CN102216813A - 高速光学码读取 - Google Patents

Abstract

在光学码读取器中，与光学码解码并行地至少执行AGC处理和自动聚焦控制中被选择的一种。优选地，在发起解码的任何信号之前发起所选择的处理。优选地，与发起解码的任何信号独立地、周期性地执行所选择的处理。在实施例中，解码和所选择的处理分别由并行操作的不同的第一和第二处理器所执行，并且，第二处理器在所述第一处理器对所选择的处理的执行不进行任何控制的情况下执行所选择的处理。

Description

高速光学码读取

技术领域

本发明总体上涉及光学码检测和读取系统，更具体地涉及一种通过并行处理实现高速操作的光学码读取系统和方法。

背景技术

任何在现代超市中进行过购物的人都熟悉一种形式的光学码读取器，即，条形码扫描器，其通过扫描印制在产品包装上的条形码来方便快速结帐。这是条形码读取的相对容易的应用，因为为了扫描条形码的目的，操作员实质上使包装停顿下来。

更近来，光学码读取器已被用于组装物品、检查物品、包装物品等的生产线中。光学码读取的这种应用严格得多，因为产品例如在传送带上以相对较高的速度沿生产线移动。在某些情况中，光学码可能是二维的，从而需要对更复杂的光学码进行解码。为了避免在生产线上产生瓶颈，因而对光学码进行准确的解码而不降低对象沿生产线移动的速度是重要的。因此，能够准确地对光学码进行解码的速度变为主要关心的问题。

典型地，光学码读取器对远处的光学码进行照射并对反射光进行处理以对所述光学码进会解码(恢复所包含的信息)。在设置以读取光学码的处理中，典型的码读取器将对自动增益控制(AGC)电路进行调整，并且将获得在光学码上的自动聚焦。无论所检测的光学信号的强度如何变化，AGC电路对读取器中的电路进行调整以确保呈示给处理电路的信号在预定的操作范围中具有振幅。自动聚焦确保了光学码读取器在码读取器和光学码之间的预定的距离范围上得到光学码的良好聚焦的图像，从而有效增加了码读取器的景深。

图1是图示现有技术的光学码读取器用来对光学码进行解码的一般处理的流程图。当码读取器首先被通电时，所述处理在框100开始。在框102，执行测试以确定是否接收到了触发命令，并且操作保持在该步骤直至已经接收到该触发命令。典型地，当在码读取器的预定操作范围内检测到包含光学码的对象时生成触发命令。一旦出现触发命令，处理就进行至框104，在框104对AGC进行调整，接着进行至框106，在框106检测对比度。对比度测量是测试聚焦质量的一种方式。接着，处理进行至框108，在框108获得自动聚焦。

在框110，对所获得的码进行解码，接着在框112执行测试，以确定所述解码是否成功。如果是这样，则在框114记录解码的成功结果，并且该处理返回到框102，以等待下一个触发命令。如果框112的测试揭示解码未成功，则在框116执行测试，以确定是否已经进行了预定数量(N)的解码尝试。如果是这样，则控制转移至框114，在框114记录解码的未成功结果，并且处理返回至框102以等待下一个触发命令。如果还没有进行N次解码尝试，则框116的测试将控制转移至框104。接着重新调整AGC，重新检对比度，重新获得聚焦，并且进行进一步的尝试来对光学码进行解码。

图1中现有技术的问题在于AGC调整和自动聚焦处理是相对耗时的。在光学码处于检测范围之中后在递归循环中执行它们引入了大量延迟，这对于解码的速度造成了严重的限制，这非常严重以至于对在高速生产线上移动的对象进行可靠的光学解码是不可能的。

发明内容

根据本发明的一个方面，与光学码解码并行地至少执行AGC处理和自动聚焦控制中被选择的一种。优选地，在发起解码的任何信号之前发起所选择的处理。优选地，与发起解码的任何信号独立地、周期性地执行所选择的处理。在实施例中，解码和所选择的处理分别由并行操作的不同的第一和第二处理器所执行，并且，第二处理器在所述第一处理器对所选择的处理的执行不进行任何控制的情况下执行所选择的处理。

附图说明

通过下面参照附图对根据本发明的当前优选的示例性的实施例的详细描述，将会更全面地理解本发明的前述和其它目的、特征和优点，在附图中：

图1是图示现有技术的光学码读取器用来对光学码进行解码的一般处理的流程图；

图2是实施本发明的光学码读取器的功能框图；

图3(包括图3(A)和3(B))图示了估计包含光学码的对象和码读取器之间的距离的方法；

图4是图示CPU2的优选操作方法的流程图；以及

图5是图示CPU1的优选操作方法的流程图。

具体实施方式

现在转到附图，图2是实施本发明的光学码读取器10的功能框图。光学码读取器10一般地包括：照相机模块C，其对远处的光学码进行照射并捕捉反射光，以记录所述码的图像；第一处理器CPU1，其接收照相机模块C中所存储的图像并对其进行解码；和第二处理器CPU2，其在需要处理图像时由CPU1进行触发，CPU2执行自动聚焦控制处理和AGC处理，以便控制照相机模块C。光学码读取器10还包括门阵列GA，其已经被定制为形成专用集成电路(ASIC)，该专用集成电路从照相机C中所存储的图像中提取一些特征并且将它们传送至CPU2以便在执行自动聚焦和AGC处理时使用。所述ASIC还可以在将照相机模块中所存储的图像被传送至CPU之前对其进行处理，并且其控制照相机模块C所提供的照明。

照相机模块C包括诸如一个或多个LED的可见光源12，以及诸如一个或多个红外激光二极管的激光光源14。光源12和14由门阵列GA进行控制，以便对远处的光学码提供适当的照明。如在电子照相机中典型的那样，照相机模块C还包括光学系统，其具有在图像传感器18上形成图像的可调聚焦设备16。所述可调聚焦设备可以为变焦透镜，例如，具有例如用音圈电机操作的可移动元件的变焦透镜，或者所述可调聚焦设备可以为电子控制的液体透镜。其目的是提供扩展的聚焦范围，从而位于离照相机模块C的一定距离范围处的光学码能够在传感器18上提供良好聚焦的图像。优选地，传感器18为光学阵列，诸如CMOS元件的二维阵列。

CPU1捕捉传感器18上所存储的图像信息(框20)，并且基于从门阵列GA所接收的信息对所述图像进行解码(框22)以恢复光学码中的信息。在该实施例中，例如，为了显示的目的，光学码读取器10还能够恢复传感器18的元件中所存储的图像。就此，其作为简单的电子照相机进行操作，而并不对光学码进行解码。

当CPU1准备捕捉或解码图像时，其向CPU2发送触发命令。然而，CPU2并不等待所述触发命令以便执行AGC处理(框24)。为了加快操作，AGC处理立即(on an ongoing basis)执行，从而在CPU1准备捕捉或解码图像时具有最小的延迟。CPU2基于从门阵列GA所接收的与传感器18上所存储的图像相关的信息来执行AGC处理。例如，如果所述信息指示在传感器18上接收到弱的光信号，则AGC处理将使得传感器18的敏感度提高，从而允许在传感器18上存储比原有的另外情况更大的信号。类似地，门阵列GA向CPU2提供信息以控制可调聚焦设备16。例如，如果来自门阵列的信息指示传感器18上的图像具有差的边缘质量，则可以调整聚焦。如以下将要详细解释的，在优选实施例中，执行激光测距(laser ranging)，以测量光学码和传感器18之间的距离。这包括：在激光首先进入读取器10的操作范围时利用其照射光学码；以及感测反射激光来确定所述光学码的距离。使用该信息，CPU2接着对可调聚焦设备16进行控制以便聚焦到光学码的实际距离。

门阵列GA已经被处理为产生专用集成电路(ASIC)。其包括具有图像处理部分42和照明控制部分44的处理部分40。图像处理部分42对传感器18上的图像信息执行各种类型的处理。如以下将更为详细地解释的，从传感器阵列18上激光束的图像，处理部分42能够执行激光测距46。也就是说，其估计光学码的距离。部分42还对传感器18上的图像信息执行亮度测量处理48和边缘评估处理50。处理部分42还能够执行图像修整处理52从而将经修整的图像呈示给CPU1，其中该图像的不连续部分已被删除。处理部分44执行激光控制和LED控制处理54、56，它们分别接通和断开激光光源14和可见光源12。

虽然没有示出，但是门阵列GA包括处于寄存器控制58的控制之下的一组寄存器。来自CPU2的自动聚焦和AGC信息被提供到寄存器控制58以便存储为处理控制参数。寄存器控制58接着按照需要将这些参数传送至处理器40。类似地，来自处理器40的处理结果被传送至寄存器控制58并作为结果存储在适当的寄存器中。这些结果接着可以被传送至CPU2以便在执行自动聚焦控制和AGC处理时使用。例如，激光测距46和边缘评估50的结果对于控制自动聚焦而言是重要的，并且亮度评估48对于AGC处理是重要的。通过接收这些信息，CPU2能够控制可调聚焦设备16的调整以及传感器18的增益。

激光测距或距离测量是当今广泛使用的。大多数电子数字照相机使用红外测距的形式来实现自动聚焦，并且存在大量的使用激光测距进行精确距离测量的木工和构造工具(carpentry and construction tool)。激光测距技术是已知的。优选地，实施本发明的光学码读取器使用下述的特别简单但有效的激光测距方法。

图3(包括图3(A)和3(B))图示了估计包含光学码的对象和码读取器10之间的距离的方法，其中图3(A)示意性表示了位于三个不同位置a、b和c(分别为50mm、100mm和150mm)的对象，并且图3(B)描绘了在每个位置a、b和c(从左至右)所获得的反射红外激光辐射的图像(光斑)。

图3A描绘了处于离图像传感器18的三个不同距离a、b和c(分别为50mm、100mm和150mm)的包含光学码的对象。由此可知，红外激光射线R在位置a、b和c处以不同高度入射在所述对象上。射线R从所述对象的反射在图3(A)中由虚线表示。所反射的光束反射离开反射镜M并通过透镜L，其在图像传感器18上形成了射线R的图像(透镜L为照相机模块C的一部分)。图像传感器18上射线R的图像为另外的黑暗区域内的光斑70，并且可以在图3(B)中看到，光斑70处于图像中的不同高度，原因在于所述光束在(从左至右分别成像的)每个位置a、b和c以不同高度入射在对象上。

实际上，光学码读取器10将被校准，以在对象位于所要测量的最近位置时将光斑70设置在传感器18上所形成的图像的顶部。此后，就可以基于光斑70在图像中的高度来估计所述对象和传感器18之间的距离。本领域技术人员能够轻易将该功能编程到系统电子器件或查找表(look-up table)中。

本领域技术人员将会意识到，如所描述的，码读取器10可以为利用二维图像传感器的成像读取器，或者其可以为沿扫描线进行读取的扫描读取器。这里仅为了便于描述而描述了成像读取器，作为特定的激光测距方法。本发明同样地很适合于扫描读取器。

图4是图示CPU2的优选操作的流程图。优选地，当光学码读取器10首先通电时，在框200开始操作。此时，在框202开始AGC处理，并且其独立于CPU1继续进行。优选地，AGC处理立即周期性地执行。CPU2从门阵列GA接收亮度测量48的结果并据此控制传感器18，无论所接收的光学信号的强度如何变化，都将传感器18中的元件上的电荷保持在预定操作范围之内。

与此同时，利用AGC处理，在框204执行测试以确定是否已经从CPU1接收到触发命令，当接收到该触发命令时，控制被转移到框206，在框206执行测试，以确定CPU1在解码模式还是图像捕捉模式之中操作。如果其在图像捕捉模式中操作，则控制即刻转移至框216，在框216使得能够向CPU1发送图像数据并且CPU1对图像进行处理，实质上是执行图像捕捉处理20(图2)。另一方面，如果在框206确定了CPU1在解码模式中操作，则控制被转移至框208，在框208执行激光测距以确定光学码的距离。接着在框210执行测试以确定激光测距是否已经成功产生了距离估计。如果是这样，CPU2就经由其自动聚焦处理26调整可调聚焦设备16的聚焦。

接着，操作继续进行至框216，在框216使得能够向CPU1发送图像数据。接着在框218执行测试，以确定CPU1是否已经发出了其具有解码结果(成果或失败)的信号。如果是这样，则该部分处理终止并且控制回复到框204，在框204等待来自CPU1的新的触发命令。

如果在框218确定还没有从CPU1接收到解码结果信息，则在框220执行测试以确定图像数据是否被发送到CPU1。如果在框220确定了图像数据被发送，则CPU1没有产生解码结果的事实表明图像数据不够好以致于无法进行解码。接着，控制被转移至框208以重复激光测距。应当记得在该整个处理期间，AGC处理在框202周期性地进行，并且其继续进行。因此，由于从光学码所接收的光的强度的显著变化而对传感器18进行的任何必要调整都在进行进一步的解码尝试之前发生或将要发生。

激光测距是非常可靠的处理。因此，在框210没有出现成功结果的最大可能是表明激光测距机构的故障或缺陷，并且典型地，CPU2将提供警告。然而，作为用来在激光测距失败时避免自动聚焦失败的后援，如果框210的测试表明激光测距气体(gas)没有成功，则在框214执行传统的对比度检测来估计适当的聚焦，并接着在框212对聚焦进行调整。接着，操作就像激光测距已经成功那样继续进行。

图5是图示CPU1的优选操作的流程图。优选地，一旦光学码读取器10通电，就在框300开始该处理，并且CPU1在框302等待接收触发。典型地，其将在包含光学码的对象进入其范围之内时接收到触发。在接收到触发之后，在框304执行测试以确定光学读取器10是否处于解码模式中。如所解释的，通过设计，它也能够在图像捕捉模式中操作，其中它作为视频照相机那样操作并简单地产生光学码的图像。如果光学码读取器10处于图像捕捉模式中，就在框306设置传感器18的CMOS寄存器，并且控制转移至框308。另一方面，如果在框304确定光学码读取器10处于解码模式中，则处理从框304转移至308。

在框308，CPU1向CPU2发送触发命令。操作接着转移至框310，在框310等待接收图像数据。一旦接收到图像数据(框312)，就在框314执行测试以确定光学码读取器10是否处于解码模式中。如果不是，在框316输出CPU1所捕捉的图像数据，并且控制转移至框302，在框302，CPU1等待接收另一触发。如果框314的测试揭示光学码读取器10处于解码模式中，则CPU1在框318对所接收的图像进行处理并试图对其进行解码(以恢复码中的信息)。

操作进行至框320，在框320执行测试以确定框318的解码是否成功，并且如果成功，则CPU2在框322被通知已经进行了成功解码。另一方面，如果框320的测试确定解码未成功，则在框326执行测试以确定是否已经进行了预定数量(N)的解码尝试。如果是这样，则控制转移至框322，在框322，CPU1通知CPU2解码已经失败。另一方面，如果框326的测试揭示还没有进行过N次解码尝试，则控制转移至框310，在框310，CPU1等待接收新的图像数据以便进行解码。

该处理在框324结束，在框324，CPU1输出解码结果。如果解码成功，则其将输出光学码中所包含的值。另一方面，如果解码失败，则其提供该情形的通知。控制接着转移至框302，在框302，CPU1等待接收另一触发。

在所公开的实施例中，使用了三个处理器。CPU1执行图像解码，CPU2执行AGC和自动聚焦控制，并且ASIC(门阵列GA)执行特殊化图像处理。通过以这种方式划分处理任务，产生了特别有效和快速的图像处理结果，其中每个处理器针对其特殊化功能进行优化。然而，当仅采用单个处理器时也可以从本发明获益。例如，如果使用单个处理器，如果CPU1和CPU2的功能在并行处理的不同线程中分别执行，则避免递归的AGC处理的这一好处仍然可以被避免。ASIC的功能也可以被编程到同一单个处理器中。

虽然为了示例性的目的而公开了本发明的优选实施例，但本领域技术人员将会认识到，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围和精神的情况下可以进行许多添加和修改以及替换。

Claims (32)

1.一种用于操作光学码读取器的方法，所述光学码读取器在一定距离范围上接收具有限定远处光学码的图像的光学质量范围的光学信息，在所述光学码读取器中，读取器对所述光学信息进行解码，以恢复光学码的图像并从该图像提取所述光学码中所包含的信息，所述读取器对所述光学信息执行自动增益控制AGC处理，以便补偿光学质量变化，所述读取器对可变焦设备执行自动聚焦控制，以便补偿所述光学码与所述光学码读取器的距离的变化，该方法包括：与解码并行地、至少执行与AGC处理和自动聚焦控制之一相对应的所选择的处理。

2.如权利要求1所述的方法，其中在发起解码的任何信号之前发起所选择的处理。

3.如权利要求1所述的方法，其中与发起解码的任何信号独立地、周期性地执行所选择的处理。

4.如权利要求1所述的方法，其中AGC处理和自动聚焦控制都被选择。

5.如权利要求1所述的方法，其中AGC处理被选择，在发起解码的任何信号之前被发起，并且与发起解码的任何信号独立地、周期性地被执行。

6.如权利要求1所述的方法，其中自动聚焦控制被选择，并且，所述方法包括：使用激光光源；测量所述光学码和读取器之间的距离；以及基于距离测量结果调整所述可变焦设备的聚焦。

7.如权利要求6所述的方法，所述方法在调整聚焦之前还包括：

测试距离测量是否成功；

如果所述距离测量成功，则基于距离测量调整聚焦；以及

如果所述距离测量未成功，则执行供替换的聚焦测试，并且基于供替换的聚焦测试调整聚焦。

8.如权利要求1所述的方法，其中解码处理和所选择的处理分别由并行操作的不同的第一处理器和第二处理器执行。

9.如权利要求8所述的方法，其中第二处理器在第一处理器对所选择的处理的执行不进行任何控制的情况下执行所选择的处理。

10.如权利要求9所述的方法，其中第二处理器与发起解码的第一处理器中的任何信号独立地、周期性地执行所选择的处理。

11.如权利要求8所述的方法，其中AGC处理和自动聚焦控制都被选择。

12.如权利要求8所述的方法，其中第二处理器执行AGC处理，所述AGC处理在第一处理器对第二处理器不进行任何控制的情况下被发起，并且与发起解码的第一处理器中的任何信号独立地、周期性地被执行。

13.如权利要求8所述的方法，其中第二处理器执行自动聚焦控制，其中激光光源测量所述光学码和读取器之间的距离，并且，第二处理器基于距离测量结果控制对可变焦设备的聚焦的调整。

14.如权利要求13所述的方法，所述方法在调整所述聚焦之前还包括：

测试距离测量是否成功；

如果所述距离测量成功，则基于距离测量调整聚焦；以及

如果所述距离测量未成功，则执行供替换的聚焦测试，并且基于供替换的聚焦测试调整聚焦。

15.如权利要求8所述的方法，所述方法在包括光学传感器的读取器中执行，所述光学传感器形成所述光学码的图像，所述方法还包括：使用第三处理器从所述传感器提取图像信息；以及将该图像信息提供给所述第二处理器，所述信息为光学码的距离、图像的亮度和图像中的边缘评估值之一。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述第三处理器是ASIC。

17.如权利要求15所述的方法，其中所述第二处理器向所述第三处理器提供与自动聚焦控制和AGC处理之一相关的信息。

18.一种光学码读取器，所述光学码读取器在一定距离范围上接收具有限定远处光学码的图像的光学质量范围的光学信息，在所述光学码读取器中，读取器对所述光学信息进行解码，以恢复光学码的图像并从该图像提取所述光学码中所包含的信息，所述读取器对所述光学信息执行自动增益控制AGC处理，以便补偿光学质量变化，所述读取器对可变焦设备执行自动聚焦控制，以便补偿所述光学码与所述光学码读取器的距离的变化，所述光学码读取器的改进之处在于包括控制处理器，所述控制处理器与光学码解码并行地、至少执行与AGC处理和自动聚焦控制之一相对应的所选择的处理。

19.如权利要求18所述的光学码读取器，其中所述控制处理器在发起解码的任何信号之前发起所选择的处理。

20.如权利要求18所述的光学码读取器，其中所述控制处理器与发起解码的任何信号独立地、周期性地执行所选择的处理。

21.如权利要求18所述的光学码读取器，其中所述控制处理器执行AGC处理和自动聚焦控制。

22.如权利要求18所述的光学码读取器，其中所述控制处理器执行自动聚焦控制，即，控制激光光源来测量所述光学码和读取器之间的距离，并且基于距离测量结果控制可变焦设备的聚焦的调整。

23.如权利要求22所述的光学码读取器，其中所述控制处理器在调整聚焦之前执行以下步骤：

测试距离测量是否成功；

如果所述距离测量成功，则基于距离测量调整聚焦；以及

如果所述距离测量未成功，则执行供替换的聚焦测试，并且基于供替换的聚焦测试调整聚焦。

24.如权利要求18所述的光学码读取器，其中所述控制处理器包括分别并行地执行解码处理和所选择的处理的第一处理器和第二处理器。

25.如权利要求24所述的光学码读取器，其中第二处理器在第一处理器对所选择的处理的执行不进行任何控制的情况下执行所选择的处理。

26.如权利要求24所述的光学码读取器，其中第二处理器与发起解码的第一处理器中的任何信号独立地、周期性地执行所选择的处理。

27.如权利要求24所述的光学码读取器，其中第二处理器执行AGC处理，所述AGC处理在第一处理器对第二处理器不进行任何控制的情况下被发起，并且与发起解码的第一处理器中的任何信号独立地、周期性地被执行。

28.如权利要求24所述的光学码读取器，其中第二处理器执行自动聚焦控制，其中激光光源测量所述光学码和读取器之间的距离，并且，第二处理器基于距离测量结果控制对可变焦设备的聚焦的调整。

29.如权利要求24所述的光学码读取器，其中第二处理器在调整所述聚焦之前执行以下步骤：

测试距离测量是否成功；

如果所述距离测量成功，则基于距离测量调整聚焦；以及

如果所述距离测量未成功，则执行供替换的聚焦测试，并且基于供替换的聚焦测试调整聚焦。

30.如权利要求24所述的光学码读取器，所述光学码读取器还包括形成所述光学码的图像的光学传感器，并且还包括第三处理器，所述第三处理器从所述传感器提取图像信息并将该图像信息提供给所述第二处理器，所述信息为光学码的距离、图像的亮度和图像中的边缘评估值之一。

31.如权利要求30所述的光学码读取器，其中所述第三处理器是ASIC。

32.如权利要求30所述的光学码读取器，其中所述第二处理器向所述第三处理器提供与自动聚焦控制和AGC处理之一相关的信息。

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