二维码介绍及二维码的Python生成

新时代，人们有新的追求，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。扫码支付这种新的支付方式，造就二维码满天飞的现象。
那么让我们分析一下如何使用 Python 来生成二维码图片。

1.二维码介绍

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：

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。

2.2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的定位图形。
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）填充数据码和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。

4.二维码生成需要的库

下面推荐两个库：qrcode 和 MyQR。

- 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 pillow、numpy 和 imageio。因此，我们需要先安装依赖库，再安装 qrcode。
逐一安装下面几个库。
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。具体库的操作请大家自行百度。

- MyQR
MyQR是一个能够生成自定义二维码的第三方库，可以根据需要生成普通二维码、带图片的艺术二维码，也可以生成动态二维码。
安装方法：
pip install myqr

5.代码演示

在编程实现生成二维码时，需要注意尽量不要使用vs code编译器，可以使用jupyter notebook或其他编译器代替。vscode似乎有点bug。

5.1生成普通二维码

from MyQR import myqr  #注意大小写
myqr.run(words="网址链接或者字符串，不支持中文")

运行后生成一个名为“qrcode.png”的二维码图片，用微信扫一扫生成的二维码，就会自动跳转到这个地址。

5.2生成带图片的二维码

此为彩色图片代码，需要黑白图片就去掉参数colorized=True。代码如下：

from MyQR import myqr
myqr.run(
    words='https://blog.csdn.net/didi_ya',
    # 扫描二维码后，显示的内容，或是跳转的链接
    version=5,  # 设置容错率
    level='H',  # 控制纠错水平，范围是L、M、Q、H，从左到右依次升高
    picture='D:\\Desktop\\cy.jpg',  # 图片所在目录，可以是动图
    colorized=True,  # 黑白(False)还是彩色(True)
)

输出结果：

5.3生成带动图的二维码

将图片位置改成动图即可，代码如下：

from MyQR import myqr
myqr.run(
    words='https://blog.csdn.net/didi_ya',
    # 扫描二维码后，显示的内容，或是跳转的链接
    version=5,  # 设置容错率
    level='H',  # 控制纠错水平，范围是L、M、Q、H，从左到右依次升高
    picture='D:\\Desktop\\cy.gif',  # 图片所在目录，可以是动图
    colorized=True,  # 黑白(False)还是彩色(True)
)

输出结果：

5.4生成可以输入汉字的二维码

代码如下：

import qrcode
from PIL import Image#保存文件是用到
#  version是二维码的尺寸，数字大小决定二维码的密度
#  error_correction：指误差
#  box_size:参数用来控制二维码的每个单元(box)格有多少像素点
#  border: 参数用控制每条边有多少个单元格(默认值是4，这是规格的最小值

qr = qrcode.QRCode(version=5,
                          error_correction=qrcode.constants.ERROR_CORRECT_L,
                          box_size=8,
                          border=4,
                          )
# 添加数据
qr.add_data('你好')
# 生成二维码
qr.make(fit=True)
img = qr.make_image()
img.save('C:\\Users\\91291\\Documents\\cy1_qrcode.png')
img.show()

输出：

ok，以上便是全部内容了。

如果嫌麻烦，直接可以百度搜索二维码生成器，简单方便。