رموز QR المتناثرة: كيف تخفي صورة داخل رمز يعمل

يمكن لرمز QR أن يبقى قابلاً للمسح حتى مع صورة مخبأة داخله — إذا عرفت كيف تثني القواعد. نشر المطور أندرو تايلور، صاحب مولّد رموز QR المتناثرة، شرحاً للتقنية التي تقوم عليها أداته، التي تحوّل الرموز العادية إلى صور شخصية أحادية البت؛ والشيفرة المصدرية متاحة على Codeberg.

تشريح رمز QR

رمز QR شبكة من المربعات تنقسم إلى قسمين: أنماط الوظيفة، وهي الأشكال البارزة التي تساعد الماسح على إيجاد الرمز وتحديد اتجاهه، ووحدات البيانات التي تُخزَّن فيها الرسالة نفسها وبايتات الترويسة. ولأن وحدات البيانات لا تُقرأ إلا بعد أن يثبت الماسح على أنماط الوظيفة، يمكن تعديلها — ولهذا تطبع العلامات التجارية رموز QR مميزة — لكن كل تعديل ينتقص قليلاً من متانة القراءة.

صورة داخل الضجيج

إحدى الطرق، التي عرضها ديف ريتشسون في منشور يستشهد به تايلور، تقوم على تصغير كل وحدة: تقسيم كل بكسل إلى شبكة 3×3، وتخزين البت المشفَّر في الخلية الوسطى، وتخصيص الخلايا الثماني الأخرى للصورة. والنتيجة صورة أحادية البت منخفضة الدقة يغطيها ضجيج الملح والفلفل، إذ يبقى بكسل واحد من كل تسعة حاملاً للبيانات.

تناثر الأخطاء

تُنتَج أنصاف الدرجات عادةً بالتناثر (dithering) — عبر نمط باير مثلاً — الذي يحاكي الدرجات المتوسطة بمسار رقعي من الأسود والأبيض. أما تناثر الخطأ فيذهب أبعد: عند مقارنة بكسل بعتبة ما، يُوزَّع الخطأ الناتج على بكسلات مجاورة لم يُبت فيها بعد، فيصبح كل موضع أقرب إلى سطوعه الحقيقي مما هو عليه في التناثر المنتظم، ويكون النسيج الأقل انتظاماً أريح للعين. مثال تايلور صورة أحادية البت بأبعاد 147×147 لتمثال داوود لميكيلانجيلو بخوارزمية فلويد-شتاينبرغ.

ولكي لا تتلألأ وحدات البيانات، يُجري التناثر مرتين. في التمرير الأول تُمنح تلك الوحدات ألوانها الإلزامية ويُوزَّع الخطأ الناتج على البكسلات الثمانية المحيطة — وقد يبلغ الخطأ 95٪ حين يجب أن يكون بكسل في منطقة داكنة أبيض خالصاً — أما التمرير الثاني فيجري كالمعتاد. ويقول تايلور إن حجب ذلك الخطأ الأول هو بالتحديد ما يجعل الصورة مقروءة.

الثمن: قابلية المسح

ثمة مقايضة بين الشكل والموثوقية. فرمز يُمسح على هاتفك من شاشة حاسوب محمول قد يفشل على هاتف شخص غريب من ورقة مطبوعة في إضاءة سيئة. كما يُخرج المولّد صوراً صغيرة بلا هوامش، بينما يحتاج الماسح إلى منطقة هادئة؛ وتقوم المتصفحات بتمويه الصور المكبّرة ما لم يُضبط image-rendering في CSS. ويجب أن يطابق لون الهامش خلفية أنماط التحديد — أبيض عادةً، غير أن رموز QR المقلوبة تحتاج إلى أسود.