Полутоновые QR-коды против QR-кодов с дизерингом

Оба подхода помещают картинку внутрь работающего QR-кода. Это не одна и та же техника, и различить их можно через всю комнату: один выглядит как картинка за москитной сеткой, другой — как фотографическое зерно. Ниже разобрано, что делает каждый, почему они выглядят по-разному, где один явно выигрывает и где не выигрывает ни один.

Полутоновый метод

Классический полутоновый генератор QR, ходящий по сети примерно с 2013 года, утраивает размер кода. Каждый модуль становится блоком 3×3 из субпикселей. Центральный субпиксель закрепляется за нужным модулю цветом, остальные восемь свободны и принимают то, что говорит уже пороговая картинка. Сканер снимает значения в центрах модулей — значит, верными должны быть именно центры, и они верны. Метод работает и даёт узнаваемый вид: правильная решётка точек, лежащая поверх картинки, потому что каждый третий пиксель в обоих направлениях закреплён и все закреплённые пиксели выстроены идеально. Глаз человека крайне хорош в поиске регулярной решётки. Увидев её однажды, развидеть уже нельзя. Подход прост в реализации и лёгок для рассуждений, поэтому его использует столько генераторов, и для кода, который будут смотреть только на экране в его родном размере, он вполне пригоден. Его ограничения проявляются в печати, где ничто не рассматривается в родном размере, а единственному закреплённому пикселю на модуль приходится в одиночку переживать принтер, бумагу, освещение и пересэмплирование камерой.

Метод с дизерингом

Подход с дизерингом меняет одну вещь, и она меняет всё. Вместо того чтобы сначала бинаризовать картинку, а потом переписывать пиксели, он проводит картинку через рассеивание ошибки и считает принудительный пиксель частью этого процесса: поставь значение, измерь вызванную этим ошибку и протолкни её в соседние пиксели так же, как Флойд—Стейнберг проталкивает любую другую. В результате принудительные пиксели оказываются скомпенсированы. Пиксели вокруг них сдвигаются, удерживая локальное среднее правильным, поэтому принудительные точки садятся в тот же нерегулярный крап, что и остальное изображение. Решётки, за которую глаз мог бы зацепиться, нет, и картинка читается как картинка, а не как картинка за сеткой. Принудительная область при этом не обязана быть одним пикселем: это может быть блок в центре каждого модуля, размер которого является настройкой, — тем самым и управляет баланс «Фото ↔ Код» в SWAPQR. Остальная часть модуля, а с ней и картинка в нём, — это то, что оставляет рассеивание ошибки, и по построению средний тон здесь правильный для того модуля, которому эта часть принадлежит.

Бок о бок

В полутоновом методе картинка бинаризуется до размещения кода; в методе с дизерингом обе вещи происходят вместе, за один проход. Полутон закрепляет один субпиксель на модуль по идеальной сетке; дизеринг закрепляет центральный блок настраиваемого размера, спрятанный в крапе. Визуальная подпись полутона — регулярная точечная решётка поверх изображения; дизеринга — фотографическое зерно. Полутон почти не даёт настройки: один пиксель из девяти зафиксирован, и на этом всё, тогда как дизеринг даёт непрерывный выбор того, какая доля модуля ставится принудительно. А по устойчивости вблизи полутон слаб, потому что один пиксель на модуль не переживает никакого пересэмплирования, тогда как результат дизеринга настраиваем и, как показывает статья этого руководства о близком сканировании, измерим: ниже примерно половины принудительной доли модуля старые читатели с блочным порогом спотыкаются вплотную, выше — нет. Эти два метода не вариации одной темы; они отвечают на вопрос «куда девать картинку» в разном порядке, и именно порядок глаз и видит.

Где дизеринг выигрывает с большим отрывом

Поскольку величина принуждения здесь регулятор, а не жёсткое «один из девяти», генератор с дизерингом может осознанно менять картинку на надёжность. Это не косметическая разница: при одном принудительном пикселе на модуль код зависит от того, переживёт ли единственный пиксель каждое пересэмплирование между принтером и матрицей, а он часто не переживает. Струйный принтер его растечёт, лазерный округлит, ламинация размоет, камера под углом размажет его по двум пикселям матрицы, а собственное уменьшение декодера усреднит его с соседями. Принуждать блок — и позволять рассеиванию ошибки за него платить — это и есть то, что позволяет технике держаться в печати. Это же означает, что один и тот же генератор способен выдать почти обычный код для наклейки, к которой телефон приложат вплотную, и почти чистую фотографию для афиши, сканируемой с метра, из той же картинки и той же ссылки, движением одного регулятора. У полутона такого регулятора нет: его надёжность и его вид заданы самим методом, и единственный способ сделать его устойчивее — отказаться от него в пользу большей закреплённой области, но в этот момент он уже стал методом с дизерингом, только с худшей компенсацией.

Где не выигрывает ни один

Ни один подход не сделает плохую фотографию хорошей, и ни один не переживёт длинную полезную нагрузку. Обоим нужен высший уровень коррекции ошибок, который сам по себе делает код плотнее. Плоское малоконтрастное изображение проваливается в обоих по одной причине: оно даёт ровную текстуру, конкурирующую с модулями. Длинная ссылка проваливается в обоих, потому что модули становятся слишком мелкими, чтобы удержать хоть какую-то картинку. И оба в итоге являются осознанным обменом: вы тратите надёжность, чтобы купить изображение. Тратьте там, где изображение чего-то стоит, и проверяйте отпечаток. Стоит назвать и третье семейство: генераторы, которые кладут нетронутую картинку за обычный код и просто осветляют модули, либо вырезают логотип посередине. Они не кодируют картинку вовсе — они полагаются на то, что коррекция ошибок поглотит повреждение. Вполне допустимо, куда менее интересно и куда сильнее ограничено по количеству изображения, потому что вся цена платится из бюджета коррекции ошибок и ничем не компенсируется.