出品|网易科学人栏目组
译者|小小
俗话说，一图抵千文。与文字相比，图片显得更直观，更具有说服力，比文字传达的信息更容易使读者产生共鸣。然而如果照片是伪造的呢？实际上有很多方法可以发现假照片，你只是需要足够仔细地观察！
看看下面这张照片，显示2名普通人正在建筑物外面交谈，对吗？他们中的某人似乎在把东西交给另一个人。现在仔细看看，这张照片中的内容似乎并不像表面看上去的那样。有些迹象可能不会引起你的注意，但对于哈尼·法里德（Hany Farid）来说，这张照片到处都是篡改的证据，比如窗户的反射偏离了方向，阴影也不符合常规。显然，这张照片是经过篡改的，其中某个人根本不该出现在照片上。
图2：图中显示两个人正在建筑物外面交换文件吗？事实未必如此
研究表明，不管你怎么看待自己发现骗局的能力，我们大多数人在这方面的表现都很糟糕。然而，法里德却以截然不同的方式看待照片。作为数字取证和图像分析的著名专家，他会仔细查看上面近乎觉察不到的迹象，这些迹象表明图像可能经过了修改。如果照片被篡改，图像中的某些物体的阴影可能与图中其余部分的光源无法完美匹配。
随着时间的推移，法里德发现了一个小窍门，那就是检查人们眼中的光线。他解释说：“如果照片中有两个人比邻而站，我们经常能看到他们眼中的光源（比如太阳或照相机闪光灯）发出的反射。这个反射的位置、大小和颜色可以告诉我们光源的位置、大小以及颜色。如果光源的这些特性不一致，那么照片可能就被修改过。
图3：有些类型的假照片很容易被发现，就像《时代》杂志封面展示的特朗普总统照片
另一个窍门是观察人们耳朵的颜色。法里德表示：“如果太阳在我后面，从正面看，我的耳朵就会显示出红色，因为你会看到血的颜色。如果光源在前面，你就看不到耳朵里的红色。”但法里德还有更多的科学工具可供选择。作为达特茅斯学院计算机科学系主任，他几十年来始终在研究如何发现被修改过的假照片。
以阴影为例。如果你沿着照片的阴影边缘画出一条线，并指向投射出阴影的物体，你就可以进一步跟踪那个物体的位置，从而确定图像中的光线来源。如果在阴影处绘制多个点，它们应该能够相交。法里德说，如果照片被篡改过，图像中某些物体的阴影可能与图片其余部分的光源不匹配。他已经证明这种识别方法是可行的，可以找出图片中后来添加上去的对象或人物。
图4：仔细观察图片中的反射情况，也能轻易发现照片是否被伪造过
与之类似，像文章开头提及的那种反射也是区分照片是否被篡改的有效方式。通过追踪创建镜像的人或目标对象的线条，它们应该能会聚在反射表面后面的某个点上。如果没有这种情况出现，那么肯定有些地方被篡改了。在当今世界上，假图片对政治、医学都会产生影响。
法里德说：“在所有选举中，你都能看到某种形式的虚假照片。这些图片被篡改，以便让候选人看起来更好。他们可能创造人群来增加多样性，这样候选人看起来就不像种族主义者。他们也可能利用合成材料拼接照片，来展示对手的负面形象。”
图5：总统候选人约翰·克里的照片被故意篡改
例如，2004年总统大选期间，曾有照片显示当时的总统候选人、越南战争老兵约翰·克里（John Kerry）与简·方达（Jane Fonda）共同参加1970年的反战集会，至少有一家知名报纸提到了这张照片，此后这张照片在互联网上广泛传播开来。直到后来，才有人发现它是由两张不同的照片合成的。
图6：这张2008年流传的奥巴马总统照片也是伪造的，照片中的钟表提供了线索
伪造图片显然并不属于新鲜事物，事实上BBC Future栏目已经报道过此类现象，它们几乎无处不在。例如，在2012年，我们发布了分辨飓风桑迪（Hurricane Sandy）虚假照片的指南。你可能看过戏剧性的虚假照片，显示超级单体风暴在自由女神像上空酝酿。BBC Future作家罗斯·埃弗莱斯（Rose Eveleth）还报道了虚假图像影响记忆的方式。
图7：2012年被篡改的照片，显示飓风桑迪正要袭击纽约
事实上，自从摄影诞生以来，图像篡改就随之出现。即使是美国总统亚伯拉罕·林肯（Abraham Lincoln）的著名肖像，也被广泛认为是合成照片。林肯的头部照片被添加到另一个政客的身体上。数码相机和照片编辑软件的普及，使得这个问题变得比以往任何时候都更麻烦。
图8：据说林肯总统这张肖像画也是合成的
就连政府机构也会发布被篡改的图像。伊朗曾在2008年发布了一张导弹试射照片，其中一张可能是经过篡改的，将发射失败的照片改成发射成功的场景。法里德警告称，当朝鲜、伊拉克以及叙利亚等国的照片被用来帮助各国政府作出关键的安全决定时，它们的真实性必须得到核实。
图9：2008年，伊朗军方曾发布伪造照片，删除了图中发射失败起火的发射架
为美国军方研发技术的国防高级研究计划局（DARPA）正在尝试创建一种工具，它将自动检测出图像和视频中的伪造部分，并评估其完整性。法里德与凯文·康纳（Kevin Conner）都是DARPA团队的研究人员，他们也都是图像分析公司Fourandsix的联合创始人。法里德与康纳开发的工具izitru会分析文件如何打包，并帮助确定图片是否直接来自相机。
康纳表示：“我们面临的挑战在于，技术还没有先进到当你提供随机图像就能获得明确答案的地步。”康纳曾在Adobe工作16年，大部分时间都在研究图象处理软件Photoshop。他说：“不可能真正达到那样的程度，但这基本上是DARPA正在努力做的事情。”
人类在识别不可靠的图像时表现非常差。斯坦福大学最近的一项研究表明，中学生、大学生在分析他们在网上读到的东西是否可信时，表现都不是很好。在一次练习中，学生们看到所谓的“福岛核花”照片，它被张贴在不够权威的网站上。在观看到这张照片的170名高中生中，只有不到20%人质疑照片来源。
图10：这种效果并非辐射所致，而是名为簇生的自然过程产生的结果
即使我们怀疑图片的来源，我们依然无法摆脱自己眼睛看到的内容所影响。在巴西联邦里奥格兰德大学的研究中，参与者观看了一系列照片，并被询问它们是否被篡改过。虽然有些图片没有任何改变，但有半数以上都是拼接的，是多张照片的组合，有些区域被擦除，有些地方则是相同图片的复制和粘贴。参与者发现假照片的几率约为47%。
参与这项研究的维克多·施莱辛格（Victor Schetinger）说，朋友和同事们经常询问他关于照片合法性的问题。他表示：“所有的研究都让我得出这样的结论：我不能通过目视检查确定照片的真伪。在伪造的照片上，很多事情都可能发生，并创造出视觉冲击力。也许是奇怪的闪光，也许是镜头上的灰尘，都可能导致人们怀疑照片是假的，但你不应该总是假设情况是这样的。”
如果你对自己发现真实图像和那些被PS图片的区别能力感到好奇，Adobe已经设置了在线问答。当我参加测试时，我在25次测试中猜对了15次，正确率约为60%。法里德说：“人们通常认为真实的图像是假的，而将假的东西当成是真实的。他们的信心很高，所以人们都是无知而自信的，而这恰是最糟糕的组合。”
解决方法是求助于计算机来发现人类可能错过的矛盾之处。摄影取证使用一系列的技术和算法来识别假照片，需要检查照片是否符合物理定律。虽然可能永远无法百分百地验证照片的真伪，但法医专家依然可以使用许多技术进行验证。下面让我们看看过去数十年间被阴谋论者不断怀疑的一张照片。
图11：李·哈维·奥斯瓦尔德（Lee Harvey Oswald）的这张照片经常被阴谋论者称为伪造品
上面的照片是李·哈维·奥斯瓦尔德（Lee Harvey Oswald），他是前美国海军陆战队员，1963年刺杀了约翰·肯尼迪（John F Kennedy）总统。当时美国政府宣称，这张照片是在奥斯瓦尔德的后院拍的，并于1963年4月发给他的朋友。调查人员将这张照片中的步枪标记与德克萨斯学校图书存放的行凶枪支相匹配，以此作为奥斯瓦尔德有罪的证据。
关于这张照片真实性的问题引发了许多阴谋论者的猜测，他们认为奥斯瓦尔德只是个替罪羊，真正的幕后黑手是政府或者犯罪集团，特别是因为奥斯瓦尔德本人极力否认这张照片是真实的，他本人也在受审之前被持枪歹徒杀害。阴谋论者指出，照片中有些特征是“篡改”的证据，比如阴影，尤其是奥斯瓦尔德脸上的阴影，似乎有些像是从不同光源投射的，而非照片中其他物体的影子。奥斯瓦尔德的下巴看起来比照片中更宽，而且鉴于枪支的重量，他的站姿看起来也显得有点儿奇怪。另一些人则质疑枪本身在图片中的长度。
法里德和他的同事在2009年、2010年以及2015年出版的一系列论文中，对这张照片进行了检查。在他们的分析中，研究人员根据奥斯瓦尔德入狱照中的场景建立了3D模型，包括他的身高、体重以及枪的重量。他们发现，场景中的阴影与单一光源相符，脸上的确存在阴影，下巴也比照片中的更宽。他们还发现，考虑到他的重心和携带枪支的方式，并估计照片中步枪的长度，奥斯瓦尔德的站姿也是合理的。
图12：法里德等人研究了奥斯瓦尔德照片中的站姿，发现其完全合理，从而认为这张照片是真的
总之，研究人员找不到任何照片被篡改过的证据。法里德说：“这就是我们视觉系统无法正确推理的很好例证。你不能因为乍一看，发现照片的某些方面确实看起来很奇怪，就认为它被篡改过。这是个有趣的例子，法医科学可以证明人们所指的事物实际上并不与现实相一致，它们都是完美的、物理上似是而非的例证。”
其他验证照片真伪的方法与内容无关，而是基于其编码的软件如何包装数据文件。当照片从手机或照相机中吐出来后，它通常被打包成一个JPEG文件，这属于有损压缩。通常情况下，照片中可能有大量的数据，因此要缩小数字文件的大小，有些信息就要被丢弃（因此“有损”）。基于某些算法，这样可以使文件变小。
此外，还有与图像相关联的元数据，包括拍摄图像的时间、使用的相机型号、缩略图的外观、甚至是拍摄地点等信息。法里德解释称：“没有单一JPEG格式的东西，每台相机压缩的程度都不相同。例如，iPhone压缩比高端单反相机多得多。甚至全自动相机也有不同的质量设置，它们创建缩略图或存储元数据的方式有点儿不同。而所有这些信息都被嵌入到一个文件中。”
执法机构经常利用这一点来帮助核实图片是否被修改过，因为它是从相机下载的。法里德称：“当你使用代码查看JPEG的包装时，那些信息都是非常有序的，而篡改过的图像与iPhone、松下或尼康相机拍摄的都不同。所以我们可以查看文件的包装，并通过上述迹象确认它是否经过篡改。”
然而，有些被篡改了数据、并被重新排序的照片看起来依然非常逼真，但这种伪造方式很难做到。法里德把它比作试图重新包装刚从盒子里拆封的新电脑，他说：:“包装使用泡沫塑料。如果你试着把所有的东西拆开，再把它放在一起，那就很难让它看起来与原来的包装相同。而隐藏篡改迹象与此差不多。如果你真的很努力，你就可以做到这一点，但这几乎是不可能的，而且你几乎总是会犯错误。”
图12：通过追踪照片中阴影与光源之间的线条，很可能发现是否有些内容是后来添加上去的
尽管如此，法里德强调，法医技术并不能保证假照片都能被发现。然而，它们正在骗子和法医界创建军备竞赛。法里德说：“他们提高了创造令人信服的假照片所需的难度和技巧。我希望当你通过20种不同的取证方式来拍摄照片时，每个人、每个包装、阴影、颜色、噪音都是完全一致的，这证明照片更可能是真实的。”
那么，我们能做些什么来发现那些在网上流传的令人讨厌的假照片呢？虽然我们可能无法使用全方位的法医技术，但依然有其他方法可以更仔细地检查照片。反向图像搜索（可在tineye.com或Google Images进行）就是很好的方法，可以确定特定的图像是否存在伪造痕迹。像Snopes.com等著名网站也可以辨别流行图片。
法里德还建议我们查看图像的来源。他说：“刊登在《纽约时报》这样的主流和知名新闻网站上的照片，真实性可能更高。而刊登在未知媒体网站、博客或脸谱网上的照片，可靠性可能会打些折扣。“然而，即使是可靠的新闻机构也可能被合成照片所骗。通常最好的办法是告诫自己：如果一张照片太好了，它可能不是真的。法里德表示：“在查看数字图像时，需要持有高度的怀疑态度。但不要让怀疑主义压倒你，因为那很容易让你将真实的图片当成假图片，反之亦然。”
本文来源：网易科学人
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郭浩_NT5629
