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论文数字测图技术的研究

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论文数字测图技术的研究

数字化测绘技术在工程测量中的应用论文

无论是在学校还是在社会中,许多人都写过论文吧,借助论文可以达到探讨问题进行学术研究的目的。那要怎么写好论文呢?下面是我整理的数字化测绘技术在工程测量中的应用论文,欢迎大家分享。

摘 要: 数字化测绘技术有效的应用了先进的测量技术以及设备,实现了测量数据的有效采集及其处理,满足了现代工程测量的需要。文章主要分析了数字化测绘技术在建筑工程测量中的重要性和主要特征,接着就数字化测绘技术在工程测量中的应用进行了探讨。

关键词: 数字化;测绘;工程;测量

1、数字化测绘技术简介

数字化测绘技术的重要作用

数字化测绘技术是一种全解析机助成图方式,数学地形图能够很好的提高外业测量的精度,能够促进科技的飞速进步,还能够促进现代社会科学管理水平的提高,实现了信息的数字化,能够有效的健全完善专业管理信息系统。这一技术的优势很突出,且发展前景也好。

数字化测绘工作的特点

数字化测绘是一门新兴的测绘技术,具有较多的优势。

具有很高的精度。在使用数字化测绘技术进行外业数据采集时,可以自主选择全站仪现场自动采集地形地点的三维坐标,极大的提高了采集数据的精度,减少了人为测量的误差,缩短了工作时间,减少了测量人员的工作量。

具有很高的自动化程度。数字化测绘技在计算、图示符号选择以及识别方面都能借助相关软件实现自动化,既确保了数字地形图的精确与规范,又降低测量的错误率。

编辑图形方便。数字化测图的成果是分层存放,不受图面负载量的限制,从而便于成果的`加工利用。

2、数字化测绘技术在工程测量中的具体应用

地面数字化测图技术的应用

在大比例尺的地图测量中地面数字化测图技术较为多见,通过对数据的采集、整理、图形绘制以及输出,形成一体化的操作流程,有效地保证了测绘数据的准确性。

外业数据的采集。外业数据采集的方法有:GPSRTK技术、全站仪、扫描数字化、全数字摄影测量技术。

RTK技术:对于无遮拦开阔地,应用RTK技术测量效果更好,将野外采集的数据自动记录在电子手簿或内存中,并在现场绘制地籍草图。RTK技术不要求两点间满足光学通视,只要求满足“电磁波通视”和对天基本通视;定位精度高,数据安全可靠,没有误差积累;作业效率高,操作简便、数据处理能力强。

使用全站仪进行外业测量:对于高大建筑物或较为隐蔽的界址点和地物点,则首先利用RTK测设一组图根点,使用全站仪利用图根点进行界址点和地物点测量,全站仪具有自动记录和内存管理功能,外业直接观测界址点和地物点的平面坐标,并记录在全站仪内存中,测量过程中注意绘制宗地草图。

而对于在十分隐蔽的死角,或无法使用仪器进行测量时,可以采用量取界址点、地物点与已测点和线的关系距离,利用几何关系来确定其位置。内外业一体化需要对测绘的对象进行边测边记,记录各种观测数据及各测点的特征代码和相互关系,然后将记录的信息输入微机,利用专业软件将其发展成数字化地籍图成果。

扫描数字化作业:对于已有的地籍图、地形图,可采用将原图用扫描仪进行扫描,得到栅格图形后,再利用专业的扫描矢量化软件将栅格图形转换成矢量图形,从而实现原测地籍图、地形图的数字化。利用该方法所获得的数字地图其精度因受原图精度的影响,加上数字化过程中所产生的各种误差,因而它的精度要比原图的精度差;可以通过采取修测、补测等方法,实测一部分界址点或地物点的精确坐标,再用这些点的坐标代替原来的坐标,通过调整纠正,可在一定的程度上提高原图的精度。

全数字摄影测量技术:它是通过在空中利用数字摄影机所获得的数字影像,内业通过专门的航测软件,在计算机上对数字影像进行像对匹配,建立地面的数字模型,再通过专用的软件来获得数字地图。可以说,这将是我们今后数字测图的一个重要发展方向。该方法的特点是可将大量的外业测量工作移到室内完成,它具有成图速度快、精度高而均匀、成本低,不受气候及季节的限制等优点,适合于城市密集地区的大面积成图。

内业数据处理。工程测量都需根据误差分析和测量平差理论选择适当的测量手段,并对测量成果进行处理和分析,测量数据处理也是工程测量的重要内容。

数据接收时,版对比高数据自动加有百公里数,应在编辑中将百公里数删除,否则图形比高与实际不符。

在进行地物编辑时,依照一定顺序,确保地物符号符合实际,计算机只能按照程序依特定方式工作。

建立DTM模型后,应对边缘及不合理三角网进行修改,确保自动计算等高线符合实际地貌。

对等高线的拟合,最好是修改无误后对其批量拟合,这样可提高成图速度。

地形图数据库的建立与管理。图形数据库管理子系统是地理信息系统的重要组成部分。图形数据库中的数据经拓扑处理,可行成拓扑数据库,用于各种空间分析。在图幅进库前建立拓扑结构,对输入的地图数据进行正确性检查,根据用户的要求及图幅的质量,实现图幅配准、图幅校正和图幅接边。专业属性库管理子系统,GIS系统应用领域非常广,各领域的专业属性差异甚大,以至不能用一已知属性集描述概括所有的应用专业属性。因此建立一动态属性库是非常必要的。动态就是根据用户的要求能随时扩充和精简属性库的字段(属性项),修改字段的名称及类型。

原图数字化测绘技术的应用

利用GPS输入、矢量化图形扫描和手扶跟踪可以对原始图件进行数字化处理,处理后的图形将更为清晰和直观,更改起来也较为方便。在处理的过程中,地图的比例尺、地籍图的精确度等要按照国家规范进行,以保证制图能够在实际施工中发挥效用。对于原图的数字化测绘,为了保证测绘的精度.需要在测绘之前对设备进行调试,保证设备处于正常的工作状态下,同时,人工跟踪的精度也要有所保障,两者将直接决定原图的处理精度翻。在此要强调一点。

对于数据的分层编码处理以及数据的组织也要严格遵守相关的规定的,这对于保证数字化图形的生成具有重要的作用。

3s技术在工程测量中的应用

GPS技术的应用。GPS技术精确较高,不受时间、地点和天气条件等的限制。同时也不需要多种辅助设备,就可以获得精度较高的测绘数据。在应用GPS进行工程测量时,动态的桩位放样,可以获得准确的桩位放样位置,同时,不受测量条件的限制,有效地提高了测量的工作效率在实际操作中还可以对桩位的中心进行检查,以确保桩位不会发生离心现象,有效地保证了施工的高效进行。

GIS技术的应用。GIS技术借助多门学科知识,利用计算机技术实现了数据的收集和整理工作,并能对数据进行自动存储、可视化管理等,在城市管理和土地规划等领域当中有着广泛的应用GIS技术可对物体或已知的事情进行矢量分析,通过将收集到的数据进行图形绘制以使信息直观地呈现出来,并且能够对环境和资源状态进行矢量扫描,以快速地提取想要信息,方便施工做长远的规划。

RS技术的应用。在工程测量方面,遥感技术具有的大面积同步观测功能,可以收据观测对象的变动信息,对于综合处理信息以及对此信息差异方面具有一定的优势。RS技术作为观测地理基础信息的常用工具,通过光谱分辨和较大范围的覆盖率,可以获得地形变化信息,对于绘制城市地形图以及地籍图等能发挥积极作用,因此,得到了广发的推广以及应用。

3、结语

总之,数字化测绘技术在工程测量中的有效应用可以保证图纸绘制的精确度,对于获得全面的相关信息具有重要的作用.因此,值得深入地研究和广泛的推广。

参考文献

[1] 江振,周雅雯.数字化测绘技术在工程测量中的应用研究[J].赤峰学院学报:自然科学版,2012,13(15):78-79.

[2] 张菲.数字化测绘技术在工程测量中的应用分析[J].价值工程, 2014,26(15):211.

测绘工程论文题目

测绘工程在整个工程建设过程中所起的作用很大,测绘工程论文题目大家想好了吗?下面是我整理的测绘工程论文题目,欢迎阅读参考!

1、改善GIS数字底图的质量

2、教学实习在土地资源管理专业中的应用

3、数字化土地利用现状调查的数据采编

4、数字化地形测量的几个问题探讨

5、数字化地籍测量在城镇地籍调查中的应用探讨

6、数字化成图几种作业模式的分析比较

7、数字化测图与地籍信息系统研究

8、数字化测图在地籍补测中的两种应用技巧

9、数字化测图技术在郑州高新区房地产测量中的应用

10、数字化测图教学方法探讨

11、数字化测绘技术在地籍图测绘中的应用与建议

12、数字化测绘技术在地籍测量中的应用与实施

13、数字化测绘技术在地籍测量中的应用初探

14、数字化测绘技术在城镇地籍测量中的应用

15、数字化测绘技术在源影寺古砖塔测绘中的应用

16、数字图像边缘检测方法的探讨

17、数字土地利用现状图的制图概括

18、数字土地利用现状图的制图综合

19、数字地图系统设计

20、数字地形图测绘中的几个问题探析

21、数字地籍测绘实施中的技术问题

22、数字地籍测量中GPS控制网的建立

23、数字地籍测量主要误差来源探讨

24、数字地籍测量作业探讨

25、数字地籍测量应用分析

26、数字地籍测量控制网的建立及精度分析

27、数字地籍测量有关作业流程及精度控制的探讨

28、数字地籍测量精度的讨论及控制方法

29、数字平顶山空间数据基础设施建设的初步研究

30、数字摄影测量生产的质量控制

31、数字水准仪SPRINTERM的试验与评述

32、数字水准仪及其在机场跑道板块高程测量中的应用

33、数字水准仪及水准尺的检定与精度分析

34、数字水准仪的测量算法概述

35、数字水准仪自动读数方法研究

36、数字水准仪观测模式及其应用实践

37、数字水准测量外业数据格式的转换与统一的实践

38、数字水果湖水下地形和淤泥厚度测量

39、数字测图中的坐标变换方法

40、数字测图中设站错误的内业改正

41、数字测图技术在罗营口水电站坝址地形测量中的应用

42、数字测绘产品的质量检查与质量控

43、数字综合法用于平坦地区地形图修测

44、数字高程模型与等高线质量相关性研究

45、数字高程模型及其数据结构

46、数字高程模型在农地整理排水渠道规划设计中的应用

47、数字高程模型地形描述精度的研究

48、数字高程模型的生产及更新

49、数字高程模型的裁剪与拼接技术

50、数学形态学在遥感图像处理中的应用

51、数据化测量在河道治理工程中的应用

52、数码相机可量测化的研制

53、斜拉桥变形观测方法及精度分析

54、斜距法在工程中的应用

55、断面测量内外业一体化系统研究

56、断高法在高等级公路测设中的应用

57、新州公路平面控制测量问题研究与施测

58、方位交会法在城区测量中的'应用

59、方向交会法坐标计算之初探——待定点坐标的计算

60、方向后交最佳点位分析

61、施工测量中快速设站方法

62、无像控基础地理空间数据更新方法

63、无反射棱镜全站仪测距性能测试

64、无反射镜测距的目标特性研究

65、无定向导线环在城市地籍测量中的应用

66、无控制DEM表面差异探测研究

67、既有铁路航测数字化测图的特点与质量控制

68、时态地籍数据库设计与宗地历史查询的实现方法

69、明暗等高线自动绘制方法

70、智能全站仪ATR实测三维精度分析

71、智能全站仪快速测量处理系统

72、曲线拟合高程在公路测量中的应用研究

73、曲线放样中的坐标转换及转换精度分析

74、曲线矢量数据压缩算法实现及评析

75、最小二乘平差理论在制图自动综合中的应用

76、最小二乘法在土地复垦场平整中的应用

77、最小二乘法对多周期函数的周期筛选优化

78、有关地籍调查的几个问题探讨

79、有限条件下坐标转换矩阵的确定与精化

80、有非对称缓和曲线的曲线主点测设方法

81、服务城市化的测绘工程专业培养计划探讨

82、村庄地籍测量之初探

83、条码信号复原技术在数字水准仪中的应用

84、条码因瓦水准标尺校准方法的探讨

85、极坐标法测设平面位置的精度分析

86、构建城镇地籍管理系统的研究

87、栅格数据矢量化及其存在问题的解决

88、标准化大比例尺数字测图的实践与体会

89、树状河系自动绘制的结构化实现

90、根据三斜距确定点的三维坐标及精度

91、桥梁墩_台的沉降观测和沉降值的预测

92、模拟GPS控制网精度估算方法研究

93、模糊数学在土地利用更新调查质量评定中的应用探讨

94、模糊综合评判及其在测绘中的应用

95、气象因素对全站仪测量的影响

96、水下地形分析中空间数据存储与管理方法的研究

97、水下地形测量误差分析及对策

98、水下地形测量误差来源及处理方法探讨

99、水下地形测量高程异常点剔除方法研究

100、水位改正中虚拟验潮站的快速内插

数字图边缘检测技术论文

摘 要 针对基于PC实现的图像边缘检测普遍存在的执行速度慢、不能满足实时应用需求等缺点,本文借助于TI公司的TMS320DM642图像处理芯片作为数字图像处理硬件平台,DSP/BIOS为实时操作系统,利用CCS开发环境来构建应用程序;并通过摄像头提取视频序列,实现对边缘检测Sobel算子改进[1]。 关键词 DM642;Sobel算子;程序优化;图像边缘检测 1 引言 边缘是图像中重要的特征之一,是计算机视觉、模式识别等研究领域的重要基础。图像的大部分主要信息都存在于图像的边缘中,主要表现为图像局部特征的不连续性,是图像中灰度变化比较强烈的地方,也即通常所说的信号发生奇异变化的地方。经典的边缘检测算法是利用边缘处的一阶导数取极值、二阶导数在阶梯状边缘处呈零交叉或在屋顶状边缘处取极值的微分算法。图像边缘检测一直是图像处理中的热点和难点。 近年来,随着数学和人工智能技术的发展,各种类型的边缘检测算法不断涌现,如神经网络、遗传算法、数学形态学等理论运用到图像的边缘检测中。但由于边缘检测存在着检测精度、边缘定位精度和抗噪声等方面的矛盾及对于不同的算法边缘检测结果的精度却没有统一的衡量标准,所以至今都还不能取得令人满意的效果。另外随着网络和多媒体技术的发展,图像库逐渐变得非常庞大;而又由于实时图像的目标和背景间的变化都不尽相同,如何实现实时图像边缘的精确定位和提取成为人们必须面对的问题。随着DSP芯片处理技术的发展,尤其是在图像处理方面的提高如TMS320C6000系列,为实现高效的、实时的边缘检测提供了可能性[5]。在经典的边缘检测算法中,Sobel边缘检测算法因其计算量小、实现简单、处理速度快,并且所得的边缘光滑、连续等优点而得到广泛的应用。本文针对Sobel算法的性能,并借助于TMS320DM642处理芯片[3],对该边缘检测算法进行了改进和对程序的优化,满足实时性需求。2 Sobel边缘检测算法的改进 经典的Sobel图像边缘检测算法,是在图像空间利用两个方向模板与图像进行邻域卷积来完成的,这两个方向模板一个是检测垂直边缘,一个是检测水平边缘。算法的基本原理:由于图像边缘附近的亮度变化较大,所以可以把那些在邻域内,灰度变化超过某个适当阈值TH的像素点当作边缘点。Sobel算法的优点是计算简单,速度快。但由于只采用了两个方向模板,只能检测水平方向和垂直方向的边缘,因此,这种算法对于纹理较复杂的图像,其边缘检测效果欠佳;同时,经典Sobel算法认为,凡灰度新值大于或等于阈值的像素点都是边缘点。这种判定依据是欠合理的,会造成边缘点的误判,因为多噪声点的灰度新值也很大。 图像加权中值滤波 由于图像中的边缘和噪声在频域中均表现为高频成分,所以在边缘检测之前有必要先对图像进行一次滤波处理,减少噪声对边缘检测的影响。中值滤波是一种非线性信号的处理方法[2],在图像处理中,常用来保护边缘信息;保证滤波的效果。加权中值滤波,首先对每个窗口进行排序,取适当的比例,进行曲线拟合,拟合后的曲线斜率表征了此窗口的图像特征,再根据图像各部分特性适当的选择权重进行加权。 增加方向模板 除了水平和垂直两方向外,图像的边缘还有其它的方向,如135o和45o等,为了增加算子在某一像素点检测边缘的精度,可将方向模板由2个增加为8个即再在经典的方向模板的基础上增加6个方向模板,如图1所示。 边缘的定位及噪声的去除 通常物体的边缘是连续而光滑的,且边缘具有方向和幅度两个特征,而噪声是随机的。沿任一边缘点走向总能找到另一个边缘点,且这两个边缘点之间的灰度差和方向差相近。而噪声却不同,在一般情况下,沿任一噪声点很难找到与其灰度值和方差相似的噪声点[4]。基于这一思想,可以将噪声点和边缘点区分开来。对于一幅数字图像f(x,y),利用上述的8个方向模板Sobel算子对图像中的每个像素计算,取得其中的最大值作为该点的新值,而该最大值对应的模板所表示的方向为该像素点的方向。若|f(x,y)-f(x+i,y+j)|>TH2,对于任意i=0,1,-1;j=0,1,-1均成立,则可判断点(x,y)为噪声点。图2给出了图像边缘检测系统改进算法的软件流程图。图1 边缘检测8个方向模板图2 系统结构图3 基于TMS320DM642的图像处理的设计及算法优化 TMS320DM642功能模块及图像处理系统的硬件结构 DSP以高速数字信号处理为目标进行芯片设计,采用改进的哈佛结构(程序总线和数据总线分开)、内部具有硬件乘法器、应用流水线技术、具有良好的并行性和专门用于数字信号处理的指令及超长指令字结构(VLIW)等特点;能完成运算量大的实时数字图像处理工作。 TMS320DM642是TI公式最近推出的功能比较强大的TMS320C6x系列之一,是目前定点DSP领域里性能较高的一款[6]。其主频是600MHz,8个并行运算单元、专用硬件逻辑、片内存储器和片内外设电路等硬件,处理能力可达4800MIPS。DM642基于C64x内核,并在其基础上增加了很多外围设备和接口,因而在实际工程中的应用更为广泛和简便。本系统使用50 MHz晶体震荡器作为DSP的外部时钟输入,经过内部锁相环12倍频后产生600 MHz的工作频率。DM642采用了2级缓存结构(L1和L2),大幅度提高了程序的运行性能。片内64位的EMIF(External Memory Interface)接口可以与SDRAM、Flash等存储器件无缝连接,极大地方便了大量数据的搬移。更重要的是,作为一款专用视频处理芯片,DM642包括了3个专用的视频端口(VP0~VP2),用于接收和处理视频,提高了整个系统的性能。此外,DM642自带的EMAC口以及从EMIF 口扩展出来的ATA口,还为处理完成后产生的海量数据提供了存储通道。本系统是采用瑞泰公司开发的基于TI TMS320DM642 DSP芯片的评估开发板——ICETEK DM642 PCI。在ICETEK DM642 PCI评估板中将硬件平台分为五个部分,分别是视频采集、数据存储、图像处理、结果显示和电源管理。视频采集部分采用模拟PAL制摄像头,配合高精度视频A/D转换器得到数字图像。基于DSP的视频采集要求对视频信号具备采集,实时显示、对图像的处理和分析能力。视频A/D采样电路—SAA7115与视频端口0或1相连,实现视频的实时采集功能。视频D/A电路—SAA7105与视频口2相连,视频输出信号支持RGB、HD合成视频、PAL/NTSC复合视频和S端子视频信号。通过I2C总线对SAA7105的内部寄存器编程实现不同输出。 整个系统过程由三个部分组成:图像采集—边缘处理—输出显示,如图2所示。摄像头采集的视频信号经视频编码器SAA7115数字化,DM642通过I2C总线对SAA7115进行参数配置。在SAA7115内部进行一系列的处理和变换后形成的数字视频数据流,输入到核心处理单元DM642。经过DSP处理后的数字视频再经过SAA7105视频编码器进行D/A转换后在显示器上显示最终处理结果。 图像处理的软件设计和算法优化的实现 由于在改进Sobel边缘检测算子性能的同时,也相对增加了计算量,尤其是方向模板的增加,每个像素点均由原来的2次卷积运算增加为8次卷积运算,其实时性大大减弱。为了改进上述的不足,在深入研究处理系统和算法后,针对TMS320DM642的硬件结构特点,研究适合在TMS320DM642中高效运行的Sobel改进算法,满足实时处理的要求。整个程序的编写和调试按照C6000软件开发流程进行,流程分为:产生C代码、优化C代码和编写线性汇编程序3个阶段。使用的工具是TI的集成开发环境CCS。在CCS下,可对软件进行编辑、编译、调试、代码性能测试等工作。在使用C6000编译器开发和优化C代码时[7-8],对C代码中低效率和需要反复调用的函数需用线性汇编重新编写,再用汇编优化器优化。整个系统的控制以及数字图像处理是用C程序实现,大部分软件设计采用C程序实现,这无疑提高了程序的可读性和可移植性,而汇编程序主要是实现DM642的各部分初始化。其边缘检测优化算法在DM642中的实现步骤具体如下: S1:根据DM642的硬件结构要求和控制寄存器设置,初始化系统并编写实现边缘检测算法的C程序。 S2:借助CCS开发环境的优化工具如Profiler等产生.OUT文件。 S3:根据产生的附件文件如.MAP文件,分析优化结果及源程序结构,进一步改进源程序和优化方法。 S4:使用CCS中调试、链接、运行等工具,再生成.OUT可执行文件。 S5:运行程序,如果满足要求则停止;否则重复步骤S2~S4直至满足使用要求。4 实验结果 本文以Lena图像为例根据上述的硬件环境和算法实现的原理和方法,图4~图6分别给出了在该系统下采集的视频Lena图像及使用边缘检测算子和改进后处理的结果。由实验结果可以看出,在该系统下能实时完成视频图像的处理,并且给出的边缘检测算子能较好的消除噪声的影响,边缘轮廓清晰。该算法不仅能抑制图像中大部分噪声和虚假边缘,还保证了较高的边缘点位精度。图4 Lena原始图像 图5 传统Sobel算子 图6 改进Sobel算子5 总结 本文实现了在TMS320DM642评估板上用改进的Sobel算子对实时图像进行边缘检测,无延迟地得到边缘图像。边缘检测效果较好,既提高了图像检测的精度又满足了实时性的要求。从检测结果看,利用该改进后的算子在边缘精确定位、边缘提取都达到了很好的效果,且抗噪声能力强,并为目标跟踪、无接触式检测、自动驾驶、视频监控等领域的应用提供了坚实的基础。参考文献[1] 王磊等. 基于Sobel理论的边缘提取改善方法[J].中国图像图形学报,[2] 陈宏席. 基于保持平滑滤波的Sobel算子边缘检测.兰州交通大学学报,2006,25(1):86—90[3] 熊伟. 基于TMS320DM642的多路视频采集处理板卡硬件设计与实现[ M]. 国外电子元器件,2006[4] 朱立.一种具有抗噪声干扰的图像边缘提取算法的研究[J].电子技术应用.2004,25(1)[5] 刘松涛,周晓东.基于TMS320C6201的实时图像处理系统[J].计算机工程,2005(7):17—23[6] TI TMS320DM642 video/imaging fixed-point digital signal processor data manual,2003[7] TMS320C6x Optimizing C Compiler User’s Guide’ TEXAS INSTRUMENTS”,2002[8] TMS320C32x Optimizing C/C++ Compiler User's Guide,Texas Instruments Incorporated,2001

测绘工程论文题目

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95、气象因素对全站仪测量的影响

96、水下地形分析中空间数据存储与管理方法的研究

97、水下地形测量误差分析及对策

98、水下地形测量误差来源及处理方法探讨

99、水下地形测量高程异常点剔除方法研究

100、水位改正中虚拟验潮站的快速内插

数字化测图技术毕业论文

论文关键字:工程测量监理 论文摘要:在目前工程建设施工监理行业中,测量是一项非常重要而又必不可少的工作。为了提高施工质量,规范工栏的作业标准,急需制定一个符合工程施工实际并切实可行的测量监理工作规程。...

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摄影技术是进行艺术摄影创作的重要基础条件。艺术摄影通过照相机表达作品的情感和意境,利用摄影技术增加摄影作品的艺术性,没有摄影技术,艺术摄影就无法实现。下面是我为大家整理的艺术摄影系 毕业 论文 范文 ,供大家参考。

《 浅谈民俗摄影创作 》

[摘 要]:民俗摄影创作,是用民俗摄影这个手段来记录人类 文化 的丰富性和多样性,直接或间接地反映民族文化和地域文化,记录社会和变革,记录人类进步的历史。最终以摄影来关心人类的生存环境,生活状态,这必将为人类社会的发展起着一定的积极作用。

[关键词]: 民俗文化 民俗摄影 民风民俗 文化内涵

民俗摄影是以民俗事象为主要拍摄对象,通过视觉艺术特有手段,形象记录民俗,并展示民俗独特的文化内涵及风采的记录性摄影。

要想拍摄出具有文化价值的民俗摄影作品,首先要深入了解研究民俗摄影的文化内涵;其二是要掌握民俗摄影创作的基本特点;最后应在作品中突显出民俗摄影的文化价值。

一、民俗摄影的文化内涵

历史发展到今天,人类社会已步入信息化时代,单一学科的发展将阻碍人类的进步,而民俗摄影这种即写实又详细的记录方式,以其自身的优势受到越来越广泛的欢迎,民俗摄影因不受民族地域、国度、文化背景的限制,被中外摄影界称誉为不用翻译的“通用世界语”。民族摄影作为一门新近兴起的艺术门类,正以它强大的内在潜力吸引着广大摄影工作者,人们在研究它的同时,潜移默化地增强了人类对自身的发展历程的认识,这对我们更加理性地认识我国五千年的悠久历史及灿烂文化,领略56个民族及世界 其它 各民族丰富多彩的生活及文化具有极其重要的意义。

1、民俗摄影的文化意识。

民俗摄影只有具备文化意识才有了其独特的艺术品格,它主要表现在两个方面。一是要注重摄影本身,而不是从固有的艺术教条出发。应从大文化的范畴中去寻求新的艺术因素和艺术感觉。二是努力在作品中注入大量的文化信息,让观赏者在大文化范畴中得以全新的感受。而民俗摄影中的情节、服饰、活动不再只是摄影艺术,而是一种实实在在的文化符号,而不是那种表面的形式。民俗的要求只能从这些“真”的呈现中,从文化信息的角度去体验,去感知,不要强制用概念化的艺术欣赏程序来理解和认识民俗摄影。民俗摄影所以能留住我们的目光引发我们的联想,最重要的因素显然不在于摄影的技艺,而在于强化的摄影对象的文化意味。民俗民情的纪实方式没有流行歌曲那种愉悦,而类似于严肃文学,是一种特殊的精神产品,因它记录的是历史。而我们的摄影工作者是从人类文化学的角度,把摄影看作是对人类社会活动的一种文化关照方式。只有将摄影与人类文化发展的进程联系起来的时候,摄影才会产生巨大的震撼力。

2、民俗摄影的本质

随着工业文明的到来,传统风俗将会一天天消失,社会进步的同时,将不得已舍弃某些不该舍弃的东西,现实中就有部分人来抵制这种舍弃,是合乎人类本身和人类社会利益的,它表现社会理性和人类良知的犹存,在社会发展的同时总有一批文人置身潮流之外,站在超现实的立场上观察社会,研究人类,反应人类文化,重建人类精神的家园。摄影作为文化的行为方式来关照人类的发展是有着其重要的职责。以民俗民情为题材的纪实摄影工作者,如何去把握民俗摄影的实质,在真实的基础上显示独特的拍摄风格和文化点,以文化的思考来把握作品的厚度,加强作品的冲击力。当然在民俗民情中有着很多落后的原始的乃至愚昧的东西,但它又蕴含着一些质朴、良知、温馨、宁静和平和。而这些正是人类精神追求中不可缺少的。在我们渴望现代文化的同时,也应记住人类不能彻底用现代来毁掉自己,所以用摄影来做这方面的记录研究是非常必要的。摄影给我们留下的是今天拥有明天不会再来的东西。

二、民俗摄影的创作特征

1、要了解民俗内涵。

民俗摄影的焦点是民俗,因此、要求民俗摄影工作者在开展民俗摄影之前,首先要读一些 民俗学 著作或一些相关民俗的专著,通过学习、了解民俗的连续性和传承性以及民俗的发展态势。只有这样才能做到有的放矢,准确地把握与判断拍摄对象,拍出具有真正的民俗风味与内涵的作品。

摄影是一种实践很强的文化方式,因而,有相当多的摄影人只重实践而忽视了理论学习,这对于民俗摄影工作者是不可取的,近年有不少民俗摄影者,因为文化准备严重不足,缺乏民俗理论的指导,导致了对拍摄对象把握与判断的失据,进而对民俗事象的表达失言。往往把裹着小脚等某种不文明的封建残留,也当作民俗精华来宣扬;或者只把焦点锁定在农 村和除汉族以外的少数民族,而独缺城市或汉民族丰富的民俗内容。这样拍出的作品只能是片面的或歪曲地反应民俗、给人以误导,使人产生民俗只是过去的,而不是当代的;只是陈旧的,而不是发展的;只是农村的,而不是城市的误解,甚至精华与糟粕不分。

2、要把握民俗特色

民俗的显著特点是它的地域和群体特征。但是,随着社会的发展和民族的大融合,各民族的民风习俗不断产生了碰撞、交流、逐步走向了融合。原来各民族、各个地域民众在各自不同的环境条件下生存、发展、而产生的不同特点的民俗文化,现在有些已较难区分出其各自的特征。因此,在拍摄之前,对民俗的许多事象和器物进行调查研究,取得相关的第一手资料,并对有关事象和资料进行分析,比较和研究,区辨和掌握拍摄对象的特色,是民俗摄影必要的准备。

做好民俗的调查研究,首先要有针对性地读一些古代典籍、史书、史料等,初步了解民俗事象的概貌及发展演变的历史;第二要细致的开展实地调查,为提交资料的可信度,还要在被调查者的直接交流的基础上,进而深入生活,从生活方式到民族意识,文化心理去感受民俗、了解民俗。第三要将所作的调查、记录和搜集的材料进行整理、归纳、比较、研究,进行历史的分析和结构与功能的分析,梳理出所要拍摄的民俗的特征、特色、在有可能的情况下,还要尽量摸清民俗活动所要经历的几个主要场景,从而使拍摄更富有针对性,更能有效的把握民族文化的精髓;第四要针对民俗事象的主要特征、理清拍摄思路,对整个拍摄过程预先进行构思,从而避免错过有效时机,能更准确的把握瞬间,更深刻地提炼主题,使拍摄的画面获得更高的价值。

3、要真实的再现民俗 真实是民俗摄影的生命、真实的反应民俗事象是民俗摄影的基本要求,只有真实、才能原汁原味地展示民俗风貌,揭示民俗内涵;弘扬民俗的美,讲究真实就是要求摄影者要以科学的、严谨的态度,用影像与文字相结合的方式去记录、整理、研究民俗的内容,结构等等。所拍摄的照片是类似司法上用的“证据”,一样真实可信。艺术性是摄影作品的灵魂,但民俗摄影又不同于摄影的艺术创作,艺术创作可以用纯艺术的技巧来抒发作者的自我感觉,自我意识,而民俗摄影照片中“自我”应是零度表达,当前有些民俗摄影过于强调“艺术性”甚至用编排、导演虚假民俗的手段拍摄“民俗”,这样做,往往会因此导致民俗摄影变味变相。变成有民俗招牌而无传统民俗文化内涵的“文化表现”活动。

三、民俗摄影作品的文化价值

世界因为有了人类才富有生机,人类因为有了各民族悠久灿烂的文化才变得融合美好。民俗摄影作品,就是以独特的纪录形式、以各民族、各个时期的不同民俗民风为切入点,以民族间相互友爱的团结精神为切入点,以各民族为人类的文化贡献,促进社会进步的事象为切入点,反映人民在各种社会生存活动中,生生不息的顽强生存力和丰富创造力。民俗摄影源于对自然对人类对生活的热爱,并不是简单地对过去落后生活的回味,而是作者强烈的责任心,在艰苦的创作过程中用友善的心与民俗去交流对话,才使民俗摄影真正成为民族与民族之间、各民族与整个人类之间的沟通、交往、友爱的桥梁。

在民俗摄影中,民俗专题摄影具有突出文化的价值。那么,什么是民俗专题摄影呢?所谓民俗专题摄影,其实就是民俗摄影的另一种表现形式,有这样一段话可作以准确的说明:“民俗专题摄影是指围绕一个具体鲜明的主题,用一组照片配合一定的文字完整展开的民俗摄影报道。它要求严格遵循真实性的原则,较清晰的时间坐标或坐标线;严格扼要的内容及内在的逻辑结构、形象情节连缀、互映互补、典型生动的视觉张力结构;与图片相辅相承的简要文字叙述。”其实作为民俗专题摄影早在英国探险家斯坦茵来中国后就出现了,当他掠夺完西部瑰丽的文化宝藏后深入我国内地,拍摄整理了大量民间盛行的手工艺作坊的资料带回欧洲,给欧洲的发展带去了许多东方的信息。摄影师作为一种信息传播的载体,关键是我们如何把民俗摄影的文化价值突显出来。2009年我在辽西农村拍摄了一组民俗题材的摄影作品《辽西背阁》(大秧歌的一种)曾获辽宁省摄影展览优秀作品奖。

这组照片就是民俗文化现象最好的体现。通过文图并茂的方式,向人们展示了“辽西背阁”的全貌。在拍摄过程中,我采用特写,仰视以及远景,中景相结合的手法,从近至远多视角反映辽西背阁,从化妆,上芯子,准备道具到演出全过程。特别是在抓取女主角,小仙女在化妆后钻窗户这一典型瞬间,很好的把孩子天真欢快的特点表露无疑。同时清晰的把小女孩身着地域特色的服饰展示出来。秧歌流行于我国广大农村的一种民间舞蹈、每逢喜庆之日,锣鼓喧天,载歌载舞,为广大群众所喜闻乐见。“背阁”又是秧歌这一民间舞蹈形式之一,每个伴像里面都具有很多古老的 传说 和文化符号,有很高的文化价值。在我国具有悠久的传统和广泛的群众性,因此流传之今。

民俗专题摄影逐渐的成熟,为继承传播民俗文化找到了最佳方式,民俗摄影传承保护了民俗,促进了民俗文化的发展,民俗文化增加了民俗摄影创作的题材,它的发展壮大,必将为人类社会的发展起着重要的积极作用。

民俗作为一种传统的民族文化已被越来越多的人所接受和认可。随着时代的发展,社会的进步,人们对民俗的研究已逐渐成为一种风尚。而民俗摄影则成为人类研究民俗的一种有效载体,直接或间接地反映民族文化、反映地域文化、记录社会变革、记录人类进步。

《 民俗摄影入门技巧 》

摘要:民俗摄影,作为一门年轻的摄影门类,与其他摄影虽有不少共性,但又有许多个性即特殊性。民俗摄影的特殊性,决定了它有自身的内在规律。掌握并适应这些规律,就能在民俗摄影实践中取得主权,从而使自己的民俗摄影水平不断进步,有所创新。要搞好民俗摄影需要遵循的原则和注意的问题比较多,如提高摄影技术、技法等,但主要应在以下几个方面下功夫。

关键词:民俗摄影;摄影理论;艺术创作

中图分类号:C45 文献标识码:ADOI:

文章 编号:1672-0407(2012)09-025-04收稿日期:2012-08-23

一、要学点民俗摄影理论

从严格的意义上讲,以民俗事象为题材的摄影作品不一定都是合格的民俗摄影作品。因为,民俗摄影具有极强的学科边缘性,它既是民俗学、社会学的组成部分,又与人类学、历史学、考古学、民族学等学科相联系,其自身也涉及摄影艺术的许多门类。所以,民俗摄影工作者需要具备多方面的知识,具有一种特定的民俗文化的观察力和极强的民俗意识,对具体民俗事象的形成、发展及其与 传统文化 的关系能有较深刻的理解,才能准确地把握民俗事象的深厚内涵,拍出优秀的民俗摄影作品。

就目前我国民俗摄影队伍而言,不论是有一定资历的中老年摄影工作者,还是从事摄影时间不长的年轻人,可以说,绝大多数都是初涉民俗摄影这一领域,对有关民俗摄影的理论知识普遍比较缺乏,对诸如什么是民俗学、民俗学包括哪些内容,民俗摄影的特性、内涵、原则及应具有的技术技法等比较模糊;致使一些同志的创作思路长时间停留在单纯为了猎奇而纪录或囿于唯美的艺术创作。

有的认为,民俗摄影就是到少数民族、边远落后的地方去拍摄,汉族、内地、城市没有什么民俗题材可拍;有的在拍摄过程中,舍本逐末,不得要领,使得许多难以遇到的拍摄良机失之交臂;有的干脆这也拍,那也拍,似无头苍蝇到处乱撞,带有很大的盲目性,结果片子消耗不少,收效甚微;还有的由于不大懂民族政策和当地民俗习惯,到民族地区采访闹出笑话,有的甚至违反当地的民俗禁忌和国家民族政策,引起民族地区的不满,造成了民族矛盾。如此种种,虽现象各异,但却说明了一个共同性的问题:缺乏民俗知识,缺乏民俗意识,一句话,缺乏学习。这就从中得出一条结论:从事民俗摄影,不下一定气力学点民俗知识是绝对不行的。许多颇有摄影 经验 的同志经过一段波折后曾发出这样的感叹:“搞民俗摄影,不学点民俗学知识就不知道哪些该拍,哪些不该拍,应该从哪个角度拍,通过学习才明白,原来民俗摄影的题材如此之广,范围如此之大,既大有作为,又大有学问。”

实践证明,从事民俗摄影须着重学习以下基本知识:一是民俗学,通过学习弄清什么是民俗,民俗学及民俗的范围;二是学习民俗摄影的有关理论知识和拍摄技法;三是学习有关民族政策,了解我国各民族的形成、发展及其主要的民俗民风特征及民俗禁忌,熟悉国家对各民族特别是少数民族的有关政策。应当指出的是,即便是从事民俗摄影有相当资历的同志,在采访前还要先期学习有关民族政策、民族习俗,民族心理。过去由于宣传内容与研究资料的界线不清,本应作为内部学术研究资料的却拿来公开宣传,结果虽满足了一些读者的猎奇心理,扩大了刊物发行量,但却严重伤害了少数民族同胞的感情。

本文之所以不惜笔墨地论述学习的必要性和重要性,正是由于它实在是从事民俗摄影必须的先决条件和最基本的要求,大概也是与从事其他摄影的显著区别之一。

二、要具有两个感情

民俗摄影工作者对事业的感情与对被采访对象的感情,是决定能否克服一切困难,能否拍出感人至深照片的重要因素。

拍摄民俗照片,必须深入民俗活动的生活中去,特别是到那些偏远山区的少数民族地区采访拍摄,需要作者具有吃大苦,耐大劳的坚毅品格与顽强精神,而这些又来源于作者对民俗摄影事业的高度责任感和事业心。很多同志以为民俗摄影首先要解决语言问题,实际,在经济、交通发展迅速的今日,即使再偏远的山寨,也可以找到翻译和向导,而考验民俗摄影工作者意志的正是日常生活中必不可缺的吃饭、睡觉、走路三大要素。入乡随俗,你能到藏区喝酥油茶、吃糌粑吗?在生活艰苦的环境条件下,能一个星期甚至十来天地把土豆又当菜又当饭来与老百姓共处吗?睡眠是恢复工作必不可少的条件,可是在条件较差的山区,没有床甚至没有被还有各类小动物的干扰,或者十多人乃至几十人共享一个大帐篷甚至露宿,你能保持足够的休息来维持连日紧张的工作吗?再说走路:过溜索,骑马,攀越白雪皑皑的山脉,背上几十斤重的摄影器材,连续几天或十几天的步行,所有一切构成了民俗摄影工作者艰辛的工作写照。民俗摄影的收获是要付出巨大的代价,有时甚至是宝贵的生命。如果对民俗摄影事业没有足够的认识和深厚的感情,也许一个跳蚤就会把你吓回去。

至于民俗摄影工作者第二个感情就显得更为主要了。这个感情问题实际也就是立场问题,无论是哪个民族,即使是最贫困、最弱小、最偏远的民族,采访者都应对他们抱着诚恳、平等、尊重的态度,只有这种态度才能被他们接受,才能受到他们的信任。一个人迹罕至的偏远小山寨,来一个外人是会有“轰动效应”的,很久以后,甚至几十年,上百年后都会由爷爷传诫子孙,某某汉人是我朋友,某个汉人是,他们待人的态度是认真的,甚至是刻板的,是凭感情来认识的。对待被采访对象最好的方式是诚意,有诚意就不必怕误会,有诚意就可以交朋友,有诚意就会培养出深厚的感情。一旦与被采访者之间有了感情,你就不会去拍猎奇的照片,哪怕拍一间破茅屋,拍一位衣衫褴褛的劳作者,也会充满了温馨,充满了人情味,你就会从现实的贫困中找出他们和昔日的不同与发展,你就会从相对的落后环境中发现在现代城市里已经难以找到的情感与信任。你就不会嫌脏,你就不会嫌穷,你就会把充满诚意的镜头去寻找能反映他们真情实感的一举一动,去对准他们虽然贫困,但却认真而火热的生活,你也会在这样的采访中获得升华的快感,悟到更多人生的真谛,一切艰难困苦,一切生生死死的威胁都会被你那高于感情的采访热情所溶解。

《 航空摄影测量试析 》

摘要:我国的测量技术随着科技的进步和社会的发展已经有了大大的提高。航空摄影测量已成为测量工程的重要组成部分,我国的经济发展和一些突发事件的发生提供了帮助。笔者就航空摄影测量进行了较为系统的介绍。

关键词:航空;摄影;测量

1. 航空摄影测量的基本该概念及种类

航空摄影测量指的是“在飞机上用航摄仪器对地面连续摄取像片,结合地面控制点测量、调绘和立体测绘等步骤,绘制出地形图的作业”。航空摄影测量单张像片测图的基本原理是中心投影的透视变换,立体测图的基本原理是投影过程的几何反转。利用航空摄影测量技术可以快速获得道路阻断、河流阻塞、城镇的损坏和重要基础设施的破坏情况,为抗震救灾决策指挥提供依据。也可以在城镇规划中提供数据依据。航空摄影测量的作业分外业和内业。外业包括:像片控制点联测,像片控制点一般是航摄前在地面上布设的标志点,也可选用像片上明显地物点(如道路交叉点等),用测角交会、等外水准、测距导线、高程导线等普通测量 方法 测定其高程和平面坐标。综合法测图。内业包括:加密测图控制点,以外业像片控制点为基础,一般用空中三角测量加密方法,推求测图需要的控制点、检查其平面坐标和高程。

2. 解析空中三角测量

在精密立体坐标量测仪或解析测图仪上,立体量测加密点及框标在左右像片上的坐标。当作业人员通过观测系统使左右眼分别观察左片和右片,则可看到重建的立体光学模型。其他建立立体视觉的方法,包括:互补色法,偏振光立体眼镜法;液晶立体眼镜法等。

内定向、相对定向和绝对定向

内定向是指“根据量测的像片四角框标坐标和相应的摄影机检定植,恢复像片与摄影机的相关位置,即确定像点在像框标坐标系中的坐标”。在立体测图仪上的内定向,是通过严格的装片来实现的,即使用对点器(―种精巧的放大镜),分别地将涤纶像片上的框标精确对准承片盘上的相应框标。从而就实现了恢复像片内方位元素.对于解析测图仪,则只需将像片的基线大致平行于仪器的X 轴.像片的内定向,是通过精确量测像片的四角框标,利用严密的解析公式计算求解,同时进行像片的变形改正。

相对定向是指“恢复摄影瞬间立体像对内左右像片之间的相对空间方位”。确定两个像片的相对空间方位需要五 个参数.相对定向的数学关系通常用同名光线共面条件表示,即左右摄影中心至地面点的两条光线共面。相对定向至少需量测六个定向点,利用最小二乘法平差解算。对于模拟型立体测图仪,包括机助测图系统,立体像片对的相对定向,是通过左右像片车架的空间运动来实现的,以便消除立体模型内各点的上下视差,从而实现恢复立体像对左右片在摄影瞬间的相对空间方位。

绝对定向是指“确定立体模型或由多个立体模型构成的区域的绝对方位,也就是确定立体模型或区域相对地面的关系”。绝对定向参数为七个。传统的模拟立体测图仪绝对定向,通常分成高程置平和平面对点两个步骤来完成的.立体模型的绝对定向,通常需要六个已知平高定向点,至少应有四个平高点。解析测图仪和机助测图系统,立体模型的绝对定向,是按三维正形变换算法,利用最小二乘法进行平差解算的。

区域平差和联合平差

区域平差也称“区域空中三角测量”,俗称“电算加密”,是“对整个区域网进行绝对定向和误差配赋”。区域平差目前一般采用独立模型法或光线束法。独立模型法是以单个立体模型为单元,而光线束法则以单张像片为单元。联合平差是指“摄影测量数据与非摄影测量数据的整体联立解算”。联合平差指“带辅助数据的解析空中三角测量”。辅助数据系指大地测量观测数据,例如地面距离、水平角、方位角,像片外方位元素,湖面点等高等条件。目前,联合平差主要是指,摄影测量数据与机载GPS 精确定位数据的同时整体解算。这是解析空中三角测量的一项重要进展,可以实现少地控或无地控空中三角测量。

3. 数据采集―测图

地物采集

作业人员在完成立体模型的绝对定向后,需经专职质量检查人员联机检查,确认精度符合要求后,方可进行地物采集。应参照外业调绘片,在立体模型上仔细辨认,分类进行测绘.对于数字化测图,应按统一的地物编码系统分类进行采集,并且分层进行存储。同时采集的数据还应加上地物属性,以方便于同GIS 建立接口。为了便于在采集和编辑中明显地区分不同的地物,各种现状地物通常赋予相应的颜色。

地貌采集

在传统的模拟测图中,包括机助测图中,地貌采集是由等高线描绘和注记高程点两个部分组成的。等高线的基本等高距,应按规范根据成图比例尺、地形类别及用图需要选定;计曲线则取基本等高距,即首曲线的5 的倍数。高程注记点,一般选在明显地物点和地形点上,依据地形类别及地物点和地形点的多少,其密度规范规定图上每10cm×10cm 为5・20 个点。在解析测图仪上,地貌测绘可以有多种选择方式,除按等高线和高程注记点外,还可采用按程序控制的矩形格网或断面方式采集地形点。

4. 原图编辑及原图清绘

地形原图编辑包括对原图中地物地貌表示不合理之处的处理,相邻图幅的接边处理,以及道路、河流、街道等名称的注记。在传统的模拟测图中,原图清绘的主要任务是在铅笔稿原图上进行清理着色,或者在聚脂薄膜上刻绘。对于数字化测图,在经过图形编辑和审校后,可直接利用高精度绘图机绘制线划地形图,还可用磁介质提供数字地形图产品。航空摄影测量是根据摄影过程的几何反转原理,置立体像对于立体测图仪内,建立起所摄地面缩小的几何模型,借以测绘地形图的方法的。航空摄影测量的主题,是将地面的中心投影变换为正射投影。这一问题可以采取许多途径来解决。如图解法、光学机械法和解析法等。在每一种方法中还可细分出许多具体方法,而每种具体方法又有其特有的理论。其中有些概念和理论是基础性的,带有某些共性,如像片的内方位元素和外方位元素,像点同地面点的坐标关系式,共线条件方程,像对的相对定向,模型的绝对定向和立体观测原理等。

参考文献

肖志婷,郝娜. 数字航空摄影测量数据处理关键技术探讨[J]. 测绘与空间地理信息,2014(07).

刘先林,段福洲,宫辉力. 航空摄影科技发展成就与未来展望[J].2007(03).

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数字版权的最后一道防线—数字水印■ 北京大学计算机科学技术 研究所 朱新山--------------------------------------------------------------------------------数字水印被视做抵抗多媒体盗版的“最后一道防线”。因此从水印技术自身来说,它具有广泛的应用前景和巨大的经济价值。当今社会的发展已经呈现两个明显的特征:数字化和网络化。数字化指的是信息的存储形式,特点是信息存储量大、便于编辑和复制;网络化指的是信息的传输形式,具有速度快、分布广的优点。过去10年,数字媒体信息的使用和分布呈爆炸性的增长。人们通过互联网可以快捷方便地获得数字信息和在线服务。但同时,盗版也变得更加容易,对数字内容的管理和保护成为业界迫切需要解决的问题。数字信息在本质上有别于模拟信息,传统的保护模拟信息的方案对数字信息已不再奏效。再加上一些具有通用目的的处理器,如PC机,使得那些基于硬件的媒体保护方案很容易被攻破。而通常采用的加密技术事实上只能在信息从发送者到接受者的传输过程中保护媒体的内容。在信息被接收到以后,再利用的过程中所有的数据对使用者都是透明的,不再受到任何保护。在这一形势下,数字水印作为一种潜在的解决方案,得到了众多学者的青睐。数字水印的基本思想是在原始媒体数据中,如音频、视频、图像等,隐藏具有一定意义的附加信息作为标记,这些信息与原始数据紧密结合,并随之一起被传输。在接收端,通过计算机水印信号被提取出来用于各种目的,可能的应用包括数字签名、数字指纹、广播监视、内容认证、拷贝控制和秘密通信等。数字水印被视做抵抗多媒体盗版的“最后一道防线”。因此从水印技术自身来说,它具有广泛的应用前景和巨大的经济价值。数字水印的一般框架图数字水印的基本框架一个典型的水印系统由嵌入器和检测器组成,如图所示。嵌入器(式(1))根据要传送的信息M生成真正的水印信号,并把它隐藏到媒体数据x中,得到含水印的信号y。为了安全起见,水印信号的生成通常依赖于密钥K。y经过传输网络可能会有一定的信息损失,到达检测器端变成y′,这段通道对于嵌入器和检测器来说都是不可控、不可知的,可以称其为攻击通道(attack channel)。检测器负责从y′中提取信息,如式(2)。对于不需要宿主信号的检测,我们称为盲水印(blind watermarking),相反称为非盲水印(non-blind watermarking)。由于应用的需求,盲水印一直是研究的主流。数字水印的特性数字水印的思想虽然简单,但是要达到应用的目的,就必须满足一定的性能指标,其中相对重要的特性包括:● 保真性(fidelity):又常称为不可见性,指的是水印嵌入导致宿主信号质量变化的程度。鉴于宿主信号多是多媒体数据供人们观赏,水印应具有很高的保真性,同时又增加了水印自身的安全。● 鲁棒性(robustness):是指水印在媒体数据编辑、处理过程中的生存能力。媒体数据的各种操作会导致宿主信号信息损失,从而破坏水印完整性,像压缩、滤波、加噪、剪切、缩放和旋转等,也包括一些恶意的攻击。● 信息容量(data payload):是指在一定保真度下,水印信号可传递的信息量。实际应用要求水印可传送多位信息。● 安全性:在应用中总有人要嵌入、检测或剔除水印,而必须限制其他人做同样的操作,这就是水印的安全性。要实现安全,必须保密重要信息,比如通常使用密钥产生水印。● 错警率:是指在不含水印的宿主信号中,错误地检测出水印的概率。很显然,只有错警率足够低,系统才能安全可靠地使用。设计水印必须围绕上述性能指标选择合适的技术。有些特性之间是不相容的,像不可见性、鲁棒性和信息容量,必须做权衡的考虑。由水印的保真性将其分为可见水印和不可见水印,顾名思义可见水印可通过人眼检测。由水印的鲁棒性又可分为鲁棒水印(robust watermarking)和脆弱水印(fragile watermarking)。鲁棒水印可以抵抗一定程度的信号处理;而脆弱水印的特点是任何对媒体信息的更改都会破坏水印的完整性,使水印检测不出来。所以说鲁棒水印是尽力保证水印信息的完整性,脆弱水印是尽力保证媒体信息的完整性,它们各有各的用途。还有一种水印介于二者之间,称为半脆弱水印,对一些操作鲁棒,但对重要数据特征的修改操作是脆弱的。数字水印技术的进展早期,水印设计者关注的是如何把信息隐藏在数字媒体中并不被发现。为此,水印信息被置于二进制数据的最低位中,这类方案被统称为最低有效位调制。很明显,最低有效位内的信息容易在常用的信号处理中丢失,水印的鲁棒性差。随后,出现了大量空间域内的水印算法。水印嵌入不再是修改空间域内的单个点,而是一个点集或一个区域的特征,例如均值、方差、奇偶性等。Patchwork是这类方法的一个典型代表。它在图像空间随机选取n对像素点(ai, bi),并且对像素ai的亮度加d,bi的亮度减d,结果这两组像素点之间亮度差值的均值被修改为2d。该均值和统计假设检验理论可确定水印的有无。可是Patchwork能嵌入的信息量有限,而且对几何变换敏感。空间域内水印算法存在的共性问题是对图像处理的鲁棒性差。相较于空间域,频谱则是一种很好的信号描述方法。低频分量代表了信号的平滑部分,是主体信息;高频分量表示信号的抖动部分,是边缘信息,信号的分析和处理非常直观方便。扩频水印引入了扩频通信理论,是一种非常流行的频率域内的水印设计思想。它将数字媒体视为信道,通常具有较宽的带宽,要嵌入的水印信号作为发射信号,带宽较窄。可以先将水印扩展到多个频率点上,再与媒体信号叠加。这样,每个频率分量内只含有微小能量的水印,既保证了不可见性,同时要破坏水印,则必须在每个频率上叠加幅值很高的噪声。这一思想首先被应用到DCT域内,之后又被推广到傅立叶变换域和小波域内。另外,为了兼顾水印的保真性,人类感知模型被用于控制每个频率点上水印的能量,使其不至于破坏信号质量,从而形成了一类自适应的扩频水印。另一种重要的水印模型是把水印看成是已知边带信息的通信。边带信息指的是嵌入器端已知的信息,包括媒体数据。嵌入器应该充分利用边带信息,尽可能提高水印正确检测的概率。这对水印的设计有重要的指导意义,它说明含水印的宿主信号应该选择在可检测到水印的区域,同时保证一定的保真度。当前,水印研究的热点是探讨媒体信号中能嵌入并可靠检测的最大信息量,它应用了已知边带信息的通信模型以及信息论的知识。水印算法的研究则侧重于针对压缩域,即JPEG、MPEG等压缩标准,因为压缩是信息传输中必须采用的技术。数字水印的攻击技术对媒体数据的各种编辑和修改常常导致信息损失,又由于水印与媒体数据紧密结合,所以也会影响到水印的检测和提取,我们把这些操作统称为攻击。水印的攻击技术可以用来测试水印的性能,它是水印技术发展的一个重要方面。如何提高水印的鲁棒性,抵抗攻击,是水印设计者最为关注的问题。第一代水印性能评价系统Stirmark囊括了大量的信号和图像处理操作,它们可以分为:● 去除水印攻击(Removal attack):主要包括A/D、D/A转换、去噪、滤波、直方图修改、量化和有损压缩等。这些操作造成了媒体数据的信息损失,特别是压缩,能在保证一定信息质量的前提下,尽可能多地剔出冗余,使得水印被去掉。● 几何攻击(Geometrical attack):主要包括各种几何变换,例如旋转、平移、尺度变换、剪切、删除行或列、随机几何变换等。这些操作使得媒体数据的空间或时间序列的排布发生变化,造成水印的不可检测,因此也叫异步攻击。● 共谋攻击:攻击者利用同一条媒体信息的多个含水印拷贝,使用统计方法构造出不含水印的媒体数据。● 重复嵌入攻击:攻击者在已嵌入他人水印的媒体数据中嵌入自己的版权信息,从而造成版权纠纷。第二代水印攻击系统由Voloshynovskiy提出,其核心思想是利用合理的媒体数据统计模型和最大后验概率来估计水印或者原始媒体信号,从而将水印剔除。对攻击技术的分析和研究促进了水印技术的革新,但也为水印自身提出了一个又一个挑战。当前,还不存在一种算法能够抵抗所有的攻击,特别是几何攻击,是学术界公认的最困难的问题,目前还没有成熟的方案。数字水印产品20世纪90年代末期国际上开始出现一些水印产品。美国的Digimarc公司率先推出了第一个用于静止图像版权保护的数字水印软件,而后又以插件形式将该软件集成到Adobe公司的Photoshop和Corel Draw图像处理软件中。AlpVision公司推出的LavelIt软件,能够在任何扫描的图片中隐藏若干字符,用于文档的保护与跟踪。MediaSec公司的SysCop用水印技术来保护多媒体内容,欲杜绝非法拷贝、传播和编辑。美国版权保护技术组织(CPTWG)成立了专门的数据隐藏小组(DHSG)来制定版权保护水印的技术标准。他们提出了一个5C系统,用于DVD的版权保护。IBM公司将数字水印用于数字图书馆的版权保护系统中。许多国际知名的商业集团,如韩国的三星、日本的NEC等,也都设立了DRM技术开发项目。另外,当前还有一些潜在的应用需求,例如软件的搜索和下载数量的统计、网页安全预警、数字电视节目的保护和机密文档的防遗失等。一些国际标准中已结合了数字水印或者为其预留了空间。SDMI的目标是为音乐的播放、存储和发布提供一个开放的框架。SDMI规范中规定了多种音频文件格式,并联合加密和数字水印技术来实现版权保护。已经颁布的JPEG2000国际标准中,为数字水印预留了空间。即将颁布的数字视频压缩标准MPEG-4(ISO/IEC 14496),提供了一个知识产权管理和保护的接口,允许结合包括水印在内的版权保护技术。在国内,政府对信息安全产业的发展极为重视。数字水印的研究得到了国家自然科学基金和“863”计划的资助。国内信息隐藏学术研讨会(CIHW)自1999年以来至今已成功举办了五届,有力地推动了水印技术的研究与发展。去年政府更颁布了《中华人民共和国电子签名法》,这给水印技术的应用提供了必要的法律依据。尽管数字水印发展迅速,但离实际应用,还有一段距离要走。许多项目和研究都还处于起步和实验阶段,已出现的水印产品还不能完全满足使用需求。如今水印技术正在向纵深发展,一些基本的技术和法律问题正逐个得到解决。相信不久的将来,水印与其它DRM技术的结合,将彻底解决数字内容的管理和保护问题。小资料2多媒体数字版权保护的应用案例在安全领域有20年发展历史的美商SafeNet推出的数字产权保护方案DMD是采用加密技术的DRM产品。SafeNet公司亚太地区副总裁陈泓应记者的要求介绍几个成功的应用案例。DMD主要应用于音乐和铃声的下载、VOD、多媒体内容发布服务,以及最近的移动TV。基本来说,客户选择基于以下几点:基于电信级的性能,可以同时处理上千个用户;可以同步支持多种DRM技术,并且对未来的DRM技术有高支持能力;高互通性,确保服务器端与客户端能安全稳定地沟通;先进的授权能力,例如可以有效控制一个授权的使用量;高集成性,确保DRM的平台不是独立作业的,可以很容易地整合至服务器平台,与收费系统等结合。在音乐下载方面,NPO是SafeNet在法国的客户。他们主要负责发布CD音乐及将发表的音乐放到FN@C的网络上供人付费下载。NPO将音乐内容做DRM处理后,将内容由FN@C (这是一个公开的入口网站)发布,提供给人付费下载。当终端用户付了钱,FN@C会将一部分的证明数据加密并提交给NPO,由NPO产生授权给此用户。在VOD的应用层面,德国的Arcor公司是一家ISP供货商。透过DRM解决方案,Arcor将影音内容加密,透过互联网和Cable给客户做使用者付费的服务。客户付了钱,Arcor由SafeNet的DRM解决方案产生正式授权,让客户享用影音服务。在3G的应用方面,英国的BT LiftTime公司也采用SafeNet的DMD方案。BT LifeTime向内容供货商购买cable TV的内容(如运动节目或音乐节目等),并将此内容转成dab格式,经过DMD加密并放到其平台,再转卖给无线运营商,提供移动装置用户直接付费下载内容。通过SafeNet DMD将授权提供给已经付费的客户。(计算机世界报 2005年11月14日 第44期 B6、B7)MPEG-4视频数字水印技术的设计与实现武汉大学信号与信息处理实验室(430079) 裘风光 李富平随着信息技术和计算机网络的飞速发展,人们不但可以通过互联网和CD-ROM方便快捷地获得多媒体信息,还可以得到与原始数据完全相同的复制品,由此引发的盗版问题和版权纷争已成为日益严重的社会问题。因此,数字多媒体产品的水印处理技术已经成为近年来研究的热点领域之一。虽然数字水印技术近几年得到长足发展,但方向主要集中于静止图像。由于包括时间域掩蔽效应等特性在内的更为精确的人眼视觉模型尚未完全建立,视频水印技术的发展滞后于静止图像水印技术。另一方面,由于针对视频水印的特殊攻击形式的出现,为视频水印提出了一些区别于静止图像水印的独特要求。本文分析了MPEG-4视频结构的特点种基于扩展频谱的视频数字水印改进方案应用实例。1视频数字水印技术简介1.1数字水印技术介绍数字水印技术通过一定的算法将一些标志性信息直接嵌入到多媒体内容当中,但不影响原内容的价值和使用,并且不能被人的感知系统觉察或注意到。与传统的加密技术不同,数字水印技术并不能阻止盗版活动的发生,但可以判别对象是否受到保护,监视被保护数据的传播,鉴别真伪,解决版权纠纷并为法庭提供认证证据。为了给攻击者增加去除水印的难度,目前大多数水印制作方案都采用密码学中的加密体系来加强,在水印嵌入、提取时采用一种密钥,甚至几种密钥联合使用。水印嵌入和提取的一般方法如图1所示。1.2视频数字水印设计应考虑的几个方面·水印容量:嵌入的水印信息必须足以标识多媒体内容的购买者或所有者。·不可察觉性:嵌入在视频数据中的数字水印应该不可见或不可察觉。·鲁棒性:在不明显降低视频质量的条件下,水印很难除去。·盲检测:水印检测时不需要原始视频,因为保存所有的原始视频几乎是不可能的。·篡改提示:当多媒体内容发生改变时,通过水印提取算法,能够敏感地检测到原始数据是否被篡改。1.3视频数字水印方案选择通过分析现有的数字视频编解码系统,可以将目前MPEG-4视频水印的嵌入与提取方案分为以下几类,如图2所示。(1)视频水印嵌入方案一:水印直接嵌入在原始视频流中。此类方案的优点是:水印嵌入的方法较多,原则上数字图像水印方案均可应用于此。缺点是:·会增加视频码流的数据比特率;·经MPEG-4有损压缩后会丢失水印;·会降低视频质量;·对于已压缩的视频,需先进行解码,然后嵌入水印,再重新编码。(2)视频水印嵌入方案二:水印嵌入在编码阶段的离散余弦变换(DCT)的直流系数(DC)中(量化后、预测前)。此类方案的优点是:·水印仅嵌入在DCT系数中,不会增加视频流的数据比特率;·易设计出抗多种攻击的水印;·可通过自适应机制依据人的视觉特性进行调制,在得到较好的主观视觉质量的同时得到较强的抗攻击能力。缺点是对于已压缩的视频,有一个部分解码、嵌入、再编码的过程。(3)视频水印嵌入方案三:水印直接嵌入在MPEG-4压缩比特流中。优点是不需完全解码和再编码的过程,对整体视频信号的影响较小。缺点是:·视频系统对视频压缩码率的约束将限制水印的嵌入量;·水印的嵌入可能造成对视频解码系统中运动补偿环路的不良影响;·该类算法设计具有一定的复杂度。2 MPEG-4视频水印的实现基于上述的各种方案,本文在方案二的基础上提出了一种针对MPEG-4视频编码系统的扩展频谱数字水印技术改进方案,将扩频调制后的水印信息嵌入到视频流IVOP(Intra Video Object Plane)中色度DCT直流系数的最低位。本方案不需要完全解码,大大减少了运算的复杂度,提高了实时性。同时由于水印嵌入在直流系数中,在保证视频效果不失真的前提下,水印具有很强的鲁棒性。2.1 MPEG-4视频的特点 MPEG-4视频编解码基于VOP(Video Object Plane)。从时间上看,VOP分为内部VOP(1VOP)、前向因果预测VOP(PVOP)、双向非因果预测VOP(BVOP)、全景的灵影VOP(SVOP)。IVOP只用本身的信息进行编码;PVOP利用过去的参考VOP进行运动补偿的预测编码;BVOP利用过去和将来的参考VOP进行双向运动补偿的预测编码;SVOP一系列运动图像中的静止背景。因此IVOP的图像信息较独立,最适合嵌入水印信息。从空间上看,它由若干个大小为16×16的宏块(Macro Block)组成,每个宏块包括大小为8×8的6个子块。其中4个亮度子块Y,1个色差子块U,1个色差子块V。IVOP编码基本流程如图3所示。为了不受量化过程的影响,本方案将水印嵌入在量化后的DCT系数中,从而提高了水印生存的稳定性。在MPEG-4压缩算法中,DCT系数的量化是关键,它直接影响视频的质量和码流控制算法。为此,MPEG-4提供了一个供参考的标准量化表。该表根据人类视觉模型(HVS)建立。考虑到人眼对高频信息损失的敏感度较低频损失小很多,因此通常把水印嵌入到中低频信息中,提高了水印信息的鲁棒性。另外,根据人眼对亮度信息的变化比色度信息较敏感这一特性,为最大限度地保持视频质量,本方案将水印嵌入到色度(U子块)DCT系数中。由于DCT是目前多媒体视频压缩中被广泛采用的技术基础,因此基于DCT的视频水印方案具有显著的优势。将水印信息嵌入到IVOP色度量化后的DCT直流系数中,不但无需引入额外的变换以获取视频的频谱分布,且水印信息不受DCT系数量化带来的影响。2.2视频数字水印算法与实现在MPEG-4视频中,由于IVOP中色度子块的DCT直流系数是一个在视频流中始终存在且很鲁棒的参数,本方案将水印信息经m序列(最长线性反馈移存器序列)调制后嵌入到IVOP的色度子块DCT的直流系数中。这样水印信息在不影响视频效果的情况下难以去除,所以鲁棒性足够强。本方案采用扩频的方法,以方便有效地检测水印,抵抗各种攻击和干扰,保密性好。关键问题是色度DCT的直流系统是一个对视觉系统很敏感的参数,本方案在色度DCT的直流系数上加水印相当于对其加入微量干扰,必须使这种干扰低于一定的门限值,使人眼的视觉系统对视频中色度的微小变化感觉不到。经过试验将水印嵌入到IVOP的色度DCT的直流系数的最低位能满足要求。2.2.1视频数字水印的嵌入伪随机的扩展序列长度为255(28-1),每一水印信息位通过伪随机扩展序列的调制嵌入到相应的IVOP色度对应的DCT直流系数(量化后、预测前)的最低位,这样水印信息在不影响视频效果的情况下一般难以去除。同时,嵌入在直流系数的最低位,带来的误差非常小。伪随机的扩展序列产生代码如下:#define M_LEN 255#define M_SERIES 8for(I=0;i for(i=M_SERIES;i {m[i]=m[i-1]+m[i-5]+m[I-6]+m[i-7]m[i]=m[i]%2;}水印信息位扩展调制方式为:·水印信息位为0,伪随机的扩展序列不变;·水印信息位为1,伪随机的扩展序列取反。这个过程可以用异或运算实现。代码如下:Wmij=Wi^m[j];/*每一水印信息位扩展调制成255位的扩展调制位*/这里Wi表示水印信息码流,WMij表示水印信息扩展调制码流。设UDCij表示视频IVOP色度DCT的直流系数(量化后、DC预测计算之前)序列,为了方便,用一个字节表示一位二进制码流信息。水印嵌入过程如下:if(WMij) UDCij 1=1;/*根据扩展调制后的码流嵌入水印信息*/else UDCij&=0xFFFE;2.2.2视频数字水印的提取水印信息提取是水印信息嵌入的逆过程,代码如下:if(inv_UDCij &1)inv_Wmij=1;else inv_Wmij=0;这里inv_UDCij表示带有水印信息的视频IVOP色度DCT的直流系数(反量化前、DC预测计算之后)序列;inv_WMij表示检测到的水印信息扩展调制码流。每个IVOP色度子块在解码时得到一位扩展调制的信号位,每连续255个扩展调制的信号位可解调得到1位水印信息,具体分析如下:用与原始伪随机序列结构相同且完全同步的序列与得到的连续255个扩展调制的信号接收序列进行异或运算,统计运算后1的个数记为OneCount。由于m序列的自相关函数只有两种取值(1和-1/(2n-1)),属于双值自相关序列。因此,如果数据未受到任何攻击和干扰,OneCount只有两种结果:255或0。当OneCount=255时,得到的水印信息位为1;当OneCount=0时,得到的水印信息位为0。如果数据受到攻击或干扰,OneCount有多种结果。根据统计分析,当OneCount>127时,得到的水印信息位为1,并且这255个IVOP色度子块中有(255-OneCount)个子块受到攻击或干扰;当OneCount<127时,得到的水印信息位为0,并且这255个IVOP色度子块中有OneCount个子块受到攻击或干扰。这样既可以统计总共有多少视频IVOP色度子块受到攻击或干扰,同时又能极强地恢复出原始水印信息。3试验结果分析试验结果表明,m序列的长度越长,检测效果越好,但能够嵌入的水印信息量也相应地减少。本方案中水印只嵌入在视频的IVOP中,不修改PVOP和BVOP,对帧跳跃与帧删除攻击稳健,因为IVOP不可以被跳跃或删除。同时,由于水印信息嵌入在DCT的直流系数中,而直流系数的变化对视频效果会有较大的影响,所以采取将水印信息嵌入到色度子块DCT直流系数的最低位。这样不仅使水印嵌入计算的复杂度大为降低,为MPEG-4编解码节省了时间,还可取得良好的视频效果,达到了不可觉察性。从统计角度看也不会增加视频码流。另外,水印提取时无需原始视频。若水印信息未受到攻击,则本方案可准确地提取到原始视频的完全水印;若水印信息受到攻击,根据扩频解调性质,本方案可以最大限度地恢复出原始水印信息,并统计出有多少个IVOP色度子块受到攻击。由于DCT是目前多媒体视频压缩几大标准(H.261、H.263、MPEG-4等)共同采用的技术基础。因此基于DCT的水印方案在视频压缩中具有非常重要的研究意义和应用前景。本文在此基础上提出了一个基于扩展频谱的MPEG-4视频数字水印方案。实践证明,在不需要原始视频的情况下,本方案能敏感地检测到数据是否被篡改或破坏,并具有良好的稳定性和鲁棒性,从而提供了知识产权的保护,防止非法获取。本文摘自《电子技术应用》应用:数字水印消息认证与数字签名可以应用到数字水印中。传统水印用来证明纸币或纸张上内容的合法性,数字水印(digital watermark)用以证明一个数字产品的拥有权、真实性。数字水印是嵌在数字产品中的数字信息。可以是作者的序列号、公司标志、有特殊意义的文本等。数字水印主要用于:阻止非法复制(间接的)、确定所有权(作者、发行人、分发商、合法的最终用户)、确定作品的真实性和完整性(是否伪造、被篡改)、证实收件人、不可否认的传送、法庭证据的验证、赝品甄别、识别文件来源与版本、Web网络巡逻监视盗贼等。传统水印是人眼可以看得见的,而数字水印可以分为可感知的(Perceptible)和不易感知的(Inperceptible)两种。可感知的数字水印,主要用于当场声明对产品的所有权、著作权及来源,起到一个宣传广告或约束的作用。可感知水印一般为较淡的或半透明的不碍观瞻的图案;比如电视台节目播放的同时,在某个角落插上电视台的半透明标志。另一个用途是为了在线分发作品,比如先将一个低分辨率的有可见水印的图像免费送人,其水印往往是拥有者或卖主的信息,它提供了寻找原高分辨率作品的线索,若想得到高分辨率的原作品则需付费。有些公司在产品出售前为了在网络上宣传其产品,先做上可逆可见水印分发,付费购买时,再用专用软件将可见水印去掉,加入不可见水印(发行人、分发商、最终用户等的信息)。可见水印还有另一些用途,那就是为了节约带宽、存储空间等原因,在VCD、DVD等电影拷贝中用嵌入不可见水印的方式配上多种语言的副标题和字幕,待播放时由硬件根据需要实时地解出每一帧中的水印文字,将其显示在屏幕上。可见水印在某些产品中或多或少降低了作品的观赏价值,使其用途相对受到一定限制。不易感知的水印的应用层次更高,制作难度更大。不易感知的数字水印就像隐形墨水技术中的看不见的文字,隐藏在数字产品中。水印的存在要以不破坏原数据的欣赏价值、使用价值为原则。数字水印按照某种方式植入被保护的信息中,在产生版权纠纷时,通过相应的算法提取出该数字水印,从而验证版权的归属。被保护的信息可以是图像、声音、视频或一般性的电子文档等。为了给攻击者增加去除水印的难度,大多数水印制作方案都在水印的嵌入、提取时使用密钥。图水印的嵌入与提取数字水印技术虽然不能阻止盗版活动的发生,但它可以判别对象是否受到保护,监视被保护数据的传播、真伪鉴别和非法拷贝、解决版权纠纷并为法庭提供证据。数字水印的设计需要考虑以下几个方面:鲁棒性:是指被保护的信息经过某种改动后抵抗隐藏信息丢失的能力。例如传输过程中的信道噪音、滤波操作、重采样、有损编码压缩、D/ A或 A/ D转换、图像的几何变换(如平

文章编号:1005 - 0523(2005) 02 - 0063 - 04数字水印及其发展研究石红芹,谢 昕(华东交通大学信息工程学院,江西南昌330013)摘要:首先对数字水印的特征进行了分析,阐述了数字水印技术的基本原理,对目前比较流行的水印算法进行了分类和详细地讨论,最后指出目前水印技术存在的局限并对其发展进行了展望.关键词:版权保护;数字水印;水印算法中图分类号:TP391 文献标识码:A1 引 言近年来,随着数字化技术的进步和Internet 的迅速发展,多媒体信息的交流达到了前所未有的深度和广度,其发布形式愈加丰富了. 网络发布的形式逐渐成为一种重要的形式,伴随而来的是多媒体数据的版权保护问题. 因此多媒体信息版权保护问题成了一项重要而紧迫的研究课题. 为了解决这一难题,近几年国际上提出了一种新的有效的数字信息产品版权保护和数据安全维护的技术一一数字水印技术. 数字水印技术通过在原始媒体数据中嵌入秘密信息———水印来证实该数据的所有权归属. 水印可以是代表所有权的文字、产品或所有ID、二维图像,视频或音频数据、随机序列等. 主要应用于:媒体所有权的认定. 即辨认所有权信息,媒体合法用户信息; 媒体的传播跟算法研究. 该子模块的研究为解决网络制造产品版权保护问题奠定了基础数字水印技术,又称数字签名技术,成为信息隐藏技术的一种重要研究分支,为实现有效的信息版权保护提供了一种重要的手段.2 数字水印的基本原理从图像处理的角度看,嵌入水印信号可以视为在强背景下迭加一个弱信号,只要迭加的水印信号强度低于人类视觉系统( Human Visual System ,HVS) 的对比度门限,HVS 就无法感到信号的存在.对比度门限受视觉系统的空间、时间和频率特性的影响. 因此通过对原始信号作一定的调整,有可能在不改变视觉效果的情况下嵌入一些信息,从数字通信的角度看,水印嵌入可理解为在一个宽带信道(载体图像) 上用扩频通信技术传输一个窄带信号(水印信号) . 尽管水印信号具有一定的能量,但分布到信道中任一频率上的能量是难以检测到的. 水印的译码(检测) 即是在有噪信道中弱信号的检测问题.一般来说,为了使水印能有效地应用于版权保护中,水印必须满足如下特性:1) 隐蔽性 水印在通常的视觉条件下应该是不可见的,水印的存在不会影响作品的视觉效果.2) 鲁棒性 水印必须很难去掉(希望不可能去掉) ,当然在理论上任何水印都可以去掉,只要对水印的嵌入过程有足够的了解,但是如果对水印的嵌入只是部分了解的话,任何破坏或消除水印的企图都应导致载体严重的降质而不可用.3) 抗窜改性 与抗毁坏的鲁棒性不同,抗窜改性是指水印一旦嵌入到载体中,攻击者就很难改变或伪造. 鲁棒性要求高的应用,通常也需要很强的抗窜改性. 在版权保护中,要达到好的抗窜改性是比较困难的.4) 水印容量 嵌入的水印信息必须足以表示多媒体内容的创建者或所有者的标志信息,或是购买者的序列号. 这样在发生版权纠纷时,创建者或所有者的信息用于标示数据的版权所有者,而序列号用于标示违反协议而为盗版提供多媒体数据的用户.5) 安全性 应确保嵌入信息的保密性和较低的误检测率. 水印可以是任何形式的数据,比如数值、文本、图像等. 所有的水印都包含一个水印嵌入系统和水印恢复系统. 水印的嵌入和提取过程分别6) 低错误率 即使在不受攻击或者无信号失真的情况下,也要求不能检测到水印(漏检、false -negative) 以及不存在水印的情况下,检测到水印(虚检、false - positive) 的概率必须非常小.3 数字水印算法近几年来,数字水印技术研究取得了很大的进步,见诸于文献的水印算法很多,这里对一些典型的算法进行了分析.3. 1 空间域算法数字水印直接加载在原始数据上,还可以细分为如下几种方法[1~4 ] :1) 最低有效位方法(LSB) 这是一种典型的空间域数据隐藏算法,L. F. Tumer 与R. G. Van Schyadel等先后利用此方法将特定的标记隐藏于数字音频和数字图像内. 该方法是利用原始数据的最低几位来隐藏信息(具体取多少位,以人的听觉或视觉系统无法察觉为原则) .LSB 方法的优点是有较大的信息隐藏量,但采用此方法实现的数字水印是很脆弱的,无法经受一些无损和有损的信息处理,而且如果确切地知道水印隐藏在几位LSB 中,数字水印很容易被擦除或绕过.2) Patchwork 方法及纹理块映射编码方法这两种方法都是Bender 等提出的. Patchwork 是一种基于统计的数字水印,其嵌入方法是任意选择N 对图像点,在增加一点亮度的同时,降低另一点的亮度值. 该算法的隐藏性较好,并且对有损的JPEG和滤波、压缩和扭转等操作具有抵抗能力,但仅适用于具有大量任意纹理区域的图像,而且不能完全自动完成.3. 2 变换域算法基于变换域的技术可以嵌入大量比特数据而不会导致可察觉的缺陷,往往采用类似扩频图像的技术来隐藏数字水印信息. 这类技术一般基于常用的图像变换,基于局部或是全部的变换,这些变换包括离散余弦变换(DCT) 、小波变换(WT) 、傅氏变换(FT 或FFT) 以及哈达马变换(Hadamard transform)等等. 其中基于分块的DCT 是最常用的变换之一,现在所采用的静止图像压缩标准JPEG也是基于分块DCT 的. 最早的基于分块DCT 的一种数字水印技术方案是由一个密钥随机地选择图像的一些分块,在频域的中频上稍稍改变一个三元组以隐藏二进制序列信息. 选择在中频分量编码是因为在高频编码易于被各种信号处理方法所破坏,而在低频编码则由于人的视觉对低频分量很敏感,对低频分量的改变易于被察觉. 该数字水印算法对有损压缩和低通滤波是稳健的. 另一种DCT 数字水印算法[5 ]是首先把图像分成8 ×8 的不重叠像素块,在经过分块DCT 变换后,即得到由DCT 系数组成的频率块,然后随机选取一些频率块,将水印信号嵌入到由密钥控制选择的一些DCT 系数中. 该算法是通过对选定的DCT 系数进行微小变换以满足特定的关系,以此来表示一个比特的信息. 在水印信息提取时,则选取相同的DCT 系数,并根据系数之间的关系抽取比特信息. 除了上述有代表性的变换域算法外,还有一些变换域数字水印方法,它们当中有相当一部分都是上述算法的改进及发展,这其中有代表性的算法是I. Podichuk 和ZengWenjun 提出的算法[6 ] . 他们的方法是基于静止图像的DCT 变换或小波变换,研究视觉模型模块返回数字水印应加载在何处及每处可承受的JND(Just Noticeable Difference ,恰好可察觉差别) 的量值(加载数字水印的强度上限) ,这种水印算法是自适应的.3. 3 NEC 算法该算法由NEC 实验室的Cox[5 ]等人提出,该算法在数字水印算法中占有重要地位,其实现方法是,首先以密钥为种子来产生伪随机序列,该序列具有高斯N(0 ,1) 分布,密钥一般由作者的标识码和图像的哈希值组成,其次对图像做DCT 变换,最后用伪随机高斯序列来调制(叠加) 该图像除直流分量外的1 000 个最大的DCT 系数. 该算法具有较强的鲁棒性、安全性、透明性等. 由于采用特殊的密钥,故可防止IBM 攻击,而且该算法还提出了增强水印鲁棒性和抗攻击算法的重要原则,即水印信号应该嵌入源数据中对人感觉最重要的部分,这种水印信号由独立同分布随机实数序列构成,且该实数序列应具有高斯分布N(0 ,1) 的特征. 随后Podilchuk等利用人类视觉模型又对该算法进行了改进,从而提高了该算法的鲁棒性、透明性等.3. 4 其他一些水印算法1) 近年来,利用混沌映射模型实现数字水印、保密通信等成为混沌应用研究的热点. 特别是自从Cox 等借用通信技术中的扩频原理将水印信号嵌入到一些DCT 变换系数或者多层分解的小波变换系数以来,人们已经提出了一些混沌数字水印方法.水印的嵌入与检测是基于人类视觉系统(HVS) 的亮度掩蔽特性和纹理掩蔽特性,折衷水印的不可见性和鲁棒性之间的矛盾. 结果表明:该方法嵌入的水印具有不可见性和鲁棒性,并且这种基于密钥的混沌水印方法更好的抗破译性能.2) 目前比较流行的还有一种基于盲水印检测的DWT 算法,该算法首先对原始图像进行小波变换,根据人类具有的视觉掩蔽特性对低频分量进行一定的量化,同时可不影响视觉效果,并对作为水印的图像进行压缩和二值化处理,形成一维的二值序列,根据二值序列的值对上述量化后的原始信号的低频分量进行视觉阈值范围内允许的修改,从而实现水印的嵌入. 水印提取过程是对含有水印的图像进行小波变换,对低频分量同样进行量化处理,为了增大算法的安全性,可以对水印形成的二值0 ,1 序列在嵌入前进一步进行伪随机序列调制,相应的在水印提取过程需要增加用伪随机序列解调的步骤. 这样,不知道伪随机序列的攻击者即使推测出水印的嵌入规律,也无法提取水印. 大大增加了水印系统的透明性和鲁棒性.4 水印技术的局限目前水印技术的局限,为了对版权保护中使用水印的成功可能性进行评估,看能否满足实际应用需求,就需要对水印技术有更多了解. 下面介绍数字水印方案普遍存在的一些局限:1) 不知道能够隐藏多少位. 尽管非常需要知道指定大小载体信息上可以隐藏多少比特的水印信息,但这个问题还没有得到圆满解决. 事实上,对给定尺寸的图像或者给定时间的音频,可以可靠隐藏信息量的上界,目前还不清楚. 对图像水印,只能说目前使用的算法可以隐藏几百比特位的水印信息.2) 还没有真正健壮的盲图像水印算法. 对图像水印,鲁棒性还是个问题. 目前还没有能够在经过所有普通图像处理变换后,仍能幸免的盲水印算法. 尤其是能够抵抗几何处理的攻击,被认为是很难实现的目标.3) 所有者能去除标记. 迄今为止提出的所有盲图像水印,实际上都是可逆的. 已知水印的准确内容、以及水印的嵌入和检测算法,则总能在没有严重损坏资料的前提下,使水印不可读取. 目前还不清楚这个缺点在将来还是否存在;同时在设计版权保护系统时,必须考虑如下问题:一旦水印内容已知,则有可能去除水印或者部分水印.此外,迄今为止提出的水印算法,其可逆性使人们提出极大的疑问,即设计能够抗篡改的健壮公开水印技术是否可能? 事实上,如果允许任何人读取水印,则任何人只要知道水印嵌入算法,就可以消除水印.5 结 论随着电子商务的加速发展和网络用户的直线增长,媒体的安全要求将更加迫切,作为版权保护和安全认证的数字水印技术具有极大的商业潜力,作为一门学科交叉的新兴的应用技术,它的研究涉及了不同学科研究领域的思想和理论,如数字信号处理、图像处理、信息论、通信理论、密码学、计算机科学及网络、算法设计等技术,以及公共策略和法律等问题,是近几年来国际学术界才兴起的一个前沿研究领域,得到了迅速的发展. 但数字水印技术仍然是一个未成熟的研究领域,还有很多问题需要解决,其理论基础依然薄弱. 随着一些先进的信号处理技术和密码设计思想的引进,必将日趋成熟且得到更为广泛的发展应用.参考文献:[1 ] Eepa Kundur. Dimitrios hatzinakos. Digital watermarking fortelltale tamper proofing and authentication [J ] . Proceeding of the IEEE. 1999 , 87(7) :1167~1180.[2 ] 张春田,苏育挺. 信息产品的版权保护技术———数字水印[J ] . 电信科学,1998 ,14(12) :15~17.[3 ] Bender W, Gruhl D. Techniques for data hiding[J ] . IBM sys2tem journal ,1996 ,35(3~4) :313~336.[4 ] Cox I J , Killian J ,Leighton F T. Secure spread spectrum wa2termarking for multimedia[J ] . IEEE transactions on image pro2cessing ,1997 ,6(12) :1673~1687.[5 ] Zhao J , Koch E. Embedding robust labels into images forcopyright protection[A] . In : Proceedings of the knowright’95conference on intellectual property rights and new technologies[C] . Vienna , Austria , 1995. 241~251.[6 ] Podilchud C I , Zeng W. Image - adaptive watermarking usingvisual model [J ] . IEEE journal on special areas in communica2tions ,1998 ,16(4) :525~539.

数字版权的最后一道防线—数字水印北京大学计算机科学技术 研究所 朱新山数字水印被视做抵抗多媒体盗版的“最后一道防线”。因此从水印技术自身来说,它具有广泛的应用前景和巨大的经济价值。当今社会的发展已经呈现两个明显的特征:数字化和网络化。数字化指的是信息的存储形式,特点是信息存储量大、便于编辑和复制;网络化指的是信息的传输形式,具有速度快、分布广的优点。过去10 年,数字媒体信息的使用和分布呈爆炸性的增长。人们通过互联网可以快捷方便地获得数字信息和在线服务。但同时,盗版也变得更加容易,对数字内容的管理和保护成为业界迫切需要解决的问题。数字信息在本质上有别于模拟信息,传统的保护模拟信息的方案对数字信息已不再奏效。再加上一些具有通用目的的处理器,如PC 机,使得那些基于硬件的媒体保护方案很容易被攻破。而通常采用的加密技术事实上只能在信息从发送者到接受者的传输过程中保护媒体的内容。在信息被接收到以后,再利用的过程中所有的数据对使用者都是透明的,不再受到任何保护。在这一形势下,数字水印作为一种潜在的解决方案,得到了众多学者的青睐。数字水印的基本思想是在原始媒体数据中,如音频、视频、图像等,隐藏具有一定意义的附加信息作为标记,这些信息与原始数据紧密结合,并随之一起被传输。在接收端,通过计算机水印信号被提取出来用于各种目的,可能的应用包括数字签名、数字指纹、广播监视、内容认证、拷贝控制和秘密通信等。数字水印被视做抵抗多媒体盗版的“最后一道防线”。因此从水印技术自身来说,它具有广泛的应用前景和巨大的经济价值。数字水印的基本框架一个典型的水印系统由嵌入器和检测器组成,如图所示。嵌入器(式(1))根据要传送的信息M 生成真正的水印信号,并把它隐藏到媒体数据x 中,得到含水印的信号y。为了安全起见,水印信号的生成通常依赖于密钥K。y 经过传输网络可能会有一定的信息损失,到达检测器端变成y′,这段通道对于嵌入器和检测器来说都是不可控、不可知的,可以称其为攻击通道(attack channel)。检测器负责从y′中提取信息,如式(2)。对于不需要宿主信号的检测,我们称为盲水印(blind watermarking),相反称为非盲水印(non-blind watermarking)。由于应用的需求,盲水印一直是研究的主流。数字水印的特性数字水印的思想虽然简单,但是要达到应用的目的,就必须满足一定的性能指标,其中相对重要的特性包括:● 保真性(fidelity):又常称为不可见性,指的是水印嵌入导致宿主信号质量变化的程度。鉴于宿主信号多是多媒体数据供人们观赏,水印应具有很高的保真性,同时又增加了水印自身的安全。● 鲁棒性(robustness):是指水印在媒体数据编辑、处理过程中的生存能力。媒体数据的各种操作会导致宿主信号信息损失,从而破坏水印完整性,像压缩、滤波、加噪、剪切、缩放和旋转等,也包括一些恶意的攻击。● 信息容量(data payload):是指在一定保真度下,水印信号可传递的信息量。实际应用要求水印可传送多位信息。● 安全性:在应用中总有人要嵌入、检测或剔除水印,而必须限制其他人做同样的操作,这就是水印的安全性。要实现安全,必须保密重要信息,比如通常使用密钥产生水印。● 错警率:是指在不含水印的宿主信号中,错误地检测出水印的概率。很显然,只有错警率足够低,系统才能安全可靠地使用。设计水印必须围绕上述性能指标选择合适的技术。有些特性之间是不相容的,像不可见性、鲁棒性和信息容量,必须做权衡的考虑。由水印的保真性将其分为可见水印和不可见水印,顾名思义可见水印可通过人眼检测。由水印的鲁棒性又可分为鲁棒水印(robust watermarking)和脆弱水印(fragile watermarking)。鲁棒水印可以抵抗一定程度的信号处理;而脆弱水印的特点是任何对媒体信息的更改都会破坏水印的完整性,使水印检测不出来。所以说鲁棒水印是尽力保证水印信息的完整性,脆弱水印是尽力保证媒体信息的完整性,它们各有各的用途。还有一种水印介于二者之间,称为半脆弱水印,对一些操作鲁棒,但对重要数据特征的修改操作是脆弱的。数字水印技术的进展早期,水印设计者关注的是如何把信息隐藏在数字媒体中并不被发现。为此,水印信息被置于二进制数据的最低位中,这类方案被统称为最低有效位调制。很明显,最低有效位内的信息容易在常用的信号处理中丢失,水印的鲁棒性差。随后,出现了大量空间域内的水印算法。水印嵌入不再是修改空间域内的单个点,而是一个点集或一个区域的特征,例如均值、方差、奇偶性等。Patchwork 是这类方法的一个典型代表。它在图像空间随机选取n 对像素点(ai, bi),并且对像素ai 的亮度加d,bi 的亮度减d,结果这两组像素点之间亮度差值的均值被修改为2d。该均值和统计假设检验理论可确定水印的有无。可是Patchwork 能嵌入的信息量有限,而且对几何变换敏感。空间域内水印算法存在的共性问题是对图像处理的鲁棒性差。相较于空间域,频谱则是一种很好的信号描述方法。低频分量代表了信号的平滑部分,是主体信息;高频分量表示信号的抖动部分,是边缘信息,信号的分析和处理非常直观方便。扩频水印引入了扩频通信理论,是一种非常流行的频率域内的水印设计思想。它将数字媒体视为信道,通常具有较宽的带宽,要嵌入的水印信号作为发射信号,带宽较窄。可以先将水印扩展到多个频率点上,再与媒体信号叠加。这样,每个频率分量内只含有微小能量的水印,既保证了不可见性,同时要破坏水印,则必须在每个频率上叠加幅值很高的噪声。这一思想首先被应用到DCT 域内,之后又被推广到傅立叶变换域和小波域内。另外,为了兼顾水印的保真性,人类感知模型被用于控制每个频率点上水印的能量,使其不至于破坏信号质量,从而形成了一类自适应的扩频水印。另一种重要的水印模型是把水印看成是已知边带信息的通信。边带信息指的是嵌入器端已知的信息,包括媒体数据。嵌入器应该充分利用边带信息,尽可能提高水印正确检测的概率。这对水印的设计有重要的指导意义,它说明含水印的宿主信号应该选择在可检测到水印的区域,同时保证一定的保真度。当前,水印研究的热点是探讨媒体信号中能嵌入并可靠检测的最大信息量,它应用了已知边带信息的通信模型以及信息论的知识。水印算法的研究则侧重于针对压缩域,即JPEG、MPEG等压缩标准,因为压缩是信息传输中必须采用的技术。数字水印的攻击技术对媒体数据的各种编辑和修改常常导致信息损失,又由于水印与媒体数据紧密结合,所以也会影响到水印的检测和提取,我们把这些操作统称为攻击。水印的攻击技术可以用来测试水印的性能,它是水印技术发展的一个重要方面。如何提高水印的鲁棒性,抵抗攻击,是水印设计者最为关注的问题。第一代水印性能评价系统 Stirmark 囊括了大量的信号和图像处理操作,它们可以分为:● 去除水印攻击(Removal attack):主要包括A/D、D/A 转换、去噪、滤波、直方图修改、量化和有损压缩等。这些操作造成了媒体数据的信息损失,特别是压缩,能在保证一定信息质量的前提下,尽可能多地剔出冗余,使得水印被去掉。● 几何攻击(Geometrical attack):主要包括各种几何变换,例如旋转、平移、尺度变换、剪切、删除行或列、随机几何变换等。这些操作使得媒体数据的空间或时间序列的排布发生变化,造成水印的不可检测,因此也叫异步攻击。● 共谋攻击:攻击者利用同一条媒体信息的多个含水印拷贝,使用统计方法构造出不含水印的媒体数据。● 重复嵌入攻击:攻击者在已嵌入他人水印的媒体数据中嵌入自己的版权信息,从而造成版权纠纷。第二代水印攻击系统由 Voloshynovskiy 提出,其核心思想是利用合理的媒体数据统计模型和最大后验概率来估计水印或者原始媒体信号,从而将水印剔除。对攻击技术的分析和研究促进了水印技术的革新,但也为水印自身提出了一个又一个挑战。当前,还不存在一种算法能够抵抗所有的攻击,特别是几何攻击,是学术界公认的最困难的问题,目前还没有成熟的方案。数字水印产品20 世纪90 年代末期国际上开始出现一些水印产品。美国的Digimarc 公司率先推出了第一个用于静止图像版权保护的数字水印软件,而后又以插件形式将该软件集成到Adobe 公司的Photoshop 和Corel Draw 图像处理软件中。AlpVision 公司推出的LavelIt 软件,能够在任何扫描的图片中隐藏若干字符,用于文档的保护与跟踪。MediaSec 公司的SysCop 用水印技术来保护多媒体内容,欲杜绝非法拷贝、传播和编辑。美国版权保护技术组织(CPTWG)成立了专门的数据隐藏小组(DHSG)来制定版权保护水印的技术标准。他们提出了一个5C 系统,用于DVD 的版权保护。IBM 公司将数字水印用于数字图书馆的版权保护系统中。许多国际知名的商业集团,如韩国的三星、日本的NEC 等,也都设立了DRM 技术开发项目。另外,当前还有一些潜在的应用需求,例如软件的搜索和下载数量的统计、网页安全预警、数字电视节目的保护和机密文档的防遗失等。一些国际标准中已结合了数字水印或者为其预留了空间。SDMI 的目标是为音乐的播放、存储和发布提供一个开放的框架。SDMI 规范中规定了多种音频文件格式,并联合加密和数字水印技术来实现版权保护。已经颁布的JPEG2000 国际标准中,为数字水印预留了空间。即将颁布的数字视频压缩标准MPEG-4(ISO/IEC 14496),提供了一个知识产权管理和保护的接口,允许结合包括水印在内的版权保护技术。在国内,政府对信息安全产业的发展极为重视。数字水印的研究得到了国家自然科学基金和“863”计划的资助。国内信息隐藏学术研讨会(CIHW)自1999 年以来至今已成功举办了五届,有力地推动了水印技术的研究与发展。去年政府更颁布了《中华人民共和国电子签名法》,这给水印技术的应用提供了必要的法律依据。尽管数字水印发展迅速,但离实际应用,还有一段距离要走。许多项目和研究都还处于起步和实验阶段,已出现的水印产品还不能完全满足使用需求。如今水印技术正在向纵深发展,一些基本的技术和法律问题正逐个得到解决。相信不久的将来,水印与其它DRM 技术的结合,将彻底解决数字内容的管理和保护问题。小资料2多媒体数字版权保护的应用案例在安全领域有 20 年发展历史的美商SafeNet 推出的数字产权保护方案DMD 是采用加密技术的DRM 产品。SafeNet 公司亚太地区副总裁陈泓应记者的要求介绍几个成功的应用案例。DMD 主要应用于音乐和铃声的下载、VOD、多媒体内容发布服务,以及最近的移动TV。基本来说,客户选择基于以下几点:基于电信级的性能,可以同时处理上千个用户;可以同步支持多种DRM 技术,并且对未来的DRM 技术有高支持能力;高互通性,确保服务器端与客户端能安全稳定地沟通;先进的授权能力,例如可以有效控制一个授权的使用量;高集成性,确保DRM的平台不是独立作业的,可以很容易地整合至服务器平台,与收费系统等结合。在音乐下载方面,NPO 是SafeNet 在法国的客户。他们主要负责发布CD 音乐及将发表的音乐放到FN@C 的网络上供人付费下载。NPO 将音乐内容做DRM 处理后,将内容由FN@C (这是一个公开的入口网站)发布,提供给人付费下载。当终端用户付了钱,FN@C 会将一部分的证明数据加密并提交给NPO,由NPO 产生授权给此用户。在 VOD 的应用层面,德国的Arcor 公司是一家ISP 供货商。透过DRM 解决方案,Arcor 将影音内容加密,透过互联网和Cable 给客户做使用者付费的服务。客户付了钱,Arcor 由SafeNet的DRM 解决方案产生正式授权,让客户享用影音服务。在 3G 的应用方面,英国的BT LiftTime 公司也采用SafeNet 的DMD 方案。BT LifeTime 向内容供货商购买cable TV 的内容(如运动节目或音乐节目等),并将此内容转成dab 格式,经过DMD加密并放到其平台,再转卖给无线运营商,提供移动装置用户直接付费下载内容。通过SafeNetDMD 将授权提供给已经付费的客户。

检测系统数字化测试技术论文

测控技术可以提高建造的效率与建设成本,进而提高人们的生活质量,这是我为大家整理的2000字的测控技术论文,仅供参考!

智能测控仪表技术探析

【摘要】分析了现场总线特点,提出了智能测控仪表系统的CAN总线通信方案,阐述了智能仪表中通用CAN通信接口的硬件设计与软件实现框图。

【关键词】智能;测控仪表

1 引言

现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,被誉为自动化领域的计算机局域网,是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统,也被称为开放式、数字化、多点通信的低层控制网络,是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。由于它适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化发展的方向,在减少系统线缆,简化系统安装、维护和管理,降低系统的投资和运行成本,增强系统性能等方面的优越性,它一经产生便成为全球工业自动化技术的热点,受到全世界的普遍关注。

自20世纪80年代末以来,有几种类型的现场总线技术己经发展成热并且广泛应用于特定的领域。这些现场总线技术各具特点,有的已经逐渐形成自己的产品系列,占有相当大的市场份额。几种比较典型的现场总线有CAN总线、LonWorks总线、PROFIBUS总线等。CAN(ControlArea Network)总线是山德国BOSCII公司为实现汽车内部测量与执行部件之间的数据通信而设计的现场总线。与一般的通信总线相比,CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性,使其应用范围不再局限于几汽车工业,而向机械工业、过程工业等领域发展,更适合现场级工业监控设备的互联。CAN总线规范已经成为国际标准,被公认为几种最有发展前途的现场总线之一。具体来说,CAN具有以下特点:结构简单,只有两根线与外部相连;通信方式灵活,以多主方式下作而不分主从,可以点对点、点对多点及全局广播方式发送和接收数据;废除了传统的站地址编码,而代之以对通信数据块进行编码;采用短帧格式,每帧数据长度最多为8个字节,可满足工业控制领域的一般要求。同时8个字节不会占用总线时间过长,从而保证了通信的实时性;采用非破坏性总线仲裁技术;采用CRC检验并提供相应的错误处理功能,保证了数据通信的可靠性;CAN节点具有自动关闭功能,在节点错误严重的情况时自动切断与总线的联系,这样可不影响总线正常工作。

2 智能测控仪表的系统结构

一个典型的基于CAN总线的智能测控仪表的系统结构,系统主要由两部分组成:上位机和智能测控仪表,测控仪表的主要任务是接收来自上位机的命令完成工业现场的各种模拟量的采集和实现对各种生产设备的控制,而上位机则负责对整个智能测控系统进行监控和管理,其任务包括CAN节点状态消息的显示及报警、向CAN节点发送命令及控制参数、接收CAN节点数抓、曲线显示、存储打印等。这些功能可利用现代微机丰富的资源和强大的功能实现,除此之外,通过对采集数据的后台处理,还可实现诸如数字滤波PFT变换等智能化功能,CAN通信采用两线接口,要进行通信的各节点的控制器通过CAN驱动器连接到CAN总线上,各节点在CAN通信中没有物理地址,而是采用软件ID辨识的方式对在总线上广播的信息进行过滤,以及当多个节点需要同时信息传送时决定信息传送的优先级。

芯片与CAN总线的通信通过CAN总线收发器进行,CAN总线收发器是CAN控制器和物理总线间的接口,提供对总线的差动放人和接收功能。要实现PC机与CAN总线的通信,必须借助于PC机的CAN通信卡,这种卡市场上有很多,可根据需要进行选择,亦可自行设计。

3 智能测控仪表的接口设计

CAN总线是一种串行数据通信协议,在CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能,可以完成对通信数据的成帧处理。

SJA1000是Philips公司PCA82C200型CAN控制器的后续产品,在软件和引脚上均与PCA82C200兼容,井增加了许多新的功能,性能更佳,尤其适用于对系统优化、诊断和维护要求比较高的场合。SJA1000的功能由以下几部分构成:接口管理逻辑;发送缓冲器,能够存储1个完整的报文事(扩展的或标准的);验收滤波器;接收F1F0;CAN核心模块。

SJA1000的一端与单片机相连,另一端与CAN总线相连。但是,为了提高单片机对CAN总线的驱动能力,可以把82C250作为CAN控制器和物理总线间的接口,以提供对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力。

若用SJA1000作为流量计的CAN控制器,与CPU(单片机)相连,再通过PCA82C250组成CAN总线。这种结构很容易实现CAN网络节点中的信息收发,从而实现对现场的控制。

CAN通信协议主要由CAN控制器完成,SJA1000是适用于汽车和一般工收环境控制器局域网(CAN)的高集成度控制器,具有完成高性能通信协议所要求的全部特性,具有简单总线连接的SJA1000可完成物理层和数据链路层的所有功能,应用层功能可由微控制器完成,SJA1000为其提供多用途的接口。

SJA1000操作期间,在上电之前必须配置控制线路(中断、复位、片选等)建立与CAN控制器之间通信的硬件连接。初始化、CAN通信采用中断方式数据发送和接收子程序。

如果在上电后独立CAN控制器在引脚17得到1个复位脉冲(低电平),它就能够进入复位模式。在对SJA1000寄存器设置前,CAN控制器通过读复位模式请求标志来检查是否己进入复位模式,因为要配置信息的寄存器只有在复位模式才能写入,并涉及到对控制寄存器CR、验收码寄存器(ACR)验收屏蔽寄存器(AMR)、总线定时寄存器(BTRO和BTR1)输出控制寄存器(OCR)的初始化编程。时钟分频寄存器可以选择BasicCAN或PeliCAN工作模式,设置CLKOUT引脚使能用来选择频率,设置是否使用旁路CAN输入比较器和是否使用TX1输出用为专门的接收中断输出。验收代码和验收屏蔽寄存器的设置可以过滤信息,为收到的信息定义验收代码;为与验收代码相关位比较定义验收屏蔽代码。

总线定时寄存器定义总线上的位速率。输出控制寄存器定义CAN总线输出引脚TX0和TX1的输出模式,定义TX0和TX1输出引脚配置是悬空、下拉、上拉或推挽以及极性。中断寄存器设置允许识别的中断源。

4 小结

多个智能仪表通过CAN接口与PC连成总线网,其系统运行良好。这种基于现场总线的智能仪表系统抗干扰性强、性能可靠,无论是测量速度、精确度和自动化程序还是性价比都是传统仪表不能比拟的,是今后仪器仪表发展的方向。

现代电子测控技术的应用分析

摘要:现代电子测控技术是基于计算机技术、信息技术、网络技术、电子技术等基础上来实现的,是一项综合性技术,随着现代社会的发展,目前在很多领域中都得到了广泛的应用。本文中主要对现代电子测控技术的应用进行了探讨,对该项技术的发展前景进行了展望。

关键词:电子测控;技术;特点;发展现状

中图分类号:K826文献标识码: A

随着现代社会的发展以及各种需求的不断增长,电子测控技术也得到了快速的发展。该技术是现代高新技术的重要组成部分,是集计算机技术、信息技术、电子技术、网络技术和光电技术等多种高新技术为一体的综合性技术。随着相关技术的更新换代,测控技术也不断走向网络化、信息化和智能化的道路。现代测控技术就是依靠人工将实时监控到的数据录到电脑中去,并结合现代计算机处理技术进行相关数据分析,得到有用的信息。随着现代测控技术的发展,数据信息的速度和准确率上都有较大的提升。现代社会不断发展、人民生活水平的日益提高,现代测控技术更是延伸到人们生活的各个领域,尤其是在国防、航天、电子、农业等重要领域起着不可忽视的作用。

1现代电子测控技术介绍

现代测控技术就是依靠人工将实时监控到的数据录到电脑中去,并结合现代计算机处理技术进行相关数据分析,得到有用的信息。现代测控技术主要是在现代测控系统的指导性进行自动化控制,它主要依赖的就是现代计算机处理技术。现代测控系统的组成。现代测控系统主要有控制器、程控设备和仪器、测控应用软件、总线与接口和被测试对象等五大部分组成。控制器是测控系统的控制和指挥中心,主要指的是计算机等;程控设备和仪器包括有各种程控开关及仪器、、存储器件和显示器件等;测控软件有驱动和应用程序等;总线和接口是各种设备和仪器的连接通道,有连接器、插槽等;被测试对象则是根据任务的不同进行确定的。按照结构不同可以把现代测控系统划分为基本型、闭环控制型和标准型三类。

2现代电子测控技术的特点

随着相关技术的更新换代,市场日趋激烈的竞争环境和人们需求的多样化、高要求化,测控技术也在实现自身技术的突破,不断走向网络化、数字化、分布式化和智能化的道路。

网络化

随着网络覆盖面的扩大,计算机技术和现代信息技术的不断发展,测控技术与现代计算机技术、网络技术和通信技术的日益密切,测控技术逐步走向网络化。除此之外,传感器技术在测控系统中的应用也使得现代测控技术使用的更加便捷。现代测控技术的不断更新与发展,其应用范围也在日益深化,逐渐应用到国防、航天、电子、农业等重要领域。

数字化

现代测控技术就是依靠人工将实时监控到的数据录到电脑中去,并结合现代计算机处理技术进行相关数据分析,得到有用的信息。由此可见,使用现代测控技术就是为了有效监测被试对象,以期获得有用的信息。在信息高速发达的社会,数字化技术是现代高新技术发展的必经之路。数字化主要包含有通信数字化、信号数字化了、多媒体数字化等。多媒体数字化主要应用于教学,通信数字化主要使得人们无线交流起来更加便捷。

智能化

智能化是现代信息技术发展的主题,像最基本的手机、电脑都是智能化的产物,机器人同样是智能化发展的结果。随着现代测控技术的发展,数据信息的速度和准确率上都有较大的提升。为了使得技术发展的更加人性化、精确、方便,那么在现代测控系统里使用智能化仪器则成了必然的需求。仪器智能化在人工智能和微电子技术的发展基础上也得到了较快的发展,智能化仪器在工业中的应用必将促进工业的快速发展。

分布式化

分布地点不同的测控设备能够有效地选择最适宜的仪器,测控技术的分布化是基于微型计算机技术以及网络技术的,现代测控系统是由有效的联合分布式设备组建而成的。生产控制分布式仪器的过程是一个集测试、控制、管理为一体的全程自动化过程,这就使得测控成本得到了有效的降低,同时增加了测控效率。分布式即是将测控系统中的五大部分有机的联系起来,利用分布化的结构将整个系统有机的协调起来,实现测控系统的有效运转。现代测控系统的分布式特点能够实现安全可靠,故障部分不会对其他系统部分产生影响;新接口和新功能的开发更加便捷,系统功能得到了增强;同时并行的处理方式具有高速运行的特点;具有灵活的使用方式,能够组建多模块以及单模块系统等[2]。测控系统的分布式管理不仅提高了生产的效率,更是有效节约人工监测成本。借助计算机网络技术为微型计算机技术的发展,分布式测控技术也将不断更新完善。

3现代电子测控技术的发展现状

现状。随着先进科学技术和社会经济的迅猛发展,现代测控技术的应用范围得到了很大的拓展,具有很快的发展速度,同时极大地提高了测控技术水平。但是,仍然存在着很多大大小小的问题,测控技术在我国没有进入高水平的发展阶段,在微型化、数字化以及智能化等方面仍落后于发达国家。所以,我国需要加强先进技术和设备的引进和应用,借鉴国外先进技术和有效的发展模式,尽量与国际技术发展接轨,不断开拓创新,尽量缩小发展差距,达到高水平的现代测控技术。

前景。测控技术的发展逐步面向全球化和网络化等,更加紧密地加强了世界各国的联系,逐步趋近于科学先进的发展态势。社会经济的市场发展很大程度上促进了现代测控技术的不断进步,进而与社会发展融合,带动科学技术的全球化发展。目前,各个产业的发展迅速,也带来了测控技术的飞速发展,分析现代测控技术的发展可以发现,开放化和标准化是其清晰的发展趋势。随着相关技术的更新换代,市场竞争环境日趋激烈化和人们需求的多样化、高要求化,测控技术也在实现自身技术的突破,不断走向网络化、数字化、分布式化和智能化的道路。在信息化高速发展的现代社会,现代测控技术的发展前景依然还是非常广阔的。现代测控技术的应用尤其是在工业发面的应用,逐步推动了社会的发展和进步。

4现代电子测控技术的应用

现代测控技术更是延伸到人们生活的各个领域,尤其是国防、航天、电子、农业等重要领域起着不可忽视的作用。

农业、航天领域

航天飞行过程中飞行目标的控制和测量是通过现代测控技术实现的,它主要可以完成以下几个功能:航天器的物理参数和运动参数测量、宇航员生理信息测量、跟踪测量航天器、控制指挥飞行目标、监视飞行状态等。农业方面也融合了测控技术的应用,比如:对粮食温度进行测量,高温报警,启动通风机进行粮仓的通风。

新型传感器技术

新型传感器技术是测控技术的重要方面,能够应用在生活生产的各个领域。例如:监测火车的机车状况、监控心内压系统等均应用了智能传感器;气体微型化传感器主要应用在防伪、国防、机器人、化工、医学、交通等方面;集成传感器的应用领域主要有:视觉测量、压力测量、温度测量等;数字传感器的应用主要集中在环境温度测量以及银行监控等方面。

远程测控

远程测控是现代测控技术的重要内容,主要包括:无线通信、电话网以及专线的远程测控,可以应用在远程监测电网电站以及输送石油的管道和机器人等方面。现代测控技术能够远程控制燃气、水电的自动抄袭以及诊断设备故障等。

5总结

作为新世纪的高新技术,随着现代社会不断发展、人民生活水平的日益提高,现代测控技术更是延伸到人们生活的各个领域,尤其是在国防、航天、电子、农业等重要领域起着不可忽视的作用。随着竞争环境和人们需求的多样化、高要求化,测控技术也在实现自身技术的突破,逐步走向系统化、网络化和智能化之路。

参考文献

[1]陈辉,常江,张连军.测试技术实验教学改革与学生创新能力的培养[J].实验技术与管理,2007(2)

[2]况迎辉,祝学云,陈建元.现代测控技术创新实践平台建设的探索与实践实验[J].技术与管理,2009,26(11)

[3]李欣国.浅谈现代测控技术及其应用[J].实用科技,2010(16)

[4]侯晓婷.测控技术在电子技术方面的应用[J].华东科技,2013(05)

软件测试被定义为是以评价一个程序或者系统属性为目标的任何一种活动,测试是对软件质量的度量。下面我给大家分享软件技术论文2000字,大家快来跟我一起欣赏吧。

软件测试技术研究

摘 要:软件测试是软件工程范畴的一项重要工作,与软件质量密切相关。本文就软件测试的概念、分类和方法等几个方面进行了论述。

关键词:软件测试;黑盒测试;白盒测试

中图分类号:

软件测试是软件生产过程中的一个重要环节,是伴随着软件的产生而发展的,它并不是不能正常运行的软件的专利,而是为了发现所有软件缺陷而执行程序的过程。软件测试贯穿于软件开发的到投入使用的各个过程中,不同阶段的测试手段各不相同,测试成为软件产品质量控制和管理的重要手段之一。大量资料表明,软件测试的工作量占软件开发总工作量的40%以上,测试成本也占总成本的30%―50%。

1 软件测试的目标和重要性

软件测试的定义

看待软件测试的角度不同,软件测试的定义也各不相同。总的说来,软件测试就是利用测试工具按照预先设定好的方案和流程对产品进行功能和性能测试,甚至根据需要重新编写测试代码,对测试过程中可能出现的问题进行分析和评估。它是帮助识别开发完成的计算机软件的正确度、完全度和质量的软件过程,是保证软件质量的重要内容。

软件测试的目标

软件测试的正确定义是“为了发现程序中的错误而执行程序的过程”。而测试的目的决定了如何去组织测试。测试的目标是什么?曾给出了关于测试的一些规则,这些规则可以看作是软件测试的目标:

(1)软件测试并不是为了验证软件的正确性,而是为了发现错误而执行程序的过程。(2)好的测试方案是尽可能发现目前尚未发现的错误的测试方案。(3)成功有效的测试是发现了至今尚未发现的错误的测试。从以上规则可以看出,测试是以查找错误为中心,和人们通常想象的“测试是为了验证程序的正确功能”,“成功的测试是没有发现错误的测试”等是完全相反的。所以,近年来,正确软件测试目标如下:(1)软件测试并不仅仅是为了查找出软件的错误,而是要通过进一步分析错误产生的原因和错误的发展趋势,发现一些可以通过测试避免的开发风险;(2)通过测试能够帮助测试人员设计出适合该软件更加有效的测试方法,进一步提高测试效率,缩短测试实践,降低测试费用;(3)结果完全正确的测试也是有价值的,是软件质量的一种评价,但并不是测试正确就说明该软件没有错误,随着使用的深入,功能的扩充等会逐步暴露出更多的问题,实践证明,完全没有错误的软件世间难求。

软件测试主要包括

(1)正确性和精确性测试:如果软件的运行结果不正确和不精确,那么会给用户带来很大的麻烦,甚至造成不可估量的损失,因此是保证软件质量的最重要因素。(2)容错性测试:容错性测试是在认可错误的情况下进行的测试,是检查软件在异常条件运行,是否具有防护性和能否自我恢复。容错性测试能确保系统不发生无法意料的事故,从而提高软件的安全性和可靠性。(3)性能与效率测试:用户都希望软件的运行速度更高一些,并且占用的资源更少些,性能与效率测试主要是优化软件的算法,数据结构和代码组织来提高软件的性能和效率。(4)易用性测试:易用性测试是测试软件的易用程度,就像一个常用扳手工具,拿到就能明白怎么去使用,因此易用性测试没有一个量化的指标,主观性较强。在平时使用中,当用户不能正确使用软件中的某个功能时,大多数人首先会通过各种方式学习、请教,或者向产品支持部门打电话,还有一部分用户会查阅用户手册。通常认为,用户不通过翻阅用户手册就能使用的软件易用性较好。(5)文档测试:文档测试主要检查文档的正确性、完备性和可理解性。

软件测试的基本原则

(1)尽早并不断地进行软件测试;(2)程序员或程序设计机构避免测试自己的软件;(3)测试前应当设置合理的测试用例,测试用例的设计不仅要有合法的测试数据,也要有非法的测试数据;(4)对程序修改之后要进行回归测试;(5)妥善保留测试计划、严格按照计划测试,排除测试的随意性,全部测试用例、出错统计和最终分析报告,并对每一个测试结果做全面检查。

软件测试的地位

软件的开发过程包括需求分析、设计、实现和测试四个阶段。软件测试在软件生命周期中占重要地位,是软件交付用户使用前保证软件质量的重要手段。在系统发布之前,从客户的需求出发,尽早发现问题,修改的成本越低,破坏性也越小。一旦系统投产后发现问题,其危害性被成倍放大,甚至会给双方造成不可估量的损失。

2 软件测试方法

按照不同的分类方法,软件测试可以分为多种类型。

从是否需要执行被测试软件的角度分类

静态测试:是指不需要实际运行软件,主要对软件的编程格式、程序逻辑结构等方面进行测试。静态测试是通过对源程序进行语法检查,静态结构分析、代码质量等方面找出缺陷和可疑之处,例如变量定义和生命周期检查、模块接口的正确性、是否允许递归、程序逻辑和结构审查等。

动态测试:通常的上机运行软件而进行的测试,这种方法是使程序有控制地运行,并从多种角度观察程序的行为,以发现其中的错误。在软件维护阶段,当修改软件后,除了对修改部分的软件进行常规的测试外,还应对软件的其他部分进行回归测试,所谓回归测试是指全部或部分地重复已做过的测试,它主要检查软件的修改是否在软件的未修改部分引入了新的错误。

从是否针对软件结构与算法的角度分为

白盒测试,主要是对软件的逻辑结构进行的测试。白盒测试要求测试人员对程序内部逻辑结构及有关信息来设计和选择测试用例,对程序的逻辑路径进行测试,不需测试软件产品的功能。测试过程是基于覆盖全部代码、分支、路径和条件。白盒测试是指在知道产品内部工作过程,通过设置测试用例来检测产品内部动作是否按照规格说明书的规定正确进行,检验程序是否都能按预定要求正确工作,而不顾它的功能,白盒测试的主要方法有逻辑覆盖、基本路径测试等。

黑盒测试:指测试来检测每个功能是否可以正常使用。执行严格的测试,通过对整个软件或某些软件功能,但不检查程序的源代码还是非常清楚的了解该软件的源代码程序具体如何设计。通过输入测试数据,并通过分析的结果输出到测试人员了解软件是如何工作的。在测试中,主要的功能是用来检查是否正确的程序或缺少的功能,用户界面是正确的,错误的数据结构或外部数据库访问错误,性能是正确与否,程序是否有初始化和终止错误的存在。

从测试的不同阶段分类

单元测试:指的是对每一个工作单元进行测试,了解其运行结果是否符合我们的预期。它对测试人员的要求比较高,要求测试人员对程序代码比较熟悉;一般由程序员自己编完某个单元后,先自我检查通过后,再将测试代码交给测试人员进行审核,如果发现缺陷,原开发者应当及时修正程序,这样可以尽快的发现程序中存在的错误,及时修正以提高程序开发的效率。

集成测试:是在单元测试的基础上,测试再将所有的软件单元按照概要设计规格说明的要求组装成模块、子系统或系统的过程中各部分工作是否达到或实现相应技术指标及要求的活动。也就是说,在集成测试之前,单元测试已经完成,集成测试中所使用的对象,已经是经过单元测试的软件单元。

系统测试:是将已经确认的计算机软件和硬件设备、网络和外围设备等元素组合在一起,对已经集成好的系统进行测试,找出所开发的系统与用户需求不符或矛盾的地方,从而提出更加完善的方案.它的任务是尽可能彻底地检查出程序中的错误,提高软件系统的可靠性。

验收测试:也称为交付测试,完成了功能和系统测试后、产品发布之前所进行的测试活动,它是技术测试的最后一个阶段。

总之,随着软件开发和测试技术的不断发展,测试方法也越来越多样化,针对性更强;选择合适的软件测试方法可以让我们事半功倍。

参考文献:

[1]张永梅.软件测试技术研究[J].测试技术学报,2002,6.

[2]刘继华.软件测试技术的研究进展[J].微计算机信息,2012,10.

[3]瞿莉丽.浅析软件测试技术[J].硅谷,2010,4.

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测绘科技信息工作在波澜壮阔的测绘体制改革大潮的推动下,取得了长足的进步。这是我为大家整理的测绘科技论文3000字,仅供参考!

数字地球与现代测绘科技的发展

[摘要]本文通过对数字地球和现代测绘科技的深入分析,对数字地球与现代测绘科技的发展进行了详细阐述,以供同行探讨。

[关键字] 数字地球 现代测绘 科技

[中图分类号]P2 [文献码] C [文章编号] 1000-405X(2013)-2-117-1

0引言

所谓的数字地球也即是指一个用地球坐标为依据,同时具有多分辨率的海量数据以及多维显示的地球虚拟系统。数字地球看成是"对地球的三维多分辨率表示、它能够放入大量的地理数据"。而现代测绘科技则是以计算机技术和光电技术以及网络通讯技术,同时加上空间科学和信息科学为基础的科学技术,而随着全球定位系统的不断完善,以全球定位系统和遥感以及地理信息系统为技术核心,并且将地面原有的特征点以及界线都通过测量手段获得反映地面现状的图形和位置信息,供工程建设的规划设计和行政管理之用,从而为社会的生产和发展创造了有利的条件。而随着科学技术的发展,在当前社会的各领域和行业中,各种技术和理论都得到了长足的发展,并且还涌现出了大批先进的技术和理论,而在当前的数字地球和测绘科技中也不例外,随着大量先进技术以及理论在数字地球和测绘科技中的应用,极大地提高了数字地球和现代测绘科技的水平,从而为社会经济的发展奠定了坚实的基础。然而就数字地球和测绘科技的实际情况而言,其中还存在着一些较为严峻的问题,这些问题不仅影响到数字地球和测绘科技的发展,还制约了社会经济的发展。

本文从测绘学的现代发展出发,对数字地球和现代测绘科技进行了深入的分析,然后对数字地球与现代测绘科技的发展进行了详细阐述。希望能够起到抛砖引玉的效果,使同行相互探讨共同提高,进而为我国数字地球与现代测绘科技的发展起到一定的促进作用。

1测绘学的现代发展

随着社会的发展,人类改造自然的能力也不断提高,因此人们迫切的需要加深对地球的认识,从而才能够更好的改造自然,从而促进人类社会的可持续发展。

测绘学是人类认识自然和认识地球的重要手段,随着测绘学的发展,人们对地球的认知水平也得到了大幅度提高。尤其是随着近几年来计算机技术的高速发展,在测绘领域中也加大了对计算机技术的应用力度,从而使得现代测绘水平得到了进一步提升。我国幅员辽阔,国土面积达到了九百六十万平方千米,而利用现代测绘学将测绘我国的地图就能够大幅度缩短工期,从而解放了许多劳动力,进而有效地节约了成本。

今天,光缆通讯、卫星通讯、数字化多媒体网络技术可使测绘产品从单一纸质信息转变为磁盘和光盘等电子信息,产品分发可从单一邮路转到"电路"(数字通讯和计算机网络传真),测绘产品的形式和服务社会的方式由于信息技术的支持发生了很大变化,实现了信息化的发展。当前,随着我国经济的高速发展和经济所有制成份和运行体制的改革,需要开放民用国家测绘产品;从技术方面看,西方国家卫星测地技术可制作全球几乎任一地区1m分辨率(相当1∶1万比例尺)的地图,卫星上的GPS又可将这种地图纳入全球参考框架和转换为他们的国家坐标系,中、小比例尺国家地图的保密价值已大大降低;对于军事敏感的重力数据,卫星重力技术所发展的低阶全球重力场模型已足够用于他们的远程战略导弹发射。

2数字地球和现代测绘学

地球上一切事件都发生在一定的空间位置,人类社会经济活动所需要的信息绝大部分(约80%)都与地理位置相关。中国21世纪议程62个优先发展项目中,约有40个需要建立或应用地理信息系统。数字地球是利用海量地理信息(即地球空间数据)对地球所做的多分辨率、3维数字化描述的整体信息模型,便于人类最大限度地实现信息资源的共享和合理使用,为人类认识、改造和保护地球提供一种新的手段,这里在数字地球的概念中突出显示了地理坐标的框架作用,因此NSDI是数字地球的基础设施,要求提供(地球)空间数据框架,包括大地测量控制框架(国家定位网和重力控制网)、数字正射影像、数字高程模型、道路、水系、行政境界、公共地籍等基础地理数据集。在此框架上加载各类地球自然信息和人类社会经济活动等一切所需要和感兴趣的人文信息。为数字地球提供上述地球空间数据框架是测绘业本身的"专职",但又对测绘学提出了更高层的技术要求。

3测绘学和地球空间信息学

在本文第一部分已谈及测绘学在新的技术进步推动下的现代发展趋势。

从现代信息论的观点看,测绘学本质上就是一门关于地球空间信息的学科,传统的测绘受地面测量技术、时空尺度和精度水平以及投入的局限,其产品主要是单一的地形图和在地形图基础上编绘的专用地图。它不能反映、至少不能及时反映地球表面形态的变化,特别是大范围和全球变化。其产品制作周期长,已不能满足地区经济和全球经济高速发展的多种需要。信息技术加快了人类社会的运行速度。

测绘学应该是提供人类生存空间自然环境及其变化信息的学科,它的学科内涵发生了巨大的变化,因此如何界定测绘学的含义,已是世界各国测绘工作者所关注的问题。于是从90年代开始,国际上将测绘学(Surveying and Mapping)更改为一个新词,以准确反映学科实质,Geomatics一词由此应运而生。随后,有关Geomatics的提法在我国学术界,主要是地学界成为热门话题,由于对其含义理解不同,其中文译名也是五花八门,现在将它译成"地球空间信息学",已基本得到认同。不管人们对Geomatics的含义如何理解,但根据ISO的标准定义和国际测绘联合会(IUSM)对"测绘学"的定义,两者的含义是基本类同的,只不过Geomatics所涉及的地球空间信息的范围更宽一些。Geomatics更准确地描述了测绘学在现代信息--通讯社会中的地位和作用,适应了现代社会对地球空间信息的极大需求的特点,因而发展和提高了测绘学的研究和工作领域,符合现代测绘学发展的实际。

4结束语

随着这些测绘技术以及测绘理论的应用,使得现代测绘科技水平得到了有效地提高,从而为帮助人们认识地球和促进经济的发展奠定了坚实的基础。通过本文对数字地球与现代测绘科技的深入分析,同时加上对数字地球与现代测绘科技发展的详细阐述,相信读者对其也有了更深刻的认识。

总而言之,数字地球与现代测绘科技是促进社会发展的重要手段,因此,为了进一步提高现代测绘的水平,还必须要加大对其的分析研究力度。

如何促进测绘地理信息科技事业快速发展

[摘要]"十二五"期间为我国测绘地理信息事业的发展指明了方向,即构建数字中国,监测地理国情,发展壮大产业,建设测绘强国。刚召开的党的明确指出要建设美丽中国,实现中国硬件、软件的两手共同发展,测绘地理信息科技事业要根据社会发展的趋势走向,结合经济发展的动态,科学谋划我国测绘地理信息的发展蓝图,丰富测绘地理信息的资源,加大开发力度,加快实现自主创新的脚步,健全信息安全保障体系,完善基础设施建设,充分发挥测绘在国家信息化建设中的作用。

[关键字]测绘 地理信息 科技事业 发展

[中图分类号] P2 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2013)-3-114-1

0 引言

测绘工作国家经济、文化建设和社会发展的一项前提保障性工作,是一个国家地信信息产业的基础组成部分。它为国家经济建设和社会发展提供与地理位置有关的各种专题性和综合性的基础信息,其成果是进行资源调查、环境监测、农田建设、能源、交通、水利等大型工程建设、城乡规划建设、土地开发利用、重大灾害监测预报和科学研究、国防建设以及国家宏观管理决策必不可少的基础资料。从八十年代初期,测绘业开始着手对传统测绘手段和生产工艺进行技术改造,开展了数字化测图、机助地图制图、地图数据库、地理信息系统(GIS)、人卫激光测距(SLR)、全球卫星定位系统(GPS)、遥感(RS)等方面的基础研究和应用研究。尽管我国测绘业取得了长足的进步,但是,其整体技术水平同国际测绘先进水平相比,存在较大差距,远远满足不了国家经济建设与社会发展的需要,这主要表现在:数字化测绘技术体系的若干关键技术问题尚未解决,完整的数字化测绘生产技术体系尚未形成;测绘生产中生产速度慢、更新周期长、产品形式单一、地图印刷质量较低等状况尚未得到根本性转变;测绘基础理论研究相对薄弱,尤其是在遥感、地理信息系统、地图制图学等领域,从而严重影响了技术的进一步发展;测绘信息综合开发应用水平较低,测绘高新技术集成化尚处于起步阶段,在国际市场上的竞争能力较弱,参与全球问题的国际合作研究尚待进一步拓展。 本文就如何促进我国测绘地理信息科技事业的发展做以下建议。

1 积极推进基础地理信息资源建设

第一,利用新技术、新工艺,加强对基础地理信息系统的改造和优化升级,积极开展各级各类专题数据库建设。将基础地理信息更新工作摆在更加突出的位置,加紧研究建立新形势、新技术条件下的基础地理信息更新机制,加快信息更新步伐,切实提高基础地理信息的现势性。第二,加强各级各类基础地理信息资源的整合,积极推进各级测绘部门之间以及测绘部门与有关部门之间的信息共享,实现不同数据源、不同类型、不同尺度基础地理信息数据的集成应用。第三,尽快形成中央和地方测绘部门分级管理、标准统一、种类齐全、互联互通的基础地理信息共享平台,为实现测绘部门基础地理信息快速传送和充分利用创造更加有利的条件。

2 创新思维,以新的理念引领测绘地理信息转型发展

测绘地理信息人勇于实践,大胆创新,勇敢地举旗亮剑,提出24 字总体战略,成为测绘地理信息发展新坐标。新理念的形成,让我们突破传统思维的桎梏,实现了由“测绘”向“测绘地理信息”的嬗变;让我们更加与时俱进,推动数字中国向智慧中国迈进;让我们打破了传统的测绘工作模式,开辟了地理国情监测新领域;让我们加快转变发展模式,真正实现了公益性测绘地理信息事业和地理信息产业两条腿走路。只有敢于打破常规,突破惯性思维的束缚,才能形成测绘地理信息文化“快”的灵魂、“干”的精神、“好”的品质,才能发扬好“热爱祖国、忠诚事业、艰苦奋斗、无私奉献”的测绘地理信息精神。

3 加强测绘科技人才资源建设

人才是科技创新和竞争制胜之本,没有人才就没有创新。一流的学术思想、一流的技术成果,需要有一流的人才。测绘科技人才资源建设包括三个方面:一是千方百计稳定现有科技人员,增强科研与生产单位对人才的凝聚力和吸引力;二是有计划地引进和培养优秀测绘科技人才,逐步开展成绩优异高级工程师的选拔评审,充实和壮大测绘科技创新队伍;三是培养和造就一批科技经营管理人才,提高测绘科技创新队伍的整体素质和创新管理水平。建立人才合理有序流动的机制,鼓励测绘生产单位设立特聘专家岗位,吸引优秀人才进入测绘生产一线;鼓励职工开展技术发明、技术革新活动,并作为职工个人业绩考核的重要指标;通过重点学科、重点实验室、工程技术中心和博士后科研工作站的建设、重大科技项目的实施以及在科技项目立项、评审和验收中设置人才培养指标等方式,培养造就一支由科技领军人才、学术技术带头人、科技创新骨干和基层单位技术骨干等组成的测绘科技人才队伍。

4 加强基础研究和软科学研究

跟踪国际测绘学科前沿,发展测绘科学技术理论和方法,积极开展现代大地测量理论和地球动力学、新型数字摄影测量和遥感机理、地理信息科学、地理空间信息网格理论与技术等研究,提高原始创新能力,增强测绘科技持续发展的后劲。结合测绘事业的可持续发展,开展测绘软科学研究,用以指导测绘管理实践,重点加强测绘发展战略、测绘管理理论、测绘管理体制、测绘法律法规、测绘统计指标体系、测绘工程设计管理以及地理信息产业发展政策等方面的研究。

5 总结

坚持以测绘信息化带动测绘事业发展全局,促进测绘工作在完善体制机制、科技自主创新、快速传送信息等方面取得新的突破,全面提高测绘部门的利用、监管、保障和服务水平。以推进国家信息化发展全局为着眼点,以数字中国地理空间框架建设为重点,以地理信息资源开发利用为主线,加快信息化测绘体系建设,健全测绘公共服务体系,逐步实现地理信息的获取实时化、处理自动化、服务网络化和应用社会化,显著提高测绘行政管理的信息化水平。大力促进地理信息产业发展,为全面建设小康社会和构建社会主义和谐社会提供更加有力的测绘保障。

参考文献

[1]记者,周湛.推动地理信息新型服务业态大发展[N]. 中国测绘报. 2011-06-03.

[2]把握大好机遇努力奋发作为全力推动测绘地理信息事业再上新台阶[N]. 中国测绘报. 2011-12-20 (002).

[3] 本报记者 徐红. 国家地理信息公共服务平台建设步伐加快[N]. 经济日报. 2010-01-25.

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