試論平面設(shè)計課程中數(shù)字圖像安全教學模塊開發(fā)

摘要：隨著大數(shù)據(jù)時代的來臨，數(shù)字圖像已成為信息的重要表現(xiàn)形式。數(shù)字圖像以其易于獲取、處理與存儲等優(yōu)勢，已成為人們傳遞信息、感知世界的重要方式，廣泛應用于工業(yè)、醫(yī)學、軍事和航天航空等國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。然而，科學技術(shù)自誕生之日起就是一把雙刃劍，這種便利又使任何人都能輕而易舉地復制、修改、傳播有版權(quán)的數(shù)字圖像內(nèi)容，甚至非法用作商業(yè)或政治用途。因此，在高校平面設(shè)計課程中加入數(shù)字圖像內(nèi)容安全模塊對于實現(xiàn)數(shù)字圖像的版權(quán)保護與內(nèi)容認證具有重要的理論意義與應用價值。

關(guān)鍵詞：平面設(shè)計；數(shù)字圖像；安全；模塊開發(fā)

一、引言

隨著大數(shù)據(jù)時代的來臨，數(shù)字圖像已成為信息的重要表現(xiàn)形式。由于數(shù)字圖像在互聯(lián)網(wǎng)上使用的便捷性大大超過了傳統(tǒng)模擬形式的信息內(nèi)容，其應用的廣度和深度還在不斷增加。然而，數(shù)字圖像在給人們生活和工作帶來便利的同時，也面臨著嚴重的安全威脅。這些威脅主要包括數(shù)字圖像隱秘信息的非法傳播，數(shù)字圖像內(nèi)容的非授權(quán)篡改和偽造，導致系統(tǒng)混亂，以至造成各種負面影響。因此如何保護圖像內(nèi)容安全已成為一個亟待解決的問題。

二、研究背景及意義

在數(shù)字技術(shù)飛速發(fā)展的今天，數(shù)字圖像以其易于獲取、處理與存儲等優(yōu)勢，已成為人們傳遞信息、感知世界的重要方式，廣泛應用于工業(yè)、醫(yī)學、軍事和航天航空等國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，實現(xiàn)了信息存取、發(fā)布與傳播的“數(shù)字化”與“網(wǎng)絡(luò)化”。然而，科學技術(shù)自誕生之日起就是一把雙刃劍，這種便利又使任何人都能輕而易舉地復制、修改、傳播有版權(quán)的數(shù)字圖像內(nèi)容，甚至非法用作商業(yè)或政治用途。例如，2010 年“人與水”國際攝影大賽參賽作品《千里尋水》就因剽竊蘭州某報社攝影記者任世琛拍攝的《旱區(qū)的孩子》中的一幅而被取消獲獎資格。類似種種，出現(xiàn)在報紙、期刊、雜志及網(wǎng)絡(luò)上的侵權(quán)偽造圖片屢見不鮮，這不僅給版權(quán)所有者帶來巨大的經(jīng)濟損失，而且徹底顛覆了人們“眼見為實”的傳統(tǒng)觀念。因此，面對盜版侵權(quán)與內(nèi)容篡改的巨大沖擊，在高校平面設(shè)計課程中加入數(shù)字圖像內(nèi)容安全模塊對于實現(xiàn)數(shù)字圖像的版權(quán)保護與內(nèi)容認證具有重要的理論意義與應用價值。

三、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

數(shù)字圖像隱密技術(shù)（Steganography），是指將信息隱藏于數(shù)字圖像之中并應用于保密通信等領(lǐng)域的技術(shù)。與密碼術(shù)（Cryptography）不同，隱密技術(shù)將秘密信息經(jīng)過偽裝后混跡于海量的日常數(shù)據(jù)而不被察覺，為保密通信提供了一種新的安全范式，是信息隱藏領(lǐng)域的一個重要分支。自1997 年Barton設(shè)計了第一個無損信息隱藏方法以來，無損信息隱藏的研究引起了研究者們的濃厚興趣。一種基于模256 加運算的嵌入方法率先被提了出來。隨后，F(xiàn)ridrich提出等通過壓縮位平面將水印嵌入到宿主圖像中。Tian則提出了基于差值擴展的方法，該方法又被進一步改進以追求更高的圖像質(zhì)量和嵌入容量。上述方法都曾取得了較好的性能，但它們均是在假設(shè)傳輸環(huán)境理想即無噪聲污染的情況下設(shè)計的，不能抵抗噪聲和有損圖像壓縮的攻擊，難以數(shù)字媒體日新月異發(fā)展的需要。目前。國外主要是根據(jù)水印嵌入模型的不同，現(xiàn)有方法可以分為兩類：第一類是基于直方圖旋轉(zhuǎn)的方法。第二類是基于直方圖分布約束的方法。

我國在無損信息隱藏方面的研究也緊跟國際步伐，取得了豐碩的研究成果。如哈爾濱工業(yè)大學的牛夏牧教授等將無損信息隱藏用于二維矢量圖的內(nèi)容保護；同濟大學的宣國榮教授等提出了一種基于整數(shù)小波直方圖間隙的方法，它通過在小波系數(shù)直方圖中不斷形成間隙的方式來進行水印嵌入。上海大學的王朔中教授與張新鵬教授等提出了基于差值平移的可見無損信息隱藏方法。華南理工大學的胡永健教授等利用稀疏位置圖的思路來提高差值擴展方法的容量等。為高校平面設(shè)計課程開設(shè)數(shù)字圖像安全模塊奠定了堅實的基礎(chǔ)。

四、平面設(shè)計課程中數(shù)字圖像安全模塊開發(fā)

（一）開發(fā)原則

1.科學性原則。遵循高校教育規(guī)律和學生認知規(guī)律，課程模塊內(nèi)容選擇科學、方法運用合理，符合高校的培養(yǎng)目標，模塊測試題庫內(nèi)容設(shè)計要涵蓋所涉課程的基本技能，突出課程核心技能的考核。在深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，課程模塊開發(fā)可以著重選取切入點來規(guī)劃與設(shè)計。

2.發(fā)展性原則。課程模塊設(shè)計能反映技術(shù)進步和經(jīng)濟社會發(fā)展趨勢，體現(xiàn)職業(yè)崗位和高校教育的發(fā)展趨勢，有利于平面設(shè)計專業(yè)與產(chǎn)業(yè)的有效對接。

3.可行性原則。課程模塊設(shè)計要符合目前高校平面設(shè)計行業(yè)的相應技術(shù)和裝備實際，符合高校相關(guān)專業(yè)實際，具有較強的可操作性。尤其要注意在教學模塊設(shè)計中，所選案例、項目等必須來源于企業(yè)現(xiàn)場或生活中的真實項目。

4.規(guī)范性原則。課程模塊設(shè)計涉及的技術(shù)要求和專業(yè)術(shù)語符合國家標準或技術(shù)規(guī)范，符合法律法規(guī)和有關(guān)文件要求。文字表達準確規(guī)范，層次清晰，邏輯嚴密，文本格式和內(nèi)容符合規(guī)定的要求。

（二）開發(fā)內(nèi)容

數(shù)字圖像安全模塊開發(fā)應根據(jù)現(xiàn)有條件，結(jié)合職業(yè)崗位的需求和高校教育的特點，將開發(fā)內(nèi)容擬定為課基于直方圖的圖像安全檢測教學子模塊與基于運動模糊的圖像取證教學子模塊。

1.開發(fā)基于直方圖的圖像安全檢測教學子模塊

數(shù)字水印技術(shù)普遍被用來作為所有權(quán)證據(jù)，內(nèi)容認證以及版權(quán)鑒定。而打印—掃描過程通常用于圖像的復制和傳播。由于安全問題的日益嚴重，護照、身份證、駕駛證等的文檔認證變得越來越重要。經(jīng)過處理后的圖像通常會發(fā)生旋轉(zhuǎn)、縮放、平移和剪切（RSTC）變化，而且它的像素值也發(fā)生了很大的改變。當前的多比特數(shù)據(jù)隱藏方案利用了數(shù)字半調(diào)過程的特性，但是對于抵抗打印掃描失真和裁剪縫紉聯(lián)合攻擊效果不是很好。所以數(shù)字圖像安全模塊很有必要開發(fā)基于直方圖的圖像安全檢測教學子模塊。

2.開發(fā)基于運動模糊的圖像取證教學子模塊

數(shù)字取證技術(shù)最近的進步已經(jīng)引進了許多新技術(shù)用來檢測圖像的偽造。這些包括檢測克隆的技術(shù)、拼接、重取樣產(chǎn)品、顏色濾波器陣列相差、照相機傳感器噪聲模式干擾、色差、以及光源的不一致性。即使在一些情況下面有很好的效果，這些技術(shù)中的一些僅僅應用于有相對高質(zhì)量的圖像。然而，取證分析經(jīng)常面對著在分辨率或壓縮率上的低質(zhì)量的圖像。同樣的，取證工具的需要是特別應用于檢測低質(zhì)量圖像的篡改，由于低質(zhì)量的圖像經(jīng)常摧毀了任何統(tǒng)計上的能夠用來檢測篡改的產(chǎn)物。目前，廣泛利用的相片處理軟件使得蓄意地處理圖像非常的容易。圖像拼接技術(shù)就是其中一種篡改方法。所以，數(shù)字圖像安全模塊有必要開發(fā)基于運動模糊的圖像取證教學子模塊。

五、結(jié)語

隨著大數(shù)據(jù)時代的數(shù)字圖像技術(shù)的飛速的發(fā)展，數(shù)字圖像的安全問題也已成為日益嚴重的現(xiàn)實問題。近年來，無論官方還是民間機構(gòu)，都對數(shù)字圖像的安全存儲、保密傳輸、真?zhèn)悟炞C等問題高度重視。本文試論了在高校平面設(shè)計課程中開發(fā)數(shù)字圖像安全教學模塊，提出了開發(fā)基于直方圖的圖像安全檢測教學子模塊與運動模糊差的圖像取證教學子模塊必要性。希望能為高校課程教學改革提供一些有益的參考。

作者簡介：申劍飛（1976～）， 男，湖南邵陽人，湖南大眾傳媒職業(yè)技術(shù)學院副教授。研究方向：藝術(shù)設(shè)計。