等不到列文虎克再世，如何科學地鑑別“毫無PS痕跡”的假照片？

來源：SME科技故事

人們常說耳聽爲虛，眼見爲實，但如果照片是僞造的呢？有很多方法可以識別出僞造的照片——只要你足夠細心。下面這張照片看上去就是兩個人站在建築物外面，其中一個人似乎在給另一個遞東西。

再仔細看看，你可能會發現真相併不簡單。

穿幫的證據往往藏匿於圖像深處，但對漢尼·法裏德（Hany Farid）來說，這些證據散落特定的細節裏——比如窗戶反射光的方向不對，影子也沒有對齊。

這張照片是假的，其中一個男人完全是P上去的。

研究表明，不管我們認爲自己有多火眼金睛，大多數人還是很不擅長識別假照片的。然而作爲圖像分析領域的行家裏手，法裏德有着獨特的技巧，他細緻入微的觀察，讓再難以被察覺的篡改痕跡也可能無處遁形。

經過多年的修煉後，他掌握了一個訣竅，那就是觀察照片里人眼中的光。他說： “當兩個人站在同一張照片裏時，我們可以看到他們眼睛裏的光源（如太陽或閃光燈）的反射。反射光的位置、大小和顏色告訴我們光源的位置、大小和顏色。如果兩者特性不一致，這張照片就可能是合成的。”

另一個破綻可能是人耳的顏色。如果太陽在身後，人耳從前面看起來就是紅色的，因爲那是血的顏色，如果光線來自前面，你就看不到耳朵的紅色。

但是法裏德還有更科學的武器。作爲達特茅斯學院計算機科學系主任，他一直在研究如何鑑別在數十年前就被處理過的照片。

有些假照片很容易辨認，美國總統的高爾夫俱樂部放着的這本《時代》雜誌就是假的。

以影子爲例。如果你從照片中陰影的邊緣畫一條線，延伸到一個產生陰影物體上的點，通過追蹤這條線，你就可以找到光源的位置。如果你在陰影上畫出好幾條這樣的線，那麼它們應該是相交於一點的。

如果照片被篡改過，照片中某些物體的陰影可能與照片其餘部分的光源不匹配。這種方法可以識別那些後期添加了元素的照片。

前文照片露出的就是這樣的破綻。通過從人或物體上畫出一條線來模擬反射光的路徑，它們應該聚在一點上。如果沒有，那就說明照片可能被篡改了。

在當今世界，虛假圖像對從政治到醫學的各個領域都有影響。

“有競選的地方就會有假照片。” 法裏德說，“爲了讓競選人更好看，修改照片是常有的事。競選團隊可能會添加一些多種膚色的人羣到照片裏去，讓競選人看起來不會像個種族主義者，他們也會通過合成照片來抹黑競爭對手。”

當2004年總統大選期間，一張這樣的照片被揭露：競選人和越戰老兵約翰 · 克里（John Kerry）坐在簡 · 方達（Jane Fonda）的旁邊，參加一場1970年的反戰集會。這張照片曾被多家知名報紙刊登，也在網上廣泛流傳。然而，這張照片在後來被證明由兩張照片合成。

僞造照片當然不是個新鮮事兒，BBC也曾報道過這種普遍的現象。2012年，颶風“桑迪”肆虐時，BBC發佈了一份僞造颶風照片指南。你很可能已經看過一張暴風下的自由女神像的照片，這確實很壯觀，但可惜也是假的。BBC專欄作家羅斯·伊芙樂斯（Rose Eveleth）也曾聊到過照片影響人們記憶的方式。

事實上，修改過的照片在攝影技術誕生之初就已出現。甚至連美國總統林肯的肖像也被許多人認爲是一幅合成畫像，他們認爲林肯的頭被移到了另一位政治家的身體上。而隨着數碼相機和照片編輯軟件的普及，這個問題則變得空前棘手。

即使是政府也不會放過發佈假圖片的機會——伊朗曾公佈了一張2008年導彈試驗的照片，其中一枚導彈可能沒有發射成功，卻莫名的被擦除了。當政府用他國照片作爲國防決策依據的時候，其真實性務必要覈實，法裏德警告說。

美國國防部高級研究計劃局（DARPA）正在嘗試開發一種工具，以自動檢測圖像和視頻的僞造，並評估其真實性。法裏德是DARPA下屬團隊的研究員，他和凱文·康納（Kevin Conner）在2011年共同創辦了圖像分析公司 Fourandsix。他們已經註冊了一個叫izitru的工具，它可以查看文件的組成，並幫助判斷圖像是否直接來自攝像頭。

入職Adobe 16年、主攻 Photoshop產品的康納說： “這項技術還沒有發展到可以隨機輸入一張圖就能告訴你答案的階段，這也許很難實現，但也正是 DARPA 正在努力的方向。”

人類在鑑別圖像方面則相形見絀。斯坦福大學最近一項研究表明，從中學到大學的學生在鑑別網絡信息可信度方面是很困難的。在一次實驗中，學生們觀看了一張據說是“福島核輻射花”的照片，這張照片在沒有標註來源的情況下被髮到了網上。在170名看過照片的高中生中，只有不到20% 的人成功地問出了照片的來源。

這種效應不是由於輻射，而是一種叫帶化的自然過程（fasciation）。

就算是對圖像來源秉持懷疑態度，我們仍然難以觀察到矛盾所在。在巴西南里奧格蘭德州進行的一項研究中，研究人員向受試者展示了一系列照片，並詢問他們這些圖片是否受到了僞造。其中一些圖片從未被處理過，但一半以上是合成的：有些區域被擦除，或者包含從同一張照片複製的元素。受試者只有約47% 的概率能夠辨認出僞造的照片。

參與研究的維克多·謝丁格碩士（Victor Schetinger）說，他的朋友們經常來問他某張照片是不是真的。他說： “根據我以往的研究經驗，僅僅通過肉眼是很難得出結論。照片的方寸之間其實大有乾坤，一點點的改動，就能製造出衝擊力十足的效果。也許圖像很鮮豔，還有奇怪的閃光，也許相機鏡頭上有一粒灰塵。你可以懷疑它是假的，但你很難假定它就是假的。”

這張奧巴馬的照片在2008年流傳，但它是假的——時鐘就是線索，它源於希拉里在3點鐘拿起電話的一則電視廣告

人們常常把真的誤以爲是假的，又把假的當成真的，法裏德覺得人們總是表現出迷之自信。而無知又自信，正是最糟糕的組合。

辦法總比困難多，電腦可以幫助我們找到人眼可能忽略的細節。影像鑑定技術就是通過檢驗圖像中的細節是否符合物理定律，使用一系列技術和算法來識別假照片的。影像鑑定可能無法達到100%的正確率，但專家可以同時使用多種技術對照片進行鑑定。

讓我們來看一張著名的照片，幾十年來，它一直讓陰謀論者討論不休。

陰謀論者聲稱這張奧斯瓦爾德的照片是假的（來源： Warren Commission/Wikipedia Commons）

上面的這張照片是前美國海軍陸戰隊軍人李·哈維·奧斯瓦爾德（Lee Harvey Oswald），就是他在1963年刺殺了肯尼迪總統。當局稱這張照片是在奧斯瓦爾德的後院拍攝的，並於1963年4月被髮給了他的朋友。暗殺發生後，調查人員將照片上的步槍與在德州達拉斯的一個學校倉庫發現的槍進行比對，並將其作爲奧斯瓦爾德有罪的證據。關於這張照片真實性的疑問引發了一個陰謀論，即奧斯瓦爾德是被政府或犯罪團伙誣陷爲刺殺者的，特別是因爲奧斯瓦爾德本人否認了這張照片的真實性，並在受審之前被槍殺。

陰謀論者指出，照片中的一些特徵就是篡改的“證據”——影子，特別是奧斯瓦爾德臉上的影子，和其他物體的影子似乎來自不同的光源。奧斯瓦爾德的下巴看起來比入獄照裏的寬，考慮到槍的重量，他的站姿也顯得古怪，其他人則對照片裏槍的長度提出異議。

法裏德和同事在2009年、2010年和2015年發表的系列論文中研究了這張照片。他們根據奧斯瓦爾德的入獄照、身高、體重以及槍的重量，建立了現場和人物的3D模型。他們發現照片中的影子是來自於單一光源的，奧斯瓦爾德臉上的陰影使得他下巴看起來比入獄照中的更寬。

他們還發現，根據奧斯瓦爾德的重心和持槍方式，他的站姿是合理的。考慮透視因素，照片中的步槍長約40.186英寸（101.2釐米），只比製造商報告的長度短了不到一英寸。總之，研究人員沒有發現任何照片被篡改的證據。

這正是人類視覺系統很難做出正確論斷的例子，法裏德說：“你很難看到真相，乍一看，照片的某些方面確實很奇怪。這是一個有趣的例子，鑑定技術說明人們以爲的情況不一定就是真相——它們在物理上都是完全合理的。”

其他鑑定方法則與圖像內容無關，而與數據如何被編碼有關。例如，當照片從手機或相機中導出時，它通常被打包成 jpeg格式，這種格式經過了有損壓縮。一般來說，一張照片包含很多數據，爲了減小文件體積，一些信息會被刪除（因此是“有損”的）。和照片相關的元數據有很多，比如拍攝的時間、相機的型號、縮略圖的預覽，甚至還有拍照時的位置。

單純的 jpeg 格式文件並不存在，法裏德解釋說：“每個設備都有不同的壓縮量。iPhone 比高端單反壓縮得多。即使是傻瓜相機也有品質設置，他們創建縮略圖或存儲元數據的方式也不盡相同。所有這些東西都會嵌入到一個文件中。”

執法機構經常使用這種方法來幫助確認一張照片從相機導出後是否被修改過。使用代碼查看 jpeg 的組成時——所有信息的排列順序非常清晰，Photoshop 與 iPhone、松下或尼康的排列順序截然不同，法裏德說：“有時候我們看一下文件的組成，就可以判斷它經過了Photoshop的處理，因爲這些信息泄露了祕密。”

一張經過處理的照片，能否通過重新排列元數據而使其看起來真實呢？理論上來說是可以的，實際卻很難做到。法裏德說這就像把一個電腦的所有零件拆出來，再組裝回去一樣。