Image Invisible Watermark 图片盲水印

1 项目简介

• 给图片添加不可见的水印。可以用来证明原图作者，或者寻找泄露源头。
• 对图片的改动极小，不影响原图品质。
• 可自定义两组密码，用来防破解和修改。

1.1 示例

• 原图（需要加水印的图）
  

• 水印图
  

• 用默认参数加水印后的效果，跟原图差异极小。
  合成图 = 原图 + 水印图
  

• 从 合成图 取出的水印
  

  水印图默认值我设定为 64×64 像素，应该是足以应付大部分场景。
  比如你把图样交给某位客户，就可以在水印里记录自己的签名和该客户的编号。
  或者直接用特殊数字，比如你的生日作为加密密码，从不同维度嵌入必要信息。

1.2 抵抗 JPG 压缩

其中的 mod 值在后面会解释，默认是用的 24。
下面展示的是原图，及各种 jpg 画质和 mod 组合下水印还原的结果。

• 卡通图片
  

大部分情况下，默认参数 mod24 抵抗 jpg50 的压缩没有问题。
更多详细测试结果，点这里。

2 源项目

本项目源自 fire-keeper/BlindWatermark: 使用盲水印保护创作者的知识产权

2.1 原理解释

加水印

这里 dwt 小波是一个可逆过程。
嵌入水印时的奇异值分解 dct 和 svd 也是可逆的过程。
水印嵌入主要是根据 mod，把 svd 的 sigma 值对齐到特定位置以表示对应点的黑白。

解水印

3 改进的部分

• 参数分离
  源算法有不少参数是载入原图和水印图时作为 self 变量加入的。比较难区分加水印和解水印过程中，各用到了哪些元素和参数。所以把各个函数用到的参数给分离厘清了一下。顺便把函数也给拆分了一下。现在代码会更易读一些。

• 代码复用
  原算法大量使用 YUV 来表示各通道，但其实也有可能是 RGB，同时也导致了大量（各通道）重复的代码，所以现在把通道都放到了列表里，以简化代码，增加可读性。

• 切图简化
  原算法分 block 时先切图后索引，过程比较复杂。现在大幅简化，直接在原图上操作，读取 block 的坐标以获得切片，混肴并贴回原坐标，省略了很多步骤。

• 自动计算参数
  锁定水印为 64×64 像素时（仍可自行设定），自动计算原来需要设定的复杂参数，尽量满足大部分条件下的解水印鲁棒性，同时减少解水印时所需的参数（dwt_deep / block / wm_shape）。

  自动计算参数以短边优先，缺点是可能导致 block 过小。
  但考虑到现在有很多长微博、条漫、商品详情等都是长图，且很有可能被截取使用，所以较小的 block 可以尽可能保证截取后的画面仍含有完整的水印信息。
  （但过小的窄长图输出的确会比较糟糕，可以手动设定参数。）

• 水印映射
  原算法的 block 排序是横向平铺到底换行。增加了一组选项，让横向 block 对应水印横坐标，纵向 block 对应水印纵坐标。

4 参数说明

主文件是 watermark.py

4.1 init Class

这里全部可以使用默认参数，即不用输入任何参数。
有些参数的作用位置，可以参考上面的原理图。

• wm_seed 水印随机种子。int (0~4294967296)。默认 None，即不打乱水印排序。

• block_seed block 随机种子。int (0~4294967296)。默认 None，即不打乱 block 排序。

• mod 对齐除数。可传入 int 或 tuple(多次 mod)，默认 24。
  这个值可以理解为最终图片改动的幅度。大部分情况下数值越大图片改动约明显，同时解水印效果越好。但具体还是因图而异。

• block 分块的大小。接受 int，tuple(宽,高)，或者 auto。默认是 auto。目前仅支持宽高一致。

• dwt_deep 小波变换次数。int，默认 3 。如果 block="auto" ，那后续如果图片过小可能自动降低本数值。

• color_mode 水印嵌入使用的图像模式，可以是 YUV 或 RGB 。但测试下来大部分情况下 YUV 效果更好，所以默认是 YUV 。

• wm_map_method 水印和 block 的映射方式。int，1=平铺，2=纵横分别映射。默认是 1。

这部分推荐自定义的是 wm_seed 和 block_seed，这样可以防止别人查看你添加的水印，并且可以在这里嵌入特殊数字作为身份识别。

4.2 embed 加水印

这里为了防止误输入所以都用了命名关键字。

• src 需要加水印的原图文件。

• wm 水印图文件。

• output 输出的合成图文件。如果使用了自带的 format_filename 函数，只要指定了输出格式，会自动生成包含各项参数的文件名，方便测试。详见 watermark.py 代码最下方。

• jpg_quality (可选) JPG 压缩品质，默认 80。

4.3 extract 解水印

这里为了防止误输入所以都用了命名关键字。

• src 需要解水印的图。

• output 解码后导出的水印文件。同样可以由 format_filename 生成。

• wm_w 和 wm_h (可选) 水印宽度和高度，默认 64。
  如果 wm_seed=None 的话，其实用默认值 64 也可以解 32 或者 16 的水印，解出来是平铺在 64×64 的图内。但如果设定过 wm_seed 且水印不是默认值，这里就需要手动指定了。

• channel (可选) 解码水印所选用的通道。0 是取所有通道平均。1、2、3 对应 color_mode 的通道。大部分情况下 Y 通道解水印效果最好，所以默认是 1。None 是把上述四种通道合成在一张图上输出，便于观察区别。

5 后记

前期只是想找个盲水印写法来用，刚好试到这个。原作者的方法和数学基础是远胜于我。

但整个项目弄下来，感觉是还有不少改善的可能性。比如现在不同类型的图适用的最优 mod 参数也不同，再比如防剪切部分能不能再优化，等等。后续抽空也会再看看其他的方法，希望能进一步优化看看。