Как работает сканер QR-кода?

Вы когда-нибудь задумывались, что на самом деле происходит в полсекунды между наведением телефона на QR-код и переходом на веб-страницу? Процесс быстрее, чем кажется, и его понимание помогает создавать коды, которые надежно сканируются каждый раз.

Что на самом деле представляет собой QR-код

QR-код — это двухмерная матрица из черно-белых квадратов, расположенных в уникальном порядке. В отличие от традиционного штрих-кода, который кодирует данные в одной горизонтальной линии с различной шириной полос, QR-код хранит информацию как по горизонтали, так и по вертикали. Именно это обеспечивает ему гораздо большую емкость данных и делает его читаемым с разных ориентаций.

Каждый QR-код состоит из нескольких функциональных областей:

• Поисковые шаблоны – три больших квадрата по углам, которые помогают сканеру найти код, определить его ориентацию и обнаружить его края, даже когда код наклонен
• Шаблоны синхронизации – чередующиеся черно-белые модули, расположенные между поисковыми шаблонами, которые определяют структуру сетки и помогают сканеру правильно определить размер каждого модуля
• Тихая зона – пустой белый отступ вокруг кода, шириной не менее четырех модулей, который отделяет его от окружающей графики, чтобы сканер мог обнаружить его границы
• Информация о формате – выделенная область рядом с поисковыми шаблонами, которая хранит уровень коррекции ошибок и шаблон маскирования, чтобы сканер точно знал, как интерпретировать данные
• Модули данных – отдельные черно-белые квадраты, где находится фактически закодированное содержимое, считываемые как двоичные единицы (черный) и нули (белый)

Данные в этих модулях могут быть закодированы в нескольких режимах: только числовой, буквенно-цифровой, 8-битные двоичные байты или кандзи. QR-код версии 1 имеет размер 21×21 модуль; код версии 40 расширяется до 177×177 и может содержать до 7089 числовых символов, 4296 буквенно-цифровых символов или 2953 байта двоичных данных. Узнайте больше о том, как работают эти компромиссы, в руководстве по Ограничения данных QR-кода.

Процесс сканирования, шаг за шагом

Когда вы наводите камеру на QR-код, многоступенчатый процесс разворачивается за миллисекунды.

Шаг 1: Захват изображения

Камера захватывает двухмерную сетку как визуальное изображение. Это исходные данные – фотография черно-белого узора. Большинство современных камер смартфонов могут справиться с этим без какого-либо специального приложения для сканирования. Если вы хотите понять весь спектр способов запуска сканирования на разных устройствах, руководство по сканированию QR-кодов подробно описывает рабочие процессы для iPhone, Android, планшетов и настольных компьютеров.

Шаг 2: Обнаружение шаблона

Программное обеспечение сканера использует распознавание образов для определения местоположения QR-кода на изображении. Оно ищет три шаблона поиска в углах. После обнаружения сканер определяет:

• Где код расположен в кадре
• В каком направлении он ориентирован (даже если повернут или слегка искажен)
• Где находятся края кода

Этот шаг объясняет, почему QR-коды остаются читаемыми под углом – шаблоны поиска дают алгоритму достаточно геометрии для коррекции искажений.

Шаг 3: Выборка сетки и извлечение данных

После определения положения и ориентации кода сканер считывает шаблоны синхронизации и маркеры выравнивания, чтобы понять структуру сетки. Затем он считывает каждый модуль по определенному зигзагообразному пути – справа налево, затем сверху вниз – начиная с известной позиции и проходя через каждый модуль данных до достижения индикатора конца.

При прохождении этого пути сканер считывает:

• A индикатор режима (четыре модуля), который указывает тип кодирования – числовой, буквенно-цифровой, байтовый или кандзи
• A индикатор количества символов который указывает, сколько символов закодировано
• Остальные кодовые слова данных до конца потока данных

Шаг 4: Коррекция ошибок

После считывания модулей данных сканер обрабатывает кодовые слова коррекции ошибок. QR-коды используют коррекцию ошибок Рида-Соломона, которая встраивает избыточные данные, позволяющие восстановить исходное содержимое, даже если часть кода физически повреждена или скрыта.

Существует четыре стандартизированных уровня коррекции ошибок:

Более высокая коррекция ошибок означает, что код может выдержать больше повреждений, но также требует больше модулей, делая общий символ более плотным. Если вы добавляете логотип к QR-коду или размещаете его в месте, подверженном воздействию погодных условий, выбор уровня H — правильное решение. Для более глубокого изучения того, как этот компромисс проявляется на практике, см. статью о как работает коррекция ошибок в редактируемых QR-кодах.

Шаг 5: Декодирование в удобочитаемое содержимое

После восстановления битов данных сканер декодирует двоичную последовательность в соответствии с режимом кодирования QR-кода. Черные квадраты становятся единицами, а белые квадраты — нулями. Эта двоичная строка затем преобразуется в удобочитаемый контент – URL-адрес, номер телефона, блок текста, контактную информацию или любой другой тип данных, для переноса которого код был изначально создан.

Если код содержит URL-адрес, ваше устройство выводит запрос на его открытие. Это тот момент, когда процесс сканирования передается вашему браузеру или приложению.

Попробуйте бесплатный сканер QR-кодов Pageloot Нужно декодировать QR-код прямо с изображения или веб-камеры? Этот Сканер QR-кодов Pageloot работает в любом современном браузере – загрузка приложения не требуется.

Чем сканеры QR-кодов отличаются от сканеров штрих-кодов

Основные физические принципы схожи: оба типа сканеров освещают шаблон, обнаруживают отраженный свет и декодируют результат. Но стандартный лазерный сканер штрих-кодов считывает данные по одной горизонтальной линии, поэтому он может работать только с одномерными штрих-кодами. Для считывания двумерного QR-кода требуется датчик на основе изображения, который захватывает весь шаблон сразу.

Для прямого сравнения того, как эти два формата различаются по возможностям и сценариям использования, см. объяснение работы сканера штрих-кодов подробно описывает систему освещения, датчик и компоненты декодера – а также сравнение штрих-кодов и QR-кодов разбирает, какой формат имеет больше смысла для различных бизнес-приложений.

Что делает QR-код легким (или трудным) для сканирования

Понимание процесса сканирования показывает, почему определенные дизайнерские решения ухудшают читаемость:

• Низкий контраст – сканер различает модули по разнице в отражении света между черными и белыми областями; код, напечатанный серым цветом на бледном фоне, не проходит этот тест
• Отсутствие тихой зоны – без четкого белого поля сканер не может надежно определить края кода, особенно если рядом находится текст или графика
• Слишком маленький для расстояния просмотра – применяется правило 10:1: на каждые 10 см расстояния сканирования код должен быть не менее 1 см в ширину; практический минимум для печати на близком расстоянии составляет 2×2 см
• Инвертированные или нетрадиционные цвета – светлые модули на темном фоне могут сбивать с толку распознавание образов в некоторых сканерах
• Размытое или пикселизированное изображение – растровые изображения низкого разрешения распадаются при масштабировании для печати; векторные форматы, такие как SVG или EPS, остаются четкими при любом размере

Для получения исчерпывающих рекомендаций по размеру, контрастности, размещению и тестированию статья о лучшими практиками читаемости QR-кодов охватывает каждый фактор с конкретными рекомендациями.

Создавайте коды, предназначенные для сканирования В Генератор QR-кодов Pageloot позволяет создавать, настраивать и тестировать QR-коды с правильной коррекцией ошибок, контрастностью и форматом для вашего конкретного случая использования – а динамические коды можно обновлять после печати без создания нового изображения.

Статические против динамических QR-кодов: что видит сканер

С точки зрения сканера, каждый QR-код выглядит одинаково: матрица модулей, кодирующая строку данных. Разница между статическими и динамическими кодами заключается в том, что содержат эти данные.

A статический QR-код кодирует конечное назначение напрямую – полный URL, текст или контактная информация встраиваются в модули при создании. Изменение содержимого означает создание нового кода.

A динамический QR-код кодирует короткий URL-адрес перенаправления, который указывает на сервер. При сканировании это перенаправление направляет пользователя к любому месту назначения, которое владелец кода установил в данный момент. Это означает, что физический код никогда не меняется, но его поведение может быть мгновенно обновлено. Динамические коды также позволяют отслеживать сканирования – каждое сканирование регистрирует точку данных, которая показывает, когда и где код был отсканирован, на каком устройстве и как часто.

Если кампания с QR-кодом должна быть измеримой или связанный контент может измениться, динамические коды являются практичным выбором. Для компаний, сравнивающих полный спектр опций приложений-сканеров и то, что искать в инструменте сканирования, Сравнение приложений для сканирования QR-кодов охватывает основные варианты.

Часто задаваемые вопросы