视频变得越来越逼真,引发了社会忧虑和信任危机。为应对这一挑战,研究者开发了各种虚假图像视频检测技术。其中,通过分析图像中的眼睛细节就是一种有效的方法。

研究发现,由于人的双眼位置接近,一张真实照片中左眼和右眼的角膜反射图像通常非常相似。造假者往往忽视这一细节,使得假照片中的两者存在不一致,利用这一特征,研究人员在辨别真假照片时达到了94%的成功率。不仅如此,眼球瞳孔的形状也可以用来给一张照片辨别真伪,正常照片中人眼瞳孔形状通常是规则的圆形或者椭圆形,而AI伪造照片中瞳孔形状是不规则的。

眼睛结构和功能的深入研究不仅加深了我们对视觉系统的理解,还促进了图像处理和信息安全技术的发展,科学研究和技术应用中很多灵感都来源于一双眼睛。

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