Infos zu QR Codes und eine Lösung für Minimalisten

Die Registrierungsnummer (UAS-Betreiber-Nummer, e-ID) kann man einfach als QR Code auf sein Modellflugzeug oder seine Drohne bringen.

So sieht meine Lösung für Minimalisten aus:

Bild 1: QR Code Aufkleber mit Registrierungsnummer

Das vorhandene Namensschild ersetzen? Nicht nötig. Kleb den QR Code dazu und fertig!

Wichtig: Der Code muss gut lesbar sein – was gibt es zu beachten?

Du brauchst hier nicht tief einzusteigen. Das habe ich schon gemacht und für meine Aufkleber die wichtigen Punkte umgesetzt. Als Anwender musst Du nur eine halbwegs ebene und senkrecht einsehbare Stelle zum Aufkleben aussuchen.

Sehr dünne und trotzdem strapazierfähige Aufkleber findest Du in meinem Shop, gern hier abbiegen.

Die nachfolgenden Infos sind eher für diejenigen gedacht, die tiefer in diese aus meiner Sicht sehr interessante Materie einsteigen oder vielleicht auch selbst QR Codes erstellen möchten.

Lass Dich also bitte durch die weiteren Ausführungen nicht verunsichern – QR Codes lassen sich grundsätzlich sehr zuverlässig lesen, das ist gerade eine ihrer Stärken. Ein gut gemachter Code wird von einem modernen Smartphone unglaublich schnell erkannt, und das sogar unabhängig von der Lage.

1. Verzerrung vermeiden

Die beste Stelle zum Aufkleben ist eine ebene Fläche. Äußerlich bei einem Modellflugzeug z.B. nahe der Endleiste von Tragflächen oder Leitwerken. Oder eine wenig gekrümmte Fläche am Rumpf.

Für die Registrierungsnummer ist nicht vorgeschrieben, dass sie außen sichtbar angebracht werden muss, also kann man auch Stellen im Inneren verwenden. Bei der kleinen Größe der Aufkleber sollte das keine große Schwierigkeit darstellen. Die Stelle sollte aber senkrecht einsehbar sein, damit es keine optische Verzerrung gibt.

Wenn Du selbst QR Codes ausdrucken möchtest, dann achte darauf, dass sie quadratisch sein müssen. In Verbindung mit einer guten Kameraoptik schlucken gute Leseprogramme zwar einiges an Abweichungen, aber die quadratische Form ist die beste Ausgangsbasis und einfach zu erhalten, wenn man darauf achtet.

2. Größe nicht zu klein wählen

Wie leicht oder schwer der Code zu lesen ist, das bestimmen die Abmessungen in Verbindung mit der Version des QR Codes. Die Version bestimmt über die Kantenlänge der Matrix die Speicherkapazität. Version 1 hat eine Matrix von 21×21 Modulen, Version 2 hat 25×25, Version 3 hat 29×29, usw. – die Kantenlänge vergrößert sich von Version zu Version jeweils um 4 Module.

Bei gegebenen äußeren Abmessungen werden die kleinen Module mit steigender Versionsnummer immer kleiner. Damit steigen die Anforderungen an die Optik des Lesegeräts.

Bild 2: Identische Abmessungen und zweimal der gleiche Inhalt.
„HTTPS://OTESYS.COM“ codiert in Version 1 (21×21) und Version 4 (33×33)

Der linke Code lässt sich erwartungsgemäß aus größerer Entfernung besser lesen als der rechte. Aufgrund der größeren Speicherkapazität erreicht der rechte im obigen Beispiel zwar die höchstmögliche Stufe der Fehlerkorrektur, aber das nützt ja nichts, wenn der Code als solcher erst gar nicht erkannt wird, weil die Module zu klein sind…

Für den Anwendungsfall, die Registrierungsnummer mit ihren 16 Zeichen zu codieren, habe ich nachfolgend Daten der Fa. Denso Wave ausgewertet und passend aufbereitet.

Die Registrierungsnummer besteht aus mehreren Blöcken mit Ziffern, großen und kleinen Buchstaben. Bei der gegebenen Mischung der Zeichen ist aufgrund der vorhandenen kleinen Buchstaben eine durchgängig binäre Codierung die effektivste. Damit passen in den kleinsten QR Code maximal 17 Zeichen und es wird die (geringste) Fehlerkorrekturstufe „L“ erreicht.

Version (Module)L MQH
1 (21 x 21)1714117
2 (25 x 25)32262014
3 (29 x 29)53423224
4 (33 x 33)78624634
5 (37 x 37)106846044
6 (41 x 41)1341067458
Tabelle 1: Anzahl speicherbarer Zeichen in Abhängigkeit von Version (Modulzahl) und
Fehlerkorrekturstufe (L, M, Q, H) bei binärer Codierung.

Fehlerkorrekturstufe „L“ bedeutet, dass 7% der Codewörter durch die eingebaute Fehlerkorrektur ersetzt werden können.

Bei den höheren Fehlerkorrekturstufen „M“, „Q“ und „H“ können 15, 25 bzw. 30% fehlerhafte Codewörter durch die eingebaute Korrektur ersetzt werden. Das geht natürlich auf Kosten der Speicherkapazität, wie man an der Tabelle oben schön ablesen kann. Verwendet man die nächstgrößere Version 2 mit 25×25 Modulen, so wird in unserem Fall mit den 16 Zeichen bereits die Fehlerkorrekturstufe „Q“ erreicht (bis zu 20 Zeichen). Die höchste Stufe „H“ wird bis 24 Zeichen – also auch bei den 16 Zeichen der Registrierungsnummer – ab Version 3 erreicht.

Wie bereits erwähnt, wird bei gegebenen Abmessungen die Modulgröße mit steigender Speicherkapazität immer kleiner. Um die Größe der Module zu berechnen, können wir nicht einfach die geplante Größe durch die Modulanzahl teilen, denn wir müssen noch die …

3. … Ruhezone einhalten.

Was ist damit gemeint? Der Code hört nicht direkt neben den drei markanten Quadraten auf, sondern benötigt ringsum etwas Freiraum, um überhaupt als Code erkannt zu werden. Der Grund wird klar, wenn man das folgende Bild betrachtet.

Bild 3: Suchbild zur Erläuterung der Ruhezone

Wo versteckt sich darin der QR Code? Gar nicht so einfach zu erkennen. Genauso geht es den Programmen. Einige sind schlicht überfordert, andere identifizieren den Code problemlos.

Der Sinn der Ruhezone besteht darin, den Code vom Hintergrund abzugrenzen, damit das Erkennen erleichtert wird. Auch im obigen Bild ist ja die komplette Information enthalten, sie wird nur nicht erkannt, weil der relevante Bereich im Datendschungel nicht gefunden wird.

Ganz anders stellt sich das mit Ruhezone dar. Der Code im folgenden Bild ist problemlos zu erkennen und zu decodieren:

Bild 4: Auflösung. Mit Ruhezone auch für das menschliche Hirn direkt zu erkennen

Die Ruhezone gehört also zum Code dazu, sie sollte direkt mit eingeplant (und mitgeliefert…) werden und beträgt laut Empfehlung von Denso Wave auf jeder Seite 4 Modulbreiten.

Das bedeutet, man muss einfach die 8 Modulbreiten zur Kantenlänge dazu zählen und erhält dann die Größe der Module:

Version (Module)relative
Modulgröße
1 (21 x 21)3,4% (1/29)
2 (25 x 25)3,0% (1/33)
3 (29 x 29)2,7% (1/37)
4 (33 x 33)2,4% (1/41)
5 (37 x 37)2,2% (1/45)
6 (41 x 41)2,0% (1/49)
Tabelle 2: Modulgröße bezogen auf die Kantenlänge

Professionelle Lesegeräte haben zum Beispiel eine Auflösung von 0,2 mm. Ein Aufkleber für einen Code der Version 1 hat dann eine Mindest-Abmessung von 5,8 x 5,8 mm.

Andersherum gerechnet: Zum Lesen eines QR Codes auf meinen 16 mm Aufklebern und Schildern benötigt man eine Auflösung von 0,55 mm (Version 1) bzw. 0,48 mm (Version 2). Beim 10 mm Schild sind es 0,34 mm für Version 1 und 0,30 mm für Version 2.

Ich sehe 0,3 mm als aktuell praktikable Grenze für die Auflösung an. Bei dem 16 mm Schild bzw. Aufkleber könnte man also bis Version 6 oder 7 gehen.

4. Farbkontrast „positiv“

Die Empfehlung für QR Codes besteht aus dunklen Symbolen auf einem hellen Hintergrund. Nicht umgekehrt. Man sollte meinen, es sei egal, ist es aber nicht. Der unten dargestellte QR Code mit dem schwarzen Hintergrund wird von vielen Programmen problemlos erkannt, bei einigen muss man aber „invertiert“ einstellen, mit einigen (auch aktuellen) Programmen funktioniert es auch gar nicht.

Bild 5: Optimal, „DEU87astrdge12kc“ codiert mit hohem Kontrast und dunklen Symbolen.
Bild 6: Ungünstig, „DEU87astrdge12kc“ codiert mit hellen Symbolen auf dunklem Hintergrund.

Beim Lasergravieren von farbig oder schwarz eloxiertem Aluminium ergibt sich ein helles Schriftbild. Das ist also eigentlich genau falsch herum für QR Codes. Ich hatte anfangs unwissend so gestartet und mich dann gewundert, dass mein etwas betagtes Tablet den Code nicht lesen konnte…

Aus genau diesem Grund ist auch bei meinen Alu-Schildern im Bereich des QR Codes der Hintergrund hell und der eigentliche Code dunkel.

Bild 7: Alu Schild mit QR Code in bevorzugter Farblogik

Auf Anfrage kann ich natürlich gern trotzdem invertierte Codes erstellen.

Auf die Spitze getrieben

Also optimaler Kontrast, Ruhezone eingehalten und gerade aufgeklebt. Wie weit kann man gehen? Ein ausrangiertes 5 Jahre altes Mittelklasse Smartphone diente als Versuchsträger. Die schon recht kleinen Codes auf meinen 10 mm Schildern erkennt es quasi im Vorbeifliegen. Aber der Laser kann auch kleiner.

Bild 8: Wo liegt die Grenze für den 16 mm Aufkleber? von links: Version 1, 4, 6, 10; rechts 2x Version 18

Die ersten drei sind ein Heimspiel. Bei dem vierten muss man das Gerät einigermaßen still halten, kein Problem. Das ist Version 10, da passt schon einiges rein:

Version 10 fasst 271 Zeichen. Die Modulgröße beträgt 1,5% der Kantenlänge des Aufklebers, dabei ist die Ruhezone natürlich berücksichtigt. Ob das für den fünf Jahre alten Versuchsträger die Grenze darstellt? 0.25 mm ist die Kantenlänge der kleinen Module, ziemlich klein.

Das war also nicht die Grenze, erst bei dem fünften Code kam das Gerät aus 2016 dann ins Grübeln. Nur in einem engen Abstandsbereich konnte der Code gelesen werden. Da die Ruhezone durch den Radius des Aufklebers gestört ist, habe ich noch eine Version mit spitzen Ecken erstellt, oben im Bild ganz rechts. Das machte aber keinen Unterschied.

Der Nachfolger des Versuchsträgers, ein aktuelles Modell aus 2020 (ebenfalls kein Oberklasse-Modell…) liest auch den rechten Code ohne Probleme, unglaublich.

Unten noch die Codes in lupenreiner Qualität als künstliche Grafiken. Bei Darstellung in Originalgröße (873 x 213 Pixel) kann man sie am Bildschirm scannen und staunen, was da alles hinein passt.

Bild 9: QR Codes in den Versionen 4, 6, 10 und 18. Aufgeladen mit geistreichen Texten.

Warum passen doch 18 Zeichen in den kleinsten QR Code?

Nachgezählt: Die Zeichenkette „HTTPS://OTESYS.COM“ hat 18 Zeichen (ohne die Anführungszeichen). Aber Tabelle 1 sagt, dass nur 17 Zeichen in die kleinste Version passen, wie kann das funktionieren?

Die großen Buchstaben, der Doppelpunkt und Schrägstrich zählen zu den alphanumerischen Zeichen, davon passen 25 Zeichen in den kleinsten Code. Wären es nur Ziffern, würden 41 Zeichen passen. Weitere Details, auch zu gemischten Inhalten, finden sich auf der Seite von Fa. Denso Wave (Link unten)

Lesefutter

Weitere Informationen zur QR Codes findet man auf der Seite https://www.qrcode.com (Englisch), sie wird von der Firma Denso Wave betrieben, die den Code erfunden hat. Wer noch tiefer einsteigen und die Codierung verstehen möchte, findet auf der Seite SwissEduc eine sehr schöne Zusammenfassung als pdf-Dokument.

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Hinweis: QR Code ist ein Warenzeichen der Firma Denso Wave Incorporated.