iOS——隐形水印的算法和实现

发表于 2019-02-20 | 分类于 iOS |

iOS——隐形水印的算法和实现

很多 APP 都在敏感页面有水印，主要为了应对舆情时可以追踪图片来源，一般在水印上都会有员工或用户 ID 和昵称。

水印的用途总结有亮点：

追踪来源
威慑作用

威慑作用是指当用户看到水印时，会自觉避免违法传舆行为。

但是，当不需要威慑作用时，例如，为了保持应用或者图片的美观，显形的水印似乎不是那么必要，这时候可以考虑使用隐形水印。

最近在同事在知乎上看到一种水印。

如下图，表面似乎没有什么水印

但通过 PS 的混色模式处理后，隐形水印就显示出来了

具体处理方式是

在原图上图层添加全黑图层
全黑图层选择『颜色加深』

到此为止，我对 PS 的算法产生了好奇，混色模式是常用工具，但是以前没有注意过公式。

颜色加深混色模式

PS 的混色模式，其实是底图和混色层的每个像素点，经过一系列计算后得到的结果层。

翻阅了一系列资料后我发现，现有的公式都是不正确的，有些热门文章里也不对。而 PS 官方文档只对几种混色模式进行了介绍，而并没有给出公式。

查看每个通道中的颜色信息，并通过增加二者之间的对比度使基色变暗以反映出混合色。与白色混合后不产生变化。

https://helpx.adobe.com/cn/photoshop/using/blending-modes.html

比较多的是这套公式：

结果色 = 基色-[（255-基色）×（255-混合色）]/混合色

公式中（255-基色）和（255-混合色）分别是基色和混合色的反相。

若混合色为0（黑色），（基色×混合色）为0，得到的数值为一相个负值，归为0，所以不论基色为何值均为0。

当混合色的色阶值是255（白色）时，混合色同基色。

基本查到的算法公式都有一个致命问题，公式都标明了，任何颜色和黑色混色结果为黑色，这显然与上文中 PS 处理结果不符合。如果按照这套理论，整个图片都应该黑了。

最后我试出来一个接近的方案是，

结果色 = 基色 —（基色反相×混合色反相）/ 混合色
如混色层为黑色，则认为 RGB 为 (1, 1, 1)，即非常深的灰色

这个公式可以基本实现 PS 中的颜色加深效果。可以将浅色变深，越浅越深。

隐形水印的实现

添加水印

首先介绍 iOS 中的基本图像处理方式：

获取图片的所有像素点
改变指针指向的像素信息

+ (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;
}

显示水印

通过上文提到的公式，可以让水印显示。

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

    //转换图片为CGImageRef,获取参数：长宽高，每个像素的字节数（4），每个R的比特数
    CGImageRef inputCGImage = [image CGImage];
    NSUInteger inputWidth = CGImageGetWidth(inputCGImage);
    NSUInteger inputHeight = CGImageGetHeight(inputCGImage);
    CGColorSpaceRef colorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceRGB();

    NSUInteger bytesPerPixel = 4;
    NSUInteger bitsPerComponent = 8;

    // 每行字节数
    NSUInteger inputBytesPerRow = bytesPerPixel * inputWidth;

    // 开辟内存区域,指向首像素地址
    inputPixels = (UInt32 *)calloc(inputHeight * inputWidth, sizeof(UInt32));

    // 根据指针，前面的参数，创建像素层
    CGContextRef context = CGBitmapContextCreate(inputPixels, inputWidth, inputHeight,
                                                 bitsPerComponent, inputBytesPerRow, colorSpace,
                                                 kCGImageAlphaPremultipliedLast | kCGBitmapByteOrder32Big);
    //根据目前像素在界面绘制图像
    CGContextDrawImage(context, CGRectMake(0, 0, inputWidth, inputHeight), inputCGImage);

    // 像素处理
    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;
                // 这里直接移位获得RBGA的值,以及输出写的非常好！
                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);
            }
        }
    }
    //创建新图
    // 4. Create a new UIImage
    CGImageRef newCGImage = CGBitmapContextCreateImage(context);
    UIImage * processedImage = [UIImage imageWithCGImage:newCGImage];
    //释放
    // 5. Cleanup!
    CGColorSpaceRelease(colorSpace);
    CGContextRelease(context);
    free(inputPixels);

    return processedImage;
}

+ (int)mixedCalculation:(int)originValue {
    // 结果色 = 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;
}