论文部分内容阅读
摘要：随着大数据时代的来临，数字图像已成为信息的重要表现形式。数字图像以其易于获取、处理与存储等优势，已成为人们传递信息、感知世界的重要方式，广泛应用于工业、医学、军事和航天航空等国民经济的各个领域。然而，科学技术自诞生之日起就是一把双刃剑，这种便利又使任何人都能轻而易举地复制、修改、传播有版权的数字图像内容，甚至非法用作商业或政治用途。因此，在高校平面设计课程中加入数字图像内容安全模块对于实现数字图像的版权保护与内容认证具有重要的理论意义与应用价值。
关键词：平面设计；数字图像；安全；模块开发
一、引言
随着大数据时代的来临，数字图像已成为信息的重要表现形式。由于数字图像在互联网上使用的便捷性大大超过了传统模拟形式的信息内容，其应用的广度和深度还在不断增加。然而，数字图像在给人们生活和工作带来便利的同时，也面临着严重的安全威胁。这些威胁主要包括数字图像隐秘信息的非法传播，数字图像内容的非授权篡改和伪造，导致系统混乱，以至造成各种负面影响。因此如何保护图像内容安全已成为一个亟待解决的问题。
二、研究背景及意义
在数字技术飞速发展的今天，数字图像以其易于获取、处理与存储等优势，已成为人们传递信息、感知世界的重要方式，广泛应用于工业、医学、军事和航天航空等国民经济的各个领域，实现了信息存取、发布与传播的“数字化”与“网络化”。然而，科学技术自诞生之日起就是一把双刃剑，这种便利又使任何人都能轻而易举地复制、修改、传播有版权的数字图像内容，甚至非法用作商业或政治用途。例如，2010 年“人与水”国际摄影大赛参赛作品《千里寻水》就因剽窃兰州某报社摄影记者任世琛拍摄的《旱区的孩子》中的一幅而被取消获奖资格。类似种种，出现在报纸、期刊、杂志及网络上的侵权伪造图片屡见不鲜，这不仅给版权所有者带来巨大的经济损失，而且彻底颠覆了人们“眼见为实”的传统观念。因此，面对盗版侵权与内容篡改的巨大冲击，在高校平面设计课程中加入数字图像内容安全模块对于实现数字图像的版权保护与内容认证具有重要的理论意义与应用价值。
三、国内外研究现状
数字图像隐密技术（Steganography），是指将信息隐藏于数字图像之中并应用于保密通信等领域的技术。与密码术（Cryptography）不同，隐密技术将秘密信息经过伪装后混迹于海量的日常数据而不被察觉，为保密通信提供了一种新的安全范式，是信息隐藏领域的一个重要分支。自1997 年Barton设计了第一个无损信息隐藏方法以来，无损信息隐藏的研究引起了研究者们的浓厚兴趣。一种基于模256 加运算的嵌入方法率先被提了出来。随后，Fridrich提出等通过压缩位平面将水印嵌入到宿主图像中。Tian则提出了基于差值扩展的方法，该方法又被进一步改进以追求更高的图像质量和嵌入容量。上述方法都曾取得了较好的性能，但它们均是在假设传输环境理想即无噪声污染的情况下设计的，不能抵抗噪声和有损图像压缩的攻击，难以数字媒体日新月异发展的需要。目前。国外主要是根据水印嵌入模型的不同，现有方法可以分为两类：第一类是基于直方图旋转的方法。第二类是基于直方图分布约束的方法。
我国在无损信息隐藏方面的研究也紧跟国际步伐，取得了丰硕的研究成果。如哈尔滨工业大学的牛夏牧教授等将无损信息隐藏用于二维矢量图的内容保护；同济大学的宣国荣教授等提出了一种基于整数小波直方图间隙的方法，它通过在小波系数直方图中不断形成间隙的方式来进行水印嵌入。上海大学的王朔中教授与张新鹏教授等提出了基于差值平移的可见无损信息隐藏方法。华南理工大学的胡永健教授等利用稀疏位置图的思路来提高差值扩展方法的容量等。为高校平面设计课程开设数字图像安全模块奠定了坚实的基础。
四、平面设计课程中数字图像安全模块开发
（一）开发原则
1.科学性原则。遵循高校教育规律和学生认知规律，课程模块内容选择科学、方法运用合理，符合高校的培养目标，模块测试题库内容设计要涵盖所涉课程的基本技能，突出课程核心技能的考核。在深入调研的基础上，课程模块开发可以着重选取切入点来规划与设计。
2.发展性原则。课程模块设计能反映技术进步和经济社会发展趋势，体现职业岗位和高校教育的发展趋势，有利于平面设计专业与产业的有效对接。
3.可行性原则。课程模块设计要符合目前高校平面设计行业的相应技术和装备实际，符合高校相关专业实际，具有较强的可操作性。尤其要注意在教学模块设计中，所选案例、项目等必须来源于企业现场或生活中的真实项目。
4.规范性原则。课程模块设计涉及的技术要求和专业术语符合国家标准或技术规范，符合法律法规和有关文件要求。文字表达准确规范，层次清晰，逻辑严密，文本格式和内容符合规定的要求。
（二）开发内容
数字图像安全模块开发应根据现有条件，结合职业岗位的需求和高校教育的特点，将开发内容拟定为课基于直方图的图像安全检测教学子模块与基于运动模糊的图像取证教学子模块。
1.开发基于直方图的图像安全检测教学子模块
数字水印技术普遍被用来作为所有权证据，内容认证以及版权鉴定。而打印—扫描过程通常用于图像的复制和传播。由于安全问题的日益严重，护照、身份证、驾驶证等的文档认证变得越来越重要。经过处理后的图像通常会发生旋转、缩放、平移和剪切（RSTC）变化，而且它的像素值也发生了很大的改变。当前的多比特数据隐藏方案利用了数字半调过程的特性，但是对于抵抗打印扫描失真和裁剪缝纫联合攻击效果不是很好。所以数字图像安全模块很有必要开发基于直方图的图像安全检测教学子模块。
2.开发基于运动模糊的图像取证教学子模块
数字取证技术最近的进步已经引进了许多新技术用来检测图像的伪造。这些包括检测克隆的技术、拼接、重取样产品、颜色滤波器阵列相差、照相机传感器噪声模式干扰、色差、以及光源的不一致性。即使在一些情况下面有很好的效果，这些技术中的一些仅仅应用于有相对高质量的图像。然而，取证分析经常面对着在分辨率或压缩率上的低质量的图像。同样的，取证工具的需要是特别应用于检测低质量图像的篡改，由于低质量的图像经常摧毁了任何统计上的能够用来检测篡改的产物。目前，广泛利用的相片处理软件使得蓄意地处理图像非常的容易。图像拼接技术就是其中一种篡改方法。所以，数字图像安全模块有必要开发基于运动模糊的图像取证教学子模块。
五、结语
随着大数据时代的数字图像技术的飞速的发展，数字图像的安全问题也已成为日益严重的现实问题。近年来，无论官方还是民间机构，都对数字图像的安全存储、保密传输、真伪验证等问题高度重视。本文试论了在高校平面设计课程中开发数字图像安全教学模块，提出了开发基于直方图的图像安全检测教学子模块与运动模糊差的图像取证教学子模块必要性。希望能为高校课程教学改革提供一些有益的参考。
作者简介：申剑飞（1976～）， 男，湖南邵阳人，湖南大众传媒职业技术学院副教授。研究方向：艺术设计。
关键词：平面设计；数字图像；安全；模块开发
一、引言
随着大数据时代的来临，数字图像已成为信息的重要表现形式。由于数字图像在互联网上使用的便捷性大大超过了传统模拟形式的信息内容，其应用的广度和深度还在不断增加。然而，数字图像在给人们生活和工作带来便利的同时，也面临着严重的安全威胁。这些威胁主要包括数字图像隐秘信息的非法传播，数字图像内容的非授权篡改和伪造，导致系统混乱，以至造成各种负面影响。因此如何保护图像内容安全已成为一个亟待解决的问题。
二、研究背景及意义
在数字技术飞速发展的今天，数字图像以其易于获取、处理与存储等优势，已成为人们传递信息、感知世界的重要方式，广泛应用于工业、医学、军事和航天航空等国民经济的各个领域，实现了信息存取、发布与传播的“数字化”与“网络化”。然而，科学技术自诞生之日起就是一把双刃剑，这种便利又使任何人都能轻而易举地复制、修改、传播有版权的数字图像内容，甚至非法用作商业或政治用途。例如，2010 年“人与水”国际摄影大赛参赛作品《千里寻水》就因剽窃兰州某报社摄影记者任世琛拍摄的《旱区的孩子》中的一幅而被取消获奖资格。类似种种，出现在报纸、期刊、杂志及网络上的侵权伪造图片屡见不鲜，这不仅给版权所有者带来巨大的经济损失，而且彻底颠覆了人们“眼见为实”的传统观念。因此，面对盗版侵权与内容篡改的巨大冲击，在高校平面设计课程中加入数字图像内容安全模块对于实现数字图像的版权保护与内容认证具有重要的理论意义与应用价值。
三、国内外研究现状
数字图像隐密技术（Steganography），是指将信息隐藏于数字图像之中并应用于保密通信等领域的技术。与密码术（Cryptography）不同，隐密技术将秘密信息经过伪装后混迹于海量的日常数据而不被察觉，为保密通信提供了一种新的安全范式，是信息隐藏领域的一个重要分支。自1997 年Barton设计了第一个无损信息隐藏方法以来，无损信息隐藏的研究引起了研究者们的浓厚兴趣。一种基于模256 加运算的嵌入方法率先被提了出来。随后，Fridrich提出等通过压缩位平面将水印嵌入到宿主图像中。Tian则提出了基于差值扩展的方法，该方法又被进一步改进以追求更高的图像质量和嵌入容量。上述方法都曾取得了较好的性能，但它们均是在假设传输环境理想即无噪声污染的情况下设计的，不能抵抗噪声和有损图像压缩的攻击，难以数字媒体日新月异发展的需要。目前。国外主要是根据水印嵌入模型的不同，现有方法可以分为两类：第一类是基于直方图旋转的方法。第二类是基于直方图分布约束的方法。
我国在无损信息隐藏方面的研究也紧跟国际步伐，取得了丰硕的研究成果。如哈尔滨工业大学的牛夏牧教授等将无损信息隐藏用于二维矢量图的内容保护；同济大学的宣国荣教授等提出了一种基于整数小波直方图间隙的方法，它通过在小波系数直方图中不断形成间隙的方式来进行水印嵌入。上海大学的王朔中教授与张新鹏教授等提出了基于差值平移的可见无损信息隐藏方法。华南理工大学的胡永健教授等利用稀疏位置图的思路来提高差值扩展方法的容量等。为高校平面设计课程开设数字图像安全模块奠定了坚实的基础。
四、平面设计课程中数字图像安全模块开发
（一）开发原则
1.科学性原则。遵循高校教育规律和学生认知规律，课程模块内容选择科学、方法运用合理，符合高校的培养目标，模块测试题库内容设计要涵盖所涉课程的基本技能，突出课程核心技能的考核。在深入调研的基础上，课程模块开发可以着重选取切入点来规划与设计。
2.发展性原则。课程模块设计能反映技术进步和经济社会发展趋势，体现职业岗位和高校教育的发展趋势，有利于平面设计专业与产业的有效对接。
3.可行性原则。课程模块设计要符合目前高校平面设计行业的相应技术和装备实际，符合高校相关专业实际，具有较强的可操作性。尤其要注意在教学模块设计中，所选案例、项目等必须来源于企业现场或生活中的真实项目。
4.规范性原则。课程模块设计涉及的技术要求和专业术语符合国家标准或技术规范，符合法律法规和有关文件要求。文字表达准确规范，层次清晰，逻辑严密，文本格式和内容符合规定的要求。
（二）开发内容
数字图像安全模块开发应根据现有条件，结合职业岗位的需求和高校教育的特点，将开发内容拟定为课基于直方图的图像安全检测教学子模块与基于运动模糊的图像取证教学子模块。
1.开发基于直方图的图像安全检测教学子模块
数字水印技术普遍被用来作为所有权证据，内容认证以及版权鉴定。而打印—扫描过程通常用于图像的复制和传播。由于安全问题的日益严重，护照、身份证、驾驶证等的文档认证变得越来越重要。经过处理后的图像通常会发生旋转、缩放、平移和剪切（RSTC）变化，而且它的像素值也发生了很大的改变。当前的多比特数据隐藏方案利用了数字半调过程的特性，但是对于抵抗打印扫描失真和裁剪缝纫联合攻击效果不是很好。所以数字图像安全模块很有必要开发基于直方图的图像安全检测教学子模块。
2.开发基于运动模糊的图像取证教学子模块
数字取证技术最近的进步已经引进了许多新技术用来检测图像的伪造。这些包括检测克隆的技术、拼接、重取样产品、颜色滤波器阵列相差、照相机传感器噪声模式干扰、色差、以及光源的不一致性。即使在一些情况下面有很好的效果，这些技术中的一些仅仅应用于有相对高质量的图像。然而，取证分析经常面对着在分辨率或压缩率上的低质量的图像。同样的，取证工具的需要是特别应用于检测低质量图像的篡改，由于低质量的图像经常摧毁了任何统计上的能够用来检测篡改的产物。目前，广泛利用的相片处理软件使得蓄意地处理图像非常的容易。图像拼接技术就是其中一种篡改方法。所以，数字图像安全模块有必要开发基于运动模糊的图像取证教学子模块。
五、结语
随着大数据时代的数字图像技术的飞速的发展，数字图像的安全问题也已成为日益严重的现实问题。近年来，无论官方还是民间机构，都对数字图像的安全存储、保密传输、真伪验证等问题高度重视。本文试论了在高校平面设计课程中开发数字图像安全教学模块，提出了开发基于直方图的图像安全检测教学子模块与运动模糊差的图像取证教学子模块必要性。希望能为高校课程教学改革提供一些有益的参考。
作者简介：申剑飞（1976～）， 男，湖南邵阳人，湖南大众传媒职业技术学院副教授。研究方向：艺术设计。