QR “Quick Response” codes are fast becoming a popular means of communicating snippets of information from a printed medium or other physical surface towards computers and mobile devices. They were originally developed as a replacement for the single-dimension bar code by a team from the automotive equipment design and manufacturing company Nippon Denso Co. Ltd.. The increase in the amount of different car parts handled gave rise to a desire to augment correspondingly the amount of data that could be stored on the printed labels that were used to identify the boxes in storage and during transport. Since 2006, the working principles have become the ISO/IEC standard 18004:2006, and so can be seen as a recognized industry technique. The team behind this design (Masahiro Hara, Motoaki Watabe, Tadao Nojiri, Takayuki Nagaya, and Yuji Uchiyama ) won the European Patent Office 2014 Popular Prize for their efforts (http://www.epo.org/learning-events/european-inventor/finalists/2014/hara.html). Nowadays, QR codes are widely used in situations in which it is desirable to present printed matter containing links to electronic information, in a way that is easy for a computer to read in. Examples include applications such as a bus-stop transportation map that includes a QR-encoded link to the company’s web page to get up-to-date information on scheduling, a poster for a music festival with a QR-enabled link to the online ticketing service, or train or aircraft tickets with QR codes that are read at the entrance stile to enable access to boarding.
Les codes QR « Quick Response » (réaction rapide) sont en passe de devenir un moyen populaire de communiquer des fragments d'information depuis un support imprimé ou une autre surface physique vers des ordinateurs ou des appareils mobiles. Ils ont été développés au départ par une équipe de la société Denso Co Ltd, qui développe et fabrique des équipements automobiles, pour remplacer le code-barres linéaire. L'augmentation du nombre des différentes pièces de voiture manipulées fit naître le désir d'augmenter en parallèle la quantité de données pouvant être stockée sur les étiquettes imprimées utilisées pour identifier les boîtes dans le stock et pendant le transport.
Depuis 2006, les principes de fonctionnement sont devenus la norme ISO/IEC n° 18004:2006, et peuvent ainsi être vus comme une technique industrielle reconnue. L'équipe en charge de cette conception ((Masahiro Hara, Motoaki Watabe, Tadao Nojiri, Takayuki Nagaya, and Yuji Uchiyama) gagna le Prix du public 2014 de l'Office européen des brevets pour sa démarche (http://www.epo.org/learning-events/european-inventor/finalists/2014/hara_fr.html).
De nos jours, les codes QR sont largement utilisés dans des situations où l'on souhaite disposer d'imprimés contenant des liens vers de l'information électronique, qu'un ordinateur peut facilement interpréter. Quelques exemples : la carte des stations du réseau de bus qui inclut un lien en code QR vers la page Internet de la compagnie pour obtenir les dernières informations sur les horaires, une affiche pour un festival de musique avec un lien en code QR relié au service de billetterie en ligne, ou des billets de train ou d'avion avec des codes QR qui sont lus à la porte d'embarquement pour autoriser la montée à bord.
At the same time, the folks in graphics design have been making use of the fact that data is actually redundant inside the code; the image can be modified in various ways and still convey useful information to the reader. A recent example from 2014 is the “Guinness QR cup” by BBDO New York that has won a Caples award (http://www.caples.org/guinness-qr-cup-0). The idea refers to a Guinness beer glass with a printed QR code, that is readable only when the glass is still full of the black stuff: only the white dots are actually printed, while the black dots are the beer itself showing through from behind. In this article, we will see how to read and create QR codes in an Ubuntu system using various programs. Before continuing, it should be noted that several other similar systems can be found, such as Data Matrix barcodes (https://en.wikipedia.org/wiki/Data_Matrix) and Aztec codes (https://en.wikipedia.org/wiki/Aztec_Code). Though each of these systems is popular in places, QR codes seem, for the time being, to be the best supported, both by Ubuntu and applications on mobile devices.
En même temps, les gens de la conception graphique utilisent le fait que les données sont en fait redondantes dans le code ; l'image peut être modifiée de diverses façons, tout en transmettant des informations utiles au lecteur. Un récent exemple de 2014 est la « Coupe QR de Guinness » par BBDO New-York qui a gagné un prix Caples (http://www.caples.org/guinness-qr-cup-0). L'idée fait référence à un verre de bière Guinness avec un code QR imprimé dessus, qui n'est lisible que si le verre est rempli de son liquide noir : seuls les points blancs sont réellement imprimés, alors que les points noirs sont dus à la bière elle-même derrière le verre transparent.
Dans cet article, nous verrons comment lire et écrire des codes QR dans un système Ubuntu en utilisant différents programmes. Avant de continuer, il est à noter que plusieurs autres systèmes similaires peuvent être trouvés, tel que les codes-barres Data Matrix (https://en.wikipedia.org/wiki/Data_Matrix) et les codes Aztec (https://en.wikipedia.org/wiki/Aztec_Code). Bien que chacun de ces codes ait ses supporters, les codes QR semblent, actuellement, être les mieux supportés, à la fois par Ubuntu et par les applications des appareils mobiles.
THE ANATOMY OF A QR CODE Let us consider a specific example: As can be seen, a QR code is in fact a two-dimensional square matrix of dots (pixels), that, in essence, are binary zeros and ones. This is in fact about the only time a modern user of computing equipment will have the chance to get intimate with binary code since it is often obscured by the various layers of software in between. When a QR code reader is placed before this image, the first parts that are detected are the three positioning marks emphasised in gold. These give the camera a basic idea of the position of the the QR code, as well as its orientation. The small mark in red also helps understand alignment; there is only one of these on small QR codes, but larger codes use a repeating pattern to ensure coherence across the width and height of the image. QR codes may be of varying widths, expressed in the number of dots used. However, this has nothing to do with the actual physical size of the image, nor to the resolution of the photograph the reader has taken of it. So the second stage in code interpretation is to figure out how many dots are being used in this particular code. To do this, a simple repeating pattern of black and white dots is placed between the orientation marks (shown in green). This “timing” pattern is easy for the reader to interpret, and so figure out the number of lines and columns in the mesh.
Anatomie d'un code QR
Voici un exemple précis :
Comme on peut le voir, un code QR est une matrice bi-dimensionnelle carrée remplie de points (pixels) qui, par essence, sont des uns et zéros binaires. C'est en fait une des seules fois où un utilisateur moderne d'équipements informatiques aura l'occasion d'approcher d'aussi près du code binaire, car il est souvent enfoui sous différentes couches de logiciels.
Quand un lecteur de code QR est placé devant cette image, les premières parties détectées sont les trois marques de positionnement mises en évidence en doré. Elles donnent à la caméra une première idée de la position du code QR, ainsi que son orientation. Le petit repère en rouge aide aussi à comprendre l'alignement ; il n'y en a qu'un sur les petits codes QR, mais les plus gros codes utilisent un motif répétitif pour assurer la cohérence dans la largeur et la hauteur de l'image.
Les codes QR peuvent exister en plusieurs largeurs, exprimées en nombre de points utilisés. Cependant, cela n'a pas de rapport avec la taille réelle de l'image, ni avec la résolution de la photo que le lecteur en a prise. Aussi, la deuxième étape dans l'interprétation du code est de déterminer combien de points sont utilisés dans ce code précis. Pour cela, un motif simple répétitif de points blancs et noirs est placé entre les marques d'orientation (visualisées en vert). Le motif « temporel » (appelé « timing ») est facile à interpréter par le lecteur pour trouver ainsi le nombre de lignes et de colonnes de la trame.
The rest of the dots correspond to a mix of QR code version information, format information, the actual data, and error correction codes. Error correction is necessary, since cameras do not always give a clear image of the code area (due to the presence of dust, scratches on the lens, etc.), interpretation may also get some dots wrong (if colors are not correctly detected), and motion blur if the camera is not held perfectly still at the time. Error correction in QR codes uses a branch of Reed-Solomon error-correcting codes. With a bit of (perhaps over-) simplification, these codes can be seen as basically repeating all information more than once. Redundancy is calculated in such a way that not only can errors be detected, but also corrected upon reading. With sufficient extra bits added to each data word, more than one single error can be detected - unlike more simple schemes in which two errors in the same word could go undetected. Nowadays, the details of how the error detection and correction are handled go quite under the radar of the human user. Software (on most consumer-grade devices) or hardware (in industrial applications) take care of this part and simply give us the decoded information in readable form. In fact, the addition of superimposed colors to the QR code above has not made it unreadable - if you have a QR reader or application available, go ahead and see what it says!
Le reste des points correspond a un mélange d'information sur la version du code QR, information sur le format, la date réelle et des codes de correction d'erreurs. La correction d'erreur est nécessaire car les appareils photo ne donnent pas toujours une image claire de la zone de code (à cause de présence de poussière, de défauts sur la lentille…) ; l'interprétation peut aussi produire des points erronés (si les couleurs ne sont pas correctement détectées), ainsi que le flou si l'appareil n'est pas tenu parfaitement stable à cet instant.
La correction d'erreur des codes QR utilise un dérivé des codes de correction d'erreur Reed-Salomon. En simplifiant un peu (peut-être beaucoup), ces codes peuvent être essentiellement vus comme une répétition de toute l'information, faite plus d'une fois. La redondance est calculée de manière à ce que non seulement les erreurs soient détectées, mais aussi corrigées à la lecture. Avec un nombre suffisant de bits supplémentaires ajoutés à chaque mot de données, plus d'une erreur peut être détectée,- contrairement à des mécanismes plus simples dans lesquels deux erreurs dans le même mot passent inaperçues.
De nos jours, les détails de comment la détection et la correction d'erreur sont réalisées passent sous le radar de l'utilisateur humain. Le logiciel (dans les appareils grand public) ou le matériel (dans les applications industrielles) prend en charge cette partie et nous fournit simplement l'information décodée dans un format lisible.
En fait, l'addition de couleurs superposées au code QR ci-dessus ne l'a pas rendu illisible - si vous avez un lecteur de code QR ou une application disponible, essayez et regardez ce qu'il dit !
SOME SOFTWARE There is in fact a selection of software available in the Ubuntu repositories to create QR codes. One of the most basic is qrencode from the apt package with the same name. This is a console-only program. For example, to encode the web page address of our favorite magazine, simply issue: qrencode -o qr-example1.png http://fullcirclemagazine.org This creates the image qr-example1.png in the current directory: The same program can also create QR codes in a variety of formats. One of particular interest is SVG. The corresponding command would be: qrencode -o qr-example1.svg -t SVG http://fullcirclemagazine.org In the other direction, the zbar-tools package contains programs to handle converting a QR code read in from the camera (zbarcam) or from an image file (zbarimg). For instance: zbarimg qr-example1.png QR-Code:http://fullcirclemagazine.org/ scanned 1 barcode symbols from 1 images in 0.02 seconds
Quelques logiciels
Il y a en fait un certain nombre de logiciels disponibles dans les dépôts Ubuntu pour créer des codes QR. Un des plus basiques est qrencode issu du paquet apt du même nom. C'est un programme uniquement en ligne de commande. Par exemple, pour encoder l'adresse de la page Internet de notre magazine favori, tapez simplement :
qrencode -o qr-example1.png http://fullcirclemagazine.org
Ceci crée l'image qr-example1.png dans le répertoire courant : Le même programme peut aussi créer des codes QR dans divers formats. SVG est particulièrement intéressant. La commande correspondante serait :
qrencode -o qr-example1.svg -t SVG http://fullcirclemagazine.org
Dans l'autre sens, le paquet zbar-tools contient des programmes pour convertir un code QR lu à partir d'un appareil photo (zbarcam) ou à partir d'un fichier image (zbarimg). Par exemple :
zbarimg qr-example1.png
QR-Code:http://fullcirclemagazine.org/ (code QR : http://fullcirclemagazine.org/)
scanned 1 barcode symbols from 1 images in 0.02 seconds (1 symbole code-barres scanné à partir d'une image en 0.02 secondes).
On the graphical side of things, perhaps the best known application for Ubuntu is QtQr. Using the Qt library on which the KDE desktop is based, this program also works quite well under other desktop managers, being sufficiently integrated to include dragging files to and fro. The software contains a complete QR code generator, where the user can not only specify the type of information to be encoded (URLs, but also other structured information such as personal contact information, georeference or even WiFi network details), but also the dot size in pixels, margin width and level of data redundancy to be used. QtQr reads in QR codes either from image files, or by accessing the computer’s webcam if available. This is handy to read in data from a mobile phone, without needing to set up wireless communication (Bluetooth or similar).
Du côté interface graphique, celui qui est peut-être le plus connu sous Ubuntu est QtQr. Utilisant la bibliothèque Qt sur laquelle le bureau KDE est basé, ce programme fonctionne très bien avec les autres gestionnaires de bureau aussi, étant suffisamment intégré pour inclure le déplacement des fichiers vers et depuis l'application.
Le logiciel contient un générateur complet de code QR, où l'utilisateur peut non seulement spécifier le type d'information à encoder (des URL, mais aussi d'autres informations structurées telles que des informations individuelles de contact, un géo-référencement ou même des détails sur le réseau WiFi), mais aussi la taille des points en pixels, la largeur de la marge et le niveau de redondance des données à utiliser.
QtQr lit les codes QR soit à partir de fichiers images, soit en accédant à la webcam de l'ordinateur si elle est disponible. C'est pratique de lire les données à partir de son téléphone mobile, sans avoir besoin de paramétrer une liaison sans fil (Bluetooth ou similaire).
EDITING QR CODES Once a QR code has been created, some editing can take place without altering the information contained within. To take an example, I will take the “http://fullcirclemagazine.org” QR above, in SVG form. As line-art, it can then be imported into a vector editing program such as Inkscape and modified to suit our needs. Opening it with Inkscape, the first thing we notice is that the white background has been grouped together with the black markings. We can select the complete assembly and hit Ctrl-Shift-G to ungroup them. The black markings themselves are also individual rectangles that have been grouped together. If we wish to alter individual pieces, they will also need to be ungrouped first. For our examples, however, we will keep them together in one piece. The first thing we can do with the black markings is to change their color. Select the markings, then choose Object > Fill and Stroke in the menu. We can play around with the fill color, and add blur for artistic effect. QR codes are sufficiently robust that even relatively light colors can be used, and still function as a code. However, one should not try to go too far - ‘too far’ being colors with little contrast to the background, or a combination of light and dark colors. These do not work well with most QR readers. If we do stay within these parameters, some effects such as gradients are possible. To apply these, select the markings, and in the Fill dialog choose Gradient fill. You will need to edit the gradient end-points to make sure that both of the colors used to build the gradient are sufficiently contrasted with the background. Some experimentation may be needed for good results.
Éditer des codes QR
Une fois qu'un code QR a été créé, il est possible de le modifier sans altérer l'information qu'il contient. Je choisis, comme exemple, le QR « http://fullcirclemagazine.org » ci-dessus, en format SVG. Comme c'est un dessin au trait, il peut être importé dans un programme de traitement vectoriel comme Inkscape et modifié comme nous le souhaitons. En l'ouvrant dans Inkscape, la première chose que nous remarquons c'est que le fond blanc a été groupé avec les marques noires. Nous pouvons sélectionner l'ensemble et appuyer sur Ctrl-Maj-G pour les dégrouper.
Les marques noires elles-mêmes sont aussi des rectangles individuels qui ont été regroupés. Si vous souhaitez enmodifier des morceaux élémentaires, ils doivent d'abord être dégroupés. Dans notre exemple, cependant, nous allons les garder tous d'une seule pièce.
La première chose que nous pouvons faire, c'est de changer la couleur des marques noires. Sélectionnez les marques, puis choisissez Objet > Remplissage et contour dans le menu. Nous pouvons jouer avec la couleur de remplissage et ajouter du flou pour l'effet artistique.
Les codes QR sont suffisamment robustes pour que même des couleurs relativement claires puissent être utilisées, tout en gardant leur rôle de code. Cependant, il ne faut pas aller trop loin - « trop loin », ce sont les couleurs à trop faible contraste sur le fond ou une combinaison de couleurs claires et sombres. Celles-ci ne fonctionnent pas bien avec la plupart des lecteurs de QR. Si nous restons bien dans de telles limites, des effets sont possibles, comme les dégradés. Pour les appliquer, sélectionnez le marquage, et dans la boîte de dialogue du Remplissage choisissez Dégradé linéaire. Vous devrez modifier les limites du dégradé pour assurer que les deux couleurs utilisées dans le dégradé sont suffisamment contrastées sur le fond. Quelques essais pourront être nécessaires pour de bons résultats.
In Inkscape, photographs may be used as patterns to fill in areas. The image (JPG, PNG or similar) is imported, then converted into a pattern using menu option Object > Pattern > Objects to Pattern. The black markings in the QR code are then selected, and filled with the new pattern. As before, it is best to use images with similar and rather dark colors - and no very light-colored spots in them (if using a white background). On the other hand, very light images can be used to color the markings, on top of a dark background. Alternatively, a single color can be used for the markings, which are then placed on top of the image. As long as there is enough contrast for the QR reader to detect the markings correctly, just about any combination can be tried out. This is about as far as one can go with this low-redundancy level QR code. However, if a high level of redundancy has been specified when creating the code, large areas of dots can be covered up with other graphical information. Although this will give some errors on reading, the error-correction codes used will still enable the reader to establish the original message. There are some areas of the code that must not be touched. As described in the previous section, positioning, alignment and timing marks are necessary for good operation. Altering version information is probably not a good idea either. But if we stick to the central part of the code, we can take some liberties without going too much into the danger zone: For further ideas on how to use Inkscape, Mark Crutch’s ongoing series in FCM is probably the place to start - try the Special Edition Volume 1 (http://fullcirclemagazine.org/inkscape-special-edition-volume-one/), specifically Part 5 for details on how to fill regions.
Dans Inkscape, les photos peuvent être utilisées comme motifs pour remplir des zones. L'image (jpg, png ou équivalent) est importée, puis convertie en motif en utilisant le menu Objet > Motif > Objet en motif. Les marques noires du code QR sont ensuite sélectionnées et remplies avec le nouveau motif. Comme précédemment, il est préférable d'utiliser une image contenant des couleurs voisines et plutôt sombres, sans points de couleurs claires à l'intérieur (si vous utilisez un fond blanc).
En revanche, les images très claires peuvent être utilisées pour colorer le marquage, sur un fond sombre. Autrement, une seule couleur peut être utilisée pour les marques, que l'on superpose sur l'image. Tant que le contraste reste suffisamment élevé pour que le lecteur de code QR détecte les marques correctement, à peu près n'importe quelle combinaison peut être essayée.
C'est à peu près tout ce qu'on peut faire avec ce code QR à faible niveau de redondance. Cependant, si un haut niveau de redondance a été spécifié à la création du code, de large plages de points peuvent être recouvertes par une autre information graphique. Bien que cela génère quelques erreurs de lecture, les codes de correction d'erreur utilisés permettent encore au lecteur de former le message original. Il y a quelques zones du code qui ne doivent pas être touchées. Comme décrit dans la section précédente, les marques de positionnement, d'alignement et de « timing » sont nécessaires pour un bon fonctionnement. Modifier l'information de version n'est sans doute pas non plus une bonne idée. Mais si nous touchons à la partie centrale du code, nous pouvons prendre quelques libertés sans trop pénétrer dans une zone dangereuse :
Pour plus d'idées sur l'utilisation d'Inkscape, vous pouvez commencer parla série d'articles de Mark Crutch dans le FCM ; essayez le Numéro spécial Inkscape Volume 1 (http://www.fullcirclemag.fr/?download/302), en particulier la partie 5 pour des détails sur le remplissage des zones.
COLOPHON I would like to end with a couple of practical use-cases that go a bit further than adding dynamic content to commercial posters. In my day job as a teacher, I often give students pointers on where to obtain further information, if necessary, on the topic being studied. For some time now, I have been projecting slides with the relevant URLs. However, even when using shortened URLs (“tiny” URLs), copying mistakes are made all too often. Including the relevant URLs in QR form makes it possible for students to come up to the screen and “shoot” the codes with their mobile phones - thus acquiring the link without any human error. They always carry the darn things around with them, so we might as well make good use of them, right? A second use of QR codes is to pass along short quotations from texts. QR codes are well able to hold several paragraphs of text, about what would be useful for a single study period. So, for example, Cicero’s classical discourse against Catalina could be studied in extract form. The original text goes:
Colophon
Je voudrais terminer par deux cas pratiques qui vont un peu plus loin que l'utilisation d'un contenu dynamique dans des affiches publicitaires. Dans mon travail quotidien de professeur, je donne souvent aux étudiants des références où ils pourront trouver plus d'informations, si nécessaire, sur les sujets en cours d'étude. Depuis quelque temps maintenant, je leur projette des diapos avec les URL correspondantes. Cependant, même en utilisant les URL raccourcies (« tiny » URL's), leur copie entraîne trop souvent des erreurs. En mettant ces URL sous forme de QR, il est possible pour les étudiants de venir devant l'écran et de scanner les codes sur leurs téléphones mobiles, ce qui assure la capture du lien sans erreur humaine. Ils les ont toujours sur eux ; autant en profiter pour en faire de bonnes choses avec ces mobiles, non ?
Une seconde utilisation des codes QR est le transfert de courtes citations de textes. Les codes QR sont capables de contenir plusieurs paragraphes d'un texte, environ ce qui peut être utile pour une heure d'étude. Ainsi, par exemple, le discours classique de Cicéron contre Catalina pourrait être étudié sous forme d'extrait. Le texte original dit :
“Quo usque tandem abutere, Catilina, patientia nostra? Quam diu etiam furor iste tuus nos eludet? Quem ad finem sese effrenata iactabit audacia? Nihilne te nocturnum praesidium Palati, nihil urbis vigiliae, nihil timor populi, nihil concursus bonorum omnium, nihil hic munitissimus habendi senatus locus, nihil horum ora voltusque moverunt? Patere tua consilia non sentis, constrictam iam horum omnium scientia teneri coniurationem tuam non vides? Quid proxima, quid superiore nocte egeris, ubi fueris, quos convocaveris, quid consilii ceperis, quem nostrum ignorare arbitraris? O tempora, o mores!” Transformed into a slide for presentation to the class, once scanned, the QR code would then appear as shown (on the student’s tablet): The text can then be sent off to Google Drive or a note-taking application, and -one hopes- also be worked on. As a side note, we can see through this example that QR codes are system-agnostic, and thus a good way of passing information between operating systems - even though some of them may be rather less open than Ubuntu.
« Quo usque tandem abutere, Catilina, patientia nostra? Quam diu etiam furor iste tuus nos eludet? Quem ad finem sese effrenata iactabit audacia? Nihilne te nocturnum praesidium Palati, nihil urbis vigiliae, nihil timor populi, nihil concursus bonorum omnium, nihil hic munitissimus habendi senatus locus, nihil horum ora voltusque moverunt? Patere tua consilia non sentis, constrictam iam horum omnium scientia teneri coniurationem tuam non vides? Quid proxima, quid superiore nocte egeris, ubi fueris, quos convocaveris, quid consilii ceperis, quem nostrum ignorare arbitraris? O tempora, o mores! »
Transformé en diapo pour une présentation à la classe, puis scanné, le code QR apparaîtra alors comme présenté (sur la tablette d'un étudiant) :
Le texte peut ensuite être déversé dans Google Drive ou une application de prise de notes, et - on peut l'espérer - être étudié.
En remarque, nous pouvons voir à travers cet exemple que les codes QR sont indépendants des systèmes et qu'ils fournissent une bonne façon de transmettre des informations entre systèmes d'exploitation, même si certains d'entre eux sont plutôt moins ouverts qu'Ubuntu.