iOS 扫描二维码/条形码
作者丨QiShare
https://www.jianshu.com/p/6529f5729b36
最近做IoT项目，在智能设备配网过程中有一个扫描设备或说明书上的二维码/条形码来读取设备信息的需求，要达到的效果大体如下：
想到几年前在帐号卫士中开发过扫码功能，就扒出来封装了一下
https://github.com/QiShare/QiQRCode
以方便在项目中复用。
封装共包括 QiCodeManager 和 QiCodePreviewView 两个类。QiCodeManager 负责扫描功能（二维码/条形码的识别和读取等），QiCodePreviewView 负责扫描界面（扫码框、扫描线、提示语等）。可按照如下方式在项目中使用两个类。
// 初始化扫码界面
_previewView = [[QiCodePreviewView alloc] initWithFrame:self.view.bounds];
_previewView.autoresizingMask = UIViewAutoresizingFlexibleHeight;
[self.view addSubview:_previewView];
// 初始化扫码管理类
__weak typeof(self) weakSelf = self;
_codeManager = [[QiCodeManager alloc] initWithPreviewView:_previewView completion:^{
// 开始扫描
[weakSelf.codeManager startScanningWithCallback:^(NSString * _Nonnull code) {} autoStop:YES];
}];
QiCodePreviewView 内部使用 CAShapeLayer 绘制了遮罩 maskLayer、扫描框 rectLayer、框角标 cornerLayer 和扫描线 lineLayer。因为此部分涉及代码较多，本文不做详解，可从QiQRCode中查看源码。
接下来重点介绍一下 QiCodeManager 中扫码功能的实现过程。
一、识别（捕捉）二维码/条形码
QiCodeManager是基于iOS 7+，对 AVFoundation框架中的 AVCaptureSession及相关类进行的封装。
AVCaptureSession是 AVFoundation框架中捕捉音视频等数据的核心类。要实现扫码功能，除了用到 AVCaptureSession之外，还要用到 AVCaptureDevice、 AVCaptureDeviceInput、 AVCaptureMetadataOutput和 AVCaptureVideoPreviewLayer。
核心代码如下：
// input
AVCaptureDevice *device = [AVCaptureDevice defaultDeviceWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
AVCaptureDeviceInput *input = [AVCaptureDeviceInput deviceInputWithDevice:device error:nil];
// output
AVCaptureMetadataOutput *output = [[AVCaptureMetadataOutput alloc] init];
[output setMetadataObjectsDelegate:self queue:dispatch_get_main_queue()];
// session
_session = [[AVCaptureSession alloc] init];
_session.sessionPreset = AVCaptureSessionPresetHigh;
if ([_session canAddInput:input]) {
[_session addInput:input];
}
if ([_session canAddOutput:output]) {
[_session addOutput:output];
// output在被add到session后才可设置metadataObjectTypes属性
output.metadataObjectTypes = @[AVMetadataObjectTypeQRCode, AVMetadataObjectTypeCode128Code, AVMetadataObjectTypeEAN13Code]；
}
// previewLayer
AVCaptureVideoPreviewLayer *previewLayer = [AVCaptureVideoPreviewLayer layerWithSession:_session];
previewLayer.frame = previewView.layer.bounds;
previewLayer.videoGravity = AVLayerVideoGravityResizeAspectFill;
[previewView.layer insertSublayer:previewLayer atIndex:0];
// AVCaptureMetadataOutputObjectsDelegate
- (void)captureOutput:(AVCaptureOutput *)output didOutputMetadataObjects:(NSArray<__kindof AVMetadataObject *> *)metadataObjects fromConnection:(AVCaptureConnection *)connection {
AVMetadataMachineReadableCodeObject *code = metadataObjects.firstObject;
if (code.stringValue) { }
}
以“面向人脑”的编程思想对上述代码进行解释：
1、我们需要使用AVCaptureVideoPreviewLayer的实例 previewLayer显示扫描二维码/条形码时看到的影像；
2、但是 previewLayer 的初始化需要 AVCaptureSession 的实例 session 对数据的输入输出进行控制；
3、那我们就初始化一个 session ，并将输出流的质量设置为高质量 AVCaptureSessionPresetHigh；
4、因为 session 是依靠 AVCaptureDeviceInput 和 AVCaptureMetadataOutput 来控制数据输入输出的；
5、那就用AVCaptureDevice的实例 device 初始化一个 input，指明 device为AVMediaTypeVideo类型；
6、再初始化一个 output，设置好 delegate 和 queue 以及所支持的元数据类型（二维码和不同格式的条形码）；
7、然后将 input 和 output 添加到 session 中就OK了，调用[session startRunning]; 就可以扫描二维码了；
8、最终从-captureOutput:didOutputMetadataObjects:fromConnection:方法中得到捕捉到的二维码/条形码数据。
至此，在previewLayer范围内就可以识别二维码/条形码了。
二、指定识别二维码/条形码的区域
如果要控制在 previewLayer 的指定区域内识别二维码/条形码，可以通过修改 output 的rectOfInterest 属性来达到目的。代码如下：
// 计算rect坐标
CGFloat y = rectFrame.origin.y;
CGFloat x = previewView.bounds.size.width - rectFrame.origin.x - rectFrame.size.width;
CGFloat h = rectFrame.size.height;
CGFloat w = rectFrame.size.width;
CGFloat rectY = y / previewView.bounds.size.height;
CGFloat rectX = x / previewView.bounds.size.width;
CGFloat rectH = h / previewView.bounds.size.height;
CGFloat rectW = w / previewView.bounds.size.width;
// 坐标赋值
output.rectOfInterest = CGRectMake(rectY, rectX, rectH, rectW);
1、上述的 CGRectMake(rectY, rectX, rectH, rectW) 与 CGRectMake(x, y, w, h) 的传统定义不同，可以将 rectOfInterest 理解成被翻转过的 CGRect;
2、而 rectY, rectX, rectH, rectW 也不是控件或区域的值，而是所对应的比例，如上述代码中的计算公式，y, x, h, w 的值可参考下图；
3、rectOfInterest 的默认值为CGRectMake(.0, .0, 1.0, 1.0)，表示识别二维码/条形码的区域为全屏（previewLayer区域）。
三、拉近二维码/条形码（放大视频内容）
当二维码/条形码离我们较远时，拉近二维码/条形码会是一个不错的功能，效果如下：
上述效果是使用双指缩放的方式来实现的，具体代码如下：
// 添加缩放手势
UIPinchGestureRecognizer *pinchGesture = [[UIPinchGestureRecognizer alloc] initWithTarget:self action:@selector(pinch:)];
[previewView addGestureRecognizer:pinchGesture];
- (void)pinch:(UIPinchGestureRecognizer *)gesture {
AVCaptureDevice *device = [AVCaptureDevice defaultDeviceWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
// 设定有效缩放范围，防止超出范围而崩溃
CGFloat minZoomFactor = 1.0;
CGFloat maxZoomFactor = device.activeFormat.videoMaxZoomFactor;
if (@available(iOS 11.0, *)) {
minZoomFactor = device.minAvailableVideoZoomFactor;
maxZoomFactor = device.maxAvailableVideoZoomFactor;
}
static CGFloat lastZoomFactor = 1.0;
if (gesture.state == UIGestureRecognizerStateBegan) {
// 记录上次缩放的比例，本次缩放在上次的基础上叠加
lastZoomFactor = device.videoZoomFactor;// lastZoomFactor为外部变量
}
else if (gesture.state == UIGestureRecognizerStateChanged) {
CGFloat zoomFactor = lastZoomFactor * gesture.scale;
zoomFactor = fmaxf(fminf(zoomFactor, maxZoomFactor), minZoomFactor);
[device lockForConfiguration:nil];// 修改device属性之前须lock
device.videoZoomFactor = zoomFactor;// 修改device的视频缩放比例
[device unlockForConfiguration];// 修改device属性之后unlock
}
}
上述代码的核心逻辑比较简单：
1、在 previewView 上添加一个双指捏合的手势 pinchGesture，并设定 target 和 selector；
2、在 selector方法中根据 gesture.scale 调整 device.videoZoomFactor;
3、注意在修改 device 属性之前要 lock 一下，修改完后 unlock 一下。
四、弱光环境下开启手电筒
弱光环境对扫码功能有较大的影响，通过监测光线亮度给用户提供打开手电筒的选择会提升不少的体验，如下图：弱光监测的代码如下：
- (void)observeLightStatus:(void (^)(BOOL, BOOL))lightObserver {
_lightObserver = lightObserver;
AVCaptureVideoDataOutput *lightOutput = [[AVCaptureVideoDataOutput alloc] init];
[lightOutput setSampleBufferDelegate:self queue:dispatch_get_main_queue()];
if ([_session canAddOutput:lightOutput]) {
[_session addOutput:lightOutput];
}
}
// AVCaptureVideoDataOutputSampleBufferDelegate
- (void)captureOutput:(AVCaptureOutput *)output didOutputSampleBuffer:(CMSampleBufferRef)sampleBuffer fromConnection:(AVCaptureConnection *)connection {
// 通过sampleBuffer获取到光线亮度值brightness
CFDictionaryRef metadataDicRef = CMCopyDictionaryOfAttachments(NULL, sampleBuffer, kCMAttachmentMode_ShouldPropagate);
NSDictionary *metadataDic = (__bridge NSDictionary *)metadataDicRef;
CFRelease(metadataDicRef);
NSDictionary *exifDic = metadataDic[(__bridge NSString *)kCGImagePropertyExifDictionary];
CGFloat brightness = [exifDic[(__bridge NSString *)kCGImagePropertyExifBrightnessValue] floatValue];
// 初始化一些变量，作为是否透传brightness的因数
AVCaptureDevice *device = [AVCaptureDevice defaultDeviceWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
BOOL torchOn = device.torchMode == AVCaptureTorchModeOn;
BOOL dimmed = brightness < 1.0;
static BOOL lastDimmed = NO;
// 控制透传逻辑：第一次监测到光线或者光线明暗变化（dimmed变化）时透传
if (_lightObserver) {
if (!_lightObserverHasCalled) {
_lightObserver(dimmed, torchOn);
_lightObserverHasCalled = YES;
lastDimmed = dimmed;
}
else if (dimmed != lastDimmed) {
_lightObserver(dimmed, torchOn);
lastDimmed = dimmed;
}
}
}
1、
初始化 AVCaptureVideoDataOutput 的实例 lightOutput 后，设定 delegate 并将 lightOutput添加到 session 中；
2、实现
AVCaptureVideoDataOutputSampleBufferDelegate 的回调方法 -captureOutput:didOutputSampleBuffer:fromConnection:；
3、对回调方法中的 sampleBuffer 进行各种操作（具体参考上述代码细节），并最终获取到光线亮度 brightness；
4、根据 brightness 的值设定弱光的标准以及是否透传给业务逻辑（这里认为 brightness < 1.0 为弱光）。
调用 -observeLightStatus:方法并实现 blck 即可接收透传过来的光线状态和手电筒状态，并根据状态对 UI 做相应的调整，代码如下：
__weak typeof(self) weakSelf = self;
[self observeLightStatus:^(BOOL dimmed, BOOL torchOn) {
if (dimmed || torchOn) {// 变为弱光或者手电筒处于开启状态
[weakSelf.previewView stopScanning];// 停止扫描动画
[weakSelf.previewView showTorchSwitch];// 显示手电筒开关
} else {// 变为亮光并且手电筒处于关闭状态
[weakSelf.previewView startScanning];// 开始扫描动画
[weakSelf.previewView hideTorchSwitch];// 隐藏手电筒开关
}
}];
当出现手电筒开关时，我们可以通过点击开关改变手电筒的状态。开关手电筒的代码如下：
+ (void)switchTorch:(BOOL)on {
AVCaptureDevice *device = [AVCaptureDevice defaultDeviceWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
AVCaptureTorchMode torchMode = on? AVCaptureTorchModeOn: AVCaptureTorchModeOff;
if (device.hasFlash && device.hasTorch && torchMode != device.torchMode) {
[device lockForConfiguration:nil];// 修改device属性之前须lock
[device setTorchMode:torchMode];// 修改device的手电筒状态
[device unlockForConfiguration];// 修改device属性之后unlock
}
}
手电筒开关（按钮）封装在 QiCodePreviewView 中，QiCodeManager 中通过QiCodePreviewViewDelegate 的 -codeScanningView:didClickedTorchSwitch:方法获取手电筒开关的点击事件，并做相应的逻辑处理。代码如下：
// QiCodePreviewViewDelegate
- (void)codeScanningView:(QiCodePreviewView *)scanningView didClickedTorchSwitch:(UIButton *)switchButton {
switchButton.selected = !switchButton.selected;
[QiCodeManager switchTorch:switchButton.selected];
_lightObserverHasCalled = switchButton.selected;
}
综上，扫描二维码/条形码的功能就实现完了。
源码：
https://github.com/QiShare/QiQRCode.git
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