關于膠片電影修復技術的探討

蔡 巖

(八一電影制片廠，北京 100161)

電影是一門綜合藝術，它記錄和反映了各個時期的人文、政治、軍事、經濟等各方面的重大事件，膠片電影發展至今已經有一百多年的歷史，八一電影制片廠最早的一部影片是1952年拍攝的軍事教育片《河川進攻》。電影為人類的發展和進步做出了卓越的貢獻，被稱為世界上的“第八藝術”，即光和影的藝術。重溫一部熟悉的電影，仿佛是一場與歷史的對話。無法復制的環境，無法重回的時代，讓老電影承載了歷史的厚重，透過它們，我們可以看到那段波瀾壯闊的歲月長河，感受血與火的精神洗禮。讓優秀影片重現風采，再次展播，提振文化自信是老影片修復的使命。

1 膠片電影數字修復的必要性和意義

現存膠片電影的保存狀態堪憂。膠片儲存對環境的要求高，需要在適宜的溫濕度條件下避光保存。彩色膠片和黑白膠片對溫濕度的要求不盡相同，應盡量分開儲存。硝酸片基影片在保存過程中會自行分解，釋放出有害氣體，對安全片基破壞作用大，會造成黑白影片畫面密度減淡，彩色影片的畫面染料褪色。

1.1 膠片電影修復的必要性

老電影以膠片作為載體記錄光影。根據柯達公司的測定，在溫度低于-18℃，濕度低于30%的情況下，通過加速老化試驗，膠片可以保存近一千年。但是實驗室理想條件需要高昂的設備來實現。而大多數的膠片儲存環境并不理想，受各種因素影響，膠片的壽命會大大縮短:受到儲存條件限制以及放映使用磨損，導致膠片存在不同程度的問題，如塵埃、劃痕、粘連、霉斑、撕裂、油漬等；隨著時間越長，翻拍次數越多，影片原有的色彩會褪色失真，清晰度遞減也越嚴重。

1.2 數字修復的意義

先進的數字修復技術可以實現傳統的物理、化學手段所無法實現的修復效果。修復后的膠片電影可以進行數字化保存。數字影片的保存對環境要求更加簡單，減少了維護庫房的開銷，同時便于拷貝傳播，可以真正做到讓經典流傳，使得老一代藝術家和電影工作者的心血結晶能夠發揮更大的作用。數字電影修復技術的研究對考古圖片修復，老照片修復等一些相關的應用領域也有幫助，同時也會對如超分辨率分析、計算機視覺、圖像理解、圖像錯誤隱藏、視頻壓縮等一些相關的技術理論領域的研究做出貢獻，有著廣闊的發展前景。

2 膠片電影修復流程

膠片電影數字修復是將原始膠片上的模擬信號進行數字轉換、修復、后期合成和輸出的整個流程(圖1)。

圖1 膠片電影數字修復流程

2.1 物理修復

首先進行物理修復。通過手工擦拭清除掉畫面上存在的灰塵、油漬等雜質，修補片身撕裂等問題。膠片在長時間的保存過程中，其感光性能、物理性能都會發生自然老化。在修復時要嚴格遵守操作程序，避免對膠片產生二次傷害。

2.1.1 臺面鑒定

在進行物理清潔修復前需要物理修復師先通過人工倒片摸清膠片的真實狀態，觀察膠片是否出現酸化現象、藥膜是否完整、齒孔是否存在破損以及接頭粘連程度等問題，并詳細記錄在鑒定記錄單中。

2.1.2 清潔修復

根據臺面鑒定發現的問題，物理修復師通過人工拼接、粘貼等操作來消除膠片上大的裂痕，在齒孔破損處用膠帶粘貼加固，然后對膠片進行物理和化學清潔，盡可能的消除油污、灰塵、霉斑等損傷，為后續數字修復工作節省時間、并提高修復質量。然而這個工藝對很多損傷和嚴重的霉斑無能為力，需要數字修復來解決。

2.2 膠片數字化(膠轉數)

膠片數字化工藝是利用膠片掃描儀將影像從膠片影像即模擬影像轉換成數字影像。模擬影像的空間坐標和明暗程度都是連續變化的，計算機無法直接處理，需要用膠轉數設備 (我廠現使用Cinter掃描儀)把膠片掃描到工作站完成數字化轉換后，開始后續數字修復。

2.3 數字化修復——畫面修復

畫面修復是電影修復流程中的重要一環，是整個修復過程中工程量最大的階段。經過膠轉數處理后，膠片上的問題都會反映在數字畫面上，成為影像的一部分。隨著分辨率的提升，畫面問題也會更加突出。新技術的日臻完善，讓我們可以利用修復設備和專業軟件較好地解決這些問題，使得破損、模糊的老電影恢復原貌，甚至重現光彩，還可以對電影圖像質量進一步增強，充分滿足觀眾的視覺需求。

2.3.1 AI畫面修復

這個環節是對影片進行整體修復，利用計算機的自動識別技術預處理一部分問題。人工智能經過深度學習，僅需投入少量人力就能批量完成一系列修復動作。既提高了工作效率，也在一定程度上降低了成本。修復的主要原理就是計算比較連續的矩陣，找出其中不規律的地方進行數字圖像處理，即通過像素的位置變化進行分析修復。損傷缺失部分就是在獲得可修復區域內，以符合人眼視覺感知特性的要求為標準，對區域進行像素填充。AI修復也會發生一些計算錯誤，比如原本非連續的片毛、劃道等問題，軟件沒能用正確信息覆蓋有問題的地方，反而在正確的畫面上填充了錯誤信息，會極大增加后面手動修復的難度。再比如一個以磚墻為背景的搖鏡頭中，磚與磚之間深色的縫隙被計算機當作問題模糊處理掉了；計算機無法智能分析輕風吹拂樹葉以及葉片的晃動，將部分樹葉錯誤修復掉，造成細節缺失，嚴重的會形成畫面閃爍；部分軍事題材影片中有大量訓練動作，動作幅度大、變化快，會被AI計算機當作是問題錯誤修復。這些都需要人工一幀一幀去糾正恢復。修復中需要特別注意條件的設定，寧缺勿過避免畫質信息的丟失以及修復過度形成新的問題。

2.3.2 精致畫面修復

精致畫面修復需要數字修復師結合專業軟件的計算機圖像處理技術由人工逐幀手動修復。每位修復師一天僅點擊鼠標就需要上萬次，一個鏡頭的修復耗時幾小時甚至幾天的時間，需要十分的耐心和專業度?，F在主要用PFClean、Diamant、DRS Nova這三款軟件，各個修復軟件都有不同的特點，也各有不足，修復時需要修復師根據畫面問題綜合運用處理?，F在修復的影片其拍攝和制作的時間較早，而且紀錄片占比較大。早期的紀錄片又比故事片在拍攝環境和保存條件上惡劣許多，因此產生的畫面損傷較為嚴重，多種問題交叉呈現。

工作流程上一般是將能夠改善后續模塊工作效果的模塊安排在前，將干擾后續模塊工作效果的模塊安排在后。拿到一段受損影片首先需要處理的是全局性問題(圖2)，例如閃爍問題。通過亮度閃爍處理模塊，系統可以獲得更加準確的全局運動估計和局部運動估計結果。

圖2 受損影像處理流程圖

(1)閃爍修正

對于原始畫面亮度變化的真實反應，一般是保留的。需要處理的是由于膠片老化、乳劑層化學變化以及像素較差的畫面翻拍造成的閃爍問題。在一段影片中相鄰幀影像亮度發生明顯變化，一般出現在全幀或幀的局部位置。嚴重的閃爍不僅會影響觀影效果，還會引起視覺疲勞。一般畫面閃爍多是以亮度閃爍為主，前后畫面亮度差異大，明顯閃爍問題通常發生在單個鏡頭，但也有個別影片，比如《士兵校長》整部影片都存在嚴重的閃爍情況，即使參數給至極致也不能完全去除，只能盡可能的加以改善，提高觀影體驗。幀間閃爍問題都是利用軟件的自動功能對局部閃爍和全局閃爍進行修復處理。對于簡單的畫面閃爍可以少分區，復雜的需要多分區。針對移鏡頭、搖鏡頭的平滑設定要低于固定鏡頭，過度平滑會造成失真。有效的亮度閃爍修復可以減少后續劃痕、噪點、斑塊修復中軟件誤檢測的概率。

(2)抖動修正

齒孔受損畫格間的接頭，都會導致影像片段位置不能正確 “定位”，從而出現垂直跳動或左右搖擺。膠片電影是通過洗印工藝生產制作的，保存和使用不當會發生干燥收縮。放映時強光照射的高溫、保存及運輸環境的溫濕度的變化，都會導致膠片發生卷曲變形，所以畫面抖動也經常伴隨卷曲現象產生。軟件處理這種問題，原理是通過運算將畫面中固定不動的部分找出來，然后計算出本來應該不動卻因為抖動而產生了位置移動的部分，記錄其位移軌跡，再把整體畫面按照軌跡向反方向移動，這樣畫面以一個固定部分為中心變得穩定起來。現在軟件的自動功能一般都可以處理得很好。也有一些特別情況，比如在一個片段中靠近接頭的幾幀，幀間抖動現象會更加明顯，需要對這些幀單獨處理。DRS Nova軟件對這類問題的修復效果較好，修復師根據幀間抖動情況找出畫面中相對不動的位置作為參照點，標定參照范圍設定參數值手動處理，來加強畫面的穩定性，參照位置的選取需要修復師的一些經驗和技巧。

(3)去除劃痕

影片畫面上出現的劃痕有很多表現形式，有豎劃痕、橫向劃痕以及細小碎的毛道劃痕連續或是間隔出現，還有一些在放映過程中或因使用不當摩擦產生的多角度不規律痕跡。劃痕主要由兩方面原因造成:一是在經過機器時造成的，膠片電影的生產制作要經過印片機、洗片機、清潔機等設備，需要通過放映機播放，轉為數字信號時要經過膠轉數設備，這些都可能對影片造成永久性的傷害，這類劃痕在相鄰多幀中的同一位置都會出現，一般以垂直方向為主。如果累及乳劑層劃痕會帶有顏色，修復起來更加復雜一些，利用PFClean 軟件的channel功能，可以看到影像每層的受損情況是不同的，比如在修復影片 《大轉折——挺進大別山》畫面中的藍色垂直長劃痕時，我發現劃痕在blue channel中呈現bright形態，在green channel中劃痕只出現在尾部而且呈現的是dark形態，在red channel中基本沒有劃痕情況。說明乳劑層受損不僅僅損失染料顏色，由于劃痕深淺程度不同，透光量也會不同，每層劃痕會呈現出不同形態，分層賦值可以更好地修復彩色劃痕。另一方面是由于空氣中的塵埃吸附在膠片的表面之間發生摩擦產生的劃痕，此類劃痕不規則、細碎、淺表。這類問題中垂直劃痕是最容易運用現有軟件解決的，軟件計算處理劃痕一般分為基于幀內的修復和基于多幀的修復。幀內修復是在一幀內，利用損傷臨近區域的像素對損傷區域進行修復。多幀修復需要以正確的運動和運動補償技術為基礎，利用當幀的前幀及前后幀信息對指定區域進行填充。PFClean對劃痕的修復效果很好，設定合適的參數后可以解決大部分問題。接下來就是修復師將少量軟件自動修復后的遺漏查找出來，針對遺漏情況手動填補處理。由于摩擦產生的細小碎劃痕出現時通常多而密集，且無規律方向，尤其是斜向的劃痕，軟件完全無法識別，都要靠修復師人眼找單幀手動修復完成。需要注意的是在使用軟件自動功能處理時可能出現的兩種情況:一是修復前后畫面差別不大，劃痕沒有被有效去除；二是畫面中如果有金屬邊緣、建筑的豎向裝飾、桿狀物等很容易被誤認為是劃痕而被部分擦除，破壞畫面細節信息。

(4)去除臟點

由于靜電作用，空氣中的灰塵會附著在膠片表面，形成臟點。例如影片 《激戰文登川》畫面上臟點、臟斑多，且連續而密集，解決起來復雜且繁瑣。在用軟件的自動模式處理一段畫面時要特別注意細節。比如山石邊緣的銳度和表面自身的粗糙感、陽光照射下環境的明暗變化、起伏的云朵等經常會被錯誤去除掉原有的細節，嚴重的會生成色塊，需要用手動修復工具來糾正錯誤的地方。手動修復的方法是由修復師先找出臟點，標識出位置，借鑒前后單幀或多幀畫面相同位置中的正確信息重新計算覆蓋掉臟點。如果前后幀色彩、亮度差別較大，這樣處理效果就不理想。需要綜合運用多種工具。比如設置柔化或是借鑒當幀中臟點周邊最為相似的像素信息覆蓋臟點。這類問題在影片中大量存在，是手動修復中工作量較大的部分。

(5)修復撕裂

膠片片基本身具有優良的物理機械性能，拉升強度高、尺寸穩定、耐受性好，但抗疲勞強度差，容易產生應力開裂。操作不當或者機器故障使膠片張力過大時，非常容易導致膠片撕裂。常會發生在膠片的薄弱環節，比如畫面接頭處。這類撕裂一般會橫向貫穿多幀畫面。需要在物理修復環節粘貼撕裂的片身，盡量保留完整影像信息，避免畫面信息缺失，但是撕裂處的留白在屏幕上是清晰可見的，影響觀影效果。數字修復可以解決物理修復后的痕跡問題，利用前后沒有破損的畫面來進行移位填補，盡可能地減少撕裂留白區域，找到可以定位的部分，追蹤定位軌跡，按照定位軌跡貼到畫面上。

(6)霉斑問題

霉斑主要呈現為半透明狀態，侵入畫面的霉斑無法通過物理清潔去除，需要靠數字化修復解決。分析霉斑產生的原因就要溯源到膠片中重要的涂層材料——明膠。明膠又叫凝膠，是用動物的皮或骨制成的動物膠，是一種透明的蛋白質。膠片中的含水量相對較高，因此非常容易生霉。霉菌分泌的蛋白酶會將明膠蛋白分解，即蛋白質的肽鍵水解。這一化學變化會使明膠液化變質，附著在其中的銀顆粒就會失去保護，影像質量也會嚴重下降。隨著水解反應的持續發展，影像最終會完全流失，失去原有價值。如果霉斑所在畫面處于運動幅度較小的鏡頭，可以參照前后幀相應位置的正常畫面，借助軟件的自動差值計算來解決。如果霉斑所在畫面運動幅度較大，軟件計算容易出現錯誤造成畫面出現色塊，需要調整參照畫面做到更加精準地借鑒單獨選框進行修復。需要注意的是，問題畫面如果有閃爍或是抖動情況，需要先處理畫面的閃爍和抖動問題，如果不先進行此項工作，軟件在進行計算時容易產生偏差造成色塊、人物變形等問題。

(7)膠片顆粒感的美

電影修復是門技術活，同樣需要富有創作精神的審美。膠片的顆粒感來自于膠片感光劑中的鹵化銀，感光快的溴化銀乳劑顆粒較大，顯影得到的銀粒也較粗；碘化銀、氯化銀感光慢，顯影得到的銀粒也較細。膠片顆粒的排列是自然隨機的，顆粒始終在運動，這種特質使得畫面更有紋理，生動而多變。即使是靜物，比如一株花草，雖然沒有移動，也是鮮活的。顆粒感滲進畫面中的每一樣物件使其充滿動感，呈現膠片電影獨特的美。在解決畫面問題需要使用降噪處理時也要充分考慮拍攝年代、故事背景，保留應有的顆粒感，適度修復。

2.4 數字化修復——聲音修復

畫面升級，聲音質量自然也要同步修復，重建“聽覺”滿足現在的放映標準。通常來說，電影聲音分為對白、環境氛圍、特殊效果、擬音和音樂五類，聲音修復需要將各類型的聲音分離，然后去掉底噪，最后按照畫面的聲相重新混音。

2.5 調色

完成畫面修復后就要進行調色即藝術修復。具有年代感的影片調色、人物皮膚的顏色、鏡頭的景深等都要結合老電影原本的風格去重現。需要對畫面的反差、對比度進行調整，最終調色要保證影調統一、色彩還原正常，特別是對人物膚色的還原，確保亮部和暗部的層次依然豐富。

2.6 聲畫合成與修復質量鑒定

在以上修復工作完成后，需要對影片聲音、畫面、字幕等所有組成部分進行合成，這是影片修復的最后一步，完成聲畫合成的影片會先輸出存儲，再邀請專業鑒定老師對影片進行技術鑒定，檢驗合格的片子將交由資料室整理保存。

3 思考及展望

電影是文化的重要組成部分，具有重要的帶動和引領作用，優秀的影片不僅能夠豐富觀眾多元化的觀影需求，更具有歷史、藝術、產業等多方面意義。相信隨著科技的進步，AI技術在電影行業的不斷優化，未來修復技術也會有更進一步的發展。修復工作會更加高效，修復的影片畫質更清晰、細節更加真實、自然。歲月流逝，光影流轉，雖然新片層出不窮，題材覆蓋面也越來越廣，但經典老片如同祖傳的珍寶，亟待撥開浮塵，更高效地展現它的風姿，煥發它耀眼的光彩，讓更多觀眾可以透過它們，感受到精神的鼓舞、電影的魅力。

3.1 關于膠片電影修復的思考

膠片電影修復是一個系統工程，影片修復由多道工序協作完成，想要得到高質量的修復影片需要每一道工序都發展提高。比如在物理修復方面，可以增加清潔手段，并且有針對的去清潔。硝基片物理清潔有效性實驗中發現對于灰塵的清潔，空氣吹拂和超聲波水洗是有效并且安全的。絨布擦拭、毛刷清潔會造成灰塵拖尾和細小劃痕的出現，反而增加了后面畫面修復的難度。在膠轉數方面，設備廠商越來越關注膠片的初期修復，ARRI的ALEXA XT 傳感器可以賦予圖像更佳的質量，掃描速度也更快，較上一代提升了65%。即便是嚴重損壞的膠片也可以在電腦控制的幀對幀傳輸系統中進行掃描。ARRISCAN XT 的LED 散射光源降低了劃痕的可見度且不產生一絲一毫的熱量，這對于高度可燃的硝基膠片起到了保護作用。濕式片門系統使用專門研發的液體，利用物理手段減少光的折射效應，可以掩蓋劃痕和灰塵，提高了素材掃描質量。

3.2 AI技術展望

受到電影數字修復實際需求的影響，越來越多的科研機構對電影數字修復技術展開了深入研究。百度、愛奇異等科技公司也通過自身技術優勢入局電影修復領域。一部兩小時的影片，人工修復可能需要一個月，AI技術只需要幾天就可以完成修復同時增強畫質。AI技術的加入，大大解放了人力，修復師可以有更多時間進行藝術思考，是電影修復工作中的重要輔助。

NVIDIA (英偉達)的Image Inpainting for Irregular Holes Using Partial Convolutions (基于部分卷積層的不規則孔洞圖像修復術)，可以瞬間“修補”圖像中缺失的部分。就是創建一個可以處理不規則孔洞的圖像修復模型，并對圖像語義進行預測，在不需要任何人工后期的情況下生成可與原圖順暢銜接的像素修補。這項AI技術的關鍵是基于深層神經網絡創建蒙版(Mask)和部分卷積預測 (Partial Convolutional Prediction)。基于AI的圖像重建已經可以對受損大面積失去像素的圖像進行修復。

“中影·神思”人工智能圖像處理系統，靠計算機大數據深度學習算法，在四個月內修復增強了30萬幀圖像。已經成功應用于《厲害了，我的國》《馬路天使》等多部影視劇的圖像修復與增強。利用這個系統，修復一部電影的時間可以縮短四分之三，成本可以減少一半。很多以前無法修復的電影現在也可以修了。

人工智能無限電影 (AI-IF)即一種被AI賦能了的互動敘事，在理解了觀眾需求的情況下，由人工智能(AI)去主動在人類生活的環境中抓取有效視頻信息，處理之后生成一段有故事性的影片。這個過程就好像是傳統電影工業流程中導演和編劇的創作，但全程參與的真人就只有想看電影的觀眾，并沒有創作者。同時，這種創作的可延續性是無限的，在由AI創作的電影里，故事可以永遠都不結束。這種創作和觀影體驗都是實時的。每次有觀眾提供新的想法，系統都會相應地改變電影的敘事進程，以滿足觀眾的需求。未來，電影也許可以為觀眾提供全新的感受，這種感受不僅僅是畫質的提升，而是觀影臨場感覺的完全改變。

3.3 電影修復核心在人

電影修復離不開高素質人才，高質量的修復人才不僅要有數字修復技術的實踐積累，還要具備電影理論研究、電影史觀，了解感光膠片的原理、膠片電影工藝基礎，以及自身的美學修養。電影修復技術正在快速發展中，隨著技術的更新迭代修復師也要不斷地學習提高自己。電影修復是個小眾行業，從業者不過百來人，人才比較缺乏。不過隨著越來越多的國內外優秀影片經過修復后逐步走向市場重回大銀幕，它們不僅得到大眾的廣泛關注，起到了文化引領作用，還創造了可觀的經濟價值?，F在有越來越多國家的電影機構把電影數字修復列為一項重要的任務。我國專業院校也加強了在電影行業內的特定崗位進行專業培訓，比如北京電影學院的影視技術系?，F在許多崗位的專業性趨于模糊，技術互通的情況下，一位電影修復師，將來可能同時是后期特效師、視覺軟件工程師，電影修復行業的路也會越來越寬。