明暗问题

    从不同的照片上截取所需图像，合成一张新照片时，由于拍摄时光线条件不同，不同照片上的人或物会存在细微差别。但肉眼往往很难觉察这些差异。

    在上面这张照片中，照射到警察的光源方向与照射鸭子的光源方向不符（箭头所示）。但我们还需要分析其他一些东西，才能确定鸭子是被添加到这张照片上去的。

    由于眼睛的形状是高度一致的，因此眼睛对于评估一张照片是否被修改非常关键。在分析图示照片时，我们的研究团队能够估算出相对于照片中每个人或物体的光源方向。这一方法基于一个简单的事实：照射到某个表面上的光线多少，取决于该表面与光源的相对方向。例如，一个球体面向光源的一侧被照得最亮，而背向光源一侧则最暗；整个球面上的光照随着球面与光线方向之间夹角的变化由明到暗逐渐过渡。

    为了推导出光源的方向，必须知道表面的局部取向。但对于照片中的某个物体来说，大多数部位的取向很难确定。唯一的例外是表面轮廓，在这个位置上局部取向与轮廓线垂直（左图中红色箭头所示）。只要测量轮廓上若干点处的亮度和取向，就可以估算出光源的方向。

（原图）

    开篇提问的答案：镜面高光的不一致（下）显示骑在前面的两位车手并不是一起被拍摄到这张照片中的。女孩面部所显示的光源方向与“她”的身体及其他几位车手所显示的光源方向（箭头所示）完全不同。而被塞进照片中的那个消防栓则是另一个光源方向。克隆的树丛、草地及道路边缘遮盖了背景中的车手①。通过分析哪些像素的相关性受到破坏，或许可以发现几处徽标被抹掉了②，女孩戴的头盔也是伪造的③，只是把旁边那位男车手的头盔复制过来改变了颜色而已。（节选自《环球科学》）