CN111295662B - 具有多个图像传感器的条形码读取器及其相关方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例大体涉及条形码读取器领域,更具体地说,涉及具有多个线性图像传感器的条形码读取器。在实施例中,条形码读取器包括:第一光学组件,包括第一线性成像传感器;第二光学组件,包括第二线性成像传感器;以及连接的控制器,该控制器配置成:同时使第一线性成像传感器和第二线性成像传感器在预确定的时间量内分别从第一FOV和第二FOV捕获光;同时捕获来自第一线性成像传感器的第一输出信号和来自第二线性成像传感器的第二输出信号。

Description

具有多个图像传感器的条形码读取器及其相关方法
背景技术
条形码在各种各样的场合已经司空见惯。它们能够相对轻松地传递数据并且被读取,为它们在零售、医疗保健、企业、运输和物流以及许多其他环境中的使用提供了基础。特别流行的是一维(1D)或线性条形码,它们由一系列具有不同宽度和间距的平行线定义。
随着条形码在不同领域的广泛普及,产生了对各种各样的条形码读取器的需求,其坚固性、复杂度、成本、特征等各不相同。通常需要的一个特殊特征是读取器能够在不同的工作距离捕获可解码数据。在一些实例中,这种特征是通过复杂的可调光学器件实现的,这些可调光学器件基于众多参数(如测量距离或图像分析)改变工作距离。然而,这需要相对较高的复杂度,同时增加计算量/图像处理能力。在其他实例中,该特征通过多个图像传感器来实现,其中每一个传感器被单独控制以根据各种参数来捕获图像数据。这些系统增加了复杂度,因为它们需要各自的驱动器以根据所需的设置驱动多个图像传感器。
因此,仍然需要改进的条形码读取设备和与之相关联的方法,以提供降低的成本和复杂度水平,同时提供一些基本的必要特征。
附图说明
附图(其中类同的附图标记在全部单独的视图中表示相同的或功能类似的要素)连同下面的详细描述被纳入于此并形成说明书的一部分,并用来进一步阐述包括所要求保护的发明的构思的实施例,以及解释那些实施例的各种原理和优势。
图1示出了根据本发明的实施例的条形码读取器的透视图。
图2示出了图1的条形码读取器的部件中的一些部件的示意性框图。
图3示出了表示根据本发明的实施例的制造条形码扫描仪的方法的流程图。
图4示出了表示根据本发明的实施例的读取条形码的方法的流程图。
本领域技术人员将理解附图中的要素出于简化和清楚而示出,并且不一定按比例绘制。例如,附图中的要素中的一些要素的尺寸可相对于其他要素被放大以帮助提升对本发明实施例的理解。
已在附图中通过常规符号在适当位置对装置和方法构成进行了表示,所述表示仅示出与理解本发明的实施例有关的那些特定细节,以免因得益于本文的描述对本领域技术人员显而易见的细节而混淆本公开。
具体实施方式
在实施例中,本发明是条形码读取器包括。该条形码读取器包括:壳体,具有至少一个窗口;第一光学组件,包括第一线性成像传感器,该第一光学组件具有延伸穿过该至少一个窗口的第一视场(FOV),该第一光学组件具有第一最大工作距离;第二光学组件,包括第二线性成像传感器,该第二光学组件具有延伸穿过该至少一个窗口的第二FOV,该第二光学组件具有大于该第一最大工作距离的第二最大工作距离;以及控制器,连接到该第一线性成像传感器并进一步连接到该第二线性成像传感器,该控制器被配置为:同时使第一线性成像传感器和第二线性成像传感器在预确定的时间量内分别从第一FOV和第二FOV捕获光;同时捕获来自第一线性成像传感器的第一输出信号和来自第二线性成像传感器的第二输出信号。
现在参考附图,图1示出了示例性条形码读取器,该条形码读取器具有壳体102,壳体102具有触发器104和窗口106。本实施例中还包括底座108,底座108还被配置为站立在表面上并且以通常竖直的位置支撑壳体102。当条形码读取器100被放置在工作台面上时,条形码读取器100可以作为静止工作站在免提模式下使用。当条形码读取器100被从工作台上被拾取且保持在操作者的手中时,条形码读取器100也可以在手持模式下使用。在免提模式下,产品可被滑过、刷过或呈现给窗口106。在手持模式下,条形码读取器100可以朝向产品上的条形码移动,并且可以手动地按下触发器104以发起对条形码的成像。在一些实现方式中,可以省去底座108,并且壳体102也可以呈现其他的手持或非手持形状。
图2示出了根据一些实施例的条形码读取器100的一部分的示意框图。应当理解,图2未按比例绘制。图2中的条形码读取器100包括下列部件:(1)第一光学组件110,包括第一线性成像传感器112和第一成像透镜组件114;(2)第二光学组件116,包括第二线性成像传感器118和第二成像透镜组件120;(3)照明源122;(4)印刷电路板(PCB)124,支撑第一线性成像传感器112和第二线性成像传感器118以及照明源122;(5)控制器126,位于PCB 124上并且可通信地耦合到第一线性成像传感器112和第二线性成像传感器118、以及照明源124;(6)存储器128,连接到控制器126;以及(7)照明透镜组件130,位于照明源122前方;以及(8)瞄准光组件123,具有瞄准光源125和瞄准透镜组件127。
第一线性成像器112和第二线性成像器118可以是CCD或CMOS线性成像传感器,CCD或CMOS线性成像传感器通常包括以一维阵列排列的多个光敏像素元件。第一线性成像器112和第二线性成像器118可操作用于检测分别由第一成像透镜组件114和第二成像透镜组件120沿着相应的光学路径或光轴132、134通过窗口106捕获的光。通常,每一个相应的线性成像器和成像透镜组件对被设计成一起操作以用于捕获从条形码散射、反射或发射的光作为一维视场(FOV)上的像素数据。然而,每一个透镜/成像器对(也称为光学组件)以不同的参数进行配置。
在当前描述的实施例中,第一光学组件110被设计成在NWD1和NWD2之间延伸的相对远的工作距离范围内读取条形码。在一些实施例中,NWD1距离窗口106近似0英寸,并且NWD2距离窗口106近似28英寸至32英寸。附加地,光学组件110捕获来自相对较宽的FOV 136的光。另一方面,第二光学组件116被设计成在FWD1和FWD2之间延伸的相对远的工作距离范围内读取条形码。在一些实施例中,FWD1距离窗口106近似24英寸,并且FWD2距离窗口106近似600英寸至680英寸。附加地,光学组件116捕获来自相对较窄的FOV 138的光。
普通技术人员将了解所需的FOV与工作距离、光学组件焦距、透镜配置和孔径之间的关系。因此,可以根据需要配置每一个成像透镜组件(可以选择适当的焦距、透镜配置和/或孔径),以获得所需的参数集。在优选实施例中,每一个成像透镜组件是固定焦点组件。另外,在优选实施例中,每一个成像透镜组件被配置为使得第一线性成像传感器112和第二线性成像传感器118中的每一个所捕获的光量彼此相差在20%以内(这假设两个传感器在相同曝光持续时间内被激活)。例如,如果要考虑来自位于光学组件的FOV中的每一个内的给定光源的线性成像传感器中的每一个的辐照量,则两个光学组件中的每一个被配置为使得线性成像传感器中的每一个的辐照量彼此相差在20%以内。在实施例中,通过使第一光学组件110包括具有焦距为16mm且矩形孔径为2mm×0.9mm的固定焦点透镜布置,并且通过进一步使第二光学组件116包括具有焦距为30mm且矩形孔径为4mm×1.8mm的固定焦点透镜布置来实现该功能。在一些实施例中,还可以通过配置彼此相差在10%以内的每一个光学组件f数来实现该功能。例如,第一光学组件110可以具有10.9的f数,而第二光学组件116可以具有9.9的f数。在一些实施例中,优选地配置第一光学组件110,以相对于经由第二光学组件116提供给第二成像传感器118的光量,为成像传感器112提供更多的光。
在图2中,控制器126(诸如微处理器)可操作地连接到线性成像器112和线性成像器118。优选地,线性成像器112和线性成像器118中的每一个的输入经由并行连接140连接到控制器。这可以通过由单个控制器输出通道(例如,使用控制器126上的相同的(多个)引脚连接线性成像器112和线性成像器118)将成像器连接到控制器来实现。在其他示例中,这可以通过将成像器连接到被配置为并行操作的两个分离的控制器输出来实现。附加地,每一个传感器112、118的输出还连接到控制器126。在优选配置中,这包括经由其自己的通信链路142将每一个成像器连接到控制器。
成像器与控制器的并行连接可以有利地用于同时激活和停用图像传感器112和图像传感器118,从而使每一个传感器以相同曝光持续时间来捕获数据。该配置特别适用于线性图像传感器的实现方式,因为这些传感器可能缺少调整传感器自身内部图像捕获参数的附加电子手段。实际上,两个成像器都可以由单个输出通道进行驱动,从而降低了功耗和计算消耗,并且需要具有多输出通道的更复杂的处理器。这可以通过对第一成像器112和第二成像器118使用相同的传感器来进一步简化,以便相同的驱动器信号可以均匀地应用于两个传感器。
可以进一步利用同时激活和停用以同时地捕获和潜在地分析传感器数据。在一些情况下,分析包括分析来自图像传感器中的一个的图像数据以确定其中是否捕获了可解码条形码,并且继续分析来自其他成像器传感器的图像数据是无法从第一图像获取的解码。在其他情况下,可以同时分析来自两个图像传感器的图像数据以确定其中是否存在可解码条形码。在成像器输出模拟信号的实施例中,提供(多个)模拟到数字转换器(在控制器126之前或控制器126内)以将模拟信号转换为数字信号以进行处理。
在光学组件110和光学组件116是固定焦点、线性图像传感器112和线性图像传感器118被同时激活和停用、来自两个成像器的图像数据被同时地捕获和潜在地处理时,可以显著地提高从初始触发器激活到条形码的解码的持续时间。
除了连接到图像传感器,控制器126进一步连接到照明源112和瞄准光源125以控制这些部件的操作。控制器126还可以用于控制成像扫描仪中的其他设备。读取器100还包括可以被控制器126访问的存储器128以存储和检取数据。在一些实施例中,控制器126还包括解码器以解码线性成像器112和线性成像器118捕获的一个或多个条形码。在一些实现方式中,可以利用微处理器数字地处理所捕获的条形码的图像来解码条形码。
在根据一些实施例的操作中,控制器126发送命令信号以在预确定的照明时段内对照明源125供能。然后,控制器126使线性成像传感器激活以努力捕获条形码的图像。所捕获的图像作为像素数据被传输到控制器126。如果在FOV 136或FOV 138内存在一个条形码,则此类像素数据由控制器126中的解码器进行数字处理以解码该条形码。从解码该条形码获取的信息随后存储在存储器128中或发送到其他设备中进行进一步处理。
现在参考图3,其中示出了表示根据本公开的制造条形码扫描仪的方法的流程图。在步骤200中,该方法包括提供包括第一线性成像传感器的第一光学组件,该第一光学组件具有FOV,该第一光学组件具有第一最大工作距离。在步骤202中,该方法包括提供包括第二线性成像传感器的第二光学组件,该第二光学组件具有延伸穿过至少一个窗口的第二FOV,该第二光学组件具有大于第一最大工作距离的第二最大工作距离。在步骤204中,该方法包括将控制器连接到第一线性成像传感器和第二线性成像传感器,该控制器可操作为:同时使第一线性成像传感器和第二线性成像传感器在预确定的时间量内分别从第一FOV和第二FOV捕获光;同时捕获来自第一线性成像传感器的第一输出信号和来自第二线性成像传感器的第二输出信号。最后,在步骤206中,该方法包括在具有至少一个窗口的壳体内侧安装第一光学组件、第二光学组件和控制器,使得第一FOV和第二FOV中的每一个都延伸穿过该至少一个窗口。
图4示出了表示利用具有第一线性图像传感器、第二线性图像传感器和控制器的条形码读取器读取条形码的方法的另一个流程图。在步骤300中,该方法包括经由控制器上的第一输出通道指示第一线性图像传感器在预确定时间量内捕获第一光数据。在步骤302中,该方法包括经由控制器上的第一输出通道指示第二线性图像传感器在预确定时间量内捕获第二光数据,指示第一线性图像传感器的操作和指示第二线性图像传感器的操作同时发生。在步骤304中,该方法包括经由控制器捕获来自第一线性图像传感器的第一输出信号。在步骤306中,该方法包括经由控制器捕获来自第二线性图像传感器的第二输出信号。优选地,同时执行步骤304和306。最后,在步骤308中,该方法包括解码第一输出信号和第二输出信号中的至少一个。
虽然已经参考两个图像传感器描述了上述实施例,但这仅仅是示例性的,并且可以以与本文描述的相同的方式在系统中实现附加传感器。
在上述说明书中已经描述了具体实施例。然而,本领域普通技术人员理解,可做出各种修改和改变而不脱离如下权利要求书所阐述的本发明的范围。因此,说明书和附图被认为是图示性的而非限定性的意义,并且所有这种修改都旨在被包括在本教导的范围内。另外,所描述的实施例/示例/实现方式不应该被解释为相互排斥的,而应被理解为潜在地可组合的,如果这样的组合以任何方式是允许的。换句话说,前述实施例/示例/实现方式中的任一个公开的任何特征可以包括在其他前述实施例/示例/实现方式中的任一个。
这些益处、优势、问题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(多个)要素不被解释成任何或所有权利要求的关键的、必需的或必要的特征或要素。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、顶部和底部等之类的关系术语可以单独地用来将一个实体或动作与另一个实体或动作区别开,而不一定要求或暗示这些实体或动作之间具有任何实际的这种关系或顺序。术语“包括”、“包括有”、“具有”、“具备”、“包含”、“包含有”、“涵盖”、“涵盖有”或它们的任何其他变型旨在覆盖非排他性包括,以使包括、具有、包含、涵盖一要素列表的过程、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“包括一”、“具有一”、“包含一”、“涵盖一”开头的要素,在没有更多约束条件的情形下,不排除在包括、具有、包含、涵盖该要素的过程、方法、物品或装置中有另外的相同要素存在。术语“一”和“一个”被定义为一个或更多个,除非本文中另有明确声明。术语“基本上”、“大致上”、“近似”、“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,而在另一实施例中在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连接的。以某种方式“配置”的设备或结构至少以该种方式进行配置,但也可以以未列出的方式进行配置。
要理解,一些实施例可以包括一个或多个通用或专用处理器(或“处理设备”),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连同某些非处理器电路实现本文所描述的方法和/或装置的一些、多数或全部功能。替代地,一些或全部功能可以由无存储程序指令的状态机来实现,或者在一种或多种专用集成电路(ASIC)中实现,其中各种功能或某些功能的某些组合被实现为定制逻辑。当然,也可以使用这两种方法的组合。
此外,实施例可以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(例如包括处理器的)计算机编程以执行如本文所描述和要求保护的方法。这种计算机可读存储介质的示例包括但不限于硬盘、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,预期本领域普通技术人员虽然做出由例如可用时间、当前技术和经济考虑促动的可能显著的努力以及许多设计选择,但在得到本文所公开的构思和原理指导时,将容易地能以最少的试验产生此类软件指令和程序以及IC。
本公开的摘要被提供以允许读者快速地明确本技术公开的性质。提交该摘要,并且理解该摘要将不用于解释或限制权利要求书的范围或含义。此外,在上述具体实现方式中,可以看出出于使本公开整体化的目的,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与各项权利要求中明确记载的相比需要更多的特征的意图。相反,如以下权利要求所反映,发明主题在于少于单个公开的实施例的全部特征。因此,以下权利要求由此被结合入具体说明中,其中各个权利要求作为单独要求保护的主题代表其自身。

Claims (20)

1.一种条形码读取器,包括:
壳体,具有至少一个窗口;
第一光学组件,包括第一线性成像传感器,所述第一光学组件具有延伸穿过所述至少一个窗口的第一FOV,所述第一光学组件具有第一最大工作距离;
第二光学组件,包括第二线性成像传感器,所述第二光学组件具有延伸穿过所述至少一个窗口的第二FOV,所述第二光学组件具有大于所述第一最大工作距离的第二最大工作距离;以及
控制器,连接到所述第一线性成像传感器并进一步连接到所述第二线性成像传感器,所述控制器被配置为:
同时使所述第一线性成像传感器和所述第二线性成像传感器在预确定的曝光持续时间内分别从所述第一FOV和所述第二FOV捕获光,其中,所述第一光学组件和所述第二光学组件被配置为当所述第一线性成像传感器和所述第二线性成像传感器在相同曝光持续时间内被激活时使得所述第一线性成像传感器和所述第二线性成像传感器中的每一个所捕获的光量彼此相差在20%以内;以及
同时捕获来自所述第一线性成像传感器的第一输出信号和来自所述第二线性成像传感器的第二输出信号。
2.如权利要求1所述的条形码读取器,其特征在于,所述第一线性成像传感器和所述第二线性成像传感器并行连接到所述控制器。
3.如权利要求1所述的条形码读取器,其特征在于,所述第一线性成像传感器和所述第二线性成像传感器都连接到所述控制器的第一输出通道。
4.如权利要求1所述的条形码读取器,其特征在于,所述控制器进一步被配置为同时分析来自所述第一线性成像传感器的所述第一输出信号和来自所述第二线性成像传感器的所述第二输出信号。
5.如权利要求1所述的条形码读取器,其特征在于,所述第一输出信号和所述第二输出信号中的每一个是模拟信号。
6.如权利要求5所述的条形码读取器,其特征在于,所述控制器包括至少一个模拟数字转换器,并且其中所述控制器进一步配置为使用所述至少一个模拟数字转换器以将所述第一输出信号和所述第二输出信号中的每一个从所述模拟信号转换成数字信号。
7.如权利要求1所述的条形码读取器,其特征在于,所述第一光学组件被配置为从给定光源向所述第一线性成像传感器提供第一辐照量,其中所述第二光学组件被配置为从所述给定光源向所述第二线性成像传感器提供第二辐照量,并且其中所述第二辐照量与所述第一辐照量相差小于或等于20%。
8.如权利要求7所述的条形码读取器,其特征在于,所述第二辐照量大于所述第一辐照量。
9.如权利要求1所述的条形码读取器,其特征在于,所述第一光学组件和所述第二光学组件中的每一个包括各自的固定焦点透镜。
10.如权利要求1所述的条形码读取器,其特征在于,所述第一最大工作距离为28英寸和32英寸之间,并且其中所述第二最大工作距离为600英寸和680英寸之间。
11.如权利要求1所述的条形码读取器,其特征在于,所述第一线性成像传感器和所述第二线性成像传感器相同。
12.一种制造条形码扫描仪的方法,所述方法包括:
提供包括第一线性成像传感器的第一光学组件,所述第一光学组件具有第一FOV,所述第一光学组件具有第一最大工作距离;
提供包括第二线性成像传感器的第二光学组件,所述第二光学组件具有延伸穿过至少一个窗口的第二FOV,所述第二光学组件具有大于所述第一最大工作距离的第二最大工作距离;
将控制器连接到所述第一线性成像传感器和所述第二线性成像传感器,所述控制器可操作为:
同时使所述第一线性成像传感器和所述第二线性成像传感器在预确定的曝光持续时间内分别从所述第一FOV和所述第二FOV捕获光,其中,所述第一光学组件和所述第二光学组件被配置为当所述第一线性成像传感器和所述第二线性成像传感器在相同曝光持续时间内被激活时使得所述第一线性成像传感器和所述第二线性成像传感器中的每一个所捕获的光量彼此相差在20%以内;以及
同时捕获来自所述第一线性成像传感器的第一输出信号和来自所述第二线性成像传感器的第二输出信号;以及
在具有至少一个窗口的壳体内侧安装所述第一光学组件、所述第二光学组件和所述控制器,使得所述第一FOV和所述第二FOV中的每一个都延伸穿过所述至少一个窗口。
13.如权利要求12所述的方法,其特征在于,将所述控制器连接到所述第一线性成像传感器和所述第二线性成像传感器的操作包括将所述第一线性成像传感器和所述第二线性成像传感器并行连接到所述控制器。
14.如权利要求12所述的方法,其特征在于,将所述控制器连接到所述第一线性成像传感器和所述第二线性成像传感器的操作包括所述第一线性成像传感器和所述第二线性成像传感器连接到所述控制器的第一输出通道。
15.如权利要求12所述的方法,其特征在于,所述第一光学组件被配置为从给定光源向所述第一线性成像传感器提供第一辐照量,其中所述第二光学组件被配置为从所述给定光源向所述第二线性成像传感器提供第二辐照量,并且其中所述第二辐照量与所述第一辐照量相差小于或等于20%。
16.如权利要求15所述的方法,其特征在于,所述第二辐照量大于所述第一辐照量。
17.一种利用具有第一线性图像传感器、第二线性图像传感器和控制器的条形码读取器读取条形码的方法,所述方法包括:
经由所述控制器上的第一输出通道,指示所述第一线性图像传感器在预确定的曝光持续时间内捕获第一光数据;
经由所述控制器上的第一输出通道,指示所述第二线性图像传感器在所述预确定的曝光持续时间内捕获第二光数据,指示所述第一线性图像传感器的操作和指示所述第二线性图像传感器的操作同时发生;
经由所述控制器,捕获来自所述第一线性图像传感器的第一输出信号;
经由所述控制器,捕获来自所述第二线性图像传感器的第二输出信号;
对所述第一输出信号和所述第二输出信号中的至少一个进行解码,
其中,所述第一光学组件和所述第二光学组件被配置为当所述第一线性图像传感器和所述第二线性图像传感器在相同曝光持续时间内被激活时使得所述第一线性图像传感器和所述第二线性图像传感器中的每一个所捕获的光量彼此相差在20%以内。
18.如权利要求17所述的方法,其特征在于,指示所述第一线性图像传感器的操作和指示所述第二线性图像传感器的操作经由并行路径从所述控制器发送到所述第一线性图像传感器和所述第二线性图像传感器。
19.如权利要求17所述的方法,其特征在于,同时执行捕获所述第一输出信号的所述操作和捕获所述第二输出信号的所述操作。
20.如权利要求17所述的方法,
其中所述第一线性图像传感器是具有第一FOV的第一光学组件的部分,所述第一光学组件具有第一最大工作距离,
其中所述第二线性图像传感器是具有第二FOV的第二光学组件的部分,所述第二光学组件具有大于所述第一最大工作距离的第二最大工作距离,并且
其中所述第一FOV比所述第二FOV更宽。
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