二维码的原理以及Java生成二维码【中间带图片】

一、什么是二维码：

二维码（2-dimensional bar code），是用某种特定的几何图形按一定规律在平面（二维方向上）
分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的。

二、常用的码制

Data Matrix, Maxi Code, Aztec, QR Code, Vericode, PDF417, Ultracode, Code 49, Code 16K等。

三、为什么叫二维码

二维码的名称是相对与一维码来说的：

比如以前的条形码，只有横向的竖条状信息，所以也叫“一维码”。

二维码呢，则是横向纵向都有信息，所有叫“二维码”。

二维码优点有：

存储的数据量更大；可以包含数字、字符，及中文文本等混合内容；有一定的容错性（在部分损坏以后可以正常读取）；空间利用率高等。

二维码中，最流行莫过于QR CODE。

四、二维码为什么是黑白相间的？

因为黑色表示二进制的“1”，白色表示二进制的“0”。

我们之所以对二维码进行扫描能读出那么多信息，就是因为这些信息被编入了二维码之中。

制作二维码输入的信息可以分成三类：

文本信息，比如名片信息；

字符信息，比如网址、电话号码；

图片信息，甚至还可以包括简短的视频。

数据信息是怎么被编入的呢？

信息输入后，首先要选择一种信息编码的码制。现在常见的二维码都是以QR码作为编码的码制。QR码是矩阵式二维码，它是在一个矩形空间内，通过黑、白像素在矩阵中的不同分布，来进行编码的。我们知道电脑使用二进制（0和1）数来贮存和处理数据，而在二维码中，用黑白矩形表示二进制数据我们肉眼能看到的黑色表示的是二进制“1”，白色表示二进制的“0”，黑白的排列组合确定了矩阵式二维条码的内容，以便于计算机对二维码符号进行编码和分析。

五、QR CODE 介绍

QR(Quick-Response) code是被广泛使用的一种二维码，解码速度快。它可以存储多用类型

如上图时一个qrcode的基本结构，其中：
位置探测图形、位置探测图形分隔符、定位图形：用于对二维码的定位，对每个QR码来说，位置都是固定存在的，只是大小规格会有所差异；
校正图形：规格确定，校正图形的数量和位置也就确定了；
格式信息：表示改二维码的纠错级别，分为L、M、Q、H；
版本信息：即二维码的规格，QR码符号共有40种规格的矩阵（一般为黑白色），从21×21（版本1），到177×177（版本40），每一版本符号比前一版本每边增加4个模块。
数据和纠错码字：实际保存的二维码信息，和纠错码字（用于修正二维码损坏带来的错误）。
简要的编码过程：

数据分析：确定编码的字符类型，按相应的字符集转换成符号字符；选择纠错等级，在规格一定的条件下，纠错等级越高其真实数据的容量越小。
数据编码：将数据字符转换为位流，每8位一个码字，整体构成一个数据的码字序列。其实知道这个数据码字序列就知道了二维码的数据内容。

QR码可以从任意方向读取：

QR码从360°任一方向均可快速读取。其奥秘就在于QR码中的3处定位图案，可以帮助QR码不受背景样式的影响，实现快速稳定的读取。

提示：

QR码是日本产的二维码，因此非常适合处理日文字母和汉字。QR码字集规格定义是按照日本标准“JIS第一级和第二级的汉字”制定的，因此在日语处理方面，每一个全角字母和汉字都用13比特的数据处理，效率较高，与其他二维码相比，可以多存储20%以上的信息。

六、QR码纠错功能

QR码具有“纠错功能”。即使编码变脏或破损，也可自动恢复数据。这一“纠错能力”具备4个级别，用户可根据使用环境选择相应的级别。调高级别，纠错能力也相应提高，但由于数据量会随之增加(对应二维码里包含的错误校验信息增加)，编码尺寸也也会变大，图形也会变密。
用户应综合考虑使用环境、编码尺寸等因素后选择相应的级别。在工厂等容易沾染赃物的环境下，可以选择级别Q或H，在不那么脏的环境下，且数据量较多的时候，也可以选择级别L。一般情况下用户大多选择级别M(15%)。

那是怎么修正错误呢？

比如我要存一百个数字，那可以额外加一个这一百个数字的和，如果有一个数字缺失，那根据这个和求出，这个就是百分之一的可被修正。如果想两个缺失能被复原就需要再加一些参数。所以信息量就增加了，对应图形就越来越密了。

七、QR码的信息量和版本

QR码设有1到40的不同版本，每个版本都具备固有的码元结构(码元数)。
码元是指构成QR码的方形黑白点。
码元结构是指二维码中的码元数。从版本1(21码元×21码元)开始，在纵向和横向各自以4码元为单位递增，一直到版本40(177码元×177码元)。

QR码的各个版本结合数据量、字符类型和纠错级别，均设有相对应的最多输入字符数。也就是说，如果增加数据量，则需要使用更多的码元来组成QR码，QR码就会变得更大，更密。

八、具体实现

示例图：

【该二维码将跳转百度页面】

【其中图片由两部分构成，二维码+中间“评”字图片】

接下来直接复制粘贴代码就可以

1、QRCodeUtil 工具类

package com.cnpc.dj.party.util;import com.google.zxing.*;
import com.google.zxing.common.BitMatrix;
import com.google.zxing.common.HybridBinarizer;
import com.google.zxing.qrcode.decoder.ErrorCorrectionLevel;import javax.imageio.ImageIO;
import java.awt.*;
import java.awt.geom.RoundRectangle2D;
import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.File;
import java.io.OutputStream;
import java.util.Hashtable;public class QRCodeUtil {private static final String CHARSET = "utf-8";private static final String FORMAT_NAME = "JPG";// 二维码尺寸private static final int QRCODE_SIZE = 300;// LOGO宽度private static final int WIDTH = 60;// LOGO高度private static final int HEIGHT = 60;private static BufferedImage createImage(String content, String imgPath, boolean needCompress) throws Exception {Hashtable hints = new Hashtable();hints.put(EncodeHintType.ERROR_CORRECTION, ErrorCorrectionLevel.H);hints.put(EncodeHintType.CHARACTER_SET, CHARSET);hints.put(EncodeHintType.MARGIN, 1);BitMatrix bitMatrix = new MultiFormatWriter().encode(content, BarcodeFormat.QR_CODE, QRCODE_SIZE, QRCODE_SIZE,hints);int width = bitMatrix.getWidth();int height = bitMatrix.getHeight();BufferedImage image = new BufferedImage(width, height, BufferedImage.TYPE_INT_RGB);for (int x = 0; x < width; x++) {for (int y = 0; y < height; y++) {image.setRGB(x, y, bitMatrix.get(x, y) ? 0xFF000000 : 0xFFFFFFFF);}}if (imgPath == null || "".equals(imgPath)) {return image;}// 插入图片QRCodeUtil.insertImage(image, imgPath, needCompress);return image;}private static void insertImage(BufferedImage source, String imgPath, boolean needCompress) throws Exception {File file = new File(imgPath);if (!file.exists()) {System.err.println("" + imgPath + "   该文件不存在！");return;}Image src = ImageIO.read(new File(imgPath));int width = src.getWidth(null);int height = src.getHeight(null);if (needCompress) { // 压缩LOGOif (width > WIDTH) {width = WIDTH;}if (height > HEIGHT) {height = HEIGHT;}Image image = src.getScaledInstance(width, height, Image.SCALE_SMOOTH);BufferedImage tag = new BufferedImage(width, height, BufferedImage.TYPE_INT_RGB);Graphics g = tag.getGraphics();g.drawImage(image, 0, 0, null); // 绘制缩小后的图g.dispose();src = image;}// 插入LOGOGraphics2D graph = source.createGraphics();int x = (QRCODE_SIZE - width) / 2;int y = (QRCODE_SIZE - height) / 2;graph.drawImage(src, x, y, width, height, null);Shape shape = new RoundRectangle2D.Float(x, y, width, width, 6, 6);graph.setStroke(new BasicStroke(3f));graph.draw(shape);graph.dispose();}public static void encode(String content, String imgPath, String destPath, boolean needCompress) throws Exception {BufferedImage image = QRCodeUtil.createImage(content, imgPath, needCompress);mkdirs(destPath);ImageIO.write(image, FORMAT_NAME, new File(destPath));}public static BufferedImage encode(String content, String imgPath, boolean needCompress) throws Exception {BufferedImage image = QRCodeUtil.createImage(content, imgPath, needCompress);return image;}public static void mkdirs(String destPath) {File file = new File(destPath);// 当文件夹不存在时，mkdirs会自动创建多层目录，区别于mkdir．(mkdir如果父目录不存在则会抛出异常)if (!file.exists() && !file.isDirectory()) {file.mkdirs();}}public static void encode(String content, String imgPath, String destPath) throws Exception {QRCodeUtil.encode(content, imgPath, destPath, false);}// 被注释的方法/** public static void encode(String content, String destPath, boolean* needCompress) throws Exception { QRCodeUtil.encode(content, null, destPath,* needCompress); }*/public static void encode(String content, String destPath) throws Exception {QRCodeUtil.encode(content, null, destPath, false);}public static void encode(String content, String imgPath, OutputStream output, boolean needCompress)throws Exception {BufferedImage image = QRCodeUtil.createImage(content, imgPath, needCompress);ImageIO.write(image, FORMAT_NAME, output);}public static void encode(String content, OutputStream output) throws Exception {QRCodeUtil.encode(content, null, output, false);}public static String decode(File file) throws Exception {BufferedImage image;image = ImageIO.read(file);if (image == null) {return null;}BufferedImageLuminanceSource source = new BufferedImageLuminanceSource(image);BinaryBitmap bitmap = new BinaryBitmap(new HybridBinarizer(source));Result result;Hashtable hints = new Hashtable();hints.put(DecodeHintType.CHARACTER_SET, CHARSET);result = new MultiFormatReader().decode(bitmap, hints);String resultStr = result.getText();return resultStr;}public static String decode(String path) throws Exception {return QRCodeUtil.decode(new File(path));}}

2、BufferedImageLuminanceSource

package com.cnpc.dj.party.util;import com.google.zxing.LuminanceSource;import java.awt.*;
import java.awt.geom.AffineTransform;
import java.awt.image.BufferedImage;public class BufferedImageLuminanceSource extends LuminanceSource {private final BufferedImage image;private final int left;private final int top;public BufferedImageLuminanceSource(BufferedImage image) {this(image, 0, 0, image.getWidth(), image.getHeight());}public BufferedImageLuminanceSource(BufferedImage image, int left, int top, int width, int height) {super(width, height);int sourceWidth = image.getWidth();int sourceHeight = image.getHeight();if (left + width > sourceWidth || top + height > sourceHeight) {throw new IllegalArgumentException("Crop rectangle does not fit within image data.");}for (int y = top; y < top + height; y++) {for (int x = left; x < left + width; x++) {if ((image.getRGB(x, y) & 0xFF000000) == 0) {image.setRGB(x, y, 0xFFFFFFFF); // = white}}}this.image = new BufferedImage(sourceWidth, sourceHeight, BufferedImage.TYPE_BYTE_GRAY);this.image.getGraphics().drawImage(image, 0, 0, null);this.left = left;this.top = top;}public byte[] getRow(int y, byte[] row) {if (y < 0 || y >= getHeight()) {throw new IllegalArgumentException("Requested row is outside the image: " + y);}int width = getWidth();if (row == null || row.length < width) {row = new byte[width];}image.getRaster().getDataElements(left, top + y, width, 1, row);return row;}public byte[] getMatrix() {int width = getWidth();int height = getHeight();int area = width * height;byte[] matrix = new byte[area];image.getRaster().getDataElements(left, top, width, height, matrix);return matrix;}public boolean isCropSupported() {return true;}public LuminanceSource crop(int left, int top, int width, int height) {return new BufferedImageLuminanceSource(image, this.left + left, this.top + top, width, height);}public boolean isRotateSupported() {return true;}public LuminanceSource rotateCounterClockwise() {int sourceWidth = image.getWidth();int sourceHeight = image.getHeight();AffineTransform transform = new AffineTransform(0.0, -1.0, 1.0, 0.0, 0.0, sourceWidth);BufferedImage rotatedImage = new BufferedImage(sourceHeight, sourceWidth, BufferedImage.TYPE_BYTE_GRAY);Graphics2D g = rotatedImage.createGraphics();g.drawImage(image, transform, null);g.dispose();int width = getWidth();return new BufferedImageLuminanceSource(rotatedImage, top, sourceWidth - (left + width), getHeight(), width);}}

以上代码定义了一个名为BufferedImageLuminanceSource的类，它继承自LuminanceSource类。该类表示一个基于BufferedImage的亮度源。

其中包含了构造方法和一些方法用于获取行、矩阵、裁剪和旋转等操作。构造方法接受一个BufferedImage对象作为参数，并可以指定裁剪区域的位置和大小。在构造方法中，对图像进行了处理，将透明像素（alpha值为0）替换为白色。同时也创建了一个新的灰度图像对象。

getRow方法用于获取指定行的像素数据，getMatrix方法用于获取整个图像的像素数据。isCropSupported和isRotateSupported方法返回true，表示支持裁剪和旋转操作。crop方法用于裁剪图像，rotateCounterClockwise方法用于将图像逆时针旋转90度。

总体来说，这段代码实现了基于BufferedImage的亮度源类，提供了对图像进行操作的方法。

3、运行结果

package com.cnpc.dj.party.util;import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.file.FileSystems;
import java.nio.file.Path;import com.google.zxing.BarcodeFormat;
import com.google.zxing.WriterException;
import com.google.zxing.client.j2se.MatrixToImageWriter;
import com.google.zxing.common.BitMatrix;
import com.google.zxing.qrcode.QRCodeWriter;import sun.misc.BASE64Encoder;public class QRCodeGenerator {//	private static final String QR_CODE_IMAGE_PATH = "C:/Users/Administrator/Desktop/xsCRID2QwK.png";
//
//	private static void generateQRCodeImage(String text, int width, int height, String filePath) throws WriterException, IOException {
//		QRCodeWriter qrCodeWriter = new QRCodeWriter();
//
//		BitMatrix bitMatrix = qrCodeWriter.encode(text, BarcodeFormat.QR_CODE, width, height);
//
//		Path path = FileSystems.getDefault().getPath(filePath);
//
//		MatrixToImageWriter.writeToPath(bitMatrix, "PNG", path);
//
//	}public static byte[] getQRCodeImage(String text, int width, int height) throws WriterException, IOException {QRCodeWriter qrCodeWriter = new QRCodeWriter();BitMatrix bitMatrix = qrCodeWriter.encode(text, BarcodeFormat.QR_CODE, width, height);ByteArrayOutputStream pngOutputStream = new ByteArrayOutputStream();MatrixToImageWriter.writeToStream(bitMatrix, "PNG", pngOutputStream);byte[] pngData = pngOutputStream.toByteArray(); return pngData;}public static String getBase64(String url) {byte[] qrcode = null;try {qrcode = QRCodeGenerator.getQRCodeImage(url, 360, 360);} catch (WriterException e) {System.out.println("Could not generate QR Code, WriterException :: " + e.getMessage());e.printStackTrace();} catch (IOException e) {System.out.println("Could not generate QR Code, IOException :: " + e.getMessage());} String str = new BASE64Encoder().encode(qrcode);return str;}public static void main(String[] args) throws Exception {try {// 存放在二维码中的内容String text = "https://www.baidu.com";// 嵌入二维码的图片路径String imgPath = "C:/Users/Administrator/Desktop/a.png";// 生成的二维码的路径及名称String destPath = "C:/Users/Administrator/Desktop/b.png";//生成二维码QRCodeUtil.encode(text, imgPath, destPath, true);// 解析二维码String str = QRCodeUtil.decode(destPath);// 打印出解析出的内容System.out.println(str);} catch (WriterException e) {System.out.println("Could not generate QR Code, WriterException :: " + e.getMessage());} catch (IOException e) {System.out.println("Could not generate QR Code, IOException :: " + e.getMessage());}}
}