二维码生成与检测

生成二维码

生成二维码主要用到 CIFilter，主要的函数如下

    CIFilter *filter = [CIFilter filterWithName:@"CIQRCodeGenerator"];
    [filter setDefaults];
    NSData *data = [@"微信 Yasic" dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    [filter setValue:data forKey:@"inputMessage"];
    [filter setValue:@"H" forKey:@"inputCorrectionLevel"];
    CIImage *outPutImage = [filter outputImage];

但是要注意的是，接下来如果直接用 CIImage 来生成 UIImage，得到的效果可能如下图所示

UIImage *result1 = [UIImage imageWithCIImage:outPutImage];

UncorrectQRImage.png

可以看到图片很模糊，此时网上大部分博客给出的解决方案如下

    /// 将 CGRect 取整到最近的完整点是非常重要的。小数值会让边框画在像素边界处。因为像素已经是最小单元（不能再细分），小数值会使绘制时取周围几个像素的平均值，这样看起来就模糊了。CGRectIntegral 将表示原点的值向下取整，表示大小的值向上取整，这样就保证了你的绘制代码平整地对齐到像素边界。作为一个经验性的原则，如果你在执行任何一个可能产生小数值的操作（例如除法，CGGetMid[X|Y]，或是 CGRectDivide），在把一矩形作为视图的边框之前应该用CGRectIntegral正则化它。
    CGRect extent = CGRectIntegral(image.extent);
    CGFloat size = 300;
    CGFloat scale = MIN(size/CGRectGetWidth(extent), size/CGRectGetHeight(extent)); // 计算需要缩放的比例
    
    size_t width = CGRectGetWidth(extent) * scale; // 计算缩放后的尺寸
    size_t height = CGRectGetHeight(extent) * scale;
    CGColorSpaceRef cs = CGColorSpaceCreateDeviceGray();
    /// CIContext 属于Core Image框架(文档中提到主要的功能就是，用内置或自定义的过滤器处理图片和视频 以及在视频图片中检测面部和眼睛子类的特征和跟踪面部。和 Core Graphics 的主要区别 就是更注重于视频图片的加工处理)的，是一个 OC 对象
    CIContext *context = [CIContext contextWithOptions:nil];
    CGImageRef bitmapImage = [context createCGImage:image fromRect:extent]; // 转化为位图
    
    /// CGContextRef 属于Core Graphics 框架(使用 Quartz 进行 2D 渲染，处理基于路径的绘图、抗锯齿渲染、渐变、图像、颜色管理、pdf文档等 2D 绘图渲染功能)
    /// data 是一个指针，指向存储绘制的bitmap context的实际数据的地址，最少大小为bytesPerRow* height.可以传入null,让quartz自动分配计算
    /// width/height bitmap的宽度，高度，以像素为单位
    /// bitsPerComponent 一个component占据多少字节。对于32bit的RGBA空间，则是8（8＊4＝32）。
    /// bytesPerRow 每一行的byte数目。如果data传入null，这里传入0，则会自动计算
    /// space 颜色空间，一般就是DeviceRGB
    /// bitmapInfo,一个常量，指定了是否具有alpha通道，alpha通道的位置，像素点存储的数据类型是float还是Integer等信息
    CGContextRef bitmapContextRef = CGBitmapContextCreate(nil, width, height, 8, 0, cs, (CGBitmapInfo)kCGImageAlphaNone);
    CGContextSetInterpolationQuality(bitmapContextRef, kCGInterpolationNone);//不允许上下文在各个保真度等级插入像素
    
    /// 该方法控制坐标系统水平方向上缩放 sx，垂直方向上缩放 sy。在缩放后的坐标系统上绘制图形时，所有点的 X 坐标都相当于乘以 sx 因子，所有点的 Y 坐标都相当于乘以 sy 因子
    CGContextScaleCTM(bitmapContextRef, scale, scale); //对位图上下文进行缩放
    
    CGContextDrawImage(bitmapContextRef, extent, bitmapImage);//绘制位图到位图上下文
    CGImageRef scaledImage = CGBitmapContextCreateImage(bitmapContextRef);//生成缩放后的位图
    UIImage *outputImage = [UIImage imageWithCGImage:scaledImage];
    CGContextRelease(bitmapContextRef);
    CGImageRelease(bitmapImage);

它的原理是，将 CIImage 绘制到一个灰度图上下文中（CGColorSpaceCreateDeviceGray），根据给定的 size，对画布和图像进行缩放。

这样生成的图片如下所示

CorrectQRImage.png

可以看出二维码的确清晰了很多，但是没有博客具体说明了真正影响清晰度的原因，实际上影响清晰度的原因是这一句代码

CGContextSetInterpolationQuality(bitmapRef, kCGInterpolationNone);//允许上下文在各个保真度等级插入像素

这里对图像插值质量做了设置，图像插值的概念如下

插值是对原图像的像素重新分布，从而来改变像素数量的一种方法。在图像放大过程中，像素也相应地增加，增加的过程就是“插值”发生作用的过程，“插值”程序自动选择信息较好的像素作为增加、弥补空白像素的空间，而并非只使用临近的像素，所以在放大图像时，图像看上去会比较平滑、干净。不过需要说明的是插值并不能增加图像信息，尽管图像尺寸变大，但效果也相对要模糊些，过程可以理解为白酒掺水。

而 CGContextSetInterpolationQuality 可能默认采用了高品质的插值函数，导致生成的图片由于进行了冗余的像素插值而变得模糊，因此将插值品质设置为 NONE，禁止进行插值操作，就可以保证像素按照原本的分布来缩放了。

猜测三种插值品质枚举值对应的插值算法：

• Low: Nearest neighbor interpolation

• Medium: Linear or bilinear interpolation

• High: Quadratic or bicubic interpolation

• 给二维码加水印

主要原理就是在生成的二维码图片上 drawImage 自己的水印图片

    UIGraphicsBeginImageContextWithOptions(outputImage.size, NO, [[UIScreen mainScreen] scale]);
    [outputImage drawInRect:CGRectMake(0,0 , size, size)];
    UIImage *waterimage = [UIImage imageNamed:@"DogLogo"];
    [waterimage drawInRect:CGRectMake((size - waterImagesize)/2.0, (size - waterImagesize)/2.0, waterImagesize, waterImagesize)];
    UIImage *newPic = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();
    UIGraphicsEndImageContext();

WaterQRImage.png

• 生成彩色二维码

彩色二维码原理是遍历图片的每一个像素点，进行 rgb 值的改变。

void ProviderReleaseData (void *info, const void *data, size_t size){
    free((void*)data);
}

{
    UIColor *targetColor = [UIColor colorWithRed:0.3 green:0.7 blue:0.7 alpha:1.0];
    const CGFloat *components = CGColorGetComponents(targetColor.CGColor);
    CGFloat red = components[0] * 255;
    CGFloat green = components[1] * 255;
    CGFloat blue = components[2] * 255;//分别获取 RGB 值
    
    int imageWidth = outputImage.size.width;
    int imageHeight = outputImage.size.height;
    
    size_t bytesPerRow = imageWidth * 4;
    uint32_t *rgbImageBuf = (uint32_t*)malloc(bytesPerRow * imageHeight);
    CGColorSpaceRef colorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceRGB();
    CGContextRef rgbContext = CGBitmapContextCreate(rgbImageBuf, imageWidth, imageHeight, 8, bytesPerRow, colorSpace, kCGBitmapByteOrder32Little | kCGImageAlphaNoneSkipLast);
    CGContextDrawImage(rgbContext, CGRectMake(0, 0, imageWidth, imageHeight), outputImage.CGImage); //绘制图像到rgb上下文中
    
    int pixelNum = imageWidth * imageHeight; //像素总数，每一个像素包含rgba四个通道
    uint32_t *pCurPtr = rgbImageBuf;
    for (int i = 0; i < pixelNum; i++, pCurPtr++){ //遍历像素
        if ((*pCurPtr & 0xFFFFFF00) < 0x99999900){ // 按rgb区分
            uint8_t *ptr = (uint8_t*)pCurPtr;
            ptr[3] = red;
            ptr[2] = green;
            ptr[1] = blue;
        }else{
            uint8_t* ptr = (uint8_t*)pCurPtr;
            ptr[0] = 255;
        }
    }
    
    // rgbImageBuf 里包含了 image 的像素信息
    CGDataProviderRef dataProvider = CGDataProviderCreateWithData(NULL, rgbImageBuf, bytesPerRow * imageHeight, ProviderReleaseData);
    CGImageRef imageRef = CGImageCreate(imageWidth, // 图片的宽度
                                        imageHeight, // 图片的高度
                                        8, // 一个component占据多少字节
                                        32, // 每一个像素占用的bits
                                        bytesPerRow, // 每一行占用多少bytes，宽度乘以 4
                                        colorSpace,
                                        kCGImageAlphaLast | kCGBitmapByteOrder32Little,
                                        dataProvider, // 数据源提供者
                                        NULL, // 一个解码数组
                                        true, // 抗锯齿参数
                                        kCGRenderingIntentDefault); //图片渲染相关参数
    outputImage = [UIImage imageWithCGImage:imageRef];
    CGDataProviderRelease(dataProvider);
}

ColorfulQRImage.png

相机识别二维码

这里不赘述关于 iOS 相机的配置过程，只关注与二维码相关的步骤。

iOS 有识别二维码的 API，只需要将 AVCaptureMetadataOutput 配置到 session 的输出中，然后设置其 AVCaptureMetadataOutputObjectsDelegate 代理对象，系统检测到二维码后会调用相应的委托方法。

• 配置 AVCaptureMetadataOutput

- (AVCaptureMetadataOutput *)metaDataOutput
{
    if (!_metaDataOutput) {
        _metaDataOutput = [[AVCaptureMetadataOutput alloc] init];
        [_metaDataOutput setMetadataObjectsDelegate:self queue:dispatch_get_main_queue()];
        _metaDataOutput.rectOfInterest = CGRectMake(0, 0, 1, 1);
    }
    return _metaDataOutput;
}

{
    // 配置QROutput
    if ([self.captureSession canAddOutput:self.metaDataOutput]){
        // 顺序相反会崩溃，因为未配置到 session 时 availableMetadataObjectTypes 为空
        [self.captureSession addOutput:self.metaDataOutput];
        self.metaDataOutput.metadataObjectTypes = @[AVMetadataObjectTypeQRCode];
    }
}

• 回调方法

- (void)captureOutput:(AVCaptureOutput *)captureOutput didOutputMetadataObjects:(NSArray<AVMetadataMachineReadableCodeObject *> *)metadataObjects fromConnection:(AVCaptureConnection *)connection{
    if (metadataObjects.count == 0) {
        return;
    }
    NSString *result = [metadataObjects.firstObject stringValue];
    NSLog(@"%@", result);
}

这里要注意一点，在设置 metaDatOutput 时设置了一个 rectOfInterest 属性，它能限制扫描二维码的区域，它定义了对相机采集的每一帧图像里代码真正感兴趣的检测区域，它有两个特点

• rectOfInterest 结构体的四个值取值范围在 0~1，即指明对于每一帧，其关心的范围的相对比例
• rectOfInterest 默认是横屏模式，其 x y 值与通常坐标系相反，也就是说它的真正含义是 CGRectMake(y坐标, x坐标, 高度, 宽度)

当然默认情况下 rectOfInterest 的值是 CGRectMake(0, 0, 1, 1)，即整个帧范围。

识别内存中二维码图片

对于网络或者相册选取后读到内存中的图片，以及项目中自带的图片，要检测二维码信息就比较简单，直接使用 CIDetector 就可以检测。

    CIContext *context = [CIContext contextWithOptions:nil];
    CIDetector *detector = [CIDetector detectorOfType:CIDetectorTypeQRCode context:context options:@{CIDetectorAccuracy:CIDetectorAccuracyHigh}];
    CIImage *targetImage = [CIImage imageWithCGImage:[UIImage imageNamed:@"CorrectQRImage.png"].CGImage];
    NSArray *features = [detector featuresInImage:targetImage];
    
    if (features.count == 0) {
        
    } else {
        CIQRCodeFeature *feature = features.firstObject;
        NSLog(@"%@", feature.messageString);
    }

可以看到，CIDetector 会返回一个数组，其中包含多个 CIQRCodeFeature，对应此图片包含的多个二维码对象，CIQRCodeFeature 对象则包含了具体的编码信息。