CN117422083A - 读码设备和焦点设置的指示 - Google Patents

Abstract

本申请涉及读码设备和焦点设置的指示。给出一种用于读取光学代码(48)的读码设备(10)，该读码设备具有：光接收元件(18)，其用于检测具有光学代码(48)的图像数据；光学器件(16)；焦点调节单元(17)，其用于设置光学器件(16)的焦点位置；指示装置(24)，其用于关于焦点设置的光学反馈和/或声学反馈；以及控制和评估单元(34)，其被设计用于通过评估图像数据，使用解码方法读取代码(48)。控制和评估单元(34)还被设计用于，评估当前设置的焦点位置的质量，并通过指示装置给出关于质量的反馈。

Description

读码设备和焦点设置的指示

本发明涉及根据权利要求1和12的前序部分的用于读取光学代码的读码设备和用于指示(Anzeigen)焦点设置的方法。

读码器在超市收银台、自动包裹辨识、邮件分拣、机场行李处理和其他物流应用中广为人知。在扫码仪中，借助旋转反射镜或多面反射镜轮在代码上方横向引导读取光束。基于相机的读码器借助图像传感器记录其上有代码的对象的图像，并且图像评估软件从这些图像中提取代码信息。基于相机的读码器还可以轻松地处理一维条形码以外的代码类型，这些代码也像矩阵码一样是二维的，并且提供更多信息。

在重要的一组应用中，携带代码的对象被传送经过读码器。在此，扫码仪检测依次被引导到其读取区域中的代码。可替代地，在基于相机的读码器中，线扫描相机以相对运动的方式连续且逐行地读取具有代码信息的对象图像。使用二维图像传感器有规律地记录图像数据，这些图像数据根据记录频率和传送速度或多或少地重叠。为了使对象可以以任意取向布置在传送带上，通常在读取通道处设置多个读码器，以便从多个侧面或所有侧面记录对象。

读码器通常配备有焦点可调节的光学器件。因此，会设置最佳工作点，在该工作点中，代码被清晰地记录并因此以较高读取速率读取。长期以来，都已知使用自动对焦功能来根据情况聚焦于各个对象上。然而，仍有许多应用，为了节省成本(因为结构尺寸较小)或为了避免不断调整焦点而造成的机械磨损，而使用不具备自动对焦的设备。那么手动焦点调节(例如通过转动物镜上的对焦环)就有可能在典型的应用情况下实现对焦，其中读码器的景深范围足以继续能够在偏离的距离下读取代码。安装计算机上的图形用户界面用于检查焦点位置是否针对典型应用情况(例如，在记录样本对象时)进行了正确设置。对焦环被来回转动，直到操作人员找到最大图像清晰度的点。

然而在现场，读码器通常安装在对操作人员不利的位置，例如读取通道的位置。为了到达设备并手动影响其焦点位置，操作人员必须采取不利的身体姿势，例如爬到传送带上或梯子上。在此，指示清晰度状态的安装计算机则只能艰难地停留在视场中或根本不在视场中。结果就是，设置过程极其费力，设备和安装计算机之间的位置多次改变或采取危险的身体姿势，以使安装计算机进入视野。这导致只能敷衍地设置焦点位置，这样设备就无法发挥其最佳性能，并且读取速率也会下降。

EP 2 136 248 A1公开了一种具有可调节照明(即，对象照明和/或定位照明)的图像记录设备。调节接收光学器件的焦点会自动使对象照明和/或定位照明适应调节后的焦点。WO 2009/007772 A2涉及一种相机系统，其将发光参考图投射到检测平面上，其中相机的焦点和参考图彼此对应。虽然在每种情况下都会指示当前的焦点设置，但这很难从安装位置判断出来，并且缺乏对找到最佳焦点位置的针对性支持。

从DE 20 2013 102 193 U1中已知一种用于对焦网络相机的辅助系统。基于图像数据的统计来执行聚焦算法，然后控制声学或光学信号发生器，以便用户可以手动调整透镜。为此，当在模糊状态下记录图像时，设备上的红色指示灯会连续闪烁，并且蜂鸣器会持续发出蜂鸣声。当接近清晰状态时，红色指示灯熄灭，并且绿色指示灯持续闪烁，而蜂鸣器不发出蜂鸣声。在清晰状态下，绿色指示灯持续亮起。通过设备上的指示灯进行反馈非常适合网络相机，然而对于所述的读码器安装在读取通道上情况来说通常是没有用的，因为指示灯在安装位置是不再可见的。

因此，本发明的任务在于简化和改进对读码设备的设置。

该任务通过根据权利要求1和12的用于读取光学代码的读码设备和用于指示焦点设置的方法得以解决。读码设备可以是条形码扫描仪，例如具有作为光接收元件的光电二极管的条形码扫码仪。然后，在扫描期间记录的亮度曲线提供对应于图像行的图像数据。优选地，读码设备是具有作为光接收元件的图像传感器的基于相机的读码器。该图像传感器又可以是行扫描传感器，用于在读码设备和光学代码之间的相对运动过程中检测代码行或通过组合图像行来检测平面的代码图像。可替代地，图像传感器是矩阵传感器，其中，矩阵传感器的图像也可以被组合形成更大的初始图像。多个读码器或相机头的组合也是可以设想的。

读码设备具有光学器件。优选想到的是基于相机的读码器的接收光学器件或接收物镜，该接收光学器件或接收物镜根据质量要求具有一个或更多个透镜和其他光学元件，并且确保高质量图像数据的记录。在条码扫描仪中，光学器件可以在发射侧对焦扫描光束，从而对焦扫描光斑。为焦点位置的相应调整提供了光学器件的焦点调节。优选地，手动进行焦点调节，而不是通过自动对焦。除了优选的纯机械的焦点调节之外，例如借助于调节环，也可以进行手动操作的电动焦点调节。

读码设备还具有指示装置，其用于关于焦点设置的光学反馈和/或声学反馈。可以集成到读码设备中或作为控制设备连接到读码设备的控制和评估单元评估图像数据并使用解码方法读取代码。

本发明基于的基本构思在于，评估当前设置的焦点位置并将该评估的结果反馈给用户。通过指示装置的反馈包括对应于清晰度的质量的信息。

本发明的优点在于，操作人员以特别简单且符合人体工程学的形式得到关于当前焦点位置的反馈。不再需要在安装计算机上进行可视化。这就消除了在难以进入的安装位置盯着安装计算机的困难。调试变得更容易、更快速并带来更好的结果，从而使后期的读取速率受益。

优选地，控制和评估单元被设计用于，借助于对图像数据的图像评估来评估焦点位置的质量。在此，控制和评估单元自动对在当前焦点位置下记录的图像数据进行图像处理，通过该图像处理(例如，通过对比度度量)可以评估清晰度。

优选地，读码设备具有距离传感器，其中控制和评估单元被设计用于，基于距离传感器的距离值来评估焦点位置的质量。距离传感器测量与记录的对象的距离，并且该距离值表示最佳焦点位置。然而，与自动对焦系统相比，没有建立自动控制回路，而是使用距离测量来支持操作人员。

优选地，控制和评估单元被设计用于，将当前设置的焦点位置的质量与先前设置的焦点位置进行比较。这种比较可以在相应的质量、测量距离和/或图像数据本身的层面上进行。该比较提供了有关上一次进行的焦点调节对质量的影响的信息。由此，可以获得关于仍然需要的焦点调节的方向或者大小(Ausmaβ)的更有针对性的反馈。

优选地，控制和评估单元被设计用于，利用反馈来指示相对于最佳焦点位置的定量偏差。因此，反馈超出了焦点位置尚未达到最佳的定性指示，它提供了有关仍然存在的偏差的定量信息。例如，指示可以是百分数，其中，这不一定以数字表示而是以任何合适的表示形式表示。此外，指示意味着使用了指示装置的能力，因此包括声学指示。

优选地，控制和评估单元被设计用于，利用反馈来指示仍然需要的焦点调节的方向，以实现最佳焦点位置。因此，反馈包含当前设置的焦点位置相对于最佳焦点位置是设置得太短还是太长的信息。用户感兴趣的是从中得到仍然需要的进一步的手动焦点调节。例如，箭头可以要求逆时针旋转调节环，这至少隐式地指示了最佳焦点位置的方向。同样地，这种信息的各种表示(包括声学指示)都是可能的。

优选地，指示装置被设计用于，将光信号或光图案投射到光学代码上或投射到具有代码的对象上。投射的优点在于，反馈变得更容易获得。无论安装位置多么不利，读码设备必须能清楚地看到代码，以便对设备进行设置的操作人员一般也能清楚地看到代码和投射在代码上的光信号或光图案。而直接在设备本身上的指示器则绝非如此，因为指示器往往在安装位置会被遮挡。

优选地，指示装置被设计成用于对准读码设备的瞄准装置。这样的瞄准装置存在于许多读码设备中，以便找到可以很好地记录代码的读取位置或安装位置。通过视觉反馈(例如，目标十字)可识别读码设备预计读取代码的位置。例如，安装在阅读通道中的读码器与样本对象对齐，或者在演示应用中确保代码在读取场中位于合理的中心位置。这样的瞄准装置现在还可以作为根据本发明的指示装置以双重功能使用。

优选地，控制和评估单元被设计用于，通过闪烁序列、光图案、颜色、亮度、音调、声音序列和/或音量，指示关于当前设置的焦点位置的质量、与最佳焦点位置的偏差、为实现最佳焦点位置所需的焦点调节的方向和/或大小的反馈。根据本发明，可以使用相应设计的指示装置给出关于焦点位置和为实现最佳图像记录仍然需要的焦点调节的差异化反馈。如前两段所阐述的那样，投射到代码上特别适用于此，因为光信号或光图案通过空间排列、其时间行为、其颜色和亮度有许多参数可供直观指示。例如，可以使用闪烁序列、用于不同聚焦质量的符号图像、用于仍然需要的焦点调节的方向箭头等。所有这些在设备本身的指示器上也是可以设想的，特别是除了投射之外。在声学方面，类似的概念可以通过声音序列、旋律或短曲(Jingles)和音量来实现，特别是除了光学指示之外。

优选地，控制和评估单元被设计用于，根据与最佳焦点位置偏差的大小，指示更快或更慢的闪烁序列和/或声音序列，直至达到最佳焦点位置时指示持续光和/或持续声音。这是上述各种可能的指示中的一个特别有利的示例，以便以尽可能简单获得且直观的方式告知操作人员实现最佳焦点位置仍然需要的步骤。

优选地，读码设备被固定地安装在传送装置处，该传送装置沿传送方向引导具有代码的待检测的对象通过读码设备的检测区域。这是一种特别常见的应用情况，并且正是在这种情况下，经常出现对操作人员不利的安装位置。根据本发明的关于当前焦点位置的质量的反馈，以及在查找仍然需要的焦点调节的支持，在这里特别有帮助。

根据本发明的方法可以用类似的方式进一步发展并同时显示出类似的优点。这种有利的特征在从属于独立权利要求的从属权利要求中示例性地但不详尽地进行了描述。

附图说明

下面将示例性地基于实施方式并参考附图对本发明的其他特征和优点进行更详细的阐述。在附图中：

图1示出了读码设备的示意性剖示图；

图2示出了读码设备在传送装置处的示例性安装；以及

图3示出了简图，以说明向操作人员反馈读码设备的设置的或者仍待设置的焦点位置。

图1示出了读码设备10的示意性剖示图。来自检测区域14的接收光12撞击到接收光学器件16上，接收光学器件16将接收光12引导到图像传感器18上。优选地，接收光学器件16的光学元件被构造成由多个透镜和其他光学元件(例如，光阑、棱镜等)构成的物镜，但是为了简化，在这里仅由一个透镜表示。接收光学器件16可以借助于焦点调节装置17被设置到不同的焦点位置，以便清晰地记录不同距离处的对象。为此，可设想各种功能原理，例如，如DE 10 2018 102 917 B3中所描述的，接收光学器件16上的调节环，或者在外部的内轮廓以便工具到达来转动螺纹。

为了在读码设备10的记录期间用发射光20照亮检测区域14，读码设备10包括可选的照明单元22，该照明单元在图1中以简单光源的形式示出，并且没有发射光学器件。在其他实施方式中，多个光源(例如，LED或激光二极管)例如围绕接收路径环形布置，这些光源也可以是多色的，并且可以成组地或单独地控制，以调整照明单元22的参数，例如照明单元22的颜色、强度和方向。

读码设备10还具有指示装置24，利用该指示装置24可以输出关于设置的焦点位置的反馈。在所示的实施方式中，指示是通过朝向检测区域14的投射26进行的。对于投射26，指示装置24具有光源28(例如具有一个或更更多个激光器或LED的光源)以及投射光学器件30。在一些实施方式中，光源本身被简单地投射。对于更复杂的光图案，可以设置可选的图案生成元件32，其可以以特别有利的方式被设计成可切换的，以便生成不同的光图案。通过这种方式，可以显示不同的光信号和光图案，这些光信号和光图案根据实施方式可以在其形式、时间顺序、颜色和亮度上有所变化。在其他实施方式中，可以直接在设备上指示或可以进行声学指示，其中，所有这些也可以相互组合。声学指示可以输出简单的音调，但也可以输出不同音色和音量的音调序列或旋律或者短曲。

控制和评估单元34与图像传感器18、照明单元22和指示装置24连接，并负责读码设备10中的控制任务、评估任务及其他协调任务。控制和评估单元设置合适的照明、记录图像、读出图像传感器18的图像数据并对图像数据中的代码进行解码。为此，优选地以本身已知的方式进行分割以查找代码区域，并且将代码区域提供给至少一个解码器。读取的代码，可选地还有图像数据本身，可以被存储或在接口36处被输出。可以针对各种控制和评估任务设置多个模块，例如以在单独的FPGA上对图像数据执行预处理。

在调试期间，指示装置24被驱动，以给出关于当前焦点位置的反馈。这可以与目标指示耦合起来，使操作人员识别出检测区域14所在的位置。控制和评估单元34对当前记录的图像数据进行图像处理，以便判断图像的清晰度，从而评估当前设置的焦点位置的质量。可替代地或附加地，可以使用未示出的距离传感器来测量与记录的对象并因此与代码的距离，并且可以根据距离值确定最佳焦点位置。

读码设备10由外壳38保护，该外壳在接收光12入射的前部区域中被前窗40封闭。所示结构应理解为纯示例性的。对于基于相机的读码设备10可替代地，条形码扫描仪是可以设想的，该条形码扫描仪使用焦点可调节的光学器件将其扫描光束聚集在读取距离处。

图2示出了读码设备10装配在传送带42处的可能应用。读码设备10在这里仅示为符号，并且不再对已基于图1所阐述的结构进行说明。传送带42将对象44传送通过读码设备10的检测区域14，如由箭头46所示。对象44在其外表面上携带代码区域48。读码设备10的任务在于识别代码区域48、读出附接在那里的代码、对这些代码进行解码并将其与相关的对象44相关联。为了还能检测出附接在侧面的代码区域50，优选地从不同的视角使用附加的读码设备10(未示出)。此外，多个读码设备10可以并排布置，以便共同覆盖更宽的检测区域14。

图3示出了简图，以说明借助于指示装置24向操作人员反馈读码设备10的设置的或者仍待设置的焦点位置。在调试期间，优选地在图像中心锁定一个特定的对象44a，其中，该对象特别是具有已知代码48a的参考对象。在该实施方式中，指示装置24例如同时也用作瞄准装置，该瞄准装置通过其投射26标记检测区域14，特别是在检测区域的中心进行标记。对于调试来说，投射26无论如何必须是清晰可见的，因此这种双重功能不仅在设备方面是有利的，而且在功能方面也是有利的。

操作人员52具有与读码设备10或者检测区域14的视角类似的视角54，因为操作人员52必须在读码设备10附近进行安装和设置。因此，代码48a上的投射26是清晰可见的。由此，控制和评估单元34可以有效地向操作人员52提供关于当前焦点位置或者仍然需要的焦点调节的信息。

作为用于反馈的投射26的众多可能的光图案、时间序列、颜色和亮度特性中一个特别有利的示例，可以是被施加在简单光斑或更复杂的光图案上的定义的闪烁模式。不闪烁的持续指示可以作为一个标志，表明已找到具有最大图像清晰度的工作点的最佳焦点位置。在较模糊的焦点位置，激光器会闪烁，其中，在模糊度较大的情况下闪烁频率较低，并且随着清晰度的提高，通过增加闪烁频率使闪烁频率接近持续光。由此，操作人员52可以直观地并且非常快速地了解到用于进一步焦点调节的正确方向，并且知道何时达到最佳焦点位置的目标。与此并列地或可替代地，指示装置24可以借助于集成的或外部的扬声器或蜂鸣器输出具有所描述的重复频率的信号音。

Claims (12)

1.一种用于读取光学代码(48)的读码设备(10)，所述读码设备具有：光接收元件(18)，其用于检测具有光学代码(48)的图像数据；光学器件(16)；焦点调节单元(17)，其用于设置所述光学器件(16)的焦点位置；指示装置(24)，其用于关于焦点设置的光学反馈和/或声学反馈；以及控制和评估单元(34)，其被设计用于通过评估所述图像数据，使用解码方法读取所述代码(48)，

其特征在于，

所述控制和评估单元(34)还被设计用于，评估当前设置的焦点位置的质量，并通过所述指示装置给出关于所述质量的反馈。

2.根据权利要求1所述的读码设备(10)，其中，所述控制和评估单元(34)被设计用于，借助于对所述图像数据的图像评估来评估所述焦点位置的质量。

3.根据权利要求1或2所述的读码设备(10)，所述读码设备具有距离传感器，其中，所述控制和评估单元(34)被设计用于，基于所述距离传感器的距离值来评估所述焦点位置的质量。

4.根据前述权利要求中任一项所述的读码设备(10)，其中，所述控制和评估单元(34)被设计用于，将所述当前设置的焦点位置的质量与先前设置的焦点位置进行比较。

5.根据前述权利要求中任一项所述的读码设备(10)，其中，所述控制和评估单元(34)被设计用于，利用所述反馈来指示相对于最佳焦点位置的定量偏差。

6.根据前述权利要求中任一项所述的读码设备(10)，其中，所述控制和评估单元(34)被设计用于，利用所述反馈来指示仍然需要的焦点调节的方向，以实现最佳焦点位置。

7.根据前述权利要求中任一项所述的读码设备(10)，其中，所述指示装置(24)被设计用于，将光信号或光图案投射到所述光学代码(48)上或投射到具有所述代码(48)的对象(44)上。

8.根据权利要求7所述的读码设备(10)，其中，所述指示装置(24)被设计成用于对准所述读码设备(10)的瞄准装置。

9.根据前述权利要求中任一项所述的读码设备(10)，其中，所述控制和评估单元(34)被设计用于，通过闪烁序列、光图案、颜色、亮度、音调、声音序列和/或音量，指示关于所述当前设置的焦点位置的质量、与最佳焦点位置的偏差、为实现最佳焦点位置所需的焦点调节的方向和/或大小的反馈。

10.根据权利要求9所述的读码设备(10)，其中，所述控制和评估单元(34)被设计用于，根据与最佳焦点位置偏差的大小，指示更快或更慢的闪烁序列和/或声音序列，直至达到最佳焦点位置时指示持续光和/或持续声音。

11.根据前述权利要求中任一项所述的读码设备(10)，所述读码设备被固定地安装在传送装置(42)处，所述传送装置沿传送方向引导具有代码(48)的待检测的对象(44)通过所述读码设备(10)的检测区域(14)。

12.一种指示用于读取光学代码(48)的读码设备(10)的焦点设置的计算机实现的方法，所述读码设备特别是根据前述权利要求中任一项的读码设备(10)，所述读码设备具有：光接收元件(18)，其用于检测具有光学代码(48)的图像数据；光学器件(16)；焦点调节单元(17)，其用于设置所述光学器件(16)的焦点位置；以及指示装置(24)，其用于关于焦点设置的光学反馈和/或声学反馈，

其特征在于，

评估当前设置的焦点位置的质量，并通过所述指示装置(24)给出关于所述质量的反馈。