新時代，人們有新的追求，自然而然會有新發明的誕生。去年，在“一帶一路”國際合作高峰論壇舉行期間， 20 國青年投票選出中國的“新四大發明”：高鐵、掃碼支付、共享單車和網購。掃碼支付這種新的支付方式，造就二維碼滿天飛的現象。那麼讓我們分析一下如何使用 Python 來生成二維碼圖片。

1.二維碼

二維碼（2-dimensional bar code），是用某種特定的幾何圖形按一定規律在平面（二維方向上）分佈的黑白相間的圖形記錄資料符號資訊的。它能將數字、英文字母、漢字、日文字母、特殊符號(如空格，%，/ 等)、二進位制等資訊記錄到一個正方形的圖片中。

因此，在轉換的過程中，離不開編碼壓縮方式。在許多種類的二維條碼中，常用的碼制有：Data Matrix, Maxi Code, Aztec, QR Code, Vericode, PDF417, Ultracode, Code 49, Code 16K等。

二維碼在現實生活中的應用越來與普遍，歸於功於 QR code 碼制的流行。我們常說的二維碼就是它。所以，二維碼又被稱為 QR code。

QR code 是一種矩陣式二維條碼（又稱棋盤式二維條碼）。它是在一個矩形空間通過黑、白畫素在矩陣中的不同分佈進行編碼。在矩陣相應元素位置上，用點（方點、圓點或其他形狀）的出現表示二進位制“1”，點的不出現表示二進位制的“0”，點的排列組合確定了矩陣式二維條碼所代表的意義。

2.二維碼結構

我們的目的是要使用 Python 生成 QR 碼，那我們需要先了解二維碼(QR 碼)的結構。根據標準（ISO/IEC 18004），我們可以瞭解到 QR 碼結構如下：

1. 功能圖形 功能圖形是不參與編碼資料的區域。它包含空白區、位置探測圖形、位置探測圖形分隔符、定點陣圖形、校正圖形五大模組。

- 空白區 空白區顧名思義就是要留空白。因此，這裡不能有任何圖樣或標記。這樣才能保證 QR 能被識別。 - 位置探測圖形 這個有點類似中文的“回”字。在 QR 碼中有個這樣的標識，它分別的左上、右上和左下角。作用是協助掃描軟體定位 QR 碼並轉換座標系。我們在掃描二維碼的時候，不管是豎著掃、橫著掃、斜著掃都能識別出內容，主要是它的功勞。 - 位置探測圖形分隔符 主要作用是區分功能圖形和編碼區域。 - 定點陣圖形 它由黑白間隔的各自各自組成的線條。主要用於指示標識密度和確定座標系。原因是 QR 碼一種有 40 個版本，也就是說有 40 種尺寸。每種二維碼的尺寸越大，掃描的距離就越遠。 - 校正圖形

2. 編碼區域 編碼區域是資料進行編碼儲存的區域。它由格式資訊、版本資訊、資料和糾錯碼字三部分構成。 - 格式資訊 所有尺寸的二維碼都有該資訊。它存放一些格式化資料的資訊，例如容錯級別、資料掩碼，和額外的自身 BCH 容錯碼。 - 版本資訊 版本資訊是規定二維碼的規格。前面講到 QR 碼一共有 40 種規格的矩陣（一般為黑白色），從21x21（版本1），到177x177（版本40），每一版本符號比前一版本 每邊增加4個模組。-- 資料和糾錯碼 主要是儲存實際資料以及用於糾錯碼字。

3.二維碼的繪製過程

二維碼的繪製大概過程如下： 1）在二維碼的左上角、左下角、右上角繪製位置探測圖形。位置探測圖形一定是一個 7x7 的矩陣。 2）繪製校正圖形。校正圖形一定是一個 5x5 的矩陣。 3）繪製兩條連線三個位置探測圖形的定點陣圖形。 4）在上述圖片的基礎上，繼續繪製格式資訊。 5）接著繪製版本資訊。 6）填充資料碼和糾錯碼到二維碼圖中。 7）最後是繪製蒙版圖案。因為按照上述方式填充內容，可能會出現大面積的空白或黑塊的情況，導致掃描識別會十分困難。所以需要對整個影象與蒙版進行蒙版操作(Masking)，蒙版操作即為異或 XOR 操作。在這一步，我們可以將資料排列成各種圖片。

4.二維碼的生成

下面推薦兩個庫：qrcode 和 python-qrcode。

- qrcode qrcode 執行在 Python 3 版本上，它可以玩出很多花樣。例如能生成以下三種二維碼圖片：普通二維碼、帶圖片的藝術二維碼（黑白與彩色）、動態二維碼（黑白與彩色）。它比較適合直接用於生成二維碼圖片的場景。

安裝 qrcode 庫可以使用 pip 方式。但是該庫依賴 pillow、numpy 和 imageio。因此，我們需要先安裝依賴庫，再安裝 qrcode。 逐一安裝下面幾個庫。 pip install pillow pip install numpy pip install imageio pip install myqr

該庫生成帶圖片的藝術二維碼算是一大亮點。具體庫的操作請大家自行百度。

- python-qrcode python-qrcode 相比 qrcode 要稍微遜色一點。不過它也有自己的特色。它支援生成向量圖，而且比較適合在程式碼中生成二維碼的場景。

安裝 python-qrcode 同樣建議使用 pip 方式，安裝命令如下： pip install qrcode 具體庫的說明同樣請大家自行百度。