基于Python 的二维码生成与识别

管小卫

（江苏财经职业技术学院，江苏 淮安223003）

1 二维码概述

二维码（2-dimensional bar code）又称二维条码，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。在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”、“1”比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。我们常说的二维码为QR Code，QR 全称Quick Response，是一个近几年来移动设备上超流行的一种编码方式，它比传统的Bar Code 条形码能存更多的信息，也能表示更多的数据类型。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 二维码的结构

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 码结构如图1 所示。

图1 QR 码结构图

2.1 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，它分别位于左上、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：它由黑白间隔的格子组成的线条，主要用于指示标识密度和确定坐标系。原因是QR 码一共有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。

2.2 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的每边增加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 使用Python 生成二维码

首先需要使用pip 命令安装pillow 、numpy 和matplotlib库，然后再安装二维码库qrcode ，该库是用于生成二维码图像的Python 第三方库。qrcode 运行在Python 3 版本上，利用该库能生成多种二维码图片：如普通二维码、高级二维码以及带logo的二维码等。

3.1 普通二维码的生成

例如，生成指向百度的二维码，用户扫描后会访问百度首页。代码如下：

生成二维码如图2 所示，通过手机扫一扫二维码就跳转到百度首页。

图2 普通二维码

3.2 高级二维码的生成

设置二维码颜色、大小等参数，实例化参数含义如下：

代码如下：

生成二维码如图3 所示。

图3 高级二维码

3.3 生成带logo 的二维码

生成带logo 的二维码的过程基本与普通二维码生成过程相似，其主要的功能就是对logo 图片进行处理，调整logo 的尺寸使其符合所需的大小，然后通过paste 方法将其粘贴到二维码的中心位置。示例代码如下：

生成二维码如图4 所示。

图4 带log 的二维码

Table 1

4 使用zxing 识别二维码

在python 下二维码识别，目前主要有三个模块：zbar 、zbarlight、zxing。zxing 比zbarlight(zbar)的识别能力稍强。使用pip命令安装zxing 库。代码如下：

通过使用微信扫一扫功能，可以快速识别出二维码中的内容。

5 结论

本文主要探讨了基于Python 的二维码生成与识别技术，通过qrcode 库和zxing 库来生成和识别二维码可知：（1）二维码本质是图形，可以使用数字图像技术来处理。（2）使用qrcode 库可以生成不同类型二维码，它们的处理方式也相似，还可以在此基础上进一步扩展，生成更加炫酷的动态二维码图案。（3）二维码具有一定的存储能力，在读取信息过程中，可以执行一定的解释性代码实现跳转，因此存在一定的风险。（4）使用zxing 库比zbarlight 库、zbar 库识别效果好。