CN104054090A - 解码蜂窝电话上所显示的条形码 - Google Patents

Abstract

一种解码条形码的方法包括：朝向目标对象产生具有第一照明水平的第一照明；在第一曝光时间周期内捕捉第一图像；以及确定在第一图像内的扫描行上的第一位置和第二位置以寻找切换条件。如果切换条件指示移动显示设备存在，则该方法进一步包括：朝向目标对象产生具有第二照明水平的第二照明；在第二曝光时间周期内捕捉第二图像；以及解码第二图像中的条形码。这里，第二照明水平和第二曝光时间中的至少一者是基于第一位置和第二位置之间的扫描行上的像素值来确定的。

Description

解码蜂窝电话上所显示的条形码

相关申请

本申请涉及2012年1月15日在35U.S.C.§119(e)下提交的题为“AUTOMATIC MODE SWITCHING FOR BARCODES DISPLAYED ON CELL PHONE(对显示在蜂窝电话上的条形码的自动模式切换)”的美国临时专利申请S/N61/586,808的权益，其全部内容通过援引纳入于此。

技术领域

本公开总地涉及基于成像的条形码扫描器。

背景技术

已研发出多种光电系统以读取例如条形码的光学标记。条形码是由一系列不同宽度的条和空隔构成的图形标记的经编码图案。在条形码中，条和间隔具有不同的光反射特征。一些条形码具有一维结构，其中条和间隔在一个方向上隔开以形成一排图案。一维条形码的例子包括通用产品代码(UPC)，它一般用于零售店销售。一些条形码具有二维结构，其中多行的条和间隔图案垂直层叠以形成单个条形码。二维条形码的例子包括Code49(代码49)和PDF417。

使用一个或多个图像传感器以读取和解码条形码的系统一般被称为基于图像的条形码读取器、图像扫描仪或图像读取器。图像传感器一般包括一列或多列对准的多个光敏元件或像素。图像传感器的例子包括电荷耦合器件(CCD)或互补式金属氧化物半导体(CMOS)图像芯片。

附图说明

其中相同附图标记在各附图中表示相同或功能类似的元件连同下面的详细描述被纳入于此并作为说明书的一部分，并用来进一步解说包括所要求保护的发明的理念的实施例，并解释那些实施例的各种原理和优势。

图1示出根据一些实施例的成像扫描仪。

图2是根据一些实施例的图像扫描仪的示意图。

图3A示出显示在蜂窝电话上的条形码由画线成像器(liner imager)扫描，该条形码与画线成像器的视场(FOV)对准。

图3B示出在图3A中的FOV内的条形码和蜂窝电话的多个部分的图像上的像素亮度分布的标绘图。

图3C示出在基于扫描的中央部分调整曝光之后在图3A中的FOV内的条形码和蜂窝电话的多个部分的图像上的像素亮度分布的标绘图。

图4是根据一些实施例对条形码解码的方法100的流程图。

图5是图3B中的像素亮度分布的直方图。

本领域内技术人员将理解，这些附图中的各个要素为了简化和清楚而被示出，并且不一定按照比例绘制。例如，附图中的一些要素的尺寸可相对于其它要素被放大以帮助增进对本发明实施例的理解。

已通过附图中的传统标号在适宜的位置对装置和方法构成进行了表示，这些标号仅示出理解本发明的实施例有关的那些特定细节，这是为了不使本领域内技术人员借助这里的说明书容易理解的那些细节的披露变得晦涩。

具体实施方式

图1示出根据一些实施例的成像扫描仪50。成像扫描仪50具有窗56和带手柄的外壳58。成像扫描仪50也具有将其本身支承在台面上的底部52。当被放置在台面上时，成像扫描仪50可在免提模式下用作静止工作站。当从台面拾起并握持在操作者的手中时，成像扫描仪50也可用于手持模式。在免提模式下，产品可滑过、刷过或呈现给窗56。在手持模式下，成像扫描仪50可朝向产品上的条形码移动，并且扳机54可被手动地压下以启动对条形码的成像。在一些实现中，可省去底部52，并且外壳58也可以是其它形状。在图1中，电缆也连接至底部52。在其它实现中，当连接至底部52的电缆被省去时，成像扫描仪50可由机载电池供电并可通过无线链路与远程主机通信。

图2是根据一些实施例的图像扫描仪50的示意图。图2中的图像扫描仪50包括下列组件：1)位于成像透镜配置60后面的成像传感器62；2)位于照明源72前面的照明透镜配置70；3)位于对准光源82前面的对准图案发生器80；以及4)控制器90。在图2中，成像透镜配置60、照明透镜配置70以及对准图案发生器80位于窗56后面。成像传感器62被安装在成像扫描仪中的印刷电路板91上。

成像传感器62可以是CCD或CMOS成像器件。成像传感器62一般包括多个像素元件。这些多像素元件可由线性地排列成一行的光敏元件的一维阵列形成。这些多像素元件也可由排列成相互正交的行和列的光敏元件的二维阵列形成。成像传感器62可作用以检测由成像透镜配置60透过窗56沿光路或光轴61捕捉的光。一般来说，成像传感器62和成像透镜配置60被设计成一起工作以捕捉从条形码40散射或反射的光作为二维成像视场(FOV)上的像素数据。

条形码40一般可位于近区工作距离(WD1)和远区工作距离(WD2)之间的距离的工作范围内的任何位置。在一种特定实现中，WD1非常靠近窗56而WD2离窗大约几英尺。一些成像扫描仪可包括寻距系统，用于测量条形码40和成像透镜配置60之间的距离。一些成像扫描仪可包括自动对焦系统以允许基于该条形码的测得距离用成像传感器62更清楚地成像。在自动对焦系统的一些实现中，成像透镜配置60的焦距是基于条形码的测得距离被调整的。在自动对焦系统的另外一些实现中，成像透镜配置60和成像传感器62之间的焦距是基于条形码的测得距离被调整的。

在图2中，照明透镜配置70和照明源72被设计成一起工作以在照明时间周期中产生朝向条形码40的照明光。照明源72可包括一个或多个发光二极管(LED)。照明源72也可包括激光器或其他类型的光源。对准图案发生器80和对准光源82被设计成一起工作以产生朝向条形码40的可见对准光图案。该对准图案可由操作者使用以准确地将成像扫描仪对准至条形码。对准光源82可包括一个或多个发光二极管(LED)。对准光源82也可包括激光器、LED或其他类型的光源。

在图2中，诸如微处理器的控制器90可操作地连接至成像传感器62、照明源72以及对准光源82以控制这些组件的操作。控制器90也可用于控制成像扫描仪中的其他器件。成像扫描仪50包括能由控制器90访问以存储和检索数据的存储器94。在许多实施例中，控制器90也包括解码器，用于解码落在成像扫描仪90的视场(FOV)内的一个或多个条形码。在一些实现中，条形码40可通过用微处理器以数字方式处理所捕捉的条形码图像而被解码。

在操作中，根据一些实施例，控制器90送出命令信号以对照明源72供能达一预定的照明时间周期。控制器90随后曝光该成像传感器62以捕捉条形码40的图像。所捕捉的条形码40的图像作为像素数据被转移至控制器90。该像素数据由控制器90中的解码器以数字方式处理以解码条形码。从解码条形码40获得的信息随后被存储在存储器94中或被送至其他器件以供进一步处理。

成像条形码读取器一般具有其本身的内部发光系统以向条形码对象提供光。为了效率，光源一般与成像系统共线。这在印刷介质上的条形码上很有效，因为反射光基本被散射。近年来，条形码产业已见证了被展示在诸如蜂窝电话之类的电子介质上的标记的崛起。一般来说，条形码被展示在玻璃窗后面的LC或AMOLED显示器上。遗憾的是，来自玻璃的光源的镜面反射通常使图像盲化并让曝光程序混乱。结果，内嵌的照明必须被关闭并且为读取这些条形码曝光时间增加了。读取器的控制器可具有多个曝光时间：为读取纸张条形码并避免手颤的短曝光，以及当被暗淡发光时读取电子条形码的长曝光。然而，缺陷是这经常需要特殊模式，并经常导致较不积极的观察的扫描性能。然而，由于在长曝光期间需要关闭照明，因此LED的闪烁变得引人注意并且经常是不合需的或不可接受的。

在线性成像器中，可通过相对于扫描仪的大角度使蜂窝电话倾斜，来减轻关于镜面反射的问题。然而，发现显示器透光度因变于角度呈指数地下降，这通常导致长像素曝光。也已发现，在蜂窝电话外围的玻璃窗和光亮的框的磨边向所有方向反射入射光，甚至在足够大的读取角(节距)下，两个对称的(根据偏位角可以是不对称的)光带仍然出现在所捕捉的图像上。这些区域一般比显示在暗淡发光的蜂窝电话上的条形码更亮。因此，这经常让自动曝光程序困惑并导致没有解码发生。

需要具有一种成像扫描仪，它利用蜂窝电话上的特定特征以自动地进入被优化以读取被显示在蜂窝电话上的条形码的模式。最现代的蜂窝电话使用化学增强玻璃作为显示器的覆盖窗。为了在处理期间的改善的持久性和安全性，窗的边缘通常被斜切和磨光。围绕覆盖窗的框或外壳可以是光亮的或钝的。蜂窝电话上磨光的边和框(尤其具有正常的磨损和撕裂)能随机地散射入射光，由此即使在倾斜的俯仰角下也能通过传感器拾取反射。这些反射出现在捕捉的图像上表现为亮的或饱和的带。它们可根据蜂窝电话与扫描仪的距离、或者磨光的窗边缘和周围的框的尺寸和表面精整度而由不同的尺寸构成。

对于解码被显示在暗淡发光的蜂窝电话上的条形码来说，这提出了一个严重的挑战。亮带和实际移动条形码之间的对比度是如此地高乃至于典型的自动曝光程序将完全忽视或不命中感兴趣的条形码。图3A示出被显示在蜂窝电话45上的条形码40由画线成像器扫描，其中条形码40对准于画线成像器的视场(FOV)。图3B示出在图3A中的FOV内的条形码40和蜂窝电话45的多个部分的图像上的像素亮度分布的标绘图，其中当蜂窝电话45的显示器亮度被设定至相对低水平时相应水平轴线相应地对准。在图3B中，像素亮度分布示出落在条形码的寂静区102之外的两个近似饱和的带108、109。这些亮度区可以是握住移动设备的手、背景、或上文所描述的亮反射表面。亮区之间的部分可能是全暗的或者是如此暗淡乃至于有时仅显示出整个条形码的一部分。如图3B中的标绘图上容易看到的那样，在与实际显示区对应的区域内具有很少的调制或者没有调制。期望具有一种成像扫描仪，其具有某一自动曝光(AE)控制，以调整曝光量，从而至少对包含条形码的图像的一部分实现合需的设定。期望具有一种方法以检测移动设备的存在并相应地调整曝光，以使显示条形码的移动屏幕获得充分的曝光以确保成功解码。

在下文中，描述了一种用具有自动曝光(AE)控制的成像扫描仪解码条形码的方法。该成像扫描仪包括成像传感器，该成像传感器具有光敏元件的阵列。一般来说，解码在成像扫描仪的成像视场内的条形码的方法包括下列步骤：(1)朝向目标对象产生第一照明，该第一照明具有第一照明水平；(2)在目标对象被第一照明照射的同时用成像传感器内的光敏元件阵列来检测来自目标对象的光，以在第一曝光时间周期内捕捉第一图像；(3)确定在第一图像内的扫描行上的第一位置和第二位置以寻找切换条件。如果切换条件指示在第一图像中存在移动显示设备，则前述方法进一步包括下列步骤：(1)朝向目标对象产生第二照明，其具有第二照明水平；(2)在目标对象由第二照明照射的同时用成像传感器内的光敏元件阵列检测来自目标对象的光，以在第二曝光时间周期内捕捉第二图像；以及(3)解码第二图像中的条形码。这里，第二照明水平和第二曝光时间中的至少一者是基于第一图像中的第一位置和第二位置之间的扫描行上的像素值来确定的。

图4是根据一些实施例对条形码解码的方法100的流程图。如图4所示，在方框110和方框120，朝向目标对象45产生具有第一照明水平的第一照明，并在由第一照明照射目标对象的同时通过第一曝光时间周期捕捉目标对象45的第一图像。然后，在方框130，确定第一图像内的扫描行上的第一位置和第二位置，并在方框140评价切换条件以检测移动设备的存在。在一些实现中，如果不满足切换条件，则处理第一图像以对条形码解码。在一些其它实现中，如果不满足切换条件，则方法100将从方框110重新开始。

为了确定切换条件，“亮”值需要被定义。该值是从扫描的直方图获得的。图5是图3B中的像素亮度分布的直方图。直方图的最大非零元素的索引是扫描的最大像素值。我们将“亮”值定义为最大亮度的某一百分比，即75％。在一些实现中，该阈值像素值被设定在第一图像的最大像素值的预定分数，并且该预定分数可以被选择为60％至90％之间的一个数。基于移动设备显示器处于扫描行中央或或其附近的假设，算法从扫描中央至左、右地搜索，并停止在像素值达到“亮”的位置。左和右位置被分别用作扫描行上的第一位置和第二位置以寻找切换条件。左、右位置之间的距离是通过透镜放大倍数定标的移动设备显示器的尺寸。如果该尺寸足够大，比如超出总扫描的1/4，则算法确定移动设备已被扫描。在其它实现中，如果从左位置至右位置的距离作为扫描行总长度的百分比大于可被选择为20％至80％之间的一个数的预定因数，则算法确定移动设备已被扫描。

如图4所示，如果满足切换条件，则在方框150，基于第一图像中的第一位置和第二位置之间的扫描行上的像素值确定曝光水平。也就是说，如果确定移动设备已被扫描，则自动曝光(AE)控制将基于扫描的中央部分来调节曝光。结果是覆盖移动设备屏幕的较亮的部分和围绕中央的非常亮的区域，这使得解码非常暗的显示器上的条形码变得可能。例如，如图3C所示，在基于扫描的中央部分调整曝光后，与条形码对应的区域102在像素亮度分布中将具有显著的亮度调制，尽管带108和带109的亮度——它们落在与实际显示区对应的区域外——可能如此亮乃至于脱离了标度。在图4中，在确定新(或第二)曝光水平之后，在方框160和方框170，朝向目标对象产生具有第二照明水平的第二照明，并在通过第二照明照亮目标对象的同时通过第二曝光时间周期捕捉目标对象的第二图像。最后，在方框180，第二图像中的条形码被解码。

前述方法可应用于线性成像器和面积成像器两者。蜂窝电话上的条形码可以是一维条形码或二维条形码。当前述方法被应用至线性成像器时，可通过光敏元件的一个或多个平行的1维阵列来形成扫描行。当前述方法被应用至包括光敏元件的二维阵列的面积成像器时，扫描行可由通过第一图像中的像素形成的虚拟扫描行构成。

在上述说明书中已经描述了特定实施例。然而，本领域内技术人员能理解，可做出多种修正和改变而不脱离本发明如下面权利要求书记载的范围。因此，说明书和附图被认为是示例性的而非限定性的，并且所有这些修正都旨在落在本教义的范围内。

这些益处、优势、问题的解决方案以及可能使任何益处、优势或解决方案发生或变得更为突出的任何要素不被解释成任何或所有权利要求的关键、必需或必要特征或要素。本发明单独由所附权利要求书限定，包括在本申请处于未决状态期间做出的任何修改以及出版后这些权利要求的所有等效物。

此外在该文档中，诸如第一和第二、顶和底等等关系项可单独地用来将一个实体或动作与另一实体或动作区别开，而不一定要求或暗示这些实体和动作之间具有任何实际的这种关系或顺序。术语“构成为”、“由……构成”、“具有”、“具备”、“包括”、“包括有”、“包含”、“含有”或任何其他变型旨在覆盖非排他性包括，以使构成为、具有、包括、包含一要素列表的过程、方法、物品或装置不仅包括那些要素还可包括对该过程、方法、物品或装置未明确列出的或固有的其他要素。以“构成有一”、“具有一”、“包括一”、“包含一”开头的要素，在没有更多约束条件的情形下，不排除在构成为、具有、包括或包含该要素的过程、方法、物品或装置中存在额外的相似要素的可能性术语“一”和“一个”被定义为一个或多个，除非本文中另有明确声明。术语“基本上”、“本质上”、“将近”、“大约”或这些术语的任何其他版本被定义为如本领域内技术人员理解的那样接近，并且在一个非限定性实施例中，这些术语被定义为在10％以内，在另一实施例中在5％以内，在另一实施例中在1％以内，并在另一实施例中在0.5％以内。本文中使用的术语“耦合的”被定义为连接的，尽管不一定是直接连接的也不一定是机械方式连接的。以某种方式“配置的”设备或结构至少以那种方式配置，但也可以未列出的方式配置。

要理解一些实施例可包括一个或多个通用或专用处理器(或“处理器件”)，例如微处理器、数字信号处理器、定制的处理器和现场可编程门阵列(FPGA)以及唯一存储的程序指令(包括软件和固件两者)，所述唯一存储的程序指令控制一个或多个处理器以配合某些非处理器电路执行本文描述的方法和/或装置的一些、多数或全部功能。替代地，一些或全部功能可由无存储程序指令的状态机执行，或者在一种或多种应用中由专用集成电路(ASIC)执行，在这类ASIC中每种功能或某些功能的某些组合被实现为定制逻辑。当然，也可使用这两种方式的组合。

另外，一实施例可被实现为计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质具有存储在其上的计算机可读代码，用于对(例如包含处理器的)计算机编程以执行如本文描述和要求保护的方法。这种计算机可读存储介质的例子包括但不限于硬盘、CD-ROM、光存储器件、磁存储器件、ROM(只读存储器)、PROM(可编程只读存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)以及闪存。此外，预期本领域内技术人员可能无需显著的努力和由例如可用时间、当前技术和财政因素促动的许多设计选择，当受到本文描述的理念和原则指导时，能以最少的试验容易地产生这些软件指令和程序和IC。

本公开的摘要被提供以使读者快速地确定本技术公开的性质。该摘要是以不用于解释或限制权利要求的范围或含义的理解而提交的。此外，在上述详细描述中，可以看出为了使本发明整体化，各个特征在各实施例中被编组到一起。这种公开方法不应被解释为反映要求保护的实施例相比各个权利要求中明确陈述的特征而言需要更多特征的意图。相反，如所附权利要求反映出来的那样，本发明的方面少于以上公开的单个实施例的所有特征。因此，下面的权利要求在此被纳入详细说明书中，其中每个权利要求独立本身成立作为单独要求保护的主题事项。

Claims (20)

1.一种解码在成像系统的成像视场内的条形码的方法，所述成像系统包括具有光敏元件阵列的成像传感器，所述方法包括：

朝向目标对象产生具有第一照明水平的第一照明；

在所述目标对象由所述第一照明照亮的同时用所述成像传感器中的光敏元件阵列检测来自所述目标对象的光，以在第一曝光时间周期内捕捉第一图像；

确定所述第一图像中的扫描行上的第一位置和第二位置以寻找切换条件；

如果所述切换条件指示在所述第一图像中存在移动显示设备，则

(1)朝向所述目标对象产生具有第二照明水平的第二照明；以及

(2)在所述目标对象由所述第二照明照亮的同时用所述成像传感器中的光敏元件阵列检测来自所述目标对象的光，以在第二曝光时间周期内捕捉第二图像；以及

其中，所述第二照明水平和所述第二曝光时间周期中的至少一者是基于第一图像中的第一位置和第二位置之间的扫描行上的像素值来确定的。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

寻找所述扫描行上的所述第一位置和所述第二位置之间的选定距离；以及

其中，如果所述第一图像中的扫描行的选定距离和总长度之间的比大于预定因数，则所述切换条件指示所述第一图像中存在移动显示设备。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预定因数被选择为20％-80％之间。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预定因数被选择为25％。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定包括：

确定一阈值像素值以用于寻找所述扫描行上的第一位置和第二位置。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定包括：

确定一阈值像素值以用于寻找所述扫描行上的第一位置和第二位置，其中所述阈值像素值是从所述第一图像的直方图确定的。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定包括：

确定一阈值像素值以用于寻找所述扫描行上的第一位置和第二位置，其中所述阈值像素值被设定在所述第一图像中的最大像素值的预定分数处。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预定分数被选择为在60％至90％之间。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预定分数被选择为75％。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光敏元件阵列形成线性成像设备的扫描行。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光敏元件阵列是光敏元件的二维阵列，并且所述扫描行是由所述第一图像中的像素形成的虚拟扫描行。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成像传感器具有与之关联的增益，并且所述第二照明水平、第二曝光时间周期和所述成像传感器的增益中的至少一者是基于所述第一图像中的所述第一位置和所述第二位置之间的扫描行上的像素确定的。

13.一种装置，包括：

成像透镜配置；

成像传感器，其包括光敏元件阵列，所述光敏元件阵列被配置成与所述成像透镜配置一起操作以检测来自成像视场内的目标对象的光；

用于产生照明的照明源；

控制器，被配置成：朝向目标对象产生具有第一照明水平的第一照明；在所述目标对象由所述第一照明照亮的同时用所述成像传感器中的光敏元件阵列检测来自所述目标对象的光，以在第一曝光时间周期内捕捉第一图像；并确定所述第一图像中的扫描行上的第一位置和第二位置以寻找切换条件；

所述控制器被进一步配置成：如果所述切换条件指示在所述第一图像中存在移动显示设备，则朝向所述目标对象产生具有第二照明水平的第二照明，并在所述目标对象由所述第二照明照亮的同时用所述成像传感器中的光敏元件阵列检测来自所述目标对象的光，以在第二曝光时间周期内捕捉第二图像；以及

所述第二照明水平和所述第二曝光时间周期中的至少一者是基于第一图像中的第一位置和第二位置之间的扫描行上的像素值来确定的。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述控制器被配置成解码在所述第二图像中的条形码。

15.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述光敏元件阵列形成线性成像设备的扫描行。

16.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述光敏元件阵列是光敏元件的二维阵列，并且所述扫描行是由所述第一图像中的像素形成的虚拟扫描行。

17.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述成像传感器具有与之关联的增益，并且所述第二照明水平、第二曝光时间周期和所述成像传感器的增益中的至少一者是基于所述第一图像中的所述第一位置和所述第二位置之间的扫描行上的像素值确定的。

18.一种解码在成像系统的成像视场内的条形码的方法，所述成像系统包括具有光敏元件阵列的成像传感器，所述方法包括：

朝向目标对象产生具有第一照明水平的第一照明；

在所述目标对象由所述第一照明照亮的同时用所述成像传感器中的光敏元件阵列检测来自所述目标对象的光，以在第一曝光时间周期内捕捉第一图像；

确定所述第一图像中的扫描行上的第一位置和第二位置以寻找切换条件；

如果切换条件指示所述第一图像中存在移动显示设备，则

(1)朝向所述目标对象产生具有第二照明水平的第二照明；

(2)在所述目标对象由所述第二照明照亮的同时用所述成像传感器中的光敏元件阵列检测来自所述目标对象的光，以在第二曝光时间周期内捕捉第二图像，并且其中所述第二照明水平和第二曝光时间周期中的至少一者是基于第一图像中的第一位置和第二位置之间的扫描行上的像素值来确定的，以及

(3)解码所述第二图像中的条形码。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述光敏元件阵列形成线性成像设备的扫描行。

20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述光敏元件阵列是光敏元件的二维阵列，并且所述扫描行是由所述第一图像中的像素形成的虚拟扫描行。