CN101073088A - 刷条成像器扫描引擎 - Google Patents

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Abstract

一种图像扫描引擎，包括在同一封装中的固态摄像机和照明光源。所述扫描引擎单元简化了将刷条成像组件集成到新的和现有扫描器。

Description

刷条成像器扫描引擎
相关申请的交叉引用
本申请是于2004年12月8日递交的美国专利申请序列号No.11/007,403(其全部内容在此引作参考)的部分继续申请。
技术领域
本发明通常涉及成像扫描器领域，更具体而言，涉及用于成像扫描器中的扫描引擎组件。
背景技术
刷条扫描器(swipe scanner)被定义为能够在运动时成功扫描出标记的扫描器。一般而言，用于滑擦型应用的扫描器为激光扫描器。这是由于，激光扫描技术使用激光飞点快速扫描(fast sweepingflying laser)进行扫描。激光飞点通常以明显高于携带标记的物体能够达到的移动速度移动。标记速度通常由操作人员手臂动作来控制，这样运动的速度范围通常在25英尺/秒。激光扫描器能够实现对1维条形码以及某些2维条形码(例如PDF-417条形码)的高吞吐量扫描，但它们对于普通2维条形码或诸如DataMatrix之类的矩阵码通常并不是很有效。
在过去几年中，在通常以激光扫描器为主导的扫描器市场中，成像扫描器(在本文中也称为“成像器”)占据了可观的市场份额。尽管1维成像器，或具有1维传感器的成像器，具有与激光扫描器相类似的功能，但2维成像器，或具有2维传感器的成像器，具有附加能力和有用特征。这些特征包括扫描普通2维条形码(例如，DataMatrix代码)的能力，以及捕捉图像的能力，这在诸如捕捉签名和支票之类的应用中非常有益。
当标记运动时，现有成像器的效果并不是太好，原因是为便于成像器摄像机在不过于模糊的条件下捕捉目标物体图像，必须将目标物体瞬间相对稳定地放置在成像器前方。在扫描器设计中，该保持时间取决于多个因素，通常在10毫秒的量级。
期望的是，越来越多的需使用成像器的应用将与传统扫描应用一起共存。例如，在药店，扫描器的操作员可能需要扫描UPC(一维)条形码以查出药物，同时还需要扫描DataMatrix代码，以检查药物是否过期。或者，在饮料店，营业员可能需要检查酒精饮料，并扫描客户驾驶执照上的PDF-417条形码以核对年龄，同时，还捕获客户支票以便于根据管理检查处理的法律进行处理。
成像器能够优于激光扫描器的另一领域是对截短条形码的处理，诸如关于类似首饰、钢笔和铅笔，以及糖果之类的小商品的条形码。通常，通过激光扫描器对它们进行扫描，但经常需要在这样的小商品上使条形码与激光扫描线对齐，这妨碍了激光扫描器的刷条操作，且减慢了吞吐量。
发明内容
在同一封装中同时包括固态摄像机和照明光源的成像扫描引擎使刷条成像组件集成到扫描器中得以简化。
因此，扫描引擎包括安装在扫描引擎底盘上的摄像机，和诸如一个或多个高亮度LED的照明光源(也安装在扫描引擎底盘上)。扫描引擎底盘可为其上安装有摄像机和照明光源的印刷电路板。照明光源与摄像机的光学元件相耦接，以使得来自照明光源的光的发散角近似与摄像机的视场相匹配。摄像机可为具有二维CCD传感器或二维CMOS传感器的固态摄像机。在扫描引擎中，可具有用于输入控制信号的一个或多个接口，以及用于输出数据和/或定时信号的一个或多个接口。同步模块可为用于使摄像机传感器的积分持续时间与照明光源的激活持续时间相同步，以使得它们基本同时发生，并具有基本同的持续时间。扫描引擎还可包括微处理器和其上存储有指令的存储器，该指令用于对摄像机捕获图像的物体上的标记进行解码。
双光成像器包括基本垂直出射窗、水平出射窗，和多个摄像机以及相关的照明光源。可将每个摄像机及其相关照明光源安装在单个扫描引擎底盘上。双光成像器可包括三个摄像机，将其中两个调整成使得每个摄像机的视场基本被包含在垂直出射窗内。在此情形中，将其中一个摄像机调整成使得摄像机的视场与水平出射窗垂直且基本包含在其之内。摄像机控制单元可激活每个摄像机以及其相关照明光源，以便对于至少其中一些摄像机的积分时段在时间上不重叠。这样的双光成像器可包括缓冲器，用于存储来自每个摄像机的图像，从而能够同时获得来自不同摄像机的图像。
下面将结合附图详细描述本发明示例性实施例的这些优点以及其他目的、优点和特征。
附图说明
图1表示包括有根据本发明一个实施例构造的成像器扫描引擎的手持式扫描器的示意图；
图2A和2B表示根据本发明一个实施例构造的成像器扫描引擎的示意图；以及
图3A-C表示使用根据本发明一个实施例构造的扫描引擎的双光扫描系统的投影图。
具体实施方式
为了使具有2维传感器的刷条成像器切实可行，必须能够在带有标记的物体移动(最好是，物体速度超过10英尺/秒)的同时执行成像器的扫描功能。这样的刷条成像器与激光扫描器相比将特别有益，这是由于成像器将标记与成像扫描器对齐是不成问题的。成像扫描器捕获图像，并创建用于通过条形码的虚拟扫描线，而无论呈什么角度部没有关系。能够在相对较高物体运动速度下起作用的刷条成像器将
行在背景技术中所述的功能，例如，捕获签字和文档、读取DataMatrix码、以及捕获截短条形码，并且同样像传统激光扫描器那样，对一维条形码执行得一样好。在2004年12月8日递交的、本发明的受让人所拥有的美国专利申请序列号No.11/007,403中，描述了一种使用选通发光(strobe lighting)、总快门(globalshutter)，以及同步照明和曝光时间以实现较高速性能的刷条成像器，该文献全部内容在此引作参考。
因此，图1示出了包括有扫描引擎10、折叠式反射镜21和出射窗22的刷条成像器。图2A和2B显示出安装在成像器12内的扫描引擎10的更详细视图，其中包括有固态摄像机25和包含一个或多个高亮度LED 27的照明光源。由于其设计用于包含在成像器或成像扫描器中，扫描引擎不具有使其与其环境相隔离的外壳是有益的。摄像机25和LED在机械和电路上集成在一起，例如，如果扫描引擎要提供解码操作或诸如接口端口的其他组件(未示出)，则将它们安装在还包含有微处理器36的单个电路板15上。摄像机25包括诸如CCD传感器或CMOS传感器之类的二维阵列传感器作为其传感器40。LED 27与摄像机25牢固集成在一起，以形成安装在单个电路板15上的扫描引擎，可将电路板15作为单个组件组装在扫描器中。如果LED和摄像机的其中一个出现在扫描引擎中，则它们可由微处理器36进行控制，或者由同步激活摄像机25和LED 27的外部控制组件(未示出)进行控制。为获得刷条性能，对LED脉冲非常短的时间周期，例如，在0.5毫秒或更小的量级。可对脉冲持续时间进行控制，以便与摄像机的积分时段匹配。另外，照明光发散角近似与摄像机视场相匹配，以便节省能量。标签WD1和WD2分别表示特定条形码工作范围的近和远端。WD1和WD2的准确位置取决于进行扫描的特性。在某些情形中，对于较重要的条形码类型，例如，常规尺寸的UPC码，在窗口22上或在外壳内定位WD1是有利的，以便能够当与窗口接触定位的同时扫描条形码。
再参看图1，反射镜21和窗口22都稍符合摄像机25的要求，以便反射镜和窗口不会使来自LED的光严重模糊。所述扫描器是手持式扫描器，且与基座耦接时，可不必手持。由于将照明光源(LED)设置得与摄像机非常接近，从而在图1中没有单独示出照明光路。
图3A-3C为双光扫描系统50的投影图。图3A显示出双光扫描器的顶视图。图3B为前视图，3C为扫描系统的左侧视图。扫描系统50包括三个摄像机，可有益地将它们封装为三个刷条扫描引擎10的部分，其中两个覆盖垂直窗口23，其中一个覆盖水平窗口24。用于覆盖水平窗口的扫描引擎具有与扫描器的出射窗24基本垂直的光轴(由于折叠式反射镜29)，以便实际不出现几何畸变。这样的无畸变图像捕获能力对于卖点(point-of-sale)扫描器的某些扩展特征(例如，签字捕获和支票扫描等)是有益的。此外，该特征还与水平窗口更有益得关联，由于垂直窗口通常更大，因此，它更难以限定符合这样图像捕获需求的小的子区域。
覆盖垂直扫描窗口23的两个扫描引擎具有上和下布置，并起到垂直折叠式反射镜21的作用。由于尺寸较小，还可将扫描引擎设置在基本同一个水平平面上。然而，有益的是，按照如图3a所示非对称方式设置扫描引擎。该布置允许对要扫描物进行顶和底部更合适的覆盖。还可将倾斜反射镜布置，以使得顶和底部覆盖更实际。
在单个扫描引擎组件中对每个摄像机包括照明光源LED，有助于降低设计复杂度，因为可保证照明光源在方向和视场两方面都与摄像机匹配。
为了避免来自一个扫描引擎的散射照明光进入用于另一扫描引擎的摄像机而成为背景噪声，使不同摄像机在非重叠时间间隔期间捕获图像是有利的。例如，如果每个摄像机具有0.3毫秒的曝光，那么三个摄像机以三个连续的0.3毫秒间隔设定其曝光。从而，摄像机之间的最大延迟为0.6毫秒。如果希望按照同步方式对其图像进行处理，则使得摄像机之间仅具有小延迟是有益的。在两个或多个摄像机工作在稍不同的时间时，为了使图像处理同步，可使用先进先出缓冲器存储来自最后一个摄像机之前每个摄像机的数据。
双光扫描系统50具有可能由扫描引擎组件10实现的数个优点，这时，每个扫描引擎组件有效地封装有摄像机和照明光源。可以将所有三个摄像机设置成彼此紧密相邻，减小需将它们连接在一起的任意电缆的长度。摄像机与处理组件之间的数据连接携带高频信号，从而易于产生辐射噪声，易于受到来自环境的高频噪声的影响。三个摄像机紧紧相邻，使得三个摄像机能够将其数据发送给一个组合的处理组件，无需使用可产生或接收太多辐射噪声的长电缆。还很容易将扫描引擎组件10包含到新型和现有设计中，以提供刷条扫描能力。
从上面的描述可以看出，提供具有彼此紧密相邻的摄像机和照明光源的扫描引擎，简化了在新型和现有产品中刷条成像器性能的整合。尽管对本发明进行了一定详细程度的描述，应当理解的是，在不偏离后面所要求保护的本发明精神或范围的条件下，本领域技术人员可作出多种改变。

Claims (31)

1、一种扫描引擎，包括：
摄像机，安装在扫描引擎底盘上；和
照明光源，安装在所述扫描引擎底盘上。
2、根据权利要求1的扫描引擎，其中所述扫描引擎底盘为其上安装有所述摄像机和所述照明光源的印刷电路板。
3、根据权利要求1的扫描引擎，其中所述照明光源与所述摄像机的光学元件相耦接，以使得来自所述照明光源的光的发散角近似与所述摄像机的视场相匹配。
4、根据权利要求1的扫描引擎，其中所述摄像机为具有二维CCD传感器的固态摄像机。
5、根据权利要求1的扫描引擎，其中所述摄像机为具有二维CMOS传感器的固态摄像机。
6、根据权利要求1的扫描引擎，包括用于输入控制信号的一个或多个接口。
7、根据权利要求1的扫描引擎，包括用于输出数据和/或定时信号的一个或多个接口。
8、根据权利要求1的扫描引擎，包括同步模块，用于使摄像机传感器的积分持续时间与所述照明光源的激活持续时间实现同步，以使得它们基本同时发生，并具有基本相同的持续时间。
9、根据权利要求1的扫描引擎，包括微处理器和其上存储有指令的存储器，所述指令用于对所述摄像机捕获图像的物体上的标记进行解码。
10、根据权利要求1的扫描引擎，包括数字数据输出端口。
11、根据权利要求1的扫描引擎，其中所述照明光源包括一个或多个高亮度LED。
12、一种双光成像器，包括基本垂直的出射窗、水平出射窗，多个摄像机以及相关的照明光源。
13、根据权利要求12的双光成像器，其中将每个摄像机及其相关照明光源安装在单个扫描引擎底盘上。
14、根据权利要求12的双光成像器，包括三个摄像机，将其中两个调整成使得每个摄像机的视场基本包含在所述垂直出射窗内。
15、根据权利要求12的双光成像器，其中将其中一个摄像机调整成使得所述摄像机的视场基本包含在所述水平出射窗内。
16、根据权利要求12的双光成像器，包括摄像机控制单元，用于激活每个摄像机及其相关照明光源，以便对于至少其中一些摄像机的积分时段在时间上不重叠。
17、根据权利要求16的双光成像器，包括缓冲器，用于存储来自每个摄像机的图像，从而能够同时获得来自不同摄像机的图像。
18、一种通过具有至少一个摄像机的成像扫描器对标记进行处理的方法，所述方法包括：
将相关照明光源设置成与所述至少一个摄像机中的每个紧密相邻；
启动所述摄像机的积分时段；
基本同时激活所述相关照明光源；以及
在基本与所述摄像机的积分时段结束的同时，终止所述照明光源的激活。
19、根据权利要求18的方法，其中通过将所述照明光源在机械和电路上与所述摄像机的光学元件相耦接来提供所述照明光源，以使得来自所述照明光源的光的发散角近似与所述摄像机的视场相匹配。
20、根据权利要求18的方法，其中在所述成像扫描器中存在两个或多个摄像机，且基本同时激活每个摄像机的积分时段以及其相关联的照明光源，以便至少其中一些摄像机的积分时段在时间上不重叠。
21、根据权利要求20的方法，包括存储来自每个摄像机的图像，以便同时获得来自不同摄像机的图像。
22、一种计算机可读介质，包括用于执行通过具有至少一个摄像机的成像扫描器对标记进行处理的方法步骤的计算机可执行指令，所述方法包括：
将相关照明光源设置成与所述至少一个摄像机中的每个紧密相邻；
启动所述摄像机的积分时段；
基本同时激活所述相关照明光源；以及
在基本与所述摄像机的积分时段结束的同时，终止照明光源的激活。
23、根据权利要求22的计算机可读介质，其中在所述成像扫描器中存在两个或多个摄像机，且执行用于基本同时激活每个摄像机的积分时段以及其相关联的照明光源，以便至少其中一些摄像机的积分时段在时间上不重叠的指令。
24、根据权利要求23的计算机可读介质，包括用于存储来自每个摄像机的图像，以便同时获得来自不同摄像机的图像的指令。
25、一种扫描引擎，包括：
用于获取安装在扫描引擎底盘上的标记的图像的装置；以及
用于对安装在所述扫描引擎底盘上的标记进行照明的装置。
26、根据权利要求25的扫描引擎，其中所述扫描引擎底盘为印刷电路板，其上安装有所述用于获取图像的装置和所述用于照明的装置。
27、根据权利要求25的扫描引擎，其中所述用于照明的装置与所述用于获取图像的装置的光学元件相耦接，以便来自所述用于照明的装置的光的发散角近似与所述用于获取图像的装置的视场相匹配。
28、根据权利要求25的扫描引擎，包括用于输入控制信号的一个或多个装置。
29、根据权利要求25的扫描引擎，包括用于输出数据和/或定时信号的一个或多个装置。
30、根据权利要求25的扫描引擎，包括同步装置，用于使在所述用于获取图像的装置中的传感器的积分持续时间与所述用于照明的装置的激活持续时间相同步，以使得它们基本同时发生，并具有基本相同的持续时间。
31、根据权利要求25的扫描引擎，包括用于获取和执行用于对摄像机捕获图像的物体上的标记进行解码的装置。
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