CN201765595U - 一种蓝光激光条码识读装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种蓝光激光条码识读装置，包括能发出波长为405nm～475nm的蓝色激光光束的蓝光激光器、偏转镜、可摆动反射镜、集光器、滤光镜、光电接收器、对光电接收器所输出电信号进行放大处理的放大处理电路、与放大处理电路相接且对蓝光激光器进行控制的处理器以及电源模块。本实用新型结构简单、设计合理、使用操作简便且使用效果好、适用范围广，并且识别性能高、分辨率强且识别精度高的条码信息识读方法，简化了传统激光条码识读装置的电子硬件部分。

Description

一种蓝光激光条码识读装置

技术领域

本实用新型属于激光条码识读技术领域，尤其是涉及一种蓝光激光条码识读装置。

背景技术

随着物流行业的兴起，条形码被越来越多的应用在高效物流和零售业中，其中一维条码已被广泛应用。相应地，条码识读装置也进入了一个高速发展的阶段，其中激光扫描装置的发展也日趋日新月异，激光扫描装置的工作原理是使用激光作为光源和信息载体，并相应完成对一维条码的扫描作业。但是，现如今市场上使用的激光扫描器所采用的激光均为620nm～700nm的红色激光；并且传统的激光扫描器所采用的信号采集方式均需要大量的硬件电路对信号进行放大处理，这样就引入了硬件电路一致性不好的问题，使得对所采集信号进行后期处理的处理过程变得更加复杂、繁琐。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种蓝光激光条码识读装置，其结构简单、设计合理、使用操作简便且使用效果好、适用范围广，并且识别性能高、分辨率强且识别精度高的条码信息识读方法，简化了传统激光条码识读装置的电子硬件部分。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种蓝光激光条码识读装置，其特征在于：包括能发出波长为405nm～475nm的蓝色激光光束的蓝光激光器、对蓝光激光器所发出蓝色激光光束的光路进行偏转的偏转镜、将经偏转镜偏转后的蓝色激光光束进行镜面反射并将反射光束投射至需扫描条码进行漫反射且同步将经所述需扫描条码漫反射后的能反映需扫描条码信息的漫反射光束进行镜面反射的可摆动反射镜、对经可摆动反射镜镜面反射后的漫反射光束进行集光并相应形成集光束的集光器、对集光器发出的集光束进行过滤的滤光镜、对滤光镜过滤后的光束进行接收且将所接收光束信号转换为电信号的光电接收器、对光电接收器所输出电信号进行放大处理的放大处理电路、对放大处理电路所输出信号进行模数转换并对经模数转换后的数字信号进行分析处理且对蓝光激光器进行控制的处理器以及分别对蓝光激光器、所述处理器和光电接收器进行供电的电源模块，所述光电接收器与放大处理电路相接，所述放大处理电路和蓝光激光器均与所述处理器相接，所述蓝光激光器、所述处理器和光电接收器均与电源模块相接；所述偏转镜布设在蓝光激光器的发射光路上，可摆动反射镜布设在偏转镜的发射光路上，所述需扫描条码布设在可摆动反射镜的反射光路上，集光器布设在所述需扫描条码的漫反射光路上，滤光镜相应布设在集光器的发射光路和光电接收器的接收光路上；所述可摆动反射镜包括反射镜和安装在所述反射镜上且带动所述反射镜连续进行上下摆动的摆动驱动机构。

上述一种蓝光激光条码识读装置，其特征是：所述处理器为单片机。

上述一种蓝光激光条码识读装置，其特征是：还包括与所述处理器进行双向通信的上位机，所述处理器与上位机相接。

上述一种蓝光激光条码识读装置，其特征是：还包括与所述处理器相接的控制按键和数据存储单元。

上述一种蓝光激光条码识读装置，其特征是：所述蓝光激光器所发出蓝色激光光束的波长为473nm。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、装置设计合理、使用操作简便且投入成本低，不需对现有条码扫描装置作过多调整。

2、采用蓝光激光光源作为扫描指示光与信息采集载体进行条码扫描，蓝光比红光所射出的光子能量更高，波长更短，使得可以反射回更强的信号，同时由于采用了蓝光激光，在条码印制时可以印制一些特殊颜色的条码。

3、所采用的蓝光激光器能有效增加条码扫描装置的扫描景深。

4、识读方法设计合理，需采用软件编程实现且考虑全面，将光电接收器所接收的信号进行一级放大后便送至单片机的模数转换引脚且相应得到离散的光线强度信号；随后，对离散的条码信号通过快速傅里叶变换进行滤波处理，将信号从时域转换到频域，并去掉频域信号中的高频信号；再进行傅里叶反变换，将信号转换为时域信号；之后，采用动态阈值的方法将滤波以后的信号进行二值化，最后将二值化处理后的信号按照各类条码的标准进行解码，从而解出条码信息。综上，本实用新型用数字信号代替了传统的模拟信号，对数字信号进行滤波整形等处理后再进行解码，实现了对条码信号的良好滤波和辨识，并且运算量小、速度快且准确率高，可以满足条码扫描的各方面要求。由于光信号接收过程中存在各种各样的干扰信号，则需对离散的条码信号进行滤波处理，具体是先对离散的条码信号依次进行快速傅里叶变换、去掉频域信号中的高频信号和傅里叶反变换。同时，将滤波以后的信号进行二值化时，由于每一次条码扫描的过程光线和距离有可能有较大变化，因此采用动态阈值的方法对信号进行二值化。且二值化过程中，根据计算的阈值对信号进行二值化，相对应地，传统的扫描枪这一部分工作依靠硬件的电路来实现，本实用新型将这一部分工作采用软件实现，对通过动态阈值的方法进行二值化后的信号再按照各类条码的标准进行解码，从而实现了条码的扫描。

5、实用价值高，本实用新型在信号处理方面，用数字信号代替了传统的模拟信号且对数字信号进行滤波整形等处理以后再进行解码，有效解决了传统条码扫描装置硬件电路一致性不好的问题，简化了信号的后期处理工作。

6、适用面广且推广应用前景广泛，本实用新型不仅可以应用在物流业中，而且在工作、生活中所有用到条码的场所，均可对任何卡、票、证件等条形码信息进行读取确认，可以方便有效的确认流通各种商品、卡、票、证件等；同时，由于蓝光激光的特性，也可以用在特殊场合的条码扫描上。

综上所述，本实用新型设计合理、使用操作简便、投入成本低且使用效果好，采用全新的蓝色激光扫描光源对一维条码进行扫描，实现对印刷更细微条码的扫描，并且提供了一种识别性能高、分辨率强且识别精度高的条码信息识读方法，简化了激光条码识读装置的电子硬件部分。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的工作原理图。

图2为利用本实用新型对条码进行识读时的方法流程图。

图3为激光光束扫描景深的计算结果示意图。

附图标记说明：

1-蓝光激光器；      2-偏转镜；       3-可摆动反射镜；

4-集光器；          5-滤光镜；       6-光电接收器；

7-放大处理电路；    8-单片机；       9-电源模块；

10-上位机；         11-控制按键；    12-数据存储单元。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括能发出波长为405nm～475nm的蓝色激光光束的蓝光激光器1、对蓝光激光器1所发出蓝色激光光束的光路进行偏转的偏转镜2、将经偏转镜2偏转后的蓝色激光光束进行镜面反射并将反射光束投射至需扫描条码进行漫反射且同步将经所述需扫描条码漫反射后的能反映需扫描条码信息的漫反射光束进行镜面反射的可摆动反射镜3、对经可摆动反射镜3镜面反射后的漫反射光束进行集光并相应形成集光束的集光器4、对集光器4发出的集光束进行过滤的滤光镜5、对滤光镜5过滤后的光束进行接收且将所接收光束信号转换为电信号的光电接收器6、对光电接收器6所输出电信号进行放大处理的放大处理电路7、对放大处理电路7所输出信号进行模数转换并对经模数转换后的数字信号进行分析处理且对蓝光激光器1进行控制的处理器以及分别对蓝光激光器1、所述处理器和光电接收器6进行供电的电源模块9，所述光电接收器6与放大处理电路7相接，所述放大处理电路7和蓝光激光器1均与所述处理器相接，所述蓝光激光器1、所述处理器和光电接收器6均与电源模块9相接。所述偏转镜2布设在蓝光激光器1的发射光路上，可摆动反射镜3布设在偏转镜2的发射光路上，所述需扫描条码布设在可摆动反射镜3的反射光路上，集光器4布设在所述需扫描条码的漫反射光路上，滤光镜5相应布设在集光器4的发射光路和光电接收器6的接收光路上。所述可摆动反射镜3包括反射镜和安装在所述反射镜上且带动所述反射镜连续进行上下摆动的摆动驱动机构。

本实施例中，所述处理器为单片机8。同时，本实用新型还包括与所述处理器进行双向通信的上位机10，所述处理器与上位机10相接。并且，本实用新型还包括与所述处理器相接的控制按键11和数据存储单元12。所述蓝光激光器1所发出蓝色激光光束的波长为473nm。

实际使用过程中，所述激光条码识读装置的工作过程是：电源模块9开启后，所述激光条码识读装置中各组件即开始正常工作，首先通过单片机8对蓝光激光器1进行控制并使得蓝光激光器1发出波长为405nm～475nm的蓝色激光光束，所发出的蓝色激光光束经偏转镜2后被扩束，并相应投射到可摆动反射镜3上且经可摆动反射镜3镜面反射到需扫描条码上并形成一个激光点，实际使用过程中当可摆动反射镜3连续摆动时，根据光学反射原理，投射到需扫描条码上的激光点位置不断发生变化，并且由于需扫描条码的表面较粗糙，因而投射在需扫描条码上的激光点则会发生漫反射，并且漫反射后的漫反射光束再次投射到可偏转反射镜3上，并由可偏转反射镜3反射向集光器4，相应再由集光器4进行集光且滤光镜5滤掉光束中所含的杂散自然光后射入光电接收器6，所述光电接收器6再对所接收的光束信号光电转换，获得与光电接收器6所接收光束的光线强度相对应的离散电信号；随后，光电接收器6将所获得的离散电信号传送至单片机8进行进一步分析处理，且单片机8同步将分析处理结果同步上传至上位机10。实际使用过程中，单片机8接收上位机10所传送来的控制信号，并相应对蓝光激光器1进行控制。

以所发出蓝色激光光束的波长为473nm的蓝光激光器1为例，众所周知在激光扫描中使用的激光会受到衍射作用的影响，激光光束扫描景深的计算结果见图2，且激光光束的直径的变化遵循以下公式其中，λ为激光光波的波长，W₀激光光束“腰”的尺寸，Z₀为Rayleigh(即瑞利)距离且其是激光束直径为

与W₀之间的距离。由于需扫描条码的扫描光点尺寸应等于或略小于需扫描条码符号的最小单元尺寸，则在激光光束“腰”相等的条件下，以红光激光常采用的波长650nm与本实用新型所用蓝光激光波长为473nm的蓝光激光器1相比，根据公式

由于激光扫描器的扫描景深为2Z₀，则蓝光激光器1的条码扫描景深是红光激光条码扫描景深的1.37倍，因而本实用新型所采用的蓝光激光器1能有效增加条码扫描装置的扫描景深。

如图3所示，采用本实用新型对条码信息进行识读时，其识读过程如下：

步骤一、首先，通过偏转镜2对蓝光激光器1所发出蓝色激光光束的光路进行偏转，再通过可摆动反射镜3将经偏转镜2偏转后的蓝色激光光束进行镜面反射并将反射光束投射至需扫描条码，可摆动反射镜3所投射的反射光线在所述需扫描条码发生漫反射后同步将漫反射光线再次投射到可摆动反射镜3进行镜面反射，之后再通过集光器4和滤光镜5依次对经可摆动反射镜3镜面反射后的漫反射光束进行集光和过滤，并将过滤后的光束送至光电接收器6进行接收。

步骤二、扫描光信号初步处理及采集：光电接收器6对接收的光束信号进行光电转换后，相应获得与光电接收器6所接收光束的光线强度相对应的电信号；再通过放大处理电路7对所述电信号进行放大处理后送至所述处理器的模数转换接口进行模数转换且相应将所述电信号对应转换为离散的数字化扫描信号，同时通过所述处理器内嵌的数据采集卡对转换后的所述数字化扫描信号进行采集，并将所采集的数字化扫描信号进行同步存储，所述数字化扫描信号为与所述需扫描条码的条码信息相对应的数字化条码图像。

步骤三、数字化扫描信号识读：采用所述处理器对所述数字化扫描信号进行分析处理，并将分析处理结果与预先存储在条码信息标准库中的多种条码标准图像进行匹配，且此匹配过程即为对所述需扫描条码的条码信息进行识读的识读过程，匹配结束后所得出的匹配结果即为对所述需扫描条码的条码信息进行识读的识读结果，其识读过程如下：

301、滤波处理：所述处理器调用快速傅里叶变换程序模块对所述数字化扫描信号进行快速傅里叶变换，并将所述数字化扫描信号经快速傅里叶变换后所变换成的频域信号中的高频信号去除；之后，所述处理器调用快速傅里叶反变换程序模块对去除高频信号的频域信号进行快速傅里叶反变换，获得经滤波处理后的数字化扫描信号，所述经滤波处理后的数字化扫描信号即为经滤波处理后的数字化条码图像。

302、二值化处理：所述处理器调用二值化处理程序模块对所述经滤波处理后的数字化条码图像进行二值化处理，获得与所述需扫描条码的条码信息相对应的二值化图像。

实际应用时，所述处理器调用二值化处理程序模块对所述经滤波处理后的数字化条码图像进行二值化处理时，所述处理器先调用动态阈值划分模块且按照大津法对所述经滤波处理后的数字化条码图像进行动态阈值划分并相应得出最佳阈值t^*；之后，所述处理器调用二值化处理程序模块且以t^*为阈值对所述经滤波处理后的数字化条码图像进行二值化处理。

本实施例中，所述处理器调用动态阈值划分模块且按照大津法对所述经滤波处理后的数字化条码图像进行动态阈值划分时，其动态阈值划分过程如下：

3021、一维直方图表示：所述处理器将所述经滤波处理后的数字化条码图像用一维直方图进行表示，记作h(i)，其中i表示所述一维直方图中的256个像素点的灰度值且i＝0，1，2...255。

实际对图像进行表示时，如果图像中每一像素的信息用灰度值i(0≤i≤255)来表示，则此图像中所有灰度值的统计信息可用一维直方图来表示，该直方图用h(i)(i＝0，1......，255)来表示。假设此时采集的条码图像信号序列即所述数字化条码图像中有N个像素，且N个像素中灰度为i的像素个数为n_i，则可以得到各灰度出现的概率

则h(i)可看成是P_i对i的一个函数。

3022、最佳阈值t^*计算，其计算过程如下：

Ⅰ、灰度分类：所述处理器以所述一维直方图中的灰度值为划分参数进行划分且假设划分阈值为t，且通过阈值t将所述一维直方图中的256个像素点的灰度划分为两类，即C₀＝(0，1，2，…，t)和C₁＝(t+1，t+2，…，255)；

Ⅱ、两个灰度分类的出现概率及平均灰度计算：所述处理器调用参数计算模块对两个灰度分类的出现概率及平均灰度进行计算，其中C₀和C₁两个灰度分类出现的概率W₀和W₁分别为：

而C₀和C₁两个灰度分类的平均灰度u₀和u₁分别为：

式中

Ⅲ、两个灰度分类的方差计算：所述处理器调用方差计算模块且按照公式

对C₀和C₁两个灰度分类的方差

和

Ⅳ、两个灰度分类的类内方差、类间方差和总体方差计算：所述处理器调用计算模块且分别按照公式

和

计算C₀和C₁两个灰度分类的类内方差类间方差

和总体方差

Ⅴ、得出最佳阈值：所述处理器调用最值比较模块且以

为判决标准求得最佳阈值t^*，且当时，所求得的t^*值为最佳分离阈值。

303、图像匹配：所述处理器调用图像匹配程序模块将步骤302中所述的二值化图像与预先存储在条码信息标准库中的多种条码标准图像进行匹配，并相应找出与步骤302中所述二值化图像相匹配的条码标准图像，从而完成所述需扫描条码的条码信息识读过程。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种蓝光激光条码识读装置，其特征在于：包括能发出波长为405nm～475nm的蓝色激光光束的蓝光激光器(1)、对蓝光激光器(1)所发出蓝色激光光束的光路进行偏转的偏转镜(2)、将经偏转镜(2)偏转后的蓝色激光光束进行镜面反射并将反射光束投射至需扫描条码进行漫反射且同步将经所述需扫描条码漫反射后的能反映需扫描条码信息的漫反射光束进行镜面反射的可摆动反射镜(3)、对经可摆动反射镜(3)镜面反射后的漫反射光束进行集光并相应形成集光束的集光器(4)、对集光器(4)发出的集光束进行过滤的滤光镜(5)、对滤光镜(5)过滤后的光束进行接收且将所接收光束信号转换为电信号的光电接收器(6)、对光电接收器(6)所输出电信号进行放大处理的放大处理电路(7)、对放大处理电路(7)所输出信号进行模数转换并对经模数转换后的数字信号进行分析处理且对蓝光激光器(1)进行控制的处理器以及分别对蓝光激光器(1)、所述处理器和光电接收器(6)进行供电的电源模块(9)，所述光电接收器(6)与放大处理电路(7)相接，所述放大处理电路(7)和蓝光激光器(1)均与所述处理器相接，所述蓝光激光器(1)、所述处理器和光电接收器(6)均与电源模块(9)相接；所述偏转镜(2)布设在蓝光激光器(1)的发射光路上，可摆动反射镜(3)布设在偏转镜(2)的发射光路上，所述需扫描条码布设在可摆动反射镜(3)的反射光路上，集光器(4)布设在所述需扫描条码的漫反射光路上，滤光镜(5)相应布设在集光器(4)的发射光路和光电接收器(6)的接收光路上；所述可摆动反射镜(3)包括反射镜和安装在所述反射镜上且带动所述反射镜连续进行上下摆动的摆动驱动机构。

2.按照权利要求1所述的一种蓝光激光条码识读装置，其特征在于：所述处理器为单片机(8)。

3.按照权利要求1或2所述的一种蓝光激光条码识读装置，其特征在于：还包括与所述处理器进行双向通信的上位机(10)，所述处理器与上位机(10)相接。

4.按照权利要求1或2所述的一种蓝光激光条码识读装置，其特征在于：还包括与所述处理器相接的控制按键(11)和数据存储单元(12)。

5.按照权利要求1或2所述的一种蓝光激光条码识读装置，其特征在于：所述蓝光激光器(1)所发出蓝色激光光束的波长为473nm。

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