CN116299507A - 一种基于定位光斑的测距方法、扫码方法及条码阅读设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于定位光斑的测距方法、扫码方法及条码阅读设备，包括：光源发出的光线非垂直照射至目标物体并被目标物体反射，反射的光线通过成像透镜投射到图像传感器；获取所述光线在图像传感器上的影像与预设基准点之间的偏移量；根据所述偏移量，计算目标物体与图像传感器之间的物距。

Description

一种基于定位光斑的测距方法、扫码方法及条码阅读设备

技术领域

本发明涉及一种基于定位光斑的测距方法、扫码方法及条码阅读设备，属于条码扫描领域。

背景技术

条码阅读设备通过采集图像数据并解析得到条码信息，广泛应用于商场、医院、超市、高速公路等多种环境。由于条码码制和形式多样，不同码制、不同距离、不同印刷精度、不同基材、不同光照环境下的条码所需要的设置参数往往不尽相同，为了尽可能在最短时间内解析出条码信息并且提升解码成功率，以及改善原先用于解码的参数较为固定、对于不同场景的适应能力弱的缺点，现有技术中一般会在条码阅读设备上加装测距模块，例如红外距离感应器、激光测距模块等，通过测量与条码的距离来选择合适的设置参数进行解码。然而，在原有设备基础上加装新的模块无疑会改变现行的结构设计，使得设备体积增大、内部结构复杂化，并且加剧了硬件功耗，增加了整机成本。

因此，需要一种降低硬件成本的测距方法。

公告号为TWI505198B的专利《条码读取方法及读取装置》公开了通过光源40向条码投射照明框，通过二光源50向条码投射两个标定影像，利用标定影像之间的实际距离L1与其在图像中的距离L2，计算物距。缺点在于：需要利用两个光源在物体表面投射一条线段，当物体表面不平整或照射方向倾斜时，线段的长度在生成的图像上的失真明显，之后通过计算得出的距离与真实值偏差较大，而且光源越多，占用空间越大，运作时的功率、发热量越高。

公开号为JPH11281333A的专利《物距测量装置和形状测量装置》公开了基于获得的光接收面积和构成成像透镜组表面的成像透镜的视角来计算从成像透镜组表面到物体的距离。缺点在于：涉及面积、角度、曲率等空间几何的计算，算法复杂度高。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明设计了一种基于定位光斑的测距方法、扫码方法及条码阅读设备，设置光线斜向入射目标物体，根据反射光线在图像传感器上的影像与预设基准点之间的偏移量计算物距，计算量小，硬件成本低。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

技术方案一：

一种基于定位光斑的测距方法，包括以下步骤：

光源发出的光线非垂直照射至目标物体并被目标物体反射，反射的光线通过成像透镜投射到图像传感器；

获取所述光线在图像传感器上的影像与预设基准点之间的偏移量o；

根据所述偏移量o，计算目标物体与图像传感器之间的物距d。

进一步地，所述计算目标物体与图像传感器之间的物距d，包括如下步骤：

所述光源与成像透镜之间具有距离L；所述成像透镜具有焦距F；

根据所述偏移量o与所述距离L，计算所述光线在图像传感器上的影像与法线之间的距离a，所述法线为过光斑入射点垂直于目标物体表面的直线；

计算所述距离a与所述偏移量o的比值即为物距d与焦距F的比值；根据所述比值和焦距F，计算得到物距d。

进一步地，所述计算目标物体与图像传感器之间的物距d，包括如下步骤：

预设偏移量o与物距d的函数关系；将所述获取的偏移量o代入所述函数关系，得到物距d。

进一步地，所述预设偏移量o与物距d的函数关系，包括如下步骤：

获取物距d的集合{d₁，d₂，...，d_n}及相对应的偏移量o的集合{o₁，o₂，...，o_n}；

预设偏移量o与物距d的函数关系为一次函数；

通过最小二乘法，根据集合{d₁，d₂，...，d_n}和集合[o₁，o₂，...，o_n}求解一次函数中的参数。

进一步地，所述计算目标物体与图像传感器之间的物距d，包括如下步骤：

所述光源与成像透镜位于同一水平基准线上，光源中心与成像透镜中心之间具有距离L；所述成像透镜具有焦距F；

计算2倍偏移量o与距离L之和再除以2，得到所述光线在图像传感器上的影像与法线之间的距离a；计算所述距离a与偏移量o的比值即为物距d与焦距F的比值；将比值乘上焦距F，得到物距d。

进一步地，所述计算目标物体与图像传感器之间的物距d，包括如下步骤：

所述光源与图像传感器位于同一水平基准线上；所述光源中心与成像透镜中心之间具有距离L；

计算偏移量o与距离L之和再除以2，得到所述光线在图像传感器上的影像与法线之间的距离a；计算所述距离a与偏移量o的比值即为物距d与焦距F的比值；将比值乘上焦距F，得到物距d。

技术方案二：

一种基于定位光斑的扫码方法，包括以下步骤：

光源发出的光线非垂直照射至目标条码并被目标条码反射，反射的光线通过成像透镜投射到图像传感器；

获取所述光线在图像传感器上的影像与预设基准点之间的偏移量o；

根据所述偏移量o，计算目标条码与图像传感器之间的物距d；

根据所述物距d选择不同的参数集后执行解码流程。

进一步地，所述计算目标条码与图像传感器之间的物距d，包括如下步骤：

所述光源与成像透镜之间具有距离L；所述成像透镜具有焦距F；

根据所述偏移量o与所述距离L，计算所述光线在图像传感器上的影像与法线之间的距离a，所述法线为过光斑入射点垂直于目标条码表面的直线；

计算所述距离a与所述偏移量o的比值即为物距d与焦距F的比值；根据所述比值和焦距F，计算得到物距d。

进一步地，所述计算目标条码与图像传感器之间的物距d，包括如下步骤：

预设偏移量o与物距d的函数关系；将所述获取的偏移量o代入所述函数关系，得到物距d。

进一步地，所述预设偏移量o与物距d的函数关系，包括如下步骤：

获取物距d的集合[d₁，d₂，...，d_n}及相对应的偏移量o的集合{o₁，o₂，...，o_n}；

预设偏移量o与物距d的函数关系为一次函数；

通过最小二乘法，根据集合{d₁，d₂，...，d_n}和集合{o₁，o₂，...，o_n}求解一次函数中的参数。

进一步地，所述计算目标条码与图像传感器之间的物距d，包括如下步骤：

所述光源与成像透镜位于同一水平基准线上，光源中心与成像透镜中心之间具有距离L；所述成像透镜具有焦距F；

计算2倍偏移量o与距离L之和再除以2，得到所述光线在图像传感器上的影像与法线之间的距离a；计算所述距离a与偏移量o的比值即为物距d与焦距F的比值；将比值乘上焦距F，得到物距d。

进一步地，所述计算目标条码与图像传感器之间的物距d，包括如下步骤：

所述光源与图像传感器位于同一水平基准线上；所述光源中心与成像透镜中心之间具有距离L；

计算偏移量o与距离L之和再除以2，得到所述光线在图像传感器上的影像与法线之间的距离a；计算所述距离a与偏移量o的比值即为物距d与焦距F的比值；将比值乘上焦距F，得到物距d。

技术方案三：

一种基于定位光斑测距扫码的条码阅读设备，包括：

成像模块，所述成像模块包括成像透镜、图像传感器；

定位模块，所述定位模块由光源、驱动板组成；所述驱动板用于驱动光源发出光线；所述光源发出的光线非垂直照射至目标条码并被目标条码反射，反射的光线通过成像透镜投射到图像传感器；

主控板，所述主控板用于获取所述光线在图像传感器上的影像与预设基准点之间的偏移量、根据所述偏移量计算目标条码与图像传感器之间的物距、以及根据物距选择不同的参数集执行解码流程。

进一步地，所述定位模块还包括定位透镜，所述定位透镜设有一指示图形，所述光线穿过定位透镜后依据该指示图形形成图案化的光斑。

进一步地，所述计算目标条码与图像传感器之间的物距d，包括如下步骤：

所述光源与成像透镜之间具有距离L；所述成像透镜具有焦距F；

根据所述偏移量o与所述距离L，计算所述光线在图像传感器上的影像与法线之间的距离a，所述法线为过光斑入射点垂直于目标条码表面的直线；

计算所述距离a与所述偏移量o的比值即为物距d与焦距F的比值；根据所述比值和焦距F，计算得到物距d。

进一步地，所述计算目标条码与图像传感器之间的物距d，包括如下步骤：

预设偏移量o与物距d的函数关系；将所述获取的偏移量o代入所述函数关系，得到物距d。

进一步地，所述预设偏移量o与物距d的函数关系，包括如下步骤：

获取物距d的集合{d₁，d₂，...，d_n}及相对应的偏移量o的集合{o₁，o₂，...，o_n}；

预设偏移量o与物距d的函数关系为一次函数；

通过最小二乘法，根据集合{d₁，d₂，...，d_n}和集合{o₁，o₂，...，o_n}求解一次函数中的参数。

进一步地，所述计算目标条码与图像传感器之间的物距d，包括如下步骤：

所述光源与成像透镜位于同一水平基准线上，光源中心与成像透镜中心之间具有距离L；所述成像透镜具有焦距F；

计算2倍偏移量o与距离L之和再除以2，得到所述光线在图像传感器上的影像与法线之间的距离a；计算所述距离a与偏移量o的比值即为物距d与焦距F的比值；将比值乘上焦距F，得到物距d。

进一步地，所述计算目标条码与图像传感器之间的物距d，包括如下步骤：

所述光源与图像传感器位于同一水平基准线上；所述光源中心与成像透镜中心之间具有距离L；

计算偏移量o与距离L之和再除以2，得到所述光线在图像传感器上的影像与法线之间的距离a；计算所述距离a与偏移量o的比值即为物距d与焦距F的比值；将比值乘上焦距F，得到物距d。

与现有技术相比本发明有通过以下特点和有益效果：

1、本发明设置光线斜向入射目标物体，根据反射光线在图像传感器上的影像与预设基准点之间的偏移量计算物距，计算量小，硬件成本低。

2、本发明复用条码阅读设备中的定位模块并通过上述距离计算方法实现测距功能，不额外增加新的元器件，节约硬件成本，确保设备体积小巧轻便进而满足更多嵌入式需求。

3、本发明利用激光的高亮度、高方向特性，能够实现抗干扰精确测距。

4、本发明在实现测距的同时，通过调整光线发射角度，使光线在光斑几何中心与成像视场角尽可能重合，提升光斑的指示精度，提升人性化使用体验。

附图说明

图1是本发明流程图；

图2-3是光源、成像透镜与图像传感器相对位置关系示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行更详细的描述。

实施例一

参见图1，一种基于定位光斑的测距方法，包括以下步骤：

光源发出的光线非垂直照射至目标物体并被目标物体反射，反射的光线通过成像透镜投射到图像传感器；

获取所述光线在图像传感器上的影像与预设基准点之间的偏移量o；

根据所述偏移量o，计算目标物体与图像传感器之间的物距d。

实施例二

一种基于定位光斑的扫码方法，包括以下步骤：

S1、定位模块中的激光光源发出的光线非垂直照射至目标条码并被目标条码反射，反射的光线通过成像透镜投射到图像传感器，以指示目标条码位置，便于解码时快速定位条码图像在采集到的图像中的位置。本实施例中，光源为激光头，目标条码具体为一维码、二维码或三维码。

S2、调整激光光源的发射角度，使光线在目标条码上形成的光斑的几何中心与成像视场角重合，提升光斑的指示精度，提升人性化使用体验。

S3、获取所述光线在图像传感器上的影像与预设基准点之间的偏移量o。本实施例中，基准点具体为图像传感器主光轴，偏移量o以像素为单位。

S4、根据偏移量o，计算目标条码与图像传感器之间的物距d。

S5、根据物距d选择不同的参数集执行解码流程。参数集包括不限于曝光参数、补光参数等。

对于无显示屏的条码阅读设备而言，普遍采用光斑来指示定位当前成像的区域，由于发射定位光斑的元件和成像元件的结构排布一般呈相邻形式，使得定位光斑的指示中心和成像元件的视场角中心不够重合，不能很好地反映出当前的目标条码是否完整处于采集范围内，尤其是对于视场角较小的成像元件或者较长条码来说，容易出现因采集图像不全而无法解码，甚至可能出现误解码的问题，使用体验明显不够科学人性化。

本实施例的进步之处在于，在测距的同时，通过调整光线发射角度，使光线在光斑几何中心与成像视场角尽可能重合，提升光斑的指示精度，提升人性化使用体验。

实施例三

本实施例中，根据偏移量o，计算目标物体与图像传感器之间的物距d，包括如下步骤：

A1、预先设立偏移量o与物距d的函数关系：

A11、在理想环境下获取多组物距d的集合[d₁，d₂，...，d_n}；

A12、获取对应的偏移量o的集合{o₁，o₂，...，o_n}；

A13、采用曲线拟合算法建立物距d与所述偏移量o之间的线性关系，所述曲线拟合算法采用最小二乘法：

设存在一线性方程fun：

d＝ko+b

其中，k为斜率，有：

b为截距，有：

A2、在实际应用场景中获取偏移量o；将偏移量o代入上述线性方程fun进行计算，得到物距d。

实施例四

光源与成像透镜之间具有距离L；本实施例中，距离L具体为光源中心与成像透镜中心之间的距离；

成像透镜具有焦距F；

根据偏移量o，计算目标物体与图像传感器之间的物距d，具体为：根据所述焦距F、距离L与偏移量o之间的几何关系，计算目标物体与图像传感器之间的物距d。

实施例五

本实施例中，光源与成像透镜位于同一水平基准线上，参见图2。

根据所述焦距F、距离L与偏移量o之间的几何关系，计算目标物体与图像传感器之间的物距d，具体为：

计算2倍偏移量o与距离L之和再除以2，得到所述光线在图像传感器上的影像与法线之间的距离a；计算所述距离a与偏移量o的比值即为物距d与焦距F的比值；将比值乘上焦距F，得到物距d。

以公式表达为：

故可求得：

实施例六

本实施例中，光源与图像传感器位于同一水平基准线上，参见图3。

根据所述焦距F、距离L与偏移量o之间的几何关系，计算目标物体与图像传感器之间的物距d，具体为：

计算偏移量o与距离L之和再除以2，得到所述光线在图像传感器上的影像与法线之间的距离a；计算所述距离a与偏移量o的比值即为物距d与焦距F的比值；将比值乘上焦距F，得到物距d。

以公式表达为：

故可求得：

实施例七

一种基于定位光斑测距扫码的条码阅读设备，至少包括成像模块、定位模块、主控板；

所述成像模块由成像透镜、图像传感器组成；在所述成像模块的视场角内，光线经由成像透镜折射在图像传感器上生成影像；

所述定位模块由光源(本实施例具体为激光头)、驱动板组成；所述驱动板用于驱动激光发射；所述激光头倾斜设置且偏向成像模块，使射出的光束以入射角α入射至目标条码，再经成像透镜反射至图像传感器；

所述主控板用于控制定位模块在所述成像模块的视场角内投射出定位光斑，所述定位光斑的几何中心与所述成像模块视场角的中心重合；所述主控板用于控制成像模块采集图像；所述主控板执行实施例一至实施例五所述测距流程，根据测距结果选择不同的参数集执行解码流程。

进一步地，定位模块还包括设置在激光头前方的定位透镜，所述定位透镜设有一指示图形，所述光线穿过定位透镜后依据该指示图形形成图案化的光斑。指示图形的形状可为十字形、圆形、方形等。

需要说明的是，在本发明各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个处理单元/模块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元/模块集成在一个单元/模块中。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元/模块的形式实现。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当分析，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种基于定位光斑的测距方法，其特征在于，包括以下步骤：

光源发出的光线非垂直照射至目标物体并被目标物体反射，反射的光线通过成像透镜投射到图像传感器；

获取所述光线在图像传感器上的影像与预设基准点之间的偏移量o；

根据所述偏移量o，计算目标物体与图像传感器之间的物距d。

2.根据权利要求1所述的一种基于定位光斑的测距方法，其特征在于，所述计算目标物体与图像传感器之间的物距d，包括如下步骤：

所述光源与成像透镜之间具有距离L；所述成像透镜具有焦距F；

根据所述偏移量o与所述距离L，计算所述光线在图像传感器上的影像与法线之间的距离a，所述法线为过光斑入射点垂直于目标物体表面的直线；

计算所述距离a与所述偏移量o的比值即为物距d与焦距F的比值；根据所述比值和焦距F，计算得到物距d。

3.根据权利要求1所述的一种基于定位光斑的测距方法，其特征在于，所述计算目标物体与图像传感器之间的物距d，包括如下步骤：

预设偏移量o与物距d的函数关系；将所述获取的偏移量o代入所述函数关系，得到物距d。

4.根据权利要求3所述的一种基于定位光斑的测距方法，其特征在于，所述预设偏移量o与物距d的函数关系，包括如下步骤：

获取物距d的集合{d₁，d₂，...，d_n}及相对应的偏移量o的集合{o₁，o₂，...，o_n}；

预设偏移量o与物距d的函数关系为一次函数；

通过最小二乘法，根据集合{d₁，d₂，...，d_n}和集合{o₁，o₂，...，o_n}求解一次函数中的参数。

5.一种基于定位光斑的扫码方法，其特征在于，包括以下步骤：

光源发出的光线非垂直照射至目标条码并被目标条码反射，反射的光线通过成像透镜投射到图像传感器；

获取所述光线在图像传感器上的影像与预设基准点之间的偏移量o；

根据所述偏移量o，计算目标条码与图像传感器之间的物距d；

根据所述物距d选择不同的参数集后执行解码流程。

6.根据权利要求5所述的一种基于定位光斑的扫码方法，其特征在于，所述计算目标条码与图像传感器之间的物距d，包括如下步骤：

所述光源与成像透镜之间具有距离L；所述成像透镜具有焦距F；

根据所述偏移量o与所述距离L，计算所述光线在图像传感器上的影像与法线之间的距离a，所述法线为过光斑入射点垂直于目标条码表面的直线；

计算所述距离a与所述偏移量o的比值即为物距d与焦距F的比值；根据所述比值和焦距F，计算得到物距d。

7.根据权利要求5所述的一种基于定位光斑的扫码方法，其特征在于，所述计算目标条码与图像传感器之间的物距d，包括如下步骤：

预设偏移量o与物距d的函数关系；将所述获取的偏移量o代入所述函数关系，得到物距d。

8.根据权利要求7所述的一种基于定位光斑的扫码方法，其特征在于，所述预设偏移量o与物距d的函数关系，包括如下步骤：

获取物距d的集合{d₁，d₂，...，d_n}及相对应的偏移量o的集合{o₁，o₂，...，o_n}；

预设偏移量o与物距d的函数关系为一次函数；

通过最小二乘法，根据集合{d₁，d₂，...，d_n}和集合{o₁，o₂，...，o_n}求解一次函数中的参数。

9.一种基于定位光斑的条码阅读设备，其特征在于，包括：

成像模块，所述成像模块包括成像透镜、图像传感器；

定位模块，所述定位模块由光源、驱动板组成；所述驱动板用于驱动光源发出光线；所述光源发出的光线非垂直照射至目标条码并被目标条码反射，反射的光线通过成像透镜投射到图像传感器；

主控板，所述主控板用于获取所述光线在图像传感器上的影像与预设基准点之间的偏移量、根据所述偏移量计算目标条码与图像传感器之间的物距、以及根据物距选择不同的参数集执行解码流程。

10.根据权利要求9所述的一种基于定位光斑的条码阅读设备，其特征在于，所述定位模块还包括定位透镜，所述定位透镜设有一指示图形，所述光线穿过定位透镜后依据该指示图形形成图案化的光斑。

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