CN101802841A - 对具有多符号的目标进行读取的成像系统 - Google Patents

Abstract

一种用于获取在诸如标签之类的目标上的诸如符号和非符号的多个标记的图像的成像系统，包括：固态成像器，其具有图像传感器阵列，用于捕获来自视野中的目标上的标记的光；以及控制器，其具有存储的模板，该模板识别目标上标记的细节，以根据由模板识别的细节来控制成像器以捕获来自标记的光。

Description

对具有多符号的目标进行读取的成像系统

背景技术

固态成像系统用来对一维的条形码符号以及二维符号进行电光读取，其中，所述一维的条形码符号特别是通用产品代码(UPC)类型的条形码符号，其的每一个具有条形块的行和沿一个方向间隔的空白；所述二维符号，例如Code39(代码39)，其引入在单个符号中垂直堆叠多排条形块和空白图案的概念。在美国专利申请No.4,794,239中描述了Code 39的结构。用于增加可以在给定数量的表面面积上表示和存储的数据量的另一个二维码结构被公知为PDF417，并且在美国专利申请No.5,304,786中描述。

固态成像系统包括具有一维或二维阵列的单元或光电传感器的成像器，所述一维或二维阵列的单元或光电传感器与成像器的视野中的图像元件或像素相对应。这样的成像器可以包括一维或二维电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)器件以及用于产生与视野中的一位或二维阵列的像素信息相对应的电子信号相关的电路。

因此，例如，如在美国专利No.5,703,349中所述，已知使用固态成像系统来捕获符号的单色图象。而且，例如，如在美国专利No.4,613,895中描述的，已知使用具有多埋沟的固态成像系统来捕获符号的全色图象。虽然还可以使用其他大小的分辨率，通常在VGA监视器中可以发现普遍地提供具有640x480分辨率的二维CCD。

存在如下的应用，在其中，标签或类似目标包括：若干条形码符号，其可以是一维和二维的；以及非符号，例如，人脸的图画，人类可读的字母与数字并用的数据，和签字，其被用于识别与物品或人相关的大量信息。该应用的一些例子包括航运业中的航运标签，用于血库的血袋标签，和用于驾驶员识别的驾驶员的执照。通常需要将这些符号和非符号中的一些，有时甚至是全部都呈现在需要被扫描的单个目标上，以便对与对象，例如，包裹或者个人，相关的完整数据进行检索，其中，在下文中，有时会将符号和非符号整体地称为标记。虽然可以对在单个目标上出现的标记按照其顺序逐个地进行处理，但这是乏味和缓慢的。

在本领域中已知如下的成像系统，所述系统能够通过对成像系统的单次手工操作来处理在成像器视野中出现的多个标记。然而这样的已知的系统要求对整个视野的整个图像进行穷举搜索，因此，需要付出长处理时间的代价。通常，在已知为分割(segmentation)的过程中，计算机程序分析整个图像以寻找一些感兴趣区域，例如，寻找符号和非符号，其通常从图像中心开始，并且随着时间朝着片段或段落的外部执行。一旦识别到感兴趣的区域，通常地，例如，通过解码符号，或者通过校验签字等等对其进行进一步的处理。有时，例如，如果由于没有完全包含在图像中而不能读取符号和非符号中的一个，则在分析完整的图像之后，系统必须获取另一个图像，并且再对其进行所有的分析，直到可以读取到丢失的符号或非符号。这更进一步增加处理时间。

在该已知的系统中的图像尺寸处于一到二百万像素的量级。因为许多处理操作必须使用每个像素来执行，所以需要分析整个图像的时间可以高达几百毫秒，因此，用户经常觉得读取“缓慢”，因为高性能系统通常在小于50毫秒内执行读取。当然，可以使用很强大的微处理器来减少处理时间；然而，这显著地增加成本，功耗，以及系统中的电子线路的尺寸和复杂性，更不用提所致使的其他的问题，例如，由强力的微处理器产生的废热的散热问题。

发明内容

简而言之，本发明的一个特征在于，提供一种在诸如标签之类的目标上获取，例如，一维和/或二维符号和非符号的多个标记的图像的成像系统和方法。所述系统包括固态成像器，其具有图像传感器的阵列，用于捕获来自于视野中的目标上的标记的光。优选地，阵列是CCD或CMOS阵列。系统进一步包括控制器，其具有存储的模板，所述模板识别目标上的标记的细节，以根据由所述模板识别的细节来控制成像器捕获来自该标记的光。由于系统已经事先知道了与标签和标记的结构有关的详细信息，因此能够容易和有效的处理多个标记。

优选地，模板识别在标签上的符号的每个位置。模板进一步有利地对符号体系中的至少一个进行识别，以便识别在所述标签上的每个符号的类型、每个符号的图像密度、每个符号的高度、以及每个符号的宽度。更具体地，模板识别在所述标签上的每个符号的每个角的位置和所述标签的每个角的位置。

因此，模板通过条形码符号的符号体系(symbology)、长度、密度、尺寸(高度-宽度)、和位置来识别在标签上出现的条形码符号的组。该信息被编译并且被存储在由控制器访问的存储器中。例如，一旦通过拉动触发器而启动了系统，则获得图像，并且对来自所述组中的第一符号进行解码。然后，控制器可以使用模板来预测在图像中的何处来查找剩余的符号和非符号。

已知下一个符号的预期位置加速了对符号的查找，因为只需要检查有限数量的图像像素来识别和解码下一个符号；或者得出系统正在对单符号，而不是多符号标签进行解码的结论。此外，已知符号印刷的密度将帮助控制器计算图像“规模”，并且使用它来预测是否可以使用抽选来跳过像素，并且加速处理对具有大数目的每模块像素(PPM)的符号所进行的处理。因为将控制器限制于用于对特定符号体系、和特定符号长度的一维符号或者特定尺寸的二维符号进行解码，因此可以缩短处理时间。

本发明的另一个特征在于通过使所述成像器捕获来自唯一的编程符号的光来存储所述模板，其中，所述唯一的编程符号用于对所述控制器进行编程，以存储所述模板。编程符号与用于识别人或对象的其他符号不相同。当不同种类的标签被相同的系统读取时，则存储不同的模板。

在优选实施方式中，系统包括具有窗口的外壳；以及在外壳中的照明器，用于利用直接从照明光源到和通过窗口的照明光对目标进行照明。照明光源优选包括一个或多个发光二极管(LED)。

在所附的权利要求中特别阐明了被认为是本发明的特性的新颖的特征。然而，在结合附图进行阅读时，从以下特定实施例的描述中，将能最好地理解本发明本身，关于它的结构和它的操作方法，及其附加的目的和优点。

附图说明

图1是用于捕获来自于具有多个标记的目标的光的，以手持方式或者工作站方式运行的便携式成像系统的透视图；

图2是图1的系统的各种组件的示意图；

图3是对由图1的系统读取的在其上具有多个符号和非符号的标签进行的描述，其包括在模板上存储的位置信息；以及

图4是描述图1的系统的操作的流程图。

具体实施方式

图1中的参考标记30大致等同于如下的成像系统，其具有基本上直立的窗口26和由用于将成像系统30支撑在工作台面上的基座32支撑的枪形外壳28。成像系统30因此被用作固定的工作站，在其中产品是滑过或者刷过直立窗口26，或者成像系统30可以被从工作台面提起并且握在操作者的手中并且被用作手持成像系统，在其中手动压下触发器34以启动对目标的成像。在另一个变型中，可以省略基座32。

如图2中示意性示出的，成像器14被置于成像系统中印刷电路板16上。成像器14是固态器件，例如，CCD或CMOS成像器，并且具有一维或二维阵列的可寻址的图像传感器，其用于捕获由成像透镜18通过窗口26从在视野中的目标38捕获和投射的光，所述目标例如是一维和/或二维符号、或非符号目标。非符号目标实际上可以是任何事物，例如，个人、地方，或被获取其图像的物体。目标位于在近距离工作距离(WD1)和远距离工作距离(WD2)之间的距离的工作范围中的任何地方。在优选实施例中，WD1大约距离成像器阵列40两英寸，并且通常与窗口26重合，并且WD2大约距离窗口26八英寸。

照明器还被安置在成像系统中，并且优选包括例如，一个发光二极管(LED)22，或包括被布置为对目标进行均匀照明的多个光源。如图2所示，成像器14和照明器LED 22可操作的连接到用于控制这些组件的操作的控制器或微处理器20。优选的，该微处理器与用来对从符号散射的光进行解码和用于处理所捕获目标图象的微处理器相同。

操作中，微处理器20发送命令信号，以在比如500微秒或更少的短时间内给照明器LED 22发射脉冲(pulse)，并且为成像器14充电以便仅在所述时间期间收集来自目标的光。通常的阵列需要大约33毫秒以获取整个目标图像，并且以大约30帧每秒的帧速率来进行运行。阵列可以具有一百万的数量级可寻址图像传感器。

按照本发明，如图3中所示，在诸如打印在标签上的目标38上提供多个标记，例如，一维和/或二维符号和非符号。模板36被存储在由控制器20访问的存储器24中，如图2所示。模板36识别目标38上的标记的细节，用于根据模板36识别的细节，控制成像器14以捕获来自标记的光。因此，由于系统事先已经知道了与标签和标记的结构有关的详细信息，因此能够容易和有效的处理多个标记。

如图3所示，标签的图像的角具有被认为处于顺时针方向的位置坐标(0，0)、(0，M)、(N，M)和(N，0)，其中N是图像高度，并且M是图像宽度。在坐标系内，模板36描述了如下的全部信息，其被已知为三个所示符号1，2和3中的每个的推理(a priori)，该信息被控制器20用来缩短处理时间。

举例来说，条形码符号1可以由左上角的位置坐标(X1，Y1)、右上角度位置坐标(X2，Y2)、右下角的位置坐标(X3，Y3)，以及左下角的位置坐标(X4，Y4)识别。条形码符号1还可以通过其符号体系(马克西码(MaxiCode))、其图象密度(25个千分之一英寸)，和其图像尺寸(34x34模块)而被识别。

同样地，条形码符号2可以通过左上角、右上角、右下角，和左下角的坐标位置而被识别。条形码符号2还可以通过其的符号体系(Code 128(代码128))、其图象密度(15个千分之一英寸)，和其码长(15个字符)，和其固定图案(“12”)而被识别。

同样地，条形码符号3可以通过左上角、右上角、右下角，和左下角的坐标位置而被识别。条形码符号3还可以通过其符号体系(Code128)、其图象密度(15个千分之一英寸)，和其码长(18个字符)，和其固定图案(“ABC”)而被识别。

根据本发明，通过获得图像来启动图像处理，然后处理图像，或者如上所述，从图像中心开始，或者从标灯子系统所瞄准的已知的起始位置开始。继续图像处理直到第一条形码符号被确定和解码。参见图4的流程图中步骤44。解码的条形码符号角位置坐标可以被描述为：(DX1，DY1)、(DX2，DY2)、(DX3，DY3)，和(DX4，DY4)。来自第一条形码符号的信息，例如，其符号体系、其长度，和其编码数据的格式(即，固定前缀或后缀)，被用来找出模板中的符号中的哪个已经被解码。例如，如果解码的是15个字符以及Code 128，则可将其识别为如上所述的模板中的条形码符号2。

如图4的流程图中的步骤46所示，对解码的条形码符号的模板描述的访问识别出围绕条形码符号的框的四角。模板条形码符号坐标(X1，Y1)...(X4，Y4)和解码的条形码坐标(DX1，DY1)...(DX4，DY4)，以及符号定向的使用可以被用于建立在模板和图像之间的映射或位移<S>。映射定义了X轴方向、Y轴方向，和Z轴方向(深度)，以及在三维空间中旋转的偏移量。可以对图像中，预测模板上的每个点的等效位置坐标。

映射从模板中定义的标签中预测每个条形码符号的坐标。映射和条形码符号密度信息对模板中每个条形码符号的PPM(像素每模块)进行预测。PPM分辩条形码符号的模块由图像的多少像素来表示，并且PPM表示一维符号的窄条形块的宽度或二维符号的最小黑色正方形的尺寸(以像素为单位)。

对PPM的了解可以被用于优化解码。当条形码符号具有高PPM时，因为控制器(解码器)可以跳过过量的像素，所以可以加速图像处理。相反地，当PPM非常低时，则可以使用解码器的专用版本(被称为高模糊一维解码器)用来优化解码。一些分辨率提高技术(称为超分辨率)还可以用来改善二维符号的解码。

图像处理每次仅对图像的片段进行处理。对于每个片段，选择给定符号体系的解码器的适当版本(即，低PPM/高PPM)，即，Code 128解码器或PDF417解码器。在解码一维符号的情况中，可以对相同图案进行若干解码的尝试，并且每次使用不同的解码器(即，Code 39、Code128、UPC、RSS等等)。其持续到条形码符号被终于解码。对符号体系和条形码长度的了解加速了解码过程，并且还可以用于减少解码误差(误读)。参见图4的流程图中的步骤48。

如果模板36所定义的条形码符号没有都处于视野中，那么对到目前为止完全解码的结果进行存储，并且建立下一个图像的处理应该开始的所预期的位置。例如，如果来自图3的标签的图像被处理，并且经确认条形码符号3在当前图像之外，那么下一个图像的处理应该从该图像的底部开始，而不是从中心开始。当全部条形码符号已经被成功解码时，那么蜂鸣器报告读取成功。

可以使用平台式扫描仪创建模板以便扫描模板的图像。图像将应被裁剪为仅包含标签(没有边缘)。可以使用与在控制器20中运行的解码软件类似的解码软件来处理图像。结果，全部条形码符号坐标、类型、密度等的信息被收集，并且生成标签的模板。参见图4的流程图中的步骤42。

通过在条形码符号(即，PDF417)中对模板进行编码，并且使系统对该唯一的编程符号进行读取来将模板上载到系统中，并且打印所述模板。例如，在不同目标38上打印的该编程符号通知控制器20，所述编程符号包含编程信息，而不是数据条形码。因此，通过扫描该唯一的编程符号，与模板有关的信息可以被传送到所述系统，因此，对其编程以读取特定种类的标签。

在解码过程期间，当第一条形码符号被解码时，可以识别其是多符号标签上的条形码符号组中的哪一个。必须以每个条形码符号是唯一的方式来设计所有的标签；否则，在以随机的顺序分离地扫描每个条形码符号的情况下，不可能正确解释该种标签。

当控制器20被编程以读取特定种类的标签时，这种方法是最佳的。该方法可以被扩展为利用单一系统通过存储多个模板，即，除了模板36之外还有模板40，来读取超过一种类型的标签。如果来自两种标签(或以上)的每个条形码符号是唯一的，那么在对第一条形码符号进行解码之后，控制器29将了解使用了模板36或40中的哪一个。如果情况不是这样，那么控制器可以顺序尝试模板36、40。

应该理解，可以发现如上所述的每一个元件，或者两个或一起的更多个元件，在与上述类型不同的其他类型的结构中也是可用的。因此，可以使用具有不同配置的成像系统。

当已经将本发明说明和描述为用于读取在单个目标标签上的多个目标的成像阅读器时，没有意图限制所示出的细节，因为在不脱离本发明精神的情况下，可以进行各种修改和结构变化。

从本领域的观点来看，在没有进一步的分析的情况下，前述事项已完全展现本发明的要点，其他人也可以通过应用当前的知识，针对各种应用而轻易地对其进行修改，而没有省略特征，其中，所述特征完全地构成本发明的类型或者特定方面的基本特征，因此，这样的改动应该并且被认为是包含在以下权利要求的等价物的含义和范围内。

在所附的权利要求书中阐明了所要求的新的和期望被专利特许证保护的内容。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于获取在目标上的多个符号的图像的成像系统，包括：

固态成像器，所述固态成像器具有图像传感器阵列，用于捕获来自在视野中所述目标上的符号的光；以及

控制器，所述控制器具有存储的模板，所述模板对所述符号的每个位置和符号体系的至少一个进行识别，以识别每个符号的种类、每个符号的图像密度、每个符号的高度以及每个符号的宽度。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，通过使所述成像器捕获来自唯一的编程符号的光来存储所述模板，所述唯一的编程符号操作用于对所述控制器进行编程，以存储所述模板。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器具有另一个存储的模板，每一个模板识别在不同目标上的所述符号的细节。

13.一种获取目标上的多个符号的图像的方法，包括以下步骤：

利用具有图像传感器阵列的固态成像器来捕获来自视野中所述目标上的所述符号的光；

在模板上存储所述目标上的所述符号的细节，所述模板对所述符号的每个位置和符号体系的至少一个进行识别，以识别每个符号的种类、每个符号的图像密度、每个符号的高度和每个符号的宽度；以及

根据所述模板存储的所述细节来控制所述成像器，以捕获来自所述符号的所述光。

17.根据权利要求13所述的方法，还捕获来自唯一的编程符号的光，以储存所述模板。

18.根据权利要求13所述的方法，还在不同的模板上储存不同的目标上的符号的细节。

Claims (18)

1.一种用于获取在目标上的多个标记的图像的成像系统，包括：

固态成像器，所述固态成像器具有图像传感器阵列，用于捕获来自视野中所述目标上的标记的光；以及

控制器，所述控制器具有存储的模板，所述模板识别所述目标上的所述标记的细节，用于根据由所述模板识别的细节来控制所述成像器，以捕获来自所述标记的光。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述目标是标签，其中，从包括应用在所述标签上的一维和/或二维符号以及非符号的组中选择所述标记，并且其中，所述模板识别所述标签上的所述符号的每个位置。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述模板进一步对符号体系中的至少一个进行识别，以便识别在所述标签上的每个符号的种类、每个符号的图像密度、每个符号的高度以及每个符号的宽度。

4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述模板识别在所述标签上的每个符号的每个角的位置和所述标签的每个角的位置。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，通过使所述成像器捕获来自唯一的编程符号的光来存储所述模板，所述唯一的编程符号操作用于对所述控制器进行编程，以存储所述模板。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器具有另一个存储的模板，每一个模板识别在不同目标上的所述标记的细节。

7.一种用于获取在目标上的多个标记的图像的成像系统，包括：

具有图像传感器阵列的装置，用于捕获来自视野中所述目标上的所述标记的光；以及

控制装置，所述控制装置具有存储的模板装置，所述模板装置用于识别所述目标上的所述标记的细节，用于根据由所述模板装置识别的细节来控制所述传感器，以捕获来自所述标记的所述光。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述目标是标签，其中，从包括应用在所述标签上的一维和/或二维符号以及非符号的组中选择所述标记，并且其中，所述模板装置识别所述标签上的所述符号的每个位置。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述模板装置进一步对符号体系中的至少一个进行识别，以便识别在所述标签上的每个符号的种类、每个符号的图像密度、每个符号的高度以及每个符号的宽度。

10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述模板装置识别在所述标签上的每个符号的每个角的位置和所述标签的每个角的位置。

11.根据权利要求7所述的系统，其中，通过使所述传感器捕获来自唯一的编程符号的光来存储所述模板装置，所述唯一的编程符号操作用于对所述控制装置进行编程，以存储所述模板。

12.根据权利要求7所述的系统，其中，所述控制装置具有另一个存储的模板装置，每一个模板装置识别在不同目标上的所述标记的细节。

13.一种获取目标上的多个标记的图像的方法，包括以下步骤：

利用具有图像传感器阵列的固态成像器捕获来自视野中所述目标上的所述标记的光；

在模板上存储所述目标上的所述标记的细节；以及

根据所述模板存储的所述细节，控制所述成像器以捕获来自所述标记的所述光。

14.根据权利要求13所述的方法，还将所述目标配置为标签，并且从包括应用在所述标签上的一维和/或二维符号以及非符号的组中选择所述标记，以及利用所述模板识别所述标签上的所述符号的每个位置。

15.根据权利要求14所述的方法，还利用所述模板对符号体系中的至少一个进行识别，以便识别在所述标签上的每个符号的类型、每个符号的图像密度、每个符号的高度以及每个符号的宽度。

16.根据权利要求14所述的方法，还利用所述模板识别在所述标签上的每个符号的每个角的位置和所述标签的每个角的位置。

17.根据权利要求13所述的方法，还捕获来自唯一的编程符号的光，以储存所述模板。

18.根据权利要求13所述的方法，还在不同的模板上储存不同的目标上的标记的细节。

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