試論平面設計課程中數字圖像安全教學模塊開發

摘要：隨著大數據時代的來臨，數字圖像已成為信息的重要表現形式。數字圖像以其易于獲取、處理與存儲等優勢，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、醫學、軍事和航天航空等國民經濟的各個領域。然而，科學技術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、傳播有版權的數字圖像內容，甚至非法用作商業或政治用途。因此，在高校平面設計課程中加入數字圖像內容安全模塊對于實現數字圖像的版權保護與內容認證具有重要的理論意義與應用價值。

關鍵詞：平面設計；數字圖像；安全；模塊開發

一、引言

隨著大數據時代的來臨，數字圖像已成為信息的重要表現形式。由于數字圖像在互聯網上使用的便捷性大大超過了傳統模擬形式的信息內容，其應用的廣度和深度還在不斷增加。然而，數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字圖像隱秘信息的非法傳播，數字圖像內容的非授權篡改和偽造，導致系統混亂，以至造成各種負面影響。因此如何保護圖像內容安全已成為一個亟待解決的問題。

二、研究背景及意義

在數字技術飛速發展的今天，數字圖像以其易于獲取、處理與存儲等優勢，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、醫學、軍事和航天航空等國民經濟的各個領域，實現了信息存取、發布與傳播的“數字化”與“網絡化”。然而，科學技術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、傳播有版權的數字圖像內容，甚至非法用作商業或政治用途。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《旱區的孩子》中的一幅而被取消獲獎資格。類似種種，出現在報紙、期刊、雜志及網絡上的侵權偽造圖片屢見不鮮，這不僅給版權所有者帶來巨大的經濟損失，而且徹底顛覆了人們“眼見為實”的傳統觀念。因此，面對盜版侵權與內容篡改的巨大沖擊，在高校平面設計課程中加入數字圖像內容安全模塊對于實現數字圖像的版權保護與內容認證具有重要的理論意義與應用價值。

三、國內外研究現狀

數字圖像隱密技術（Steganography），是指將信息隱藏于數字圖像之中并應用于保密通信等領域的技術。與密碼術（Cryptography）不同，隱密技術將秘密信息經過偽裝后混跡于海量的日常數據而不被察覺，為保密通信提供了一種新的安全范式，是信息隱藏領域的一個重要分支。自1997 年Barton設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，Fridrich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，但它們均是在假設傳輸環境理想即無噪聲污染的情況下設計的，不能抵抗噪聲和有損圖像壓縮的攻擊，難以數字媒體日新月異發展的需要。目前。國外主要是根據水印嵌入模型的不同，現有方法可以分為兩類：第一類是基于直方圖旋轉的方法。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容保護；同濟大學的宣國榮教授等提出了一種基于整數小波直方圖間隙的方法，它通過在小波系數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。為高校平面設計課程開設數字圖像安全模塊奠定了堅實的基礎。

四、平面設計課程中數字圖像安全模塊開發

（一）開發原則

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

2.發展性原則。課程模塊設計能反映技術進步和經濟社會發展趨勢，體現職業崗位和高校教育的發展趨勢，有利于平面設計專業與產業的有效對接。

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

4.規范性原則。課程模塊設計涉及的技術要求和專業術語符合國家標準或技術規范，符合法律法規和有關文件要求。文字表達準確規范，層次清晰，邏輯嚴密，文本格式和內容符合規定的要求。

（二）開發內容

數字圖像安全模塊開發應根據現有條件，結合職業崗位的需求和高校教育的特點，將開發內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.開發基于直方圖的圖像安全檢測教學子模塊

數字水印技術普遍被用來作為所有權證據，內容認證以及版權鑒定。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。經過處理后的圖像通常會發生旋轉、縮放、平移和剪切（RSTC）變化，而且它的像素值也發生了很大的改變。當前的多比特數據隱藏方案利用了數字半調過程的特性，但是對于抵抗打印掃描失真和裁剪縫紉聯合攻擊效果不是很好。所以數字圖像安全模塊很有必要開發基于直方圖的圖像安全檢測教學子模塊。

2.開發基于運動模糊的圖像取證教學子模塊

數字取證技術最近的進步已經引進了許多新技術用來檢測圖像的偽造。這些包括檢測克隆的技術、拼接、重取樣產品、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，這些技術中的一些僅僅應用于有相對高質量的圖像。然而，取證分析經常面對著在分辨率或壓縮率上的低質量的圖像。同樣的，取證工具的需要是特別應用于檢測低質量圖像的篡改，由于低質量的圖像經常摧毀了任何統計上的能夠用來檢測篡改的產物。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。圖像拼接技術就是其中一種篡改方法。所以，數字圖像安全模塊有必要開發基于運動模糊的圖像取證教學子模塊。

五、結語

隨著大數據時代的數字圖像技術的飛速的發展，數字圖像的安全問題也已成為日益嚴重的現實問題。近年來，無論官方還是民間機構，都對數字圖像的安全存儲、保密傳輸、真偽驗證等問題高度重視。本文試論了在高校平面設計課程中開發數字圖像安全教學模塊，提出了開發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，湖南大眾傳媒職業技術學院副教授。研究方向：藝術設計。