图像数字化(6篇)

图像数字化篇1

【关键词】直接数字化摄影（DR）图像质量；影响因素文章编号：1004-7484（2013）-12-7488-02

直接数字化摄影（Digitaladiography简称DR）是指在具有图像处理功能的计算机控制下，采用一维或二维的X线探测器直接把X线影像信息转化为数字信号的技术。近年来，直接数字化摄影（DR）以其方便、迅速、图像质量易于保证和强大的图像后处理功能等优势，被广泛应用于临床影像检查工作中。因此，如何避免各种不利因素对图像质量的影响，从而利于提高诊断准确率成为影像工作者特别关注的问题。

1一般资料

随机抽取的300例采取直接数字化摄影（DR）所得的平片中，胸部片21例，四肢片36例，脊柱片26例，腹部立位片17例。

2评定方法

由主管技师和高年资放射诊断医师各2名按照《全国放射科QA、QC学术研讨会纪要》的标准，对300例直接数字化摄影（DR）影像进行分析并评定出甲、乙、丙级片和废片，并对各项缺陷分类统计，分析图像质量影响因素并总结预防措施。

3结果

根据平片质量评定标准，甲片243例（占81%），乙片42例（占14%），丙片15例（占5%），无废片。

4讨论

4.1直接数字化摄影（DR）系统的组成①硬件系统：主要包括电源及控制系统组件、X射线球管、高压系统、平板系统、接口电路和数字化系统、工作站及网络系统；②软件系统：主要包括系统软件、应用软件、PACS及RIS、HIS等系统。

4.2直接数字化摄影（DR）的成像原理X线射入探测器后被位于顶层的碘化铯闪烁晶体转换为能够激发碘化铯层下的非晶硅光电二极管阵列的可见光，使光电二极管产生电流，产生的电信号在光电二极管自身的电容上形成储存电荷，同时非晶硅光电二极管阵列还能将X线图像转换为行和列构成的点阵图像。射入的X线强弱决定着每一像素电荷量的大小，而点阵的密度决定着图像的空间分辨率大小。然后，由中央时序控制器实施统一控制，将居于行方向的行驱动电路与居于列方向的读取电路将电荷信号逐行取出，转换为串行脉冲序列并量化为数字信号，获取的数字信号经通道接口电路传至图像处理器，从而形成X线数字图像。

4.3直接数字化摄影（DR）与普通X线摄影相比的优势①患者所接受的X线照射剂量明显减少；②动态观察范围及量子检出效能显著提高；③对比度范围明显扩大，图像层次更加丰富；④图像分辨率力显著提高，检查速度增快。

4.4影响直接数字化摄影（DR）图像质量的因素分析①投照：在投照前注意帮助患者摆正，将被检部位置于摄影中线位置，例如，标准胸部后前位，要求患者面向探测板，抬头，双足开立站稳，与肩等宽，双肘内旋，手背置于腰部两侧，前胸尽量贴近探测板，中心线于两肩胛骨下角连线中点入射，在患者深吸气后屏气时曝光[1]。②曝光条件：虽然直接数字化摄影（DR）系统具有动态调节曝光条件的功能，具有适合一般体型患者的曝光条件，但是对于特殊体型的患者，如果使用其系统内制定的曝光条件，就会造成当曝光条件过大时所得图像曲线就会变窄，图像偏黑，失去层次感，而当曝光条件过小时所得图像颗粒感较强，不能清晰显示病变部位的现象。还有，管电压的高低也会直接影响图像的对比度，因此，只有选择适当的曝光条件，才能有效提高图像质量。③平板探测器：要想获得高质量的图像，所用平板探测器就要具有时间分辨力高、曝光宽容度大、校正良好、后处理功能强大、能减少本底噪声点、对环境要求低的优良的性能。④滤线栅：滤线栅具有提高信噪比，使散乱射线减少的作用[2]，但是直接数字化摄影（DR）系统对滤线栅的偏斜比较敏感，只要滤线栅有稍微的偏斜，就会出现两侧黑化度不一致的情况，因此，要注重对滤线栅的校准。⑤X线束：机器在经过较长时间的工作后，会出现机械转动和松动导致X线垂直度发生偏移而影响图像质量的问题，因此要重视对X线束垂直度的校准。⑥预览图像处理：对图像进行预览时，对亮度、对比度、算法等进行适当的调整，能够显著提高图像质量。⑦数据传送：必须最大限度保证图像数据的完整性并采取正确的数据传送方式，才能保证图像质量。⑧后处理技术：a、窗技术：在影像工作站，通过调整窗宽能够获得较多的信息，而通过调整窗位能够提高图像的对比度，因此，通过调节窗宽及窗位可以清晰显示出更加细微的结构。b、图像反转：将图像进行上下左右转动，直至得到最佳位置，能够清晰的观察重点部位。c、图像边缘：对图像边缘要进行必要的强化处理，使其轮廓更加清楚锐利，达到观察某些病变所需。d、放大图像：对病变部位进行局部放大，有利于显示细微病变。f、对比度、亮度、增强、黑白反转、缩小、测量等功能的调节明显影响着图像的质量。

综上所述，优质的直接数字化摄影（DR）影像必须具备斑点小、密度适中、对比度好、边缘锐利等特点[3]。在临床工作中，要想获得优质的DR影像，就要做到根据不同的部位选择正确的参数及合适的曝光量，充分运用图像后处理功能进行调节等，避免各种因素对图像质量的不利影响。正确掌握并熟练运用直接数字化摄影（DR）系统，充分发挥其强大功能，对于X线影像质量最优化，提高平片检出率及诊断符合率具有显著的临床价值。

参考文献

[1]牛俊荣，张永，蔡祖明，王震.探讨DR胸部摄影图像质量的影响因素[J].实用放射学杂志，2008年10月第24卷第10期：1436.

图像数字化篇2

在传统的模拟电视系统工程技术中，有着及其规范和直观的图像基带测试理论和主观评价方法，对于目前数字电视节目制作系统（电视台节目制作）和传输系统（有线数字电视传输）来讲，传统的模拟电视测量方法以及主观评价体系将失去意义，需要一套新的理论、新的测试方法和新的主观评价体系。这些理论、测试方法和主观评价体系，同样是基于人眼看到的效果来评价电视节目图像的质量，即电视节目图像质量的测试标准都必须由基于从事测试的主观评价观看者对所看到图像的满意度来定量的，这一点极为重要，因为电视的对象是人们的双眼，而不是人们使用的仪器。这些所定量的电视节目图像质量的测试标准，是基于人们主观评价的统计，并非是绝对的、但它又必须是一个度量的衡值。

一.信号对图像质量的影响

数字化的电视图像不经过压缩，是难以传输和保存的，体现不出其价值和先进性。随着视频图像压缩技术的发展，使数字电视商用成为可能。国际上，对于经过压缩过的视频图像的测试都是用未压缩的视频图像信号的质量来参考的。

在已经压缩（数字）和未压缩（模拟）视频图像信号的混合系统/环境中，视频图像质量的测试包括两个部分：即信号质量和图像质量。

信号质量的测试使用一套测试的方法和信号，它们可以是全场或是垂直消隐期中的某一行。这种测试在传统模拟的非压缩视频系统中是一种间接的测试方法，由于这种测试是在实际图像之外。毫无疑问，它将对传统模拟系统的图像质量提供了一个很好的表述。

而在压缩（数字）的视频系统中，图像质量的变化取决于数据率、图像复杂性和所使用的编码计算方法（计算机的程序），这时传统测试信号的静态特性已不能提供图像质量的真实描述。因此，对压缩（数字）视频系统中图像质量的实际测量，需要一整套的实际图像测试信号，这要比传统测试信号复杂多。这些复杂序列导致的编码过程的非线性失真是图像内容的函数。

然而，这并不能排除对传统信号测量的需要。对于大多数有效的压缩方法，输入视频信号应尽可能地干净。

幅度或直流电平等等的问题将会导致图像信号被切割或不能充分利用8bit，255级信号电平。如果输入的视频信号分辨率很低，编码会更容易，然而它可能并不代表所需要的图像质量。任何使图像更复杂的干扰都会在压缩图像的质量上有所反映。这包括振铃、抖动、噪声和复合到分量处理的产物。因此，这些干扰应当在压缩编码前去掉。

数字视频压编编码处理对图像材料十分敏感。压缩码率的设定（通常表示成Mb/s）就是通知编码器有多少数据或有多少比特数可用来对图像进行压缩处理。目前使用MPEG的重要优势就是它采用时间压缩，编码器可以通过大量的图像帧来决定分配的比特数。这样，就可以在给定的图像组序列编码时，给复杂的图像分配较多的比特数，给简单的图像分配较少的比特数。一般情况下，可视细节直接依赖于分配给编码器的码率。如果一个图像由于包含高速的运动或有大量的空间细节将需要大量的比特数，编码器将丢掉一些图像细节。这些信息的丢弃应尽量减少可觉察的图像质量损失。如果大量的细节被丢弃，损伤会非常明显，失真或损伤将在许多方面表现出来。

二.压缩导致了电视图像质量的损失

对于从事数字电视节目制作系统（电视台节目制作）和传输系统（有线数字电视传输）的广大工程技术人员来讲，数字信号和模拟信号的图像质量失真的问题是完全不同的，在数字信号中有如下六种关于视频损伤的类型。

1.块

数字电视图像信号在编码/压缩时，是将图像分割一个个块来进行的，由于基本块编码结构将使通过传输接收（解码/解压）到的图像有很明显的变形。

2.错误的块

如果接收（解码/解压）到的数字电视图像与当前或前一场没有一点相似处，一旦其中一个或多个块产生失真，就会在相邻的块之间产生较大的对比差异，屏幕上将出现明显的与周围不协调的错误的块。

3.边缘忙乱

失真主要集中在物体的边缘，表现为时域中变化的尖峰或空域的不同噪声。

4.模糊或轮廓不清

在单个帧中（空间域为例），以减少每个水平扫描线的像素数来减少带宽，这将导致图像模糊或轮廓不清。

5.蚊子噪声

这产生于相邻像素之间的量化错误，是由编码/压缩引起的。由于场景内容的不同，量化间隔的尺度会有变化，产生的量化错误像微微发光的闪烁亮块或众多的亮点，就像“蚊子”一样在一幅场景中随时闪现在物体的周围。

6.量化噪声

对于模拟信号的不精确的数字标示将出现在模拟到数字的信号处理过程中，很明显，视频分辨率的数字化描述对于输入的经过数字采样的模拟视频信号是有限的。

三.模拟和数字电视图像质量换算

我国的广播电影电视行业标准已经定义了模拟和数字电视图像质量的主观评价方法。

国家《数字电视图像质量主观评价方法》（中华人民共和国广播电影电视行业标准GY/T134-1999/4）中，规定了我国数字电视图像质量的主观评价方法是在“一般要求”的条件下，采用“两种评价方法”进行主观评价。

“一般要求”包括七个方面：观看条件、评价系统、信号源、测试素材的选择、观看员、评价测试阶段和结果表达。

“两种评价方法”即：双刺激连续质量标度法和双刺激损伤标度法。

但这种主观评价方法需要有一定数目的静止和运动的物体图像序列，加之需要许多人（其中并非全部是电视专业人士），并耗上很长的时间、精力，不很适应实际工作的需要。

在实际的工作中，电视工程技术人员通过日常的主观评价，已经逐渐明白在不同比特率下，以及在不同压缩格式下的所能得到的图像质量换算，见“不同比特率、不同压缩格式下能得到同等的图像质量换算参考表”。这样电视工程技术人员只要按照具体的应用，选择一个合适的压缩格式和比特率即可获得所需要的电视节目的图像质量。B&P

参考文献

1.中华人民共和国广播电影电视行业标准《GY/T134-1998数字电视图像质量主观评价方法》

图像数字化篇3

关键词：立体化教学数字图像处理课程改革与实践

中图分类号：F240

文献标识码：A

文章编号：1004-4914（2016）01-241-03

一、前言

教育部在《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2011-2022年）》中提出：“全面实施高等学校本科教学质量与教学改革工程，探索建立以学习者为中心的教学新模式，充分调动学生学习积极性和主动性。”可见，教学模式改革已经被视为提升高等教育教学质量的重要抓手。高校应适应时展需求，积极改进教育理念、教育思想和教学手段，着力探索和推进教学模式的转变。本文以数字图像处理课程教学为例，探索和实践利用网络、计算机技术，将立体化教学设计、立体化教学资源、立体化师生互动、立体化教学方法等有机组合在一起，使教学活动、实践内容、学习过程、监督管理串联成一个有机整体并最终使学习者能全方位立体化地进行学习。

二、教学现状分析

数字图像处理作为高校信息类专业的核心专业课程，不仅要求学生深谙课程重要原理的内涵，系统掌握专业技术知识，还要求学生能够通过实验和实践环节提升团队协作精神和动手与创新能力。然而，传统的教学模式难以兼顾学生夯实理论基础和提升实践能力的双重培养目标。结合笔者多年教学经验，分析和总结目前课程教学存在问题如下：

1.教学方法与教学手段单一，学生学习热情不高。课程教学按照传统教学模式，由教师通过黑板和多媒体课件授课方式，将教学内容单向地灌输给学生。这种讲授式的教学方法不能将复杂抽象的知识准确地传递给学生，导致学生无法深入理解原理内涵，难以真正实现知识的转化和应用。另外教学过程中缺乏互动和交流，学生的问题难以得到及时地解决，久而久之学生丧失了学习的热情，导致教学演变为教师的独角戏。

2.教学信息不对称，导致学生被动参与教学。尽管在授课准备阶段，教师对课程目标、教学方法、学习手段和实践目的等教学环节进行了精心的设计，但由于“教”与“学”之间存在信息的不对称，导致学生对相关要求没有清晰的认识，对教师的意图不够了解，使得学生只能被动地跟随教师完成设定的教学任务。

3.实验内容简单，实践能力提高有限。数字图像处理是一门理论与实践紧密结合的学科，尽管课程教学中也配置了实验环节，但由于学时的限制，开设的实验内容相对简单，且主要以演示性和验证性为主，学生参与实验的热情不高，影响了学生的创造力和想象力的发挥，动手实践能力提升十分有限。

4.传统的课程考核方式，难以全面考查学生能力。以试卷笔试为主的课程考核方式，只能对课程所涉原理、现象、规则等内容进行考查，缺少对知识应用及转化的实践技能的考核，学生的成绩不能全面反映学生的学习情况。

5.教学评价环节缺失，影响教学评估及整改。教学评价是分析教学质量的重要手段，但传统教学通常忽略了这个环节。教师无法了解学生及授课过程存在的问题，不能及时得到合理的教学反馈信息，教学评估无法实现，教学优化更是无从下手。

三、立体化教学改革方案设计

针对上述问题，笔者深入研究了立体化教学方法，结合课程特点及学生的实际需求，构建了适应本课程的立体化教学体系，并积极开展了教学改革与探索。

1.立体化教学的基本思想。立体化教学是基于现代教育学理念和现代社会对人才培养的要求，充分利用现代信息技术和教学设施，打破传统知识灌输的单一模式，在师生互动交流和生生互动协作基础上，引导学生通过静态的、动态的、理论的和实践的全方位方式和角度，综合应用多种教学方式，进行自主性、探索式学习，并在师生互动交流和生生互动协作学习中主动而又积极地建构本学科专业知识；实现抽象内容具体化、复杂过程简单化、教学方式多样化、教学目标全面化，实现教与学的立体交融。

2.基于立体化教学模式的教学改革方案。在教学过程中打破原有的教师讲授，学生被动参与的传统教学模式，采用立体化教学方法，充分利用现代化信息手段，将教学设计、学习资源、授课方法、师生互动等有机地融合在一起，使教学活动、学习过程、实践内容、考核评价串为一体，最终满足学生全方位立体化学习要求。数字图像处理立体化教学改革方案设计图如图1所示。

四、数字图像处理立体化教学改革实践

针对传统教学存在的问题，按照上述教改方案，积极从教学目标、课程资源、教学方法、教学过程、实验环节、考核方式和教学评价等七个方面进行改革尝试，经过两轮教学实践取得了较好的效果。

1.教学目标全面化。重视教学目标对教学活动的制约和导向作用，结合现代化人才培养要求，重新规划和制定教学目标。通过探究式学习提升学生自主学习能力，夯实理论基础和实践技能的学习。结合学科竞赛、科研项目和工程实际，增强学生对理论知识的实际应用与转化能力。注重教学互动和生生协作，培养学生团队意识和创新思维。将学习理论知识、提升实践能力和培养创新意识三者融为一体，构建符合新时期人才培养需求的全面化的教学目标。

2.课程资源立体化。打破传统教材单一的授课资源的限制，充分利用现代化信息技术手段，构建以多媒体资料和网络资源为补充的立体化教学信息资源库。教学过程中以传统纸质教材为基础，开展课程教学活动。通过CAI课件、动画和视频等流媒体数字资源，深入讲解和剖析复杂抽象的概念与理论知识。利用网络教学平台突破传统教学的时空局限，借助其双向沟通功能，将教材、电子教案、课件和题库等教学资源融为一体，最大限度地适应学习者的个性化需求，为学生的自主学习提供全方位的资源保障。

3.教学方法多样化。发挥各种教学方法的优势，促进理论知识学习和实践技能的提升。在理论学习阶段着重采用多媒体式授课方法，通过图文并茂和动画与视频等演示手段，使教学内容生动化、形象化，抽象知识具体化，加深学生对复杂理论的学习。在知识转化学习阶段采用案例式教学法，通过对具体案例的剖析，增强学生对原理内涵的理解，同时培养他们动手实践和分析与解决问题的能力。在知识运用提升阶段采用任务驱动式教学法，以任务覆盖知识面，用任务体系牵引和启发学生对知识的应用，提升学生自主探究学习及实践创新能力。

4.教学过程互动化。改变传统单向知识灌输式的教学过程，增强师生和生生间的交流与互动，激发学生参与教学的积极性和主动性。实际授课中，教师利用适当的教学方法，将课程目标和学习内容转化为师生和生生间的互动行为。通过采用问答、讨论、合作等多种形式，加强师生和生生间的多向互动，及时沟通想法、交换意见。课下师生可以通过网络互动平台进行答疑解惑，通过交流及时发现问题、解决问题，共同改进教学过程，提高教学和学习质量。

5.实验环节多元化。传统教学由于学时限制，导致实验内容偏少且过于简单。改革实践中，通过增设学时，添加设计性和综合性实验题目，构建模块化实验体系，调整和优化了实验学时与实验内容的配置。同时为便于开展实验教学，降低学生参与的难度，开发了实验教学软件。在验证演示实验中，鼓励学生利用虚拟建模手段进行原理仿真与结果展示。在设计和综合实验中，重视学生编程实践能力的培养，积极倡导多种编程实践模式。结合科研、项目开发和工程实践，综合运用MATLAB、VC++和OpenCV等多种实验手段。

6.考核方式综合化。摒弃传统教学“一人一卷”、“一考定论”的考核方式，注重对学生理论知识和实践能力的双重考核，同时加大对学习过程的考核比重。理论考核中，对单元知识测试可通过课程网站采用上机方式完成，综合知识考核采用传统的试卷形式完成，两者成绩按一定权重核算占课程考核分数的40%。对实践能力的评价可采用实验成果考核、专题报告考核、各类竞赛成绩评定和参与教师科研等多种形（下转第246页）（上接第242页）式，通过答辩方式完成，此项分数占课程考核分数的40%。另外，设定20%的分数用于对学生参与教学和实践的态度、方法、创新思维等方面进行考核。

7.教学评价体系化。教学评价是检验教学效果、促进教学工作的重要手段，也是传统教学所忽视的重要收官环节。改革实践中大力加强评价体系建设，充分发挥学生、同行、领导和专家等评价主体的作用，着重对教学目标、授课方法、实践手段和学习过程等教学环节进行评价，力争做到评价指标科学化、评价形式多样化、评价主体多元化、评价实施全程化。通过客观、合理的评价反馈，全面了解教师水平、学生状态和授课效果，为课程的进一步整改和优化提供依据。

五、结论

本文采用的立体化教学模式打破了传统教学种种弊端对教学活动的制约，通过重设教学目标、拓展教学资源、优化教学过程、加强评价反馈等改革措施，将相对离散的教学活动、实践内容、学习过程、监督管理串联成一个有机的整体，从本质上改变了“教”与“学”的关系。实践结果表明，立体化教学模式有助于调动学生学习的积极性、主动性，改善师生关系，增强团队协作意识，培养动手实践及创新能力，是一种切实可行且符合新时期高校人才培养要求的教学模式。

[黑龙江省高等学校教改工程项目“数字图像处理课程立体化教学模式的研究与实践”（JG2014011047）；黑龙江省高教综合改革试点专项项目“地方综合性高校应用型工科人才培养模式的改革与创新研究”和“基于CDIO的创新型工程人才培养模式研究与实践”。]

参考文献：

[1]李浩君，邱飞岳.工科类专业课程的立体化教学方法研究[J].浙江工业大学学报（社会科学版），2008（4）

[2]杜云明，盖丽娜，刘文科.案例教学法在数字图像处理课程中的应用研究[J].教书育人，2015（8）

[3]杜云明，郝兵，刘文科.“数字图像处理”课程任务驱动教学模式的实践[J].中国电力教育，2013（10）

[4]杜云明，史庆军，刘文科，李帅.数字图像处理实验教学改革研究[J].价值工程，2015（33）

图像数字化篇4

【关键词】数字图像信息资源

【中图分类号】G250.73【文献标识码】A【文章编号】1674-4810（2013）12-0184-01

一数字图像信息资源应用

数字图像信息资源已成为现代社会不可或缺的资源，视觉因素影像因素占据了文化的主导位置，它不仅是人们日常生活的一部分，还存在于每个人的日常生活中。现代文明以传统的语言文化符号传播方式，正转向为以视觉文化符号传播的方式，现实中是面对大量乃至泛滥的图像，视觉文化研究应运而生。

数字图像信息资源，如数码相机拍摄的以数字格式存放的图像，扫描仪进行模拟图像的数字化，或图像采集卡将视频画面数字化，适用领域涵盖社会各方面。数字图像信息资源主要载体就是图像，它把非视觉化的物体视觉化。但它不依赖于图像，而是对存在的图像化，使之揭示事物与形象之间的紧密联系，使图像还原存在事物的本质。图像数字信息资源使人们表达方式更灵活、处理更方便、节约管理成本，具有检索速度快、传递速度快、支持多用户等特点。数字图像信息资源的信息存储量大、应用方式不受时间和信息的约束等方面，会更好地满足用户的各种需求。

图像提供的信息与语言文字提供的信息相比，在视觉上给人们以强烈的视觉冲击。较之纸质资源，数字图像信息资源又可保证数据长时间保存不损坏、不丢失，而成长的网络技术对数字图像信息资源的共享和发展具有良好的支撑作用。

二数字图像信息资源应用中的问题及应对

数字图像信息资源的信息处理的标准化、传输、保存、复制和认证等问题，实时图像处理的理论及技术研究、图像与图形结合的三维或多维成像、图像处理集成芯片研究、图像处理理论及技术的新理论都成为未来的发展方向。

随着网络技术和多媒体技术的发展，信息的快捷简便和广泛传播，数字图像信息资源知识产权保护已经变得越来越重要。人们只需要很短的时间就可以复制相同质量的图片，这使非法复制和传播变得非常简单低廉，使数字图像信息资源知识产权得不到应有的保障。在强调数字图像的可视性的同时，以数字图像处理、计算机图形学和计算机密码学等相应的技术来研究数字图像信息的加密水印等问题。

除了数字图像信息资源的基础建设，还必须注重建立信息社会的法律环境、网络和信息安全的立法，加强法制宣传，提高防范意识，并促使人大法律部门立法和执法的效果，逐步建立和完善的图像信息资源安全和知识产权保护机制，以适应日新月异的信息社会。制定网络环境下的道德规范，加强网络环境下的信息监管、网络道德维护机制都是很有必要的。作为一种新形式的信息道德建立有着深远的意义，它的完善需要一个长期的过程，使人们在信息社会中更有效、更合理地应用数字图像信息资源具有推动作用。

图像数字化篇5

关键词：水印技术；图像压缩；小波变换；dct；奇异值分解（sdv）

中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：1672-3198（2012）08-0178-02

0引言

随着数字化技术和Internet的不断发展，电子邮件、MP3、甚至支票等越来越多的数字产品让人们应接不暇。而计算机网络的发展给人们带来了极大的方便，人们使用网络进行数据文件的传输、存储等，而网络环境的复杂性、多变性以及网络系统的脆弱性，带来了一系列安全问题。人们可以轻易地通过网络复制、篡改、伪造和非法原创作品，极大地侵犯了原创者的利益。因而数字信息的安全性控制及数字产品的版权保护已成为社会关注的焦点问题。数字水印技术已经成为版权保护中不可替代的技术。数字水印可以将携带有保护信息内容的图像嵌入到原始图像中，通过恢复水印图像可鉴别非法复制、篡改和盗用的数字产品，进而保护数字产品的合法使用和安全传输。

1数字水印技术

数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。数字水印技术是将一些标识信息(即数字水印)直接嵌入数字载体(包括多媒体、文档、软件等)当中，但不影响原载体的使用价值，也不容易被人的知觉系统(如视觉或听觉系统)觉察或注意到。通过这些隐藏在载体中的信息，可以达到确认内容创建者、购买者、传送隐秘信息或者判断载体是否被篡改等目的。

数字水印技术在近几年发展迅速，尤其在静止图像的应用中已经发展得比较成熟。图像水印有多种分类方式，按特性可分为鲁棒水印和易损水印，鲁棒数字水印能抵抗恶意攻击，而易损数字水印能判断原始数据是否被篡改过；按水印附载的媒体可以划分为图像水印、音频水印、视频水印、文本水印以及用于三维网格模型的网络水印等；按水印隐藏的位置划分为时域数字水印、频域数字水印、时/频域数字水印和时间/尺度域数字水印。而静止图像的水印技术主要应用空间域数字水印和频率域数字水印。

随着网络信息时代的发展，在网络中进行信息传输、存储等已经是不可避免的。为了避免传输及存储过程中的信息量过大以及传输的网络瓶颈问题，多媒体压缩技术也随着网络传输的发展而不断进步。数字产品在网络上也大都以压缩的形式传输，这就要求水印算法对数据压缩有极好的鲁棒性，才能保证水印在网络传输过程中不会被抹去。JPEG是图像压缩的使用标准，由于图像压缩技术的日益成熟，因此把水印技术嵌入在JPEG压缩域中是数字水印的一种隐藏方式。

2数字水印技术在图像压缩中的应用

2.1JPEG压缩技术

在目前使用的图像压缩技术中，可以分为两种：基于DCT的图像压缩编解码和基于小波变换的图像压缩编解码。

基于DCT的JPEG压缩如图1所示。

首先将图像分为8×8的数据块，按照从左到右、从上到下的光栅扫描方式的顺序进行排序，对每一个8×8块进行DCT变换，然后用量化表对64个DCT系数进行量化，对量化后的系数根据Z形扫描方式进行排序，得到的比特流用RLE(行顺序编码)生成中间的符号序列。然后经过Huffman编码得到压缩图像的二进制数据流。

基于小波变换的图像压缩如图2所示。

首先小波变换把图像信号按照不同的空间或频率尺度进行分解，量化是对小波变换系数进行组织，以某种可以接受的是真代价进一步减少数据率从而实现压缩，最后经过熵编码把量化后的系数编码成一组可适合于信道传输或存储的二进制比特流。

2.2典型数字水印技术在图像压缩中的应用

数字水印在图像压缩中最常用的就是空域水印和变换域水印。空域水印算法的代表是LSB算法、Patchwork算法，变换域的代表方法有DCT域水印算法、小波域水印算法。

2.2.1空（时）域水印

空间域算法是将数字水印按某种算法直接嵌入到图像中最不重要的像素位上。最初的水印技术直接修改数字媒体的空（时）域采样值，这种技术稳健性差，为提高稳健性，Wolfgang等人把二维m序列嵌入图像的LSB平面，并利用高祥虎函数改善了检测过程。为了对JPEG压缩具有较好的稳健性，提出将图像像素分成两个集合，通过修改两个集合的均值差来嵌入水印。Kutter等人提出更加复杂的感知模型，在分析人类视觉系统的伪装特性以及水印信号本身特性的基础上推导出了一种优化的HVS加权函数，用于亮度和蓝色通道水印嵌入。Kutter还提出一种空域2D幅度调制水印，利用空间相关性来实现对平移、旋转、缩放等几何失真的稳健性。Nikolaidis等人提出对图像中的重要区域进行稳健的定位和分割并嵌入水印，水印提取时可根据定位信息恢复几何失真后的加水印区域，从而实现水印检测的同步。

2.2.2变换（频）域水印

（1）基于DCT域的水印算法。

DCT变换是对原图像每一个8×8的块做的变换，对DCT系数会进一步的量化，量化表就是根据人的视觉模型得出的，在量化过程中会将人眼不敏感的高频系数大间隔量化，而保留人眼敏感的中低频系数，所以在嵌入水印信息时为了保证水印信息在量化过程中不被破坏，通常将水印信息嵌入到图像的中低频系数中。因为低频系数是在JPEG压缩过程中被大量保存下来的，为了增加水印图像的鲁棒性，多数水印技术就是将水印信息嵌入到DCT变换的中低频系数中。梅蕤蕤等人提出把水印信息隐藏在红、绿、蓝三基色的8×8分块DCT变换的低频系数中；BARNIM等人提出的水印方案是对彩色图像的红、绿、蓝三基色进行全帧DCT变换，然后选取低频系数嵌入水印。

王宗利在其论文中介绍了基于DCT的水印嵌入、提取并分析了实验结果。水印嵌入原理如下:通过对原图像一个8×8的块做DCT变换后先得到DBCIi×j，而原图像的被分解的块为BSIi×j，利用公式DBCIi×j（Si）=

α×BSIi×j（ti）嵌入水印图像，其中α为加权系数，Si为水印嵌入的位置，ti为水印图像的位置坐标。

（2）基于小波域的水印算法。

离散余弦变换是将图像从空间域到频率域的全局变换，基于DCT的图像编码算法在高压缩比要求下图像质量下降太快，且方块效应明显。离散小波变换是一种局部的变换，利用小波变换把原始图像序列分解成多频段的子图像，能适应人眼的视觉特性且是的水印的嵌入和检测可分多个层次进行。小波变换域数字水印兼具时空域和DCT变换域的优点。因此基于小波变换的数字水印算法是当前研究最热的水印算法。

鉴于小波域水印良好的稳健性和感知质量，特征集{Ii}由小波系数构成，在没有原始图像的情况下，有测试图像得到的特征集{Xi}可能与{Ii}不完全相同。为确定特征集{Ii}中系数的正确位置，水印嵌入可以分为两种情况：

（1）利用固定区域的系数作为特征集，由于低频系数具有较好的康压缩稳健性，因此选取低频子带LH3、HL3、HH3中的所有系数作为特征集。

（2）选用MN个最大的系数作为特征集。特征集{Ii}中系数的位置信息作为附加信息在水印提取过程中被使用。此时附加信息同样可以作为密钥，以保证水印的安全性。

水印嵌入公式如下：

其中，Iwi是修改过的特征集系数；α是水印强度因子，在这里取常数以利于保持水印信号之间的正交性。

小波分解后的系数编码是小波最具特色的部分，目前基于小波域的水印嵌入方法主要有：将离散小波变换和奇异值分解技术结合，基于分形压缩的在小波域中水印算法，基于HVS的小波域算法，自适应灰度级的小波域水印算法和小波零树的图像水印等。

刘连山，李人厚等在其论文中提出一种在彩色图像绿色分量的DWT变换域嵌入水印的方案，由于RGB彩色图像经JPEG压缩后红色和蓝色分量能量损失特别大，在这两个颜色分量中嵌入的水印信息很容易丢失，而绿色分量经压缩后能量损失较小所以选择在绿色分量中嵌入水印。绿色分量经过两级小波分解，然后提取低频子带LL嵌入加密后的水印。任小康和周立是将小波变换（DWT）和奇异值（SVD）分解技术结合起来将水印图像嵌入原图像。嵌入原理是将水印图像和原图像的RGB三个分量先做小波变换然后对三个分量的低频系数做奇异值分解，将水印图像的三个分量的奇异值分别嵌入到原图像对应分量的奇异值中，然后将嵌入水印的三个分量的低频系数与其小波分解的高频系数重构得到嵌入水印的各个分量R'G'B'。将含有水印的R'G'B'三分量合并得到含水印的图像。刘俊清提出将水印图像重复嵌入原始图像。原始图像经'Harr'小波函数进行3层小波分解，将水印图像小波分解的低频系数嵌入到原始图像小波分解的低频系数中。通过嵌入水印图像的次数检验对原始图像质量的影响。黄晓晴和杨素敏等提出了将图像进行小波树分形编码的方式嵌入水印图像，且实现了水印的盲提取。水印嵌入也通过改变编码参数在宿主图像中嵌入灰度水印，并且水印提取也不通过宿主图像，实现了盲提取。

3总结

数字水印技术作为信息安全领域中有效的版权保护技术正在迅速发展，数字水印算法也层出不穷，不仅在图像版权保护方面起到了鲁棒性强，嵌入信息量减小，水印图像提取更方便，且在传输过程中水印信息遭篡改，抹去等手段来破坏原始数据的恶意行为几乎难以实现。

本文在对数字水印技术在图像压缩中的应用讨论中发现，在图像中嵌入水印的位置灵活多变，大部分数据都可以作为水印数据嵌入的载体，比如傅立叶变换、DCT系数、小波变换、SDV、LSB算法、Patchwork算法等。并且嵌入水印的算法也越来越多的实现了水印的盲提取及抗加噪、剪切、低通滤波等。将水印信息嵌入到JPEG压缩域中的方法更是增加了图像压缩的鲁棒性，并且根据人的视觉特性保证了更好的视觉质量。

参考文献

［1］钟桦，张小华，焦李成.数字水印与图像认证算法及应用［M］.西安电子科技大学出版社，2006.

［2］TAOB，DICKINSONB.AdaptivewatermarkingintheDCTdomain［A］.IEEEInternationalConferenceonAcoustics，Speech，andSignalProcessing［C］.MunichGermany，1997:2985-2988.

［3］王宗利.两种变换域数字水印算法的实现及其比较［J］.计算机与现代化，2009，9:87-91.

［4］刘建蓉，秦拯.改进的动态图水印技术编码方案［J］.计算机应用研究，2011，28(2):720-723.

［5］刘连山，李人厚.基于DWT的彩色图像绿色分量数字水印方案［J］.通信学报，2005，26(7):63-67.

［6］任小康，范丽.一种基于DWT-SVD的彩色图像水印嵌入方法［J］.微电子学与计算机

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［7］周立，柳春华，蒋天发.基于小波变换和奇异值分解的图像水印算法［J］.武汉大学学报，2011，44(1):120-123.

［8］刘俊清，赵海.图像多水印共存的算法［J］.佳木斯大学学报，2010，28(5):725-727.

［9］黄晓晴，于盛林.一种在分形编码图像中嵌入盲灰度水印的方法［J］.仪器仪表学报，2010，31(12):2754-2760.

图像数字化篇6

关键词：数字化图像；采集；加工；教学设计

高中生在初中或平时都已经不同程度地接触过信息技术，很多教师通常会采用“知识介绍——工具比较——工具讲解——教师演示——学生练习”的教学模式，以教师为主体，让学生努力适应教师的教学风格，使学生的学习效率低下。所以，改革信息技术的教学理念和方式是必然选择，只有以生为本才能真正提高课堂效率。下面笔者将以《数字化图像的采集与加工》教学设计为例，为信息技术教学改革提供借鉴依据。

一、教学目标

首先，让学生掌握基础知识，了解如何采集数字化图像、Photoshop的基本使用，掌握加工文字和转换图像效果的技术；其次，培养学生利用多媒体传达信息的能力和学习的创新能力；最后，通过充满正面能量的主题向学生传递良好的品质，让学生亲自动手以提高自信心。

二、教学重难点

图像加工处理。

三、教学思路

课前下发学案，让学生完成预习，对评讲部分有一定了解；在课堂上，先讲理论知识，让学生有一定的基础，再让学生根据学案中的讲评部分一起合作探究；接着就是让学生分别展示小组的学习成果，一同评优，再让优秀作品的作者发表自己的创作意图；最后就是巩固联系并进行总结。

四、教学过程

（1）设置情境，引入新课程的学习。教师首先提出问题：为什么曾经有人提出向宇宙发射勾股定理的图形来跟外星人取得联系呢？外星人能懂吗？然后告诉学生图像的魅力所在：图像是另一种语言表现形式，所有人都能读懂图像所包含的意蕴，是增进人们思想交流的重要工具。在纸质上的图像我们称为模拟图像，而储存在电脑中的图像则是熟悉化图像。这节课，就让我们一起来探讨数字化图像是怎样采集和加工的吧！情境的设置能够激发学生的学习兴趣，转向对新知识的渴求欲。

（2）展示预习成果。学生在教师的引导下，展示自己根据学案预习的成果，教师进行纠正和补充，帮助学生掌握和巩固理论知识，进而为上机实验打下坚实的基础。

（3）展示精美图像，激发学生探究热情。教师通过大屏幕将几幅精美的图像展示出来，图片的内容涉及到人与人、人与自然和谐共处的主题，以启发学生的创新思维。而后教师展示原图和最终的效果图，告知学生要进行文字和图像效果两部分的加工。最后教师将图片素材的文件夹发送到学生机的桌面，学生选取自己想要的加工的图像并思考主题的定取。

（4）合作探究。首次，是对主题文字进行加工。教师提出加工要求，要求主题积极向上且颜色要合理搭配。学生根据学案内容，将文字进行加工处理，设置适当的图层样式，然后由学生讲解完成的过程。让学生主动探究和学习能够增强学生的自主学习能力和合作意识，让学生做课堂的主人，发掘学生的潜能。

其次，是对图像效果进行加工处理。学生依据学案的指导，合作完成探究内容，给图像设置描边并适当调整角度。

最后就是调整图像的效果，利用“图像菜单”里的“调整”再选择“亮度/对比度”可以更变图像效果。另外，选择“滤镜”菜单里的“锐化”，再选取“USM锐化”也可以对图像效果进行加工。也可以让学生根据教师的提示自由发挥，给学生自由的发挥空间和一定的选择余地，尊重了学生的个体差异性，让每个学生都能达到学习目标。

（5）展示成果。首先是让小组组员以主题与图片是否相切合、颜色搭配是否合理、整体加工设计是否新颖有创意等为评价方向，评选出最优作品。继而向全班展示每个小组的最佳作品，让作者对操作方法和设计意图进行讲解。让学生互相进行评价能够提升学生的竞争意识和合作意识，取长补短，共同学习进步，而在全班欣赏好作品能够传递美好的情感，渗透良好的品质。

（6）巩固练习。教师将练习呈现出来，让学生进行思考和回答。让学生在学习新知识后进行温习和巩固，能帮助学生更好地掌握知识。

（7）教师进行总结。教师要告诉学生，采集的图片在经过加工处理之后，其想要传递的信息和意图必须与所选取的主题吻合，这样才能表达出更加明确的思想和意图，增强图像的感染力和震慑力，达到图像加工的真正目的，体会其意义。

总结：通过《数字化图像的采集与加工》这一课时的教学设计的呈现，可见将学生放在课堂主体地位，令其自主探究学习能够达到很好的教学效果，他们既能掌握基础理论知识，又能实际操作，并且富有创新意识和合作意识。

参考文献：

[1]徐亚军.旧貌换新颜——《数字化图像的采集与加工》教学设计

[J].中小学电教，2011（4）.

[2]冯伯虎，姜莉.《数字化图像设计与加工》的教学设计与评析[J].