iOS——隱形水印的演算法和實現

小魚周凌宇發表於2019-05-07
iOS演算法

很多 APP 都在敏感頁面有水印，主要為了應對輿情時可以追蹤圖片來源，一般在水印上都會有員工或使用者 ID 和暱稱。

iOS——隱形水印的演算法和實現

水印的用途總結有亮點：

  1. 追蹤來源
  2. 威懾作用

威懾作用是指當使用者看到水印時，會自覺避免違法傳輿行為。

但是，當不需要威懾作用時，例如，為了保持應用或者圖片的美觀，顯形的水印似乎不是那麼必要，這時候可以考慮使用隱形水印。

最近在同事在知乎上看到一種水印。

如下圖，表面似乎沒有什麼水印

iOS——隱形水印的演算法和實現

但通過 PS 的混色模式處理後，隱形水印就顯示出來了

iOS——隱形水印的演算法和實現

具體處理方式是

  1. 在原圖上圖層新增全黑圖層
  2. 全黑圖層選擇『顏色加深』

到此為止，我對 PS 的演算法產生了好奇，混色模式是常用工具，但是以前沒有注意過公式。

顏色加深混色模式

PS 的混色模式，其實是底圖和混色層的每個畫素點，經過一系列計算後得到的結果層。

翻閱了一系列資料後我發現，現有的公式都是不正確的，有些熱門文章裡也不對。而 PS 官方文件只對幾種混色模式進行了介紹，而並沒有給出公式。

檢視每個通道中的顏色資訊，並通過增加二者之間的對比度使基色變暗以反映出混合色。與白色混合後不產生變化。

helpx.adobe.com/cn/photosho…

比較多的是這套公式：

結果色 = 基色-[（255-基色）×（255-混合色）]/混合色

公式中（255-基色）和（255-混合色）分別是基色和混合色的反相。

  1. 若混合色為0（黑色），（基色×混合色）為0，得到的數值為一相個負值，歸為0，所以不論基色為何值均為0。
  2. 當混合色的色階值是255（白色）時，混合色同基色。

基本查到的演算法公式都有一個致命問題，公式都標明瞭，任何顏色和黑色混色結果為黑色，這顯然與上文中 PS 處理結果不符合。如果按照這套理論，整個圖片都應該黑了。

最後我試出來一個接近的方案是，

  1. 結果色 = 基色 —（基色反相×混合色反相）/ 混合色
  2. 如混色層為黑色，則認為 RGB 為 (1, 1, 1)，即非常深的灰色

這個公式可以基本實現 PS 中的顏色加深效果。可以將淺色變深，越淺越深。

隱形水印的實現

新增水印

首先介紹 iOS 中的基本影像處理方式：

  1. 獲取圖片的所有畫素點
  2. 改變指標指向的畫素資訊
+ (UIImage *)addWatermark:(UIImage *)image
                     text:(NSString *)text {
    UIFont *font = [UIFont systemFontOfSize:32];
    NSDictionary *attributes = @{NSFontAttributeName: font,
                                 NSForegroundColorAttributeName: [UIColor colorWithRed:0
                                                                                 green:0
                                                                                  blue:0
                                                                                 alpha:0.01]};
    UIImage *newImage = [image copy];
    CGFloat x = 0.0;
    CGFloat y = 0.0;
    CGFloat idx0 = 0;
    CGFloat idx1 = 0;
    CGSize textSize = [text sizeWithAttributes:attributes];
    while (y < image.size.height) {
        y = (textSize.height * 2) * idx1;
        while (x < image.size.width) {
            @autoreleasepool {
                x = (textSize.width * 2) * idx0;
                newImage = [self addWatermark:newImage
                                         text:text
                                    textPoint:CGPointMake(x, y)
                             attributedString:attributes];
            }
            idx0 ++;
        }
        x = 0;
        idx0 = 0;
        idx1 ++;
    }
    return newImage;
}

+ (UIImage *)addWatermark:(UIImage *)image
                     text:(NSString *)text
                textPoint:(CGPoint)point
         attributedString:(NSDictionary *)attributes {

    UIGraphicsBeginImageContext(image.size);
    [image drawInRect:CGRectMake(0,0, image.size.width, image.size.height)];

    CGSize textSize = [text sizeWithAttributes:attributes];
    [text drawInRect:CGRectMake(point.x, point.y, textSize.width, textSize.height) withAttributes:attributes];

    UIImage *newImage = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();
    UIGraphicsEndImageContext();

    return newImage;
}
複製程式碼

顯示水印

通過上文提到的公式，可以讓水印顯示。

+ (UIImage *)visibleWatermark:(UIImage *)image {
    // 1. Get the raw pixels of the image
    // 定義 32位整形指標 *inputPixels
    UInt32 * inputPixels;

    //轉換圖片為CGImageRef,獲取引數：長寬高，每個畫素的位元組數（4），每個R的位元數
    CGImageRef inputCGImage = [image CGImage];
    NSUInteger inputWidth = CGImageGetWidth(inputCGImage);
    NSUInteger inputHeight = CGImageGetHeight(inputCGImage);
    CGColorSpaceRef colorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceRGB();

    NSUInteger bytesPerPixel = 4;
    NSUInteger bitsPerComponent = 8;

    // 每行位元組數
    NSUInteger inputBytesPerRow = bytesPerPixel * inputWidth;

    // 開闢記憶體區域,指向首畫素地址
    inputPixels = (UInt32 *)calloc(inputHeight * inputWidth, sizeof(UInt32));

    // 根據指標，前面的引數，建立畫素層
    CGContextRef context = CGBitmapContextCreate(inputPixels, inputWidth, inputHeight,
                                                 bitsPerComponent, inputBytesPerRow, colorSpace,
                                                 kCGImageAlphaPremultipliedLast | kCGBitmapByteOrder32Big);
    //根據目前畫素在介面繪製影像
    CGContextDrawImage(context, CGRectMake(0, 0, inputWidth, inputHeight), inputCGImage);

    // 畫素處理
    for (int j = 0; j < inputHeight; j++) {
        for (int i = 0; i < inputWidth; i++) {
            @autoreleasepool {
                UInt32 *currentPixel = inputPixels + (j * inputWidth) + i;
                UInt32 color = *currentPixel;
                UInt32 thisR,thisG,thisB,thisA;
                // 這裡直接移位獲得RBGA的值,以及輸出寫的非常好！
                thisR = R(color);
                thisG = G(color);
                thisB = B(color);
                thisA = A(color);

                UInt32 newR,newG,newB;
                newR = [self mixedCalculation:thisR];
                newG = [self mixedCalculation:thisG];
                newB = [self mixedCalculation:thisB];

                *currentPixel = RGBAMake(newR,
                                         newG,
                                         newB,
                                         thisA);
            }
        }
    }
    //建立新圖
    // 4. Create a new UIImage
    CGImageRef newCGImage = CGBitmapContextCreateImage(context);
    UIImage * processedImage = [UIImage imageWithCGImage:newCGImage];
    //釋放
    // 5. Cleanup!
    CGColorSpaceRelease(colorSpace);
    CGContextRelease(context);
    free(inputPixels);

    return processedImage;
}

+ (int)mixedCalculation:(int)originValue {
    // 結果色 = 基色 —（基色反相×混合色反相）/ 混合色
    int mixValue = 1;
    int resultValue = 0;
    if (mixValue == 0) {
        resultValue = 0;
    } else {
        resultValue = originValue - (255 - originValue) * (255 - mixValue) / mixValue;
    }
    if (resultValue < 0) {
        resultValue = 0;
    }
    return resultValue;
}
複製程式碼

程式碼和開源庫

為了方便使用，寫了一個開源庫，封裝的很實用，附帶 DEMO

iOS——隱形水印的演算法和實現

ZLYInvisibleWatermark

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