Python实现图像空域随机水印加入与提取

本文要点在于Python扩展库pillow中Image类的运用。图像空域随机水印的主要思路在于：在原始图像中随机选取一些位置替换为水印图片中的非背景像素，同时生成日志文件记录替换的位置和水印中像素位置的对应关系，然后可以根据加入水印的图片和日志文件来提取和验证水印。

from os import remove
from os.path import isfile 
from random import sample, choice
from PIL import Image
def mergeWaterMark(originPic, watermarkPic, logTxt):
    #原始图片和水印文件必须为图片格式
    if (not originPic.endswith(('.jpg', '.bmp', '.png'))) or (not watermarkPic.endswith(('.jpg', '.bmp', '.png'))):
        return 'Error format.'
    
    #打开原图和水印图片，并获取大小
    imOrigin = Image.open(originPic)
    originWidth, originHeight = imOrigin.size
    imWaterMark = Image.open(watermarkPic)
    watermarkWidth, watermarkHeight = imWaterMark.size
    #随机生成水印位置
    allPositions = [(w,h) for w in range(originWidth) for h in range(originHeight)]
    positions = sample(allPositions, watermarkWidth*watermarkHeight)
    fpLog = open(logTxt, 'w')
    #写入水印文件大小
    fpLog.write(str((watermarkWidth,watermarkHeight))+'\n')
    
    for w in range(watermarkWidth):
        for h in range(watermarkHeight):
            c = imWaterMark.getpixel((w,h))
            c = c[:3]
            #只写入不是白色的像素
            if c != (255,255,255):
                p = choice(positions)
                #写入像素值
                imOrigin.putpixel(p, c)
                #避免重复修改同一个像素
                positions.remove(p)
                #生成日志文件，用来提取水印
                fpLog.write(str(p+(w,h))+'\n')
    fpLog.close()
    #生成加入水印的新图片
    imOrigin.save(originPic[:-4]+'_new'+originPic[-4:])
def restoreWaterMark(mergedPic, logTxt, watermarkPic):
    #删除原来提取过的水印文件
    if isfile(watermarkPic):
        remove(watermarkPic)
    imMerged = Image.open(mergedPic)
    with open(logTxt) as fp:
        for line in fp:
            #读取每一行并还原为元组
            line = eval（line.strip())
            #第一行是水印图片尺寸，先创建水印文件
            if len(line)==2:
                imWaterMark = Image.new('RGB', line, (255,255,255))
            else:
                #提取水印像素并写入水印文件
                c = imMerged.getpixel((line[0],line[1]))
                c = c[:3]
                imWaterMark.putpixel((line[2],line[3]), c)
    #保存提取的水印
    imWaterMark.save(watermarkPic)
#测试
mergeWaterMark('origin.bmp', 'watermark.png', 'logg.txt')
restoreWaterMark('origin_new.bmp', 'logg.txt', 'restoredWaterMark.png')

测试用的原始图片：

测试用的水印图片：

加入水印以后的图片：

提取出来的水印：