等不到列文虎克再世，如何科学地鉴别毫无PS痕迹的假照片？

　　来源  BBC Future
　　作者 Tiffanie Wen
　　翻译 SME科技故事
　　人们常说耳听为虚，眼见为实，但如果照片是伪造的呢？有很多方法可以识别出伪造的照片——只要你足够细心。下面这张照片看上去就是两个人站在建筑物外面，其中一个人似乎在给另一个递东西。
　　再仔细看看，你可能会发现真相并不简单。
　　穿帮的证据往往藏匿于图像深处，但对汉尼·法里德（Hany Farid） 来说，这些证据散落特定的细节里——比如窗户反射光的方向不对，影子也没有对齐。
　　研究表明，不管我们认为自己有多火眼金睛，大多数人还是很不擅长识别假照片的。然而作为图像分析领域的行家里手，法里德有着独特的技巧，他细致入微的观察，让再难以被察觉的篡改痕迹也可能无处遁形。
　　经过多年的修炼后，他掌握了一个诀窍，那就是观察照片里人眼中的光。他说: ＂当两个人站在同一张照片里时，我们可以看到他们眼睛里的光源(如太阳或闪光灯)的反射。反射光的位置、大小和颜色告诉我们光源的位置、大小和颜色。如果两者特性不一致，这张照片就可能是合成的。＂
　　另一个破绽可能是人耳的颜色。如果太阳在身后，人耳从前面看起来就是红色的，这是散射的缘故，如果光线来自前面，你就看不到耳朵的红色。
　　但是法里德还有更科学的武器。作为达特茅斯学院计算机科学系主任，他一直在研究如何鉴别在数十年前就被处理过的照片。
　　有些假照片很容易辨认，美国总统的高尔夫俱乐部放着的这本《时代》杂志就是假的。
　　以影子为例。如果你从照片中阴影的边缘画一条线，延伸到一个产生阴影物体上的点，通过追踪这条线，你就可以找到光源的位置。如果你在阴影上画出好几条这样的线，那么它们应该是相交于一点的。
　　如果照片被篡改过，照片中某些物体的阴影可能与照片其余部分的光源不匹配。这种方法可以识别那些后期添加了元素的照片。
　　前文照片露出的就是这样的破绽。通过从人或物体上画出一条线来模拟反射光的路径，它们应该聚在一点上。如果没有，那就说明照片可能被篡改了。
　　在当今世界，虚假图像对从政治到医学的各个领域都有影响。
　　＂有竞选的地方就会有假照片。＂ 法里德说，＂为了让竞选人更好看，修改照片是常有的事。竞选团队可能会添加一些多种肤色的人群到照片里去，让竞选人看起来不会像个种族主义者，他们也会通过合成照片来抹黑竞争对手。＂
　　当2004年总统大选期间，一张这样的照片被揭露：竞选人和越战老兵约翰 · 克里(John Kerry)坐在简 · 方达(Jane Fonda)的旁边，参加一场1970年的反战集会。这张照片曾被多家知名报纸刊登，也在网上广泛流传。然而，这张照片在后来被证明由两张照片合成。
　　这张政治家约翰 · 克里(John Kerry)的照片被伪造以误导选民
　　伪造照片当然不是个新鲜事儿，BBC也曾报道过这种普遍的现象。2012年，飓风＂桑迪＂肆虐时，BBC发布了一份伪造飓风照片指南。你很可能已经看过一张暴风下的自由女神像的照片，这确实很壮观，但可惜也是假的。BBC专栏作家罗斯·伊芙乐斯（Rose Eveleth） 也曾聊到过照片影响人们记忆的方式。
　　2012年飓风桑迪袭击纽约时，这张被修改的照片便开始在网上传开
　　事实上，修改过的照片在摄影技术诞生之初就已出现。甚至连美国总统林肯的肖像也被许多人认为是一幅合成画像，他们认为林肯的头被移到了另一位政治家的身体上。而随着数码相机和照片编辑软件的普及，这个问题则变得空前棘手。
　　即使是政府也不会放过发布假图片的机会——伊朗曾公布了一张2008年导弹试验的照片，其中一枚导弹可能没有发射成功，一个发射失败的发射架被剔除了。当政府用他国照片作为国防决策依据的时候，其真实性务必要核实，法里德警告说。
　　美国国防部高级研究计划局(DARPA)正在尝试开发一种工具，以自动检测图像和视频的伪造，并评估其真实性。法里德是DARPA下属团队的研究员，他和凯文·康纳（Kevin Conner）在2011年共同创办了图像分析公司 Fourandsix。他们已经注册了一个叫izitru的工具，它可以查看文件的组成，并帮助判断图像是否直接来自摄像头。
　　入职Adobe 16年、主攻 Photoshop产品的康纳说: ＂这项技术还没有发展到可以随机输入一张图就能告诉你答案的阶段，这也许很难实现，但也正是 DARPA 正在努力的方向。＂
　　人类在鉴别图像方面则相形见绌。斯坦福大学最近一项研究表明，从中学到大学的学生在鉴别网络信息可信度方面是很困难的。在一次实验中，学生们观看了一张据说是＂福岛核辐射花＂的照片，这张照片在没有标注来源的情况下被发到了网上。在170名看过照片的高中生中，只有不到20% 的人成功地问出了照片的来源。
　　这种效应不是由于辐射，而是一种叫带化的自然过程（fasciation）。
　　就算是对图像来源秉持怀疑态度，我们仍然难以观察到矛盾所在。在巴西南里奥格兰德州进行的一项研究中，研究人员向受试者展示了一系列照片，并询问他们这些图片是否受到了伪造。其中一些图片从未被处理过，但一半以上是合成的：有些区域被擦除，或者包含从同一张照片复制的元素。受试者只有约47% 的概率能够辨认出伪造的照片。
　　参与研究的维克多·谢丁格硕士(Victor Schetinger)说，他的朋友们经常来问他某张照片是不是真的。他说: ＂根据我以往的研究经验，仅仅通过肉眼是很难得出结论。照片的方寸之间其实大有乾坤，一点点的改动，就能制造出冲击力十足的效果。也许图像很鲜艳，还有奇怪的闪光，也许相机镜头上有一粒灰尘。你可以怀疑它是假的，但你很难假定它就是假的。＂
　　这张奥巴马的照片在2008年流传，但它是假的——时钟就是线索，它源于希拉里在3点钟拿起电话的一则电视广告
　　人们常常把真的误以为是假的，又把假的当成真的，法里德觉得人们总是表现出迷之自信。而无知又自信，正是最糟糕的组合。
　　办法总比困难多，电脑可以帮助我们找到人眼可能忽略的细节。影像鉴定技术就是通过检验图像中的细节是否符合物理定律，使用一系列技术和算法来识别假照片的。影像鉴定可能无法达到100%的正确率 ，但专家可以同时使用多种技术对照片进行鉴定。
　　让我们来看一张著名的照片，几十年来，它一直让阴谋论者讨论不休。
　　阴谋论者声称这张奥斯瓦尔德的照片是假的(来源: Warren Commission/Wikipedia Commons)
　　上面的这张照片是前美国海军陆战队军人李·哈维·奥斯瓦尔德（Lee Harvey Oswald），就是他在1963年刺杀了肯尼迪总统。当局称这张照片是在奥斯瓦尔德的后院拍摄的，并于1963年4月被发给了他的朋友。暗杀发生后，调查人员将照片上的步枪与在德州达拉斯的一个学校仓库发现的枪进行比对，并将其作为奥斯瓦尔德有罪的证据。关于这张照片真实性的疑问引发了一个阴谋论，即奥斯瓦尔德是被政府或犯罪团伙诬陷为刺杀者的，特别是因为奥斯瓦尔德本人否认了这张照片的真实性，并在受审之前被枪杀。
　　阴谋论者指出，照片中的一些特征就是篡改的＂证据＂——影子，特别是奥斯瓦尔德脸上的影子，和其他物体的影子似乎来自不同的光源。奥斯瓦尔德的下巴看起来比入狱照里的宽，考虑到枪的重量，他的站姿也显得古怪，其他人则对照片里枪的长度提出异议。
　　法里德和同事在2009年、2010年和2015年发表的系列论文中研究了这张照片。他们根据奥斯瓦尔德的入狱照、身高、体重以及枪的重量，建立了现场和人物的3D模型。他们发现照片中的影子是来自于单一光源的，奥斯瓦尔德脸上的阴影使得他下巴看起来比入狱照中的更宽。
　　他们还发现，根据奥斯瓦尔德的重心和持枪方式，他的站姿是合理的。考虑透视因素，照片中的步枪长约40.186英寸(101.2厘米)，只比制造商报告的长度短了不到一英寸。总之，研究人员没有发现任何照片被篡改的证据。
　　这正是人类视觉系统很难做出正确论断的例子，法里德说：＂你很难看到真相，乍一看，照片的某些方面确实很奇怪。这是一个有趣的例子，鉴定技术说明人们以为的情况不一定就是真相——它们在物理上都是完全合理的。＂
　　其他鉴定方法则与图像内容无关，而与数据如何被编码有关。例如，当照片从手机或相机中导出时，它通常被打包成 jpeg格式，这种格式经过了有损压缩。一般来说，一张照片包含很多数据，为了减小文件体积，一些信息会被删除（因此是＂有损＂的） 。和照片相关的元数据有很多，比如拍摄的时间、相机的型号、缩略图的预览，甚至还有拍照时的位置。
　　单纯的 jpeg 格式文件并不存在， 法里德解释说：＂每个设备都有不同的压缩量。iPhone 比高端单反压缩得多。即使是傻瓜相机也有品质设置，他们创建缩略图或存储元数据的方式也不尽相同。所有这些东西都会嵌入到一个文件中。＂
　　执法机构经常使用这种方法来帮助确认一张照片从相机导出后是否被修改过。使用代码查看 jpeg 的组成时——所有信息的排列顺序非常清晰，Photoshop 与 iPhone、松下或尼康的排列顺序截然不同，法里德说：＂有时候我们看一下文件的组成，就可以判断它经过了Photoshop的处理，因为这些信息泄露了秘密。＂
　　一张经过处理的照片，能否通过重新排列元数据而使其看起来真实呢？理论上来说是可以的，实际却很难做到。法里德说这就像把一个电脑的所有零件拆出来，再组装回去一样。
　　法里德强调，鉴定技术并不能保证总是假照片总是被鉴别出来。制造恶作剧者和法律工作者之间的较量，就像一场无声的军备竞赛。
　　造假的门槛比以前更高了，如果能通过20种不同的鉴定技术来处理同一张照片时，从元数据、阴影、颜色甚至是噪点都是一致的时候，那么这张照片就很可能是真实的。
　　那么，我们该怎么做才能辨别出那些在网上流传的假照片呢？虽然我们不能法里德一样专业地鉴定图片，但是还是一些别的办法可以帮到我们。反向图片搜索( tineye.com或谷歌图片)是一个很好的方法，它可以判断一张图片是否已被其他人证伪。
　　法里德还建议关注图片的来源。与博客或社交媒体相比，发布在《纽约时报》等主流新闻网站上的照片更可能是真的。
　　然而，一张好照片甚至能骗过专业新闻机构。最好的做法就是问问自己，它是否太完美以至于不真实了？法里德敦说：＂浏览数字图片的时候，我们最好保持适度的怀疑，但也别太激进，人们很容易认为一张真实的照片是假的。＂
　　原文链接：
　　https://www.bbc.com/future/article/20170629-the-hidden-signs-that-can-reveal-if-a-photo-is-fake