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“玩伴女郎”誤入學術圈--lena圖象的使用數字影象歷史上最重要的事件之一


她是讓無數專家為之痴迷和痛苦的研究物件,她是充斥著枯燥數學公式的論文中最吸引眼球的光芒,翻開任何一本關於計算機影象處理的教材,你都能看到她動人的微笑。她就是雷娜(Lena),她的照片是影象處理領域使用最為廣泛的標準測試圖。她是真人嗎?她到底從何而來?

1、事件起因一舉成名計算機界知

1973年的夏天,美國南加州大學訊號與影象處理研究所裡,年輕的助理教授亞歷山大(Alexander Sawchuk)和研究員威廉(William Pratt)正為一篇學術論文忙碌,試圖從一疊常用的測試圖片中找出一張適合測試壓縮演算法的圖片:最好是人臉,表面光滑,內容多層次。不過這些單調陳舊,如同早期電視畫面的圖片很快就讓他們失望了。歷史在這裡開了個小小的玩笑,正巧有人拿著一本《花花公子》雜誌(1972年11月刊)到實驗室來“串門”,當期的玩伴女郎雷娜(Lena Söderberg)立刻吸引了眾人的目光。亞歷山大發現這張有著光滑面龐和繁雜飾物的圖片正好符合要求,於是,他們撕下這張彩圖,將上半部掃描成一張512×512畫素大小的圖片,“雷娜圖”就此誕生。

亞歷山大並未覺得有任何不妥的地方,他用這張圖片測試了自己的壓縮演算法,滿意地完成了論文。而對於這一切,遠在芝加哥的雷娜一無所知,在結束自己的模特生涯後,她回到瑞典的故鄉,結婚生子,無從知曉自己將成為一個學術圈裡的傳奇人物。在亞歷山大的論文發表後,不斷有同行向他索要原始的掃描件,以便能同他們自己的影象壓縮演算法進行效果比較。久而久之,這張圖片成為了影象處理領域的一個標準測試圖,只要支付一小筆費用,你就能從南加州大學得到原始的掃描件拷貝,而大多數研究者奮鬥的目標只有一個:如何在保證圖片質量的同時讓它的壓縮率高一點,再高一點。

隨著這張標準圖在學術圈的流行,不少人開始對這位迷人的女郎產生了興趣。1988年,一家瑞典的電腦出版社聯絡並採訪到了雷娜,這是她十五年來首次得知自己的照片被應用在計算機行業裡,興奮和驚訝之情溢於言表。1997年,在《花花公子》雜誌社的幫助下,影象科學和技術會議(IS&T)的籌辦方正式邀請雷娜參加於當年五月份在波士頓召開的五十週年大會。這離當初雷娜圖的誕生,已經過去了約四分之一個世紀,當初的年輕教授已成為業內的知名學者,而紅顏少女的鬢邊終於也見到了白髮。“他們肯定早已厭煩我了,這麼多年都看著同一張照片。”雷娜在會議上受到了熱情的歡迎,她看到了許多基於雷娜圖的研究工作,並忙於在一張又一張自己的照片上簽名。

雷娜和邀請她的IST會議主席

雷娜和邀請她的IST會議主席

雷娜在IST會議上

雷娜在IST會議上

2、版權之爭 “盜用”帶來一紙風行

1991年,學術期刊《光學工程》(Optical Engineering)使用雷娜圖作為其7月刊的封面。至此,《花花公子》才得知這張圖片已然在學術界被“盜用”了18年之久(由此我們亦可得知學術界和娛樂界是多麼的不通往來)。當初的無心之舉使得照片的版權問題終於浮出水面。《花花公子》正式致函《光學工程》的出版者國際光學工程學會( SPIE ),要求在其之後出版物中任何使用雷娜圖的地方都要事先得到授權。作為業內最流行的標準測試圖,完全依循此要求無疑將會給遍佈全球的研究者們帶來極大的不便。不得已,SPIE在回覆中解釋了雷娜圖在學術界的使用現狀,並且指出自己是一個非盈利科學協會,出版物只供教育和研究使用。面對既成事實,《花花公子》亦樂得慷慨,表示不會追究雷娜圖在學術領域造成的侵權問題。

在這起小小的糾紛之後,學術界對於論文圖片的版權問題更加註意。(值得一提的是,雷娜圖並不是首次用於影象處理領域的《花花公子》圖片,早在1961年,麻省理工大學的一位學生就在自己的碩士論文中使用了一張事先得到授權的《花花公子》圖片。)而對於廣大使用雷娜圖的研究者來說,他們從此可以免費從南加州的大學得到雷娜圖了。大度的雜誌社也沒有吃虧,刊有雷娜的那一期《花花公子》,是它歷史上賣的最好的一期,總共售出了超過700萬份(Geek們的購買力是很驚人的!)。

版權的風波已經過去,但關於雷娜圖的爭議還在繼續。

3、技術之爭 “雷娜圖”並非完美無缺

雷娜圖(輪廓版)

雷娜圖(輪廓版)

雷娜圖為何如此受歡迎?《IEEE影象處理期刊》的主編大衛(David Munson)認為有兩個原因:“首先,這張圖片含有細節部分、平坦區域、陰影和紋理,有利於測試各種不同的影象處理演算法。其次,這是一個非常迷人的女性照片,影象處理領域(多數人為男性)願意使用一張他們認為很有吸引力的圖片也並不令人驚奇。” 這張圖片含有豐富的頻段,包括處於低頻的光滑面板和處於高頻的羽毛,很適合做為測試圖片。而人眼對於人臉的細節差別感受也遠比一般的景物更為明顯。不過,這也並不意味著雷娜圖是完美無缺的。

當年掃描雷娜圖使用的是如今看來很落後的掃描器和計算機。由於軟體錯誤,亞歷山大只得到了511行(預計是512行)資料,圖片最上面一行的資料是複製而來的,這造成了邊緣的些微瑕疵。由於掃描器上數模轉換器的計時器問題,掃描件相比原件有略微的拉長變形——亞歷山大如果知道這會是一張標準圖,一定會更小心些的。最重要的是,作為一張標準圖,雷娜圖缺少了很多關鍵資訊,例如所用膠片、光線環境、印刷環境、掃描器型號等等。上世紀70年代以來,影象技術已經有了很大的改進,完全能夠製作出一幅比雷娜圖更“標準”的標準圖來。不過,雷娜圖的粉絲們理直氣壯:“研究者們對雷娜圖非常熟悉,能夠輕易地判斷出壓縮演算法的好壞。”也有不少人贊成用今天的技術重新掃描原始圖片,得到新的標準雷娜圖。

4、性別之爭 此圖涉嫌性別歧視?

雷娜圖(變形版)

雷娜圖(變形版)

掃描雷娜圖時所用的掃描器在每英寸長度上可以產生100條掃描線,所以共512行的雷娜圖只顯示原圖上方5.12英寸的範圍,正好展示出雷娜漂亮的肩部。這掩蓋不了一個事實:原圖是一張裸照。正所謂成也蕭何,敗也蕭何,隨著越來越多的女性研究者進入影象處理領域,性別歧視無疑是雷娜圖面臨的最大問題。

1997年,《電子工程專輯》(Electronic Engineering Times)的編輯桑尼(Sunny Bains)在同出版社商量之後,決定在自己的工作範圍內封殺雷娜圖。她解釋說:“一個女性在一個由男性主導的領域裡工作是很容易感到被孤立的,在學術雜誌上看到這種有爭議的圖片將會加重這種不被接受的感覺。”據說,她收到了不少來自女性的感謝信,也沒人抱怨這影響了工作。無獨有偶,紐約州立大學石溪分校的教授特奧(Theo Pavlidis)在編寫計算機圖形學教材時,也因為編輯的堅持,將雷娜圖換成了其他圖片。

作為引用雷娜圖最多的期刊編輯,大衛也接到了不少的投訴:“很多人希望我封殺雷娜圖,人們並不是反對圖片本身,而是認為它來源於一本‘利用’女性的雜誌。”他提供的辦法則更為折中:不用封殺雷娜圖,而是鼓勵作者多用其他的圖片。

時至今日,雷娜圖仍是影象處理領域最受歡迎的測試圖。不過近年來,其壓倒性的優勢已經有所鬆動。關於版權、技術和歧視的多重爭議讓雷娜圖不堪重負,不斷湧現的新測試圖也為研究者們提供了更多的選擇。然而無論如何,雷娜這個不經意間闖入學術圈的“玩伴女郎”,以及“她”所見證的幾十年來影象壓縮技術的發展,將會永遠留在我們的記憶裡。

另外一些廢話:
作為一個女性,常常有人問我在男性主導的領域中工作是否有不滿或特別困難的時候,我個人並沒有遇到值得抱怨的地方。不過,積極吸引和鼓勵更多的女性進入這個行業無疑比強烈反對一張有潛在歧視意味的圖片來的更有意義。在這一點上,國外有很多經驗值得我們借鑑,美國很多學校和機構都有特別為女性進入應用科學和工程學領域而設定的獎學金和研究經費。我博士期間的導師是一位非常出色的女性,她多次在暑假期間指導由各種機構贊助的本科女生來我們實驗室進行短期(二個月左右)的研究工作。我畢業找工作時也常常能在各大學或研究所的招聘廣告上發現這樣的宣告:“我們特別鼓勵符合條件的女性來申請這個職位(qualified female candidates are strongly encouraged to apply for this position.)”。我目前工作的學校在吸引女生就讀工程學專業也不遺餘力,每年專門有一天是Introduce a Girl to Engineering Day,組織高中女生前來參觀各個工程院系的實驗室。他山之石,可以攻玉,希望中國所謂的“和尚班”和招聘會上“只招男性”的告示牌能夠越來越少。

附詩一首《致雷娜》
這是一首不知名作者給雷娜的獻詩,在圈中流傳甚廣。原作用英文寫成,使用了大量的影象處理術語,表達了影象處理工作者對這位神奇的玩伴女郎的熱愛。

哦,親愛的雷娜,你的美麗是如此浩瀚而難以快速描繪
如果我能壓縮你的影像,我想我能震動整個世界
唉,當我第一次使用向量量化,我發現你的面龐只屬於你自己
你那千縷絲般的長髮,怎能用離散餘弦變換來匹配
而你那性感的雙脣,即使耗盡十三部超級計算機也找不到合適的分形碎片來形容
雖然這些挫折如此巨大,我也許還能將它們一一克服
但當濾波器奪走了你眼中的光彩,我只能說:“算了,數字化就好。”

本文已發表於本期的《新京報&新知週刊》