雷锋网按：本文作者fuqiang liu，文章原载于知乎，雷锋网(公众号：雷锋网)已获授权。
本文通过一个的实验，简要介绍频域手段添加数字盲水印的方法，并进一步验证其抗攻击性。在上述实验的基础上，总结躲避数字盲水印的方法。（多图预警）
本文分为四个部分，第一部分综述；第二部分频域数字盲水印制作原理介绍；第三部分盲水印攻击性实验；第四部分总结；
一、综述
本文提供的一种实现“阿里通过肉眼无法识别的标识码追踪员工”的技术手段。通过看其他答主的分析，阿里可能还没用到频域加水印的技术。
相对于空域方法，频域加盲水印的方法隐匿性更强，抵抗攻击能力更强。这类算法解水印困难，你不知道水印加在那个频段，而且受到攻击往往会破坏图像原本内容。本文简要科普通过频域手段添加数字盲水印。对于web，可以添加一个背景图片，来追踪截图者。
所谓盲水印，是指人感知不到的水印，包括看不到或听不见（没错，数字盲水印也能够用于音频）。其主要应用于音像作品、数字图书等，目的是，在不破坏原始作品的情况下，实现版权的防护与追踪。
添加数字盲水印的方法简单可分为空域方法和频域方法，这两种方法添加了冗余信息，但在编码和压缩情况不变的情况下，不会使原始图像大小产生变化（原来是10MB添加盲水印之后还是10MB）。
空域是指空间域，我们日常所见的图像就是空域。空域添加数字水印的方法是在空间域直接对图像操作（之所以说的这么绕，是因为不仅仅原图是空域，原图的差分等等也是空域），比如将水印直接叠加在图像上。
我们常说一个音有多高，这个音高是指频率；同样，图像灰度变化强烈的情况，也可以视为图像的频率。频域添加数字水印的方法，是指通过某种变换手段（傅里叶变换，离散余弦变换，小波变换等）将图像变换到频域（小波域），在频域对图像添加水印，再通过逆变换，将图像转换为空间域。相对于空域手段，频域手段隐匿性更强，抗攻击性更高。
所谓对水印的攻击，是指破坏水印，包括涂抹，剪切，放缩，旋转，压缩，加噪，滤波等。数字盲水印不仅仅要敏捷性高（不被人抓到），也要防御性强（抗打）。就像Dota的敏捷英雄往往是脆皮，数字盲水印的隐匿性和鲁棒性是互斥的。（鲁棒性是抗攻击性的学术名字）
二、频域制作数字盲水印的方法
信号是有频率的，一个信号可以看做是无数个不同阶的正弦信号的的叠加。
上式为傅里叶变换公式，是指时域信号（对于信号我们说时域，因为是与时间有关的，而图像我们往往说空域，与空间有关），是指频率。想要对傅里叶变换有深入了解的同学，建议看一下《信号与系统》或者《数字信号处理》的教材，里面系统介绍了傅里叶变换、快速傅里叶变换、拉普拉斯变换、z变换等。
简而言之，我们有方法将时域信号转换成为频域，同样，我们也能将二维信号（图像）转换为频域。在上文中提到，图像的频率是指图像灰度变换的强烈情况。关于此方面更系统的知识，参见冈萨雷斯的《图像处理》。
下面以傅里叶变换为例，介绍通过频域给图像添加数字盲水印的方法。注意，因为图像是离散信号，我们实际用的是离散时间傅里叶变换，在本文采用的都是二维快速傅里叶变换，快速傅里叶变换与离散时间傅里叶变换等价，通过蝶型归并的手段，速度更快。下文中傅里叶变换均为二维快速傅里叶变换。
上图为叠加数字盲水印的基本流程。编码的目的有二，一是对水印加密，二控制水印能量的分布。以下是叠加数字盲水印的实验。
这是原图像，尺寸300*240
之后进行傅里叶变换，下图变换后的频域图像，
这是我想加的水印，尺寸200*100，
这是我编码后的水印，编码方式采用随机序列编码，通过编码，水印分布到随机分布到各个频率，并且对水印进行了加密，
将上图与原图的频谱叠加，可见图像的频谱已经发生了巨大的变化，
之后，将叠加水印的频谱进行傅里叶逆变换，得到叠加数字水印后的图像，
肉眼几乎看不出叠加水印后的图像与原图的差异，这样，数字盲水印已经叠加到图像中去。
实际上，我们是把水印以噪声的形式添加到原图像中。
下图是在空域上的加水印图与原图的残差（调整了对比度，不然残差调小看不见），
可以看出，实际上上述方法是通过频域添加冗余信息（像噪声一样）。这些噪声遍布全图，在空域上并不容易破坏。
最终，均方误差（MSE）为0.0244
信噪比（PSNR）为64.2dB
那么，为什么频谱发生了巨大的变化，而在空域却变化如此小呢？这是因为我们避开了图像的主要频率。下图是原图频谱竖过来的样子，其能量主要集中在低频。
水印提取是水印叠加的逆过程，
经提取后，我们得到如下水印，问：为什么水印要对称呢？嘿嘿，大家想想看。
三、攻击性实验
本部分进行攻击性实验，来验证通过频域手段叠加数字盲水印的鲁棒性。
1.进行涂抹攻击，这是攻击后的图片：
再进行水印提取：
2.进行剪切攻击，就是网上经常用的截图截取一部分的情况：
进行循环补全：
提取水印：
3.伸缩攻击（这个实验明码做的，水印能量较高，隐匿性不强）：
提取水印（水印加的不好，混频挺严重的）：
4.旋转攻击（明码）：
提取水印：
5.JPEG压缩后（这个实验我好像是拿明码做的，能量主要加在了高频）：
提取结果：
6. PS 4像素马赛克/均值滤波等，攻击后图像
提取水印后图像：
7.截屏，
截屏后我手动抠出要测试的图像区域，并且抽样或者插值到原图尺寸：
测试结果：
8. 亮度调节（明码）：
水印提取：
9.色相调节（明码）：
水印提取：
10.饱和度调节（明码）：
水印：
11.对比度（明码）：
水印：
12. 评论区用waifu2x去噪后图片：
解水印：
13.美图秀秀，我对我女票一键美颜，美白，磨皮，加腮红，加唇彩（有一种很羞耻的感觉，捂脸）：
提取水印：
14. 对于背景纯色的图其实也是无所谓的
能量系数为10时加水印图片：觉得太显噪就把能量系数调低，不过水印的隐秘性和鲁棒性是互斥的
最终提取出的水印：
15.我用将RGB>600的像素设置成为(0，255，0)来模拟PS魔术手，
提取水印为：
16.屏摄，好吧，这个实验我做哭了
屏摄图：
实验结果：
我把水印能量系数调整到2000都没有用。
屏摄之后与原图信噪比为4dB左右，我用多抽样滤波的方式试过，滤不掉屏摄引入的噪声。屏摄不仅引入了椒盐噪声，乘性噪声，还有有规律的雪花纹理（摩尔纹）。
四、总结
基于频域的盲水印方法隐藏性强，鲁棒性高，能够抵御大部分攻击。但是，对于盲水印算法，鲁棒性和隐匿性是互斥的。
本文方法针对屏摄不行，我多次实验没有成功，哪位大神可以做一下或者讨论讨论。还有二值化不行，这是我想当然的，觉得肯定不行所以没做实验。其他的我试了试，用给出的方法调整一下能量系数都可以。
我想大家最关心的是什么最安全，不会被追踪。
不涉及图像的都安全，比如拿笔记下来。
涉及图像的屏摄最安全，
截屏十分不安全。
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