( Day 40 ) 辨識 QRCode 和 BarCode

2022 iThome 鐵人賽

Software Development

學 Python 到底可以幹麻勒？系列第 40 篇

14th鐵人賽 python python系列文章

oxxo

2022-10-10 22:52:50

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這篇教學會使用 OpenCV 讀取包含 QRCode ( 二維條碼 ) 和 BarCdoe ( 條碼 ) 的影像，搭配 QRCodeDetector() 和 barcode_BarcodeDetector() 方法，實現在攝影機影像中即時辨識 QRCode 和 BarCode 的功能。

原文參考：辨識 QRCode 和 BarCode

因為程式中的 OpenCV 會需要使用鏡頭或 GPU，所以請使用本機環境 ( 參考：使用 Python 虛擬環境 ) 或使用 Anaconda Jupyter 進行實作 ( 參考：使用 Anaconda ) ，並安裝 OpenCV 函式庫 ( 參考：OpenCV 函式庫 )。

Python 教學 - 辨識 QRCode 和 BarCode

辨識 QRCode

OpenCV 開啟圖片後，使用 QRCodeDetector() 建立 QRCode 偵測器，接著就能使用 detectAndDecode() 方法開始偵測圖片中的 QRCode，偵測 QRCode 之後會回傳三個數值：

回傳數值	說明
data	偵測到的資料。
bbox	偵測到的座標範圍，如果沒有偵測到 QRCode 會是 None。
rectified	將帶有角度的 QRCode 轉換成垂直 90 度的陣列。

import cv2
import numpy as np
img = cv2.imread("qrcode.jpg")                       # 開啟圖片

qrcode = cv2.QRCodeDetector()                        # 建立 QRCode 偵測器
data, bbox, rectified = qrcode.detectAndDecode(img)  # 偵測圖片中的 QRCode
# 如果 bbox 是 None 表示圖片中沒有 QRCode
if bbox is not None:
    print(data)                # QRCode 的內容
    print(bbox)                # QRCode 的邊界
    print(rectified)           # 換成垂直 90 度的陣列

cv2.imshow('oxxostudio', img)  # 預覽圖片
cv2.waitKey(0)                 # 按下任意鍵停止
cv2.destroyAllWindows()        # 結束所有圖片視窗

Python 教學 - 辨識 QRCode 和 BarCode

因為 bbox 的內容為 QRCode 邊界四個點的座標，所以可以建立一個簡單的函式，取出左上和右下的座標，透過座標標記出 QRCode 的外框，下方的程式碼執行後，會在偵測到的 QRCode 邊緣標記出紅色外框。

參考：rectangle() 畫四邊形、numpy.rollaxis()、極值

import cv2
import numpy as np
img = cv2.imread("qrcode.jpg")

qrcode = cv2.QRCodeDetector()
data, bbox, rectified = qrcode.detectAndDecode(img)

# 取得座標的函式
def boxSize(arr):
    global data
    box_roll = np.rollaxis(arr,1,0)   # 轉置矩陣，把 x 放在同一欄，y 放在同一欄
    xmax = int(np.amax(box_roll[0]))  # 取出 x 最大值
    xmin = int(np.amin(box_roll[0]))  # 取出 x 最小值
    ymax = int(np.amax(box_roll[1]))  # 取出 y 最大值
    ymin = int(np.amin(box_roll[1]))  # 取出 y 最小值
    return (xmin,ymin,xmax,ymax)

# 如果 bbox 是 None 表示圖片中沒有 QRCode
if bbox is not None:
    print(data)
    print(bbox)
    print(rectified)
    box = boxSize(bbox[0])
    cv2.rectangle(img,(box[0],box[1]),(box[2],box[3]),(0,0,255),5)  # 畫矩形

cv2.imshow('oxxostudio', img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

Python 教學 - 辨識 QRCode 和 BarCode

如果是帶有角度的 QRCode，也可以正常偵測並標記外框。

Python 教學 - 辨識 QRCode 和 BarCode

額外建立一個放入文字的函式，就能根據讀取到的內容和座標，將文字顯示在 QRCode 的正下方。

參考：使用中文字型

import cv2
import numpy as np
from PIL import ImageFont, ImageDraw, Image          # 載入 PIL ( 為了放中文字 )
img = cv2.imread("qrcode.jpg")

qrcode = cv2.QRCodeDetector()
data, bbox, rectified = qrcode.detectAndDecode(img)

# 建立放入文字的函式
def putText(x,y,text,color=(0,0,0)):
    global img
    fontpath = 'NotoSansTC-Regular.otf'      # 字體 ( 從 Google Font 下載 )
    font = ImageFont.truetype(fontpath, 20)  # 設定字型與大小
    imgPil = Image.fromarray(img)            # 將 img 轉換成 PIL 圖片物件
    draw = ImageDraw.Draw(imgPil)            # 建立繪圖物件
    draw.text((x, y), text, fill=color, font=font)  # 寫入文字
    img = np.array(imgPil)                   # 轉換回 np array

def boxSize(arr):
    global data
    box_roll = np.rollaxis(arr,1,0)
    xmax = int(np.amax(box_roll[0]))
    xmin = int(np.amin(box_roll[0]))
    ymax = int(np.amax(box_roll[1]))
    ymin = int(np.amin(box_roll[1]))
    return (xmin,ymin,xmax,ymax)

if bbox is not None:
    print(data)
    print(bbox)
    print(rectified)
    box = boxSize(bbox[0])
    cv2.rectangle(img,(box[0],box[1]),(box[2],box[3]),(0,0,255),5)

cv2.imshow('oxxostudio', img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

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辨識多組 QRCode

如果影像中有「多組」QRcode 需要辨識，則需要改用 detectAndDecodeMulti() 方法進行偵測，detectAndDecodeMulti() 方法會回傳四個數值：

回傳數值	說明
ok	是否有偵測到，True 表示有，False 表示沒有。
data	偵測到的資料，使用陣列依序紀錄不同 QRCode 的內容。
bbox	偵測到的座標範圍，使用陣列依序紀錄不同 QRCode 的座標範圍。
rectified	旋轉成正九十度的 QRCode 矩陣，使用陣列依序紀錄不同 QRCode 的矩陣。

import cv2
import numpy as np
from PIL import ImageFont, ImageDraw, Image
img = cv2.imread("many-qrcode.jpg")

def putText(x,y,text,color=(0,0,0)):
    global img
    fontpath = 'NotoSansTC-Regular.otf'
    font = ImageFont.truetype(fontpath, 20)
    imgPil = Image.fromarray(img)
    draw = ImageDraw.Draw(imgPil)
    draw.text((x, y), text, fill=color, font=font)
    img = np.array(imgPil)

def boxSize(arr):
    global data
    box_roll = np.rollaxis(arr,1,0)
    xmax = int(np.amax(box_roll[0]))
    xmin = int(np.amin(box_roll[0]))
    ymax = int(np.amax(box_roll[1]))
    ymin = int(np.amin(box_roll[1]))
    return (xmin,ymin,xmax,ymax)

qrcode = cv2.QRCodeDetector()
ok, data, bbox, rectified = qrcode.detectAndDecodeMulti(img)   # 改用 detectAndDecodeMulti
# 如果有偵測到
if ok:
    # 使用 for 迴圈取出每個 QRCode 的資訊
    for i in range(len(data)):
        print(data[i])
        print(bbox[i])
        text = data[i]          # QRCode 內容
        box = boxSize(bbox[i])  # QRCode 左上與右下座標
        cv2.rectangle(img,(box[0],box[1]),(box[2],box[3]),(0,0,255),5)  # 標記外框
        putText(box[0],box[3],text)   # 寫出文字

cv2.imshow('oxxostudio', img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

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辨識 BarCode

OpenCV 開啟圖片後，使用 BarcodeDetector() 建立 QRCode 偵測器，接著就能使用 barcode_BarcodeDetector() 方法開始偵測圖片中的 BarCode ( 可以同時偵測多組 BarCode )，偵測 BarCode 之後會回傳四個數值：

回傳數值	說明
ok	是否有偵測到，True 表示有，False 表示沒有。
data	偵測到的資料，使用 Tuple 依序紀錄不同 BarCode 的內容。
data_type	偵測到的型態。
bbox	偵測到的座標範圍，使用陣列依序紀錄不同 BarCode 的座標範圍。

下方的程式碼延伸前面辨識 QRCode 的 putText 和 boxSize 函式，同時偵測畫面中的兩個 BarCode，偵測到 BarCode 後會使用紅色框標記並顯示內容。

注意，BarCode 圖片的上下左右需要保持一定距離，不然發生偵測不到的狀況

import cv2
import numpy as np
from PIL import ImageFont, ImageDraw, Image
img = cv2.imread("barcode.jpg")

def putText(x,y,text,color=(0,0,0)):
    global img
    fontpath = 'NotoSansTC-Regular.otf'
    font = ImageFont.truetype(fontpath, 20)
    imgPil = Image.fromarray(img)
    draw = ImageDraw.Draw(imgPil)
    draw.text((x, y), text, fill=color, font=font)
    img = np.array(imgPil)

def boxSize(arr):
    global data
    box_roll = np.rollaxis(arr,1,0)
    xmax = int(np.amax(box_roll[0]))
    xmin = int(np.amin(box_roll[0]))
    ymax = int(np.amax(box_roll[1]))
    ymin = int(np.amin(box_roll[1]))
    return (xmin,ymin,xmax,ymax)

barcode = cv2.barcode_BarcodeDetector()                   # 建立 BarCode 偵測器
ok, data, data_type, bbox = barcode.detectAndDecode(img)  # 偵測 BarCode
# 如果有 BarCode
if ok:
    # 依序取出所有 BarCode 內容
    for i in range(len(data)):
        box = boxSize(bbox[i])   # 取出座標
        text = data[i]           # 取出內容
        cv2.rectangle(img,(box[0],box[1]),(box[2],box[3]),(0,0,255),5)  # 繪製外框
        putText(box[0],box[3],text,color=(0,0,255))                     # 放入文字

cv2.imshow('oxxostudio', img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

Python 教學 - 辨識 QRCode 和 BarCode

即時影像辨識 QRCode

參考「讀取並播放影片」文章，將讀取攝影鏡頭影像的範例，結合辨識 QRCode 的範例，就能即時透過攝影機，偵測並辨識 QRCode。

import cv2
import numpy as np
from PIL import ImageFont, ImageDraw, Image

cap = cv2.VideoCapture(0)

def putText(x,y,text,color=(0,0,0)):
    global img
    fontpath = 'NotoSansTC-Regular.otf'
    font = ImageFont.truetype(fontpath, 20)
    imgPil = Image.fromarray(img)
    draw = ImageDraw.Draw(imgPil)
    draw.text((x, y), text, fill=color, font=font)
    img = np.array(imgPil)

def boxSize(arr):
    global data
    box_roll = np.rollaxis(arr,1,0)
    xmax = int(np.amax(box_roll[0]))
    xmin = int(np.amin(box_roll[0]))
    ymax = int(np.amax(box_roll[1]))
    ymin = int(np.amin(box_roll[1]))
    return (xmin,ymin,xmax,ymax)

qrcode = cv2.QRCodeDetector()             # QRCode 偵測器

while True:
    ret, frame = cap.read()
    if not ret:
        print("Cannot receive frame")
        break
    img = cv2.resize(frame,(720,420))     # 縮小尺寸，加快速度
    ok, data, bbox, rectified = qrcode.detectAndDecodeMulti(img)  # 辨識 QRCode
    if ok:
        for i in range(len(data)):
            text = data[i]            # QRCode 內容
            box = boxSize(bbox[i])    # QRCode 座標
            cv2.rectangle(img,(box[0],box[1]),(box[2],box[3]),(0,0,255),5)  # 繪製外框
            putText(box[0],box[3],text,color=(0,0,255))                     # 顯示文字
    cv2.imshow('oxxostudio', img)
    if cv2.waitKey(1) == ord('q'):
        break

cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

Python 教學 - 辨識 QRCode 和 BarCode

學 Python 到底可以幹麻勒？系列第 40 篇