CN101208706B

CN101208706B - 对条形码进行解码的方法和系统

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Publication number: CN101208706B
Application number: CN2006800228755A
Authority: CN
Inventors: D·梅德杰
Original assignee: Symbol Technologies LLC
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 2005-05-26
Filing date: 2006-04-24
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2026-04-24
Also published as: DE602006011878D1; JP2008542876A; US20060266837A1; EP1883893B1; EP1883893A1; CN101208706A; WO2006127195A1; US8047440B2

Abstract

描述了一种方法和系统，用于：获取条形码的数字化表示；根据该数字化表示估算一组参数；以及基于上述这组参数中的至少一个参数，获取该条形码的波形表示。

Description

对条形码进行解码的方法和系统

背景信息

条形码已经成为日常生活的一部分。大多数消费品(若非全部的话)都具有条形码或以某种方式附着有条形码(比如带有条形码的悬挂标签)。像公司和医院等组织将条形码贴到其有形财产上以便跟踪该有形财产的位置。仓库在各项物品、托盘、货架多各行等上使用条形码以便定位这些物品和库存控制。还有大量的其它示例表明条形码正用于各种不同的目的。

在这些示例中，并非将条形码附着于物品上这一行为会产生有利的结果，而是读取附着于物品上的条形码并处理该条形码中所包含的信息这一行为(比如读取杂货物品上的条形码并向购买该杂货物品的顾客收取正确的费用)会产生有利的结果。然而，在许多情况下，条形码的读取不是很容易实现的任务。可能会有这样的情况即条形码自身会有问题，比如条形码图像不够清晰或在某种程度上讲己破损，或者可能会有这样的情况即读取器有问题，比如条形码读取器无法足够接近条形码从而获取清晰的图像。如果无法读取条形码，则对物品附着条形码的诸多益处都无法实现。

发明概要

一种方法，用于获取条形码的数字化表示、根据该数字化表示估算一组参数、并基于这组参数中的至少一个参数来获取该条形码的波形表示。

一种系统，包括：条形码扫描仪，用于获取来自条形码的信息并输出该条形码的数字化表示；以及CPU，用于接收该数字化表示并根据该数字化表示来估算一组参数，其中该CPU指引该条形码扫描仪基于该组参数中的至少一个参数来获取该条形码的波形表示。

一种条形码扫描仪，包括：扫描引擎，用于收集来自条形码的数据；数字化仪，用于根据第一组收集到的数据来产生该条形码的数字化表示；以及模数(A/D)转换器，用于对来自第二组收集到的数据的波形进行采样，其中A/D转换器的采样速率基于根据上述数字化表示而估算出的参数。

附图说明

图1示出了用于检测和解码条形码的示例性系统。

图2示出了根据本发明的激光条形码扫描仪的示例性前端处理组件的框图。

图3示出了根据本发明的示例性的信号序列，从而显示出在其被处理时的激光条形码信号。

图4示出了根据本发明用于为模糊解码器收集并预处理波形数据的激光条形码扫描仪的示例性前端处理组件的方框图。

图5示出了根据本发明用于解码条形码的示例性过程，其中包括模糊解码。

图6示出了为示例性条形码创建的示例性微分信号及其相关的DBP。

具体实施方式

参照附图和下文的描述可以进一步理解本发明，其中相同的元素具有相同的标号。本发明揭示了一种用于解码条形码中所包含的信息的系统和方法。将参照激光条形码扫描仪，描述典型的实施方式。然而，本领域的那些技术人员应该理解本发明也可以用于其它类型的条形码扫描(比如成像等)。

图1示出了用于检测并解码条形码的示例性系统1。条形码扫描仪3收集来自条形码的数据。条形码扫描仪3可以是任何类型的条形码扫描仪，比如激光条形码扫描仪、成像条形码扫描仪等。激光条形码扫描仪利用从条形码反射的激光束来收集数据点，而成像条形码扫描仪收集条形码的图像。条形码扫描仪3收集来自条形码的数据(比如数据点、图像等)，并且也可以对该数据执行某种前端或预处理。然后，条形码扫描仪3将原始数据或经预处理的数据(在条形码扫描仪3包括前端处理能力的情况下)发送到CPU 5的存储器。CPU 5包括解码引擎，该解码引擎访问该存储器并且通过处理条形码扫描仪3所转发的数据以提取该条形码中所包含的信息从而完成了该条形码的解码。

图2示出了激光条形码扫描仪的示例性前端处理组件10-40的框图。图2的前端处理组件10-40将结合图3所示的示例性信号序列来描述。最初，图3示出了将由激光条形码扫描仪扫描的条形码图案50。条形码图案50包括一系列条带51-56。激光条形码扫描仪扫描该条形码50。典型的激光条形码扫描仪每次扫描会产生数万个数据点(比如30,000数据点/扫描)并且每秒进行多次扫描(比如每秒30-500次扫描，对于手持式扫描仪而言常见的是每秒100次扫描)。

图3的反射图案60示出了当激光条形码扫描仪对其进行扫描时条形码图案50的倒置的反射图案。这种反射图案60与激光条形码扫描仪的激光束卷积到一起以产生激光信号70，该激光信号70就是如图3所示的输入信号。

参照图2，输入信号(比如激光信号70)被输入到微分器10以产生微分信号，该微分信号是输入信号的一阶导数。图3示出了由微分器10输出的典型的微分信号80。微分信号80′是典型的微分信号80的重复，不同之处在于，它使用箭头来显示微分信号80′的各个峰和谷。这些峰和谷对应于条带的开始和结束。例如，峰81″对应于条带51的开始，谷82′对应于条带51的结束。确定条带的开始和结束的目的将在下文中进行更详细地描述。

返回参照图2，该微分信号80被输入到自动增益控制(″AGC″)元件20和噪声控制元件30。本领域的技术人员应该理解，这些元件20、30是信号调节元件，用于调节信号以便于进一步处理。本领域的技术人员还将理解，元件20、30可以包含各种用于信号处理的组件，例如，噪声控制元件30可以包括一系列低通和高通滤波器以滤除各种带宽中的噪声。

然后，经调节的信号被输入到模拟数字化仪40，它被用于检测该信号的边沿(比如峰和谷)。然后，通过测量在连续检测到的边沿之间流逝的时间，创建出被称为数字条形图案(″DBP″)的数据并且该数据就是图1所示数字化仪40的输出信号。上述DBP可以是被传输到CPU(比如图1的CPU 5)的存储器以便进一步解码的信号。在替换的实施方式中，数字设备也可以被用于产生DBP等价量。然而，无论哪种情况，DBP或DBP等价量都将显示出条形码图案中各条带的边沿。

然而，如上所述，出于各种原因，激光条形码扫描仪所收集的数据可能无法用于完全解码所扫描的条形码。这种条形码被称为模糊的条形码。模糊的条形码是指利用上述方法无法完全解码的任何条形码，无论问题是涉及条形码本身还是涉及扫描环境、扫描设备等。最常见的问题是涉及扫描仪的范围。例如，当激光扫描仪离条形码越远时，模糊的程度将越大。然而，尽管使用了术语“模糊条形码”和“模糊解码器”，但是可能有其它原因导致无法解码该条形码。本发明的示例性实施方式也可以应用于这些类型的情形中。例如，条形码可能不模糊，但可能具有很低的对比度、印刷错误或者可能有某种程度的破损。如根据示例性实施方式所看到的，本发明涉及收集该条形码的波形。所收集的波形可以被用于其它目的，并且可以被馈入各种后端解码器以便用扫描仪或条形码来校正任何数目的错误。

由此，本发明包括一种对信号进行附加处理以校正模糊的条形码的问题的系统和方法，也被称为模糊解码器。例如，模糊解码器可以用于扩展扫描仪的读取范围。本领域的技术人员应该理解，本发明可以用于任何类型的扫描仪和CPU解码引擎。然而，本发明的示例性实施方式可特别用于那些具有有限的随机存取存储器(″RAM″)和有限处理能力的扫描仪和CPU，比如RAM为16-32KB的扫描仪以及能力为10MIPS(每秒百万个指令)的CPU。模糊解码器包括用于代表条形码的波形的收集。这种类型的扫描装置不具有足够的RAM用于收集代表条形码的整个波形，并且缺乏用于实时地处理它的处理能力。然而，模糊解码器可以获取并处理该波形的一部分以校正模糊的条形码。

图4示出了为模糊解码器收集并预处理波形数据的激光条形码扫描仪的示例性前端处理组件的方框图。如图4所示，该硬件包括与图2所示相同的微分器10、AGC 20和噪声控制30。这些组件执行与上文参照图2所描述的相同的功能。由此，图3所示的各种示例性的信号60-80将与图4所示的硬件相同。

然而，上述条形码扫描仪前端处理组件的示例性实施方式还包括模数转换器(″A/D″)100，它用于对信号(比如微分信号80)进行采样。如下文更详细地描述的那样，模糊解码器利用了DBP中所包括的信息来收集有限的信号波形表示并利用它增强上述模糊解码。配有用于转换DBP的输出的各个组件的扫描仪还包括通过添加A/D转换器为模糊解码进行波形收集。比较图2和4，显示出组件10-30是完全一样的，唯一的差别是数字化仪40(图2)和A/D转换器100(图4)。由此，在噪声控制元件30的输出处与数字化仪40并行地添加一A/D转换器将会把参照图2和4的硬件所描述的功能组合起来。本领域的技术人员将理解，其它硬件组合也可以用于实现该功能，并且可能需要其它硬件和/或逻辑来完全实现所有上述功能。

如上所述，A/D转换器100被用于对输入信号进行采样。A/D转换器100的采样将取决于扫描频率和扫描角度。例如，扫描速率为每秒100次扫描的手持式扫描仪可以具有1MHz的采样率。A/D转换器100的输出被发送到CPU(比如图1的CPU 5)的存储器以便作进一步解码。在一个实施方式中，CPU可以配有照相机端口。在本实施方式中，A/D转换器100可以连接到照相机端口以允许通过DMA将上述波形直接转移到CPU存储器。

图5示出了用于解码条形码的示例性过程200，其中包括模糊解码。在步骤205中，扫描条形码并执行DBP解码。DBP解码包括：条形码数据的收集；参照图2上文所描述的预处理，用于获取DBP；以及CPU处理，用于完成该DBP解码。然后，该过程继续到步骤210，以确定DBP解码是否成功。如果DBP解码成功了(即条形码被完全解码)，则条形码中所包含的所有信息都已被提取出来了并且该过程完成了。由此，该过程200中涉及模糊解码的那部分不是必需的。

然而，如果DBP解码不成功，则该过程继续，以执行与模糊解码相关的步骤。如上所述，即使当解码并不成功时，模糊解码也影响DBP解码期间所收集的信息。DBP数据被用于估算某些条形码参数，其中包括对于正向和反向扫描方向而言扫描线之内的条形码的边界以及条形码的窄元素的大致宽度。

在步骤215中，估算条形码开始和结束点。这种估算基于由DBP解码所定位的条形码的边缘，该DBP解码执行中心外部边缘搜索，从而得到一对DBP元素，它们被视为第一(左边缘)和最后(右边缘)DBP元素，用于代表一串DBP元素中的条形码。然后，可以利用下列规则来估算该条形码的起点和终点：

Start_Point = Σ_{i = 1}^{Left_M \arg in} {DBP}_{i}

End_Point = Σ_{i = Left_M \arg in + 1}^{Right_M \arg in} {DBP}_{i} + Start_Point + 8 * NW

从上述规则中可以看出，由DBP解码所确定的边缘被用于估算每一个条形码的起点和终点。应该注意到，在终点的估算过程中有一个附加的因素，被称为8*NW。添加该因素，是因为数字化仪(比如图2中的数字化仪40)可能会遗漏条形码末端处的偶数个窄元素。NW是窄元素宽度，整数8是一维条形码符号体系的连续窄元素的最长连贯长度序列。

此外，应该注意到，当信噪比低于数字化仪的噪声抗扰度时，这种估算是有效的，其中该抗扰度取决于边沿检测期间所使用的数字化仪阈值。对于使用多个阈值的数字化仪，最好使用最不敏感的阈值以提供最佳的噪声性能。

然后，该过程继续到步骤220，其中基于上述左和右边缘之间的DBP元素来估算窄元素的尺寸。步骤220的目的是估算条形码中最窄的宽度元素(条带)。图6示出了对于典型的条形码而言典型的微分信号300(虚线表示)及其相关的DBP 310(实线表示)。图6示出了DBP解码正确地定位上述两个边缘，如DBP 310的左边和右边的M所示的那样。如果边缘估计是不正确的并且最小宽度元素落在所估算的边缘之外，上述估算可能会出错。然而，如下文所描述的那样，其它方法一般确保可避免这种异常。

图6还示出了多个窄元素(用字母N标记)没有被DBP解码检测到。由此，如果这些元素是窄宽度元素，则该估算可能出错。然而，下文将描述可确保避免这种异常的方法。

图6还示出了DBP 310的元素序列，它们是宽-窄-宽(标记为字母Y)。定位在一对宽元素之间的窄元素通常因高信号幅度和陡信号斜率而不受模糊和噪声的影响。在模糊的条形码中，这些元素被估算成上述DBP元素中最小的，其估算的宽度约为1.5*NS，其中NS＝窄元素尺寸。因子1.5是因元素宽度的失真导致的，这可能是由上文参照图2所描述的与激光束的卷积所导致的。这些类型的元素的宽度仍然是稳定的，即使噪声振幅超过了表示连续窄元素序列的信号的振幅。

如果条形码不那么模糊，则DBP中最小的元素对应于1*NS。例如，有可能分辨出所有的DBP元素以对应于条形码元素，但是其宽度可能因与激光束的卷积而失真。在高度模糊或中等模糊的情况下，在上述左和右边缘之间的DBP序列中估算出的最小元素应该代表其误差约为+50％的NS。这种估算远超过进一步处理所需的。

应该注意到，通过将单个条带(或空间)分成若干个DBP元素，一种噪声非常大的非模糊条形码可以产生多个分割。可以这样认为，这些分割将在窄宽度估算中产生很大的错误，因为最小的元素来自分割而非实际的窄元素。然而，已经观察到，分割更容易出现在较宽的(而非较窄的)条带和空间中，并且这些分割线往往具有接近于窄宽度元素的宽度值。由此，即使当分割出现时，窄宽度估算也是有用的。

另一种用于估算最小DBP元素的预期值的方法是使用DBP宽度的直方图而非找出这组DBP宽度的最小宽度。另外，为了使错误估算窄元素的起点和末点以及宽度的机会最小化，可以使用来自连续扫描的数据多次重复该估算。

然后，该过程继续到步骤225，以确定是否对所有的扫描都完成了末点和窄宽度估算。如上所述，激光条形码扫描仪将完成多次扫描。如果没有对每一个扫描完成上述估算的话，则该过程将继续到步骤230，在步骤230中像上述步骤215和220中所描述的那样对于下一次扫描的数据将被分析。

如果针对所有扫描的数据都已被分析过，该过程就继续到步骤235，在步骤235中确定所估算的末点和窄宽度元素的最终值。例如，通过使用每一次扫描的已存储的估值的中值滤波，便可以确定这些最终值。应该注意到，对于正向扫描和反向扫描，可以执行单独的计算，因为这些值也可能变化。

一旦步骤235完成，则已经收集了足够的信息以获取用于模糊解码的条形码波形。然后，该过程继续到步骤240，在步骤240中确定采样率，即参照图4所描述的A/D转换器100的采样率。用于收集上述波形的采样率是通过使用下式而确定的：

S_f＝((S_f0*MinN)/NW)*2

其中，

S_f0＝最初N次扫描期间所用的采样率；

MinN＝高度模糊解码器的PPM限制；

NW＝所估算的窄宽度元素。

高度模糊数字化仪要求窄元素应该由至少两个样本来代表，比如PPM限制是1.5。然而，对于不同的模糊解码器而言，可以选择不同的限制。选择因子2以使NW估算的任何不利效应最小化。

一旦已选择采样率，则该过程继续到步骤245，在步骤245中获取上述波形。如上所述，本发明的优点是可能只收集了一部分波形。由此，本发明的示例性实施方式限定了所估算的起点和末点之间所获取的样本的数目。除了设置采样率以外，A/D转换器100可以由定时器控制，使其仅针对扫描线的一部分启用。定时器可基于以下控制该A/D转换器：

启用时间＝起点/S_f0

禁用时间＝末点/S_f0

其中，

起点＝所估算的起点；

末点＝所估算的末点；

S_f0＝最初N次扫描期间所用的采样率。

然后，该扫描可以开始获取波形。波形样本可以被存储到获取缓冲器中，该获取缓冲器是一个存储区域，同样也用于存储DBP。该缓冲器通常是若干个千字节并且具有足够的大小以保存用于解码的条形码波形部分。例如，在典型的实施方式中，已确定，微分信号可以由6比特的振幅数值来表示，这意味着单个字节可以用于表示一个样本点。

对于标准统一产品代码(″UPC″)而言，假定收集了窄元素的两个样本，则200个字节就足够用于存储上述波形。对于相对较大的20字符长C39条形码而言，已确定可以只用600个字节来存储上述波形。如上所述，若存储器足够，则对于正向和反向扫描方向可以进行单独的计算，可以获取每一个方向的波形。

在已获取上述波形之后，该过程继续到步骤250，在步骤250中完成波形的模糊解码。对于那些对模糊解码的典型方式感兴趣的人而言，他们可以参照2001年12月11日发布的He等人的美国专利6,328,213。如上所述，所收集的数据将不包括上述边缘之外的安静区域，并且将只包括整个条形码的一部分，由此增大了模糊解码器的准确度。另外，因为很少的样本代表扫描信号的片段，所以执行模糊解码器所需的时间很短。

在模糊解码完成之后，上述过程200应该已经从条形码中提取了所有的信息，即使是模糊的条形码也因使用了上述过程中的模糊解码部分而已经提取了所有的信息。

上文已参照示例性的实施方式描述了本发明。本领域的技术人员应该理解，若加以修改，本发明也可以成功地被实施。相应地，在不背离权利要求书所阐明的本发明的最广的精神和范围的情况下，可以对各实施方式作出各种修改和变化。相应地，本说明书和附图应该被理解为说明性的而非限制性的。

Claims

1.一种处理条形码的方法，包括：

使用条形码扫描仪获得条形码的数字化表示，其中所述数字化表示是数字条形图案，其包含在连续检测到的微分信号的边沿之间流逝的至少一个经测量的时间，所述微分信号与所述条形码的倒置反射图案有关；

根据所述数字化表示，估算一组参数；以及

基于所述这组参数中的至少一个参数，获取所述条形码的波形表示，所述获取包括选择用于获取波形表示的采样率，所述采样率基于这组参数中的至少一个参数，且所述波形表示中的采样点是由多位的值表示。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述这组参数包括下列之一：所述条形码的起点，所述条形码的末点，以及所述条形码的窄宽度元素。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取步骤包括如下子步骤：

选择用于获取波形表示的采样启动时间，所述采样启动时间基于所述这组参数中的至少一个参数。

4.如权利要求1所述的方法，还包括如下步骤：

使用所述数字化表示，对所述条形码进行解码。

5.如权利要求1所述的方法，还包括如下步骤：

使用所述波形表示，对所述条形码进行解码。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述波形表示只代表所述条形码的片段。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数字化表示是多个数字化表示，并且每一个数字化表示都对应于多次扫描中的一次，并且所述这组参数是针对每一个数字化表示而估算的。

8.如权利要求7所述的方法，还包括如下步骤：

基于来自所述多个数字化表示的这组参数，确定这组参数中的每一个参数的最终值，其中所述波形表示是基于所述至少一个参数的最终值而获取的。

9.如权利要求1所述的方法，还包括：

将所述波形表示发送到解码器以解码出所述条形码中所包含的信息。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述解码器选自多个解码器，所述解码器中至少有一个解码器被用于解决所述条形码的读取误差。

11.一种处理条形码的系统，包括：

条形码扫描仪，用于获取来自条形码的信息并输出所述条形码的数字化表示，其中所述数字化表示是数字条形图案，其包含在连续检测到的微分信号的边沿之间流逝的至少一个经测量的时间，所述微分信号与所述条形码的倒置反射图案有关；以及

CPU，用于接收所述数字化表示并根据所述数字化表示来估算一组参数，

其中所述CPU指引所述条形码扫描仪基于所述这组参数中的至少一个参数来获取所述条形码的波形表示，所述获取包括选择用于获取波形表示的采样率，所述采样率基于这组参数中的至少一个参数，且所述波形表示中的采样点是由多位的值表示。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述条形码扫描仪是激光条形码扫描仪和成像条形码扫描仪之一。

13.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述这组参数包括下列之一：所述条形码的起点，所述条形码的末点，以及所述条形码的窄宽度元素。

14.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述至少一个参数被用于选择所述条形码扫描仪获取波形表示的采样启动时间。

15.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述CPU接收所述波形表示并对所述条形码进行解码。

16.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述波形表示只代表所述条形码的片段。

17.一种条形码扫描仪，包括：

扫描引擎，用于收集来自条形码的数据；

数字化仪，用于产生来自第一组收集到的数据的条形码的数字化表示，其中所述数字化表示是数字条形图案，其包含在连续检测到的微分信号的边沿之间流逝的至少一个经测量的时间，所述微分信号与所述条形码的倒置反射图案有关；以及

A/D转换器，用于对来自第二组收集到的数据的波形表示进行采样，其中所述A/D转换器的采样率基于从所述数字化表示中估算出的参数，且所述波形表示中的采样点是由多位的值表示。

18.如权利要求17所述的条形码扫描仪，其特征在于，所述条形码扫描仪是激光条形码扫描仪和成像条形码扫描仪之一。

19.如权利要求17所述的条形码扫描仪，还包括：

微分器，用于从由所述扫描引擎收集的数据中产生微分信号，其中所述微分器的输出被发送到所述数字化仪和所述A/D转换器。

20.如权利要求17所述的条形码扫描仪，还包括：

自动增益控制元件和噪声控制元件之一，用于调节所述微分信号。

21.如权利要求17所述的条形码扫描仪，其特征在于，所述参数是数字化表示中最窄的元素的宽度。

22.如权利要求17所述的条形码扫描仪，其特征在于，只针对条形码扫描仪的扫描线的一部分启用所述A/D转换器，所述这部分是基于所述条形码的估算出的起点和所述条形码的估算出的末点而确定的。