写真のQRコード復元ツール

写真のQRコード復元ツールについて

スクリーンショットやカメラで撮った写真の中のQRコードが読み取れない——その多くは、擦れ・汚れ・白飛び・斜めからの撮影・低コントラストが原因です。本ツールは、市販のQRリーダーが捨ててしまう「どこが読めなかったか」という情報を最後まで持ち回り、リード・ソロモン符号の消失訂正に渡すことで、通常の読み取りでは届かない欠損からの復元を狙います。

消失訂正で訂正能力が2倍になる

リード・ソロモン符号は、1ブロックあたり n 個のコードワードのうち k 個がデータ、残り n-k 個が誤り訂正用です。ここで誤りの位置が分からない場合に直せるのは (n-k)/2 個までですが、位置が分かっている（消失）なら n-k 個まで直せます。ちょうど2倍です。

たとえばバージョン2・誤り訂正レベル M のQRコードは、全44コードワードのうち16個が誤り訂正用です。位置が分からなければ8個までしか直せませんが、位置が分かっていれば16個——全体の約36%——まで直せます。レベル H なら28個、全体の約64%です。本ツールは、擦り跡や白飛びでモジュールの明暗を決めきれなかった場所を確信度で順位づけし、下位から順に消失として扱う個数を掃引します。「誤りを消失に置き換える」交換を最適な点まで自動で探すため、消しすぎて訂正能力を使い切ることも、消し足りずに誤りを残すこともありません。

復元結果が正しいかを機械的に検算する

推測で当てた値がたまたまデコードできてしまうと、間違った内容を「復元できた」と表示してしまいます。本ツールは3つの検算を行います。

1. シンドロームがゼロになるか：リード・ソロモン復号後に符号として成立しているかを確認します。
2. 訂正能力をどれだけ使い残したか：消失の個数が訂正能力ちょうどのとき、復号は「必ず成功」してしまい検算になりません。余力（使い残し）が2コードワード以上あるときだけ「検算済み」とします。
3. 終端以降の埋め草が規格どおりか：データの終わりのあとに並ぶ 0xEC / 0x11 の繰り返しが一致するかを確認します。

検算に通らなかった結果は破棄せず、「推測を含む」と明示したうえで解析案として提示します。内容が URL の場合は、開く前に必ず妥当性をご確認ください。

斜めからの撮影と、位置検出パターンが欠けた画像

斜めから撮った写真のQRコードは台形に写ります。平行四辺形しか表せないアフィン変換では格子が合わないため、3つの位置検出パターンの中心に位置合わせパターンの中心を加えた4点から射影変換（homography）を解き、正対に直してからモジュールを読み取ります。

位置検出パターンが擦り跡に埋もれて2つしか見えない、1つしか見えない、という写真もあります。その場合は、見つかった1つからモジュールの大きさを求めて角の役割（左上／右上／左下）と型番と縮尺を総当たりする経路と、QRの外形四角形の4隅から格子を作る経路を試します。どの候補が正しいかはリード・ソロモン復号のシンドロームで機械的に判定できるため、候補を多めに出しても誤った結果を採用することはありません。それでも当たらない写真は必ずあるので、4隅を手で指定する操作も残しています。

並列処理

二値化条件の掃引・格子候補の評価・消失位置の掃引は互いに独立なので、Web Worker に分けて並列に実行します。ワーカーは Blob から組み立てるため、このページは1つのHTMLで完結したままです。ワーカー数は端末の論理コア数から決め（上限4本）、いずれかが検算まで通った結果を出した時点で残りを打ち切ります。Web Worker が使えない環境では、同じ処理を逐次で実行します（結果は同じで、時間だけ長くなります）。

できること・できないこと

消失訂正を使っても、訂正できるのは1ブロックあたり n-k 個までです。誤り訂正レベル L のコードは全体の約21%、M は約36%、Q は約51%、H は約64%が上限で、これを超える欠損は原理的に復元できません。また、消失の位置を画像から特定できない種類の損傷（周囲と同じコントラストのままモジュールだけが別の値に変わっているなど）は、消失として扱えないため訂正能力が半分に戻ります。復元できなかった場合は、どこまで進んだか（位置検出パターンの検出数・格子の一致率・消失として扱ったコードワード数）を「処理の内訳」に表示します。