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使用 Python 生成二维码

Python 必知必会 猴哥 2年前 (2018-08-11) 18次浏览 0个评论
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新时代,人们有人信新的追求,自然而然会有新发明的诞生。去年,在“一带一路”国际合作高峰论坛举行期间, 20 国青年投票选出中国的“新四大发明”:高铁、扫码支付、共享单车和网购。其中扫码支付指手机通过扫描二维码跳转到支付页面,再进行付款。这种新的支付方式,造就二维码满天飞的现象。那么让我们来扒一扒如何使用 Python 来生成二维码图片。

1.二维码

二维码(2-dimensional bar code),是用某种特定的几何图形按一定规律在平面(二维方向上)分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的。它能将数字、英文字母、汉字、日文字母、特殊符号(如空格,%,/ 等)、二进制等信息记录到一个正方形的图片中。

因此,在转换的过程中,离不开编码压缩方式。在许多种类的二维条码中,常用的码制有:Data Matrix, Maxi Code, Aztec, QR Code, Vericode, PDF417, Ultracode, Code 49, Code 16K等。

二维码在现实生活中的应用越来与普遍,归于功于 QR code 码制的流行。我们常说的二维码就是它。所以,二维码又被称为 QR code。

QR code 是一种矩阵式二维条码(又称棋盘式二维条码)。它是在一个矩形空间通过黑、白像素在矩阵中的不同分布进行编码。在矩阵相应元素位置上,用点(方点、圆点或其他形状)的出现表示二进制“1”,点的不出现表示二进制的“0”,点的排列组合确定了矩阵式二维条码所代表的意义

2.二维码结构

我们的目的是要使用 Python 生成 QR 码,那我们需要先了解二维码(QR 码)的结构。根据标准(ISO/IEC 18004),我们可以了解到 QR 码结构如下:

使用 Python 生成二维码

1) 功能图形

功能图形是不参与编码数据的区域。它包含空白区位置探测图形位置探测图形分隔符定位图形校正图形五大模块。

  • 空白区:空白区顾名思义就是要留空白。因此,这里不能有任何图样或标记。这样才能保证 QR 能被识别。

  • 位置探测图形:这个有点类似中文的“回”字。在 QR 码中有个这样的标识,它分别的左上、右上和左下角。作用是协助扫描软件定位 QR 码并转换坐标系。我们在扫描二维码的时候,不管是竖着扫、横着扫、斜着扫都能识别出内容,主要是它的功劳。

  • 位置探测图形分隔符:主要作用是区分功能图形和编码区域。

  • 定位图形:它由黑白间隔的各自各自组成的线条。主要用于指示标识密度和确定坐标系。原因是 QR 码一种有 40 个版本,也就是说有 40 种尺寸。每种二维码的尺寸越大,扫描的距离就越远。

  • 校正图形:只有 Version 2 及以上的QR码有校正标识。校正标识用于进一步校正坐标系。

2) 编码区域

编码区域是数据进行编码存储的区域。它由格式信息版本信息数据和纠错码字三部分构成。

  • 格式信息: 所有尺寸的二维码都有该信息。它存放一些格式化数据的信息,例如容错级别、数据掩码,和额外的自身 BCH 容错码。

  • 版本信息:版本信息是规定二维码的规格。前面讲到 QR 码一共有 40 种规格的矩阵(一般为黑白色),从21x21(版本1),到177x177(版本40),每一版本符号比前一版本 每边增加4个模块。

  • 数据和纠错码:主要是存储实际数据以及用于纠错码字。

3.二维码的绘制过程

二维码已经是有一套国际标准,绘制二维码过程的严格按照标准来执行。这个过程是比较复杂,我自己也是看了大概,然后总结出大致绘制过程。如果你想深入了解绘制细节,可以阅读标准。

二维码的绘制大概过程如下:

1)在二维码的左上角、左下角、右上角绘制位置探测图形。位置探测图形一定是一个 7x7 的矩阵。

2)绘制校正图形。校正图形一定是一个 5x5 的矩阵。

3)绘制两条连接三个位置探测图形定位图形

4)在上述图片的基础上,继续绘制格式信息

5)接着绘制版本信息

6)填充数据码纠错码到二维码图中。

7)最后是绘制蒙版图案。因为按照上述方式填充内容,可能会出现大面积的空白或黑块的情况,导致扫描识别会十分困难。所以需要对整个图像与蒙版进行蒙版操作(Masking),蒙版操作即为异或 XOR 操作。在这一步,我们可以将数据排列成各种图片。

4.二维码的生成

我们既然已经了解二维码原理,那么可以利用 Python 生成二维码。然而网络上高人比比皆是。已经有大神编写了 Python 生成二维码的第三方库,所以我们不需要重复造轮子, 使用现成的库即可。

我就推荐两个库:qrcodepython-qrcode

4-1.qrcode

qrcode 运行在 Python 3 版本上,它可以玩出很多花样。例如能生成以下三种二维码图片:普通二维码、带图片的艺术二维码(黑白与彩色)、动态二维码(黑白与彩色)。它比较适合直接用于生成二维码图片的场景。

安装 qrcode 库可以使用 pip 方式。但是该库依赖 pillownumpyimageio。因此,我们需要先安装依赖库,再安装 qrcode。最后的安装命令如下:

# 逐一安装
pip install pillow
pip install numpy
pip install imageio
pip install myqr

该库生成带图片的艺术二维码算是一大亮点,具体用法如下:

myqr https://github.com -p github.jpg -c

上述命令作用是将 github 主页写到彩色二维码中。

使用 Python 生成二维码

该库还支持生成 gif 的彩色二维码图片,具体用法如下:

myqr https://github.com -p github.gif -c -con 1.5 -bri 1.6

效果图如下:
使用 Python 生成二维码

最后补上该库的 Github 仓库地址

4-2.python-qrcode

python-qrcode 相比 qrcode 要稍微逊色一点。不过它也有自己的特色。它支持生成矢量图,而且比较适合在代码中生成二维码的场景。

安装 python-qrcode 同样建议使用 pip 方式,安装命令如下:

pip install qrcode

Python 代码中,最简单的用法是这样。

import qrcode
img = qrcode.make('https://github.com')

它也支持自定义二维码的信息,具体用法如下:

import qrcode
qr = qrcode.QRCode(
    version=1,
    error_correction=qrcode.constants.ERROR_CORRECT_L,
    box_size=10,
    border=4,
)
qr.add_data('https://github.com')
qr.make(fit=True)

img = qr.make_image(fill_color="black", back_color="white")

使用 Python 生成二维码

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如果你想深入了解该库,可以到 Github 仓库 阅读相关的文档。


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