揪出合成照片的破綻
‧科學人 2008/07/16
影像處理軟體使得相片比過去更容易修改，而且也更難以揭穿；但新科技也帶來了鑑別偽造影像的新方法。
【撰文／法瑞德（Hany Farid）；翻譯／王怡文】
重點提要
■以功能超強的商業影像處理軟體製作的假照片不斷出現，刺激了數位影像鑑識這個新領域的興起。
■根據照片上光源的不一致性（例如人的眼球反射的小亮點），可以揭穿許多假照片。
■利用演算法，則可找出影像的「複製區域」，或者與原始數位照片不一致的數學特性。
歷史上隨處可見照片經篡改的痕跡。史達林、毛澤東、希特勒、墨索里尼、卡斯楚與布里茲涅夫，每個人都有修改版的相片，從塑造更英勇的姿態，到刪除敵人或啤酒瓶都有。在史達林時代，假照片得在暗房裡花上好幾個小時，經過複雜的處理手續；但現今只要有部電腦，任何人都能輕易製作出幾可亂真的假照片。
幾乎每個月都有揭穿假照片的新聞事件，例如2008年2月有張得獎照片被證明作假，照片中一群瀕臨絕種的藏羚羊與附近疾馳而過的高速火車安然共處，似乎未受到任何驚嚇。2006年夏天，備受爭議的青藏鐵路在愛國聲浪中通車之後，中國有上百家報紙都刊登過這張照片，當時就引發少數人的疑問，例如羊群裡有懷孕的羚羊，但是一隻小羊也沒有，而青藏鐵路開始營運的季節，也應該有小羊。這張照片於2008在年北京地鐵站展出後，其他缺陷（例如因拼貼兩張影像所形成的接線）也紛紛曝光，終於引發大眾質疑。攝影師劉為強和他任職報社的總編輯都引咎辭職，中國政府新聞機構也為散佈假照片道歉，並且承諾從資料庫中刪除劉為強的所有作品。
這個例子以及其他許多廣為人知的假照片，都是由眼尖人士研究照片複本，看出缺陷後才揭發造假。但是在許多其他的案例中，肉眼檢視並無法識破所有的偽造痕跡，因此，運用電腦的更高科技鑑別法，亦即「數位影像鑑識」（digital image forensics），就必須應運而生。
我常常為各大媒體、執法機關、法院及個人鑑定影像，每張影像都有獨特的挑戰性，需要不同的鑑識方法。例如我會利用光源是否一致，來檢視可疑的兩人合成照；針對網路評比的釣魚比賽所收到的魚隻影像，我會搜尋縮放過的像素痕跡；至於在軟體智慧財產權爭議中常被當做證據的螢幕截取影像，則可由JPEG（一種標準數位格式）壓縮的不一致，看出篡改的跡象。
從這些例子可以看出，由於影像與修改型式變化多端，工具選擇多樣化有利於影像鑑識分析。過去五年來，我和學生、同事及一小群研究人員（人數正在成長當中），已研發出多種不同的方法，用以偵測數位影像被修改的跡象。我們研發工具的方式是，先了解特定修改方式會擾亂影像的哪些統計或幾何特性，然後設計數學演算法來揭發那些不正常的現象。透過以下幾頁中穿插的「破綻」系列圖文，我將介紹其中五種鑑識技術。
一張影像是否真實可信，可能決定一個人是否鋃鐺入獄；或決定其宣稱的科學發現是革命性進步，還是會在該領域裡留下污點的懦弱欺騙行為。假影像可以左右選舉，例如1950年美國參議員泰丁斯（Millard E. Tydings）的敗選，普遍認為是受到一張合成照片所拖累，照片上他正和美國共產黨領袖布勞德（Earl Browder）交談。近年來政治廣告的合成照片也多得驚人，例如2004年初，網路上留傳一張偽造剪報，刊登美國民主黨總統候選人凱瑞（John Kerry）於1970年代和珍芳達在反越戰活動中同台的合照。弄清楚怎樣才算「眼見為憑」，從未如此重要。
造假事件層出不窮
假影像的問題在各式各樣的情況中竄起，劉為強不是第一個因假造數位照片而丟掉飯碗、作品從資料庫中被刪除殆盡的新聞攝影記者。黎巴嫩自由攝影師哈吉（Adnan Hajj）為路透社提供中東戰火驚心動魄的照片已長達10年，但2006年8月，路透社發佈一張他的照片，有明顯的篡改痕跡：這張照片中的貝魯特剛遭到以色列空襲，濃密的黑煙顯然有部份是複製而成的。
2003年，美國《洛杉磯時報》的華斯基（Brian Walski）為了增加伊拉克照片的戲劇效果，將兩張照片合而為一，照片登上了報紙頭版。當另一家報社的職員為了找尋伊拉克友人，仔細察看照片，因而眼尖地注意到其中有人重複出現，才揭穿了這張合成照，華斯基於是遭《洛杉磯時報》開除。同樣引起爭議和譴責的，還有《時代雜誌》（修改了1994年辛普森的罪犯檔案照片）和《新聞週刊》（2005年，馬莎史都華的頭被接到較苗條的女性身上）等雜誌的封面。
影像相關的醜聞也撼動了科學界。這篇不名譽的論文，是由韓國首爾國立大學的黃禹錫及同事所發表，並刊登在2005年的《科學》上。該團隊宣稱已培養出11個幹細胞株，但經過獨立調查，顯示其中有9個是假的，那些影像是由兩個真的幹細胞株偽造而成。美國洛克斐勒大學出版社的羅斯納（Mike Rossner）估計，在他擔任《細胞生物學期刊》主編期間，被期刊接受的投稿中，大約有1/5會因影像處理不當，而必須請作者重新提交照片。
影像的可信度可能會牽連無數的法律問題，包括兒童色情案件的指控。2002年美國最高法院裁決，電腦繪製的虛擬未成年人影像受到憲法保障，推翻了1996年美國聯邦兒童色情防治法將那些影像包含在內的法條。2006年俄亥俄州華帕科納塔市（Wapakoneta）開庭審理時，辯方主張如果州政府無法證明在被告電腦查獲的影像是真的照片，被告就有權處理影像。在這個案件中，我為檢方出庭作證，並利用辨識電腦合成影像與真實照片的技術來分析影像，教導陪審團了解現代影像處理科技的能力與限制，也指出分析結果：辯方主張影像並非真實的說法不成立。
然而美國許多州與聯邦法庭在判決時都發現，由於電腦合成的影像非常精巧，不應要求陪審團判斷真偽，不只一位聯邦法官質疑：連專家都不一定能證明電腦製作影像的真偽。那麼，當數位照片做為呈堂證供時，我們又如何信得過它？
【完整內容，請參閱科學人2008年第77期7月號】
影像處理軟體使得相片比過去更容易修改，而且也更難以揭穿；但新科技也帶來了鑑別偽造影像的新方法。
【撰文／法瑞德（Hany Farid）；翻譯／王怡文】
重點提要
■以功能超強的商業影像處理軟體製作的假照片不斷出現，刺激了數位影像鑑識這個新領域的興起。
■根據照片上光源的不一致性（例如人的眼球反射的小亮點），可以揭穿許多假照片。
■利用演算法，則可找出影像的「複製區域」，或者與原始數位照片不一致的數學特性。
歷史上隨處可見照片經篡改的痕跡。史達林、毛澤東、希特勒、墨索里尼、卡斯楚與布里茲涅夫，每個人都有修改版的相片，從塑造更英勇的姿態，到刪除敵人或啤酒瓶都有。在史達林時代，假照片得在暗房裡花上好幾個小時，經過複雜的處理手續；但現今只要有部電腦，任何人都能輕易製作出幾可亂真的假照片。
幾乎每個月都有揭穿假照片的新聞事件，例如2008年2月有張得獎照片被證明作假，照片中一群瀕臨絕種的藏羚羊與附近疾馳而過的高速火車安然共處，似乎未受到任何驚嚇。2006年夏天，備受爭議的青藏鐵路在愛國聲浪中通車之後，中國有上百家報紙都刊登過這張照片，當時就引發少數人的疑問，例如羊群裡有懷孕的羚羊，但是一隻小羊也沒有，而青藏鐵路開始營運的季節，也應該有小羊。這張照片於2008在年北京地鐵站展出後，其他缺陷（例如因拼貼兩張影像所形成的接線）也紛紛曝光，終於引發大眾質疑。攝影師劉為強和他任職報社的總編輯都引咎辭職，中國政府新聞機構也為散佈假照片道歉，並且承諾從資料庫中刪除劉為強的所有作品。
這個例子以及其他許多廣為人知的假照片，都是由眼尖人士研究照片複本，看出缺陷後才揭發造假。但是在許多其他的案例中，肉眼檢視並無法識破所有的偽造痕跡，因此，運用電腦的更高科技鑑別法，亦即「數位影像鑑識」（digital image forensics），就必須應運而生。
我常常為各大媒體、執法機關、法院及個人鑑定影像，每張影像都有獨特的挑戰性，需要不同的鑑識方法。例如我會利用光源是否一致，來檢視可疑的兩人合成照；針對網路評比的釣魚比賽所收到的魚隻影像，我會搜尋縮放過的像素痕跡；至於在軟體智慧財產權爭議中常被當做證據的螢幕截取影像，則可由JPEG（一種標準數位格式）壓縮的不一致，看出篡改的跡象。
從這些例子可以看出，由於影像與修改型式變化多端，工具選擇多樣化有利於影像鑑識分析。過去五年來，我和學生、同事及一小群研究人員（人數正在成長當中），已研發出多種不同的方法，用以偵測數位影像被修改的跡象。我們研發工具的方式是，先了解特定修改方式會擾亂影像的哪些統計或幾何特性，然後設計數學演算法來揭發那些不正常的現象。透過以下幾頁中穿插的「破綻」系列圖文，我將介紹其中五種鑑識技術。
一張影像是否真實可信，可能決定一個人是否鋃鐺入獄；或決定其宣稱的科學發現是革命性進步，還是會在該領域裡留下污點的懦弱欺騙行為。假影像可以左右選舉，例如1950年美國參議員泰丁斯（Millard E. Tydings）的敗選，普遍認為是受到一張合成照片所拖累，照片上他正和美國共產黨領袖布勞德（Earl Browder）交談。近年來政治廣告的合成照片也多得驚人，例如2004年初，網路上留傳一張偽造剪報，刊登美國民主黨總統候選人凱瑞（John Kerry）於1970年代和珍芳達在反越戰活動中同台的合照。弄清楚怎樣才算「眼見為憑」，從未如此重要。
造假事件層出不窮
假影像的問題在各式各樣的情況中竄起，劉為強不是第一個因假造數位照片而丟掉飯碗、作品從資料庫中被刪除殆盡的新聞攝影記者。黎巴嫩自由攝影師哈吉（Adnan Hajj）為路透社提供中東戰火驚心動魄的照片已長達10年，但2006年8月，路透社發佈一張他的照片，有明顯的篡改痕跡：這張照片中的貝魯特剛遭到以色列空襲，濃密的黑煙顯然有部份是複製而成的。
2003年，美國《洛杉磯時報》的華斯基（Brian Walski）為了增加伊拉克照片的戲劇效果，將兩張照片合而為一，照片登上了報紙頭版。當另一家報社的職員為了找尋伊拉克友人，仔細察看照片，因而眼尖地注意到其中有人重複出現，才揭穿了這張合成照，華斯基於是遭《洛杉磯時報》開除。同樣引起爭議和譴責的，還有《時代雜誌》（修改了1994年辛普森的罪犯檔案照片）和《新聞週刊》（2005年，馬莎史都華的頭被接到較苗條的女性身上）等雜誌的封面。
影像相關的醜聞也撼動了科學界。這篇不名譽的論文，是由韓國首爾國立大學的黃禹錫及同事所發表，並刊登在2005年的《科學》上。該團隊宣稱已培養出11個幹細胞株，但經過獨立調查，顯示其中有9個是假的，那些影像是由兩個真的幹細胞株偽造而成。美國洛克斐勒大學出版社的羅斯納（Mike Rossner）估計，在他擔任《細胞生物學期刊》主編期間，被期刊接受的投稿中，大約有1/5會因影像處理不當，而必須請作者重新提交照片。
影像的可信度可能會牽連無數的法律問題，包括兒童色情案件的指控。2002年美國最高法院裁決，電腦繪製的虛擬未成年人影像受到憲法保障，推翻了1996年美國聯邦兒童色情防治法將那些影像包含在內的法條。2006年俄亥俄州華帕科納塔市（Wapakoneta）開庭審理時，辯方主張如果州政府無法證明在被告電腦查獲的影像是真的照片，被告就有權處理影像。在這個案件中，我為檢方出庭作證，並利用辨識電腦合成影像與真實照片的技術來分析影像，教導陪審團了解現代影像處理科技的能力與限制，也指出分析結果：辯方主張影像並非真實的說法不成立。
然而美國許多州與聯邦法庭在判決時都發現，由於電腦合成的影像非常精巧，不應要求陪審團判斷真偽，不只一位聯邦法官質疑：連專家都不一定能證明電腦製作影像的真偽。那麼，當數位照片做為呈堂證供時，我們又如何信得過它？
【完整內容，請參閱科學人2008年第77期7月號】
posted by James at 10:37 PM
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