2005年,考古学家乔恩·哈曼(Jon Harman)参加岩画会议时从火星图像获得灵感:一张是火星锈红表面;另一张由美国宇航局(NASA)开发的方法将火星景观变成红绿黄马赛克,显露细节。哈曼随即想到这技术能帮研究者考察最古老画作。该技术称去相关拉伸(decorrelation stretch),1978年由NASA喷气推进实验室(JPL)研究人员开发,用于增强数字图像对比度。
正文
2005年,考古学家乔恩·哈曼参加一场岩画会议时,从火星图像中获得意外灵感。一张展现火星常见的锈红色表面;另一张采用NASA开发的方法,将火星地貌变成红、绿、黄相间的醒目拼图,显出惊人细节。哈曼立刻意识到,这技术能帮研究者考察世界上最古老的画作。

这种名为“去相关拉伸”的技术用于增强数字图像的反差。它于1978年由NASA喷气推进实验室(JPL)的研究人员首次开发,以改善高相关性遥感和卫星图像的解读。
“我用谷歌搜到一篇NASA论文,解释了算法的做法,”哈曼在一份声明中说。他先把它用在自己拍摄的墨西哥下加利福尼亚岩画照片上,图像中凭空显出一个新的黄色人形。“这让我确信了它的用处,”他说。

此后,哈曼用一款软件插件增强了数百张古代岩画图像。
地球上的太空技术
去相关拉伸并非简单提升颜色间对比,而是将原本的颜色映射到一个不同的、扩展的颜色范围。该技术基于卡胡宁-洛维变换,一种统计分析中用于最大化能量压缩的定理。
1978年,JPL数字图像处理小组主管吉姆·索哈提议将卡胡宁-洛维变换用于数字图像的颜色增强。1996年,索哈小组成员罗纳德·阿利改进了流程,使其更快更准。哈曼最初采纳该技术时偶然看到的就是阿利的论文。“总得有人写个说明,让用户知道我们在讲什么,”阿利在声明中说。
现居加州帕西菲卡的退休考古学家哈曼,还拥有医学成像经验以及伯克利数学博士学历,这让他有信心弄懂它。借助阿利的论文,他创建了Dstretch软件插件来增强数字图像。
揭开过去
哈曼将去相关拉伸方法调整用于岩画。“我开始摸索,发现通过改变所用的颜色空间,能在不同图像里得到好效果,”他说。
颜色空间是数值代表的颜色范围,比如屏幕上常用的RGB(红绿蓝)颜色空间。Dstretch插件包含对哈曼岩画图像特别有用的自定义颜色空间。

考古学家用Dstretch在埃及贝尼哈桑古墓地发现了蝙蝠和猪的图像,这些动物在古代埃及艺术中很少描绘。在加拿大阿尔伯塔省“石上书写”省立公园,Dstretch揭示出一种早期涂鸦:一匹马和骑手的象形图,被认为是克劳战士留给黑脚敌人的挑衅名片。
在挪威西部的Årsand 1遗址,该插件还发现了约15个此前未记录的人形,并显出另外28个的新细节。“没人或许真不知道为何人们画这些岩画,至少很多情况下如此,”哈曼谈及对古代画作的迷恋时说,“而且那些符号相当奇怪。”
评论
整体气氛是兴奋加追问实现细节,真正的分歧不在技术本身,而在于该把它当作一次惊艳的发现,还是当作一桩迟到了三四十年的应用转化;另有一部分人强调,这类方法真正颠覆的是「人眼所见即真相」的默认假设。
急着复现:要仓库、要命令行实现
- 有人直接问有没有可以试的仓库或链接,也有人追问有没有能塞进现有流水线的 ImageMagick 实现(较多人)
- 给出 GIMP 做法的人把步骤写得很具体:先分解到 LAB 色彩空间,对色度通道做自动色阶并以中位数为中点拉大对比,再重新合成(较多人) > 色度通道自动色阶、把中点移到中位数,然后合成回去。(@matja)
更该追问的是知识为何要这么久才落地
- 成果本身很有意思,但三四十年过去、最后由一位自费研究的公民科学家把方法迁移到实际应用上,这件事本身有点令人不安(较多人) > 真正让人不安的是,要等三四十年和一位自费研究者,这套知识才被用起来。(@cwmoore)
岩画背后的投入程度本身就说明问题
- 在没有现代工具的年代做出这些岩画需要实打实的付出,不能等同于随手在墙上画一笔;即便内容只是「某某到此一游」,这份投入也足够惊人(少数人)
关键顿悟是人眼看到的并非唯一真相
- 假彩色合成让人意识到,眼睛和任何光学传感器看世界的方式都不是标准答案——「植被是红的,不是绿的」;在遥感影像里替换红外波段,植被会立刻跳出来,枯燥的地学由此变成从数据里把信号挖出来的解谜过程(较多人)
顺带回敬「太空研究不如先解决地球问题」
- 用一句常见的质疑句式反讽:既然地球上还有问题待解决,为什么还要往太空投钱——而这次的技术源头恰恰来自 NASA(少数人) > 为什么要把资源花在去太空上,地球上不是还有一堆问题吗?(@xd1936)
有价值的补充
- 原报道基于 NASA 的一篇文章,该站点还有信息量更大的扩展版本可读,里面细节更多。
- 可参照欧拉视频放大(EVM):同样是放大肉眼看不见的细微运动和颜色变化,思路与本方法同源。
- DStretch 这类工具不止用于岩画,在老旧建筑上褪色的彩绘「幽灵招牌」上同样效果出色。
- 有人在吴哥窟尝试用多组带通滤镜成像、再放大跨谱段差异来找隐藏岩画,没有成功,怀疑是地点选错了;而且现场保安对他中途换滤镜时架三脚架很不满,整个尝试也很仓促。