iOS二维码识别/二维码生成

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前言
扫一扫识别二维码图片
长按图片识别二维码图片
生成二维码图片
代码完善
- 识别二维码图片优化
小结

前言

最近在做一个关于二维码的组件，已发布，现总结下。
开发的APP所需支持的最低版本为7.0，最初的方案为扫描使用苹果自带的API实现扫一扫的功能、使用ZXing识别从相册或别人转发的二维码图片。但发现ZXing识别从相册中来的图片性能很差，很多图片识别不了，且耗时较长，遂使用ZBar来实现识别从相册或别人转发的二维码图片。
这个组件重要有三个功能，扫一扫识别二维码图片、长按图片识别二维码图片和生成二维码图片。

扫一扫识别二维码图片

- (void)initCapture {AVCaptureDevice* inputDevice =[AVCaptureDevice defaultDeviceWithMediaType:AVMediaTypeVideo];[inputDevice lockForConfiguration:nil];if ([inputDevice hasTorch]) {inputDevice.torchMode = AVCaptureTorchModeAuto;}[inputDevice unlockForConfiguration];AVCaptureDeviceInput *captureInput =[AVCaptureDeviceInput deviceInputWithDevice:inputDevice error:nil];if (!captureInput) {if ([[[UIDevice currentDevice] systemVersion] floatValue] >= 7.0) {UIAlertController *alterVC = [UIAlertController alertControllerWithTitle:@"系统提示" message:@"您已关闭相机使用权限，请至手机“设置->隐私->相机”中打开" preferredStyle:UIAlertControllerStyleAlert];UIAlertAction *confirmAction = [UIAlertAction actionWithTitle:@"确定" style:UIAlertActionStyleDefault handler:nil];[alterVC addAction:confirmAction];[self presentViewController:alterVC animated:YES completion:nil];} else {UIAlertController *alterVC = [UIAlertController alertControllerWithTitle:@"系统提示" message:@"未能找到相机设备" preferredStyle:UIAlertControllerStyleAlert];UIAlertAction *confirmAction = [UIAlertAction actionWithTitle:@"确定" style:UIAlertActionStyleDefault handler:nil];[alterVC addAction:confirmAction];[self presentViewController:alterVC animated:YES completion:nil];}return;}AVCaptureMetadataOutput *captureOutput = [[AVCaptureMetadataOutput alloc] init];[captureOutput setMetadataObjectsDelegate:self queue:_queue];self.captureOutput = captureOutput;self.captureSession = [[AVCaptureSession alloc] init];[self.captureSession addInput:captureInput];[self.captureSession addOutput:captureOutput];CGFloat w = 1920.f;CGFloat h = 1080.f;if ([self.captureSession canSetSessionPreset:AVCaptureSessionPreset1920x1080]) {self.captureSession.sessionPreset = AVCaptureSessionPreset1920x1080;} else if ([self.captureSession canSetSessionPreset:AVCaptureSessionPreset1280x720]) {self.captureSession.sessionPreset = AVCaptureSessionPreset1280x720;w = 1280.f;h = 720.f;} else if ([self.captureSession canSetSessionPreset:AVCaptureSessionPreset640x480]) {self.captureSession.sessionPreset = AVCaptureSessionPreset640x480;w = 960.f;h = 540.f;}captureOutput.metadataObjectTypes = [captureOutput availableMetadataObjectTypes];CGRect bounds = [[UIScreen mainScreen] bounds];if (!self.prevLayer) {self.prevLayer = [AVCaptureVideoPreviewLayer layerWithSession:self.captureSession];}self.prevLayer.frame = bounds;self.prevLayer.videoGravity = AVLayerVideoGravityResizeAspectFill;[self.view.layer insertSublayer:self.prevLayer atIndex:0];//    计算rectOfInterestCGFloat p1 = bounds.size.height/bounds.size.width;CGFloat p2 = w/h;CGRect cropRect = CGRectMake(CGRectGetMinX(_cropRect) - kQRReaderScanExpandWidth, CGRectGetMinY(_cropRect) - kQRReaderScanExpandHeight, CGRectGetWidth(_cropRect) + 2*kQRReaderScanExpandWidth, CGRectGetHeight(_cropRect) + 2*kQRReaderScanExpandHeight);if (fabs(p1 - p2) < 0.00001) {captureOutput.rectOfInterest = CGRectMake(cropRect.origin.y /bounds.size.height,cropRect.origin.x/bounds.size.width,cropRect.size.height/bounds.size.height,cropRect.size.width/bounds.size.width);} else if (p1 < p2) {//实际图像被截取一段高CGFloat fixHeight = bounds.size.width * w / h;CGFloat fixPadding = (fixHeight - bounds.size.height)/2;captureOutput.rectOfInterest = CGRectMake((cropRect.origin.y + fixPadding)/fixHeight,cropRect.origin.x/bounds.size.width,cropRect.size.height/fixHeight,cropRect.size.width/bounds.size.width);} else {CGFloat fixWidth = bounds.size.height * h / w;CGFloat fixPadding = (fixWidth - bounds.size.width)/2;captureOutput.rectOfInterest = CGRectMake(cropRect.origin.y/bounds.size.height,(cropRect.origin.x + fixPadding)/fixWidth,cropRect.size.height/bounds.size.height,cropRect.size.width/fixWidth);}
}

长按图片识别二维码图片

识别图片使用的是ZBar，最初的方案为ZXing，因为ZXing有人在维护，但ZXing识别相册中的二维码图片或本地的图片，有些图片根本就识别不出来，且耗时较长，所以改为使用ZBar。在网上找到一篇文章再见ZXing 使用系统原生代码处理QRCode,实测发现在iOS9，iphone4s上传回来的数组为空。代码如下：

    //decode- (NSString *)decodeQRImageWith:(UIImage*)aImage {NSString *qrResult = nil;//iOS8及以上可以使用系统自带的识别二维码图片接口，但此api有问题，在一些机型上detector为nil。//    if (iOS8_OR_LATER) {//        CIContext *context = [CIContext contextWithOptions:nil];//        CIDetector *detector = [CIDetector detectorOfType:CIDetectorTypeQRCode context:context options:@{CIDetectorAccuracy:CIDetectorAccuracyHigh}];//        CIImage *image = [CIImage imageWithCGImage:aImage.CGImage];//        NSArray *features = [detector featuresInImage:image];//        CIQRCodeFeature *feature = [features firstObject];////        qrResult = feature.messageString;//    } else {ZBarReaderController* read = [ZBarReaderController new];CGImageRef cgImageRef = aImage.CGImage;ZBarSymbol* symbol = nil;for(symbol in [read scanImage:cgImageRef]) break;qrResult = symbol.data ;return qrResult;}

无图无真相：

detector的值为nil，也就是说

    CIDetector *detector = [CIDetector detectorOfType:CIDetectorTypeQRCode context:context options:@{CIDetectorAccuracy:CIDetectorAccuracyHigh}];

CIDetector的初始化方法无效。推测是苹果API的问题。

生成二维码图片

在iOS8及以上版本使用苹果的API生成二维码图片，代码如下：

- (UIImage *)encodeQRImageWithContent:(NSString *)content size:(CGSize)size {UIImage *codeImage = nil;if (iOS8_OR_LATER) {NSData *stringData = [content dataUsingEncoding: NSUTF8StringEncoding];//生成CIFilter *qrFilter = [CIFilter filterWithName:@"CIQRCodeGenerator"];[qrFilter setValue:stringData forKey:@"inputMessage"];[qrFilter setValue:@"M" forKey:@"inputCorrectionLevel"];UIColor *onColor = [UIColor blackColor];UIColor *offColor = [UIColor whiteColor];//上色CIFilter *colorFilter = [CIFilter filterWithName:@"CIFalseColor"keysAndValues:@"inputImage",qrFilter.outputImage,@"inputColor0",[CIColor colorWithCGColor:onColor.CGColor],@"inputColor1",[CIColor colorWithCGColor:offColor.CGColor],nil];CIImage *qrImage = colorFilter.outputImage;CGImageRef cgImage = [[CIContext contextWithOptions:nil] createCGImage:qrImage fromRect:qrImage.extent];UIGraphicsBeginImageContext(size);CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext();CGContextSetInterpolationQuality(context, kCGInterpolationNone);CGContextScaleCTM(context, 1.0, -1.0);CGContextDrawImage(context, CGContextGetClipBoundingBox(context), cgImage);codeImage = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();UIGraphicsEndImageContext();CGImageRelease(cgImage);} else {codeImage = [QRCodeGenerator qrImageForString:content imageSize:size.width];}return codeImage;
}

iOS8以下使用libqrencode库来生成二维码图片。

代码完善

2015年12月11日

QA测试发现，服务端生成的二维码，使用ZBar识别不出来，但将这张图片保存到相册，然后发送就可以识别出来。最初的想法是要服务端修改生成的二维码，但安卓能够识别出来，此路不通，那只有看ZBar的源码了。

- (id <NSFastEnumeration>) scanImage: (CGImageRef) image
{timer_start;int nsyms = [self scanImage: imagewithScaling: 0];//没有识别出来，判断CGImageRef对象的宽和高是否大于640，大于或等于的话进行缩放再进行扫描if(!nsyms &&CGImageGetWidth(image) >= 640 &&CGImageGetHeight(image) >= 640)// make one more attempt for close up, grainy imagesnsyms = [self scanImage: imagewithScaling: .5];NSMutableArray *syms = nil;if(nsyms) {// quality/type filteringint max_quality = MIN_QUALITY;for(ZBarSymbol *sym in scanner.results) {zbar_symbol_type_t type = sym.type;int quality;if(type == ZBAR_QRCODE)quality = INT_MAX;elsequality = sym.quality;if(quality < max_quality) {zlog(@"    type=%d quality=%d < %d\n",type, quality, max_quality);continue;}if(max_quality < quality) {max_quality = quality;if(syms)[syms removeAllObjects];}zlog(@"    type=%d quality=%d\n", type, quality);if(!syms)syms = [NSMutableArray arrayWithCapacity: 1];[syms addObject: sym];}}zlog(@"read %d filtered symbols in %gs total\n",(!syms) ? 0 : [syms count], timer_elapsed(t_start, timer_now()));return(syms);
}

在这里就产生了一个解决有些二维码图片识别不出来的解决思路：将传过来的UIImage的宽和高设置为640，识别不出来再进行缩放识别。修改UIImage的代码如下：

-(UIImage *)TransformtoSize:(CGSize)Newsize
{// 创建一个bitmap的contextUIGraphicsBeginImageContext(Newsize);// 绘制改变大小的图片[self drawInRect:CGRectMake(0, 0, Newsize.width, Newsize.height)];// 从当前context中创建一个改变大小后的图片UIImage *TransformedImg=UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();// 使当前的context出堆栈UIGraphicsEndImageContext();// 返回新的改变大小后的图片return TransformedImg;
}

这样类似于ZXing中的tryHard设置为YES。识别不出来的二维码图片就可以识别了。

2016年5月20日
bug: 点击进入扫一扫界面，退出，再进入，这样重复5次左右，扫一扫之前的界面的会出现卡顿。
原因：多次进入扫一扫界面，再退出，因此界面未被系统回收，captureSession对象一直在运行，会造成内存泄露，引起上一个界面卡顿。
解决方案：在视图将要消失的时候，确保captureSession对象停止运行。

- (void)viewWillDisappear:(BOOL)animated
{[super viewWillDisappear:animated];if ([self.captureSession isRunning]) {[self.captureSession stopRunning];}
}

2018年4月28日

识别二维码图片优化

近期通过bugly收集卡顿问题发现，二维码组件在识别二维码图片时，会出现卡顿问题。为优化识别速度，采用了三种方案，并分别进行测试，并对测试数据进行分析，最终挑选出最优的方案。

任务A：使用系统提供的CoreImage的CIDetector接口去识别二维码图片，返回对应的字符串；
任务B：使用zbar中的方法去识别二维码图片，返回对应的字符串。

//任务A
+ (NSString *)useSystemMethodDecodeImage:(UIImage *)image {NSString *resultString = nil;CIDetector *detector = [CIDetector detectorOfType:CIDetectorTypeQRCodecontext:niloptions:@{CIDetectorAccuracy:CIDetectorAccuracyHigh}];if (detector) {CIImage *ciImage = [CIImage imageWithCGImage:image.CGImage];NSArray *features = [detector featuresInImage:ciImage];CIQRCodeFeature *feature = [features firstObject];resultString = feature.messageString;}return resultString;
}
//任务B
+ (NSString *)useZbarMethodDecodeImage:(UIImage *)image {UIImage *decodeImage = image;if (decodeImage.size.width < 641) {decodeImage = [decodeImage TransformtoSize:CGSizeMake(640, 640)];}QRCodeZBarReaderController* read = [QRCodeZBarReaderController new];CGImageRef cgImageRef = decodeImage.CGImage;QRCodeZBarSymbol *symbol = nil;for(symbol in [read scanImage:cgImageRef]) break;return symbol.data;
}

方案A：先执行任务A，如果获取到的字符串为空，再执行任务B。

+ (NSString *)planOneDecodeWithImage:(UIImage *)image index:(NSInteger)index{NSMutableString *costTimeInfo = [NSMutableString stringWithFormat:@"%ld\r\n",index];CFAbsoluteTime startTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent();NSString *detectorString = [MUIQRCodeDecoder useSystemMethodDecodeImage:image];CFAbsoluteTime detectorCostTime = (CFAbsoluteTimeGetCurrent() - startTime);[costTimeInfo appendString:[NSString stringWithFormat:@"detector : %f ms\r\n",detectorCostTime *1000.0]];NSAssert(detectorString.length > 0, @"detector fail!");CFAbsoluteTime zbarStartTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent();NSString *zbarSymbolString = [MUIQRCodeDecoder useZbarMethodDecodeImage:image];NSAssert(zbarSymbolString.length > 0, @"zbar fail!");CFAbsoluteTime zbarCostTime = (CFAbsoluteTimeGetCurrent() - zbarStartTime);[costTimeInfo appendString:[NSString stringWithFormat:@"zbar : %f ms\r\n",zbarCostTime *1000.0]];CFAbsoluteTime totalCostTime = (CFAbsoluteTimeGetCurrent() - startTime);[costTimeInfo appendString:[NSString stringWithFormat:@"total cost : %f ms\r\n",totalCostTime *1000.0]];[costTimeInfo appendString:[NSString stringWithFormat:@"detectorString : %@ ms\r\n",detectorString]];[costTimeInfo appendString:[NSString stringWithFormat:@"zbarSymbolString : %@ ms\r\n",zbarSymbolString]];return [costTimeInfo copy];
}

方案B：同时执行任务A和任务B，两者均执行完后，返回识别的结果；

+ (NSString *)planTwoDecodeWithImage:(UIImage *)image index:(NSInteger)index { __block NSMutableString *costTimeInfo = [NSMutableString stringWithFormat:@"%ld\r\n",index];__block NSString *detectorString = nil;__block NSString *zbarSymbolString = nil;CFAbsoluteTime startTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent();dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0);dispatch_group_t group = dispatch_group_create();dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{detectorString = [MUIQRCodeDecoder useSystemMethodDecodeImage:image];NSAssert(detectorString.length > 0, @"detector fail!");CFAbsoluteTime costTime = (CFAbsoluteTimeGetCurrent() - startTime);[costTimeInfo appendString:[NSString stringWithFormat:@"detector : %f ms\r\n",costTime *1000.0]];});dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{zbarSymbolString = [MUIQRCodeDecoder useZbarMethodDecodeImage:image];NSAssert(zbarSymbolString.length > 0, @"zbar fail!");CFAbsoluteTime costTime = (CFAbsoluteTimeGetCurrent() - startTime);[costTimeInfo appendString:[NSString stringWithFormat:@"zbar : %f ms\r\n",costTime *1000.0]];});dispatch_group_notify(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{dispatch_semaphore_signal(semaphore);});dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);CFAbsoluteTime totalCostTime = (CFAbsoluteTimeGetCurrent() - startTime);[costTimeInfo appendString:[NSString stringWithFormat:@"total cost : %f ms\r\n",totalCostTime *1000.0]];[costTimeInfo appendString:[NSString stringWithFormat:@"detectorString : %@ ms\r\n",detectorString]];[costTimeInfo appendString:[NSString stringWithFormat:@"zbarSymbolString : %@ ms\r\n",zbarSymbolString]];return [costTimeInfo copy];
}

方案C：同时执行任务A和任务B
1、任务A先执行完且识别成功，返回识别结果；
2、任务B先执行完且识别成功，返回识别结果；
3、任务A和任务B均识别失败，两者均执行完后，返回识别的结果。

+ (NSString *)planThreeDecodeWithImage:(UIImage *)image index:(NSInteger)index {__block NSMutableString *costTimeInfo = [NSMutableString stringWithFormat:@"%ld\r\n",index];__block NSString *detectorString = nil;__block NSString *zbarSymbolString = nil;__block BOOL isNeedSendSignal = YES;CFAbsoluteTime startTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent();dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(0);dispatch_group_t group = dispatch_group_create();dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{detectorString = [MUIQRCodeDecoder useSystemMethodDecodeImage:image];//NSAssert(detectorString.length > 0, @"detector fail!");CFAbsoluteTime costTime = (CFAbsoluteTimeGetCurrent() - startTime);[costTimeInfo appendString:[NSString stringWithFormat:@"detector : %f ms\r\n",costTime *1000.0]];if (detectorString.length > 0 && isNeedSendSignal) {isNeedSendSignal = NO;dispatch_semaphore_signal(semaphore);}});dispatch_group_async(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{zbarSymbolString = [MUIQRCodeDecoder useZbarMethodDecodeImage:image];//NSAssert(zbarSymbolString.length > 0, @"zbar fail!");CFAbsoluteTime costTime = (CFAbsoluteTimeGetCurrent() - startTime);[costTimeInfo appendString:[NSString stringWithFormat:@"zbar : %f ms\r\n",costTime *1000.0]];if (zbarSymbolString.length > 0 && isNeedSendSignal) {isNeedSendSignal = NO;dispatch_semaphore_signal(semaphore);}});dispatch_group_notify(group, dispatch_get_global_queue(0,0), ^{if (isNeedSendSignal) {dispatch_semaphore_signal(semaphore);}});dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);CFAbsoluteTime totalCostTime = (CFAbsoluteTimeGetCurrent() - startTime);[costTimeInfo appendString:[NSString stringWithFormat:@"total cost : %f ms\r\n",totalCostTime *1000.0]];[costTimeInfo appendString:[NSString stringWithFormat:@"detectorString : %@ ms\r\n",detectorString]];[costTimeInfo appendString:[NSString stringWithFormat:@"zbarSymbolString : %@ ms\r\n",zbarSymbolString]]; return [costTimeInfo copy];
}

测试数据如下所示:(取了前10张图片）

分析测试数据发现：
1、在测试第一张二维码图片时，总耗时均较大，如果第一次识别使用的是系统方法，耗时超过500ms，这也是为什么会出现卡顿的原因；
2、使用系统方法去识别二维码图片时，如果不是第一次去识别，耗时较小，在65ms以内；
3、使用zbar的方法去识别二维码图片，耗时均值在200ms以内；
4、在方案C中，如果第一次使用系统方法，耗时为226ms。

总结得出，从优化卡顿问题的角度出发，使用方案C最优，同时发现，如果使用系统方法能识别出二维码图片，在初始化之后（也就是第二次使用），耗时最短。同时因为在实际的使用场景中，图片是一张一张识别的，识别过程有一个间隔时间，如果已经使用系统方法识别过二维码图片，那下次识别就能达到最优。所以使用方案C的话，最差情况均值在200ms左右，最好的情况和方案A中第二次使用系统方法耗时基本一致。综合考虑，使用方案C。

小结

在实际的项目开发过程中，设想的情况和实际情况会存在偏差，需要自己时刻使用性能调优工具，根据数据去进行优化，而不能想当然的认为某种方式是最优的。
源码和demo请点这里
参考的文章链接如下
再见ZXing 使用系统原生代码处理QRCode
IOS二维码扫描,你需要注意的两件事
[Zbar算法流程介绍](http://blog.csdn.net/u013738531/article/details/54574262)