XX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
QR-коды. Их создание и применение
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Актуальность: последнее время появляются новые технологии, одна из таких технологий, это QR-код. Тема QR-кодов очень актуальна в данное время, потому что ежедневно мы встречаемся и пользуемся этими технологиями, помогающие нам в повседневной жизни. Я хочу более детально разобраться в это теме, поэтому я выбрал именно её. Что же такое QR-код и для чего он нужен?
Объект исследования: QR-код.
Гипотеза: Правда ли что QR-код, это очень полезная новая технология, которая помогает людям просто и быстро получить доступ к определённой информации, содержащейся в этом QR-коде.
Цель: разобраться что такое QR-код и для чего используется данная технология шифрования.
Задачи:
1. Узнать историю появления QR-кода.
2. Изучить электронные источники, чтобы найти информацию о QR-коде.
2.1 Различия QR-кода и штрих-кода.
2.2 Узнать что обычно шифруют в QR-коде.
2.3 Изучить структуру и узнать какие бывают виды QR-кодов.
3. Узнать у учащихся школы знают ли они что такое QR-код и как им пользоваться, проведя среди них опрос.
4. Понять, как считывается, работает и создаётся QR-код.
5. Рассмотреть программы, в которых можно создать QR-коды
6. Сделать выводы о значимости QR-кодов в современном мире
1. Что такое QR-код?
QR-код – (англ. QuickResponsecode — код быстрого отклика; сокращённо: QR code) - тип матричных штриховых кодов, состоит из чёрных квадратов, расположенные на белом фоне. Сначала был создан для автомобильной промышленности Японии. Был разработан Японской компанией «Denso Wave». Благодаря QR-коду можно за считанные секунды получать доступ к определённым данным, которые кодируются в этом штрих-коде. Максимальное количество символов, которое может находиться в одном QR-коде: 4296.
Сейчас, с каждым новым днём, в новом, современном обществе, всё больше и больше начинают играть свою роль новые информационные технологии, помогающие людям в различных сферах жизни. В последнее время из-за их частого использования и распространения по всему миру и по итогу это всё приводит к увеличению количества информации. Люди не могут помнить такое огромное количество информации, и чтобы это исправить, создали новую технологию - QR-код. QR-коды позволяют хранить в себе большие объёмы различной информации, также с помощью них можно быстро находить нужную информацию.
QR-коды сначала были созданы для автомобильной промышленности, но уже позже появилась идея использования QR-кодов в других сферах. Первым кто предложил эту идею считают Великобританию. Так как примеру их используют в ресторанах, их обычно располагают за столом или возле входной двери, что даёт возможность посетителям просматривать меню этого ресторана онлайн. Также благодаря QR-кодам можно оплачивать различные покупки.
Но чем же QR-код отличается от штрих-кода? Между штрих-кодом и QR-кодом есть свои, определённые отличия как по их применению, так и по характеристикам. Во-первых, это их форма и внешний вид: QR-код чаще всего имеет форму квадрата, данные сканируются вертикально или горизонтально, а вот штрих-код в большинстве случаев имеет форму прямоугольника, данные сканируются только по горизонтали. Во-вторых, это их количество информации, которую они могут содержать: в этом случае QR-код может содержать намного больше данных, чем штрих-код. В-третьих, это их типы данных: QR-код обычно дают пассивную, но в то же время объёмную информацию, в то же время штрих-код содержит главную информацию о товаре. QR-код – это двумерное представление обычного штрих-кода, который помещают почти на любую продукцию. Штрих-код обычно сканируют тонким лучом, а QR-код определяется специальным датчиком или камерой любого устройства как двумерное изображение.
1.1. Что шифруют в QR-коде
-
СМС сообщение. В этом коде зашифрован номер телефона, на который отправляется СМС, и сам текст сообщения. Если считать этот код с телефона, то не придётся набирать текст вручную, можно будет отправить СМС нажав только одну кнопку.
-
Географическое положение. В этом коде зашифровано определённое место Земли на интернет-картах Yandex, Google и т.п.
-
Email сообщение. В этом коде зашифрован адрес электронной почты и сам текст сообщения.
-
Адрес в интернете. Считав данный код, можно моментально на своём телефоне перейти на сайт, не набирая ссылку руками.
-
Визитка. В этот код зашифрованы контактные данные о человеке в специальном формате. Если считать этот код с телефона, то телефон предложит создать новый контакт.
-
Любой текст. В этом коде может быть зашифровано абсолютно всё что угодно: реклама, поздравление, какие-нибудь литературные произведения и т.п.
2. Структура QR-кодов
Q R-коды состоят из чёрных квадратов, который располагаются в квадратной сетке на белом фоне, включая определённые опорные метки, которые можно считать благодаря устройствам обработки изображений, например, такие как камера. Обрабатываются с использованием исправления ошибок Рида-Соломона (Коды Рида–Соломона работают с блоком данных, который рассматривается как набор элементов конечного поля, называемых символами. Коды Рида–Соломона способны обнаруживать и исправлять множественные ошибки символов.), пока изображение не станет правильно интерпретировано. После этого данные, которые нужны, извлекаются из шаблонов, которые находятся как в горизонтальных, так и вертикальных компонентах изображения.
-
Шаблоны поиска – специально отведены сепаратором, чтобы информация не накладывалась на другую и шаблон идентифицировался чётко.
2) Выравнивающий шаблон – это концентрические, чередующиеся по цвету квадраты, размером 5х5 модулей, 3х3 модуля.
3) Временные шаблоны – вертикальные и горизонтальные квадраты, состоящие из одного модуля шириной в строку или в столб в виде чёрно-белых модулей. Этот шаблон позволяет определить плотность символов в определённом коде и используемую версию.
4) Информация и кодовые слова для исправления ошибок - QR-код имеет специальный механизм увеличения надежности хранения зашифрованной информации. Для кодов, созданных с самым высоким уровнем надежности могут быть испорчены или затерты до 30% поверхности, но они сохранят информацию и будут корректно прочитаны. Для исправления ошибок используется алгоритм Рида-Соломона (Reed-Solomon). При создании QR-кода можно использовать один из 4 уровней коррекции ошибок. Увеличение уровня способствует увеличению надежности хранения информации, но приводит к увеличению размера матричного кода.
5) Информация о формате - В QR-коде могут храниться разные данные, которые закодированы тоже по-разному. Чтобы алгоритм понял, с чем именно ему предстоит работать, возле каждого большого квадрата есть область с информацией о том, что именно хранится в коде: текст, URL-адрес для браузера, картинка, звук или числа. Алгоритм берёт данные из этой области, раскодирует их и понимает, какой метод нужно применить к остальным данным в коде.
6) Информация о версии - По спецификации коды делятся на версии. Номера версий варьируются от 1 до 40. Каждая версия имеет особенности в конфигурации и количестве точек(модулей) составляющих QR-код. Версия 1 содержит 21×21 модулей, версия 40 — 177×177. От версии к версии размер кода увеличивается на 4 модуля на сторону. Каждой версии соответствует определенная емкость с учетом уровня коррекции ошибок. Чем больше информации необходимо закодировать и чем больший уровень избыточности используется, тем большая версия кода нам потребуется. Современные QR-генераторы автоматически подбирают версию QR-кода с учетом этих моментов.
7) Тихая зона – отделяет код от различных обозначение с 4-х сторон, представляя собой белую сплошную полосу.
3. Виды QR-кодов
За двадцать лет существования QR-кодов появилось огромное множество их разновидностей, каждая из которых имеет свои особенности и предназначения:
1. Оригинальный QR-код – отличается от других видов только тем, что у него 3 поисковых узора по краям.
2. QR-код Aztec – этот код был разработан компанией Welch Allyn. Он очень похож на обычный QR-код, но он содержит только 1 поисковой узор, который располагается по центру.
3. QR-код MaxiCode – Этим QR-кодом пользуется почтовая служба США. У этого кода, как и у кода Aztec поисковой узор также находится в середине, но взамен квадратов он использует узор из шестиугольников («пчельные соты»).
4 . QR-код PDF417 – этот код имеет странное название и был он придуман Йинцзюном Вангом из Symbol Technologies в 1991 году – на 3 года раньше самого QR-кода. Он имеет форму прямоугольника и выглядит как смесь QR-кода и штрих-кода.
5 . QR-код Semacode – этот код был разработан одноимённой компанией ПО, представляет собой матрицу данных, которая похожа на стандартный QR-код, но без характерных узоров.
4. Где встречаются QR-коды
QR-код помогает людям перейти на нужный им сайт с источника, на котором нельзя разместить ссылку на которую можно кликнуть. Например, на баннере с изображением кроссовок может быть QR-код, в котором зашифрованная ссылка ведёт на страницу онлайн магазина, на котором будет написана характеристика кроссовок с возможностью их купить. На коробках от лекарств встречаются QR-коды, ведущие на страничку с инструкцией по их применению. И таких примеров множество:
1. QR-код ведущий на скачивание приложения – если на него навестить для сканирования, то вам сразу предложат скачать приложение.
2. Визитки, на которых может быть указан номер телефон и почта – наведясь на этот QR-код вам сразу покажут номер телефона и почту, которые находятся в этом коде.
3. Доступ к точке доступа – после сканирования вы сможете подключиться в точке доступа и получить возможности пользования ей.
4. Купоны, акции и персональные скидки в магазинах – после того как кассир просканирует этот код, вы получите скидку и QR-код перестанет быть действительным.
5. Оплата продуктов через сканирование QR-кода на терминале с помощью телефона на кассе – после наведения вас перекинет на страницу банка, через который будет произведена оплата, вам нужно лишь подтвердить эти действия.
6. Сканирование молочных продуктов на кассах самообслуживания – Чтобы сканировать молочные продукты и воду на кассах самообслуживания нужен специальный QR-код, который виден кассе.
7. Проверка на подлинность денежной купюры – подлинность банкнот за счет таких кодов может проверить как сам банк, который их выпускает при необходимости, так и обладатель данных банкнот.
5. Как считывается, работает и создаётся QR-код
Считывать QR-код намного легче чем штрих-код, так как для считывания штрих-кода нужны специальные технологии, так как QR-код может считать любой телефон или цифровая камера.
В узоре QR-кода зашифрованы данные в двоичном формате. Считывающее устройство распознаёт стандартный QR-код по трём квадратным меткам (шаблоны поиска), обнаружив их, сканер считывает всё, что находится в определяемом ими квадрате, а после анализирует QR-код, представляя его в виде сетки. Каждой отдельной ячейке сетки присваивается значение в зависимости от цвета (чёрный или белый). Затем ячейки группируются в более крупные узоры.
5.1. Чтобы прочитать QR-код с помощью мобильного устройства нужно
1. Открыть на устройстве сканер QR-кодов или просто включить камеру (если она поддерживает чтение таких кодов).
2. Навести камеру на QR-код – если QR-код рабочий, то он должен распознаваться под любым углом.
3. После всех этих действий, расшифрованная информация моментально появится на экране.
5.2. Как считывает QR-код сканер
Первым делом он распознаёт большие квадраты по углам. Так программа узнаёт, что перед ней QR-код. После считываются технические данные: ПО определяется способ кодирования, маску, версию, степень коррекции. А потом сканер определяет чёрные и белые модули, который нужно читать. Он делит QR-код на сетку, из которой достаёт нули и единицы. Двоичные код образуется в поток, из него восстанавливается исходная информация, которая выводится на экран.
5.3. Как работает QR-код
1. Кодирование. Первым делом ПО берёт нашу информацию и делает из неё двоичный код размером 10-13 битов.
2. Формирование служебных данных. ПО задаёт версию кодировки – чтобы сканер корректно расшифровал данные.
3. Разбивка потоков 0 и 1 на блоки. Каждый блок получает байт коррекции. После блоки данных выстраиваются по 2 и формируют новый поток. Из него формируется последовательность информации.
4. Шифрование. Последовательность данных преобразуется в двухмерное изображение путём заполнения чёрных и белых модулей. Белый – 1, чёрный – 0.
5.4 Создание QR-кода.
Создать QR-код может каждый. Вручную ничего не придётся делать, есть специальные сервисы, которые генерируют QR-коды. Например, такие как qrcoder.ru, stqr.ru, эти программы созданы для ios и андроид, также у них можно проверить работает QR-код или нет.
Есть также специальное По от создателя QR-кода: QRdrawAd и QRMakerAd. Оно подойдёт только разработчикам – для прикладного применения программ нужно уметь кодить.
6. Программы для чтения QR-кодов
6.1 Программы для чтения QR-кодов на мобильных устройствах и ПК
-
KasperskyQRScanner – очень удобное приложение от «Лаборатории Касперского». Оно очень быстро определяет всё, что зашифровано в графическом ключе, а также проверяет безопасность содержимого. Есть также полезная функция связаная с QR-кодом на визитке. После того как приложение считает этот QR-код, то сразу же предложит заполнить новую запись в контактах.
2 . NeoReader – этот сканер в отличие от предыдущего приложения не проверяет безопасность контента, вместо этого у него есть возможность определять данные, зашифрованные в штрих-коде. Для этого можно либо просто отсканировать его, либо вбить цифры, записанные под ним. Благодаря ним можно узнать дополнительную информацию о продукте.
3 . QRDroid – это приложение самое многофункциональное для работы с QR-кодами. У этого предложения есть поддержка вспышки, можно также сканировать штрих-коды и добавлять им вспомогательную информацию. Всё что вы сканировали с помощью этого приложения останется в меню «Мои QR-коды». С помощью этого приложения также можно создать свою визитку со всей нужной информацией. Сохранённые QR-коды можно перенести в свои умные часы.
4. Mobiletag – в основном это то же самое что и QR Droid, только у него есть ещё одна интересная функция – сортировка результатов сканирования по категориям.
5. QRCodeReader – очень простое приложение, при её открытии они сразу предлагает отсканировать графический ключ. После этого она сохраняет результат в историю.
Подводя итоги можно сказать что QRCodeReader и NeoReader самые простые варианты. QRDroid и Mobiletag – многофункциональные программы с возможностью создания QR-кодов. KasperskyQRScanner – сканер с проверкой на вирусы.
6.2. Программы для чтения QR-кода на ПК
-
QuickMark – это достаточно просто ПО, которое имеет множество функций, позволяет декодировать популярные форматы штрих-кодов 2D и 1D благодаря перетаскивания файла с изображением, создания снимка экрана или захватом содержимого с веб-камеры. В этом приложении также можно создавать QR-коды.
-
C odeTwoQRCodeDesktopReader & Generator – Это ПО может выполнять множество действий с товарными знаками: создавать их, сохранять в различных форматах и использовать несколько вариантов сканирования. Для этого можно сделать снимок через веб-камеру, вставить код из буфера обмена, захватить область экрана или просто использовать имеющееся изображение.
3. QRreader – это приложение одно из самых лёгких, здесь инструмент сканирования интегрирует со встроенной или подключенной к компьютеру веб-камерой.
4 . BarcodeReadIt! – эта программа доступна только в магазине MicrosoftStore и тесно связана с самой ОС. Здесь поддерживается удобное управление файлами через Проводник и встроенный просмотрщик, а также можно отправить любой отсканированный QR-код по почте через другое предустановленное приложение.
5 . QRCodeforWindows 10 – по названию уже понятно, что это ПО совместимо только с 10 версией ОС Windows. По своим функциям она похожа на предыдущую программу, только здесь есть ещё и инструменты. К примеру, генерация QR-кода, где после того как вы введёте текст или ссылку, программы сразу же сформирует картинку.
Подводя итоги можно сказать что QRCodeforWindows 10 и BarcodeReadIt! – работают только на ОС Windows и очень похожи по своим функциям. QuickMark и QRreader – очень простые приложения для считывания QR-кодов. CodeTwoQRCodeDesktopReader & Generator – это приложении имеет множество функций.
7. Анкетирование-опрос
Для того чтобы лучше узнать о том, что думают о технологии QR-кода современные подростки, я провёл опрос между 6-11 классами, в этом опросе приняли участие 140 человек.
1 вопрос: Знаете ли вы что такое QR-код? (смотреть приложение 1)
На этот вопрос все опрошенные ответили «ДА», это доказывает то, что в современном мире QR-код очень популярен и все о нём знают.
2 вопрос: Знаете ли вы как пользоваться QR-кодом? (смотреть приложение 2)
На этот вопрос также все ответили «ДА», что не может не радовать, это показывает то, что все уже пользовались этой технологией и знают, что из себя он представляет.
3 вопрос: Пользуетесь ли вы QR-кодами? (смотреть приложение 3)
В это вопросе только 64.3% опрошенных ответили «ДА», это показывает то, что большая часть опрошенных пользуется QR-кодами.
4 вопрос: Пользуются ли ваши родители QR-кодами? (смотреть приложение 4)
У 61.4% опрошенных родители пользуются QR-кодами, это говорит о том, что эта технология достаточно лёгкая для понимания, с которой сможет справиться человек любого возраста.
5 вопрос: Где обычно вы видите QR-коды? (смотреть приложение 5)
Следуя из этого опроса, можно сделать вывод, что люди видят QR-коды во многих местах, это показывает, что QR-код уже стал достаточно популярной технологией, которая используется во многом.
6 вопрос: Знаете ли вы как пользоваться программой для считывания QR-кода? (смотреть приложение 6)
78.6% знают, как пользоваться программами для считывания QR-кодов.
7 вопрос: Когда вы использовали QR-код? (смотреть приложение 7)
Большинство ответило, что они используют QR-коды для перехода на информационные ресурсы, это показывает, что благодаря QR-коду можно быстро и удобно узнавать информацию.
8 вопрос: Считаете ли вы что QR-код это очень удобная, современная технология? (смотреть приложение 8)
95.7% процентов ответили «ДА», этим можно сказать, что людям нравится данная технология и у неё обязательно будет огромное будущее.
8. Тестирования на платформе Learningapps
После того как вы узнали вышесказанную различную информацию о QR-кодах, можете пройти небольшие тесты, созданный мной на сайте Learningapps (ссылки смотреть в приложении 10), для того чтобы проверить, что вы запомнили из моей исследовательской работы.
8.1. Виды QR-кодов
8.2. Программы для чтения QR-кодов на мобильных устройствах и ПК
8.3. Тестирование по знаниям о QR-кодах
Заключение
Я считаю, что тема QR-кодов очень актуальна в нашем информационном обществе. Сейчас с каждым днем появляется что-то новое, что-то совершенствуется, и мир никогда не стоит на месте.
QR-коды глубоко вошли в нашу повседневную жизнь. Из всего вышесказанного мы разобрали как и откуда вошли в нашу жизнь QR-коды, где они применяются, какого типа информацию они могут содержать и с помощью чего их можно считывать. Провёл опрос, из которого мы узнали, что о QR-коде знает современная молодёжь и что она о нём думает.
Цель достигнута, поставленные задачи решены.
Вопросы онлайн-тестирования (опрос)
П риложение 1
Приложение 2
П риложение 3
Приложение 4
Приложение 5
Приложение 6
Приложение 7
Приложение 8
Приложение 9 - ссылка на опрос https://forms.gle/2jmU97jy5eSEVARe6
Ссылки на задания на платформе Learningapps (Приложение 10)
1. Виды QR-кодов - https://learningapps.org/29205083 (смотреть иллюстрации в приложении 10; для запуска перейти по ссылке или QR-коду)
2. Программы для чтения QR-кодов на мобильных устройствах и ПК - https://learningapps.org/29207111 (смотреть иллюстрации в приложении 10; для запуска перейти по ссылке или QR-коду)
3. Тестирование по знаниям о QR-кодах - https://learningapps.org/29255496
(смотреть иллюстрации в приложении 10; для запуска перейти по ссылке или QR-коду)
Список литературы
-
Trashbox - сайт о мобильных устройствах, и всем, что с ними связано. [ https://trashbox.ru/link/top-android-qr] - [дата обращения - 21.09.2023]
-
Lumpics – на этом сайте находятся полезные уроки и решение проблем с операционными системами, программным обеспечением, онлайн-сервисами и «железом». [ https://lumpics.ru/software-for-read-qr-codes/] - [дата обращения – [21.09.2023]
-
Kaspersky– интернет ресурс, с различной информацией о новых технологиях. [ https://www.kaspersky.ru/resource-center/definitions/what-is-a-qr-code-how-to-scan ] - [дата обращения 22.02.2023]
-
Wikipedia – свободная энциклопедия. [https://ru.wikipedia.org/wiki/QR-код#Кодирование_данных] – [дата обращения – 21.09.2023]
-
Qrrd – сайт с информацией о QR-кодах, также там можно создать свой QR-код. [ https://www.qrrd.ru/about/] - [дата обращения – 22.09.2023]
-
Creambee - это онлайн-конструктор для создания мобильных О2О (online to offline). [ https://creambee.ru/blog/post/qr-specification/] - [дата обращения – 22.09.2023]