走進二維碼(QR Code)的世界之初體驗

大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家分享的是走進二維碼(QR Code)的世界專題之初體驗。

接上篇 《走進二維碼(QR Code)的世界（1）- 引言》 繼續更文，在上一篇文章的最後，痞子衡給出了這個專題的五個階段推進計劃。第一階段是學習標準QR Code原理，使用Python搭建一個二維碼生成與識別平臺（基於現有開源庫）。你可能會問，為什麼第一階段是基於Python，這其實是痞子衡的習慣。痞子衡每次學習新東西，總喜歡用Python，一是成熟的庫多，二是代碼簡潔寫起來快。今天我們來嘗試用Python做一個GUI工具，這個工具可以生成和識別二維碼，輸入文字即可轉換成二維碼圖片，待識別的二維碼既可以是本地圖片，也可以來自攝像頭。在做這個工具的過程中，我們可以對二維碼技術的實現有一個初步體驗。

一、生成二維碼圖片 - MyQR

先來找一個二維碼生成庫，在全球最大的同性交友網站(github)中輸入"qrcode"，語言選擇"Python"，便會得到如下結果，可以看到網上已經有2個非常成熟的二維碼生成庫了，我們就選Star最多的qrcode庫吧。

 

看了一下項目簡介，qrcode庫非常強大，不僅可以生成普通二維碼，還可以生成帶圖片的藝術二維碼（黑白與彩色）、動態二維碼（黑白與彩色），我們暫時只用它來生成普通二維碼。先安裝好Python（痞子衡安裝的Python3.6），然後使用pip工具直接安裝這個庫，這個庫在pypi網站的名字是"MyQR"，痞子衡安裝的是2.3.1版本。

安裝地址: https://pypi.org/project/MyQR/

MyQR庫的使用足夠簡單粗暴，一行代碼即可。run()函數輸入參數很多，我們僅需關注其中的words、version、level、save_name/dir（默認在當前路徑生成qrcode.png）即可。run()函數返回結果包括version、level、qr_name(生成的二維碼圖片路徑)，你可能會好奇，為啥返回結果裡也有version、level，其實這個庫會根據輸入的words自動匹配出最小的version、level，如果輸入的參數小於最小的version、level，庫會自動使用最小的version、level。

1from MyQR import myqr
2
3version, level, qr_name = myqr.run(
4                                    # 待轉換的字符串
5                                    words,
6                                    # 碼元結構版本(1-40)
7                                    version=1,
8                                    # 糾錯等級(L, M, Q, H)
9                                    level='H',
10                                    picture=None,
11                                    colorized=False,
12                                    contrast=1.0,
13                                    brightness=1.0,
14                                    # 保存圖片名及路徑
15                                    save_name=None,
16                                    save_dir=os.getcwd()
17                                  )

二、識別二維碼圖片 - ZXing

因為MyQR不含識別功能，所以我們還需要再找一個二維碼識別庫。其實痞子衡早就知道有一個非常知名的開源二維碼識別庫ZXing("Zebra Crossing")。ZXing項目是Google開發的，基於Java語言實現，主要面向Android平臺（是的，安卓手機裡的二維碼識別都是基於它）。

項目地址：https://github.com/zxing/zxing

ZXing是Java語言實現，那Python下怎麼使用？別急，人家項目簡介裡已經給出了各種其他語言下的移植，在Python下可以使用python-zxing庫。

項目地址：https://github.com/oostendo/python-zxing  

痞子衡興衝衝地打開這個項目，被第一句項目簡介就震住了「A quick and dirty wrapper for the ZXing barcode library」。其實這個項目就是簡單地在原版ZXing上加了一個殼子，以外部調用的方式執行ZXing的jar包，所以它需要配合下面3個jar包一起工作：

core.jar下載：https://mvnrepository.com/artifact/com.google.zxing/corejavase.jar下載：https://mvnrepository.com/artifact/com.google.zxing/javasejcommander.jar下載：https://mvnrepository.com/artifact/com.beust/jcommander

jar包全部下載好後連同python-zxing源文件一起放到Python系統目錄下：

 

然後還需要簡單修改一下python-zxing源文件(__init__.py)如下，代碼中jar包名字要跟你下載的相對應。並且還需要改一下"ZXING_LIBRARY"相關代碼，原代碼裡os.environ.has_key()僅適用Python2，在Python3上os.environ沒有has_key()方法。

1# 第18行（修改前）
2    libs = ["javase/javase.jar", "core/core.jar"]
3# 第18行（修改後）
4    libs = ["javase-3.4.0.jar", "core-3.4.0.jar", "jcommander-1.78.jar"]
5
6# 第23行（修改前，僅適用Python2）
7        if (os.environ.has_key("ZXING_LIBRARY")):
8# 第23行（修改後）
9        if ("ZXING_LIBRARY" in os.environ):

跟著上面代碼的改動，正好在系統環境變量裡把"ZXING_LIBRARY"添加進去:

修改後的完整包：https://github.com/JayHeng/pzh-qrcode/tree/master/python/lib/zxing

python-zxing庫的使用也很簡單，兩句代碼即可。待識別的圖片不需要是裸二維碼圖片，圖片中只需包含完整二維碼即可，zxing庫會自動在圖片中定位出二維碼並識別。關於傳入圖片的路徑，有一個注意地方，如果是絕對路徑（比如D:\qrcode.png），則需要將路徑轉一下格式（'\'改成'/'）並加上"file:/"前綴（即testimage2）。

1from zxing import *
2
3# 待識別的圖片
4# 相對路徑(當前目錄下)
5testimage1 = "qrcode.png"
6# 絕對路徑
7testimage2 = "file:/D:/qrcode.png"
8
9zx = BarCodeReader()
10barcode = zx.decode(testimage2)
11# barcode.data即是識別出的字符串
12print (barcode.data)

三、從攝像頭採集圖像 - OpenCV

如果只是識別本地二維碼圖片，那也太單調了，沒有掃一掃的那種快感，再加個攝像頭採集功能吧。關於圖像處理的東西毫不猶豫地選擇大名鼎鼎的跨平臺計算機視覺庫OpenCV，這麼知名的庫必然有Python版，pip工具直接安裝吧，痞子衡安裝的是4.2.0.34。

安裝地址: https://pypi.org/project/opencv-python/

我們只是用OpenCV做攝像頭採集，所以代碼相當簡單，就是底下這幾句。僅有一個注意事項，痞子衡電腦解析度是1920x1080，攝像頭採集的原始圖像也是這個長寬比，如果你調用cv2.resize()將尺寸調整到640x640，你會發現實際顯示圖片是640x360，多餘的上下部分是用黑色填充的，攝像頭畫面長寬比似乎無法被改變。

1import cv2
2
3# 創建一個圖像捕獲對象，0表示計算機內置攝像頭，外置攝像頭為1、2...
4capture = cv2.VideoCapture(0)
5
6while True:
7    # 從攝像頭獲取一幀圖像
8    ret, frame = capture.read()
9    # 圖像尺寸調整到 640x640
10    frame = cv2.resize(frame, (640, 640))
11    # 顯示圖像
12    cv2.imshow('frame', frame)
13    # 如鍵盤輸入'q'，則結束採集
14    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
15        break
16
17# 釋放攝像頭並關閉窗口
18capture.release()
19cv2.destroyAllWindows()

四、搭建GUI界面 - PyQt5

二維碼生成和識別的庫以及攝像頭採集庫都找到了，現在開始搭個界面。Python的GUI框架非常多，痞子衡推薦用PyQt5，至於原因嘛，誰用誰知道。痞子衡是在試過好幾個Python GUI框架之後轉到PyQt5就沒再離開過。

打開QT的配套界面構建工具Qt Designer，一番控制項拖拖拽拽，便有了如下界面設計。界面一共三大區：最上面是生成配置區，用於控制二維碼的生成；中間是顯示區，生成的二維碼以及輸入待識別二維碼都在這裡顯示，同時也是攝像頭窗口；最下面是識別配置區，用於控制二維碼的識別。界面構建完成後直接用pyuic5.exe工具將.ui文件轉成.py源文件。

 五、工具運行效果

基於前面的準備工作，簡單寫一些邏輯代碼，把上面這些整合起來，便是一個初步小工具，讓我們來看看運行效果。輸入"https://github.com" 點擊【Generate】可以生成相應二維碼，點擊【Detect】也能根據圖片識別出"https://github.com" ，將這個二維碼圖片拍照，然後選擇攝像頭輸入，將圖片放在攝像頭面前也能識別出來，大功告成。

項目地址：https://github.com/JayHeng/pzh-qrcode/tree/master/python  

至此，走進二維碼(QR Code)的世界專題之初體驗痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~