CN100590642C - 用于将目标对象成像到镜面反射的数据读取器和方法 - Google Patents

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Abstract

一种数据读取器，例如带有CCD和CMOS成像器或其他类似设施的成像读取器，具有目标物体的多幅图像，所述图像从不同方向被照射或者获取，在所述不同方向中图像信号被合成为该物体或该被读取物体的选择部分的完整图像，以致于最小化或者消除镜面反射(传感器阵列的过饱和区域)。在一个示例数据读取器配置中，多个照明源，例如第一行和第二行发光二极管瞄准从不同方向被扫描的物体。照明源交替产生脉冲，且返回信号被一个或更多个传感器阵列收集。来自所述照明源之一的选择的非饱和返回信号，或者来自两个照明源的返回信号的选择的非饱和部分被处理以生成目标的完整非饱和图像。在某一优选处理方案中，假设每一发光二极管都能照明整个目标(例如，条形码)，对两幅图像进行逐像素最小化进而生成镜面反射最小化或者几乎消除镜面反射的图像。

Description

用于将目标对象成像到镜面反射的数据读取器和方法
技术领域
【0001】本公开内容的领域涉及成像和收集设备，具体涉及用于光编码读取的照明、收集和成像方法和设备，以及其他数据和图像捕获设备。
背景技术
【0002】图像捕获和其他数据读取设备用于读取光编码，获得数据并捕获多样化图像。一种普通的数据获取设备是光编码读取器。典型的光编码包括黑色元素和浅色空白的图案。存在多种类型的光编码，包括一维编码(比如UPC和EAN/JAN条形码)和二维编码(比如PDF-417和Maxicode)。方便起见，在此描述的某些实施例是关于一维条形码的捕获。但是，实施例对于其他的光编码、符号以及其他的图像，比如指纹捕获，也有用。不应把此处的任何内容解释为将此公开内容限于光编码或特殊的编码类型。
【0003】一种数据读取器是应用了成像设备或者传感器阵列例如CCD(电荷耦合器件)或CMOS设备的成像读取器。成像读取器可被配置以读取一维光编码、二维光编码、其他类型光编码或者其他物品的符号和图像。当成像读取器用于读取光编码时，光编码全体或其部分的图像聚焦在探测器阵列上。虽然一些成像读取器能够使用环境的光照明源，但典型的成像读取器使用一个光源去照明被扫描的物体以提供成像设备中所需要的信号响应。
【0004】本发明者已经认识到来自高强度照明源的光在某些表面会反射，例如产生太高强度反射因此导致传感器阵列的过饱和进而导致无效探测的金属罐体。因此本发明者已认识到需要对此反射状况进行弥补以提高数据读取器性能。
发明内容
【0005】公开的方法和设备用于改进对光编码和其他被成像物体的读取，尤其当读取表面是反射性的，因此照明易于导致传感器阵列全部或部分过饱和时。
【0006】在优选配置中，数据读取器包括成像读取器，例如CCD或CMOS成像器，其具有从不同方向照明或获取的目标物体的多个图像，在所述不同方向中信号被合成为该物体或者正读取的该物体的选择部分的一个完整成像，因此最小化或者消除镜面反射(传感器阵列的过饱和区域)。在一示例数据读取器配置中，多个照明源例如第一、第二行发光二极管(LED)瞄准从不同方向被扫描的物体。照明源交替产生脉冲，且返回信号被一个或更多个传感器阵列收集。来自所述照明源之一的选择的非饱和返回信号，或者来自两个照明源的返回信号的选择的非饱和部分被处理以生成目标的完整非饱和图像。在某一优选处理方案中，假设每一发光二极管都能照明整个目标(例如，条形码)，对两幅图像进行逐像素最小化(pixel-by-pixel minimum)进而生成镜面反射最小化或者几乎消除镜面反射的图像。
【0007】从下述对优选实施例的详细描述中，额外的方面与优势是显而易见的，此描述是参考附图进行的。
附图说明
【0008】图1是根据优选实施例的数据读取器的概略图。
【0009】图2是图1中数据读取器的布局的前示意图。
【0010】图3是图1-2中数据读取器的布局的侧示意图。
【0011】图4是如图2-3中数据读取器获取的饮料罐上条形码的图像，该条形码被顶部、底部两行照明源所照明。
【0012】图5是如图2-3中数据读取器获取的饮料罐上条形码的图像，该条形码仅被顶部一行照明源照明。
【0013】图6时如图2-3中数据读取器获取的饮料罐上条形码的图像，该条形码仅被底部一行照明源照明。
【0014】图7是被逐像素最小化方案处理时的组合图5和图6的图像的饮料罐上条形码的图像。
【0015】图8是如图2-3中数据读取器获取的反射性糖果包装上条形码的图像，该条形码仅被顶部一行照明源照明。
【0016】图9是如图2-3中数据读取器获取的糖果包装上条形码的图像，该条形码仅被底部一行照明源照明。
【0017】图10是被逐像素最小化方案处理时的组合图8和图9的图像的糖果包装上条形码的图像。
【0018】图11是根据另一实施例的数据读取器的概略图。
具体实施方式
【0019】贯穿此说明书，对“一个实施例”、“某一实施例”或“某些实施例”的提及都意味着特定的已描述特性、结构或特征包含在至少一个实施例中。贯穿本说明书各个地方，短语“在一个实施例中”、“在实施例中”或“在某些实施例中”的出现并不必然指向同一实施例。更进一步，所描述的特性、结构、特征和方法可在一个或更多实施例中以任何适宜的方式相互结合。根据这里的公开内容，本领域的技术人士将认识到，不同实施例在缺乏某一或更多特定细节时可被实施，或在具有其他方法、组件、材料或类似物亦可被实施。在其他实例中，众所周知的结构、材料或操作并没有显示或者详细描述以避免使实施例的特征不明显。
【0020】现在参考图对优选实施例会进行描述。为便于描述，一个图中任何代表某一元件的参考数字将在任何其他图中代表相同的元件。
【0021】根据已描述的实施例的方法和设备对使用成像技术的外观扫描器特别有用。为了描述的简练，探测器阵列描述为CCD阵列，但是也可以使用其它合适的探测器，例如CMOS。
【0022】图1是根据第一实施例的数据读取器10的简图。数据读取器10被图示为适宜于读取光编码、符号和别的物体的外观扫描器。扫描器10包括一个附着于手柄部位14的头部12。手柄部位14装配在基座16上。扫描器10可以作为外观扫描器进行工作，其自支撑在水平面上，或者可以装配在这样的表面或者墙体上。自支撑在基座16上的读取器10可用于免持模式。也可以握持读取器10的手柄并且读取器以手持或者便携模式工作，通过触发器18的致动激活扫描。读取器可以多种模式进行工作或者以美国专利No.6,575,368所描述的多种读取模式进行操作，该专利在此并入作为参考。通过把条形码放置到窗口13之前的扫描读取区域中，物体例如饮料罐30上的条形码可被读取。数据读取器10有两行照明源，在这个实施例中顶行22包括位于探测器20之上的排成一排的4支发光二极管。相似的，第二行发光二极管24位于探测器20之下的相似位置。在优选配置中，第一行和第二行发光二极管22、24瞄准到扫描区域中，因此每一行发光二极管都可完全照明放置在数据读取器10前的物体30上的条形码。
【0023】图2-3图示了图1中数据读取器的前视图和侧视图。图2说明顶行发光二极管22由四支大体排成一排并位于聚焦透镜21之上的发光二极管组成。聚焦透镜21收集从物体30反射回的光线并聚焦返回信号光线到探测器20上。底行发光二极管24也包括四支大体排成一排并位于透镜21以下的发光二极管。其他数目的发光二极管或者排列方式也可使用。在优选配置中，顶部、底部照明源22、24偏离但朝向被扫描物体物品，以照明同一扫描区域或者基本重叠的扫描区域。
【0024】当被读取的物体具有一高反射表面，比如位于铝饮料罐体30一侧上的条形码，照明源22、24的光在金属表面有效反射，并易于造成成像系统中探测器20的过饱和。
【0025】图4显示了被图2-3的数据读取器获取的饮料罐上的条形码图像，该条形码被顶部、底部行22、24照明。如图4所示，易拉罐30的高反射金属表面有效反射了来自照明源的光，并使探测器过饱和，导致图像中区域34、36不能被有效读取。由生产过程所导致的饮料罐表面的细微垂直槽所造成的衍射图在图像中水平延伸，阻碍了对甚至在主要镜面反射左右区域中的条形码图像的成功处理。但是，因为两行发光二极管22、24是在透镜21上下以相反的方向偏离，所以来自两个照明源22、24的光沿着不同的进入角到达条形码32的表面。图5显示了在探测器20所探测到的图像，此处仅顶部一行发光二极管22照明。如图所示，仅条形码标签的顶部有一过饱和区域34。在图6中，显示了仅底部一行发光二极管24照明条形码32获取的图像。图6显示仅图像底部部分经历过饱和区域36。
【0026】图5和图6的图像的检查揭示了图5图像中条形码32的底部部分是相对明显的过饱和区域，且图6图像中条形码32的顶部部分相对摆脱了在条形码顶部的过饱和区域。因此，通过首先以顶部发光二极管阵列22连续或者交替照明条形码，并获得图5的图像，然后仅使用底部发光二极管阵列24连续照明条形码并获得图6中条形码的图像，系统可将这两张图像一起进行处理以生成图7所示的条形码32的合成图像。
【0027】在优选配置中，当每一行发光二极管22、24都能够照明整个目标(在这里是条形码)时，一个优选方法是使用两个图像的逐像素最小化。换言之，对来自两张图像扫描的数据进行分析，比较来自第一图像的像素的相对强度和第二图像中相同空间位置的像素的强度，该算法选择具有较低强度的图像，因此丢弃正在经历镜面反射的像素或者其他令探测器过饱和的像素。图7举例说明了利用逐像素最小化选择标准的图6和图7中图像的合成图像。
【0028】一旦得到消除了镜面反射的图像，可使用适宜的方法，例如在美国专利No.5,635,699所描述的虚拟扫描线系统，对图像进行处理以读取所捕获的数据(比如条形码)，该专利在此并入作为参考。
【0029】应该关注照明源分离的选择，因为这种分离可以提高系统性能。在一个配置下，饮料罐的一侧上有条形码，以相对于图1中举例说明的数据读取器的方位对饮料罐进行读取，罐的曲率易于减少任何连续照明源的分离，此处发光二极管行排列于传感器的左右(就好像图1的数据读取器相对罐30旋转了90度)。此外，罐的表面不规则导致的衍射图会导致处理方法不能容易消除的水平条纹。因此对饮料罐而言，照明方位最好位于面对垂直定向的罐体的传感器20的上下。
【0030】对其他类型的高反射标签，照明源的方位并不是至关重要的或者可以有其他的方位首选。例如，比如糖果条包装纸的Mylar编码包装纸具有高镜面反射。由于典型的包装纸是折皱的，因此由于不同方向的照明，包装纸上的某些地方可能存在镜面反射。连续的照明可来自两个不同的方位以达到一个理想的效果。带有扁平表面的物体，比如板状玻璃，具有来自任意方向的连续照明。图8-9举例说明了一个应用于糖果包装纸上条形码40的照明方法。图8举例说明了仅被顶行发光二极管22照明的条形码40，由此图像经历了三个(或者更多的)过饱和区域42、43和44。图9举例说明了仅被底行发光二极管22照明的条形码40的图像，该图像经历了过饱和区域46、48。在图8和图9的两张图像中，经由前面所述的逐像素最小化处理方法，产生了图10中条形码40的图像，由此镜面反射基本上已经被去除。
【0031】为了达到理想的快速扫描速率，优选的是获取两张图像是实际上在时间上接近的。一种取两帧的像素最小值的方法假设在帧之间没有移动。由于设计用于移动目标的LED成像器的曝光时间非常短，所以帧之间的时延主要是图像的读出时间。为了减少读出时间，把将被读出的图像区域减少到仅仅包含感兴趣区域是有优势的。例如，在图3中，由于条形码是以垂直扫描线穿越条形码的所有码条和空白的方式来定向的，所以所有需要读出的只是像素的窄垂直条纹。通过减少将被读出像素的数目，读出时间大大减少，因此减少了帧之间的时延，并且更理想地满足了帧之间无运动的假设。
【0032】一种高效处理图像的这些部分的方法是根据比如美国专利No，5,635,699中(该专利已经并入作为参考)所公开的虚拟扫描线处理方法，在存储器中存储第一帧或该帧的子集。当从成像器中读取出第二帧，每一像素同从前一帧存储的像素相比较。如果新像素更小，它就存储在相同位置，代替前一帧的像素。否则，前一帧的像素仍保留在存储器中。当在两张图像中选择每个像素时，此处理使用了简单的“是/否”决策。
【0033】可以使用替代的处理方案。理论上，特定像素位置的信号等级有一优选强度区间。当传感器具有饱和像素或区域时，过高的强度预示着镜面反射。在替代处理中，来自第一帧(或根据虚拟扫描线处理方法的帧的某一子集)像素的强度被存储在存储器中。当从成像器中读出第二帧时，第一帧的像素和来自第二帧的像素同优选的强度范围相比较，并选择较低强度的像素，除非该像素强度太低，并且较高强度像素并不大于最大强度。
【0034】数据读取器10优选包括一成像读取器，该读取器具有一适宜的探测器阵列20，例如互补金属氧化物半导体(CMOS)成像器。为了读取光编码和其他符号或者成像物体例如指纹，成像器被连接于处理器(图3中图示为元件15)。CMOS成像器具有一个包含扫描地带的视场，可在该扫描地带内展示目标物体以用于成像。CMOS成像器可包括一带有全局快门(同步全像素曝光系统，也被视为“帧快门曝光”)和良好近红外(NIR)感光度的主动像素成像传感器，例如美国爱达荷州Boise市Micron Technology公司售卖的MT9V022型传感器。在某些实施例中，多个CMOS成像器可用于读取多个不同读取量中的物体，某些读取量可重叠。
【0035】处理器15可包括任何适宜的数字处理器，例如一低功率DSP核心处理器或者ARM核心处理器。在优选实施例中，处理器15包括美国得克萨斯州达拉斯市德州仪器(Texas Instruments)售卖的OMAP处理器或者美国得克萨斯州奥斯丁市的Freescale Semiconductor公司售卖的i.MX1系列处理器(例如MC9328MX1处理器)。替代地，多处理器或子处理器或者其他类型的处理器电子器件，例如比较器或其他特定功能电路，都可以单独或组合使用。对本说明书来说，术语“处理器”可意味任意这些组合。
【0036】在其他的实施例中(未图示)，数据读取器10可包括其他类型的数据读取器，例如移动点激光扫描器。数据读取器10也可包括双模式扫描仪，例如在美国专利No.6,575,368中所描述的那种，该专利已经并入作为参考。
【0037】照明源优选包括红外或者可见光谱发光二极管的集合，但替代地可包括其他类型光源，例如灯或者激光二极管。红外源优选以约850nm的近红外波长发射漫射的红外射线，虽然也可使用非漫射源和其他波长的照明源。照明源可连接于处理器15并由处理器15控制，或者可远程装配或者供电。优选提供图示为元件29的电源供给电路，用于激励发光二极管。顶部和底部发光二极管阵列22、24都以交替序列产生脉冲或者在合适的速率和/或时间产生脉冲。
【0038】在替代系统中，传感器和照明源的配置是相反的。图11举例说明替代的数据读取器50，其由一扫描头52组成，单行发光二极管64位于第一传感器阵列60和第二传感器阵列62之间。光源64被激发脉冲并被导出穿透窗口53，而来自同样脉冲的反射光被第一、第二传感器阵列60、62探测到。从光源到每一传感器的反射角度是不同的。因此被第一传感器阵列60感知的图像区域经历镜面反射时，被第二传感器阵列62所感知的对应图像区域可不经历镜面反射。两幅图像的对应像素(或依据虚拟扫描线处理方法的其子集)被进行比较，且具有较低强度的像素被选择。结果的像素图像被存储或发送用于进行处理/解码。此系统的一个优势是两个传感器阵列都在同一时刻记录图像，因此无需考虑捕获的图像之间的结果移动。但是，在一般的情况下，为了解决传感器之间的视差问题，处理可能是需要的，例如，确定第一传感器中哪些像素在和第二传感器中像素的相同位置成像。在各种应用中，一个变量、帧之间的运动或者成像器之间的视差可以这种方式被控制，从而使得一个实施例的使用优于另一个实施例。
【0039】替代地，系统可以是混合的。控制器69可以控制发光二极管64以在不同时间照明。例如，左侧发光二极管64a、64b可首先照明，一个或两个传感器60、62捕获图像，然后，右侧发光二极管64c、64d第二次照明，一个或两个传感器60、62捕获图像。
【0040】因此已示出和描述了用于数据读取和图像捕获的系统和方法，该系统和方法减少了镜面反射或者对信号过饱和进行补偿。然而意图是本领域技术人士可以对所公开的系统和方法进行修改，而不偏离在此阐述的基本原则。本发明的范围应该仅仅由所附权利要求所限定。

Claims (9)

1.一种数据读取的方法，包括以下步骤：
将一待读取物体传至扫描区域；
将第一照明源从第二照明源偏移；
在第一时间点，以所述第一照明源照亮扫描区域的第一部分并获得所述物体的第一图像；
在所述第一时间点之后的第二时间点，以所述第二照明源照亮扫描区域的第二部分并获取所述物体的第二图像，所述第一部分和所述第二部分至少部分重叠；
将所述第一图像的不连续部分和所述第二图像的对应的不连续部分进行比较，并选择具有较低强度的不连续部分；
对所述第一图像和所述第二图像的每一不连续部分重复上述比较步骤；
从选择的不连续部分合成所述物体的合成图像；
对所述合成图像进行处理。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一照明源是一行发光二极管。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括位于所述第一照明源和所述第二照明源之间的传感器阵列。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述第一照明源是位于传感器阵列之上的一行发光二极管，且所述第二照明源是位于所述传感器阵列之下的一行发光二极管。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述比较步骤包括：
逐像素地对所述第二图像的像素和所述第一图像在对应空间位置的像素进行比较。
6.一种用于扫描区域内的物体的数据读取的系统，包括：
第一照明源，其从第一方向将第一照明引导到所述扫描区域中所述物体的表面上；
第二照明源，其从不同于第一方向的第二方向将第二照明引导到所述扫描区域中所述物体的所述表面上；
控制器，其用于交替激活所述第一照明源和所述第二照明源；
传感器，其用于探测来自从所述物体反射的所述第一照明的第一返回信号和探测来自从所述物体反射的所述第二照明的第二返回信号；
处理器，其用于比较所述第一返回信号和所述第二返回信号的对应不连续部分的相对强度，选择所述不连续部分中具有较低强度的一个选择的不连续部分，并将所述不连续部分中具有较低强度的所述一个选择的不连续部分和所述第一返回信号及所述第二返回信号中的其他不连续部分合成为正在被读取的所述物体的选择部分或所述物体的完整图像。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述系统包括一外观扫描器。
8.如权利要求6所述的系统，其中所述物体或正在被读取的所述物体的选择部分的所述完整图像是多条虚拟扫描线，其代表了所述扫描区域内的图像。
9.一种用于扫描区域内的物体的数据读取的系统，包括：
第一照明源，其将第一照明引导到所述扫描区域中所述物体的表面上；
第一传感器阵列，其在第一方向偏离所述第一照明源排列，用于探测来自反射自所述物体的所述第一照明的第一返回信号；
第二传感器阵列，其在第二方向偏离所述第一照明源排列，用于探测来自反射自所述物体的所述第一照明的第二返回信号；
处理器，其用于比较所述第一返回信号和所述第二返回信号的不连续部分的相对强度，并将所述第一返回信号和所述第二返回信号合成为所述物体或正在被读取的所述物体的选择部分的完整图像；
其中所述处理器通过选择所述第一返回信号和所述第二返回信号的不连续部分中具有较低强度的一个选择的不连续部分，合成所述第一返回信号和所述第二返回信号。
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