浅谈如何保护数字图像作品版权

作者：刘泽宇、张福豪（西安科技大学）

摘要：随着科学技术和网络的不断发展，以数字科技为基础的数字图像已经逐步代替传统胶卷照片，走进人们的日常生活。但由于数字图像的复制，分发非常容易，它给我们带来极大便利的同时，也带来很多隐患，比如图像的版权，安全传输等问题也会随之产生，所以对数字图像作品版权保护的研究具有重要意义。本文以数字图像相关概念为切入点，介绍了数字图像技术的特点及优点，其中着重介绍了保护数字图像作品的相关措施。

关键词：数字图像 保护措施

数字图像相关概念

数字图像，是以二维数字组形式表示的图像，其数字单元为像元，数字图像的恰当应用通常需要数字图像与看到的现象之间关系的知识，也就是几何和光度学或者传感器校准，数字图像处理领域就是研究它们的变换算法  

数字图像技术特点及优点

2.1数字图像技术特点

（1）目前，数字图像处理的信息大多是二维信息，处理信息量很大。如一幅256×256低分辨率黑白图像，要求约64kbit的数据量；对高分辨率彩色512×512图像，则要求768kbit数据量；如果要处理30帧/秒的电视图像序列，则每秒要求500kbit～22.5Mbit数据量。因此对计算机的计算速度、存储容量等要求较高。（2）数字图像处理占用的频带较宽。与语言信息相比，占用的频带要大几个数量级。如电视图像的带宽约5.6MHz，而语音带宽仅为4kHz左右。所以在成像、传输、存储、处理、显示等各个环节的实现上，技术难度较大，成本亦高，这就对频带压缩技术提出了更高的要求。（3）数字图像中各个像素是不独立的，其相关性大。在图像画面上，经常有很多像素有相同或接近的灰度。就电视画面而言，同一行中相邻两个像素或相邻两行间的像素，其相关系数可达0.9以上，而相邻两帧之间的相关性比帧内相关性一般说还要大些。因此，图像处理中信息压缩的潜力很大。（4）由于图像是三维景物的二维投影，一幅图象本身不具备复现三维景物的全部几何信息的能力，很显然三维景物背后部分信息在二维图像画面上是反映不出来的。因此，要分析和理解三维景物必须作合适的假定或附加新的测量，例如双目图像或多视点图像。在理解三维景物时需要知识导引，这也是人工智能中正在致力解决的知识工程问题。（5）数字图像处理后的图像一般是给人观察和评价的，因此受人的因素影响较大。由于人的视觉系统很复杂，受环境条件、视觉性能、人的情绪爱好以及知识状况影响很大，作为图像质量的评价还有待进一步深入的研究。另一方面，计算机视觉是模仿人的视觉，人的感知机理必然影响着计算机视觉的研究。例如，什么是感知的初始基元，基元是如何组成的，局部与全局感知的关系，优先敏感的结构、属性和时间特征等，这些都是心理学和神经心理学正在着力研究的课题。

2.2数字图像技术优点

再现性好。数字图像处理与模拟图像处理的根本不同在于，它不会因图像的存储、传输或复制等一系列变换操作而导致图像质量的退化。只要图像在数字化时准确地表现了原稿，则数字图像处理过程始终能保持图像的再现。2．处理精度高。按目前的技术，几乎可将一幅模拟图像数字化为任意大小的二维数组，这主要取决于图像数字化设备的能力。现代扫描仪可以把每个像素的灰度等级量化为16位甚至更高，这意味着图像的数字化精度可以达到满足任一应用需求。对计算机而言，不论数组大小，也不论每个像素的位数多少，其处理程序几乎是一样的。换言之，从原理上讲不论图像的精度有多高，处理总是能实现的，只要在处理时改变程序中的数组参数就可以了。回想一下图像的模拟处理，为了要把处理精度提高一个数量级，就要大幅度地改进处理装置，这在经济上是极不合算的。3．适用面宽。图像可以来自多种信息源，它们可以是可见光图像，也可以是不可见的波谱图像（例如X射线图像、射线图像、超声波图像或红外图像等）。从图像反映的客观实体尺度看，可以小到电子显微镜图像，大到航空照片、遥感图像甚至天文望远镜图像。这些来自不同信息源的图像只要被变换为数字编码形式后，均是用二维数组表示的灰度图像（彩色图像也是由灰度图像组合成的，例如RGB图像由红、绿、蓝三个灰度图像组合而成）组合而成，因而均可用计算机来处理。即只要针对不同的图像信息源，采取相应的图像信息采集措施，图像的数字处理方法适用于任何一种图像。4．灵活性高。图像处理大体上可分为图像的像质改善、图像分析和图像重建三大部分，每一部分均包含丰富的内容。由于图像的光学处理从原理上讲只能进行线性运算，这极大地限制了光学图像处理能实现的目标。而数字图像处理不仅能完成线性运算，而且能实现非线性处理，即凡是可以用数学公式或逻辑关系来表达的一切运算均可用数字图像处理实现。

3.数字图像作品保护措施

3.1数字图像水印技术

近年来电子商务的发展促使品质良好的数字图像被盗用的几率升高，然而现有的图像保护技术已经不能很好的阻止侵权行为的发生。在数字图书馆建设进程中，现有的技术支持漏洞凸显，使得侵权行为有空可钻。因此开发新的数字图像加密保护技术，升级原有的加密保护技术，提高保护实效就显得非常必要。

数字图像水印技术，作为有效的网络数字保护技术，具有原先技术没有的效果和特点。此时一种新的数字媒体保护技术——数字水印技术应运而生。作为传统加密技术的有效补充，它极大地发挥了优势。数字图像水印技术的原理并不复杂，实质是将一段特殊的“二维”信息码隐藏在原创文本、图像等多媒体数据中，这种特殊的“二维”信息是由著作者设计或委托设计并知晓的前提下插入需要保护的数据中，这种特殊的数字水印将永久地于多媒体数据结合。它对原数据基本上不作改变，是数字图像水印技术与加密技术不同。在实施数字图像水印技术过程中，数字水印模型包含两个阶段：水印的嵌入和提取。数字水印技术并不能阻止盗版，但可以依据图像创造者明确的显示出图像信息。另外嵌入的水印标明数据一般都会包含所有者、权限和日期等信息，就像其它普通商品的商标一样。数字水印深深的印记在图像的内部。目前没有其他技术可以破解和消除。因而水印在应用中可以用来对数字图像的标题说明、保密通信数据鉴别和版权保护等?需要嵌入水印的数字图像水印信息随着加密目的而变化。因此数字水印的作用可以用来判断数字作品的创作信息、是否受到保护且可以随时监视被保护数据的传播途径和时间，这样寻找解决知识产权的纠纷证据就相对简单。

3.2 应用数字图像签名技术

数字图像签名技术实际使用了信息发送者的私有密钥变换所传输的信息?对于不同的文档信息，发送者的数字签名并不相同。利用数字图像签名技术可以很好的维护数字图像创造者的知识产权和合法权益。基于图像的数字签名技术是针对数字图像的篡改、伪造提出的一种数字签名方法。利用人体感觉器官的不敏感(感觉冗余)，以及多媒体数字信号本身存在的冗余(数据特性冗余)，将数字签名嵌入位图冗余空间，使签名不易注意到甚至不被察觉到?而且不会影响到载体信号表达著作者创意的感觉效果和作品的使用价值。产生的数字签名可以有效地鉴别图像内容的真伪，从而保证图像的真实性和原创性，以此锁定了图像的创造者。    数字图像签名主要是基于公钥密码体制?包括普通数字签名和特殊数字签名。普通数字图像签名有RSA数字图像签名算法、 ElGamal数字图像签名算法、Fiat-S hamir数字图像签名算法、 Guillou-Qui squarter数字图像签名算法、 S chnorr数字图像签名算法、 Ong-S chnorr-Shamir数字图像签名算法、椭圆曲线数字图像签名算法和有限自动机数字图像签名算法等。特殊数字图像签名有盲签名、代理签名、群签名、不可否认签名、公平盲签名、门限签名、具有消息恢复功能的签名等?它与具体应用环境密切相关。3.3 数字图像认证技术    数字图像认证技术的实质是对其以证书的形式，确定数字图像产权的归属性。一般情况下，按照图像认证的具体目的分为两类：“内容级”的认证和“完全级”认证。二者在特点上有着一些差异。“完全级”认证要求对有改动可能的图像检测中，检测器对数字图像任何细微、格式、像素、尺寸等的改动都做出明确的验证和直接的验明结果。“内容级”的认证则主要强调的是对原始创作图像或最初成像所关联的内容在最初所传递时所构成的数字信息的加以保护，在后续的所有针对上述内容的操作，只要以原图像内容为基础操作修改和运用的，如代码转换、格式转换、有损压缩等检测器都认为是可接受。

数字图像的认证系统通过图像证书保护数字图像的知识产权和创造者的合法权益，而图像证书包括证书的生成和应用。因此，在认证系统中，要进行认证和检测两个阶段。目前一般采用公开密钥体制。这类系统的实质就是前后比对最后确定结果。其工作原理是第一步，按照命令要求生成证书并加以储存。认证系统首先对原始图像的特征或内容信息进行过虑识别并提取，之后对提取的信息用一种被称之为“私钥”抽象工具来加密，以唯一的身份形成认证，然后，其与原始图像作品如影相随地捆绑在一起或存储或传输。由此，无论经历多少次的转载复制，在数字图像上总是会显示出作品创作者的基本信息，进而达到明确数字图像的归属权的目的。第二步比对认证。在对数字图像比对认证时，首先从被测图像中提取图像特征或者内容信息，然后将提取的信息与在第一步中生成的证书签名加以比较区别，如果二者存在着差异，那么可以肯定地说，该图像作品已被修改，同时，检测器会适时给出有关数字图像作品被改动的详细信息。如二者一致，则上述判断不成立。通过对数字图像的认证，可以明确的规避数字图像被复制修改和任意篡改的缺陷，也就减少或杜绝了数字图像非法使用的随意性和侵权性。3.4 数字图像指纹技术    指纹是人类手指末端指腹上由凹凸的皮肤所形成的纹路。它是人类进化过程中自然形成的，且没有完全相同的指纹，所以每个人的指纹也是独一无二。由于指纹是每个人独有的标记，因此可以开发数字图像指纹识别技术，使得指纹识别技术广泛应用于数字图像知识产权的保护。依靠指纹式样的唯一性和式样终生不改变的特性，把创造者的指纹与数字图像对应起来，通过采集创造者指纹并与预先保存的指纹进行比较，以此可以高效、长久的保护数字图像知识产权。    随着现代科技的不断进步与广泛应用，可靠高效的数字图像识别是其知识产权保护的前提和基础。现今鉴别指纹方法已经电脑化，使鉴别程序更快更准更方便。创造者对于具有重要性价值的数字图像，可以借助网络技术，输入自己的指纹，实现数字图像指纹化。由于创造者的指纹具有惟一性、终身不变性，难以伪造，因此指纹识别是替代传统数字图像鉴别最安全、最可靠、最方便的方法。

4.结语

 未来数字图像作品版权的保护，一方面要借助于数字图像技术的发展，以技术的发展去推动技术的保护，另一方面不仅仅在于发展技术，而更加注重于培养人们的版权保护意识，维护自身利益，不盗版不窃取他人的知识财富。

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