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中影基地电影核心科技新突破——“中影•神思”人工智能图

来源:未知 编辑:admin 时间:2019-05-14

  原标题:中影基地电影核心科技新突破——“中影•神思”人工智能图像处理系统

  “中影·神思”人工智能图像处理系统近期通过了中国广播电影电视联合会组织的专家论证会鉴定,获得了专家们的一致高度评价。国家一级科技查新工作站在科技查新中得出结论:“在国内外已公开发表的文献和专利中,未见具有基于利用人工智能大数据深度学习算法,采用对抗式生成网络GAN、DenseNet、CycleGAN网络等技术,开发由分辨率提升画质增强处理单元、标清图像去场处理单元、图像数字修复处理单元三大模块构成,针对图像处理的不同问题进行海量素材训练,建立相应数学模型,利用神经网络最大限度的追求图像质量,对大批量画面素材进行自动处理,并通过创了LoopNet(循环网络)来提高系统计算效率和稳定性的人工智能图像处理系统的报道。”

  2017年,中影基地接到了中宣部重点献礼影片、由中央电视台和中影股份联合出品、中影基地承制的纪录电影《厉害了,我的国》项目。由于这部影片全部素材都是电视技术标准,且素材格式繁多、数量巨大。大多数场景普遍存在较严重的噪声、锯齿、马赛克等缺陷,并且相当一部分素材的有效清晰度只有二、三十万像素。因此,要把这样的标清画面放大到200多平米、1200万像素的中国巨幕上,需要将单个画面的信息量增加近百倍。

  由于素材质量差、数量大,若采用传统的数字修复手段,利用手动去场工作,每人每天平均能够制作3-5帧镜头。照此速度将无法按时完成该项目的修复工作,这成了亟待攻克的一项难题。

  面对生产需要,促使中影基地必须要寻求一种高效的方法来完成制作任务。于是中影基地发散思维、主动探索,在看到人工智能技术在其他领域的运用,联想到是否能够与数字修复相结合。

  由实际院线电影需求出发,中影基地首次与中国科技大学技术团队进行深度合作,充分发挥中影基地影视制作经验,从艺术上把关,人工与机器智能结合,让机器学习人类艺术家的美学思想、艺术理念、工艺流程,转化为审美数学模型,共同研发出基于人工智能大数据深度学习的自动图像处理系统“中影·神思”,成功实现了一场影视艺术、技术领域与人工智能科技领域的跨界合作。本系统是世界上第一个具有通用性的人工智能图像处理系统,可以对现实世界中实际影视项目的图像视频素材进行去场纹、修复、超分增强等自动处理,效率及质量均优于传统处理方法,并通过了中国广播电影电视联合会组织的专家论证会鉴定,获得了专家们的一致赞誉。“中影·神思”系统在今年的深圳文博会、北京影视节目展、BRITV展会及金鸡、百花电影节、英伟达GTC大会上闪亮登场,都取得了极高的社会反响。“神思”这两个字,取自南梁刘勰的《文心雕龙》第二十六篇《神思》:“神思之谓也,文之思也,其神远矣。”这个名字也寄予了我们对这项技术的美好期望。

  使用“中影·神思”系统,中影基地在四个月内处理了《厉害了,我的国》超过三十万帧的低清图像素材,电影成片中共计去场增强画面74分25秒:其中去场画面47分40秒、增强画面26分45秒(688个镜头),完成了一项“不可能完成的任务”。人工智能为本片能够在中国巨幕上完美呈现,成为国产纪录电影票房冠军,提供了坚强的技术保障。

  在进行《厉害了,我的国》项目工作时,“中影·神思”系统主要着意于处理以下两个方面的内容。

  第一,提升分辨率。在《厉害了,我的国》的原始素材中,对于画质太差的标清镜头,进行深度画面修复增强,包括提升画面分别率到2K,去除原始画面场效果,去除上变换后的摩尔纹与锯齿现象,画面细节填充,画质增强。总计26分45秒。

  第二,对于原始素材画面较为清晰的标清镜头,进行去场处理与提升至2K分辨率,去除上变换后的锯齿现象。这类镜头合计47分40秒。

  利用人工智能技术,每天可以处理上万帧,甚至几十万几百万帧图像,工作效率可提高达百万倍。这样的处理速度在以往是不可想象的。效率对比如下图:

  2017年是国产电影《马路天使》(1937年)上映80周年,为了更好的弘扬民族艺术,第七届北京电影节修复电影展映单元专门放映了该片。与以往放映不同的是,此次放映的版本是由中影基地进行修复过的版本。

  由于受早年拍摄技术及胶片保存的制约,原始素材充斥大量脏点划痕,使得待修复的素材量急剧增加。因此,中影基地利用“中影·神思”系统人工智能算法解决了70%以上的修复问题,结合人工手动修复,在两周内完成了以往两三个月才能完成的工作。该片也是国内首次运用人工智能进行全片数字修复并公映的成片。

  中影基地从2006年开始承接国家电影修复工程项目持续至今,今年开始承接广西电影集团老电影拷贝数字修复项目。以原有的人员设备及工艺流程,每年仅能精修几十部影片。采用“中影•神思”系统后,每年可数字化精致修复上百部老电影,不仅大大提高了工作效率,降低了工作成本,同时利用人工智能的技术保障了修复影片的质量,达到影院重映级别的最高质量标准。

  中影基地不满足于此项技术在电影领域所取得的成绩,将“中影·神思”系统也运用到了电视领域,成功的完成了标清电视剧素材变换高清2K、4K的试验。中影基地对经典老电视剧《血色浪漫》、《亮剑》、《西游记》各取一集进行图像上变换,从720*576的分辨率提升到高清1920*1080、2K 2048*1556、4K 4096*3112。在提升分辨率的同时进行去场处理与提升画面细节,已取得较好效果。目前对于大部分标清素材画面,可以通过本系统将画面线K分辨率,处理结果与效率明显优于传统升分处理方法。相信通过大量素材的学习积累,未来我们的处理能力处理质量会越来越好。

  同时,中影基地也在积极探索对老电影黑白上色。运用“中影·神思”系统,对《马路天使》一片的经典唱词片段进行黑白上色。

  由于计算机没有审美,只能通过对模型的人工干预,不断学习来接近模拟人类审美,想象出颜色,这就需要算法工程师程序员与艺术工作者的不断磨合。

  手绘上色的优点是可以准确上色且色彩配比优美,但是效率较低,一位熟练的图像艺术家手绘一帧数字图像需要几天的时间。可一部电影动辄十几万帧,完全手绘根本无法完成。于是,中影基地通过对镜头关键帧进行手绘上色创作,再利用人工智能算法进行机器学习。从一开始机器处理出来的图像荒诞不经,到基本接近人类正常审美,已经获得了初步成果,也为未来针对老电影、资料片、纪录片的彩色还原市场迈出了坚定的第一步。

  数字电影调色已经是现代电影制作的必要流程与艺术创作手段。研究现有调色软件,利用人工智能学习某部影片的调色风格,将需要制作的影片做出类似的视觉风更。也可以学习调色师的调色理念与习惯,可以开发出更加智能方便简洁的调色软件插件,激发导演摄影与调色师们的想象力与创造力,并大大提高工作效率。

  威亚是影视剧中经常用到的道具,去除影视画面威亚的工作往往由VFX技术人员手工完成,尤其多层复杂运动背景下的威亚去除后视频内容填充,此前学术界并无解决方案。基础科研的突破实现了完美的帧间连续性,大幅运动背景是传统处理方法难以应付的,贴身的威亚无法通过借用别帧信息来填补,现在却可由AI想象出来。

  2016年李安导演的《比利林恩的中场战事》一片首次以4K/3D/120fps标准登陆大荧幕。电影技术的突破,每秒120帧的高动态画面带给观众们的全新视觉冲击,是传统24帧速率影片无法比拟的。高帧速率拍摄已经成为影视行业的新热点,对老电影的帧速率提升,利用AI技术插入生成中间帧,也具有广阔的市场前景。同时此技术的成熟也能降低新拍摄影片的拍摄与后期制作成本,接近或达到实际高帧速率摄制效果。

  中影基地在人工智能与电影结合的探索实验“中影·神思”人工智能图像处理系统中,在多个方面有多项创新:

  首先是技术与艺术的结合点上,选取图像数字修复与增强作为行业切入口进行实验,效果直观,成果明显。

  其次充分发挥中影基地电影制作经验,从艺术上把关,让技术为艺术服务。人工与机器智能结合,让机器学习人类艺术家的美学思想、艺术理念、工艺流程,转化为审美数学模型,大大提高制作工作质量与效率。

  第三产研结合,转化实验室先进人工智技术,开发出一套具有高度通用性及实用价值的,由分辨率提升画质增强处理单元、标清图像去场处理单元、图像数字修复处理单元三大模块构成的自动图像处理系统,成功应用于多部影视作品中。

  随着人工智能技术不断的成熟,中影基地正在系统性地构建一套“词汇表”,专门用于高品质视觉内容生成,并继续研发、完善现有图像的增强与自动修复、老电影黑白上色、声音识别、人声分割、VR、AR等辐射影视全产业链的技术水平,技术与艺术结合,提升我们的制作与创作能力。

  (1)利用基于人工智能大数据深度学习的自动图像处理算法,进行影视节目图像数字修复。以大量受损画面与相应的修复完成画面为训练样本,进行海量素材训练,分析处理例如脏点、划痕、闪烁、抖动、霉斑、撕裂、噪波等问题,完成AI自动修复。

  (2)对标清等低分辨率节目进行去场处理,分辨率HD、2K、4K提升,增强画质,增加画面细节。目前已成功建立上千个数学模型,针对不同画面细节,例如眼睛、毛发、肌肤、各种衣物材质、纹理等进行专项提升。

  (3)完善人工智能修复系统,优化图像修复模块,图像增强模块。继续大数据深度学习,构建影视素材学习库。开发升级现有数学模型,进一步提高图像修复增强质量与效率。

  (4)针对电视领域制定研发低分辨率节目数字化增强流程与相应技术标准,提高增强质量,推进国产电视剧修复工程项目。

  (5)研发黑白电影自动上色技术,影片风格转制技术,即将原素材通过人工智能技术,达到预定的目标风格。例如将自然风光片转制成动画片、纪录片转成油画风格等等。

  (6)希望人工智能在影视领域可以达到图像解构,将画面中的物体识别出来,并还原其在空间中的位置。自动处理例如分层、抠像等工作,实现高质量自动ROTO,自动立体转制等工作。

  (7)音频修复与增强,通过人工智能技术,将影片中人物的口型变更成需要配音的口型等等。若此技术得以实现,将大大增强配音影片的线)建立表情库、动作库、声音库、环境库等素材库,利用人工智能技术实现未来影视创作、制作革命。

  虽然人工智能现今在影视领域已经有了多方面的应用,但它的局限性也不容忽视。首先,人工智能目前必须与其他内容相结合,无法独立存在。其次,人工智能只能模拟大脑的一部分——即看到一个图像后通过直觉知道它是什么的能力,但是无法模拟人类一步步思考、创新的能力。

  人工智能的迅速发展将深刻改变人类社会生活、改变世界。为抢抓人工智能发展的重大战略机遇,构筑我国人工智能发展的先发优势,加快建设创新型国家和世界科技强国,国务院也于2017年7月8日印发了《新一代人工智能发展规划》。

  人工智能是引领未来的战略性技术,世界主要发达国家把发展人工智能作为提升国家竞争力、维护国家安全的重大战略,围绕核心技术、顶尖人才、标准规范等强化部署,力图在新一轮国际科技竞争中掌握主导权。人工智能的迅速发展将深刻改变人类社会生活、改变世界。基于大数据深度学习算法的人工智能图像处理系统的研发不仅顺应国家人工智能战略发展规划,还能直接推动我国影视行业的科技进步,实现影视行业抢占先机、弯道超车,提升我们的生产力、创造力与国际影响力,引领未来影视创作、制作革命。

  “科技是第一生产力”。电影产业依托于科技内核推进发展,电影科技发展呈现蒸蒸日上的壮美景观。创作者的需求、观众的品味催生电影的科技手段不断革新,科学技术的革新又不断刷新大众的视觉感观和审美体验。当人工智能技术在电影创作中应用,电影遇见了未来,未来也照进了电影。我们坚信,随着科技的进步,电影与科技将会更为紧密的联系在一起、相辅相成。中影基地人也将怀匠心、践匠行、做匠人,在“科技+影视”的道路上奋勇前进,为电影行业的发展做出更大的贡献。

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