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【每周一坑】图像的指纹:数字水印 + 【解答】鸡兔同笼

原创 数据库开发技术 作者:Crossin的编程教室 时间:2018-08-21 12:00:00 0 删除 编辑

曾经有过这样的新闻:某公司的员工将内网论坛上的言论截屏发布到互联网上,引发了热议。于是公司通过截图定位到了员工的身份,将其开除。

有人可能好奇,仅凭截图就能知道是谁干的吗?这里就是用到了“数字水印”技术。

数字水印(Digital Watermarking)技术是将一些标识信息(即数字水印)直接嵌入数字载体当中(包括多媒体、文档、软件等)或是间接表示(修改特定区域的结构),且不影响原载体的使用价值,也不容易被探知和再次修改。但可以被生产方识别和辨认。
— 百度百科

只要在你看的页面上嵌入了肉眼不可见的信息,记录你的身份,之后再通过相应的解码软件从流出的截屏上提取出这些信息,就能知道你是谁了。

数字水印的应用还包括防伪、防篡改、保护版权等场景。

数字水印是个很大的范畴,有很多实现方式,具有不同的实现难度、信息容量、抗攻击性、对原图的干扰等。

这里我们介绍一种很简单的实现方式:

  1. 图像中的每个像素通常可以用 RGB(红绿蓝)三个 0~255 的值来表示。如果把这个值转成二进制来表示,就是 00000000~11111111。

  2. 把每个值的最后1位全部设成0,对图像的影响非常细微,人眼无法察觉。

  3. 这样,空出来的最后1位就可以拿来存储信息。把水印字符转成二进制,依次填入这些位置上,就完成了信息的嵌入。

  4. 提取信息就是上述的逆过程:把图像的像素信息取出来,提取最后1位,拼出信息。

今天我们的题目就是:请将一段文字嵌入到一张图片中,然后再成功地复原出来。

示例原图:

嵌入信息后:

提取信息:

相比较之前的题目,这期的问题难道稍高,因此再给一些提示:

  1. 之前几次图像处理用到的 PIL 库,可以方便得到图像的像素值,以及保存新图像。

  2. 将一个字符 c 转成二进制表示:bin(ord(c))[2:],反之:chr(int(s, 2))

  3. 将一个整数 x 的二进制末位设为 0:x // 2 * 2

  4. 处理后的图像需要保存成 png 或 bmp,因为 jpg 是有损压缩,无法保证像素值不变。

  5. 仍然没有头绪的话,可以网上搜索“python 数字水印”寻找参考


详细解答和参考代码将在下次栏目中给出,也可以其他同学在留言中的代码


期待各位同学提交解答。

提交代码可以使用 paste.ubuntu.com 或 

codeshare.io 等代码分享网站,只需将代码复制上去保存,即可获得一个分享地址,非常方便。

往期问题可通过公众号菜单栏“课外辅导”栏目中进入查看。




【解答】鸡兔同笼

上一次的题目 【每周一坑】鸡兔同笼 +【解答】房贷计算器 看来是比较简单,因为是本栏目到目前为止提交答案最多的一次。

大家的解法主要有三种:

1. 枚举法

即循环假设鸡数或兔数,验证是否满足头数和脚数的条件。

参考解答:

def calc_count(m, n):
    for c in range(m+1):
        r = m - c
       if c * 2 + r * 4 == n:
           return c, r
   return 0, 0

m = int(input('heads(m):')) n = int(input('feet(n):')) c, r = calc_count(m, n)
if c == r == 0:    print('invalid input')
else:    print('cocks', c, 'rabbits', r)

TY、penger、GS、😱ེི、Famisi、Bun、张钒、神无月、扶南、喵喵 等同学用了此方法。

2. 计算法

此方法即直接使用推导出的数学算式,计算出结果。

知寒 、Fiat Lux、臧贵城、胖胖萌、阎雷、Butter.Fly.、王文亚、Mayo、灿夜、徐大龙、一休叔叔、会飞的猫、laughing…、╮(╯▽╰)╭、鑫HEAD、A暴躁的眼镜吴 等同学用了此方法。

王目田|xa 同学的代码实现了以上两种方式。

3. 解方程法

利用 sympy 或 numpy 模块里的解方程工具,通过二元方程求解。

曹东、小鱼干拿来啦、花儿笑了、shadowsong 用了这种方式。

虽然从这个问题来看,枚举法有点多余,直接计算很方便。但我想说的是,枚举法更具有“编程的思维”。编程新手可以体会下二者的区别。

感谢各位同学的参与。

期待在下一期中看到你的代码!




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