CN102016875A - 响应于成像读取器的运动控制图像捕获参数的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于响应于成像读取器的运动来减少图像模糊的装置和方法，该成像读取器对要被读取的符号进行成像，该装置和方法采用：照明光组件(10)，由读取器来支持，用于在照明时间段内用具有亮度水平的照明光来照射符号；固态成像器(24)，由读取器来支持，并且具有图像传感器的阵列，用于在曝光时间段内捕获来自视野内的符号的回光；运动传感器(14)，诸如陀螺仪或加速计，由读取器支持，用于检测读取器的运动，并且用于响应于检测到的读取器的运动来生成运动信号；以及控制器(36)，该控制器(36)可操作地连接到运动传感器，用于响应于运动信号实时动态地控制时间段中的至少一个和亮度水平，来最佳地对符号进行成像。

Description

响应于成像读取器的运动控制图像捕获参数的装置和方法
背景技术
固态成像系统或成像读取器、以及移动激光束读取器或激光扫描器都已经被用于电光地读取目标，诸如一维条形码符号，特别是通用产品代码(UPC)类型的一维条形码符号，每个符号均具有一行条纹以及沿着一个方向分隔开的间隔；以及诸如Code 49的二维符号，其引入了将多行条纹和间隔图案垂直堆叠在单个符号中的概念。在美国专利No.4,794,239中描述了Code 49的结构。用于增加数据量的另一二维码结构(可以被表示或存储在给定量的表面积上)被称为PDF417，并且在美国专利No.5,304,786中进行了描述。
成像读取器包括：具有固态成像器的成像模块，该固态成像器具有与在成像器的视野内的图像元素或像素相对应的细胞或者光电传感器的传感器阵列；以及成像透镜组件，该成像透镜组件用于捕获从被成像的符号散射和/或反射的回光，并且用于将回光投射到传感器阵列上，以发起符号的图像的捕获。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)器件和用于产生和处理与视野上的像素信息的一维或二维阵列相对应的电子信号的相关电路。成像器在控制器的控制下，在曝光时间段内捕获回光，该控制器还可操作用于将电信号处理成指示被成像和读取的符号的数据。
因此，已知使用例如在美国专利No.5,703,349中公开的用于捕获符号的单色图像的成像器。还已知使用例如在美国专利No.4,613,895中公开的具有用于捕获符号的全色图像的具有多个掩埋沟道的成像器。常见的是提供通常在VGA监控器中找到的具有640×480分辨率的二维CCD，但是其他分辨率大小也可以。
为了增加由成像器捕获的回光量，尤其是在光线昏暗的环境中和/或在远距离读取时，成像读取器通常还包括照明光组件，该照明光组件也在控制器的控制下，用于用照明光照射符号，以从其进行反射和散射。在与曝光时间段同步的照明时间段内，照明优选是产生脉冲的(pulsed)，但是还可以是连续的。
然而，用于读取位于相对于读取器的工作距离范围内任何位置的符号的成像读取器的使用，尤其是手持可移动读取器的使用，被证明是一种挑战。操作者无法准确地看到符号在读取期间是否在阵列的视野内用于在工作范围内进行最佳读取。习以为常的是，在指示器告知操作者符号已经成功地被成像和读取之前，操作者在左右、上下和前后方向上多次反复移动便携式读取器，并且操作者在单个符号处多次重复地对准便携式读取器，从而减慢了事务处理并且降低了生产率。
这样的操作者移动，包括通过操作者的手带给便携式读取器的总是存在的颤抖或抖动，使所捕获的图像模糊，当手持读取器很小并且重量很轻时尤其显著，并且可能阻止符号被成功读取。曝光时间段越长，将出现越大的图像模糊程度。为了最小化图像模糊的程度，读取器可以被预先设置有提前设置的固定图像捕获参数值，以尝试并且减小在多数情况下这样的运动的影响。因此，可以将曝光时间段和/或照明时间段的每一个都预先设置为固定的短时间，和/或可以将照明设定为固定的非常亮的亮度水平。
虽然这样的预先设置的参数值在试图捕获不模糊图像中是有利的，但是它们不是最佳的或者不适用于所有操作者或所有应用。在图像中能够容忍的噪声和模糊量以及图像场的亮度和深度方面，不可避免地出现折衷。由于具体操作者导致的过多的手抖动或手运动都无法被预先考虑，并且通常导致场的短深度的有噪声模糊的暗图像，这降低了符号的读取性能，尤其是那些密度大并且远离读取器的符号。
发明内容
简而言之，本发明的一个特征在于，用于响应于对要被读取的符号进行成像的成像读取器的运动来减少图像模糊的装置。该装置包括：照明光组件，该照明光组件由读取器支持，用于在照明时间段中用具有亮度水平的照明光来照射符号。优选地，照明光组件包括用于将照明光发射为光脉冲的发光二极管(LED)。
该装置进一步包括：固态成像器，该固态成像器由读取器支持并且具有图像传感器阵列，用于在曝光时间段内捕获来自视野内的符号的回光。优选地，成像器为具有滚动快门或全域快门的CCD或CMOS。该阵列可以是一维的，即，沿着单行线性排列，或者是二维的，具有彼此正交的多个行和列。
该装置还包括：运动传感器，该运动传感器由读取器支持，用于检测读取器的运动，并且用于响应于所检测到的读取器的运动来生成运动信号。优选地，运动传感器是加速计、陀螺仪或模拟机械运动检测器，并且运动信号的振幅与所检测到的读取器的运动的幅度和方向成比例。
该装置还包括：控制器，该控制器可操作地连接到运动传感器，用于响应于运动信号实时动态地控制时间段中的至少之一和亮度水平，以最优地对符号进行成像。优选地，控制器可操作用于动态地减小时间段中的至少一个，并且同时增加照明光的亮度水平。可以由控制器控制的另一图像捕获参数为成像器的增益。
因此，根据本发明，图像捕获参数值不被预先设置，但是可以实时动态地进行调整。在图像中不再接受或容忍大量噪声和模糊。针对特定应用来将图像场的亮度和深度调整为最佳的。由于具体操作者而导致的过多手抖动或手运动肯定会被运动传感器考虑。提高了符号的读取性能，尤其是高密度并且远离读取器的那些符号。
响应于用于对要读取的符号进行成像的成像读取器的运动来减少图像模糊的方法通过以下步骤来执行：在照明时间段内用具有亮度水平的照明光来照射符号；在曝光时间段内捕获来自固态成像器的视野内的符号的回光；用由读取器支持的运动传感器来检测读取器的运动；响应于检测到的读取器的运动来生成运动信号；以及响应于运动信号实时动态地控制时间段中的至少一个和亮度水平，以最佳地对符号进行成像。
在所附权利要求中具体地阐述了被认为是本发明的特征的新特征。然而，本发明本身，关于其结构和其操作方法，连同其附加目标和优点，将在结合附图进行读取时从以下具体实施例的描述中最佳地理解。
附图说明
图1是在手持模式或免提模式下可操作用于捕获来自目标符号的回光的便携式成像读取器的立体图；以及
图2是根据本发明的图1的读取器的各种组件的示意图。
具体实施方式
图1中的附图标记30总得标识成像读取器，该成像读取器具有大体上垂直的窗口26和由基座32支持的枪形(gun-shaped)壳体28，基座32用于在工作台面上支持成像读取器30。因此，成像读取器30可以在免提模式中用作静态工作站，其中，产品可以被滑过、刷过、或对垂直窗口26进行呈现，或者产品可以从工作台面被拾起并且握在操作者手中，并且在手持模式中使用，其中，读取器被移动，并且触发器34被手动按下，以发起在远离窗口26处要被读取的标记(尤其是一维或二维符号)的成像。在另一变体中，可以省略基座32，并且可以采用其他配置的壳体。如图1中所示，连接到基座32的线缆也可以被省略，在该情况下，读取器30通过无线链路与远程主机进行通信，并且读取器由机载电池来供电。
如图2中示意性地示出，成像器24被安装在读取器中的印刷电路板22上。成像器24是固态器件，例如，CCD或CMOS成像器，具有在单个线性行中排列的可寻址的图像传感器或像素的一维阵列，或者在彼此正交的行和列中排列的这样的传感器的二维阵列，并且可操作用于检测由沿着通过窗口26的光路或轴46的成像透镜组件20捕获的回光。回光从视野内的目标或符号38进行散射和/或反射。成像器24在曝光时间段内捕获回光。成像透镜组件20可操作用于将回光可调节地聚焦到图像传感器的阵列上，以使得符号38被读取。符号38位于近工作距离(WD1)和远工作距离(WD2)之间的距离的工作范围内的任何地方。在优选实施例中，WD1约为距成像器阵列24四至六英寸，并且WD2可以距离窗口26很多英尺，例如，约五十英尺远。
照明组件也安装在成像读取器中，并且优选地包括：照明器或照明光源12，例如，发光二极管(LED)；以及照明透镜组件10，以在照明时间段内用具有亮度水平的照明光均匀地照射符号38。LED 12优选是产生脉冲的。
对准组件也安装在成像读取器中，并且优选地包括对准光源18，例如，LED，以及用于生成符号38上的可见对准光图案的对准透镜组件16。对准图案有助于帮助操作者将读取器准确地对准到符号38处。
如图2中所示，成像器24、照明光源12和对准光源18可操作地连接到控制器或者微处理器36，控制器或者微处理器36可操作用于控制这些组件的操作，尤其是一个或多个图像捕获参数，诸如照明光的亮度水平、照明时间段的持续时间、曝光时间段的持续时间以及成像器24的增益。优选地，微处理器与用于处理来自目标符号的回光并且用于对捕获的目标图像进行解码的微处理器相同。
如图2中所示，运动传感器14被可操作地连接到控制器36。在读取器内定位并且支持运动传感器14。运动传感器14可以是陀螺仪、加速计或提供与读取器的运动的幅度和方向成比例的电输出运动信号的一些其他机械装置。如上所述，读取器由操作者移动，以使读取器对准符号。而且，在图像捕获期间通常发生读取器的不可避免的手抖动。运动传感器14的输出运动信号被引导至控制器36，然后该控制器36实时动态地调节图像捕获参数。如果运动和运动信号的幅度大，则控制器36计算出照明和曝光时间段成比例地低，照明光的亮度水平相应地高，并且成像器的增益相应地低。相反，如果运动和运动信号的幅度小，则控制器36计算照明和曝光时间段成比例地高，照明光的亮度水平相应地低，并且成像器的增益相应地高。
在操作中，控制器36发送命令信号，以在读取之前激励对准光源18，并且还在所计算的照明时段，如500微秒或更少，内并且以计算的亮度水平，使照明光源12产生脉冲，并且激励并且使成像器24曝光，以在计算的曝光时间段并且利用计算的增益仅从符号收集光，例如，照明光和/或环境光。典型阵列需要约33毫秒来获取整个目标图像，并且以约每秒30帧的帧速率来进行操作。
限制曝光时间段还最小化所捕获的回光的量。因此，捕获的图像通常看来很暗。然而，为了读取条形码符号，较暗的图像比模糊的图像通常更易于解码。因此，本发明对读取条形码符号特别有用。
应该理解，上述每个元件，或两个或更多一起都还可以在不同于所述类型的其他类型结构的实用应用中找到。例如，照明光源12无需为LED，而可以是激光器、频闪放电管、氙气闪光灯或其它类型的光源。而且，不需要是单个光源，而是可以设想多个光源，在该情况下，光源中的一个或多个的数目、亮度、持续时间和定时中的任何一个都可以由控制器36来控制。
由于在以任何方式都不脱离本发明的精神的情况下，可以作出多种修改和结构性改变，所以虽然本发明已经示出和描述了用于响应于成像读取器的运动来控制图像捕获参数的装置和方法，但是不旨在限制所示的详情。例如，除了使运动传感器14硬接线至控制器之外，可以实现软件解决方案。而且，本发明不仅限于其功能仅为对条形码符号进行成像的成像读取器，还可以等同地适用于具有成像器作为其子系统之一的移动计算机或终端。
在不作出进一步分析的情况下，上述将完全揭示本发明的要点，可以通过应用当前知识容易地想到，从现有技术的立场，在不省略清楚地构成本发明的一般或特定方面的基本特征的特征的情况下，本领域技术人员可以容易地将其适用于各种应用，并且因此，这样的适用应当并且旨在在所附权利要求的等价物的意义和范围内进行理解。
在所附权利要求中阐述了新的并且希望由专利证书保护的权利要求。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于响应于成像读取器的运动来减少图像模糊的装置，所述成像读取器用于对要被读取的符号进行成像，所述装置包括：
照明光组件，所述照明光组件由所述读取器支持，用于在照明时间段内用具有亮度水平的照明光来照射符号；
固态成像器，所述固态成像器由所述读取器支持并且具有图像传感器阵列，用于在曝光时间段内捕获来自视野内的所述符号的回光；
运动传感器，所述运动传感器由所述读取器支持，用于检测所述读取器的运动，并且用于响应于所检测到的所述读取器的运动来生成运动信号；以及
控制器，所述控制器操作地连接到所述运动传感器，用于响应于所述运动信号实时动态地控制所述时间段中的至少一个和所述亮度水平，以最佳地对所述符号进行成像。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述运动传感器是加速计和陀螺仪中的一个，并且其中，所述运动信号的振幅与所检测到的所述读取器的运动的幅度和方向成比例。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器操作用于动态地减小所述时间段中的至少一个，并且同时增加所述照明光的亮度水平。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述照明光组件包括发光二极管(LED)，所述发光二极管用于将所述照明光发射为光脉冲。
5.一种用于通过图像捕获来电光地读取符号的成像读取器，包括：
移动手持式壳体；以及
由所述壳体支持的装置，用于在所述图像捕获期间响应于所述手持壳体的运动来减少图像模糊，所述装置包括：照明光组件，所述照明光组件由所述手持壳体支持，用于在照明时间段内用具有亮度水平的照明光来照射所述符号；固态成像器，所述固态成像器由所述手持壳体支持并且具有图像传感器的阵列，用于在曝光时间段内捕获来自视野内的所述符号的回光；运动传感器，所述运动传感器由所述手持壳体支持，用于检测所述手持壳体的运动，并且用于响应于所检测到的所述壳体的运动来生成运动信号；以及控制器，所述控制器操作地连接到所述运动传感器，用于响应于所述运动信号实时动态地控制所述时间段中的至少一个和所述亮度水平，以最佳地对所述符号进行成像。
6.根据权利要求5所述的读取器，其中，所述运动传感器是加速计和陀螺仪中的一个，并且其中，所述运动信号的振幅与所检测到的所述手持壳体的运动的幅度和方向成比例。
7.根据权利要求5所述的读取器，其中，所述控制器操作用于动态地减小所述时间段中的至少一个，并且同时增加所述照明光的亮度水平。
8.根据权利要求5所述的读取器，其中，所述照明光组件包括发光二极管(LED)，所述发光二极管用于将所述照明光发射为光脉冲。
9.一种响应于成像读取器的运动来减少图像模糊的方法，所述成像读取器用于对要被读取的符号进行成像，所述方法包括下述步骤：
在照明时间段内用具有亮度水平的照明光来照射符号；
在曝光时间段内，捕获来自固态成像器的视野内的所述符号的回光；
用由所述读取器支持的运动传感器来检测所述读取器的运动，并且响应于所检测到的所述读取器的运动来生成运动信号；以及
响应于所述运动信号，实时动态地控制所述时间段中的至少一个和所述亮度水平，以最佳地对所述符号进行成像。
10.根据权利要求9所述的方法，还将所述运动传感器配置为加速计和陀螺仪中的一个，并且将所述运动信号配置为振幅与所检测到的所述读取器的运动的幅度和方向成比例。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，通过动态地减小所述时间段中的至少一个并且同时增加所述照明光的所述亮度水平来执行所述控制步骤。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，通过使发光二极管(LED)产生脉冲来执行所述照明步骤。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述成像读取器包括垂直窗口和由用于支持所述成像读取器的基座支持的枪形壳体。
14.根据权利要求5所述的读取器，其中，所述移动手持壳体是枪形的。

Claims (12)

1.一种用于响应于成像读取器的运动来减少图像模糊的装置，所述成像读取器用于对要被读取的符号进行成像，所述装置包括：
照明光组件，所述照明光组件由所述读取器支持，用于在照明时间段内用具有亮度水平的照明光来照射符号；
固态成像器，所述固态成像器由所述读取器支持并且具有图像传感器阵列，用于在曝光时间段内捕获来自视野内的所述符号的回光；
运动传感器，所述运动传感器由所述读取器支持，用于检测所述读取器的运动，并且用于响应于所检测到的所述读取器的运动来生成运动信号；以及
控制器，所述控制器操作地连接到所述运动传感器，用于响应于所述运动信号实时动态地控制所述时间段中的至少一个和所述亮度水平，以最佳地对所述符号进行成像。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述运动传感器是加速计和陀螺仪中的一个，并且其中，所述运动信号的振幅与所检测到的所述读取器的运动的幅度和方向成比例。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器操作用于动态地减小所述时间段中的至少一个，并且同时增加所述照明光的亮度水平。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述照明光组件包括发光二极管(LED)，所述发光二极管用于将所述照明光发射为光脉冲。
5.一种用于通过图像捕获来电光地读取符号的成像读取器，包括：
移动手持式壳体；以及
由所述壳体支持的装置，用于在所述图像捕获期间响应于所述手持壳体的运动来减少图像模糊，所述装置包括：照明光组件，所述照明光组件由所述手持壳体支持，用于在照明时间段内用具有亮度水平的照明光来照射所述符号；固态成像器，所述固态成像器由所述手持壳体支持并且具有图像传感器的阵列，用于在曝光时间段内捕获来自视野内的所述符号的回光；运动传感器，所述运动传感器由所述手持壳体支持，用于检测所述手持壳体的运动，并且用于响应于所检测到的所述壳体的运动来生成运动信号；以及控制器，所述控制器操作地连接到所述运动传感器，用于响应于所述运动信号实时动态地控制所述时间段中的至少一个和所述亮度水平，以最佳地对所述符号进行成像。
6.根据权利要求5所述的读取器，其中，所述运动传感器是加速计和陀螺仪中的一个，并且其中，所述运动信号的振幅与所检测到的所述手持壳体的运动的幅度和方向成比例。
7.根据权利要求5所述的读取器，其中，所述控制器操作用于动态地减小所述时间段中的至少一个，并且同时增加所述照明光的亮度水平。
8.根据权利要求5所述的读取器，其中，所述照明光组件包括发光二极管(LED)，所述发光二极管用于将所述照明光发射为光脉冲。
9.一种响应于成像读取器的运动来减少图像模糊的方法，所述成像读取器用于对要被读取的符号进行成像，所述方法包括下述步骤：
在照明时间段内用具有亮度水平的照明光来照射符号；
在曝光时间段内，捕获来自固态成像器的视野内的所述符号的回光；
用由所述读取器支持的运动传感器来检测所述读取器的运动，并且响应于所检测到的所述读取器的运动来生成运动信号；以及
响应于所述运动信号，实时动态地控制所述时间段中的至少一个和所述亮度水平，以最佳地对所述符号进行成像。
10.根据权利要求9所述的方法，还将所述运动传感器配置为加速计和陀螺仪中的一个，并且将所述运动信号配置为振幅与所检测到的所述读取器的运动的幅度和方向成比例。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，通过动态地减小所述时间段中的至少一个并且同时增加所述照明光的所述亮度水平来执行所述控制步骤。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，通过使发光二极管(LED)产生脉冲来执行所述照明步骤。
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