Lena与图像处理

 如果你是个数字图像处理技术的研究人员，或这方面的工程师， 想必对这位戴有羽状帽饰的美女不会感觉陌生。我第一次在国际知名的学术性刊物上见到这位美女时，不禁叹为天人，毕竟在这样严肃的学术期刊上，还从未出现过如此吸引人的图片(见图一)，图中的女孩裸露香肩，睁着无邪的大眼睛，正朝着读者回眸浅笑。接着，我陆续在相关的学术刊物上又多次见到这位美女的玉照，而且每次出现时都是摆着同一个Pose ，面带同一号表情，原来，这张相片已经成为非官方的数字图像处理技术的『测试标准』了。实际上，就在我的研究实验室中，当从事影像数据的压缩、运算、传输、解压缩等处理时，也经常采用这张相片来当测试样本。采用这张相片的原因，除了因为它很赏心悦目外，就『测试标准』来说，它的鉴别度也相当的高。您可以从图片上看出，这张相片的确具备『测试标准』所应有的充分条件， 平整的区块、清晰细致的纹路、渐渐变化的光影、颜色的深浅层次等， 使它在验证图像处理演绎法则时，相当有成效。

图一.  Lena Image

          用过这张相片的人，大都知道图中的美女名为Lena。但谁是Lena? 最早使用这张相片作测试样本的是谁? 还有这张相片是怎么来的? 人人认识Lena，这些问题大家都很好奇，却很少人知道解答。Lena照片的来源是花花公子（Playboy）杂志1972年11月份玩伴女郎Lena全身裸照的中央插页，在这期杂志中使用了“Lenna”的拼写，而实际莉娜在瑞典语中的拼写是“lena”。 Lena全名Lena Soderberg (Lena Söderberg)，是一个瑞典模特儿。现在被广泛使用的英文化名字”Lenna”最初是由花花公子杂志发表此照片时命名的，以方便英语读者近似正确地读出瑞典语中”Lena”的发音。

          那么Play Boy的玩伴女郎登上了科学殿堂，并有了“网络上的第一夫人”的称号。故事是这样的：

          1973年6，7月间，南加州大学信号图像处理研究所的副教授Alexander和学生一起，为了一个同事的学会论文正忙于寻找一副好的图片。他们想要一副具有良好动态范围的人的面部图片用于扫描。不知是谁拿着一本Playboy走进研究室。由于当时实验室里使用的扫描仪（Muirhead wirephoto scanner）分辨率是100行/英寸，试验也仅仅需要一副512X512的图片，所以他们只将图片顶端开始的5.12英寸扫描下来，切掉肩膀一下的部分。

          那么，选中此页照片，将此相片肩部以上的部分扫描下来作为影像压缩及在阿帕网（Arpanet）上作为传输测试的样本的这位南加大的某研究人员是谁呢。这位第一个使用Lena相片的研究人员, 根据Chuck McManis表示, 是威廉布莱特(William K. Pratt)博士。在Chuck McManis的一封email上指出：(以下引述) 『我曾在图像处理实验室(IPL Image Processing Lab)中担任系统程序员五年(’78-’83), 这个实验室发布了Lena影像和许多其他的影像, 包含众所周知的”狒狒影像”等等。扫瞄Lena影像的不知名研究员应该就是 William K.Pratt博士，现受聘于Sun Microsystems, 当时他正着手写一本关于图像处理方面的书，书中需要使用一些标准影像。这张用来产生影像数据的Lena中央折页放在实验室的档案柜中已有好长一段时间了。但经过多年变化，我在1997年回到实验室时，已经找不到这些原来的档案了。这张影像最先发布出去的格式是1600BPI 9-track 磁带，各种颜色分别存放的。』 总之，虽然大家都不清楚Lena影像的实际来源，但由于这张相片具有相当好的条件，接着数年来其他研究室在做影像讯号处理的研究时也广为采用，俨然成为工业上的一个测试标准了。

           尽管图像处理相关网站上Lena出现次数之频繁，业已为她搏得『网络上的第一夫人（the First Lady of the Internet）』之美称，花花公子杂志对这张相片在学术界及工业界上被广为使用的消息却一无所知， 直到将近二十年后，花花公子杂志才惊觉他们的著作权已遭无数人严重侵犯，这在杂志社本身来说是极其严重的行为，为此花花公子杂志立即掀起著作权保卫战。 1991年八月，杂志社首先对七月时刊登出Lena相片的光学工程期刊（Optical Engineering）提出警告，以致该期刊主编布来恩(Brian J. Thompson)  刊出紧急启示，对所有投稿者高声呼吁数据使用来源一定要是开放使用的(Free)，或是经过授权使用的，不可侵犯他人权益(原文为『… it is each author’s responsibility to make sure that materials in their articles are either free of copyright or that permission from the copyright holder has been obtained.』取材自Editorial in the January 1992 issue of Optical Engineering)。一时间，在研究界引起一片哗然，以花花公子的立场来看，维护智产权原本就是他们的职责与权利，但犯规的对象是学术研究人员，他们也深深了解Lena图像确实是使用在研究及教育的用途上，而非用以牟利。 最后，可说是以喜剧收场， 花花公子不再追究Lena图像被非法使用的责任，并且乐于将此相片开放让研究人员能继续使用为『测试标准』，真是心胸宽广，可谓功德无量，也成为法外人情的一段佳话。值得一提的是，当时那期花花公子也是历年来最畅销的一期，销量达7,161,561本。

          Lena相片除了引发著作权之争外，也曾被女权运动支持者要求禁用，原因是它出自于『歧视女性』的出版刊物（参看IEEE Transactions on Image Processing. Vol.5. No.1. Jan 1996 期刊主编David C. Munson,Jr. 的A nate on Lena）。但实际上，Lena相片并未因此而消失，它被使用的频率也不稍减。

          至于Lena Soderberg(Lena为瑞典拼字法, Playboy 为了发音方式改拼为Lenna)，这位美丽的瑞典女郎，虽然被称为因特网及影像讯号处理界的第一夫人，却对自己多年来已成为网络明星一事全无所知。1972年拍摄花花公子玩伴女郎相片时年方二十一，如今已婚，且是拥有三个孩子的幸福妈妈了。平时住在首都斯德哥尔摩近郊，任职政府单位帮助指导残障雇员使用计算机和扫瞄器来储存数据，但自己则不常上网，也从未在网络上发现到自己的相片。 直到1988年瑞典某个计算机杂志记者采访她时， 她才知道自己已经是网络名人了。

图二1997年五月IS&T50周年庆祝会场Lena与Seideman合照

          基于Lena相片对影像技术发展历史的贡献，及大家对相片中主角的熟稔与好奇，当整个著作权争议平息后，在 ”影像科学与技术学会(IS&T) Boston支会” 担任主席的席德曼(Seideman)先生筹备 IS&T 50周年庆祝会时，便透过Playboy 邀请Lena 小姐参加，作为庆祝大会的”神秘嘉宾”。  1997年五月在Boston的IS&T 50周年庆祝会场上， 全世界的影像研究工作者终于能很兴奋地见到Lena本人(见图二)， 也争相得到她的签名。 至于Lena呢? 她也很高兴能与这么多曾在研究过程中使用她相片的人会面，并仔细参观会场上展示的许多研究报告，讶异地发现她的照片出现在研究报告上的频率那么高(见图三)。 她笑着说:「这么多年来老是看到同一张相片， 他们一定感觉烦死了。」。

图三  Lena 与 Dr. James Owens of Eastman Kodak 观看使用她照片的报告

          戴维·C·蒙森（David C.Munson）,IEEE图像处理汇刊（IEEE Transactions on Image Processing）的主编, 在1996年1月“A Note on Lena”上引用了两个原因来说明莱娜图在科研领域流行的原因：1.该图适度的混合了细节、平滑区域、阴影和纹理，从而能很好的测试各种图像处理算法。2.Lenna是个美女，对于图象处理界的研究者来说，美女图可以有效的吸引他们来做研究。小编私下认为老外很擅长于“讲故事”，而Lenna的图片和故事可以吸引很多的眼球。

 参考资料 

1. http://ndevilla.free.fr/lena/
2. ftp://ipl.rpi.edu/pub/image/still
3. http://www.image.cityu.edu.hk/images/lenna/Lenna97.html
4. http://www-2.cs.cmu.edu/~chuck/lennapg/lenna.shtml
5. http://www-2.cs.cmu.edu/~chuck/lennapg/lenna_visit.html
6. http://www.playboy.com
7. Page 171, September Issue, 1997, Playboy
8. November 1991, Playboy

 本文转载于台湾大学电子工程学研究所所长陈良基的《网络上的第一夫人 – Lena 之谜》