使用 C/C++ 和 OpenCV 添加图片水印 🖼️

在数字图像处理中，添加水印是一种常见的操作，可以用于版权保护、品牌宣传或信息标注。本文将介绍如何使用 C/C++ 和强大的计算机视觉库 OpenCV 来实现将自定义水印（图片或文字）添加到目标图片上。

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准备工作 🛠️

在开始之前，请确保你已经具备以下条件：

1. C/C++ 编译器: 如 GCC/G++, Clang, MSVC 等。
2. OpenCV 库: 需要预先安装并配置好 OpenCV。你可以从 OpenCV 官网 (https://opencv.org/) 下载并根据你的操作系统进行安装。
3. 一个集成开发环境 (IDE) (可选，但推荐): 如 Visual Studio, CLion, Code::Blocks 等，可以方便代码编写和项目管理。
4. 待添加水印的图片: 准备一张你想要添加水印的图片。
5. 水印图片 (可选): 如果你希望使用图片作为水印，请准备好水印图片。

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核心概念 💡

实现图片水印的核心思路是将水印图像（或文字）与原始图像进行某种形式的融合或叠加。OpenCV 提供了丰富的图像处理函数，使得这个过程相对简单。

关键的 OpenCV 组件和函数包括：

• cv::Mat: OpenCV 中用于存储图像数据的核心数据结构。
• cv::imread(): 用于加载图片到 cv::Mat 对象。
• cv::imwrite(): 用于将 cv::Mat 对象中的图像数据保存到文件。
• cv::resize(): 用于调整图像的大小，可以将水印调整到合适尺寸。
• cv::Rect: 用于定义图像中的一个矩形区域 (Region of Interest, ROI)，方便在特定位置操作。
• cv::addWeighted(): 用于对两个图像进行加权混合，常用于实现半透明水印效果。
• cv::putText(): 用于在图像上绘制文字，可以实现文字水印。

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实现步骤 📝

下面将分步骤介绍如何实现图片水印和文字水印。

1. 包含头文件和命名空间

首先，在你的 C++ 代码中包含必要的 OpenCV 头文件并使用 cv 命名空间：

#include <opencv2/opencv.hpp> // 包含 OpenCV 的核心头文件
#include <iostream>

using namespace cv;
using namespace std;

2. 加载原始图片和水印图片 (针对图片水印)

使用 cv::imread() 函数加载你的原始图片和水印图片。

Mat originalImage = imread("path/to/your/original_image.jpg");
Mat watermarkImage = imread("path/to/your/watermark_image.png", IMREAD_UNCHANGED); // IMREAD_UNCHANGED 保留 alpha 通道

if (originalImage.empty()) {
    cerr << "错误: 无法加载原始图片!" << endl;
    return -1;
}

if (watermarkImage.empty()) {
    cerr << "错误: 无法加载水印图片!" << endl;
    return -1;
}

注意: 如果你的水印图片是 PNG 格式并且包含透明通道 (alpha channel)，使用 IMREAD_UNCHANGED 参数可以保留这些信息，从而实现更自然的融合效果。

3. 调整水印大小 (可选)

通常，水印图片的大小需要根据原始图片进行调整，以确保其不会过大或过小。

// 示例：将水印宽度调整为原始图片宽度的 1/5，并保持宽高比
double scaleFactor = (originalImage.cols / 5.0) / watermarkImage.cols;
Mat resizedWatermark;
resize(watermarkImage, resizedWatermark, Size(), scaleFactor, scaleFactor, INTER_LINEAR);

4. 定义水印位置

你需要确定水印在原始图片上的位置。通常可以选择图片的四个角或者中心。

// 示例：将水印放置在右下角，并留有一些边距
int margin = 10;
int x = originalImage.cols - resizedWatermark.cols - margin;
int y = originalImage.rows - resizedWatermark.rows - margin;

// 或者放置在左上角
// int x = margin;
// int y = margin;

// 或者放置在中心
// int x = (originalImage.cols - resizedWatermark.cols) / 2;
// int y = (originalImage.rows - resizedWatermark.rows) / 2;

Rect roi(x, y, resizedWatermark.cols, resizedWatermark.rows);

确保定义的位置和水印大小不会超出原始图片的边界。

5. 将水印叠加到原始图片

方法一：使用 cv::addWeighted() (适用于半透明效果)

如果水印图片没有 alpha 通道，或者你希望实现一个固定透明度的叠加效果，可以使用 cv::addWeighted()。

// 确保水印图像和 ROI 区域的类型和通道数一致
// 如果原始图像是 3 通道 (BGR)，水印图像也应该是 3 通道
Mat watermarkBGR;
if (resizedWatermark.channels() == 4) {
    cvtColor(resizedWatermark, watermarkBGR, COLOR_BGRA2BGR); // 如果有 alpha 通道，先转为 BGR
} else {
    watermarkBGR = resizedWatermark;
}

Mat imageROI = originalImage(roi); // 获取原始图片中要放置水印的区域
double alpha = 0.5; // 水印的透明度 (0.0 完全透明, 1.0 完全不透明)
addWeighted(imageROI, 1.0 - alpha, watermarkBGR, alpha, 0.0, imageROI);

方法二：利用 Alpha 通道进行融合 (适用于 PNG 水印)

如果水印图片有 alpha 通道，可以实现更精细的融合，水印的非透明部分会完全覆盖，透明部分则显示背景。

if (resizedWatermark.channels() == 4) {
    vector<Mat> channels;
    split(resizedWatermark, channels); // 分离 RGBA 通道
    Mat bgr[3] = { channels[0], channels[1], channels[2] };
    Mat alphaChannel = channels[3]; // 获取 alpha 通道

    Mat watermarkBGR_alpha;
    merge(bgr, 3, watermarkBGR_alpha); // 合并 BGR 通道

    Mat imageROI = originalImage(roi);

    // 使用 alpha 通道作为掩码进行融合
    for (int r = 0; r < imageROI.rows; ++r) {
        for (int c = 0; c < imageROI.cols; ++c) {
            double alpha = alphaChannel.at<uchar>(r, c) / 255.0;
            if (alpha > 0) { // 只处理非完全透明的像素
                for (int channel = 0; channel < 3; ++channel) {
                    imageROI.at<Vec3b>(r, c)[channel] =
                        saturate_cast<uchar>((1.0 - alpha) * imageROI.at<Vec3b>(r, c)[channel] +
                                              alpha * watermarkBGR_alpha.at<Vec3b>(r, c)[channel]);
                }
            }
        }
    }
} else {
    // 如果水印没有 alpha 通道，可以简单复制或使用 addWeighted
    Mat imageROI = originalImage(roi);
    resizedWatermark.copyTo(imageROI); // 直接覆盖
}

一个更简洁的使用 alpha 通道的方法是：

if (resizedWatermark.channels() == 4) {
    Mat imageROI = originalImage(roi);
    vector<Mat> bgra_channels;
    split(resizedWatermark, bgra_channels);

    // 创建一个掩码，其中 alpha > 0 的地方为 255
    Mat mask;
    compare(bgra_channels[3], 0, mask, CMP_GT);

    // 提取水印的 BGR 部分
    Mat watermark_bgr;
    vector<Mat> bgr_channels = {bgra_channels[0], bgra_channels[1], bgra_channels[2]};
    merge(bgr_channels, watermark_bgr);

    // 将水印的 BGR 部分拷贝到 ROI，使用掩码
    watermark_bgr.copyTo(imageROI, mask);
} else {
    // 处理没有 alpha 通道的情况
    Mat imageROI = originalImage(roi);
    resizedWatermark.copyTo(imageROI);
}

6. 添加文字水印

如果你想添加文字作为水印，可以使用 cv::putText() 函数。

string watermarkText = "My Copyright";
Point textOrg(originalImage.cols - 200, originalImage.rows - 30); // 文字的起始位置 (左下角)
int fontFace = FONT_HERSHEY_SIMPLEX;
double fontScale = 1.0;
Scalar color(0, 0, 255); // 字体颜色 (BGR) - 这里是红色
int thickness = 2;
int lineType = LINE_AA; // 抗锯齿

putText(originalImage, watermarkText, textOrg, fontFace, fontScale, color, thickness, lineType);

你可以调整字体、大小、颜色、位置和透明度（通过在文字下方绘制一个半透明的矩形背景）。

7. 显示和保存结果

最后，你可以显示带有水印的图片，并将其保存到文件。

namedWindow("带水印的图片", WINDOW_AUTOSIZE);
imshow("带水印的图片", originalImage);

imwrite("path/to/your/output_image_with_watermark.jpg", originalImage);

waitKey(0); // 等待按键后关闭窗口
destroyAllWindows();

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完整示例代码 (图片水印 - Alpha 融合)

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>

using namespace cv;
using namespace std;

int main() {
    // 1. 加载原始图片和水印图片
    Mat originalImage = imread("original.jpg"); // 替换为你的原始图片路径
    Mat watermarkImage = imread("watermark.png", IMREAD_UNCHANGED); // 替换为你的水印图片路径

    if (originalImage.empty()) {
        cerr << "错误: 无法加载原始图片!" << endl;
        return -1;
    }
    if (watermarkImage.empty()) {
        cerr << "错误: 无法加载水印图片!" << endl;
        return -1;
    }

    // 2. 调整水印大小 (可选)
    Mat resizedWatermark;
    double scaleFactor = (originalImage.cols / 8.0) / watermarkImage.cols; // 水印宽度为原图的1/8
    if (watermarkImage.cols > originalImage.cols * 0.1) { // 仅当水印宽度大于原图10%时缩放
         resize(watermarkImage, resizedWatermark, Size(), scaleFactor, scaleFactor, INTER_AREA);
    } else {
        resizedWatermark = watermarkImage;
    }


    // 3. 定义水印位置 (右下角)
    int margin = 20;
    int x = originalImage.cols - resizedWatermark.cols - margin;
    int y = originalImage.rows - resizedWatermark.rows - margin;

    // 确保 roi 不会超出原图边界
    if (x < 0) x = 0;
    if (y < 0) y = 0;
    if (x + resizedWatermark.cols > originalImage.cols) {
        resizedWatermark = resizedWatermark(Rect(0, 0, originalImage.cols - x, resizedWatermark.rows));
    }
    if (y + resizedWatermark.rows > originalImage.rows) {
         resizedWatermark = resizedWatermark(Rect(0, 0, resizedWatermark.cols, originalImage.rows - y));
    }

    Rect roi(x, y, resizedWatermark.cols, resizedWatermark.rows);
    Mat imageROI = originalImage(roi);

    // 4. 将水印叠加到原始图片 (使用 Alpha 通道)
    if (resizedWatermark.channels() == 4) { // 检查是否有 Alpha 通道
        vector<Mat> channels;
        split(resizedWatermark, channels); // 分离 B, G, R, Alpha 通道

        Mat mask;
        // Alpha 通道通常是最后一个通道 channels[3]
        // 如果你的 OpenCV 版本或水印图片通道顺序不同 (例如 ARGB)，请相应调整
        if (channels.size() == 4) {
            mask = channels[3]; // Alpha 通道作为掩码
        } else {
            // 如果分离后不是4通道，说明水印图本身就没有alpha，需要特殊处理或报错
            // 这里我们创建一个全白的掩码，效果类似直接覆盖
            mask = Mat(resizedWatermark.rows, resizedWatermark.cols, CV_8UC1, Scalar(255));
        }


        // 提取水印的 BGR 部分 (前三个通道)
        Mat watermark_bgr;
        vector<Mat> bgr_channels_vec;
        if (channels.size() >= 3) {
            bgr_channels_vec.push_back(channels[0]);
            bgr_channels_vec.push_back(channels[1]);
            bgr_channels_vec.push_back(channels[2]);
            merge(bgr_channels_vec, watermark_bgr);
             // 将水印的 BGR 部分拷贝到 ROI，使用 Alpha 通道作为掩码
            watermark_bgr.copyTo(imageROI, mask);
        } else {
            // 如果水印不是至少3通道，则直接拷贝（可能不是期望的效果）
            resizedWatermark.copyTo(imageROI);
        }


    } else if (resizedWatermark.channels() == 3) { // 如果水印是 3 通道 BGR
        // 可以选择直接覆盖或使用 addWeighted
        // resizedWatermark.copyTo(imageROI); // 直接覆盖

        // 或者使用 addWeighted 实现半透明
        double alpha_blend = 0.7; // 透明度
        addWeighted(imageROI, 1.0 - alpha_blend, resizedWatermark, alpha_blend, 0.0, imageROI);

    } else {
        cerr << "错误: 水印图片的通道数不受支持 (" << resizedWatermark.channels() << ")。" << endl;
        // 可以选择直接拷贝单通道图像作为灰度水印
        if(resizedWatermark.channels() == 1){
            cvtColor(resizedWatermark, resizedWatermark, COLOR_GRAY2BGR); // 转为BGR再处理
            resizedWatermark.copyTo(imageROI);
        } else {
            return -1;
        }
    }

    // 5. 显示和保存结果
    namedWindow("带水印的图片", WINDOW_AUTOSIZE);
    imshow("带水印的图片", originalImage);

    if (imwrite("output_with_watermark.jpg", originalImage)) {
        cout << "成功保存带水印的图片: output_with_watermark.jpg" << endl;
    } else {
        cerr << "错误: 无法保存图片!" << endl;
    }

    waitKey(0);
    destroyAllWindows();

    return 0;
}

编译和运行:
你需要将上述代码保存为 .cpp 文件 (例如 add_watermark.cpp)，并使用你的 C++ 编译器链接 OpenCV 库进行编译。

例如，使用 g++:

g++ add_watermark.cpp -o add_watermark $(pkg-config --cflags --libs opencv4)
./add_watermark

(如果你的 pkg-config 配置的是 opencv 而不是 opencv4，请相应修改)。

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结论 🏁

通过 OpenCV，我们可以方便地在 C++ 程序中为图片添加各种类型的水印。无论是简单的文字水印还是带有透明效果的图片水印，OpenCV 都提供了相应的工具和函数来实现。关键在于理解图像的 ROI 操作以及如何有效地融合两个图像。希望本文能帮助你成功地为你的图片添加上自定义的水印！