魔幻黑科技！华人学者推出视频修复AI，可换天造物，秒变科幻大片 AI修图到底有多强？前几日

AI修图到底有多强？
前几日， Adobe Max 大会刚刚结束， Photoshop 2021版便登上了国外各大媒体版面。
其原因是，新版Ps工具中内置了AI驱动工具，诸如“天空置换”等高难度修图问题，现在点点鼠标就可以轻松实现，而且效果远超手动操作。
无论是拍人拍景或是其他， “天空”都可以说是摄像中的关键元素。比如，一张平平无奇的景色图加上落日余晖的天空色调，是不是有内味了？
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对于短视频爱好者来说，如果也能达到如此处理效果岂不是更佳？
没错，今天小编就是要给大家介绍一款基于原生视频的AI处理方法，不仅可以一键切置换天空背景，还可以打造任意“天空之城” 。
AI视频修复新玩法这项AI处理方法来自密歇根大学的一位华人博士后的最新研究。该方法基于视觉技术可一键调整视频中的天空背景和天气转换。
比如，《星际迷航》等科幻电影中经常出现的浩瀚星空、宇宙飞船，也可以利用这项技术融入随手拍的视频中。
公路片秒变科幻片，画面毫无违和感。
视频中的蓝色的天空背景也随飞船变成了灰蒙蒙的色调，一种世界末日的即视感有木有？
【魔幻黑科技！华人学者推出视频修复AI，可换天造物，秒变科幻大片】当然它的玩法还不止如此。
动漫迷也可以创建自己的移动城堡。喜欢《天空之城》《哈尔的移动城堡》的朋友应该对这一幕应该非常熟悉。
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又或者在视频中挂一个超级月亮，又是另一番景象。
好像只要脑洞够大，利用这项AI技术，视频创作就有无限种玩法。
另外，它还具备天气转换的功能，比如晴空万里、阴雨绵绵、雷雨交加等各种天气都可以在视频中随意切换。
喜欢玩Vlog的朋友听着是不是非常心动了？研究人员表示，现在已经在考虑将其制作成插件/脚本的形式，方便相关从业者或行业使用。
在此之前，这项技术的AI代码已经在Github开源，懂技术的朋友可以优先安装体验了~
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Github地址：
技术原理不同于传统研究，研究人员提出了一种完全基于视觉的解决方案。它的好处就是可以处理非静态图像，同时不受拍摄设备的限制，也不需要用户交互，可以处理在线或离线视频。
上述实验视频，均是通过手持智能手机和行车记录仪在野外拍摄的。经过该方法处理后，其在视频质量、运动动态、照明转换方面都达到了较高的保真度。比如在浮动城堡，超级月亮样例中，使用单个NVIDIA Titan XP GPU卡，该方法可以在输出分辨率为640 x 320时达到24 fps的实时处理速度，在854 x 480时达到接近15 fps的实时处理速度。
具体来说，该方法分为三个核心模块：

天空遮罩框架（Sky Matting Network）：用于检测视频帧中天空区域的视频框架。该框架是采用了基于深度学习的预测管道，能够产生更精确的检测结果和更具视觉效果的天空蒙版。
运动估计（Motion Estimation）：用于恢复天空运动的运动估计器。天空视频需要在真实摄像机的运动下进行渲染和同步。
图像融合（Image Blending）：用于将用户指定的天空模板混合到视频帧中的Skybox 。除此之外，还用于重置和着色，使混合结果在其颜色和动态范围内更具视觉逼真感。

完整框架如下图：

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天空遮罩框架：利用深卷积神经网络（CNN）的优势，在一个像素级回归框架下对天空冰雹进行预测，该框架可以产生粗尺度和细尺度的天空蒙版。天空遮罩框架由一个分段编码器（ Segmentation Encoder ）、一个掩模预测解码器（Mask Prediction Decoder）和一个软细化模块（Soft Refinement Module）组成。其中，编码器的目的是学习下采样输入图像的中间特征表示。解码器被用来训练和预测粗糙的天空。优化模块同时接收粗糙的天空蒙版和高分辨率输入，并生成一个高精度的天空蒙版。
运动估计：研究人员直接估计了目标在无穷远处的运动，并创建了一个用于图像混合的天空盒（Skybox），通过将360°天空盒模板图像混合到透视窗口来渲染虚拟天空背景。
假设天空模式的运动是由一个矩阵M2R33来模拟的。由于天空中的物体（如云、太阳或月亮）应该位于同一个位置，假设它们的透视变换参数是固定值，并且已经包含在天空盒背景图像中，然后使用迭代Lucas-Kanade和金字塔方法计算光学流，从而可以逐帧跟踪一组稀疏特征点。对于每对相邻帧，给定两组2D特征点，使用基于RANSAC的鲁棒模糊估计来计算具有四个自由度（仅限于平移、旋转和均匀缩放）的最佳2D变换。