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iOS 扫描二维码/条形码

百家作者：iOS开发 2018-12-14 13:42:33

Linux编程

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作者丨QiShare

https://www.jianshu.com/p/6529f5729b36

最近做IoT项目，在智能设备配网过程中有一个扫描设备或说明书上的二维码/条形码来读取设备信息的需求，要达到的效果大体如下：

想到几年前在帐号卫士中开发过扫码功能，就扒出来封装了一下

https://github.com/QiShare/QiQRCode

以方便在项目中复用。

封装共包括 QiCodeManager 和 QiCodePreviewView 两个类。QiCodeManager 负责扫描功能（二维码/条形码的识别和读取等），QiCodePreviewView 负责扫描界面（扫码框、扫描线、提示语等）。可按照如下方式在项目中使用两个类。

// 初始化扫码界面
_previewView = [[QiCodePreviewView alloc] initWithFrame:self.view.bounds];
_previewView.autoresizingMask = UIViewAutoresizingFlexibleHeight;
[self.view addSubview:_previewView];

// 初始化扫码管理类
__weak typeof(self) weakSelf = self;
_codeManager = [[QiCodeManager alloc] initWithPreviewView:_previewView completion:^{
    // 开始扫描
    [weakSelf.codeManager startScanningWithCallback:^(NSString * _Nonnull code) {} autoStop:YES];
}];

QiCodePreviewView 内部使用 CAShapeLayer 绘制了遮罩 maskLayer、扫描框 rectLayer、框角标 cornerLayer 和扫描线 lineLayer。因为此部分涉及代码较多，本文不做详解，可从QiQRCode中查看源码。

接下来重点介绍一下 QiCodeManager 中扫码功能的实现过程。

一、识别（捕捉）二维码/条形码

QiCodeManager是基于iOS 7+，对 AVFoundation框架中的 AVCaptureSession及相关类进行的封装。

AVCaptureSession是 AVFoundation框架中捕捉音视频等数据的核心类。要实现扫码功能，除了用到 AVCaptureSession之外，还要用到 AVCaptureDevice、 AVCaptureDeviceInput、 AVCaptureMetadataOutput和 AVCaptureVideoPreviewLayer。

核心代码如下：

// input
AVCaptureDevice *device = [AVCaptureDevice defaultDeviceWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
AVCaptureDeviceInput *input = [AVCaptureDeviceInput deviceInputWithDevice:device error:nil];

// output
AVCaptureMetadataOutput *output = [[AVCaptureMetadataOutput alloc] init];
[output setMetadataObjectsDelegate:self queue:dispatch_get_main_queue()];

// session
_session = [[AVCaptureSession alloc] init];
_session.sessionPreset = AVCaptureSessionPresetHigh;
if ([_session canAddInput:input]) {
    [_session addInput:input];
}
if ([_session canAddOutput:output]) {
    [_session addOutput:output];
    // output在被add到session后才可设置metadataObjectTypes属性
    output.metadataObjectTypes = @[AVMetadataObjectTypeQRCode, AVMetadataObjectTypeCode128Code, AVMetadataObjectTypeEAN13Code]；    
}

// previewLayer
AVCaptureVideoPreviewLayer *previewLayer = [AVCaptureVideoPreviewLayer layerWithSession:_session];
previewLayer.frame = previewView.layer.bounds;
previewLayer.videoGravity = AVLayerVideoGravityResizeAspectFill;
[previewView.layer insertSublayer:previewLayer atIndex:0];

// AVCaptureMetadataOutputObjectsDelegate
- (void)captureOutput:(AVCaptureOutput *)output didOutputMetadataObjects:(NSArray<__kindof  AVMetadataObject *> *)metadataObjects fromConnection:(AVCaptureConnection *)connection {

    AVMetadataMachineReadableCodeObject *code = metadataObjects.firstObject;
    if (code.stringValue) { }
}

以“面向人脑”的编程思想对上述代码进行解释：

1、我们需要使用AVCaptureVideoPreviewLayer的实例 previewLayer显示扫描二维码/条形码时看到的影像；

2、但是 previewLayer 的初始化需要 AVCaptureSession 的实例 session 对数据的输入输出进行控制；

3、那我们就初始化一个 session ，并将输出流的质量设置为高质量 AVCaptureSessionPresetHigh；

4、因为 session 是依靠 AVCaptureDeviceInput 和 AVCaptureMetadataOutput 来控制数据输入输出的；

5、那就用AVCaptureDevice的实例 device 初始化一个 input，指明 device为AVMediaTypeVideo类型；

6、再初始化一个 output，设置好 delegate 和 queue 以及所支持的元数据类型（二维码和不同格式的条形码）；

7、然后将 input 和 output 添加到 session 中就OK了，调用[session startRunning]; 就可以扫描二维码了；

8、最终从-captureOutput:didOutputMetadataObjects:fromConnection:方法中得到捕捉到的二维码/条形码数据。

至此，在previewLayer范围内就可以识别二维码/条形码了。

二、指定识别二维码/条形码的区域

如果要控制在 previewLayer 的指定区域内识别二维码/条形码，可以通过修改 output 的rectOfInterest 属性来达到目的。代码如下：

// 计算rect坐标
CGFloat y = rectFrame.origin.y;
CGFloat x = previewView.bounds.size.width - rectFrame.origin.x - rectFrame.size.width;
CGFloat h = rectFrame.size.height;
CGFloat w = rectFrame.size.width;
CGFloat rectY = y / previewView.bounds.size.height;
CGFloat rectX = x / previewView.bounds.size.width;
CGFloat rectH = h / previewView.bounds.size.height;
CGFloat rectW = w / previewView.bounds.size.width;

// 坐标赋值
output.rectOfInterest = CGRectMake(rectY, rectX, rectH, rectW);

1、上述的 CGRectMake(rectY, rectX, rectH, rectW) 与 CGRectMake(x, y, w, h) 的传统定义不同，可以将 rectOfInterest 理解成被翻转过的 CGRect;

2、而 rectY, rectX, rectH, rectW 也不是控件或区域的值，而是所对应的比例，如上述代码中的计算公式，y, x, h, w 的值可参考下图；

3、rectOfInterest 的默认值为CGRectMake(.0, .0, 1.0, 1.0)，表示识别二维码/条形码的区域为全屏（previewLayer区域）。

三、拉近二维码/条形码（放大视频内容）

当二维码/条形码离我们较远时，拉近二维码/条形码会是一个不错的功能，效果如下：

上述效果是使用双指缩放的方式来实现的，具体代码如下：

// 添加缩放手势
UIPinchGestureRecognizer *pinchGesture = [[UIPinchGestureRecognizer alloc] initWithTarget:self action:@selector(pinch:)];
[previewView addGestureRecognizer:pinchGesture];

- (void)pinch:(UIPinchGestureRecognizer *)gesture {

    AVCaptureDevice *device = [AVCaptureDevice defaultDeviceWithMediaType:AVMediaTypeVideo];

    // 设定有效缩放范围，防止超出范围而崩溃
    CGFloat minZoomFactor = 1.0;
    CGFloat maxZoomFactor = device.activeFormat.videoMaxZoomFactor;
    if (@available(iOS 11.0, *)) {
        minZoomFactor = device.minAvailableVideoZoomFactor;
        maxZoomFactor = device.maxAvailableVideoZoomFactor;
    }

    static CGFloat lastZoomFactor = 1.0;
    if (gesture.state == UIGestureRecognizerStateBegan) {
        // 记录上次缩放的比例，本次缩放在上次的基础上叠加
        lastZoomFactor = device.videoZoomFactor;// lastZoomFactor为外部变量
    }
    else if (gesture.state == UIGestureRecognizerStateChanged) {
        CGFloat zoomFactor = lastZoomFactor * gesture.scale;
        zoomFactor = fmaxf(fminf(zoomFactor, maxZoomFactor), minZoomFactor);
        [device lockForConfiguration:nil];// 修改device属性之前须lock
        device.videoZoomFactor = zoomFactor;// 修改device的视频缩放比例
        [device unlockForConfiguration];// 修改device属性之后unlock
    }
}

上述代码的核心逻辑比较简单：

1、在 previewView 上添加一个双指捏合的手势 pinchGesture，并设定 target 和 selector；

2、在 selector方法中根据 gesture.scale 调整 device.videoZoomFactor;

3、注意在修改 device 属性之前要 lock 一下，修改完后 unlock 一下。

四、弱光环境下开启手电筒

弱光环境对扫码功能有较大的影响，通过监测光线亮度给用户提供打开手电筒的选择会提升不少的体验，如下图：弱光监测的代码如下：

- (void)observeLightStatus:(void (^)(BOOL, BOOL))lightObserver {

    _lightObserver = lightObserver;

    AVCaptureVideoDataOutput *lightOutput = [[AVCaptureVideoDataOutput alloc] init];
    [lightOutput setSampleBufferDelegate:self queue:dispatch_get_main_queue()];

    if ([_session canAddOutput:lightOutput]) {
        [_session addOutput:lightOutput];
    }
}

// AVCaptureVideoDataOutputSampleBufferDelegate
- (void)captureOutput:(AVCaptureOutput *)output didOutputSampleBuffer:(CMSampleBufferRef)sampleBuffer fromConnection:(AVCaptureConnection *)connection {

    // 通过sampleBuffer获取到光线亮度值brightness
    CFDictionaryRef metadataDicRef = CMCopyDictionaryOfAttachments(NULL, sampleBuffer, kCMAttachmentMode_ShouldPropagate);
    NSDictionary *metadataDic = (__bridge NSDictionary *)metadataDicRef;
    CFRelease(metadataDicRef);
    NSDictionary *exifDic = metadataDic[(__bridge NSString *)kCGImagePropertyExifDictionary];
    CGFloat brightness = [exifDic[(__bridge NSString *)kCGImagePropertyExifBrightnessValue] floatValue];

    // 初始化一些变量，作为是否透传brightness的因数
    AVCaptureDevice *device = [AVCaptureDevice defaultDeviceWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
    BOOL torchOn = device.torchMode == AVCaptureTorchModeOn;
    BOOL dimmed = brightness <  1.0;
    static BOOL lastDimmed = NO;

    // 控制透传逻辑：第一次监测到光线或者光线明暗变化（dimmed变化）时透传
    if (_lightObserver) {
        if (!_lightObserverHasCalled) {
            _lightObserver(dimmed, torchOn);
            _lightObserverHasCalled = YES;
            lastDimmed = dimmed;
        }
        else if (dimmed != lastDimmed) {
            _lightObserver(dimmed, torchOn);
            lastDimmed = dimmed;
        }
    }
}

1、
初始化 AVCaptureVideoDataOutput 的实例 lightOutput 后，设定 delegate 并将 lightOutput添加到 session 中；

2、
实现
AVCaptureVideoDataOutputSampleBufferDelegate 的回调方法 -captureOutput:didOutputSampleBuffer:fromConnection:；

3、
对回调方法中的 sampleBuffer 进行各种操作（具体参考上述代码细节），并最终获取到光线亮度 brightness；

4、
根据 brightness 的值设定弱光的标准以及是否透传给业务逻辑（这里认为 brightness < 1.0 为弱光）。

调用 -observeLightStatus:方法并实现 blck 即可接收透传过来的光线状态和手电筒状态，并根据状态对 UI 做相应的调整，代码如下：

__weak typeof(self) weakSelf = self;
[self observeLightStatus:^(BOOL dimmed, BOOL torchOn) {
    if (dimmed || torchOn) {// 变为弱光或者手电筒处于开启状态
        [weakSelf.previewView stopScanning];// 停止扫描动画
        [weakSelf.previewView showTorchSwitch];// 显示手电筒开关
    } else {// 变为亮光并且手电筒处于关闭状态
        [weakSelf.previewView startScanning];// 开始扫描动画
        [weakSelf.previewView hideTorchSwitch];// 隐藏手电筒开关
    }
}];

当出现手电筒开关时，我们可以通过点击开关改变手电筒的状态。开关手电筒的代码如下：

+ (void)switchTorch:(BOOL)on {

    AVCaptureDevice *device = [AVCaptureDevice defaultDeviceWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
    AVCaptureTorchMode torchMode = on? AVCaptureTorchModeOn: AVCaptureTorchModeOff;

    if (device.hasFlash && device.hasTorch && torchMode != device.torchMode) {
        [device lockForConfiguration:nil];// 修改device属性之前须lock
        [device setTorchMode:torchMode];// 修改device的手电筒状态
        [device unlockForConfiguration];// 修改device属性之后unlock
    }
}

手电筒开关（按钮）封装在 QiCodePreviewView 中，QiCodeManager 中通过QiCodePreviewViewDelegate 的 -codeScanningView:didClickedTorchSwitch:方法获取手电筒开关的点击事件，并做相应的逻辑处理。代码如下：

// QiCodePreviewViewDelegate
- (void)codeScanningView:(QiCodePreviewView *)scanningView didClickedTorchSwitch:(UIButton *)switchButton {

    switchButton.selected = !switchButton.selected;

    [QiCodeManager switchTorch:switchButton.selected];
    _lightObserverHasCalled = switchButton.selected;
}

综上，扫描二维码/条形码的功能就实现完了。

源码：