热点科普丨如何识别AI伪造的人像？看眼睛！
文摘
2025-01-03 22:02
四川
这幅画作题为《错误的镜子》，出自比利时超现实主义大师马格里特（1898-1967）1928年的笔下，现珍藏于美国纽约的现代艺术博物馆内。图1：比利时画家马格里特的作品《错误的镜子》[1]从艺术的角度审视，《错误的镜子》这幅作品深刻激发了人们对视觉认知本质及感知方式的哲思，每位观赏者都能从中获得个性化的解读与感悟。然而，若从科学的维度来分析，画中的眼睛构造与真实人类的眼睛在结构上惊人地相似。画中白色的区域巧妙地映射了人眼中的巩膜，那是一种乳白色的组织；而蓝色与白云交织的部分，则巧妙地对应了虹膜，即我们通常所说的眼珠的一部分，其颜色因个体差异而异，可能呈现棕色或蓝色。值得注意的是，虹膜的颜色相较于巩膜要深邃许多。在虹膜的正中央，是颜色最深的瞳孔，它如同一个光线吸收器，呈现出近乎漆黑的色泽。人眼的基本构成元素，在这幅画的眼睛中均得到了细腻的呈现与再现。图2：人眼的外部结构：巩膜(Sclera)，虹膜(Iris)，瞳孔(Pupil)，角膜(Cornea)[2]马格里特以一种超现实的手法，将虹膜部分以蓝天白云的景象填充，而黑色的瞳孔依然清晰可辨。这样的艺术处理显然打破了我们对视觉感知的常规认知，因为我们通常无法直接从他人的眼睛中窥见他们所注视的具体景象。画中的这一独特表现方式，不仅挑战了我们对视觉信息的传统理解，还引导我们深入思考视觉与认知、真实与幻象之间的复杂关系。这种艺术上的创新与突破，正是马格里特超现实主义风格的典型体现。![]()
图3：人眼的内部结构[3]
人眼的工作原理与相机有着异曲同工之妙：瞳孔宛如相机的光圈，精准地调控着进入眼内的光线量；而视网膜则相当于相机的感光元件，负责捕捉并转换光信号为神经信号。鉴于瞳孔的微小尺寸，加之眼内组织的强大光线吸收能力，我们几乎无法从外部窥视到视网膜上实际成像的细节。这一生理机制确保了视觉信息的私密性与独特性，每个人所见的景象都只能在其个人的脑海中构建与解读。确实，尽管我们通常无法直接从他人的眼睛外部窥探到其内部成像的细节，但在某些特定情境下，我们还是能捕捉到一些蛛丝马迹。例如，在夜间使用闪光灯拍照时，常见的“红眼”现象便是一个生动的例子。这是因为，在昏暗的环境中，瞳孔会自然放大以接收更多的光线，而此时若受到闪光灯的强光照射，眼内充血的脉络膜便会反射出红光，从而在照片中呈现出“红眼”效果。人眼的光学系统精妙复杂，主要由角膜和晶状体这两大透明组件构成，它们协同工作，类似于相机中的镜头组。角膜，作为眼睛的最外层结构，其形状固定且透明，起到了初步折射光线的作用；而晶状体则更加灵活，它能够通过睫状肌的调节来改变自身的形状，从而实现对不同距离物体的清晰成像。当这一调节功能出现障碍时，如近视，远处物体的图像便无法准确聚焦在视网膜上，导致视觉模糊。至于通过照片判断他人正在观看的内容，这通常是一项无法完成的任务，因为角膜虽然能在特定条件下反射出“镜中像”，但这种反射往往非常微小且模糊，还极易受到虹膜纹理等因素的干扰。虹膜的独特纹理，如同指纹一般，是每个人身份的独特标识，但在这种情境下，它们却成为了阻碍我们窥探他人视觉世界的屏障。图5：从眼睛角膜反射的“镜中像”中，恢复出一张尽可能清楚的照片[2]研究者们利用先进的计算机算法，探索从眼睛反光中复原周围环境的清晰图像的可能性。他们精心构建了数学模型，对反光的位置和角度进行了精确校正，并有效去除了虹膜纹理的干扰，最终成功地重建了周围环境的图像。在这一过程中，研究者们还发现了眼角膜的“镜中像”所蕴含的独特价值。角膜的弯曲表面能够捕捉广角全景画面，而眼球的细微运动以及身体的移动则能够记录多个不同的视角。这些特性为从眼角膜反射中重建三维场景提供了可能，使得这一技术能够实现普通相机难以捕捉的效果，真正意义上实现了“通过别人的眼睛看世界”的奇妙体验。这一研究成果不仅拓展了我们对视觉感知的理解，也为未来的视觉技术和人机交互领域开辟了新的探索方向。图6：从一段包含人眼反射像的视频片段中，还原眼前的三维场景[4]需要注意的是，这些研究是在理想的实验室条件下进行的，在日常环境中应用这项技术仍面临诸多困难。眼角膜的反光还可以帮助我们辨别照片或视频的真伪。随着图像处理技术和人工智能的发展，虚假图像和视频变得越来越逼真，引发了社会忧虑和信任危机。为应对这一挑战，研究者开发了各种虚假图像视频检测技术。其中，通过分析图像中的眼睛细节就是一种有效的方法。下面这两张照片中，有一张是伪造的，你能看出是哪一张吗？破解悬案的线索就来自一双眼睛。
图7：一真一假的两张照片：眼睛角膜反射像教你分辨[5]研究发现，由于人的双眼位置接近，一张真实照片中左眼和右眼的角膜反射图像通常非常相似。造假者往往忽视这一细节，使得假照片中的两者存在不一致，图7右就是一个典型例子。利用这一特征，研究人员在辨别真假照片时达到了94%的成功率[5]。不仅如此，眼球瞳孔的形状也可以用来给一张照片辨别真伪[6]，图8中两张照片同样是一真一假。分辨两者的诀窍在于，左图正常照片中人眼瞳孔形状通常是规则的圆形或者椭圆形，而右图AI伪造照片中瞳孔形状是不规则的。
图8：一真一假的两张照片：眼睛瞳孔形状教你分辨[6]眼睛结构和功能的深入研究不仅加深了我们对视觉系统的理解，还促进了图像处理和信息安全技术的发展，科学研究和技术应用中很多灵感都来源于一双眼睛。来源：科普中国
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