二维码编码与解码

发表于

前几天看了二维码生成和解码记录下，二维码作为现在替代网址输入方式的工具，在客户端中使用非常多，主要是将一段URL转化为一张正方形黑白相间的图片，通过对方扫描图面再转化为URL。本质上是一种信息编码解码工具。其中比较成熟的工具库包括：qrencode用于将一段字符转为二维码，zbar用于将二维码转为一段字符。

1.二维码编码与解码

国外有位作者博客文章非常详细的介绍二维码是如何生成的：

  • 二维码有40尺寸，最低尺寸为21x21，每涨一个尺寸，增加4
  • 二维码有三个定位图案，定位图案用于标定一个矩形（直角三角形推出另外一个角）
  • 二维码数据中有数据码和纠正码，字符会通过本身Ascll码转化为二进制编码排序，按８bits一组，纠错码用于纠错和补全全部编码量，纠错编码通过查表可以得到
  • 最终编码，由于字符即使通过数据码和纠正码转化，也是一行二进制数据，而二维码是二维数据，此时通过codewords重新将二进制数据重新排位

)

2.二维码编码库qrencode

2.1安装

  • ubuntu下　sudo apt-get install libqrencode libqrencode-dev
  • ubutnu 下编译下载：qrencode-4.0.2.tar.gz
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    tar -zxvf qrencode-4.0.2.tar.gz
    cd qrencode-4.0.2.tar.gz
    sudo apt-get install autoconf automake libtool libpng12-dev autotools-dev
    ./configure
    make
    sudo make install

2.2使用

由于qrencode生成的图片数据不是cv上可以使用的数据结构，因此要转换一下

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#include <iostream>
#include <qrencode.h>
#include <opencv2/opencv.hpp>
void string2image(std::string &str){
	QRcode *pQRC;
	unsigned  char* p_qsource;
	cv::Mat pic;
	//依次是编码数据、版本、纠错等级、模式
	pQRC=QRcode_encodeString(str.data(),0,QR_ECLEVEL_H, QR_MODE_8, 1);
	if( pQRC!=NULL){
		std::cout<<"success"<<std::endl;
		int size=pQRC->width;
		std::cout<<pQRC->width<<std::endl;
		p_qsource=pQRC->data;
		int widthAdjust=size*8;
		// if(widthAdjust%4)widthAdjust=(widthAdjust/4+1)*4;
		pic=cv::Mat::zeros(widthAdjust,widthAdjust,CV_8UC1);
		//转换数据
		for(int i=0;i<size;i++)
			for(int j=0;j<size;j++){
				if(!(p_qsource[i*size+j]&0x01)){
					for(int k=0;k<8;k++)
						for(int m=0;m<8;m++)
							pic.at<char>(i*8+k,j*8+m)=0xff;
				}
			}
		//增加外部一圈，因为二维码依靠外部三个同心方块定位
		cv::copyMakeBorder(pic, pic, 8, 8, 8, 8,cv::BORDER_CONSTANT, cv::Scalar(255, 255, 255));
		cv::imshow("demo", pic);
		cv::imwrite(str+"_qrencode.jpg", pic);
		cv::waitKey(0);	
	}
	QRcode_free(pQRC);
}
int main(void){
	string2image("hello,world");
	return 0;
}

2.3编译使用

  • g++ qrencode.cpp -lqrencode -o qrencode
  • cmake 工程使用：qrencode-config.cmake文件，在Cmakefile.txt文件中添加FIND_PACKAGE(LibQRENCODE REQUIRED)
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    find_path( LIBQRENCODE_INCLUDE_DIR qrencode.h
            PATHS $ENV{LIBQRENCODE_INCLUDE_DIR}
        )
    find_library( LIBQRENCODE_LIBRARY qrencode
            PATHS $ENV{LIBQRENCODE_LIBRARY}
        )
    mark_as_advanced( LIBQRENCODE_INCLUDE_DIR LIBQRENCODE_LIBRARY )

    set( LIBQRENCODE_INCLUDE_DIRS ${LIBQRENCODE_INCLUDE_DIR} )
    set( LIBQRENCODE_LIBRARIES    ${LIBQRENCODE_LIBRARY}     )

    include( FindPackageHandleStandardArgs )
    # handle the QUIETLY and REQUIRED arguments and set LIBQRENCODE_FOUND to TRUE
    # if all listed variables are TRUE
    find_package_handle_standard_args( LibQRENCODE DEFAULT_MSG LIBQRENCODE_INCLUDE_DIR LIBQRENCODE_LIBRARY )

3.二维码解码库zbar

3.1安装

3.2使用

由于拍摄时二维码不一定为刚好与图片四边都平行，因此需要调整二维码姿态，下面不做简绍，仅说明定位二维码，其中定位的方块有两层，如果求其包围边缘就有５条，同时findContours计算出的边缘信息可获得包围边缘的父子关系，因此考虑内外同心包围的５层图案即是定位点

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//计算点对之间距离
double getDistance(cv::Point p0,cv::Point p1){
	double dx=p0.x-p1.x;
	double dy=p0.y-p1.y;
	return std::sqrt(dx*dx+dy*dy);
}
//计算中心
void check_center(std::vector<std::vector<cv::Point> > &c,std::vector<int> &index){
	float dmin1=10000.0;
	float dmin2=10000.0;
	for(int i=0;i<c.size();i++){
		auto rect_i=cv::minAreaRect(c[i]);
		for(int j=i+1;j<c.size();j++){
			auto rect_j=cv::minAreaRect(c[j]);
			float d=getDistance(rect_i.center,rect_j.center);
			if(d<dmin2&&d>10){
				if(d<dmin1){
					dmin2=dmin1;
					dmin1=d;
					index[2]=index[0];
					index[3]=index[1];
					index[0]=i;
					index[1]=j;
				}else{
					dmin2=d;
					index[2]=i;
					index[3]=j;
				}
			}
		}

	}

}

void image2string(cv::Mat src){
	cv::Mat ROI_image;
	cv::cvtColor(src, ROI_image, CV_BGR2GRAY);
	zbar::ImageScanner scanner;
	scanner.set_config(zbar::ZBAR_NONE, zbar::ZBAR_CFG_ENABLE, 1);
	uchar *raw=(uchar *)(ROI_image.data);
	zbar::Image image(ROI_image.cols,ROI_image.rows,"Y800",raw,ROI_image.rows*ROI_image.cols);
	scanner.scan(image);
	if(image.symbol_begin()==image.symbol_end()){
		std::cout<<"failure"<<std::endl;
	}
	for(auto symbol=image.symbol_begin();symbol!=image.symbol_end();++symbol){
		std::cout<<symbol->get_data()<<std::endl;
	}
}
int main(void){
	int main(int argc, char const *argv[])
{
	cv::Mat canny_image;
	cv::Mat image=cv::imread("helloworld_qrencode.jpg");
	cv::Canny(image, canny_image, 50, 100);//求其边缘
	
	std::vector<std::vector<cv::Point> >contours;
	std::vector<cv::Vec4i> hierarchy;
	//寻找边
	cv::findContours(canny_image, contours, hierarchy, cv::RETR_TREE, cv::CHAIN_APPROX_SIMPLE);
	
	std::vector<int> found;
	std::vector<std::vector<cv::Point> >found_contours;

	for(int i=0;i<contours.size();i++){
		int k=i,c=0;
		while(hierarchy[k][4]!=-1){
			k=hierarchy[k][5];
			c=c+1;
		}
		if(c>=5){//5条即为一个可能的定位点
			found_contours.push_back(contours[i]);
			found.push_back(i);
		}
	}
	if(found.size()>=3){//可能有误检测的方块　已确定定位点
		std::vector<int> index(4,-1);
		check_center(found_contours,index);//寻找正角
		
		//考虑变换

		std::vector<cv::Point> final;
		for(int i=0;i<4;i++){
			auto part_rect=cv::minAreaRect(found_contours[index[i]]);
			cv::Point2f p[4];
			part_rect.points(p);
			for(int j=0;j<4;j++)final.push_back(p[j]);
		}
		auto ROI=cv::boundingRect(final);
		if(ROI.tl().x>0&&ROI.tl().y>0){
			cv::Mat ROI_image=image(ROI);
			image2string(ROI_image);//图片转URL
		}
	}
	// cv::imshow("image", image);
	// cv::imshow("canny", canny_image);
	// cv::waitKey(0);
	return 0;
}

3.3编译使用

  • g++ qrencode.cpp -lzbar -o qrencode
  • cmake工程使用，由于自带了cmake的文件，所以在Cmakefile.txt文件中直接添加FIND_PACKAGE(zbar REQUIRED)

hello