CN102324013A - 具有全局电子快门控制的条形码读取装置 - Google Patents

Abstract

本发明的特性为一种图像读取器和相应的用于捕捉诸如一维或者二维条形码的目标的清晰不失真图像的方法。在一个实施例中，图像读取器包括基于二维CMOS的图像传感器阵列、定时模块、照明模块、控制模块。照射目标的期间称为照明期。图像传感器阵列捕捉图像由定时模块驱动，在一个实施例中，定时模块能够同时曝光阵列中基本上所有的像素。共同激活像素以将光入射光光转换为电荷的周期确定了传感器阵列的曝光周期。在一个实施例中，在照明周期内发生曝光周期的至少一部分。

Description

具有全局电子快门控制的条形码读取装置

相关申请的交叉申请

本PCT申请要求2005年3月11日提交的申请号为11/077,975、主题为“具有全局电子快门控制的条形码读取装置”的美国整理申请案和2005年3月11日提交的、申请号为11/077,976、主题为“自动对焦图像读取器的系统和方法”的优先权。要求每个上述申请的优先权，并且每个上述申请的全部内容结合于此作为参考。

发明领域

本发明总体上涉及图像数据采集，更具体的，涉及具有调整照明和全局快门控制的图像数据采集器。

背景技术

许多传统图像读取器(例如手持和嵌入安装的条形码和机器码读取器)使用基于电荷耦合器件(CCD)的图像传感器。基于CCD的图像传感器包括电耦合的光敏性的光电二极管阵列，光敏二极管将入射光能转换为电荷包。在操作中，电荷包被转移出CCD图像传感器以用于下一步处理。

一些图像读取器使用基于CMOS的图像传感器作为可选的成像技术。与CCD一样，基于CMOS的图像传感器包括光敏性的光电二极管阵列，光敏二极管将入射光能转换为电荷。然而，与CCD不同的是，基于CMOS的图像传感器允许二维阵列中的每个像素被直接寻址。这样的好处之一为，整帧图像数据的子区域能够被单独访问。基于CMOS的图像传感器的另一个好处为通常来讲他们的每个像素的成本更低。这主要是由于CMOS图像传感器由生产例如微处理器等的普通集成电路的大量晶圆生产设备的标准CMOS工艺制造。除了降低成本外，普通制造工艺意味着能够将CMOS像素阵列与诸如时钟驱动器、数字逻辑电路、模/数转换器等其它标准电子装置集成在一个单芯片上。而这样的进一步好处是，减小了空间需求，并且降低了功率消耗。

基于CMOS的图像读取器传统上使用卷帘式快门以曝光传感器阵列中的多个像素。在卷帘式快门机构中，激活多行像素并且依次将其读出。像素的曝光或积分时间在重置像素的时间和读出像素值的时间之间。在图2A中示出了这种概念。图2A中，行a到行n中的每行的曝光由多个线条4a...4n(通常为4)图示。每个线条的水平宽度8设计为对应于一个单独行的曝光时间。每个线条4的水平位移代表时移周期(shifting time period)，在时移周期中，曝光每行像素。从图2A中可以看到，连续行的曝光期是交迭的。图2B中更详细地示出了关于卷帘式快门机构的时序图。该时序图的第二条线12和第三条线16分别表示行a的重置定时信号和读出定时信号。第四条线20和第五条线24分别表示行b的重置定时信号和读出定时信号。如两个图2A、图2B所示，在将行a的值读出之前，开始曝光行b。由于在捕捉数据帧时必须曝光并且读出几百行像素，所以通常地邻近行像素的曝光期基本上交迭。如第一条线28上的照明定时信号所示，具有交迭曝光期的卷帘式快门机构要求，在捕捉数据帧所需的大致上所有时间内，照明源保持开启，因此给所有行提供了照明。

操作中，卷帘式快门机构遭受至少两个不利条件：图像失真和图像模糊。图像失真是是像素的每行在不同时间曝光的典型产物。当视觉记录快速移动的物体时，图像失真的影响最明显。图3中示出了使用卷帘式快门拍摄从左到右经过视野的公共汽车图像像素50的代表图像，示出的图像表明了这种影响。当公共汽车的图像54的顶行早于像素58的底行被拍摄时，并且当公共汽车行驶到左边时，公共汽车的图像像素58的底像素移动到相对于公共汽车像素54的顶行的左边。

图像模糊是图像读取器中卷帘式快门机构中的通常需要长曝光期的典型产物。如上面所指出的，卷帘式快门机构中的照明源必须在捕捉数据帧所需的大致上所有时间内保持开启。由于电池和/或照明源的限制，捕捉整帧数据期间内提供的光对于短曝光时间通常来讲是不够的。没有短曝光时间，导致模糊的影响变得明显。导致模糊影响的常见例子包括例如由于手持图像读取器的手抖动而使图像传感器移动。

图像读取器需要克服现有CMOS图像读取器具有的图像失真和图像模糊的缺点。

发明内容

一方面，本发明特征在于用于从目标采集图像数据的、基于互补金属氧化物半导体(CMOS)的图像读取器。基于CMOS的图像读取器包括基于CMOS的图像传感器阵列、与基于CMOS的图像传感器阵列电连接的定时模块。定时模块在曝光期能够同时曝光基于CMOS的图像传感器阵列的整帧像素。基于CMOS的图像读取器还包括照明模块，照明模块能够在照明期照射目标。照明模块与定时模块电连接。基于CMOS的图像读取器进一步包括与定时模块和照明模块电连接的控制模块。控制模块能够使在照明期发生至少一部分曝光期。在基于CMOS的图像读取器的一个实施例中，对目标照明包括在照明模块中过激励光源。在基于CMOS的图像读取器的另一实施例，光源包括光敏二极管。在基于CMOS的图像读取器的又一个实施例中，照明期开始之后开始曝光期，并且在照明期结束之前结束曝光期。在基于CMOS的图像读取器的另一实施例中，在曝光期开始之后开始照明期，并且曝光期结束之前结束照明期。在基于CMOS的图像读取器的另一实施例中，在曝光期开始之前开始照明期，并且曝光期结束之前结束照明期。在基于CMOS的图像读取器的再一个实施例中，曝光期的持续期小于3.7毫秒。在基于CMOS的图像读取器的各种实施例中，目标包括符号体系，例如一维条形码(例如39码或UPC代码)或二维条形码(例如PDF417条形码、阿芝台克(Aztec)符号、或数据矩阵符号)。

另一方面，本发明的特征在于一种从目标采集图像数据的、基于互补金属氧化物半导体(CMOS)的图像读取器。基于CMOS的图像读取器包括集成电路，集成电路包括至少一个基于CMOS的图像传感器阵列和全局电子快门控制电路。全局电子快门控制电路能够生成曝光定时脉冲，曝光定时脉冲能够使基于CMOS的图像传感器阵列的大致上所有的整帧像素同时曝光。基于CMOS的图像读取器还包括与集成电路电连接的光源。光源能够响应于照明控制定时脉冲而照射包括符号体系的目标。曝光控制定时脉冲期间，发生照明控制定时脉冲的至少一部分。在基于CMOS的图像读取器的一个实施例中，对目标照明包括过激励光源。在基于CMOS的图像读取器的另一实施例中，光源包括光敏二极管。在基于CMOS的图像读取器的再一个实施例中，照明期开始之后开始曝光期，并且照明期结束之前结束曝光期。在基于CMOS的图像读取器的又一个实施例中，曝光期开始之后开始照明期，曝光期结束之前结束照明期。在基于CMOS的图像读取器的另一实施例中，曝光期开始之前开始照明期，并且在曝光期结束之前结束照明期。在基于CMOS的图像读取器的再一个实施例中，曝光期的持续期小于3.7毫秒。在基于CMOS的图像读取器的各种实施例中，目标包括符号体系，例如一维条形码(例如39码或UPC代码)或二维条形码(例如PDF417条形码、阿芝台克符号、或数据矩阵符号)。

另一方面，本发明特征在于一种用于从目标采集图像数据的图像读取器。图像读取器包括具有至少一个图像传感器阵列和曝光定时控制电路的集成电路。曝光定时控制电路能够生成曝光控制定时脉冲，曝光控制定时脉冲能够同时曝光图像传感器阵列中的大致上所有的像素。图像读取器还包括与集成电路电连接的照明模块。照明模块包括能够响应于照明控制定时脉冲而照射目标的光源。在曝光控制定时脉冲期间，照明控制定时脉冲的至少一部分发生。在图像读取器的一个实施例中，照明控制定时脉冲由照明模块生成。在图像读取器的另一实施例中，照明控制定时脉冲和曝光控制定时脉冲之间的交迭由控制模块调整，控制模块与集成电路和照明模块电连接。在图像读取器的又一个实施例中，控制模块包括微处理器。在图像读取器的一个实施例中，对目标照明包括过激励光源。在图像读取器的另一实施例中，光源包括发光二极管。在图像读取器的又一个实施例中，照明期开始之后开始曝光期，并且照明期结束之前结束曝光期。在图像读取器的另一实施例中，曝光期开始之后开始照明期，并且曝光期结束之前结束照明期。在图像读取器的又一个实施例中，曝光期开始之前开始照明期，并且曝光期结束之前结束照明期。在图像读取器的再一个实施例中，曝光期的持续期小于3.7毫秒。在基于CMOS的图像读取器的各种实施例中，目标包括符号体系，例如一维条形码(例如39码或UPC代码)或二维条形码(例如PDF417条形码、阿芝台克符号、或数据矩阵符号)。

再一方面，本发明的特征在于一种从目标采集图像数据的方法。该方法包括根据照明控制定时脉冲激活光源以照明目标。在照明控制定时脉冲的持续期内，激活光源。该方法还包括同时激活多个像素以对入射辐射进行光转换。根据曝光控制定时脉冲而激活多个像素。该方法进一步包括在多个像素中的每个的屏蔽部分中，存储由多个像素中的每个采集的图像数据。根据曝光控制定时脉冲而对图像数据进行存储。本方法还进一步包括从多个像素读出图像数据，其中照明控制定时脉冲期间，至少一部分曝光控制定时脉冲发生。在一个实施例中，该方法进一步包括调整照明调整控制定时脉冲和曝光控制定时脉冲之间的交迭。调整由控制模块管理。在该方法的一个此实施例中，控制模块包括微处理器。在本方法的另一实施例中，对目标照明包括过激励照明模块中的光源。在该方法的附加实施例中，光源包括发光二极管。在该方法的进一步的实施例中，响应于曝光控制定时模块的停止部分，进行图像数据的存储。在该方法的附加的实施例中，照明期开始之后开始曝光期，并且照明期结束之前结束曝光期。在该方法的又一个实施例中，曝光期开始之后开始照明期，并且曝光期结束之前结束照明期。在该方法的再一个实施例中，曝光期开始之前开始照明期，并且曝光期结束之前结束照明期。在该方法的另一实施例中，曝光期的持续期小于3.7毫秒。在基于CMOS的图像读取器的各种实施例中，目标包括符号体系，例如一维条形码(例如39码或UPC代码)或二维条形码(例如PDF417条形码、阿芝台克符号、或数据矩阵符号)。

另一方面，本发明的特征在于一种用于从条形码符号采集和处理条形码数据的条形码图像读取器。图像读取器包括用于接收条形码符号反射的光辐射的二维像素阵列，二维像素阵列包括第一多个像素和第二多个像素，二维阵列能够读出第一多个像素而与第二像素的读出无关，像素中每个包括光敏区和绝光屏蔽数据存储区。图像读取器还包括用于将从条形码符号的反射光辐射引导到二维像素阵列上的光学组件。图像读取器还进一步包括与二维像素阵列有关的全局电子快门，全局电子快门能够同时曝光二位阵列中大致上所有的像素。图像读取器还包括处理器模块，处理器模块与二维像素阵列电连接，处理器模块能够处理来自二位阵列像素的图像数据，以生成经过解码的条形码数据。在条形码图像读取器的一个实施例中，二维图像传感器阵列是互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。在条形码图像读取器的另一实施例中，处理图像数据以生成包括自动识别多个条形码类型的输出数据。

另一方面，本发明的特征在于一种用于从目标采集图像数据的基于互补金属氧化物半导体(CMOS)的图像读取器。基于CMOS的图像读取器包括基于CMOS的图像传感器阵列，基于CMOS的图像传感器阵列包括第一多个像素和第二多个像素，基于CMOS的图像传感器阵列能够读出第一多个像素，而与第二多个像素的读出无关，基于CMOS的图像传感器阵列的每个像素包括光敏区和绝光屏蔽数据存储区。基于CMOS的图像读取器还包括与基于CMOS的图像传感器阵列电连接的定时模块，定时模块设置为在曝光期同时曝光基于CMOS的图像传感器阵列的整帧像素。基于CMOS的图像传感器阵列还包括照明模块，照明模块设置为在照明期照射目标，并且照明模块与定时模块电连接。基于CMOS的图像传感器阵列还包括与定时模块和照明模块电连接的控制模块，并且控制模块设置为在照明期至少一部分曝光期发生。

另一方面，本发明的特征在于一种用于从目标采集图像数据的、基于互补金属氧化物半导体(CMOS)的图像读取器。基于CMOS的图像器读取包括具有至少一个基于CMOS的图像传感器阵列的集成电路，图像传感器阵列包括第一多个像素和第二多个像素，基于CMOS的图像传感器阵列能够读出第一多个像素，而与第二多个像素的读出无关，基于CMOS的图像传感阵列的每个像素包括光敏区和绝光屏蔽数据存储区。基于CMOS的图像传感器阵列还包括全局电子快门控制电路，全局电子快门控制电路设置为生成曝光控制定时脉冲，曝光控制定时脉冲能够同时曝光基于CMOS的图像传感器阵列的大致上所有的整帧像素。基于CMOS的图像传感器阵列还包括光源，光源设置为根据照明控制定时脉冲照射目标，光源与集成电路电连接。在基于CMOS的图像读取器的操作中，照明控制定时脉冲与曝光控制定时脉冲的至少一部分交迭。在基于CMOS的图像读取器的一个实施例中，对目标照明包括过激励照明模块中的光源。在基于CMOS的读取器的另一实施例中，光源包括发光二极管。在基于CMOS的图像读取器的又一个实施例中，曝光控制定时脉冲的持续期比照明控制定时脉冲短。在基于CMOS的图像读取器的另一实施例中，照明控制定时脉冲的持续期比曝光控制定时脉冲短。在基于CMOS的图像读取器的又一个实施例中，曝光控制定时脉冲开始之前开始照明控制定时脉冲，并且曝光控制定时脉冲结束之前结束照明控制定时脉冲。在基于CMOS的图像读取器的另一实施例中，曝光控制定时脉冲的持续期小于3.7毫秒。在基于CMOS的图像读取器的再一个实施例中，目标包括符号体系。在一个此实施例中，符号体系是一维条形码。在另一个此实施例中，符号体系是二维条形码。在一个此实施例中，二维条形码是PDF417条形码。

另一方面，本发明的特征在于一种用于从条形码采集图像数据的条形码图像读取器。图像读取器包括具有至少一个二维图像传感器阵列的集成电路，二维图像传感器阵列包括多个有源像素，每个有源像素包括至少一个屏蔽数据存储区，二维图像传感器阵列可以应用传递函数(transfer function)，以将入射光强度转换为输出电压，传递函数包括具有第一斜率的第一区域和具有第二斜率的第二区域，当入射光强度高于指定水平，二维图像传感器阵列能够应用传递函数的第二区域，当入射光强度低于指定水平，二维图像传感器阵列能够应用传递函数的第一区域。条形码图像读取器还包括曝光定时控制电路，曝光定时控制电路设置为生成曝光控制定时脉冲，曝光定时控制脉冲能够同时曝光图像传感器阵列中的所有的或者大致上所有的像素以光转换入射辐射。在一个实施例中，曝光控制定时脉冲的持续期小于3.7毫秒。在另一实施例中，二维图像阵列传感器的动态范围大于65分贝。

再一方面，本发明的特征在于一种自动聚焦图像读取器的方法。该方法包括使用光学系统将由目标反射的光能引导到图像传感器上。该方法还包括在帧曝光期依次曝光图像传感器中的多行像素，帧曝光期定义为从多行中第一个曝光开始持续到多行中最后一个曝光结束的持续时间。该方法还包括从第一设置到第二设置步进地改变光学系统，第一设置为当位于到图像读取器第一距离处的物体的清晰图像形成在图像传感器上时的设置，第二设置为当位于到图像读取器第二距离处的物体的清晰图像形成在图像传感器上时的设置。该方法还包括从图像传感器中的多行像素读出多行图像数据，其中，在至少一部分帧曝光期，光学系统步进地改变光学系统。在一个实施例中，该方法还包括根据在图像传感器上形成的目标的清晰图像，分析多行图像数据，以为光学系统确定合适的设置。在另一实施例中，该方法还包括同时曝光图像传感器中的多行以生成目标图像。在该方法的一个实施例中，图像读取器中邻近行像素的曝光期互相交迭。在该方法的另一实施例中，目标包括符号体系。在一个此实施例中，符号体系是一维条形码。在另一个此实施例中，符号体系是二维条形码。

另一方面，本发明特征在于一种具有自动聚焦性能的图像读取器。图像读取器包括具有至少一个图像传感器阵列的集成电路。图像读取器还包括能够将目标的反射光引导到图像传感器阵列上的光学系统，光学系统具有多个焦距设置，第一焦距设置对应于位于到图像读取器第一距离处的物体形成在图像传感器上的清晰图像，第二焦距设置对应于位于到图像读取器第二距离处的物体形成在图像传感器上的清晰图像。图像读取器还包括卷帘式快门控制模块，卷帘式快门控制模块设置为依次曝光图像传感器阵列中的多行像素，以采集聚焦的图像数据。图像读取器还包括自动聚焦模块，自动聚焦模块设置为分析聚焦的图像数据，以确定目标的焦距设置，该目标的焦距设置对应于形成在图像传感器上的目标的清晰图像，其中，在卷帘式快门控制模块依次曝光多行像素的至少一部分的期间中，光学系统能够从第一焦距设置到第二焦距设置步进变化。在一个实施例中，图像读取器还包括全局电子快门控制模块，全局电子快门控制模块设置为一旦确定目标的焦距设置，则同时曝光图像传感器阵列中的多行像素，以采集帧图像数据。在图像读取器的进一步实施例中，卷帘式快门控制模块和全局电子快门控制模块集成在同一个集成电路上，该集成电路包含图像传感器阵列。在图像读取器的进一步实施例中，卷帘式快门控制模块和全局电子快门控制模块包含在一个图像阵列控制模块中。在图像读取器的另一实施例中，卷帘式控制模块能够使邻近行的像素的曝光期相互交迭。

另一方面，本发明的特征在于一种用于使环境光图像劣化减到最小的图像读取器。图像读取器包括具有至少一个图像传感器阵列的集成电路，图像传感器阵列提供一个适用于光强度判断的信号。图像读取器还包括卷帘式快门控制模块，卷帘式快门控制模块设置为依次曝光图像传感器阵列中的多行像素。图像读取器还包括全局电子快门控制模块，全局电子快门控制模块设置为同时曝光图像传感器阵列中的多行像素，其中，能够根据适用于光强度判断的信号，而选择卷帘式快门控制模块和全局电子快门控制模块中的一个，以控制图像传感器阵列。在图像读取器的一个实施例中，用于光强度判断的信号包括与图像读取器的光源强度有关的信号。在图像读取器的另一实施例中，适合光强度判断的信号可用于确定最小积分时间是否足够。在图像读取器的进一步的实施例中，适合光强度判断的信号用于判断当前环境状况的曝光时间(也称为积分时间)是否小于计算的最小积分时间。在图像读取器的另一实施例中，卷帘式快门控制模块和全局电子快门控制模块集成在在同一集成电路上，该集成电路包含图像传感器阵列。

另一方面，本发明的特征在于一种使图像读取器采集的图像数据退化减到最小的方法。该方法包括确定与环境光强度有关的至少一个参数，并且分析此参数。本方法还包括根据至少一个参数的分析，对图像读取器中的图像传感器阵列从全局电子快门控制模式到卷帘式快门控制模式的转换控制。在该方法的一个实施例中，该至少一个参数包括当前环境状况的曝光时间。在该方法的另一实施例中，该至少一个参数的分析包括计算当前环境状况的曝光时间与预定曝光时间的比率。在一个这样的实施例中，预定曝光时间是基于图像读取器的光源提供的照明。在该方法的另一实施例中，分析至少一个参数包括确定环境光强度与图像读取器的光源强度的比率是否超过预定阈值。

参考下述的描述和权利要求书，本发明前述的和其它的目的、方面、特征、以及有益效果将更加明显。

附图说明

参考下述的附图、权利要求书，将更容易理解本发明的目的和特征。附图不限制保护范围，而应该把重点放在对本发明的原理的描述上。在附图中，相同的标注用于指示各个不同视图中的相同部件。

图1A是根据本发明的原理构造的图像读取器的一个实施例的框图；

图1B是用于本发明的自动识别模块的示意性框图；

图1C是实现包括在不同数据表单类型之间自动识别的本发明原理的流程；

图2A示出了根据现有技术使用卷帘式快门机构的图像传感器的操作；

图2B是相对于图2A所示的用于现有技术卷帘式快门机构的时序图；

图3是由现有技术的图像传感器拍摄的图像；

图4A是与本发明一个具体实施例相应的电路框图；

图4B是与本发明另一具体实施例相应的电路框图；

图5A是根据本发明原理构造的图像读取器中的照明模块的一个实施例的框图；

图5B是根据本发明原理构造的图像读取器中的图像采集模块的一个实施例的框图；

图6是根据本发明原理构造的手持图像读取器的一个实施例的透视图；

图7是根据本发明原理构造的图像读取器的一个实施例的原理性框图；

图8A是应用于图7所示的图像读取器一个实施例的现有技术中图像传感器阵列一个实施例的部分示意图；

图8B和8C是应用于图7所示的图像读取器的一个实施例的现有技术的像素结构细节的剖视图；

图9是根据本发明原理用于采集图像数据的过程的一个实施例的流程图；

图10A、10B、10C以及10D是图9所示过程的各种实施例的时序图；

图10E示出了包括多个单独脉冲的照明控制定时脉冲；

图11是根据现有技术的图像传感器的部分原理图；

图12是图11所示的现有技术的图像传感器的时序图；

图13是根据本发明原理用于自动聚焦处理的一个实施例的流程图；

图14是根据本发明原理用于改变操作模式的处理的一个实施例的流程图；

图15A、15B、以及15C是根据本发明原理构造便携数据终端图像读取器的一个实施例的各种视图；

图16是图15A、15B、以及15C所示的便携数据终端图像读取器一个实施例的电路框图；

图17A示出了可应用于本发明的多个曲面检测图的一个实施例；

图17B示出了可应用于本发明的多个曲面检测图的另一实施例；

图18是可以在本发明的一个实施例中使用的直方图分析示意图；

图19A至图19D是根据本发明实施例的图像数据分隔处理的示意图；

图20是根据本发明原理构造的透镜驱动器的一个实施例的原理框图；

图21、22A、及22B是根据本发明实施例的聚焦程度检测过程的图表说明；

图23、24、25、26、以及27是根据本发明实施可以应用的各种聚焦过程的流程图；

图28A、28B、以及28C示出了图像传感器像素阵列，其中，阴影区表示当图像传感器阵列以窗口帧操作模式被操作时，可以被选择性地寻址并且被读出的多组位置上邻近的像素；

图29、30A、30B示出了可以用于本发明实施例的聚焦程度检测过程的图表；

图31和32示出了可以根据本发明的实施例实行的附加处理的流程图；

图33是根据本发明的成像模块的分解装配视图；

图34是图33中示出的成像模块的前视图；

图35是图33中示出的组装的成像模块的侧视图；

图36是带有条形码符号、其上具有投影的照明图和目标图、并且其上描绘有根据本发明图像读取器的整帧视域的底板，该底板投影出照明图和目标图；以及

图37是描述具有以不同波段发光的LED的本发明的各种实施例的图表。

发明的详细描述

本发明的特征为一种图像读取器和一种相应的捕捉目标的清晰而不失真的图像的方法。在一个实施例中，图像读取器包括：二维的基于CMOS的图像传感器阵列、定时模块、照明模块、以及控制模块，它们相互之间均为电连接。照明模块将光线照在诸如符号体系(例如一维或者二维条形码)的目标上，以便图像传感器阵列能够采集反射光并且进行处理。目标被照射的时间称作照明期。图像传感器阵列对图像的捕捉由定时模块驱动，在一个实施例中，定时模块能够同时曝光此阵列中所有的或者大致上所有的像素。传感器阵列中像素的同时曝光能够使图像读取器捕捉到非失真的图像。把共同地激活像素以将入射光光转换为电荷的时间定义为传感器阵列的曝光期。当曝光期结束时，将聚集电荷转移到屏蔽的存储区，直到数据被读出。在一个实施例中，曝光期和照明期由控制模块来控制。在一个此实施例中，控制模块使照明期间发生至少一段曝光期。通过在弱环境光的情况下充分缩短照明期或者曝光期，或者在强环境光的情况下充分缩短曝光期，本发明的图像读取器能够捕捉到大致上不模糊的图像。

参照图1A，示出了根据本发明构造的普通图像读取器100的框图。普通图像读取器包括下列模块中的一个或者多个：照明模块104、图像采集模块108、控制模块112、存储模块116、输入/输出模块120、激励模块124、用户反馈模块128、显示模块132、用户接口模块134、射频辨识(RFID)模块136、智能卡模块140、磁条卡模块144、解码模块150、自动识别模块152、和/或一个或者多个电源模块168、以及镜头驱动器模块165。在不同实施例中，这些模块中的每一个可以与一个或者多个其它模块相结合。在一个实施例中，图像读取器100包括具有基于整帧电子全局快门的图像传感器的条形码图像读取器，图像传感器能够同时曝光图像传感器中大致上所有的像素。在一个这样的实施例中，图像传感器是基于CMOS的图像传感器。在另一个这样的实施例中，图像传感器是基于CCD的图像传感器。

当接收由控制模块112传送的图像数据时，数据表单解码模块150(也可以为条形码符号数据表单解码模块)可以搜索用于标记的图像数据，诸如静止区，数据表单存在的指示，诸如一维或二维条形码。如果潜在的数据表单被定位，则数据表单解码模块150对图像数据应用一个或多个数据表单解码算法。如果解码尝试成功，则图像读取器通过I/O模块120输出经过解码的数据表单数据，并且发出读取成功的报警信号，比如通过用户接口模块134发出蜂鸣声。

图像读取器100还可以包括自动识别模块152。参考图1B，自动识别模块152可以包含数据表单解码模块150和图像处理和分析模块1208，数据表单解码模块150和图像处理和分析模块1208之间相互电连接。

如本实施例所示，图像处理和分析模块1208包括特征提取模块1212、通用分类模块1216、签名数据处理模块1218、OCR解码模块1222、以及图形分析模块1224，这些模块之间相互电连接。另外，如图1B所示，特征提取模块1212包括二元数据汇编模块1226、隔行疏化模块1228、以及卷积模块1230，这些模块之间相互电连接。

图1C示出了应用本发明一个实施例的过程1300，本发明的该实施例利用了图1B中示出的自动识别模块。过程1300包括图像读取器记录便动事件(例如当动作模块124检测到的扳机信号)(步骤1302)，以及作为响应，使用图像读取器100从目标采集图像数据(步骤1304)。图像数据的采集步骤与诸如过程300、过程400(该过程被使用两次，见图13、图23、图24)、过程600、过程800等相一致。采集之后，将图像数据传送到数据表单解码模块150(步骤1308)。数据表单解码模块搜索图像数据的标记，例如静止区，数据表单存在的指示，例如一维或二维条形码(步骤1310)。如果潜在的数据表单被确定，则数据表单解码模块150对随后的图像数据施加一个或多个数据表单解码算法(步骤1314)。如果解码尝试成功，则图像读取器100输出经过解码的数据表单数据(步骤1318)，并且使用例如蜂鸣声的报警发送读成功的信号(步骤1322)。

在一个实施例中，如果解码尝试失败，则将图像数据传送到图像处理和分析模块1208(步骤1326)。在另一实施例中，对图像数据的处理和对数据表单数据解码的尝试并行进行。在这样一个实施例中，首先完成的处理(例如，数据表单解码尝试或者图像处理)输出它的数据(例如，经过解码的条形码或者捕捉的特征)，并且结束另一个并行处理。在进一步的实施例中，根据数据表单的解码而处理图像数据。在这样一个实施例中，应该捕捉条形码代码化的项目信息，诸如运送标号号码和指示特征标记的信息。

在图像处理和分析模块1208中，图像数据由特征提取模块1212来处理。通常，特征提取模块生成表示图像数据特征的数字输出。如上所示，图像数据特征指的是图像数据中包含的数据类型特征。特征的通常类型包括一维或者二维条形码特征、标记特征、图形特征、打印文本特征、手写文本特征、图画或者图像特征、以及照片特征等等。在任何种类特征中，有时特征的子种类能够被识别。

作为特征提取模块1212处理图像数据的一部分，图像数据由二元数据汇编模块1226处理(步骤1328)。二元数据汇编模块1226根据局部阈值和目标图像大小标准化，将灰度等级图像二元数据汇编为二进制图像。随着图像数据被二元数据汇编，图像数据由隔行疏化模块1228处理，以将多像素粗线段简化为单像素粗线(步骤1332)。随着被二元数据隔行疏化图像数据，图像数据由卷积模块1230处理(步骤1336)。

通常，卷积模块1230使用根据本发明设计的一个或者多个检测图，对处理过的图像数据进行卷积，以识别各种图像数据中的特征。在一个实施例中，卷积模块1230为每个卷积的检测图生成一对数字，即平均数、以及方差(或标准差)。图17A示出了一组12个2x3二元曲线波检测图1250，用于检测图像数据中存在的曲线元素。由于每个曲线波检测图1250与图像数据卷积，生成的平均值和方差提供了具有与卷积检测图1250相似形状的二元汇编的隔行疏化图像数据中的元素的密度或者存在的指示。由于每个像素图生成一对数字，12个曲线波检测图1250一共生成24个数字。根据一个实施例，这些24个数字代表处理过的图像数据的曲线或者标记特征。

图像数据的进一步处理包括特征提取模块1212的输出进入通用分类模块1216(步骤1340)。通用分类模块1216使用特征提取模块生成的数字作为到神经网络、均方误差分类器等的输入。使用这些工具将这些图像数据分到通用分类中。在使用神经网络的实施例中，不同神经网络结构与本发明一致，以完成不同的操作优化和特性。在使用神经网络的一个实施例中，通用分类模块1212包括24+12+6+1＝43个节点前馈、后传播多层神经网络。输入层具有24个节点，用于由使用12个曲线波检测图1250的卷积模块1230生成的平均数和方差输出。在这个实施例的神经网络中，包括具有12个节点的隐蔽层和具有6个节点的隐蔽层。此处还具有一个输出节点，以报告标记特征存在与否。

在使用神经网络的另一实施例中，卷积模块1230使用了图17B示出的20个曲线波检测图1260。如图所示，20个曲线波检测图1260包括图17A中最初的12个曲线波检测图1250。另外8个像素图1260用于提供关于标记特征的方向信息。在使用20个曲线波检测图1260的一个实施例中，通用分类模块216是具有40+40+20+9＝109个节点前馈、反向传播多层神经网络。输入层具有40个节点，用于由使用20个曲线波检测图1260的卷积模块1230生成的20对平均数和方差输入。在这个实施例的神经网络中，分别具有40个节点和20个节点的两个隐蔽层，一个输出节点用于报告标记特征存在与否，并且8个输出节点报告标记特征的方向角度。8个输出节点提供2⁸＝256种可能的方位状态。因此，方向角度设定在0至360的角度之间，以1.4角度增加。

在一些实施例中，通用分类模块1216能够将数据分类到种类的扩展集合中。例如，在一些实施例中，通用分类模块1216确定图像数据是否包括不同的数据类型，例如签名、数据表单、手写文本、打印文本、机器可读文本、OCR数据、图形、图片、图像、表格(例如，运输货单、提货单、身份证等)、指纹，生物测定(例如指纹、人脸图像、视网膜扫描等)、和/或其它类型的标识符。在进一步的实施例中，通用分类模块1216确定图像数据是否包括这些数据类型的各种组合。在一些实施例中，通用分类模块1216确定图像数据是否包括特定的数据类型。在一个此实施例中，图像处理和分析模块1208包含在识别模块中，识别模块根据图像数据中是否存在特定数据类型(例如签名或者生物测定)，而输出肯定或者否定回答。

在一个实施例中，一旦确认了标记特征存在，并且确定了它的大体方位，则将图像数据传送到标记特征数据处理模块1218(步骤1334)。在一个实施例中，标记特征数据处理模块1218用于检测图像数据中签名的边界。在一个实施例中，使用直方图分析来检测签名的边界。如图18所示，直方图分析包括一系列沿着相对于标记特征方向定义的垂直方向和水平方向的一维切片。在一个实施例中，每个一维切片的值与沿着像素切片的黑像素的数量(即，0值)对应。在一些实施例中，如果条形码没有被解码，则捕捉整帧图像数据的一些指定区(例如中心区)，以用于签名分析。一旦完成，直方图分析提供图像数据中数据元素像素的密度的二维图。签名边界相对于最小密度确定，一定数量的连续切片必须达到这个最小密度。在一个实施例中，直方图分析沿着垂直和水平方向在内部搜索，直到像素密度升高到大于预定的截至阈值。由于通常使用低截至阈值，使得标记特征数据不会因疏忽而被裁剪。

在一个实施例中，一旦确定了标记特征的边界，则标记特征数据处理模块1218裁剪图像数据并且提取标记特征图像数据。在一个此实施例中，由图像修改模块进行裁剪，并且图像修改模块生成修改后的图像数据，修改后的图像数据中不包括标记特征的图像数据的部分已经被删除。在其它实施例中，应用各种压缩技术以减少标记特征图像数据的存储需求。一个此技术包括通过行程长度解码标记特征图像数据。根据此技术，用于每个扫描线的相似二元数据汇编值的每个行程长度(即，1或者0的每个行程长度)作为重建位图的手段而记录。另一个解码技术将标记特征图像数据作为数据结构，其中，数据结构的元素包括矢量。根据这个解码技术，标记特征分解为矢量集。每个矢量的位置与每个矢量的长度和方向结合，用于重建原始标记特征。在一个此实施例中，只要连续像素行程的曲率超过指定值，则解码处理生成新矢量。进一步的压缩技术应用B-样条曲线拟合。这个技术能够严格地调节曲率和尺度转换问题。

在各种实施例中，标记特征图像数据或者压缩或解码版本的标记特征图像数据存储在本地的专用存储器设备上。在一个此实施例中，本地存储设备可以是以下详细描述的例如CF存储卡等可间隔分离的存储设备。在另一实施例中，标记特征图像数据存储在通用存储器的挥发或者不挥发的部分，并且在将来下载。在进一步的实施例中，在捕捉的时候或者以后时间点(例如，当完成数据采集话路时)，能够通过有线或者无线手段发射标记特征图像数据。

在另一实施例中，一旦确定了标记特征的存在，标记特征数据处理模块218不执行直方图分析，而只在存储器中存储完整图像或者压缩版本的图像。在另一实施例中，为了节省处理时间，在较低分辨率的图像上进行初始图像分析。在这个实施例中，一旦确定标记特征的存在，将拍摄更高分辨率的图像。在一个此实施例中，在这个图像上执行标记特征提取直方图分析。接下来，将图像以压缩或者原始格式存储在存储器上。在一些实施例中，图像数据与其它数据结合以形成特定项目(例如，包裹信封或运输信封)的记录。如上所述，图像读取器100能够采集一些附加数据，并且与标记特征数据一起存储或者从标记特征数据中间隔分离出来，附加数据包括但是不限于数据表单数据、手写文本数据、打字文本数据、图形数据、图像或者图片数据等。

作为操作的一部分，图像处理和分析模块1208能够设计为执行不同数据类型的特定任务。例如，如果通用分类模块1216判断出图像数据包括打字或者机器可读文本，则图像数据能够被采集，或者被直方图分析，并且存储，或者可选地，图像数据能够被传送给OCR解码模块1222。类似地，如果通用分类模块1216判断出图像数据包括图形元素，则图像数据能够被传送给图形分析模块1224进行处理。在一个实施例中，图形分析模块1224设置为识别和解码预定图像。在一个此实施例中，图形分析可以包括确定选择了运输标签上的文件帐单和安装指示中的哪一个框(如果有的话)。在进一步的实施例中，图形分析可以包括定位和解码运输标签上的邮政编码框中的打字或者手写的文本。在可选的实施例中，图像读取器100可以设置为，在激活特征提取模块1212之前，自动尝试除了数据表单解码之外的解码操作，例如OCR解码或图形解码。

在另一实施例中，图像处理和分析模块1208将图像数据分为多个区域，然后对每个区域进行特征提取和一般分类分析。在图19A所示的一个实施例中，标准矩形图像数据窗口分为四个相等尺寸的子矩形。在图19B所示的另一实施例中，分隔包括交迭区域，以使分隔区域的整个面积大于图像数据的整个场。图8B中有7个所示的交迭区域，在每个交迭区域的中心示出了每个标号。在图19C和19D示出的进一步的实施例中，分隔包括在图像数据中的整个场内的采样区域(如交叉影线所示)。在另一实施例中，采样区域能够基于预加载的用户模板，例如用户模板可以识别诸如运输标签中的感兴趣区(例如，在诸如运输标签中的标记特征区、和/或条形码区)。

在一个实施例中，分隔过程用于识别图像数据中标记特征的位置，图像数据可以包括例如数据表单的附加元素，数据表单包括条形码数据表单、文本、图形、图像等。在一个此实施例中，通用分类模块1216对分隔的图像数据的每个区域的内容分类。然后由标记特征数据处理模块1218提取包含标记特征的区域。在一个实施例中，如果指示多个区域包含标记特征数据，则标记特征数据处理模块1218分析这些区域的排列以识别最可能包含图形数据的区域。在进一步的实施例中，当指示多个区域包含标记特征数据时，则图像处理和分析模块建立反馈环，在这里生成另外的分隔区域并且进行分析，直到包含标记特征数据的一个单分隔区域被定位。

申请号为10/958,779、申请日为2004年10月5日、主题为“在签名和条形码之间自动识别的系统和方法”(“System And Method To AutomaticallyDiscriminate Between A Signature And A Bar code”)的美国专利中描述了图像读取器100可以执行的另外的图像处理操作，其全部内容结合于此作为参考。

参考参考图1A和图5A中指示的图像读取器100的附加部件，照明模块可以包括光源160、照明控制模块164、照明电源模块168a、以及接口模块172。在各种实施例中，光源160可以包括白色或者彩色的LED，例如660nm照明LED、红外线LED、紫外线LED、激光、卤光灯、弧光灯、或白炽光灯，它们能够在给定的图像读取器功率约束和图像传感器曝光/灵敏度需求下，产生足够的光强度。在许多实施例中，由于LED的高效运行使得功率消耗相对低，所以选择LED作为光源。照明控制模块164控制照明模块104的操作，并且可以包括定时和光源激活和解除激活的电路。照明电源模块168a提供必要的能量以驱动光源160，它可以包括电池、电容、电感、变压器、半导体、集成电路等。在可选的实施例中，照明电源模块168a的一些或者所有元素位于照明模块的外部。具有一个普通电源的图像读取器100是一个此实施例。接口模块172用于与图像读取器100中需要同步操作的其它模块通信。这个可以包括，例如，上述的照明期和曝光期的调节。

参考图33至图36的外观图，示出和描述了根据本发明的一个实施例的照明模块104和图像采集模块108的各种部件。如图15A至15C的实施例，本发明的图像读取器100可以包括例如成像模块1802的成像模块。如图33至图35中示出的成像模块1802结合了此处参考的IT400成像模块的一些特性和附加的特性。成像模块1802包括安装有光源160a、160b的第一电路板1804，第二电路板1806安装有光源160c、160d、160e、160)f、160g、160h、160i、160j、160k、1601、160m、160n、160o、160p、160q、160r、160s、以及160t(下文中简称为160c至160t)。第一电路板1804还安装有图像传感阵列182。成像模块1802还包括具有透镜座1812的支撑组件1810，支撑组件1810支撑着安装有成像镜头212的透镜镜筒1814。光源160a、160b对焦照明光源，而光源160c至160t是照明光源。参考图36，底板安装有例如条形码符号1835的可解码标记，照明光源160c至160t将二维照明图案1830投影到底板上，而对焦照明光源160a、160b投影为对焦图案1838。在结合图33至图36示出和描述的实施例中，对焦照明光源160a、160b的光由陕缝(slit apertures)1840结合透镜1842成形，透镜将狭缝1840成像到底板上以形成对焦图像1838，在图33至36中的实施例中，对焦图像1838是线式图案1838。照明图案1830大致上对应由框1850指定的图像读取器100的整帧视野。对焦图案1838是在图像读取器100的视野中心水平延伸的线形。当同时操作所有的照明光源160c至160t时，可以投影为照明图案1830。当同时给光源160c至160t的子集通电时，也可以投影为照明图案1830。当光源160c至160t中只有一个通电时，例如LED 160s或160t，也可以投影为照明图案1830。成像模块1802的LED 160s和160t的投影角度比LED 160c至160t的投影角度宽。

如图5B所示，在一个实施例中的图像采集模块108包括光学模块178、传感器阵列模块182、以及传感器阵列控制模块186，这些模块相互之间电连接。光学模块178包括用于引导和聚焦反射辐射的成像透镜或其它光学元件。在一些实施例中，光学模块178包括辅助电路和处理能力，它们可以用作自动确定成像物体合适焦距的一部分。

(85)传感器阵列控制模块186包括全局电子快门控制模块190、行和列寻址和解码模块194、以及读取模块198，其中每一个模块与传感器阵列控制模块186中的一个或多个其它模块电连接。在一个实施例中，传感器阵列模块182包括具有基于CMOS的二维图形传感器阵列182的集成电路芯片1082(如图4A所示)的部件。在各种实施例中，例如模-数转换等的辅助电路能够从图像传感器阵列间隔分离出来或者集成在与图像传感器阵列一样的芯片上。在可选的实施例中，传感器阵列模块182可以包括能够同时曝光存储整帧图像数据的CCD传感器阵列。如上面一个实施例所述，全局电子快门控制模块190能够全部并且同时曝光图像传感器阵列中所有的或者大致上所有的像素。在一个实施例中，全局电子快门控制模块190包括定时模块。行和列寻址和解码模块194用于为各种操作(例如，采集激活、电子快门数据存储和数据读取)选择特定像素。读取模块198组织和处理从传感器阵列读取数据。在一些实施例中，传感器阵列控制模块186进一步包括卷帘式控制模块202，卷帘式控制模块202能够依次曝光和读出图像传感器阵列中的像素行。

参考图4A，描述图像读取器100的特别实施例。在图4A的实施例中。具有二维像素阵列250的图像传感器阵列182、182a结合到CMOS集成电路(IC)芯片1082、1082a上。如下文中参考图8A所述，图像传感器阵列182a是适合在全局快门操作模式下操作的CMOS图像传感器阵列。CMOS图像传感器阵列182a的每个像素250具有片上像素放大器254(如图8A所示)和片上光屏蔽存储区286(如图8B、8C所示)。如图8A所示，图像传感器阵列182a还可以具有二维电连接栅格262，电互连栅格262与像素250电连接。图像传感器阵列182a还可以具有芯片上的行电路296和列电路270。行电路296和列电路270可以使能一个或者多个各种处理和操作任务(例如，寻址像素、解码信号、信号的放大、模-数信号转换、施加定时、读取和复位信号等)。参考CMOS图像传感器IC芯片182a的另一方面，在与像素250相同的芯片上，CMOS图形传感器IC芯片182a包括：行电路296、列电路270、包括像素放大器255的处理和控制电路254、光屏蔽存储区258、互线262、增益电路1084、模-数转换电路1086、以及线驱动电路1090，CMOS图形传感器IC芯片182a生成指示阵列的每个像素250上的入射光的多位(例如8位、10位)信号，输出出现在芯片1082a的一组输出管脚上。参考图像传感器IC芯片1082a的另外的片上元件，CMOS图像传感器IC芯片1082a包括定时/控制电路1092，定时/控制电路1092可以包括此类部件作为偏压电路、时钟/定时生成电路、以及振荡器等。定时/控制电路1092可以形成与图5B有关的传感器阵列控制模块108的一部分。

参考图4A的图像读取器100的另一方面，图像读取器100包括主处理器IC芯片548，存储模块116、照明模块104、以及激动模块124。主处理器IC芯片548可以是具有集成帧接收器549和中央处理单元(CPU)的多功能IC芯片。具有集成帧接收器的处理器IC芯片548可以是例如具有“快速捕捉相机接口”的XSCALE PXA27X(INTEL供应)处理器IC芯片。图像读取器100进一步包括激活模块124，激活模块124产生用于使条形码解码处理开始的触发信号。激活模块124可以包括手动激活触发器216。图像读取器100进一步包括成像透镜212和存储模块116，存储模块116包括诸如RAM、EPROM、闪存等存储设备。存储模块116通过系统总线584与处理器IC芯片548通信。处理器IC芯片548可以被编程或者设置为，以执行参考图1描述的模块104、108、112、120、124、128、132、134、136、140、144、150、152、168、165需要的不同功能。在图4A的实施例中，数据解码模块150和自动识别模块152的功能由处理器IC芯片548执行，处理器IC芯片548根据存储在存储模块116中的特定软件进行操作。因此，处理器IC芯片548和存储模块116的结合在图4A的实施例中标示为150、152。

参考图4B，示出了具有CCD图像传感器芯片1082、1082b的图像读取器100的实施例。CCD图像传感器IC芯片1082b包括像素250的面积阵列、寄存器1094、以及输出放大器1096，它们结合在芯片1082b上。输出寄存器1094和辅助电路依次将与每个像素有关的电荷转换为电压，并且将像素图像信号发送到芯片1082b外部的部件。当开始读出图像数据时，将像素250的第一行上的电荷依次传送给输出寄存器1094。输出寄存器1094依次将电荷注入放大器1096，放大器1096将像素电荷转换为电压，并且对图像处理电路1070施加信号。当电荷从第一行像素传送到输出寄存器1094时，下一行的电荷下移一行，这样，当第一行电荷已经被转换为电压的时候，输出寄存器1094接收第二行像素的电荷。继续处理直到读出相应于图像传感器阵列182b的所有行的像素的图像数据。图像读取器100还包括芯片1082b外部的图像信号处理电路1070。图像信号处理电路1070包括例如增益电路1072、模-数转换器1074、以及线驱动器1076等的元件。电路1070的定时和控制电路1078可以包括诸如偏压发生器、振荡器、时钟、以及定时发生器等的元件。增益电路1072可以包括实现诸如相关双采样的附加功能以减少像素偏移和噪声的影响。图4A示出了图像读取器100的附加部件。图像信号处理电路1070可以包括在图像传感器IC芯片1082b外的集成电路芯片(IC芯片)中。

在一个实施例中，IMAGETEAM^TMarea(2D)成像引擎中的任何一个能够提供根据本发明原理构造的图像采集模块108和照明模块104的部件，例如根据本发明的原理构造的4000OEM 2D成像引擎，由位于700Visions Drive，P.O.Box208，Skaneateles Falls，NY的Hand Held Products，Inc.提供。(90)参考图6，示出了根据本发明的一个实施例构造的手持图像读取器100a的透视图。手持图像读取器100a包括壳体208、多个光源160、透镜212、触发器216、以及接口电缆200。在各种实施例中，图像读取器100a的功能可以由area(2D)IMAGETEAM^TM图像读取器的任何一个提供，诸如模型4410、4600、或4800(Hand Held Products，Inc供应)，并且可以根据本发明构造。结合图1A描述的所有模块104、108、112、116、120、124、128、132、134、136、140、144、150、152、165、以及168可以结合为一体，并且可以由手持壳体208或者图15A中示出的可选壳体506支撑，这样，壳体208或壳体506封装并且支撑各种模块。同样地，图4A、图4B以及图16中示出的所有部件可以结合为一体，并且由壳体208或者壳体506支撑，这样，壳体208或壳体506封装并且支撑各种部件。透镜212可以包括玻璃和/或聚碳酸酯。透镜212可以为单透镜，或者包括多个透镜部件，即，透镜212可以为成对透镜，三个透镜等。

参考图7，示出了结合图像读取器100的原理性框图的剖面示意图。图像读取器100包括光源160、照明控制模块164、电源模块168b、以及接口模块172，这些模块相互电连接。光源160将光能162直接照射到包括符号体系170的目标166。目标166的反射辐射174由透镜212聚焦到图像传感器阵列182上，图像传感器阵列182与传感器阵列控制模块186和电源模块168b电连接。在一个实施例中，图像传感器阵列182是基于CMOS的图像传感器阵列。在另一实施例中，图像传感器阵列182是基于CCD的图像传感器阵列。传感器阵列控制模块186与存储模块116电连接，控制模块112，与电源模块168b和接口模块172电连接。通常，光学窗口(未示出)放置在扫描器的前面，以减少单元损害的可能性。

参考图8A，更详细地示出了基于CMOS的图像传感器阵列182a的局部图。图像传感器阵列182a包括像素250的二维阵列。每个像素包括光敏区252和处理和控制电路254，处理和控制电路254包括放大器255以及屏蔽存储区258(为了描述清楚，只提供了与单像素有关的标号252、254、255、258)。放大器255的存在意味着CMOS图像阵列182a被视为有源像素阵列，即，CMOS图像阵列182a的每个像素能够放大入射光能经过光转换而生成的信号。电荷-电压的转换电路使CMOS图像阵列182a将聚集的电荷转换为输出信号。屏蔽存储区258存储采集的像素值，直到读出像素值，使得在定义的曝光期，碰撞在CMOS图像阵列182a上的另外的入射辐射不破坏读取的值。除了像素放大器255之外，每个像素250的处理和控制模块254可以包括其它元件中的复位和选择晶体管。

在一个实施例中，通过在处理和控制电路254中提供另外的消息而扩展基于CMOS的图像传感器阵列182a的动态范围。特别地，扩张处理电路以具有动态改变入射辐射输入强度与输出电压之间的转换因数的性能。即，处理电路应用具有多斜率的传递曲线。具有多斜率的传递曲线的具体形式能够采取各种形式，包括一系列在拐点连接的线性关系，与高强度的对数传递曲线连接的低强度的线性部分，或者在低强度处具有陡峭斜率和在更高强度处具有更高斜率的任意形状的完全连续曲线。

在多斜率的实施例中，由于每个单独像素能够根据其上的入射辐射的强度独立采用传递曲线的不同部分，基于CMOS的图像传感器182a的动态范围明显扩大。在操作中，接收较少入射辐射的基于CMOS的图像传感器182a的区域相应于较高的灵敏度而采用陡峭转换斜率，并且，接收较多的区域相应于较低的灵敏度而采用平缓转换斜率。使用多斜率传递函数，基于CMOS的图像传感器182a能实现65至120dB的动态范围。来自比利时FillFactory NV，Schalienhoevedreef 20B，B-2800 Mechelen、题为“双斜率动态范围扩展”(“Dual Slope Dynamic Range Expansion”)的技术文档中更详细地描述了具有多斜率的传递曲线的图像传感器的操作。此文档可以在Fill Factory(www.fillfactory.com)中HTTp://www.fillfactory.com/htm/technology/htm/dual_slope.htm下载，其全部内容结合于此。在来自瑞士Photonfocus AG，Bahnhofplatz 10，CH-8853 Lachen、题为“LinLogTechnology”的技术文档中更加详细地描述了具有对数斜率的传递曲线的图像传感器的操作。此文档能够从Photonfocus(www.photonfocus.com)中http://www.photonfocus.com/html/eng/cmos/linlog.php下载，其全部内容结合于此。

图8A中覆盖像素250的是电互连262的二维栅格，电互连262与像素250、行电路296(也在图4A中)、以及列电路270电连接。行电路296和列电路270使能一个或者多个处理和操作任务，例如寻址像素、解码信号、信号放大、模-数信号转换、施加定时、读出和复位信号等。使用芯片上的行电路296和列电路270，可以对基于CMOS的图像传感器阵列182a进行操作，以在X-Y坐标系中选择性地寻址，并且从单独像素中读出数据。也可以以图像读取器100的适当编程方式对基于CMOS的图像传感器阵列182a进行操作，以选择性地对整帧像素的部分寻址和读出。例如，在这些实施例中，读出的像素部分能够将期望像素区外的非期望像素排除在外。被读像素部分还能够代表区域中的像素采样，这样感兴趣区中的单独像素，像素行、像素列不被读出。结合图28A、28B、28C详细描述窗口帧操作模式中的图像读取器100的进一步细节，其中，图像读取器100从少于图像传感器阵列182的所有像素中选择性地寻址并且读出图像数据。通常，图像读取器100能够被编程或设置为从基于CMOS的图形传感器阵列182a中选择性的寻址、并且读出来自阵列中第一多个像素的图像数据，而与选择性地寻址并且读出阵列中的第二多个像素无关。

在一个实施例中，像素结构可以如授予Eastman Kodak公司的申请号为5,986,297的美国专利中描述的那样。该专利题为“具有电子快门高光溢出保护和低串影的彩色有源像素传感器”(Color Active Pixel Sensor withElectronic Shuttering，Anti-blooming and Low Cross-talk)。特别地，在第3列第35行到第55行和第5列第25行到第55行中，此申请描述了申请附图1A、2A(在此复制为图8B、图8C)中示出的像素结构的有关区域的横截面。本公开指出了图8B中的像素包括光敏二极管270，光敏二极管270具有垂直溢漏274、中转门276、浮置扩散280、复位门282、复位漏284、以及光屏蔽286。光屏蔽光圈288、彩色滤光片290、以及微透镜292。微透镜292放置在光电检测器上，这样，光穿过彩色滤光片290后，通过微透镜292将光聚焦到光屏蔽光圈288中。因此，进入光敏二极管270的光具有在由彩色滤光片290确定的预定带宽内的波长。此专利描述了图8C示出的第二像素结构，第二像素结构在很多方面与图8B中的实施例相似，除了图8C中有两个传输门294、296，以及存储区298。在两个情况下，通过使用绝光层或重叠层有效地覆盖除了光电检测器(在该情况下，是光电二极管270)的所有区域来构造光屏蔽，以使入射光只指向光电二极管区。光屏蔽区中的光圈的产生抑制了像素之间的串影，光屏蔽区将光电子的产生限制在光检测器区域。图8C中，浮置扩散的标识为281，复位门的标识为283，复位漏的标识为285。在一些实施例中，应用申请号为5,986,297的美国专利中描述的像素结构，可以省略彩色滤光片290，在其它实施例中，可以省略微透镜292。

参考图9、10A、10B、10C、10D，描述使用图像读取器100从目标采集图像数据的过程300。在各种实施例中，目标可以包含例如一维或者二维条形码的符号体系。步骤302中，根据例如压下触发器216或者检测到图像读取器100视野中物体的存在，激活模块124启动过程300。在一个实施例中，根据过程300，控制模块112可以接收响应于压下触发器216或者检测到物体的信号，并且响应地给各种模块(例如，照明模块104和图像采集模块108)发出信号。过程300包括激活照明源以使用照明光162照射目标(步骤304)。在一个实施例中，响应于照明控制定时模块350而激活照明源。在照明控制定时脉冲350的持续时间内，由激活的照明源对目标进行照明。在一个实施例中，照明源是光源160，而照明控制定时脉冲350由照明模块104中的照明控制模块164生成。过程300还包括激活全局电子快门以同时曝光图像传感器阵列中多行的多个像素，从而将入射辐射光转换为电荷(步骤312)。响应于曝光控制定时脉冲354，而同时激活多个像素。在一个实施例中，响应于曝光控制定时脉冲354的开始部分360，而同时激活多个像素。在进一步的实施例中，曝光控制定时脉冲354由传感器阵列控制模块186的全局电子快门控制模块190(图5B)生成。

在一个最小化变换的图像失真的采集目标图像的实施例中，通过过激励诸如LED的照明源来照射目标，以生成比标准操作明亮几倍的照明。参考本发明的例子，其中，图像读取器100包括成像模块1802(如图33至35所示)、LED160c至160t(即，160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160j、160k、160l、160m、160n、160o、160p、160q、160r、160s、以及160t)，在此处描述的照明定时脉冲350或者脉冲350′、350″、350′″中任何一个的整个持续时间内，每个LED具有40mA的标准推荐的最大DC操作电流消耗率(100％的LED电流)，但是可以被过激励而消耗例如大于60mA(150％的电流)或80mA(200％的电流)。LED 160c至160t具有40mA的标准推荐的最大DC操作电流消耗率，也可以在此处描述的定时脉冲350或者脉冲350′、350″、350″′中的任何一个的整个持续时间被过激励以消耗大于例如120mA(300％的电流)、160mA(400％的电流)、200mA(500％的电流)、500mA(1,250％的电流)。示出了作为DC驱动电流脉冲的照明定时脉冲350、350′、350″、350′″。然而，根据图10E所示的本发明，脉冲350、350′、350″、350′″也可以是经过调制的脉冲或者“被选通”的脉冲，这样，脉冲350、350′、350″、350′″包括用于驱动LED 160的一系列短持续时间的单独脉冲。用脉冲驱动信号取代DC驱动信号减少了LED的输出占空比，并且因此减少了LED中消耗的功率。由于在很多情况中，LED的工作寿命由LED结构的最大结温确定，而减少的功率消耗减少了结温。有效效应是指能够容忍的较高的峰值电流而不超过LED结构的最大操作结温极限。通常，减少的LED 160的输出占空比提高了可以被LED安全驱动的电流量。在此次描述的“滤波”或“脉冲调制”的照明控制脉冲的选通脉冲率可以例如为1,000Hz到10,000Hz。根据这个实施例，与全局电子快门结合的被过激励的照明源允许短曝光期。即，明亮的照明允许为每个像素使用短积分时间，并且全局电子快门允许图像传感器中所有像素同时感光。由于被明亮地照射的目标的短曝光期，即使当目标相对于图像读取器移动时，本发明的图像读取器能够采集清晰的非失真图像。在一个实施例中，曝光期少于3.7毫秒。在一个实施例中，其中，过激励光源，并且使用不同颜色的光源。例如，在一个此实施例中，图像读取器包括白和红的LED、红和绿的LED、白、红以及绿的LED、或者响应于例如图像读取器最普通的成像符号的颜色的一些其它选择组合。在这个实施例中，不同颜色的LED的每个根据总功率预算在一定水平被可选地脉冲调制。在另一个此实施例中，两个彩色LED每次都被脉冲调制，但是每个在相对低的功率被脉冲调制，这样，仍然保持了总功率预算。在进一步的实施例中，红、绿、蓝LED能够被隔行扫描以仿真白光。

参考图37描述图像读取器100的成像模块1802的各种实施例。成像模块1802的LED 160可以分为如图37所示的组。图像读取器100能够被设置为每组LED以一定的发射波段发光。在图37的表中描述的实施例8中，图像读取器100设置为对焦LED 160a、160b发绿光，以及所有的照明LED 160c到160t发红光。图37的表中描述了其它实施例。图像读取器100可以设置为对不同组的光源同时加电(例如对组1、组2、组3、组4同时加电)或由照明定时控制脉冲350、350′、350″、350″′依次加电(例如，组1，然后组2，然后组3，然后组4)。

仍然参考图9、图10A、图10B、图10C、以及图10D，过程300还包括处理处理经过光转化而生成的电荷以产生图像数据(步骤316)。如上所述，处理可以包括，例如，放大入射辐射生成的数据。处理还包括在多个像中的每个的屏蔽部分存储生成的图像数据值。过程300还包括从多个像素读出并且处理存储的图像数据值(步骤320)。如上所述，处理可以包括放大入射辐射生成的数据，并且将生成的数据转换为数字信号。处理还可以包括在图像传感器阵列模块182的多个像素上存储相应于入射光的一组数字信号值作为帧图像数据(步骤320)。步骤320中的图像读取器100可以在存储模块116中存储包括多个N比特(灰度)像素值的帧图像数据，每个像素值代表到多个像素中一个上的入射光。在一个实施例中，由读出定时控制脉冲368控制多个像素的读出，读出定时控制脉冲368由传感器阵列控制模块186的读出模块198生成。在一个实施例中，读出定时控制脉冲368包括传输到多个像素中每个的多个脉冲。在一个实施例中，在曝光控制定时脉冲354期间，发生照明控制定时脉冲350的至少一部分。在一个此实施例中，由控制模块112协调包括具有全局电子快门控制模块190的传感器阵列控制模块186的图像采集模块104的操作与具有照明控制模块164的照明模块104的操作，以实现照明350和曝光354控制定时脉冲中的交迭。

在图10A所示的一个实施例中，曝光控制定时脉冲354在照明控制定时脉冲350之后开始，并且在照明控制定时脉冲350之前结束。读出控制定时脉冲368在照明控制定时脉冲350完结时开始。在图10B所示的另一实施例中，照明控制定时脉冲350′在曝光控制定时脉冲354’之后开始，并且在曝光控制定时脉冲354’之前结束。在这个实施例中，读出控制定时脉冲368′在曝光控制定时脉冲354′完结时开始。在进一步实施例中，当曝光控制定时脉冲和照明控制定时脉冲依次发生时，它们相互交迭。在图10C所示的此实施例中，这个连续操作可以包括开始照明控制定时脉冲350″、开始曝光控制定时脉冲354″、结束照明控制定时信号脉冲350″，以及后来结束曝光控制定时脉冲354″。在这个实施例中，在曝光控制定时脉冲354″结束时，开始读出控制定时脉冲368″。在图10D所示的进一步此实施例中，依次的操作可以包括开始曝光控制定时脉冲354′″、开始照明控制定时脉冲350′″、结束曝光控制定时脉冲354′″、以及后来结束照明控制定时信号脉冲350′″。在这个实施例中，当照明控制定时信号脉冲350′″完结时，开始读出控制定时脉冲368′″。如结合图10E所示，此处所述的每个照明控制定时脉冲350、350′、350″、350′″可以包括多个短持续时间的单独脉冲。

仍然参考成像模块1802，具有成像模块1802的图像读取器100可以有这种操作模式，在这种操作模式下，在曝光控制定时脉冲354、354′、354″、或354′″内，对焦LED 160a、160b控制为关闭或者断电，从而LED 160a、160b的光不影响被采集并且传送到解码模块150或者自动识别模块152的图像。在另一实施例中，在曝光控制定时脉冲354，354′，354″，or 354′″期间，除了照明LED160c到160t外，对焦照明LED 160a、160b被控制为加电。在曝光控制定时脉冲354、354′、354″、或354′″期间，对焦照明LED 160c到160t的控制为加电，因此提高了相应于其上投射有对焦图案1838的底板区的图像数据的信号强度。

参考过程300(图9)，图像读取器100可以设置为在步骤304中照明控制脉冲350、350′、350″、或350′″给对焦LED 160a、160b中的至少一个和照明LED 160c到160t中的至少一个同时加电，以提高到底板、尤其是其上同时投射有照明图案1830和对焦图案1838的底板区域的照明强度。解码模块150或自动识别模块152执行的解码处理，可以包括相应于图案1838的图像数据(即，相应于其上成像有图案1838的像素阵列的图像数据)被选择地经过解码处理，解码处理例如是对取景器图案的定位处理、线性条形码符号解码尝试、或静止区定位处理。其中，依照曝光期采集图像。其中，对焦LED 160a、160b和照明LED 160c到160t被同时加电。例如，为了对取景器图案定位、解码线性条形码符号、或者定位静止区(此处，依照曝光期采集图像，其中，对焦LED 160a、160b中的至少一个和照明LED 160c到160t中的至少一个被同时加电)，随着对焦图案1838在视野水平地延伸，处理采集的整帧图像的解码模块150可以选择性地分析相应于图像传感器182的中心行图像数据(即，相应于图28a中所示的行2802的图像数据)。过程300中，照明控制脉冲350、350′、350″、或350′″同时给至少一个对焦照明LED(例如160a)和至少一个照明LED(例如160t)同时加电，步骤320中，图像读取器100可以采集整帧或“窗口帧”图像数据，这在图28A到图28C中有更详细的描述。图像读取器100可以设置为，在步骤320中图像读取器100采集窗口帧图像数据，并且在步骤304中同时照射至少一个对焦照明LED和至少一个照明LED，窗口帧相应于照明图案1838的大小和形状。例如，当图像读取器100投射水平线形对焦图案1838时，在步骤320读出的窗口帧图像数据可以是相应于图28A中行2802的窗口帧图像数据，行2802上成像有图案1838，并且其后图案经过此处所述的处理(例如，尝试通过定位静止区或定位取景器图案尝试对线性条形码符号解码)。在本发明的实施例中，其中对焦照明LED和照明LED由照明控制脉冲350、350′、350″、或350′″同时驱动，如此处所述，对焦LED 160a、160b和照明LED 160c到160t可以在脉冲350、350′、350″或350′″的整个持续时间被过激励。

在一个的实施例中，可以使用Eas tman Kodak公司供应的KAC-0331 640x480VGA CMOS图像传感器实现CMOS图像阵列182a。在题为“KAC-0311 640x480 VGACMOS图像传感器全集成定时，模拟数字处理和10位ADC”(“KAC-0311 640x480VGA CMOS IMAGE SENSOR Fully Integrated Timing，Analog Signal Processing& 10bit ADC”)的技术说明书(版本号1，日期2002年8月5日，在http://www.kodak.com/global/plugins/acrobat/en/digital/ccd/products/cmos/KAC_0311LongSpec.pdf可下载)更全面地描述了KAC-0311，其全部内容结合于此作为参考。下面的编辑摘要是从上述完整说明书中摘取的KAC-0311的操作。根据这个技术说明书的摘要，KAC-0311是在一个单芯片上集成了模拟图像获取、数字化、以及数字信号处理的固态有源CMOS成像器。图像传感器包括具有640x480有源元件的VGA格式像素阵列。用户可以对图像尺寸编程以定义感兴趣的窗口。特别地，通过对行和列开始和结束操作的编程，用户可以定义最低为1x1的像素分辨率的感兴趣窗口。在KAC-0311图像传感器的一个实施例中，窗口可以用于使能可以平移的视见区的数字变焦操作。在KAC-0311图像传感器的另一实施例中，当二次抽样用于减少采集的图像的分辨率时，保持不变的视野。

KAC-0311图像传感器的像素为7.8um的节距。像素结构是Kodak的钉扎光电二极管(pinned photodiode)结构。KAC-0311图像传感器在不使用微透镜的单色版本或者不使用微透镜的贝尔模式(Bayer)(CMY)的彩色滤色镜阵列时是可用的。在KAC-0311图像传感器的一个实施例中，集成定时和编程控制用于使能视频和静止图像捕捉操作中的步进扫描模式。在KAC-0311图像传感器的进一步的实施例中，当保持不变的主时钟率时，用户可以给帧频编程。

在KAC-0311图像传感器中，像素阵列的模拟视频输出由芯片上模拟信号管线处理。在KAC-0311图像传感器的一个实施例中，相关双采样用于消除像素复位的时域噪声和固定图案噪声。在KAC-0311图像传感器的进一步的实施例中，帧频箝位(frame rate clamp)用于使能同步光学黑度校准和偏移校正。在又一实施例中，KAC-0311图像传感器的可编程模拟增益包括全局曝光增益以将信号摆幅映射到模-数转换器输入范围。可编程模拟增益还包括白平衡增益，以进行模拟域中色彩均衡。在附加实施例中，KAC-0311图像传感器的模拟信号处理链包括列运放处理、列数字偏移电压调节、白平衡、可编程增益放大、全局可编程增益放大、以及全局数字偏移电压调节。在一个实施例中，数字可编程放大器用于为自动白平衡提供同时色彩增益校正和曝光增益调节。在各种实施例中，基于每列并且全局完成偏移校准。另外，使用芯片上寄存器中存储值能够进行每列偏移校准，并且十位冗余符号数字模-数转换器将模拟数据转化为十位数字字流。在KAC-0311图像传感器的各种实施例中，使用不同模拟信号处理管线以提高噪声抗扰度、信噪比、以及系统动态范围。在一个实施例中，KAC-0311的串口是与可兼容的工业标准两线I²C串口接口。在另一实施例中，KAC-0311图像传感器的电源由一个3.3V的单电源提供。在各种实施例中，KAC-0311图像传感器具有一个单主时钟，并且以最高20MHz的速度运行。

能够用于本发明、并且授予伊士曼柯达公司(Eastman Kodak Company)的图像传感器的操作和物理细节在申请号为6,714,239、题为“具有可编程色彩均衡的有源像素传感器”(“Active Pixel Sensor with Programmable Color Balance”)的美国专利和申请号为6,552,323、题为“共用输出信号线的图像传感器”(“Image Sensor with Shared Output Signal Line”)的美国专利中也有描述，它们每个的全部内容结合于此作为参考。以下是美国专利6,522,323的材料简要。特别地，申请号为6,522,323的美国专利公开了包括以多行和多列形式排列的多个像素的图像传感器。还进一步公开了包括全局电子快门的图形传感器。公开的图像传感器的相同行中的像素共用像素输出节点和输出信号线。进一步，该公开指出了通过使两个单独行选择每行的信号线，一个用于行内的每隔一个像素，以及用于每对列的1∶2列输出信号线分用表，实现了行内的图像信号的间隔分离。原理图(此次复制为图11)示出了两个邻近像素5。原理图中使用的标识符包括以下的：具有复位门的复位晶体管(RG)、传输门(TG)、信号晶体管(SIG)、具有行选择门的行选择晶体管(RSEL)、光电检测器(PD)、浮置扩散(FD)。关于图11提供的实施例和时序图(此处复制为图12)，申请号为6,552,323的美国专利的第24-25行第3列中描述了全局快门的操作。此公开指出了通过在传感器的每个像素中将集成信号电荷同时从光电检测器30a、30b传送到浮置扩散10a、10b，而开始读出。然后，行选择1(15)被拉高并且浮置扩散1(10a)的信号电位被采样，并且由脉冲调制SS 1的行电路20a保持。然后行选择1(15)被拉低，行选择2(25)被拉高，并且浮置扩散2(10b)的信号电位被采样，并且由脉冲调制SS2的行电路20b保持。行中的浮置扩散10a、10b被读出，并且然后由脉冲调制RG复位。下一行选择2(25)被拉低，并且行选择1(15)被拉高，并且浮置扩散1(10a)的复位电位被采样，并且由脉冲调制SR1的列电路20a保持。然后行选择1(15)被拉低，并且行选择2(25)被拉高，并且浮置扩散2(10b)的复位电位被采样，并且由脉冲调制SR2保持。然后在图像传感器下一行中的相同像素读出表开始之前，读出列电路20a、20b的被采样和被保持信号。

在另一实施例中，CMOS图像阵列182a能够由KAC-9630128(H)x98(V)CMOS图像传感器实现。在题为“设备性能说明书-柯达KAC-9630CMOS图像传感器”(Device Performance Specification-Kodak KAC-9630 CMOS Image Sensor)2004年9月、版本1.1的技术说明书中更加完整地描述了KAC-9630。此文档的全部内容结合于此作为参考。此文档可以从例如伊士曼柯达公司(www.kodak.com)的http://www.kodak.com/global/plugins/acrobat/en/digital/ccd/products/cmos/KAC_9630LongSpec.pdf下载。这个技术说明书描述了作为能够以每分钟580帧捕捉单色图像的低功率CMOS有源像素图形传感器的KAC-9630图像传感器。另外描述了KAC-9630图像传感器包括芯片上8位模-数转换器、固定模式噪声消除电路和视频增益放大器。还进一步描述了KAC-9630具有允许积分时间和帧频调节的集成可编程定时和控制电路。描述了KAC-9630图像传感器的读出电路能够支持在少于2毫秒的时间内在单8位数字数据总线上读出整帧。如上所述，描述了KAC-9630图像传感器包括集成电子快门。(109)在另一实施例中，CMOS图像阵列182a能够由Micron图像传感器WideVGA MT9V022(美光科技公司(Micron Technology，Inc供应，总部位于8000SouthFederal Way，Post Office Box 6，Boise，ID 83707-0006)实现。在从MicronTechnology(www.micron.com)http://download.micron.com/pdf/flyers/mt9v022_(mi-0350)-flyer.pdf下载的产品MTgV099产品宣传单中更详细地描述了MT9V022图像传感器。该文档的全部内容结合于此作为参考。

在一些实施例中，图像读取器100既能够在卷帘式模式下也能够在全局电子快门模式下操作。在一个此实施例中，卷帘式模式用于自动聚焦操作的一部分，并且一旦确定了合适的焦距，全局电子快门模式用于采集图像数据。图13中示出的过程400描述了确定合适焦距的过程和采集后来的图像的过程。响应于例如操作者压下触发器216或响应于移动到图像读取器100视野中的物体，激活模块124可以生成触发信号以开始过程400。在操作中，当图像读取器100采集新图像时，图像读取器100照射包含物体的目标(例如条形码)(步骤404)，然后进入卷帘式操作模式(步骤408)，其中图像读取器的图像传感器中的多行被依次曝光。作为操作的一部分，帧曝光期可以定义为从多行中第一行曝光开始到多行中最后一行曝光结束的时间。在一个实施例中，在帧曝光期的至少一部分期间，图像读取器100的成像透镜212被控制为在连续动作或者逐步连续动作中的一个(步骤414)。如图20的实施例所示，图像读取器100可以具有透镜驱动模块165，透镜驱动模块165由控制模块112或者用于移动成像透镜212的另一模块控制，以改变图像读取器100的焦距设置。在一个此实施例中，光系统具有多个离散设置。对于每个离散设置，透镜212在图像传感器上形成位于距离图像读取器100的特定距离处的物体的清晰图像。在一个实施例中，光学系统的聚焦范围的一个极限值相应于来自位于无限远的物体的聚焦入射辐射。如果入射光线大致上平行，则认为物体是在无限远。在一个实施例中，光学系统的聚焦范围的另一个极限值是光学系统的近点(near point)。光学系统的近点是物体能够被放置的相对于光学系统的最近距离，在此处光学系统仍能够产生物体的清晰图像。在另一实施例中，光学系统的焦距中的变更没有覆盖光学系统的整个范围。例如，在一个此实施例中，图像读取器100的焦距设置在相差几毫米的焦距设置之间变化。在另一实施例中，图像读取器100的焦距设置在相差厘米的焦距设置之间变化。读取器100设置为包括透镜驱动模块165，以允许扫描器在超过扩展景深下操作。

进一步参考透镜驱动模块165，可以实施各种透镜驱动技术和方法。申请号为4,350,418的美国专利的全部内容结合于此作为参考，其公开了包括距离调节环的透镜聚焦调节系统，其中通过调节环的旋转实现透镜的位置调节。申请号为4,793,689的美国专利的全部内容也结合于此作为参考，其公开了一种透镜镜筒，其包括具有可以围绕光轴旋转的空心旋转环，光轴布置在具有轴承的空心固定汽缸的空腔内，光轴插入在响应于旋转环旋转的移动的可移动汽缸与插入在固定汽缸和旋转环之间直径方向的振动波浪发动机之间。申请号为5,541,777的美国专利的全部内容也结合于此作为参考，其公开了电磁透镜驱动器，包括具有内轭和外轭的固定部件、运转插入的磁铁、用于支撑将被驱动的主体的可移动部件、在外轭和内轭的轴向的环绕线型、以及检测运转插入的磁铁的磁场以生成位置指示信号的位置检测器。

过程400还包括从多个曝光行读出图像数据(步骤420)。通过诸如对比检测方法或相位检测方法的自动聚焦算法分析图像数据(步骤424)。使用行焦距图像信息，图像读取器100制定透镜212的合适焦距设置，例如通过基于采集的数据确定合适的焦距设置，然后将透镜212移动到那个设置，或者通过评估当前行图像数据以确定是否在当前焦距设置上，图像读取器被可接收地聚焦(步骤428)。在各种实施例中，由图像采集模块108、光学模块、控制模块112、或专用自动聚焦模块(例如专用于执行焦距计算目的ASIC或FPGA)执行图像数据的分析。随着透镜212的位置正确制定，图像读取器100进入全局电子快门操作模式(步骤432)。可以看到根据过程400的一些情况中，图像读取器100可以停止卷帘操作，并且在从图像传感器阵列模块182的每个像素中读出图像数据之前，开始全局电子快门操作模式的操作。在全局电子快门操作模式中，图像读取器100采集整帧图像数据(步骤436)，图像数据存储在存储模块116中并且随后由控制模块112传送到解码模块150或者自动识别模块152。根据这个实施例，其中，在读取器成像透镜112被控制运行的时间内，行图像信息被读出并且进行分析，在一帧数据的范围内，可以实现图像读取器自动聚焦以使目标成像。在各种实施例中，自动聚焦操作可以由专用自动聚焦模块处理，或者聚焦模块可以与诸如图像采集模块108和/或控制模块112的其它模块合为一体。

仍然参考过程400的步骤，参考图21的流程图、图22a、以及图22b的直方图，进一步描述分析行图像数据以确定焦距特性的步骤424。步骤2102中，图像读取器100可以构造步骤420中读出的图像数据的当前行的像素值的直方图。图22A是相应于被可接受地聚焦的二值图像(例如，在单色底板上的条形码符号中)的行数据像素值的直方图。直方图2108代表高对比度图像，并且包括在灰度的高端的许多像素值，在灰度低端的许多像素值，以及在灰度范围中部的少数像素值。图22B是相应于聚焦较差的二值图像的行数据的像素值的直方图。直方图2110表示的图像数据是“扁平”的低对比度像素数据，这意味着在灰度的极限值具有较少像素值，并且在灰度的中心有大量像素值。因此，可以看出，使用图像对比度信息可容易地确定图像的聚焦程度。

步骤2104中，图像读取器100确定采集的直方图数据。在步骤2104中，图像读取器100可以确定透镜212的合适的焦距对准的设置(appropriate in-focussetting)，或者判断从图像数据的当前行提取的直方图数据是否表示在当前透镜的设置或者位置上图像读取器被可接受地聚焦。当步骤2104中图像读取器100基于采集的直方图数据判断透镜212的正确设置时，直方图数据可以来自当前行，或者基于当前的行数据和在前的行数据的组合。另一方面，当采集行信息时，记录透镜212的位置或者设置值，使每行读出的图像数据的直方图信息包含指示透镜212的位置的相关透镜位置数据。步骤2104中，用于确定焦距对准透镜设置的传递函数可以使用行对比度信息作为直方图的表示，也可以使用指示与每组行数据有关的透镜212位置的透镜位置数据。

参考过程400的进一步步骤，步骤414中，图像读取器100可以控制透镜212连续运动或者步进连续运动。当控制为连续运动时，在图像传感器阵列模块182的连续行像素被曝光和读出的整个时间，透镜212连续移动。当控制为步进连续运动时，在传感器模块182的行像素被曝光并且被读出的整个时间内，透镜212重复地移动和停止。在图像读取器一个实施例中，透镜212被控制为步进式连续运动，图像读取器100在两个端点(即，第一较远场点(field position)、和第二较近场点)之间连续移动透镜。在图像读取器100另一实施例中，透镜212被控制为步进式连续运动，图像读取器100在两个端点之间连续移动透镜212，并且在端点位置之间的一个或者多个位置间歇地停止透镜212。被控制为步进式连续移动的透镜212，可以被认为具有运动期(即透镜移动期间)和停止期(即透镜短暂空闲期间)。在本发明的一个实施例中，透镜212的运动和从多行像素中的读出图像数据是协调的。例如，透镜移动和图像传感器阵列模块182的控制能够被调整为在透镜212的停止期，发生图像传感器阵列模块182的一行或者多行曝光期，以使在整行曝光期，透镜212为空闲。进一步，在某些实施例中，当在透镜212的运动阶段，相应于曝光的像素图像数据的处理是有效时，图像读取器100可以设置为在透镜212的运动期抛弃相应于曝光的像素的图像数据(例如，在行分析步骤424期间)。

参考图13大致上描述的过程400的特定实施例结合图23和图24的流程图描述。在图23的实施例中，步骤424中，图像读取器100基于采集到那点的采集的行图像数据尝试确定焦距对准的透镜设置。步骤428a中，如果图像读取器100确定已经采集了确定透镜212的焦距对准位置的足够信息，图像读取器100确定透镜212的焦距对准设置，并且进行到步骤428b，以将透镜212移动到确定的焦距对准位置。如果没有采集到足够信息，图像读取器100返回到步骤432以采集另外行的信息。当在步骤428b移动透镜212时(例如为了确认确定的焦距对准位置是否正确)，图像读取器100可以继续读和处理行图像数据。当透镜212已经移动到确定的焦距对准位置，图像读取器100执行步骤432，以进入操作的全局电子快门操作模式。当图像读取器100进入全局快门操作模式的时候(步骤432)，图象读取器100可以使透镜212停止运动。然后图像读取器执行步骤436，以采集整帧图像数据，然后执行步骤438，以将图像数据传送到数据表单解码模块150或者自动识别模块152中的其中一个。

在参考图24描述过程400的一个实施例中，图像读取器100由步骤424评估当前行数据(最新近采集的行数据)，以判断当前行数据是否表示当前图像读取器100是当前焦距对准，而建立透镜212的焦距对准设置。如果步骤428d中图像读取器100判断出图像读取器100当前没有焦距对准，则图像读取器100返回到步骤420以采集另外的行信息。步骤420中，如果图像读取器100判断读出取器当前在焦距对准(in-focus)位置，图像读取器100进行到步骤432以进入全局电子快门操作模式。当图像读取器100进入全局快门操作模式时，图形读取器100可以使透镜212停止运动(步骤432)。然后图像读取器100进行到步骤436以采集整帧图像数据，然后进行到步骤438，将图像数据传送到数据表单解码模块150或自动识别模块152中的其中一个。

参考过程400或者过程800，可理解为在建立“焦距对准”位置中，图像读取器100可以基于表示比其它可用的透镜焦距位置更好的焦距处的标记的预期或者当前的透镜位置，将透镜212的预期或当前位置指定为“焦距对准”。因此，当透镜聚焦位置在通常意义上没有高度聚焦时，如果它表示标识比其它透镜位置更加在焦距对准，读取器100仍然可以指定位置作为“焦距对准”。在一个特定的实施例中，当透镜100被控制为步进连续运动，它可以在有限量的离散位置(例如两个位置)之间切换。在一个此实施例中，如果透镜位置表示标识比其它的可能位置更加焦距对准，则图像读取器100可以指定有限量的可能离散位置的其中一个为“焦距对准”位置。特别地，当设置为透镜212在有限量离散位置之间切换时，可以忽略焦距判断步骤，并且图像数据被直接传送到解码模块150或者自动识别模块152。特别地，当存在有限量的交替焦距位置时，焦距对准位置基于在成功解码结果处的位置而能够被容易地区别。通过解码尝试识别焦距对准位置可以减少平均解码时间。

在本发明的变形中，步骤420中，图像读取器100读出预定量的行图像数据，并且在步骤424中，分析预定量的行。预定量的行可以例如为图像传感器阵列182的2行、3行、10行或者所有行(100+)。步骤424中，图像读取器100可以从多行中选择最佳聚焦(例如，最亮的对比度)行，并且判断与最佳聚焦行有关的记录的焦距设置是图像读取器100的“焦距对准”设置。可选地，图像读取器100可以使用从几行上采集的数据图像而计算焦距对准设置数据。在上述变换实施例的任何一个中，当确定焦距设置后，在步骤432中，图像读取器100可以首先进入全局电子快门操作模式，然后将透镜212移动到确定的焦距位置设置，或者可选地，在步骤432中，图像读取器100可以在进入全局电子快门操作模式之前，将透镜212移动到确定的透镜设置上，或者这两个操作可以同时进行。

在自动焦距操作的另一实施例中，如结合图25-图30B所述，在聚焦期和数据采集期可以使用全局电子快门操作模式。根据此处描述的过程800，在自动聚焦期，从焦距设置或者位置的每个变化，采集有限“窗口”帧图像数据。例如，焦距确定逻辑算法只读出并且分析图像传感器的中心区或者扫描线的中心组(例如中间的十个扫描线)。根据这个实施例，而当显著减少采集用以使图像读取器焦距的系列帧的时间时，有限帧数据提供焦距确定逻辑算法的足够信息。

在可选的实施例中，过程400或过程800中的步骤的特定顺序可以改变而不背离本发明此处包括的概念。在各种其它实施例中，执行卷帘式操作的电路和执行全局电子快门操作的电路可以在相同的CMOS芯片上执行，或者可以在各自专用芯片上的一个或者两个电路元件上执行。在另外的实施例中，卷帘式快门功能和全局电子快门操作可以组合在包含硬件、软件、和/或固件的单模块中。

在以卷帘式快门或者全局电子快门模式操作的图像读取器100的另一实施例中，图像读取器100能够在全局电子快门操作模式和卷帘式快门操作模式之间动态切换。在一个此实施例中，当积分时间比给定的阈值短时，图像读取器100从默认的全局电子快门操作模式切换到卷帘式操作模式。许多商业上可用的成像器是使用光屏蔽或者使用电转换实现的，光屏蔽允许一定量的光泄露到存储元件中，电转换没有完全将存储元件与光敏元件隔离开。这样，在将电荷传送到存储元件后，对图像的入射环境照明对存储元件的内容有负面影响。以下提供此操作的数例。

通常，具有全局电子快门功能的CMOS图像传感器的快门效率指定了图像传感器上的存储区能够屏蔽存储的图像数据的范围。例如，如果快门的效率为99.9％，那么在屏蔽区生成电荷所花费的积分时间(也称为曝光时间)比在非屏蔽区生成相同量电荷所花费的积分时间长1000倍。因此，在图像捕捉周期内，以下公式提供了来自环境光的图像上的光辐照度的说明，在图像移动到存储区内之后时限期间，该光辐照度相对于来自使用环境光照明的物体的图像上的光辐照度，环境光和光源160可以被忽略，并且在图像被移动到存储区之前的时限期间而不超过期望的退化率。这个公式也可以表示在整个成像周期，图像上的入射光相同的情况。在两个实例中，需要知道没有引入最大退化而可以使用最小积分。

(Amb.Irrad)*Tframe*(100％-％eff)＝(Amb.Irrad+Light Source Irrad)*Texposure)*(％deg)

在许多实例中，在曝光期以及在帧的剩余期，图像上的光不变。在这种情况下，图像上的光辐强度是常量，可以计算出光泄露不会过分干扰期望图像时可以使用的最小积分时间。在这种情况下计算公式，允许为特定退化计算最小积分周期的计算。以下的常态辐照度数例是用于99.9％的快门效率、20ms的帧频、以及5％的最大容忍退化率。

20ms*(100％-99.9％)＝(Texposure*5％)

或者计算不引起超过5％的退化率时，可以使用的最小曝光时间：

Texposure＝0.4ms

因此，如果图像捕捉时的积分时间小于0.4ms，那么退化泄露(光学和电子的)将引入5％或者更多的误差。

在处理由于过强的环境光引入的图像退化的一个实施例中，当积分时间变得比与图像读取器的帧频、最大可允许退化率以及快门效率有关的预定水平低时，图像读取器100切换到卷帘式操作。图14示出了用于响应于短积分时间而切换操作模式的过程600。响应于例如由操作者对触发器216的压下或者响应于提供到图像读取器100的视野内的物体，激活模块124可以生成触发信号以使过程600开始。过程600包括存储计算的最小积分时间(步骤604)。在一个实施例中，根据上述公式确定阈值。这些公式的一些输入，例如，快门效率、最大可接收图像退化泄露、以及帧频，可以作为图像读取器100的最初设置一部分或者稍后时间在图像读取器100中设置。过程600还包括采集图像数据(步骤608)。作为图像数据采集的一部分，用于当前环境状况的曝光时间由传感器阵列控制模块186制定(步骤612)。在各种实施例中，这个曝光时间由图像读取器100中全局电子快门控制模块190、光学模块178、或另一个适当建立的模块确定。为了确定是否图像读取器100的操作模式应该从全局快门切换到卷帘式快门，比较制定的曝光时间与最小积分时间阈值(步骤616)。如果制定的积分时间比计算的最小积分时间阈值短，则图像读取器100的操作模式从全局电子快门切换到卷帘式快门(步骤620)。如果制定的积分时间大于或者等于计算的最小积分时间阈值，则保持全局电子快门操作模式(步骤628)。

参考图15A、流程图31、以及图32描述本发明的进一步的实施例。如图15A所示，图像读取器100可以设置为具有用户可选配置设置。例如，如图15A所示，图像读取器100在显示器504上提供图像用户接口(GUI)、菜单选择显示屏3170，菜单选择显示屏3170为操作者提供了卷帘式操作模式和全局快门操作模式的用户可选配置选项。GUI显示屏可以使用与一定的可用操作系统(诸如WINDOWS CE)有关的工具包配置，操作系统可以安装有在图像读取器100上。当读取器100设置为包括浏览器或者是使用相适的分析程序和解释程序进行其它配置，GUI3170可以使用各种开放标准语言(例如HTML、JAVA，XML、JAVA)生成。在图15A的实施例中，GUI图标3152是卷帘快门选项按钮，GUI图标3154是全局电子快门菜单选项。当选择图标3152时，图像读取器100设置为图像读取器100接收如此处所述的下一触发信号，以开始解码尝试，图像读取器100使用卷帘式操作模式采集图像数据，而不使用全局电子操作模式。当选择图标3154时，图像读取器100设置为图像读取器100接收下一触发信号以开始解码尝试，图像读取器100使用全局电子操作模式采集图像数据，而不使用卷帘式操作模式。GUI3170可以生成为允许其它的用户可选配置选项。在图15A的实施例中，按钮3156(可以是文本或者按钮形式)的选择将图像读取器100设置为，在接收触发信号的下一时间执行过程300。。按钮3158的选择将图像读取器100设置为，在接收触发信号的下一时间执行过程400。按钮3162的选择将图像读取器100设置为，执行过程600，在下一时间接收触发信号。按钮3164的选择将图像读取器100设置为，图像读取器100在“图像捕捉”操作模式，因此，下一时间接收触发信号，图像读取器采集图像数据(例如图像数据的2D整帧)，并且输出图像(例如到显示器504或者间隔分离装置)，而不将采集的图像数据传送给模块150或模块152。在运输行业的应用中，有利于相应移动中的物体(例如，移动的运载工具、在装配线上的包裹)，在“图像捕捉”模式下捕捉图像。因此，可以看出，由于使用全局快门操作模式而减少了图像失真，因此使用全局快门操作模式的图像捕捉模式的执行带来明显益处。卷帘式快门配置和全局电子快门配置之间的旋转或与按钮3156、3158、3160、3162、以及3164有关的配置也可以使用软件开发包(SDK)的命令生成。产生系统，使可以在与图像读取器间隔分离的主终端选择SDK产生的命令(例如，“卷帘式快门”和“全局快门”命令)，并且将命令传送到图像读取器100以重新配置读取器100，其中此命令使图像读取器100为卷帘式快门配置和全局电子快门配置中的其中一个。

再次参考图31的流程图，步骤3102中，操作者在卷帘式快门配置和全局电子快门配置之间选择。如果操作者选择卷帘快门配置，图像读取器100进行到步骤3104。步骤3104中，通过触发信号(例如，通过触发器216的手动激活或者其它方法)的生成，图像读取器100从空闲状态被驱动到活动读取状态，然后，自动执行步骤3106和3108。步骤3106中，图像读取器100使用卷帘快门操作模式采集图像数据，然后在步骤3108中，将步骤3106中采集的图像数据传送到数据表单解码模块152或者自动识别模块152以对图像数据解码或者进行其它操作。步骤3102中，如果选择全局电子快门模式，则图像读取器100执行步骤3118。步骤3118中，通过触发信号(例如，通过触发器216的手动激活或者其它方法)的生成，将图像读取器100从空闲状态驱动到活动读取状态，并且然后自动执行步骤3118和3120。步骤3118中，图像读取器100使用全局电子快门操作模式采集图像数据，然后在步骤3122中，将步骤3118中采集的图像数据传送到数据表单解码模块152或者自动识别模块152以对图像数据解码或者进行其它操作。

参考图32的流程图，描述本发明的另一实施例。在参考图32的流程图描述的实施例中，图像读取器100设置为采集图像数据，并且使用卷帘快门操作模式和全局快门操作模式，尝试解码图像数据。步骤3202中，如此处所述生成触发信号(例如，通过触发器216的手动激活或者其它方法)，以将图像读取器100从空闲状态驱动到活动读取状态，然后，自动执行步骤3204和3206。步骤3204中，图像读取器100进入卷帘式快门操作模式。步骤3206中，图像读取器100使用卷帘式快门操作模式采集诸如整帧图像数据或者窗口帧图像数据。步骤3208中，图像读取器100将步骤3206中采集的图像数据传送到数据表单解码模块150和/或自动识别模块152。数据表单解码模块150或自动识别模块152可以对采集的图像数据进行解码或者其它处理，并且输出结果(例如，给显示器504和/或间隔分离装置输出经过解码的条形码消息)。步骤3118中，图像读取器100进入全局电子快门操作模式。步骤3212中，图像读取器100使用全局电子快门操作模式采集图像数据。步骤3212中，图像数据100使用全局电子快门操作模式采集图像数据。步骤3212中采集的图像数据可以是整帧或者窗口帧的图像数据。步骤3214中，图像读取器100将步骤3212中采集的图像数据传送到数据表单解码模块150或者自动识别模块152。数据表单解码模块150或者自动识别模块152可以对采集的图像数据进行解码或者其它处理，并且输出结果(例如，给显示器和/或间隔分离装置输出经过解码的条形码消息)。如控制环箭头3216所示，图像读取器100可以自动重复步骤3204、3206、3208、3210、3212、以及3214，直到满足停止条件。停止条件可以是例如触发停止信号的生成(可以是通过释放触发器216而生成)或者预定量的条形码符号解码成功。

结合图25的流程图，描述根据本发明的另一个过程。与过程400相似，过程800包括在透镜212被控制为运动期间，对有限量的图像数据的处理。在过程400和过程800，快速确立透镜212的焦距对准位置。同时，过程400包括对被操作的图像传感器阵列模块182的使用，在这个过程的不同阶段的时间，在第一卷帘快门操作模式和依次执行的第二全局电子操作模式中，可以使用选择性可寻址图像传感器阵列模块中的一个执行过程800，在卷帘式操作模式和全局电子操作模式下的整个过程中，操作此处描述的可寻址图像传感器阵列模块。

进一步参考过程800，步骤802中，通过触发信号的生成(例如，响应于触发器216的压下、图像读取器视野内的物体的检测、或者接收间隔分离装置的命令)，激活模块124开始过程800。步骤814中，图像读取器100将透镜212设置为运动。步骤814中，图像读取器100可以控制透镜212为连续运动或者其它步进连续运动中的一个。

步骤820中，图像读取器100从图像传感器阵列模块182读出窗口帧图像数据。CMOS图像传感器可以在窗口帧操作模式下操作。在窗口帧操作模式下，只读出相应于图像传感器阵列的可选择寻址的所有像素的子集的图像数据。参考图28A、28B、以及28C描述在窗口帧操作模式下的图像读取器100的示例，其中，使用代表10x10的像素块的每个正方形栅格代表图像传感器阵列，并且其中阴影区2802、2804、以及2806代表被选择性寻址和选择性读出的像素。在图28A的实施例中，示出了窗口帧操作模式，其中，通过选择性地寻址和只读出包括在图像传感器阵列模块182的中心的一组行像素的像素中心行图案，而从图像传感器阵列182读出窗口图像数据。可选地，在窗口帧操作模式下，图像读取器100可以选择性地寻址和从图像传感器阵列模块182的一个单行像素选择性地读出图像数据。进一步，在窗口帧操作模式下，图像读取器100可以选择性的寻址，并且从行2802a和2802b选择性地读出图像数据。在图28B的实施例中，示出窗口帧操作模式，其中，通过选择性地寻址和只读出在图像传感器阵列模块182的中心的位置上邻近的像素集(即，互相邻近的像素集)，而从图像传感器阵列模块182读出窗口帧图像数据。在图28C的实施例中，示出窗口帧操作模式，其中，通过选择性地读出位置上连续像素的间隔分离的10x10块群，而从图像传感器阵列模块182读出窗口图像数据。在结合图28A、28B、以及28C描述的所有的窗口帧操作模式中，选择性的寻址，并且读出相应于小于图像传感器像素的一半的图像数据。当在窗口帧操作模式下操作时，图像读取器100可以采集相应于如图28a、28b、28c中所示的一个或者更多图案或者其它图案中的像素上的入射光图像数据。图像数据的这种集合可以包括灰度值集，并且可以称为窗口帧图像数据。

与存储模块116存储整帧图像数据，然后整帧图像数据的一部分被指定为将经过进一步处理的感兴趣区(样品区)的可选操作模式相比，此处描述窗口帧操作模式。在窗口帧操作模式下，在采集整帧图像数据所需的时间片段内，可以采集帧图像数据。

进一步参考过程800，步骤824中，图像读取器100分析窗口帧图像数据，以判断图像读取器100的焦距特性。参考图29的流程图和图30A和图30B的直方图，进一步描述分析窗口帧图像数据以判断焦距特性的步骤。步骤4102中，图像读取器100可以作出步骤820中读出当前窗口帧图像数据的的像素值的直方图。图30A是根据被可接收聚焦的二值图像(例如，在单色底板上的条形码符号中)的行数据的像素值的直方图。直方图4108代表高对比度图像，并且包括在灰度的高端的许多像素值、在灰度低端的许多像素值、以及在灰度中心范围的少数像素值。图30B是相应于聚焦差的二值图像的窗口帧图像数据的像素值的直方图。直方图4110统计的图像数据是“扁平”的，低对比度图像意味着在灰度值的两个端点具有较少像素值，并且在灰度值的中心具有大量像素值。因此，可以看出，使用图像对比度信息能够容易地确定图像的聚焦程度。

步骤4104中，图像读取器100评估采集的直方图数据。在步骤(原文为块)4104中，图像读取器100可以确定透镜212的合适的焦距对准设置，或者确定从图像数据的当前行提取的直方图数据是否表示图像读取器100在当前的透镜位置被可接收地聚焦。步骤4104中的图像读取器100基于采集的直方图数据，确定透镜212合适的设置，直方图数据可以来自当前窗口帧图像数据，或者基于当前窗口帧图像数据的和先前采集的一个或多个窗口帧图像数据的在前数据的组合。另一方面，记录透镜212的位置或者设置值，使得当窗口帧图像数据信息被采集时，被读出并且分析的每行图像数据的直方图信息具有指示透镜212的位置的相关透镜位置数据。步骤4104中，用于确定焦距对准透镜设置的传递函数可以使用窗口帧对比信息(如直方图中所概述的那样)，也可以使用指示与每个采集的窗口帧图像数据有关的透镜212位置的透镜位置数据。

参考过程800的进一步步骤，步骤814中，图像读取器100可以控制透镜212为连续运动或者步进连续运动。当控制为连续运动时，透镜212在响应于窗口帧图像数据的像素被曝光并且被读出的整个时间连续移动。当控制为步进式连续运动时，透镜212在相应于窗口帧图像数据的像素被曝光并且读出的整个时间重复移动并且停止。在图像读取器100的一个实施例中，透镜212控制为步进连续运动，图像读取器100在两个端点(即，第一更远的场点和第二较近场点)之间连续移动透镜。在图像读取器100另一实施例中，透镜212控制为步进式连续运动，图像读取器100连续在两个端点位置之间移动透镜212，并且在端点位置之间的一个或者多个位置上间歇使透镜212停止。控制为步进连续运动的透镜212可以认为是具有运动期(即透镜移动期间)和停止期(对应于透镜临时空闲的时间)。在本发明的一个实施例中，透镜212的运动和多行像素中图像数据的读出是协调的。例如，透镜212的步进运动和图像传感器阵列模块182的控制可以协调为，在用于曝光相应于窗口帧图像数据的像素的曝光期内，步进连续运动的透镜的停止期发生，并且在此曝光期之前和之后，运动周期发生。进一步，在特定实施例中，当对应于在透镜212的运动周期内被曝光的像素的图像数据的处理有效时，图像数据100可以被设置为，丢弃对应于在透镜212的移动周期内被曝光的像素的图像数据，例如，在分析步骤824中。

参考图26、27的流程图描述参考图25大概描述的过程800的特别实施例。在图26的实施例中，步骤824中，图像读取器100尝试基于确定采集到那点的采集的窗口帧图像数据的焦距对准设置。如果在步骤828a中，图像读取器100判断出已经采集了确定图像读取器100的焦距对准位置的足够信息时，则图像读取器100进行到步骤828b，将透镜移动到确定的焦距对准位置。如果没有采集到足够信息，图像读取器返回到步骤820，以采集另外的窗口帧信息。在步骤828b中，例如为了判断确定的焦距对准位置是否正确而移动透镜212时，图像读取器100可以继续读出并且处理窗口帧图像数据。当透镜212已经移动到确定的焦距对准位置，图像读取器100执行步骤836，采集整帧图像数据(例如，依照过程300)，然后执行步骤838，将采集的图像数据传送到数据表单解码模块150或者自动识别模块152的其中一个。

在参考图27描述过程800的实施例中，图像读取器100通过评估步骤824中当前的窗口帧图像数据(最近采集的窗口帧数据)以判断当前的窗口帧图像数据是否指示图像读取器100当前是焦距对准，而确立透镜212的焦距对准设置。在步骤828c中，如果图像读取器100判断图像读取器当前不在焦距对准，图像读取器100返回到步骤820，以采集另外窗口帧信息。步骤828中，如果图像读取器100判断读取器当前在焦距对准位置，图像读取器100执行步骤836，以采集整帧图像数据(例如，依照过程300)，然后执行步骤838，以将采集的图像数据传送到数据表单解码模块150或者自动识别模块152的其中一个。

在本发明的各种实施例中，在步骤820中，图像读取器100可以读出预定量的窗口帧图像数据，并且在步骤824中，图像读取器100可以分析预定量的窗口帧图像数据。窗口帧图像数据可以具有相同图案(例如，始终是图28A的图案)或者可以具有变化图案(例如，首先是图28A的图案，然后是图28B的图案，然后是图28C的图案)。在一个变化的实施例中，在采集之后，图像读取器100可以将每个采集的窗口帧图像数据传送到数据表单解码模块150和/或自动识别模块152。步骤824中，为了确定图像读取器100的焦距对准设置，图像读取器100分析的预定量的帧图像数据。在确定焦距对准设置时，图像读取器100可以选择与最佳聚焦(最高对比度)的窗口帧图像数据有关的焦距对准设置，或者，图像读取器100可以使用来自采集的多个窗口帧的图像数据，评估焦距设置。在过程800的变化实施例的任何一个中，在步骤836中，当图像读取器100的焦距对准设置确定之后，透镜212移动到确定的设置位置以确立焦距对准设置之前或者之后，图像读取器100可以采集整帧图像数据。

参考过程400和过程800，可理解为在确立焦距对准位置时，图像读取器828基于表示目标标记位于比其它可用透镜焦距位置更好的焦距的预定或者当前位置上，可以指定透镜212的预定或者当前位置为焦距对准。因此，当透镜焦距位置没有在通常意义上高度聚焦时，如果传感器读取器100表示至少目标符号比其它可用透镜位置更为焦距对准，则传感器读取器100仍然可以指定该位置作为”焦距对准”。在一个特别实施例中，当透镜212控制为处于步进式连续运动中时，透镜212可以在有限量的离散位置(例如，两个位置)之间切换。在此实施例中，如果透镜位置表示目标符号比剩下的可能位置更在焦距对准，则图像读取器100可以指定有限量的可能离散位置的其中一个为“焦距对准”位置。特别在配置中，当透镜212在有限量的离散位置之间切换，可以忽略焦距确定步骤，并且图像数据直接传送到解码模块150或自动识别模块152。特别地，当具有限量的可选的焦距位置时，基于以成功解码的方式定位结果的位置，可以容易地识别焦距对准位置。通过解码尝试，识别焦距对准位置可以减少平均解码时间。

已知的，一些可用图像传感器阵列具有设置或者操作模式，其中，由于包装关系(例如，边缘像素被芯片的包装材料覆盖)或者特定的屏幕高宽比的配置，不读出有限量的边缘列和/或行。当从图像传感器的所有像素或者大致上所有的像素中读出来自图像传感器的图像数据，而不读出有限量的行和/或列边缘像素时，此被采集的图像数据集在此处认为是整帧图像数据集。

参考过程400和过程800，已经描述了可以将透镜212控制为连续运动或者步进连续运动中的一个。可以看出，当透镜212控制为连续运动时，图像读取器100的焦距设置控制为随时间变化。当透镜212控制为步进式连续运动时，因此，透镜212的焦距设置(因此也是图像读取器100的焦距位置)也被控制为随着时间步进变化。进一步，根据过程400或者过程800，当透镜212控制为步进式连续运动时，在运动期，透镜212的焦距设置是在变化状态。当透镜212控制为步进式连续运动时，在停止期，图像读取器100的焦距设置暂时为空闲状态。

再次参考图1A，以下说明提供以上介绍的图像读取器100的模块上的另外细节。在各种实施例中，控制模块112可以包括具有芯片上快速可访问存储器、用于执行特定操作的专用集成电路(ASIC)、以及软件、固件、以及数字解码逻辑的中央处理单元。存储模块116可以包括任何一个或者多个用于数据存储的只读(ROM)、随机访问、以及不挥发可编程存储器。基于ROM的存储器可以用于容纳安全数据和图像读取器操作系统指令以及用于其它模块的代码。基于RAM的存储器可以用于在图像读取器操作期间方便临时数据存储。不挥发可编程存储器可以使用各种形式，典型地，为可擦可编程只读存储器(EPROM)和电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。在一些实施例中，当图像读取器100为静止状态或者省电的休眠状态时，不挥发存储器用于确保了数据的保留。

I/O模块120用于建立图像读取器100和其它电子装置之间潜在的双向通信。具有I/O模块12部分的元件包括无线或者有线局域网接口、拨号或者电缆调制解调器接口、USB接口、PCMCIA接口、RS232接口、IBM Tailgate接口RS485接口、PS/2键盘/鼠标接口、专用音频和/视频接口、标准闪存(CF)接口、PC卡标准接口、安全标准存储器、用于输入/输出设备的安全数字输入输出、和/或任何其它标准或者个人设备接口。CF接口是根据CF规格版本2.0(保存在网站http://www.compactflash.org)的CF标准而设计的接口。CF规格版本2.0文档的全部内容结合于此作为参考。PC卡标准接口是根据诸如由个人计算机存储卡国际协会(PCMCIA)维护的，并且可以从http://www.pcmcia.org下载的PC卡标准8.0版本-2001年春季的PC卡标准而设计的接口。PC卡标准8.0版本-2001年春季的规格版本2.0的全部内容结合于此作为参考。

激活模块124用于开始图像读取器100各方面的操作，诸如根据此处描述的过程300、过程400、过程600、或者过程800的数据采集和处理。过程300、过程400、过程600以及过程800可以响应于激活模块124的各自过程的启动而自动执行。图像读取器100可以设置为在过程300、过程400、过程600以及过程800启动后自动继续，直到满足停止条件。停止条件可以例如是触发器停止信号(可以由触发器216释放产生)的生成或者成功解码预定量的条形码符号。在上述的手持图像读取器100a中，激活模块包括触发器216，当触发器216被压下，生成控制模块112接收的触发信号，然后，将控制信号发送到图像读取器100的其它合适模块。在图像读取器100的固定安装的实施例的一个实施例中，激活模块124包括物体检测模块，当检测到将被成像的物体存在时，物体传感模块生成触发信号以开始图像读取100的操作。当生成触发信号时，将图像读取器100从空闲状态驱动到活动状态。激活模块124也可以相应于从本地或者远程隔离装置接收的的命令而生成触发信号。

用户反馈模块128用于为操作者提供传感反馈。在各种实施例中，反馈可以包括蜂窝声警报的声觉信号、诸如LED闪光指示的视觉显示、诸如在图像读取器100中振动的机械感觉，或者能够给操作者指示诸如图像成功捕捉的图像读取器100操作状态的任何其它感觉反馈。

显示模块132用于给操作者提供诸如图像读取器100的操作状态的视觉信号，例如包括剩余电量和/或存储空间、操作模式、和/或其它操作或者功能细节。在各种实施例中，显示模块132可以由具有可选的触摸板(touch-pad screenoverlay)的显示屏LCD平板显示器提供，操作触摸板用于接收与显示器相配合的操作者接触输入。

用户接口模块134用于为操作者和图像读取器100之间的通信提供接口机制。在各种实施例中，用户接口模块包括键盘、特别功能或者可编程的按钮、操作杆、或者拨动开关等。如果显示模块132包括如上所述的触摸板显示屏(touch-pad screen overlay)，显示模块可以在用户接口模块134中结合由元件可选地提供的一些输入功能。

在一些实施例中，RFID模块136是符合ISO/IEC 14443的RFID询问器和读取器，RFID询问器能够询问RFID的非接触装置，并且能够恢复RFID标签发射的响应。国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)是定义全世界标准化的专门系统的团体。在其它实施例中，RFID模块136根据ISO/IEC 10536或ISO/IEC 15963操作。由ISO/IEC公布的非接触卡标准覆盖了实施例中的各种类型，具体为ISO/IEC 10536(紧贴式卡)、ISO/IEC 14443(邻近式卡)、以及ISO/IEC 15693(接近式卡)。这些分别用于操作者与相关的耦合元件非常近、在附近、或者在更远距离的情况。在一些实施例中，RFID模块136设置为读出包括根据产品电子代码(EPC)、由麻省理工学院自动标识中心(Auto-ID Centerat MIT)提出的代码格式的信息的标签。在一些实施例中，RFID模块136根据私有协议操作。在一些实施例中，RFID模块136与从询问的RFID标签到计算机处理器的信息的至少一部分通信，其中计算机处理器通过网络使用信息去访问或者找回存储在可访问服务器上的数据。在一些实施例中，信息是RFID标签序列号或者与RFID标签有关的物体。

在一些实施例中，智能卡模块140是符合ISO/IEC 7816的智能卡读取器，智能卡读取器使用电接触用于建立与设计合适的基于智能卡的接触芯片通信。智能卡模块140能够读并且在一些情况中写数据给附接的智能卡。

在一些实施例中，磁条卡模块144是能够读取诸如在一个或者多个轨道(例如，信用卡上使用的轨道上)上以磁性格式运载解码信息的卡的物体的磁条读取器。在其它实施例中，磁条卡模块144是磁性字符读取装置，其用于读取使用磁墨印刷的字符，例如在银行支票上可见的以指示美国银行家协会的路由号码、帐号、支票序号、以及汇票。在一些实施中，提供磁性读取装置的两种类型。

在图像读取器100的一些实施例中，RFID模块136、智能卡140、以及磁条卡模块144的功能包含在诸如松下集成智能卡读取模块号ZU-9A36CF4(由Matsushita Electrical Industrial Company，Ltd.供应)的single tribrid读取器模块中，在日期为2004年3月、题为″Manual Insertion Type Integrated Smart Reader″(“手动插入型集成智能卡”)(版本1.00)的松下规格号MIS-DG60C194中更加详细地描述了ZU-9A36CF4。该文档的全部内容结合于此作为参考。

解码模块150用于解码诸如一维或二维条形码的目标数据，例如，UPC/EAN、11码、39码、128码、Codabar、Interleaved 2 of 5、MSI、PDF417、MicroPDF417、Code 16K、Code 49、MaxiCode、Aztec、Aztec Mesa、数据矩阵、Qcode、QR Code、(UCC复合)UCC Composite、Snowflake、Vericode、Dataglyphs、RSS、BC 412、Code 93、Codablock、Postnet(US)、BPO4 State、Canadian 4State、Japanese Post、KIX(Dutch Post)、Planet Code、OCR A、OCRB等。在一些实施例中，解码模块还具有自动识别功能，自动识别模块能够在诸如以上列举的多个条形码之间自动识别。解码器150的特定的功能，例如可解码标记字符的测量，在申请日为2004年11月5日、申请号为10/982,393、题为″Device and System for Verifying Quality of Bar Codes″(用于校验条形码质量的装置和系统)的美国专利中有描述。该申请的全部内容结合于此作为参考。

根据本发明原则构造的图像读取器100的另一个示例是图15A、图15B、以及图15C中的不同透视图示出的便携数据终端100b。图15A示出了主透视图，图15B示出了正面透视图，以及图15C示出了背面透镜图。如图所示，在一个实施例中，便携数据终端100b包括接口元件，接口元件具有显示器504、键盘508、诸如用于定位光标的接口按钮512、触发器216、以及具有触针座524的触针座520(未示出)。便携数据终端100b还进一步包括透镜212和光源160b。在附加的实施例中，便携数据终端能够增加多种可附接的计算机外围设备而增强功能。在各种实施例中，计算机外围设备可以包括一个或者多个磁条读取器、诸如指纹扫描器的生物测定读取器、诸如发票打印机的打印机、RFID标签或者RF付款读取器、以及智能卡读取器等。在各种实施例中，便携数据终端100b可以为Dolphin 7200、7300、7400、7900、或9500系列移动计算机(Hand HeldProducts，Inc.供应，总部位于700Visions Drive，邮编208，Skaneateles Falls，NY)，并且可以根据发明构造。在申请号为10/938,416、提交日为2004年9月10日、题为“Hand Held Computer Device”(“手持计算机设备”)的相关美国专利中更加详细地描述了手持计算机设备、尤其是设备壳体的各种细节。本申请的全部内容结合于此作为参考。

便携数据终端100b还包括机电接口532，例如拨号或者电缆调制解调器接口、USB接口、PCMCIA接口、以太网接口、RS232接口、IBM Tailgate接口RS485接口、CF接口、PC卡标准接口、用于存储器接口的安全数字标准、用于输入/输出设备接口的安全数字输入输出、和/或其它任何合适标准或者私有设备接口。在各种实施例中，机电接口532可以用作附属计算机接口的一部分。

图16中示出了便携数据终端100b的一个实施例的电路框图。在图16的实施例中，图像采集模块108b包括图像引擎，图像引擎包括设置在图像传感器芯片546上的二维图像传感器536和相关的成像光学器件544。相关的成像光学器件544包括透镜212b(未示出)。图像传感器芯片546可以设置在根据本发明构造的型号为IT4000或IT4200图像引擎(Hand Held Products，Inc供应，总部位于S kaneateles Falls，NY)中，并且可以是适合诸如上述的Kodak KAC-0311或Micron MT9V022图像传感器阵列的商用芯片。便携数据终端100b还包括照明模块104b，照明模块104b包括光源106b和照明控制模块164b。这些照明模块也是以上引用的IT4000和IT4200图像引擎的一部分。便携数据终端100b还包括处理器集成电路(IC)芯片548，该处理器集成电路(IC)芯片548可以由例如INTEL Strong ARM RISC处理器或者INTEL PXA255处理器提供。处理器IC芯片548包括中央处理器(CPU)552。为了捕捉图像，如上所述，处理器IC芯片548将适当的控制和定时信号发送到图像传感器芯片546。处理器IC芯片548还控制将芯片546生成的图像数据传送到RAM 576中。处理器IC芯片548可以设置为部分或者整体执行结合图1A所述的模块104、108、112、116、120、124、128、132、134、136、140、144、150、152、165、以及168中一个或者多个模块的功能。

如上所述，便携数据终端100b可以包括诸如液晶显示器的显示器504、键盘508、多个通信或者诸如802.11无线电通信连接器556的无线电收发器、用于移动通信/通用分组无线业务(GSM/GPRS)无线电通信连接器560的全局系统无线电接收器、和/或蓝牙无线电通信连接器564。在另外实施例中，便携数据终端100b可以具有通过码分多址(CDMA)、蜂窝数字分组(CDPD)、Mobitex便携式电话和数据网络以及网络组件，传送诸如声音或者数据通信的信息的性能。在其它实施例中，便携数据终端100b可以使用DataTACTM网络或者无线拨号连接来传输信息。

便携数据终端100b可以进一步包括红外线(IR)通信链路568。键盘508可以通过微处理芯片572与IC芯片548通信。便携数据终端110b可以进一步包括RFID电路578和智能卡电路586，RFID电路578如上所述用于将数据于读和写到RFID标签或者记号，智能卡电路586包括用于建立与诸如电路使能信用卡的智能卡通信的电接触590。便携数据终端100b还包括存储器574，存储器574包括挥发存储器和不挥发存储器。在一个实施例中，挥发存储器部分地由RAM 576提供。不挥发存储器可以部分地由闪存ROM 580提供。处理器IC芯片548通过系统总线584与RAM 576和ROM 580通信。处理器IC芯片548和微处理芯片572还包括多区的挥发性和不挥发存储器。在各种实施例中，至少一些上述模块(例如控制模块112中的元件)至少部分在软件中执行，元件构件可以存储在诸如ROM 580的不挥发存储器中。在一个实施例中，处理器IC芯片548包括本身使用CPU 552和存储器574的控制电路。存储器574的不挥发区可以用于例如存储程序操作指令。

在各种实施例中，处理器IC芯片548可以包括具有几个串口(例如，通用、串口、蓝牙)和并行接口(例如，PCMCIA，CF)的多个I/O接口(图16中未示出)。

在一个实施例中，处理器IC芯片548处理帧图像数据，例如解码一维或者二维条形码或者一组OCR字母。各种条形码和/或OCR解码算法在商业上可用，例如，通过IT4250图像引擎与解码板的结合(Hand Held Products，Inc.供应)。在一个实施例中，解码板解码例如符号体系，符号体系例如是UPC/EAN、11代码、39代码、128代码、Codabar、Interleaved 2 of 5、MSI、PDF417、MicroPDF417、Code 16K、Code 49、MaxiCode、Aztec、Aztec Mesa、Data Matrix、Qcode Code、UCC Composite，、Snowflake、Vericode、Dataglyphs、RSS、BC 412、Code 93、QR Codablock，Postnet(US)、BPO4State、Canadian 4State、Japanese Post、KIX(Dutch Post)、Planet Code、OCR A、OCR B等。

在其它操作中，红外线收发器568促进了从广播模式下的便携数据终端100b到接收模式下的便携数据终端100b的数据红外线复制。在数据复制期，红外线接收器568的使用使得来自单广播设备的数据被几个接收装置同时接收，而不需要任何接收装置与广播设备物理连接。

在另外的进一步实施例中，图像读取器100可以包含在诸如处理终端图像Kiosk 8870(Hand Held Products Inc.供应，总部位于700Visions Drive，P.O.Box 208，Skaneateles Falls，NY)，并且根据本发明构造的处理终端中。在进一步的实施例中，图像读取器可以包含在诸如IMAGETEAM 3800E线性成像引擎或者IMAGETEAM 4710(Hand Held Products，Inc.供应，总部位于700VisionsDrive，P.O.Box 208，Skaneateles Falls，NY.)的二维读取器的固定安装系统。

在各种实施例中，上述的模块包括照明模块104、成像采集模块108、控制模块112、存储模块116、I/O模块120、激活模块124、用户反馈模块128、显示模块132、用户接口模块134、RFID模块136、智能卡模块140、磁条卡模块144、解码模块150、照明控制模块164、电源模块168、接口模块172、光学模块178、传感器阵列模块182、传感器阵列控制模块186、全局电子快门控制模块190、行列寻址和解码模块194、以及读出模块198、卷帘式控制模块202、以及自动聚焦模块，这些模块可以在不同软件、固件、和/或硬件的不同组合中实现。

可以用于本发明的机器可读存储介质包括电子、磁性和/或光学存储介质，例如，磁性软盘、硬盘、DVD驱动器、在一些实施中可以使用DVD盘的CD驱动器、任何CD-ROM盘(即，只读光盘)、CD-R盘(即，一次写入多次读出光盘)、CD-RW光盘(即，可重写光盘)、以及电存储介质(诸如RAM、ROM、EPROM、CF卡、PCMCIA卡、或可选的SD或SDIO存储器、以及电子部件，诸如软盘驱动器、DVD驱动器、CD/CD-RW驱动器、或CF/PCMCIA/SD适配器)，它们容纳和从存储介质读出和/或写入到存储介质。机器可读存储介质的本领域的技术人员可知，不断地发明数据存储的新介质和格式，并且将来可用的任何便利的、商业可用存储介质和相应的读/写装置可以适合使用，特别是，如果提供任何更好的存储性能，更快的访问速度、更小的尺寸、以及每比特存储信息的更低成本。已知的旧的机器可读的介质在特定条件下也可用，例如打孔纸带磁带或者卡、磁带或者线上的磁性记录、印刷字母(例如OCR和磁性解码符号)的光学或者磁性读取以及机器可读符号(诸如一维或者二维条形码)。

本领域的普通技术人员应该认识到，可以在硬件(例如，硬连线逻辑)、软件(例如，在通用处理器上操作的程序中的逻辑解码)、以及固件(例如，在如所需的处理器上的操作调用的不挥发存储器中的逻辑解码)中实现电子和电气的装置的许多功能。本发明考虑使用采用硬件、固件、以及软件的一种实施代替采用不同的硬件、固件、以及软件的另一个相同功能的实施。在一定程度上，执行可以由传递函数数学表示，即，在输出终端为施加到表示传递函数的“黑盒”输入终端的特定激励生成特定响应，此处预期了传递函数的任何执行，包括传递函数的部分或者片段执行的硬件、固件、以及软件的组合。

尽管已经参考此处公开的结构对本发明进行解释，但是，本发明的保护范围不局限于此细节，本发明覆盖了权利要求书的范围和精神内的各种变化和替换。

Claims (45)

1.一种使环境光图像劣化减到最小的条形码读取装置，所述条形码读取装置包括：

一包括至少一图像传感器阵列的集成电路；

一封装所述图像传感器阵列的手持壳体；

一卷帘式快门控制模块，所述卷帘式快门控制模块被构造用以依次曝光所述图像传感器阵列中的多行像素；

一全局电子快门控制模块，所述全局电子快门控制模块被构造用以同时曝光所述图像传感器阵列中的多行像素；

一条形码处理模块，用于识别采集的图像数据中的条形码符号的表示；

其中，所述条形码读取装置可编程为以一种模式运行，在所述模式下，所述条形码读取装置根据感应到的情况选择卷帘式快门控制模块和全局电子快门控制模块中的一个。

2.根据权利要求1所述的条形码读取装置，其中，所述图像传感器阵列提供一适用于光强度判断的信号，并且其中所述条形码读取装置根据所述适用于光强度判断的信号选择卷帘式快门控制模块和全局电子快门控制模块中的一个。

3.根据权利要求2所述的条形码读取装置，其中，所述适用于光强度的信号包括与所述图像读取器的光源强度有关的信号。

4.根据权利要求2所述的条形码读取装置，其中，所述适用于光强度判断的信号用于确定最小积分时间是否足够。

5.根据权利要求2所述的条形码读取装置，其中，所述适用于光强度判断的信号用于确定当前环境状况的积分时间是否小于计算的最小积分时间。

6.根据权利要求2所述的条形码读取装置，其中，所述卷帘式快门控制模块和所述全局电子快门控制模块被集成在同一集成电路中，所述集成电路包括所述图像传感器阵列。

7.一种具有自动聚焦能力的条形码解码装置，所述条形码解码装置包括：

一集成电路，其包含至少一图像传感器阵列，所述图像传感器具有多行像素，所述多行像素的每一像素具有一个相关的像素放大器；

一封装所述图像传感器阵列的手持壳体；

一成像透镜，能够将由一目标反射的光引导到所述图像传感器阵列上，所述成像透镜具有一焦距设置；

一卷帘式快门控制模块，所述卷帘式快门控制模块被构造用以依次曝光所述传感器阵列中的多行像素以采集聚焦的图像数据；

一自动聚焦模块，所述自动聚焦模块被构造用以分析所述聚焦的图像数据以确定所述目标的一焦距对准设置，所述目标的焦距对准设置对应于形成在所述图像传感器上的所述目标的清晰图像；和

一条形码处理模块，所述条形码处理模块被构造用以识别采集的图像数据中的条形码符号的表示的存在；

其中，在所述卷帘式快门控制模块依次曝光所述多行像素的至少一部分的期间中，所述成像透镜的所述焦距设置被控制改变为一第一焦距设置和一第二焦距设置的连续运动和步进连续运动中的一个，所述第一焦距设置对应于位于到所述图像读取器第一距离处的物体形成在所述图像传感器上的清晰图像，所述第二焦距设置对应于位于到所述图像读取器第二距离处的物体形成在所述图像传感器上的清晰图像。

8.根据权利要求7所述的图像读取器，进一步包括一全局电子快门控制模块，所述全局电子快门控制模块被构造用以一旦确定所述目标的所述焦距对准，同时曝光所述图像传感器阵列的所述多行像素以采集帧图像数据。

9.根据权利要求7所述的图像读取器，其中，所述条形码读取装置被构造用以使得当所述自动聚焦模块确定所述焦距对准设置时，所述全局电子快门控制模块启动。

10.根据权利要求7所述的图像读取器，其中，所述卷帘式快门控制模块能够使邻近行像素的曝光期互相交迭。

11.一种用于从条形码符号采集和处理条形码数据的条形码读取装置，所述条形码读取装置包括：

一二维像素阵列，用于接收所述条形码符号反射的光辐射，所述二维像素阵列包括第一多个像素和第二多个像素，所述条形码读取装置被构造用以使得所述条形码读取装置能够被控制为选择性寻址并且从所述二维阵列读出所述阵列的第一多个像素的图像数据，而与所述阵列的第二多个像素无关，每个所述像素包括一光敏区和一绝光屏蔽数据存储区；

一手持壳体，用于封装所述二维像素阵列；

一光学组件，用于将所述条形码符号的反射的光辐射引导到所述二维像素阵列；

一全局电子快门，与所述二维像素阵列关联，所述全局电子快门能够同时曝光所述二维像素阵列的所有或大致上所有的像素；以及

一条形码处理模块，所述条形码处理模块与所述二维像素阵列电连接，所述条形码处理模块用于识别采集的图像数据中的条形码符号的表示。

12.根据权利要求11所述的条形码图像读取器其中，所述二维图像传感器阵列为一互补金属氧化物半导体图像传感器。

13.根据权利要求11所述的条形码图像读取器，其中，对所述图像数据处理以生成输出数据包括在多个条形码类型中自动识别。

14.一种用于操作手持条形码读取装置的方法，所述方法包括：

确定与环境光强度有关的至少一个参数；

分析所述至少一个参数；

根据所述至少一个参数的分析，对所述手持条形码读取装置中的一图像传感器阵列从一全局电子快门控制模块到一卷帘式快门控制模块进行转换控制；

当所述图像传感器阵列由所述卷帘式快门控制模块控制时，采集图像数据；和

传送当所述图像传感器阵列由所述卷帘式快门控制模块控制时采集到的图像数据到一条形码解码模块。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述至少一个参数包括当前环境状况的曝光时间。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述至少一个参数的分析包括计算所述当前环境状况的曝光时间与一预定曝光时间的比率。

17.一种用于读取条形码的装置，所述装置包括：

一二维图像传感器阵列，所述二维图像传感器阵列具有列电路和行电路，其中，所述二维图像传感器阵列是互补金属氧化物半导体结构，并且其中，所述二维图像传感器阵列包含像素行；

一第一电路板，其安装有所述二维图像传感器阵列；

一第二电路板；

一成像透镜，用于将光聚焦到所述二维图像传感器阵列上；

一支撑组件，其中，所述支撑组件包括一用于支撑所述成像透镜的透镜座，所述支撑组件被设置在所述第一电路板的前面，其中所述第二电路板与所述第一电路板间隔设置且设置在所述第一电路板的前面；

一灯组，其用于投射一照明图案，所述灯组由安装在所述第二电路板的第一和第二发光二极管构成；

一目标光源，其用于投射一目标图案，所述目标光源被构造用以以一定波长发射光，所述波长比由所述第一和第二发光二极管发射的光的波长长；

其中，用于捕捉帧图像数据的装置能够运行使得所述多个像素行的曝光同时发生，所述多个像素行的曝光发生在一曝光期；

其中，所述装置用于在一照明期同时驱动所述第一和第二发光二极管，并且其中所述曝光期和所述照明期的协调的特点是所述曝光期和所述照明期在时间上至少一部分交迭；以及

其中，所述装置用于处理所述帧图像数据以进行一条形码符号的解码尝试。

18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述目标光源是一发光二极管。

19.根据权利要求17所述的装置，其中，所述目标光源被构造用以在红光波段之外的波段发射光。

20.根据权利要求17所述的装置，其中，所述第一和第二发光二极管被构造用以在红光波段之外的波段发射光。

21.根据权利要求17所述的装置，其中，所述第一和第二发光二极管被构造用以在蓝光波段发射光，并且其中，所述目标光源被构造用以在绿光波段发射光。

22.根据权利要求17至21任一项所述的装置，其中，所述曝光期和所述照明期的协调的特点是所述曝光期在所述照明期开始之后开始。

23.根据权利要求17至21任一项所述的装置，其中，所述曝光期和所述照明期的协调的特点是所述曝光期在所述照明期开始之前开始。

24.根据权利要求17至23任一项所述的装置，其中，所述曝光期和所述照明期的协调的特点是所述曝光期在所述照明期结束之前结束。

25.根据权利要求17至23任一项所述的装置，其中，所述曝光期和所述照明期的协调的特点是所述曝光期在所述照明期结束之后结束。

26.根据权利要求17所述的装置，其中，所述装置能够运行使得所述第一和第二发光二极管的每一个在照明期至少消耗80毫安的电流。

27.根据权利要求17所述的装置，其中，所述装置能够运行使得所述第一和第二发光二极管的每一个在照明期至少消耗120毫安的电流。

28.根据权利要求17所述的装置，其中，所述装置能够运行使得所述第一和第二发光二极管的每一个在照明期至少消耗160毫安的电流。

29.根据权利要求17所述的装置，其中，所述装置的运行以使所述第一和第二发光二极管的每一个在照明期至少消耗200毫安的电流。

30.一种用于从目标采集图像数据的基于互补金属氧化物半导体的图像读取器，所述图像读取器包括：

一基于互补金属氧化物半导体的图像传感器阵列，所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器阵列包括多行像素，其中，所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器阵列包括的像素包括一光敏区和一绝光屏蔽区；

一定时模块，与所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器阵列电连接，所述定时模块被构造用以在一曝光期同时曝光所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器阵列的多行像素；

一照明模块，被构造用以在照明期照射目标，所述照明模块与所述定时模块电连接；

一控制模块，其与所述定时模块和所述照明模块电连接，所述控制模块被构造用以使所述曝光期的至少一部分发生在所述照明期；以及

一条形码处理模块，用于识别采集的图像数据中的条形码符号的表示。

31.根据权利要求30所述的图像读取器，其中，所述图像读取器包括一封装所述图像传感器阵列的手持壳体。

32.根据权利要求30或31所述的图像读取器，其中，所述照明模块包括由一发光二极管提供的光源。

33.根据权利要求30至32任一项所述的图像读取器，其中，所述定时模块能够控制所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器阵列使得所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器阵列的多个不同行的曝光同时开始。

34.根据权利要求33所述的图像读取器，其中，所述图像读取器被构造用以使得在连续的第一和第二曝光期的每一帧的曝光期，所述基于互补金属氧化物半导体的传感器阵列的多个不同行的像素的曝光同时开始，在一相应的照明期可见光被所述光源引导至所述目标。

35.根据权利要求30至34任一项所述的图像读取器，其中，所述照明期短于所述图像读取器的一帧的时间。

36.根据权利要求30至35任一项所述的图像读取器，其中，所述图像读取器被构造用以捕捉图像数据的窗口帧并使得所述图像数据的窗口帧进行可解码标记的解码尝试。

37.根据权利要求33至37任一项所述的图像读取器，其中，所述照明模块过载驱动所述照明模块的光源。

38.根据权利要求30至37任一项所述的图像读取器，其中，所述图像读取器被构造用以以小于40毫秒的一帧的时间来运转。

39.根据权利要求30至38任一项所述的图像读取器，其中，所述照明模块包括一光源，所述光源具有一最大电流率，并且其中，所述图像读取器被构造用以过载驱动所述光源，以使得所述光源在所述照明期的电流消耗大于所述最大电流率。

40.根据权利要求39所述的图像读取器，其中，所述图像读取器被构造用以过载驱动所述光源，以使得所述光源在所述照明期的电流消耗大于所述最大电流率的200％。

41.根据权利要30至40任一项所述的图像读取器，其中，所述照明模块包括一光源，并且其中所述图像读取器被构造用以使得在所述照明期所述光源以一选通照明控制脉冲驱动，所述选通照明控制脉冲以一选通率产生脉冲。

42.根据权利要求30至41任一项所述的图像读取器，所述照明期在所述曝光期开始前开始。

43.根据权利要求30至41任一项所述的图像读取器，所述照明期在所述曝光期开始后开始。

44.根据权利要求30至43任一项所述的图像读取器，所述照明期在所述曝光期结束前结束。

45.根据权利要求30至43任一项所述的图像读取器，所述照明期在所述曝光期结束后结束。

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