CN104866797B - 一种条码识读引擎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于获取图像数据的条码识读引擎，包括基于互补金属氧化物半导体的图像传感器，配置有MIPI协议的解码芯片、瞄准光源、照明光源、全局电子快门控制电路、第一载板、第二载板及基座；所述解码芯片与图像传感器、瞄准光源、照明光源、全局电子快门控制电路电连接；所述全局电子快门控制电路与图像传感器电连接。解码芯片配置MIPI协议，解决了整个条码识读引擎的兼容性问题并简化设计，既增加带宽、提高性能，同时又能降低成本、复杂度、功耗以及EMI；条码识读引擎的每一部件经过精心的布局设计，能够最大限度的减小空间的占据，减小该引擎的体积。

Description

一种条码识读引擎

技术领域

本发明属于自动识别行业，涉及一种条码识读引擎。

背景技术

二维条码是用特定的几何图形按照一定的规律在平面(二维方向上)分布的黑白相间的矩阵区域，该矩阵区域用以记录符号信息。二维码可以分为堆叠式二维码和矩阵式二维码条码。堆叠式二维码是由多行短截的一维条码堆叠而成；矩阵式二维条码以矩阵的形式组成，在矩阵相应元素位置上用“点”表示二进制“1”，用空表示二进制“0”，由点和空排列组成数据代码。在日常生活和工业应用中，条码的使用越来越广泛，诸如：零售行业、物流行业、金融行业对条码的使用需求越来越大。

条码技术的迅速发展对条码读取设备的要求也越来越高，条码读取引擎作为读取条码的一个重要组成部分，现有市场上流通的条码解码引擎体积大、兼容性差、生产效率低下，成本高。从电子电路方面，使用的CMOS生产为早期的工艺，投产时间较长，使用像素点使用的CMOS生产年份在2005年，投产时间长，使用像素点6*6um^2的CMOS，总像素为752*480，晶片尺寸为9mm*9mm感光面积为4.5mm*2.9mm，平均功耗为70mA@3.3V，帧数为60帧/秒，界面为DVP；从光学方面，使用球面镜头模组，视场一般为42°左右，光圈F#的数值在6左右，镜头和CMOS为分离式部件；从生产方面，需对镜头调焦后点胶固定，增加生产工序。

现有市场上流通的条码解码引擎存在多方面的不足，其体积大，使用球面镜头模组，受限于生产要求，使得模组的体积不可减小；其光学性能差，视场小，影响使用，光圈小，需要外界补光，功耗大；其兼容性能差，不支持MIPI接口，只能外置MIPI桥接芯片，增加成本；其速度慢，使用的CMOS帧数低，读取速度慢；其功耗高，使用的CMOS功耗大；其价格高，CMOS晶片的尺寸大，成本更高，使用的解码芯片不带MIPI接口，需要外置连接；其生命周期不可控，CMOS为早期的产品，投产时间较长，较易被淘汰而影响后续的生产；其生产效率低，镜头与CMOS先调焦后再固定，对生产环境的要求高，人工引入的误差大，生产效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、兼容性能好，成像品质高，体积小的条码识读引擎。

为了解决上述技术问题本发明采用了如下技术方案，提供一种条码识读引擎，包括基于互补金属氧化物半导体的图像传感器，配置有MIPI协议的解码芯片、瞄准光源、照明光源、全局电子快门控制电路、第一载板、第二载板及基座；所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器固定于第一载板的一面，基座固定于第一载板上并封装基于互补金属氧化物半导体的图像传感器；第一载板的另一面固定于第二载板正面，瞄准光源与照明光源布置于基于互补金属氧化物半导体的图像传感器周围，基于互补金属氧化物半导体的图像传感器的两侧对称排布有瞄准光源及照明光源；第二载板的背面固定解码芯片；全局电子快门控制电路设置于第一载板或第二载板上；所述解码芯片与图像传感器、瞄准光源、照明光源、全局电子快门控制电路电连接；所述全局电子快门控制电路与图像传感器电连接。

其中，还包括一金属支架，套接于基座的外侧，将所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器及基座固定于第二载板上。

其中，第一载板与第二载板通过板对板连接器连接。

其中，所述照明光源与瞄准光源位于基于互补金属氧化物半导体的图像传感器的同侧或异侧。

其中，所述照明光源的波长为380-760nm。

其中，所述瞄准光源的发散角大于或等于15°。

其中，所述第一载板、第二载板为柔性电路板或硬性电路板。

其中，所述基座设有一通孔，所述通孔内固定有透镜，透镜将目标区域反射的光线聚焦至基于互补金属氧化物半导体的图像传感器上，所述透镜包括：正透镜与负透镜组合、双胶合镜组合、正透镜与双胶合透镜组合、双胶合镜与正透镜组合或两个正透镜与负透镜组合。

本发明的有益效果是：

其一、条码识读引擎作为一个整体的结构，将图像传感器设计成一体化的独立模块，方便安装使用，并减小了条码识读引擎的整体体积；

其二、采用配置有MIPI协议的解码芯片，解决了整个条码识读引擎的兼容性问题并简化设计，既增加带宽、提高性能，同时又能降低成本、复杂度、功耗以及EMI；

其三、采用全局电子快门控制电路控制基于互补金属氧化物半导体的图像传感器，在同一曝光时间内能够捕捉多个图像像素，使成像质量更高；

其四、条码识读引擎的每一部件经过精心的布局设计，能够最大限度的减小空间的占据，减小该引擎的体积。

附图说明

图1所示为本发明的成像组件的内部结构示意图；

图2所示为本发明的条码识读引擎的一实施方式结构示意图；

图3所示为本发明的条码识读引擎的另一实施方式结构示意图；

图4所示为本发明的条码识读引擎的另一实施方式结构示意图；

图5所示为本发明的条码识读引擎的结构框图。

标号说明：

金属支架1 成像组件2 透镜201 基座202 第一载板203

基于互补金属氧化物半导体的图像传感器204 板对板连接器3

瞄准光源4 照明光源5 第二载板6 输入输出模块7 解码芯片8

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

本发明公开了一种条码识读引擎，包括基于互补金属氧化物半导体的图像传感器204，配置有MIPI协议的解码芯片8、瞄准光源4、照明光源5、全局电子快门控制电路、第一载板203、第二载板6及基座202；所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器204固定于第一载板203的一面，基座202固定于第一载板203上并封装基于互补金属氧化物半导体的图像传感器204；第一载板203的另一面固定于第二载板6正面，瞄准光源与照明光源布置于基于互补金属氧化物半导体的图像传感器204周围；第二载板6的背面固定解码芯片8；全局电子快门控制电路设置于第一载板203或第二载板6上；所述解码芯片8与图像传感器、瞄准光源4、照明光源5、全局电子快门控制电路电连接；所述全局电子快门控制电路与图像传感器电连接。

参阅图1所示，封装基于互补金属氧化物半导体的图像传感器204的基座202设置一通孔，所述通孔内可固定透镜201，应用透镜201将目标区域反射的光线聚焦至基于互补金属氧化物半导体的图像传感器上。透镜201、图像传感器、基座202及第一载板203为一体成型的结构形成一成像组件2；所述条码识读引擎还包括第二载板6，成像组件2固定于第二载板6正面，第一载板203与第二载板6之间的连接可以采用板对板连接器3，至少一瞄准光源4与至少一照明光源5布置于成像组件2周围；第二载板6的背面固定配置有MIPI协议的解码芯片8。

如上所述，所述的条码识读引擎还可以包括输入输出模块7，用于控制指令的输入或与外界进行数据传输，其可从开关、按键、语音、云端、扫描软件、硬件等控制端接收读取条码的指令后向解码芯片8以及成像组件2发送工作控制指令，并控制照明光源5和瞄准光源4启动。所述的输入输出模块7还可以采用内置的无线收发装置等实现控制信号以及图像数据的传输。通过输入输出模块7接收控制信号，控制成像组件2开始获取图像并触发解码模块尝试解码，通过输入输出模块7获取控制信号，控制瞄准光源4以及照明光源5启用进行补光、照明等。如输入输出模块7可采用FPC连接器，FPC连接器可使用柔性排线或者其他连接线与外部设备进行连接并传输控制信号、图像数据等。

所述的成像组件2包括可根据入射光的信号生成数字化的条码图像，该基于互补金属氧化物半导体的图像传感器204可为CMOS集成模块，或采用专用的集成全局电子快门图像传感器阵列204(如Aptina的MT9M021、MT9M031)，其体积小，并可以在一个曝光周期内持续曝光多个图像像素，提供更加清晰的图像，提高解码的可行性。上述实施方式中，一体成型的成像组件2中所述的至少一个透镜201可包括：正透镜与负透镜组合、双胶合镜组合、正透镜与双胶合透镜组合、双胶合镜与正透镜组合或两个正透镜与负透镜组合。所述的成像组件2采用一体成型的构件，方便产品的生产，减小产品组装过程中所造成的安装误差、人工重新定位不准确等缺陷，产品的精准度更好，性能更佳。

配置MIPI协议的解码芯片8可采用可编程逻辑电路，该解码芯片8配备MIPI协议，具备MIPI功能，在解码芯片8的内部集成MIPI功能，不需要另外采用MIPI芯片进行信号的转接，节约了器件并且可以使得整个条码识读引擎的体积减小，满足现在市场上人们对条码识读设备小型化的需求。解码芯片8具备MIPI功能后将移动通信设备内部的接口标准化从而减少兼容性问题并简化了产品的整体设计，使该产品的接口既能增加带宽、提高性能，同时又能降低成本、复杂度、功耗以及EMI，只在需要时连接到D-PHY或者M-PHY这两个物理层之上，D-PHY采用1对源同步的差分时钟和1～4对差分数据线来进行数据传输。数据传输采用DDR方式，即在时钟的上下边沿都有数据传输，D-PHY的物理层支持HS(high speed)和LP(low power)2种工作模式，HS模式下采用低压差分信号，功耗较大，但是可以传输很高的数据速率(数据速率为80M～1Gbps)；LP模式下采用单端信号，数据速率很低(<10Mbps)，但是相应的功耗也很低。2种模式的结合保证了MIPI总线在需要传输大量数据(如图像)时可以高速传输，而在不需要大数据量传输时又能够减少功耗。MIPI解码芯片8可由单个ASIC集成电路运行，实现硬件解码，区别于传统的软件解码，传统的解码过程采用软件解码、纠错、图形处理等算法，需要三个集成电路。所述的解码芯片8可解码的码制包括非常大至超小的代码128、Codabar、代码93、代码11、代码39、UPC、ENC、MSI等，至少一个条码符号的类型可以为相同的或多种不同条码的组合，具体的条码类型可包括：PDF417，DataMatrix，QR码、Maxicode、Aztec等2D条码符号等。

所述瞄准光源4在目标区域的反射面形成几何形状的肉眼可见光斑，该瞄准光源4可以采用诸如红光、绿光等肉眼可显著识别的灯光。在一优选的实施方式中，所述瞄准光源4的发散角大于等于15°。

照明光源5可以采用LED光源，可以采用贴片式的或者引脚式的LED。应用照明光源5进行补光及照明，照明光源5的波长可为380-750nm，不同波长的照明光源5能满足不同的需求，可根据具体的使用情况进行设定。照明光源5的发散角为120°或者其他，发散角大适用于视场角大的摄像头，有利于覆盖视场范围。LED照明光源5还可以是带聚光球罩或者不带的，带球罩的LED光源具有较小的发散角，有利于远距离照明，不带球罩的LED照明光源5有利于视场角度大的照明设备。

所述的至少一瞄准光源4与至少一照明光源5可依实际使用的需求设置在成像组件2的同侧或者异侧，并可根据需要设定瞄准光源4与照明光源5的数量。参阅图2所示，本发明的一具体实施方式中，在一长条形的第二载板6正面上固定所述的成像组件2，在成像组件2的两侧对称排布有瞄准光源4及照明光源5，所述第二载板6的另一端头设置输入输出模块7；第二载板6的背面固定所述的MIPI解码芯片8。参阅图3所示，区别于上述实施方式在于，在第二载板6的正面上固定所述的成像组件2，在摄像模块的两边分布2个或者更多个照明光源5，所述成像组件2的上下两边分别放置1颗或更多个瞄准光源4，并将所述的MIPI解码芯片8固定于成像组件2的下方(第二载板6的正面)，所述第二载板6的背面设置及输入输出模块7。参阅图4所示，所述第二载板66的正面上设置成像组件2，成像组件2的两侧对称分布照明光源5，成像组件2的上下两侧分布瞄准光源4，在载板的另一面放置MIPI解码芯片8以及输入输出模块7。具体的，为了最大限度的使用空间进行排布，所述的MIPI解码芯片8可依据第二载板6的面积绕各自的中心旋转90一定的角度，如旋转45°，90°等，将输入输出模块7与MIPI解码芯片8合理的空间布局能够节省空间，最大限度的缩小整个构件的体积。并充分利用第二载板6的正面以及背面，使得整个构件进一步减小。

在一优选的实施方式中，其与上述实施方式的区别在于可设置一金属支架1，套接于基座202的外侧，并将成像组件2整体固定于第二载板6上，采用金属支架1使得成像组件2更加稳固，并起到保护成像组件2的目的。金属材质的支架其导热性能好，能够保证成像组件2的工作环境，金属支架1与第二载板6的固定方式可采用焊接或者限位孔固定的方式等。所述的金属支架1还可以设置防呆结构的特征，方便安装定位，防止安装错误，防呆结构特征可在所述的支架壳体设置凸起或者凹陷或者缺口等，如在所述凸台202的外侧壁设有凸耳，金属支架1相应的位置设有缺口，凸耳限位于金属支架1的缺口处。

在另一优选的实施方式中，上述实施方式中的成像组件2与第二载板6可以通过板对板连接器3连接，板对板连接器3与成像组件2的接口相互匹配，通过板对板连接器3实现成像组件2与MIPI解码芯片8进行信号通讯。在实际操作中，板对板连接器3管脚的数量可选用20或者大于20。

在又一优选的实施方式中，上述实施方式的第一载板203与第二载板6可为柔性电路板或硬性电路板。采用柔性电路板，其材质轻盈，能满足不同的安装需要；采用硬性电路板，其不易变形、稳定性更佳。

参阅图5所示，本发明的一种条码识读引擎，包括基于互补金属氧化物半导体的图像传感器204、配置有MIPI协议的解码芯片8、瞄准光源4、照明光源5、全局电子快门控制电路，该条码识读引擎可通过有线或者无线的方式接收外部或内部的控制指令进行工作。在该实施方式中，所述的基于互补金属氧化物半导体的图像传感器204用于捕捉图像数据，如捕捉纸件文档、包装体外壳、机器表面上所粘附或者打印的一维码、二维码等数据符号。该捕捉的方式可以为连续捕捉或者间断捕捉。该基于互补金属氧化物半导体的图像传感器204还可包括用于接收由目标区域反射光线的透镜组，图像传感器与透镜组一体成型形成一成像组件，应用成像组件2能够使产品的品质更好，性能更好，并且缩小整个部件的体积。所述基于互补金属氧化物半导体可采用集成全局电子快门图像传感器阵列204，通过全局电子快门控制电路控制集成全局电子快门图像传感器阵列在同一曝光周期内同时曝光多个图像像素，使得其能够采集更加清晰的条码图像；该条码识读引擎解码芯片具备MIPI的功能，应用MIPI通讯协议能够扩展该条码识读引擎的通讯功能，使该设备兼容性能更好。本实施方式中，配置MIPI协议的解码芯片可采用如下任意一种方式实现，包括但不限于具备MIPI功能的专用的集成电路、专用解码芯片、FPGA芯片还可以采用微处理器、数字信号处理芯片以及微控制单元等模块与其外围电路集合而成的模组等。

至少一瞄准光源4与至少一照明光源5排布于解码芯片的周围，瞄准光源4在目标区域形成几何形状的肉眼可见光斑，该瞄准光源4可采用诸如红光、绿光等肉眼可显著识别的灯光。还可在成像组件的四周布置照明光源5，照明光源5可使用贴片式或者引脚式，可为LED灯等。照明光源5的发散角的大小可依实际使用的需求设定，以覆盖视场范围为最佳选择。优选的照明光源5还可以是带聚光球罩或者不带聚光球罩，带球罩的LED光源具有较小的发散角，有利于远距离照明，不带球罩的照明光源5有利于视场角度大的照明设备。

所述的条码识读引擎还可包括一触发模块，触发模块与成像组件、瞄准光源4、照明光源5、解码芯片电连接。触发模块用于控制解码芯片以及成像组件的工作，使得成像组件能够在一个曝光时期内连续曝光多个图像像素，并将图像像素传送至解码芯片进行解码处理，触发模块还用于控制瞄准光源4及照明光源5启动进行瞄准、补光、照明等。所述触发模块包括控制按键及控制模块，所述控制按键连接控制模块，所述控制模块与成像组件2、瞄准光源4、照明光源5、解码芯片8电连接。所述触发模块可通过有线或者无线的方式向条码识读引擎发送控制信号，控制信号可通过条码识读引擎的输入输出模块7传输至解码芯片8，解码芯片进而控制全局电子快门控制电路、照明光源5、瞄准光源、基于互补金属氧化物半导体的图像传感器204开启工作，全局电子快门控制电路控制基于互补金属氧化物半导体的图像传感器204在同一曝光周期内同时曝光多个图像像素，最终将图像像素传送至解码芯片进行尝试解码。所述的条码识读引擎还可以设置成上电工作的模式，当基于互补金属氧化物半导体的图像传感器204感应目标区域反射回来的光线变化，即可回馈至解码芯片，使解码芯片控制各个模块开启工作，进行尝试解码。

上所述仅为本发明条码识读引擎的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种条码识读引擎，其特征在于：包括基于互补金属氧化物半导体的图像传感器，配置有MIPI协议的解码芯片、瞄准光源、照明光源、全局电子快门控制电路、第一载板、第二载板及基座；

所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器固定于第一载板的一面，基座固定于第一载板上并封装基于互补金属氧化物半导体的图像传感器；

第一载板的另一面固定于第二载板正面，瞄准光源与照明光源布置于基于互补金属氧化物半导体的图像传感器周围，基于互补金属氧化物半导体的图像传感器的两侧对称排布有瞄准光源及照明光源；第二载板的背面固定配置有MIPI协议的解码芯片；

全局电子快门控制电路设置于第一载板或第二载板上；

所述配置有MIPI协议的解码芯片与图像传感器、瞄准光源、照明光源、全局电子快门控制电路电连接；所述全局电子快门控制电路与图像传感器电连接。

2.根据权利要求1所述的条码识读引擎，其特征在于：一金属支架，套接于基座的外侧，将所述基于互补金属氧化物半导体的图像传感器及基座固定于第二载板上。

3.根据权利要求2所述的条码引擎，其特征在于：

第一载板与第二载板通过板对板连接器连接。

4.根据权利要求3所述的条码识读引擎，其特征在于：所述照明光源与瞄准光源位于基于互补金属氧化物半导体的图像传感器的同侧或异侧。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的条码识读引擎，其特征在于：所述照明光源的波长为380-760nm。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的条码识读引擎，其特征在于：所述瞄准光源的发散角大于或等于15°。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的条码识读引擎，其特征在于：所述第一载板、第二载板为柔性电路板或硬性电路板。

8.根据权利要求7所述的条码识读引擎，其特征在于：所述基座设有一通孔，所述通孔内固定有透镜，透镜将目标区域反射的光线聚焦至基于互补金属氧化物半导体的图像传感器上，所述透镜包括：正透镜与负透镜组合、双胶合镜组合、正透镜与双胶合透镜组合、双胶合镜与正透镜组合或两个正透镜与负透镜组合。