QR Code 如何運作？掃一掃背後的通訊技術與結構解析
在香港，由餐廳落單、電子支付到登上巴士，幾乎每天都會掃描 QR Code。這個由黑白方塊組成的正方形圖案，背後是一套巧妙的二維編碼系統。本文拆解 QR Code 的內部結構、不同版本的容量差異，以及掃描時到底發生了甚麼事。
- QR Code（Quick Response Code）由日本 Denso Wave 於 1994 年發明，最初用於追蹤汽車零件，現已成為全球最廣泛使用的二維條碼
- 每個 QR Code 包含定位圖案（三個角落的方框）、定時圖案、格式資訊和數據區域，容錯能力最高可恢復 30% 損壞的數據
- QR Code 有 40 個版本，版本 1 為 21×21 模組，版本 40 為 177×177 模組，最大可儲存 7,089 個數字或 4,296 個英數字元
- 掃描過程涉及圖像處理（灰度化、二值化、透視校正）、錯誤修正（Reed-Solomon 演算法），然後解碼內容並執行對應動作
QR Code 的誕生：從汽車工廠到全球標準
QR Code 由日本汽車零件製造商 Denso Wave 於 1994 年發明。當時傳統的一維條碼（barcode）只能儲存約 20 個字元，而且掃描器必須對準條碼的方向才能讀取。生產線需要追蹤大量零件資訊（型號、批次、生產日期），一維條碼已不敷應用。工程師原昌宏帶領的團隊開發出二維編碼方案：透過水平和垂直兩個方向同時編碼，容量大幅提升，且加入定位圖案讓掃描器可以 360 度任何方向快速讀取。「Quick Response」的名稱正是強調其高速讀取能力。
Denso Wave 做了一個關鍵決定：將 QR Code 的技術規格公開，且不收取專利費用。這個決定讓 QR Code 迅速被各行各業採用，從物流倉儲擴展到零售、支付、廣告和身份認證等領域。
QR Code 的內部結構：每個方塊都有用途
一個標準 QR Code 包含多個功能區域。三個角落的「回」字形方框是定位圖案（Finder Pattern），掃描器透過它們判斷方向、位置和透視變形。第四個角落通常沒有定位圖案，讓軟件可以分辨圖案的旋轉角度。
定位圖案之間的虛線是定時圖案（Timing Pattern），由黑白交替的模組組成，幫助掃描器確定每個模組（小方塊）的大小和行列數。格式資訊區域記錄了 QR Code 的容錯等級和使用的遮罩模式。版本資訊（版本 7 以上）記錄了 QR Code 的版本號碼，讓掃描器知道解析度。
剩餘區域是數據和錯誤修正碼的儲存空間。數據不是按行列順序存儲，而是經過複雜的「之」字形排列和 XOR 遮罩處理，避免出現大片同色區域影響掃描器識別。
容錯能力：損壞一部分仍可讀取
QR Code 的容錯功能基於 Reed-Solomon 錯誤修正演算法，這個演算法也被用於 CD、DVD 和衛星通訊。QR Code 提供四個容錯等級：L（可恢復約 7% 損壞）、M（約 15%）、Q（約 25%）和 H（約 30%）。等級 H 意味著即使 QR Code 有近三分之一的區域被遮蓋或損壞，仍可成功解碼。
許多品牌利用這個特性，在 QR Code 中央加入公司標誌或圖案，設計成具品牌辨識度的視覺元素。只要不遮擋定位圖案和格式資訊，且容錯等級設定得足夠高，加入圖案的 QR Code 仍能正常運作。
掃描 QR Code 時發生了甚麼事？
當你打開手機相機對準 QR Code，背後有一連串的計算在毫秒內完成。首先，圖像被轉為灰度並進行二值化處理，將每個像素歸類為黑色或白色。系統搜索三個定位圖案來確認這是一個 QR Code 並計算透視變形，進行幾何校正。
校正後，系統讀取格式資訊確定容錯等級和遮罩模式，然後沿著定時圖案和數據排列規則逐一讀取模組。讀取到的數據先經過去遮罩（XOR 還原），再以 Reed-Solomon 演算法檢查和修正錯誤。最後解碼的內容（可能是 URL、文字、Wi-Fi 設定或 vCard 聯絡人資訊）被傳遞給對應的應用程式處理，打開網頁、跳出付款介面或儲存聯絡人。
開版為AI生成配圖，只供參考會意。
