Allgemeine Informationen zu QR-Codes

Die QR-Technologie, oder auch Quick-Response-Technologie ist eine nach ISO/IEC 18004 standardisierte Methode, um Daten zu codieren und so darzustellen, dass sie maschinell bei Hochgeschwindigkeit fehlerfrei gefunden und gelesen werden können. QR-Codes sind zweidimensionale, quadratische Codes und beinhalten immer eine gewisse Fehlerredundanz, weshalb das Verfahren des Lesens mit einem Verlust von bis zu 30% des Codes noch funktioniert. Die Grundlage für die Erkennung von QR-Codes ist wie bei fast allen 2D-Codes ein guter Kontrast. Die Farbe der Codes ist dabei beliebig (versuche doch gleich mal, die bunten Codes weiter unten auf der Seite mit deinem Handy einzuscannen).

Die großen Vorteile von QR-Codes gegenüber den viel älteren Strichcodes sind, dass sie mehr Daten auf der selben Fläche enthalten und dazu auch eine Fehlerkorrektur und -erkennung ermöglichen.


Aufbau von QR-Codes
Wie im Bild oben zu sehen ist, ist der QR-Code quadratisch, was bei jedem QR-Code der Fall ist. Dieses Quadrat wird durch eine Matrix mit schwarzen und weißen Quadraten (Module genannt) gebildet, die die binär codierten Daten darstellen. Es sind drei größere Quadrate zu erkennen, die zur Ausrichtung des Feldes dienen und auch Hauptpositionsmarkierungen genannt werden. Die ersten codierten Reihen um diese Markierungen herum enthalten Formatinformationen der hinter dem QR-Code versteckten Daten (z.B. eine Zeichenkette, eine URL, WLAN-Zugangsdaten oder eine Telefonnummer). Je größer die zu codierende Datenmengen oder je höher die Fehlertoleranz wird, desto größer wird auch der QR-Code. Dann kann es vorkommen, dass weitere Positionsmarkierung mitten im Qudrat erstellt werden, um die Ausrichtung des Codes für Maschinen noch schneller erkennbar zu machen.
Der übrige Großteil des Quadrates bildet mit der Ausnahme der Zeitsteuerungsmuster und der Fehlerkorrekturebene den codierten Datenteil mit wählbarer Redundanz. Dabei symbolisiert jedes Modul ein Bit (schwarz = 1, weiß = 0). Zeitsteuerungsmuster werden die direkten Verbindungen zwischen den Ecken der Hauptpositionsmarkierungen genannt. Diese bilden immer eine Reihe von sich abwechselnden Bits. D.h. es sind Reihen, in denen immer ein schwarzes Modul nach einem weißen folgt und umgekehrt.
Darstellung des Aufbaus eines QR-Codes(Quelle: Wikipedia, Richard Wheeler.)

Generierung von QR-Codes

Um einen QR-Code zu generieren ist eine binäre Folge, eine Folge aus Bits notwendig. Dazu werden die Daten/Informationen in eine Bitfolge umgewandelt. Hinzu kommen dann noch binär codierte Informationen über die Länge der Daten und Kennummern (Flags, die den Anfang und das Ende einer Bitfolge symbolisieren). An das Ende der Datenbitfolge wird ein Zero-Padding durchgeführt. Das heißt, es werden so viele Nullen angehängt, bis die Anzahl der Bits ein ganzzahliges Vielfaches von acht Bit ergibt.

Als erstes werden nun die Positionsmarkierungen und die dazu gehörigen Synchronisations-Folgen im Bild erstellt. Dann wird zu der codierten Bitfolge eine Fehlerkorrektur-Bitfolge generiert und dies dann zusammen mit den codierten Daten in das Bild in Form von schwarzen Modulen gebracht. Dies geschieht von links nach recht in Schlangenlinien.
Schließlich werden acht unterschieldiche Masken über das Bild gelegt, um zu  überprüfen, ob der QR-Code ungefähr gleich viele schwarze wie weiße Punkte enthält und keine größeren Muster auftreten, die das Lesen des Codes erschweren würde. Dabei wird die Maske beibehalten, die das beste Ergbnis der Überprüfung erbringt. Eine Information über die verwendete Maske wird danach ebenfalls in das Bild gefügt.


Fehlertoleranz-Level

In jeden QR-Code wird eine bestimmte Fehlertoleranz in Form von redundanten binären Daten integriert. Das bedeutet, diese Daten sind im fehlerfreien Fall (QR-Code ganz und lesbar) überflüssig, oder redundant. Ist der QR-Code jedoch beschädigt, können diese zusätzlichen Daten bis zu einem bestimmten Grad helfen, die codierten Daten trotz Beschädigung wiederherzustellen. Die Menge dieser Redundanz und die daraus resultierende Fehlerkorrekturmöglichkeiten untergliedern sich in vier Toleranz-Level:

  • Level L (Low) - 7%             Dies ist das am meisten verwendete Level! (siehe QR-Code oben)

  • Level M (Medium) - 15%                 Beispiel-QR-Code des Levels M

  • Level Q (Quartile) - 25%                  Beispiel-QR-Code des Levels Q

  • Level H (High) - 30%                        Beispiel-QR-Code des Levels H
Um die Fehlerredundanz zu veranschaulichen, verdecke beim Einscannen mit einem Finger einen Teil des Codes. Allerdings müssen die Positionsmarken erhalten bleiben! Man kann sehen, dass man bei dem QR-Code des Levels H einen größeren Teil verdecken kann, als bei dem QR-Code des Levels L. Das ist Redundanz, denn es sind alle Informationen so in dem QR-Code enthalten, dass trotz des Fehlens einiger Module die Information vollständig enthalten ist.

Jedes Level gibt an, bis zu wie viel Prozent eines QR-Codes beschädigt bzw. unlesbar sein kann, ohne dass ein Datenverlust eintritt. Das Level kann vom Anwender gewählt werden.
In der M&M-Abfüllanlage wurde das Fehlertoleranz-Level L gewählt, damit der Code noch auf den Deckel der Dosen passt.

Andere Formen der QR-Codes
Als Erweiterung des "Standard"-QR-Codes gibt es noch einige Varianten, die alle auf dem Grundprinzip des QR-Codes beruhen. Diese werden hier kurz aufgelistet. Für weitergehende Informationen klicke hier.
  •  Design-QR-Codes: Beinhalten im Bild einen Schriftzug oder ein Logo Herabsenkung der Fehlertoleranz.        Beispielhafter Design QR-Code

  •  Micro-QR-Codes: Besonders kleine QR-Codes, haben dadurch allerdings auch weniger Kapazität.               Beispielhafter Micro QR-Code
                
  •  Secure-QR-Code (SQRC): Zur zusätzlichen Verschlüsselung der codierten Informationen. Diese Art von QR-Codes sieht prinzipiell genauso aus wie andere auch, sie sind nur um einiges größer, da die Informationen verschlüsselt codiert wurden.

  •  iQR-Code: Ähnlich wie Micro-QR-Codes, aber mit mehr Fehlerkorrektur-Möglichkeiten bei gleicher Größe.
    Beispielhafter IQR-Code(Quelle: Wikipedia, Tom Knox)

  •  Frame QR-Code: Beinhaltet ein Logo in der Mitte des Bildes mit Beibehaltung der Fehlerkorrektur                 Beispielhafter Frame QR-Code

Anwendung von QR-Codes
  • QR-Codes werden häufig zur Kontrolle von Kleinteilen in der LCD-, Elektronik- oder Automobilindustrie verwendet. Hier müssen viele Daten zur Nachverfolgung des Produktionsverlaufes kompakt gespeichert werden und auf die Teile gedruckt werden.
  • Auch für die Identifizierung von Produkten werden häufig QR-Codes verwendet. In vielen Fällen werden über die Daten, die im Code gespeichert sind, entsprechende Produktionsdaten zu einem Produkt aus einer zentralen Datenbank abgerufen.
  • Die automatische Sortierung von z.B. Lieferungen erfordert eine Identifizierung der Pakete bei hoher Geschwindigkeit. Hier sind QR-Codes optimal einsetzbar.
Zuletzt geändert: Donnerstag, 26. Oktober 2017, 09:47