DE112006002817T5

DE112006002817T5 - System und Verfahren zur Verwendung von einer Farbaus-Leuchtung und Farbfiltrierung in einem Symbol-Ausleser

Info

Publication number: DE112006002817T5
Application number: DE112006002817T
Authority: DE
Inventors: Laurens W. Nunnink
Original assignee: Cognex Technology and Investment LLC
Current assignee: Cognex Technology and Investment LLC
Priority date: 2005-10-24
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2008-09-25
Also published as: US20070091332A1; JP4802247B2; CN101346730A; WO2007050456A3; US8061610B2; JP2009512958A; WO2007050456A2

Abstract

System zum Abtasten von einer Oberfläche, welches enthält:
einen Bildaufnehmer, welcher Bildsensorpixel hat, welche Bilder auf jede von zumindest eine erste Bildfarbe und eine zweite Bildfarbe erlangen;
eine Ausleuchtet-Anordnung, welche derart aufgebaut und angeordnet ist, um gleichzeitig einen ersten Ausleuchter-Typ in einer ersten Ausleuchter-Farbe, welche durch den Ausleser als die erste Bildfarbe erkannt ist, und einen zweiten Ausleuchter-Typ in einer zweiten Ausleuchter-Farbe, welche durch den Ausleser als die zweite Bildfarbe erkannt ist, bereitzustellen; und
einen Prozess eines besten Bildes, welcher bestimmt, ob ein bestes Bild zur Mustererkennung in einer in der ersten Bildfarbe oder der zweiten Bildfarbe bereitgestellt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf maschinelle Sichtsysteme und Symbol-Ausleser, welche eine maschinelle Sicht verwenden, und genauer gesagt auf Ausleuchter für dergleichen.
Hintergrundinformation
Maschinelle Sichtsysteme verwenden Bilderlangungsvorrichtungen, welche Kamerasensoren enthalten, um eine Information über ein betrachtetes Objekt zuzuführen. Das System interpretiert dann diese Information gemäß einer Vielzahl von Algorithmen, um eine programmierte Entscheidungserstellung und/oder Identifikationsfunktion durchzuführen. Damit ein Bild durch einen Sensor im sichtbaren und nahe sichtbaren Lichtbereich am wirksamsten erlangt wird, sollte das Objekt korrekt ausgeleuchtet sein.
Bei dem Beispiel einer Symbol-Auslesung (ebenfalls allgemein als „Barcode"-Abtastung bezeichnet) unter Verwendung von einem Bildsensor, ist eine korrekte Ausleuchtung stark gewünscht. Eine Symbol-Auslesung bedingt die Unterstützung von einem Bilderlangungssensor (CMOS-Kamera, CCD, usw.) an einer Stelle auf einem Objekt, welches ein Symbol (einen „Barcode") enthält, und Erlangung eines Bildes von diesem Symbol. Das Symbol enthält einen Satz von vorbestimmten Mustern, welche eine geordnete Gruppe von Zeichen oder Formen darstellen, aus welchen ein zugehöriger Datenprozessor (bei spielsweise ein Mikrocomputer) eine nützliche Information über das Objekt herleiten kann (beispielsweise dessen Seriennummer, Typ, Modell, Preis, usw.). Symbole/Barcodes sind in einer Vielzahl von Formen und Größen verfügbar. Zwei der für gewöhnlich am häufigsten verwendeten Symboltypen, welche bei der Markierung und Identifikation von Objekten verwendet werden, sind der sogenannte eindimensionale Barcode, welcher eine Linie von vertikalen Streifen von einer variierenden Breite und Beabstandung enthält, und der sogenannte zweidimensionale Barcode, welcher ein zweidimensionales Feld von Punkten oder Rechtecken enthält.
1 zeigt ein beispielhaftes Abtastsystem 100 aus dem Stand der Technik, welches für den Handbetrieb adaptiert ist. Ein beispielhaftes Hand-Abtastgerät oder Handstück 102 ist bereitgestellt. Es enthält eine Griffsektion 104 und eine Körpersektion 106. Ein Bildgestaltungssystem 151, welches nicht gezeigt ist, kann gesteuert werden und kann Bilddaten an einen On-Board Embedded-Prozessor 109 richten. Dieser Prozessor kann eine Abtast-Softwareapplikation 113 enthalten, über welche eine Beleuchtung gesteuert wird, wobei Bilder erlangt werden und Bilddaten zu einer nutzbaren Information interpretiert werden (beispielsweise alphanumerische Folgen, welche aus den Symbolen hergeleitet werden (wie beispielsweise das angezeigte zweidimensionale Barcode-Bild 195)). Die decodierte Information kann über ein Kabel 111 an einen PC oder an eine weitere Datenspeichervorrichtung 112 gerichtet werden, welche (beispielsweise) eine Anzeige 114, eine Tastatur 116 und eine Mause 118 enthält, wo sie gespeichert und unter Verwendung von einer geeigneten Applikation 121 weiterverarbeitet werden kann. Alternativ kann das Kabel 111 direkt an eine Schnittstelle im Abtastgerät und eine geeignete Schnittstelle im Computer 112 verbunden sein. In diesem Fall führt die computerbasierte Applikation 121 verschiedene Bild-Interpretations-/Decodierungs- und Lichtsteuer-Funktionen wie benötigt durch. Die genaue Anordnung des Hand-Abtastgerätes mit Bezug auf einen Embedded-Prozessor, Computer oder weiteren Prozessor ist sehr variabel. Beispielsweise kann eine Drahtlos-Zwischenverbindung bereitgestellt sein, bei welcher kein Kabel 111 vorliegt. Ebenso kann der angezeigte Mikrocomputer durch eine weitere Verarbeitungsvorrichtung ersetzt werden, welche einen On-Board-Prozessor oder eine Miniatur-Verarbeitungseinheit enthält, wie beispielsweise ein Personal Digital Assistent oder eine weitere kleine Berechnungsvorrichtung.
Die Abtast-Applikation 113 kann dazu adaptiert sein, auf Eingaben vom Abtastgerät 102 zu antworten. Wenn beispielsweise der Bediener einen Schalter 122 am Hand-Abtastgerät 102 umschaltet, erlangt ein interner Kamerabildsensor (innerhalb des Bildgestaltungssystems 151) ein Bild eines Bereiches von Interesse 131 auf einem Objekt 105. Der beispiel hafte Bereich von Interesse enthält ein zweidimensionales Symbol 195, welches dazu verwendet werden kann, um das Objekt 105 zu identifizieren. Eine Identifikation und weitere Verarbeitungsfunktionen werden durch die Abtast-Applikation 113, basierend auf Bilddaten, welche von dem Hand-Abtastgerät 102 an den Prozessor 109 übertragen werden, durchgeführt. Ein Sicht-Indikator 141 kann durch Signale von dem Prozessor 109 beleuchtet werden, um ein erfolgreiches Lesen und Decodieren des Symbols 195 anzuzeigen.
Beim Auslesen eines Symbols oder weiterer Objekte von Interesse ist der Typ der verwendeten Ausleuchtung von Interesse. Wenn ein Symbol und/oder weitere sichtbare Objekte auf einer flachen Oberfläche durch absetzende Tinte oder Farbe bedruckt sind, kann eine diffuse, stark winklige „Hellfeld"-Ausleuchtung diese Merkmale für den Sensor am besten hervorheben. Mit stark winklig ist im Allgemeinen ein Licht gemeint, welches nahezu senkrecht (lotrecht) oder bei einem Winkel, welcher typischerweise nicht mehr als etwa 45 Grad von der Senkrechte (vom Lot) beträgt, auf die Oberfläche von dem abgetasteten Element auf das Objekt auftrifft. Eine solche Ausleuchtung ist im Wesentlichen einer Reflexion zurück zum Sensor unterworfen. Mittels Beispiel können Barcodes oder weitere Objekte, welche hauptsächlich eine Hellfeld-Ausleuchtung erfordern, auf einem gedruckten Etikett, welches an einem Element oder Behälter anhaftet, oder auf einem bedruckten Feld in einem relativ glatten Bereich des Elements oder des Behälters vorliegen.
Im Gegensatz dazu, wenn ein Symbol oder ein weiteres Objekt auf einer mehr unregelmäßigen Oberfläche ausgebildet ist oder durch Ätzen oder Strahlen eines Musters direkt auf die Oberfläche erzeugt ist, kann die Verwendung von einer stark reflektierenden Hellfeld-Ausleuchtung ungeeignet sein. Eine gestrahlte/geätzte Oberfläche hat zweidimensionale Eigenschaften, welche dazu neigen, eine Hellfeld-Ausleuchtung zu zerstreuen, wodurch das erlangte Bild verschleiert wird. Wenn ein betrachtetes Objekt eine derart eindeutig zweidimensionale Oberflächenstruktur hat, kann es am besten durch eine Dunkelfeld-Ausleuchtung ausgeleuchtet werden. Dies ist eine Ausleuchtung mit einem charakteristisch geringen Winkel (beispielsweise ungefähr 45 Grad oder weniger) mit Bezug auf die Oberfläche des Objektes (das heißt, ein Winkel von mehr als ungefähr 45 Grad mit Bezug auf die Senkrechte). Bei Verwenden einer solchen schwachwinkligen Dunkelfeld-Ausleuchtung wird eine zweidimensionale Oberflächenstruktur zur besseren Bilderlangung wirksamer in Kontrast gesetzt (mit Vertiefungen, welche als helle Punkte erscheinen, wobei die Umgebungen schattiert sind).
In weiteren Fällen eines angelegten Symbols kann eine Diffus-Direktausleuchtung vorteilhaft sein. Eine solche Ausleuchtung wird typischerweise unter Verwendung einer direkt projizierten Ausleuchter-Quelle (beispielsweise lichtemittierende Dioden (LEDs)) erzeugt, welche durch einen Diffuser passiert, um die gewünschte Ausleuchtungswirkung zu erzeugen.
Um den vollen Vorteil der Einsatzflexibilität von einem Kamerabildsensor zu erzielen, ist es wünschenswert, eine Hellfeld-, Dunkelfeld- und Diffus-Ausleuchtung bereitzustellen. Jedoch muss die Dunkelfeld-Ausleuchtung nahe zu einem Objekt vorliegen, um den geringen Einfallwinkel darauf zu erzielen. Umgekehrt dazu, wird die Hellfeld-Ausleuchtung bei einer relativen Distanz besser erzeugt, um eine Vollbereich-Ausleuchtung sicherzustellen.
Die gemeinsam zugeordnete U.S.-Patentanmeldung Serial No. 11/014,478 mit dem Titel HAND HELD SYMBOLOGY READER ILLUMINATION DIFFUSER und die U.S.-Patentanmeldung Serial No. 11/019,763 mit dem Titel LOW PROFILE ILLUMINATION FOR DIRECT PART MARK READERS, beide von Laurens W. Nunnink, deren Lehre hier durch Inbezugnahme ausdrücklich einbezogen ist, stellen Techniken bereit, um die Übertragung von einer Hellfeld-(großer Winkel)- und Dunkelfeld-(kleiner Winkel)-Ausleuchtung zu verbessern. Diese Techniken enthalten die Bereitstellung von besonders geometrischen Anordnungen von direkten Hellfeld-LEDs und konischen und/oder flachen Diffusern, welche zwischen den Hellfeld-Ausleuchtern und dem Objekt platziert sind, um das Hellfeld-Licht besser zu zerstreuen. Der oben angegebene HAND HELD SYMBOLOGY READER ILLUMINATION DIFFUSER lehrt ferner die Verwendung von bestimmten Farben, um die Ausleuchtung zu verbessern, welche auf bestimmte Typen von Oberflächen anwendbar ist. Es wurde jedoch beobachtet, dass die Auswahl von Hellfeld-, Dunkelfeld-, Direkt- oder Diffus-Licht bei vielen Typen von Oberflächen und/oder von bestimmten Winkeln, bei welchen der Ausleser auf sie gerichtet wird, für den Benutzer nicht intuitiv ist. Mit anderen Worten, kann eine Oberfläche derart erscheinen, dass sie am besten unter Verwendung der Dunkelfeld-Ausleuchtung auszulesen ist, wobei in der Praxis jedoch das Hellfeld bevorzugt ist, um notwendige Details aufzunehmen, insbesondere bei einem bestimmten Sichtwinkel. Ebenfalls ist bei Hand-Auslesern der Sichtwinkel von Oberfläche zu Oberfläche (von Teil zu Teil) nicht annähernd der gleiche, und einige Sichtwinkel werden besser bedient durch ein Hellfeld, während andere besser durch ein Dunkelfeld bedient werden.
Der Ausleser kann derart ausgerichtet werden, um durch verschiedene Typen der Ausleuchtung zu schreiten, wenn jedes Teil gelesen wird, wobei dies Zeit kostet, und zwar sowohl beim Ein- und Ausschalten jedes Satzes von Ausleuchtern als auch beim Integrieren/Analysieren des resultierenden Bildes. Derzeit sollte bei einem Ausleser, welcher als wirksam betrachtet wird, der Leseprozess innerhalb von 200 Millisekunden oder weniger stattfinden. Ein Durchschreiten durch Ausleuchter-Typen, Speichern der Ergebnisse, Vergleichen und Herleiten des besten Bildes können gewünschte Zeitlimits überschreiten. Es ist daher stark gewünscht, eine Technik bereitzustellen, welche die beste Form der Ausleuchtung erlaubt, um auf einmal bei allen Typen von Oberflächen und Abtastwinkeln verwendet zu werden, und um Bilder durch diese Ausleuchtung zu erlangen, welche unmittelbar zu verwenden sind, um aussagekräftige Bilddaten herzuleiten.
UMRISS DER ERFINDUNG
Diese Erfindung löst die Nachteile aus dem Stand der Technik, indem ein System und Verfahren bereitgestellt werden, um Bilder, welche auf unterschiedliche Farben ausgeleuchtet sind, in Abhängigkeit von dem Typ der verwendeten Ausleuchtung zu verwenden und zu analysieren. In einer darstellhaften Ausführungsform wird ein Farbbildsensor dazu verwendet, um Bilder von Objekten von Interesse zu erlangen, wobei jede aus der direkten Hellfeld-, Dunkelfeld- und Diffus-Ausleuchtung simultan (zueinander gleichzeitig) auf eine diskrete Ausleuchtfarbe, welche durch den Sensor diskret erkennbar ist, an die Oberfläche übertragen werden. Beispielsweise können das direkte Hellfeld und Dunkelfeld Rot sein, während das Diffuslicht Blau sein kann. Pixel der gleichen Empfindlichkeit (beispielsweise Rot und Blau) im Bildsensor empfangen lediglich das Bild, welches durch jene Ausleuchter-Farbe erzeugt ist. Ein geeigneter Filter, welcher zu der bestimmten Ausleuchtquelle (beispielsweise LEDs) in Reihe ist, kann dazu verwendet werden, um eine oder mehrere diskrete Farben zu erzeugen und/oder eine nachteilige Abwanderung von nicht-diffusem Farblicht im Diffuser-Abschnitt zu dämpfen. Der Ausleser von dieser Erfindung enthält Verarbeitungskomponenten, welche Bilder von Rot- und Blau-Pixel-Adressen unabhängig zusammensetzen, um in der Wirkung zwei simultane Bilder zu erzeugen (ein Bild ist unter Verwendung einer Kombination aus einem Dunkelfeld und einem direkten Hellfeld erzeugt, während das weitere Bild unter Verwendung der Diffus-Ausleuchtung erzeugt ist), welche sich perfekt überlappen (mit Bezug zueinander registriert sind). Das beste Bild wird unter Verwendung herkömmlicher Bildanalysewerkzeuge bestimmt, und aussagekräftige Daten (beispielsweise der Code des ausgelesenen Symbols) werden aus diesem besten Bild hergeleitet. In einer weiteren Ausführungsform können die besten Teile von einem oder mehreren Bildern zusammengefasst werden, um die Symboldaten herzuleiten. Zusätzlich kann ein weiterer Satz von Lichtübertragern mit diskreter Farbe (beispielsweise grüne LEDs) dazu verwendet werden, um das direkte Hellfeld zu übertragen, und dieses direkte Hellfeld-Licht kann durch geeignete, auf Grün empfindliche Pixel, im Bildsensor unterschieden werden, wodurch ein drittes diskretes Bild hergeleitet wird, welches mit Bezug auf die weiteren zwei diskreten Farbbilder registriert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die folgende Beschreibung der Erfindung bezieht sich auf die begleitenden Zeichnungen, bei denen:
1, wie bereits beschrieben, eine Perspektivansicht von einem Hand-Abtastsystem mit integrierter Ausleuchtung gemäß dem Stand der Technik ist;
2 eine Seitenschnittansicht von einem Hand-Abtastsystem ist, welches in Verbindung mit der Lehre von dieser Erfindung verwendet werden kann;
3 eine Vorderansicht des Abtastsystems von 2 ist;
4 eine Explosionsdarstellung der Ausleuchter-Anordnung und des Bildsensors für das Abtastsystem von 2 ist;
5 eine etwas schematische Seitenschnittansicht der Sensor- und Ausleuchter-Anordnung zur Verwendung mit dem Abtastsystem von 2 gemäß einer ersten Ausführungsform ist;
6 eine etwas schematische Seitenschnittansicht der Sensor- und Ausleuchter-Anordnung zur Verwendung mit dem Abtastsystem von 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform ist;
7 ein Blockdiagramm von einer dreifarbigen Bildverarbeitungsanordnung zur Verwendung mit dem Abtastsystem von 2 ist;
8 ein Schaubild eines Satzes von gleichzeitigen Bildern ist, welche unter Verwendung der Ausleuchter- und Bildprozesse gemäß dieser Erfindung aufgelöst sind; und
9 ein schematisches Schaubild von einer Ausführungsform eines automatischen Fokusmechanismus unter Verwendung eines Farb-Fokussierungsziels für einen Ausleser, wie beispielsweise jener wie in 2 gezeigt, ist.
GENAUE BESCHREIBUNG VON EINER DARSTELLHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
2 zeigt eine Seitenschnittansicht von einer darstellhaften Ausführungsform des Auslesers 200 gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Aufnahmegerät 212 und eine Ausleuchter-Platte 214 sind an einer stoßfesten Befestigung (nicht gezeigt) innerhalb eines Gehäuses 206 positioniert. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform sind ein Prozessormodul und zugehörige funktionale elektronische Bauteile auf einer Prozessorplatte 215 befestigt. Ein Griffabschnitt 202 und ein Schalter 204 sind funktionell einstückig zu dem Gehäuse 206 und zu Bauteilen von der Prozessorplatte 215. Der Griffabschnitt 206 enthält einen angenehm platzierten Schalter 204, welcher durch einen Finger des Benutzers betätigt werden kann, um die Bilderlangung und Decodierungsfunktion einzuleiten. Genauer gesagt, bewirkt ein Drücken des Schalters, dass alle Typen der Ausleuchter-Farben (wie im Folgenden weiter beschrieben) gleichzeitig auf das Objekt von Interesse projiziert werden, und bewirkt ebenfalls eine entsprechende Erlangung eines Bildes durch den Bildaufnehmer.
Mit kurzem Bezug auf den Ausleuchter, hält die Ausleuchter-Platte 214 eine Mehrzahl von LEDs 310, welche in dieser Ausführungsform Rot sind (es kann eine Vielzahl von Farben verwendet werden). Die LEDs 310 sind nach vorne zur Öffnung des Bildaufnehmers hin gerichtet. Diese LEDs sind hinter einer Passivlichtröhre 244 positioniert, welche das Licht von dem Ring aus LEDs 310 zu einem Vorderende 230 hin intern überträgt. Bei dieser Ausführungsform enthält das Vorderende 230 eine abgeschrägte Oberfläche 232. Verschiedene Beispiele von einer Lichtröhre zur Verwendung mit einem Bildaufnehmer oder eine ähnliche Anwendung sind in den U.S.-Patentanmeldungen Serial No. 10/693,626 mit dem Titel LIGHT PIPE ILLUMINATION SYSTEM AND METHOD von William H. Equitz, et al. gezeigt und beschrieben, wobei die Lehre davon hier durch Inbezugnahme ausdrücklich einbezogen ist.
Kurz erläutert, passiert Licht durch den erweiterten Körper von der Röhre 244 vom inneren Ende angrenzend zu den LEDs 310. Der Körper ist aus einer durchlässigen/transparenten Substanz, wie beispielsweise Polymethyl-Methacrylat (PMMA) oder Polykarbonat, ausgebildet. Das übertragene Licht wird intern durch die angewinkel te/abgeschrägte Oberfläche 232 von der Lichtröhre 244 intern reflektiert, um bei einem geringen Winkel zur zentralen optischen Achse 270 auszutreten. Die Innen- und/oder Außenwandoberfläche von der Lichtröhre 244 kann durch undurchsichtige Farbe oder einen weiteren Verbund beschichtet sein, um ein Entweichen von Licht in oder aus der Röhre zu verhindern. In diesem Beispiel ist ebenfalls ein Schirm 250 entlang der Innenoberfläche von der Lichtröhre bereitgestellt. Eine Funktion des Schirms 250 dient dazu, um eine Übertragung von diffusem Licht (im Folgenden beschrieben) in die Lichtröhre zu verhindern. Eine weitere Funktion dient dazu, um ein Licht, welches vom Reflektor übertragen wird (s. im Folgenden), in den Diffuser zurückzurichten.
In diesem Beispiel dient der Ring aus LEDs 310 zur Erzeugung eines roten direkten Hellfeld-Effektes zusammen mit dem Dunkelfeld-Effekt durch eine Lichtbrechung eines bestimmten Lichtes von den LEDs durch die angeschrägte Oberfläche 232. Im Allgemeinen, bei kurzen Lesedistanzen zu einer Oberfläche (< 25 mm zwischen dem Lichtröhren-Distal-(vorwärts)-Ende 230 und der Oberfläche), neigt die Hellfeld-Ausleuchtung von der Lichtröhre 230 nicht zur Interferenz mit der Dunkelfeld-Ausleuchtung. Die Hellfeld-Ausleuchtung ist jedoch bei größeren Lesedistanzen (> 25 mm zwischen dem Ende 230 und der Oberfläche) verfügbar. Dieses ist bei einfach auszulesenden Codes hilfreich, wie beispielsweise schwarz-weiß gedruckte Etiketten. Bei anderen Ausführungsformen kann eine separate Hellfeld-Ausleuchtung wie im Folgenden beschrieben bereitgestellt werden. Tatsächlich enthalten viele verfügbare Bildaufnehmer integrale rote Hellfeld-Ausleuchter. Bei einer weiteren Ausführungsform kann ein separater Hellfeld-Ausleuchter in einer diskreten Farbe, wie beispielsweise Grün, bereitgestellt werden.
Es ist zu erwähnen, dass ein Paar von unterstützenden LEDs 220 (welche typischerweise grünes Licht emittieren) bereitgestellt ist. Diese sind jedoch optional. Solche unterstützenden LEDs können mit dem kommerziell erhältlichen Bild, wie hier verwendet, einstückig sein.
Ein Kabel 260 stellt dem Ausleser 200 eine elektrische Energie, als auch einen Kommunikations-Übertragungspfad für die decodierte Zeichenfolge von der encodierten Information bereit, obwohl es offensichtlich ist, dass der Ausleser 200 mit Batteriekraft und einer Drahtloskommunikation zur vollständig tragbaren Flexibilität konfiguriert sein kann.
Ebenfalls mit Bezug auf 3, ist eine Vorderansicht des Auslesers 200 gezeigt. Die Verteilung und Platzierung der einzelnen LEDs (oder weiterer geeigneter Lichtelemente) 310, welche Licht an die Lichtröhre 244 übertragen, ist durch eine Folge von angrenzen den X-Markierungen dargestellt, welche um den Umfang von der Lichtröhre 244 in Reihe zum distalen Ende 230 positioniert sind. Die darstellhafte LED-Platzierung erzeugt eine im Allgemeinen gleichförmige Lichtwirkung. Die Platzierung dieser Lichtelemente und weiterer hier verwendeter ist stark variabel. Zusätzlich kann die Adressierung von Lichtelementen derart gesteuert werden, dass lediglich bestimmte Elemente zu bestimmten Zeiten aktiviert werden, um die gewünschte, gesamte Dunkelfeld-Ausleuchtungsintensität und/oder Vorspannung (beispielsweise an einer Seite heller als an der anderen) auf die Dunkelfeld-Ausleuchtungswirkung auf das Objekt zu erzeugen. Dieses variabel adressierbare Merkmal ist im weiteren Detail in den oben einbezogenen U.S.-Patentanmeldungen und in weiteren hier angegebenen gemeinsam zugewiesenen U.S.-Patentanmeldungen beschrieben.
Es wird nun ebenfalls Bezug auf die Explosionsansicht von 4 genommen, welche die Bauteile von der gesamten Ausleuchter-Anordnung mit Bezug auf den Bildaufnehmer 212 weiter detailliert zeigt. Wie angezeigt, sind die verschiedenen Ausleuchter-Anordnung-Bauteile, wie oben beschrieben, getrennt, um einzelne strukturelle Details zu enthüllen. Der Bildaufnehmer 212 liegt an der linken Seite von der Ansicht vor. Die Ausleuchter-Platten-Anordnung 214 befindet sich davor. Vor der Ausleuchter-Platte 214 und den LEDs 310 ist das Proximal-(oder Basis)-Ende 410 von der Lichtröhre 244 platziert, welche das übertragene Licht von den LEDs 310 empfängt und dieses intern an das abgeschrägte distale Ende 230 überträgt. Ein schräger (ebenfalls frei gesagt als „konisch" bezeichnet) Diffuser 280 (s. ebenfalls 2) ist innerhalb der Lichtröhre 244 verschachtelt, wobei eine schmalere proximale Öffnung 420 angrenzend zu dem Bildaufnehmer 212 bereitgestellt ist, und eine breitere distale Öffnung 422 sich am gegenüberliegenden Ende befindet. Bei einer darstellhaften Ausführungsform kann dieser Diffuser 280 aus dünnen (1 bis 3 mm) Polymer-Material mit satiniertem Inneren aufgebaut werden. Wie oben erwähnt, ist ein dünner Schirm 250 gegen den Innenraum von der Lichtröhre bereitgestellt, um das von dem Diffuser übertragene Licht gegen ein Eintreten in die Lichtröhre 244 zu blockieren. Auf diese Art und Weise vermischt sich das von dem Diffuser emittierte Licht nicht mit der Lichtröhren-Übertragung. Das durch den Diffuser projizierte Licht wird durch einen Satz von (4) rückwärts projizierenden LEDs 282 bereitgestellt, welche an der Ausleuchter-Platte 214 an einer Seite gegenüberliegend zu den Lichtröhren-LEDs 310 befestigt sind. Diese LEDs 282 projizieren rückwärts in einen Parabol-(oder eine weitere Form)-Reflektor 290, welcher das reflektierte Licht durch die Innenoberfläche von dem Diffuser 280 streut, so dass es als eine im Wesentlichen gleichförmige Streuung von direktem, diffusem Licht auf die Oberfläche von Interesse austritt. Bei dieser Ausführungsform ist der Reflektor aus Polymer mit einer weiß strukturierten Oberfläche aufgebaut, um das darauf reflektierte Licht weiter zu zerstreuen. Dies hilft dabei, die Anzahl von Diffus-Ausleuchter-LEDs 282 zu reduzieren, welche dazu verwendet werden, um die Diffus-Ausleuchtung zu projizieren, wodurch Produktionskosten und ein Energieverbrauch reduziert werden. Ebenfalls sind die Diffus-Ausleuchter-LEDs 282 in dieser Ausführungsform blaue LEDs mit hoher Ausgabe. Es ist zu erkennen, dass eine wesentliche Wellenlängen-Streuung zwischen roten LEDs besteht (welche die direkte Hell- und Dunkelfeld-Ausleuchtung in dieser Ausführungsform übertragen). Somit erlaubt diese Wellenlängen-Streuung die Auflösung von einer Diffus-Ausleuchtung auf eine Oberfläche vom Dunkelfeld/direkten Hellfeld auf die Oberfläche, wie im Folgenden detailliert beschrieben. Die bestimmten Farben, welche für jeden Typ von Ausleuchtung verwendet werden, sind stark variabel. Jedoch ist es sehr wünschenswert, dass die Diffus-Ausleuchtung auf dem Spektrum ausreichend von der Dunkelfeld-Ausleuchtung beabstandet ist, um eine adäquate Auflösung von den zwei Wellenlängen des Lichts zu erlauben.
Um ferner sicherzustellen, dass das Diffus-Licht und das Dunkelfeld-Licht sich innerhalb der Lichtröhre oder des Diffusers nicht vermischen, ist ein lichtdurchlässiger „konischer" Filter 292 bereitgestellt. Der Filter 292 ist dazu adaptiert, um Licht mit größeren Wellenlängen herauszufiltern, wodurch es blauem Licht mit kleinerer Wellenlänge ermöglicht wird, aus dem Diffuser und auf die Oberfläche zu passieren, jedoch die Neuübertragung von jeglichem reflektierten roten Licht von der Oberfläche verhindert wird, welches andererseits dazu neigt, als diffuses rotes Licht zusammen mit der roten Dunkelfeld-Ausleuchtung neu übertragen zu werden. Der Filter 292 entspricht der Form von der äußeren (freigelegten) Oberfläche des Diffusers und kann auf die Diffuser-Oberfläche unter Verwendung von einer Vielzahl von Befestigungstechniken aufgeschnappt oder angeklebt werden, welche dem Fachmann offensichtlich sind. Es ist zu erwähnen, dass anstelle eines separaten Filters 292 ein ähnlicher Effekt durch die Verwendung eines farbigen Diffusers erlangt werden kann (s. 6 im Folgenden). Die Farbe sollte derart ausgewählt werden, so dass der Diffuser das Diffus-Licht (in dieser Ausführungsform Blau) überträgt, jedoch nicht das Dunkelfeld-Licht (Rot in dieser Ausführungsform), welches von der Lichtröhre übertragen wird, reflektiert. Zahlreiche Verbesserungen auf die Lichtröhre und den Diffuser sind in der gemeinsam zugewiesenen U.S.-Patentanmeldung mit dem Titel INTEGRATED ILLUMINATION ASSEMBLY FOR SYMBOLOGY READER von Laurens W. Nunnink weiter beschrieben, eingereicht am gleichen Datum wie diese, wobei die Lehre davon hier durch Inbezugnahme ausdrücklich einbezogen ist.
Somit sind zusammengefasst zumindest zwei diskrete Sätze von Ausleuchter-Übertragern (beispielsweise LEDs) gemäß der darstellhaften Ausführungsform bereitgestellt, nämlich die direkten Diffus-Übertrager 282 und die Dunkelfeld-Übertrager 310. Gemäß der darstellhaften Ausführungsform erzeugt jeder diskrete Satz von Übertragern 282 und 310 eine entsprechend diskrete Ausleuchter-Farbe. Beispielsweise kann eine direkte Diffus-Ausleuchtung durch blaue LEDs erzeugt werden, und kann ein Dunkelfeld (und direktes Dunkelfeld) durch rote LEDs erzeugt werden. Weil der hier verwendete Bildsensor ein kommerziell erhältlicher Farbsensor ist, wird jedem Pixel im Sensor-Pixelfeld eine bestimmte Farbempfindlichkeit zugewiesen. In einer allgemeinen Anordnung enthalten bestimmte Sensorpixel einen roten Pixel, sind bestimmte Pixel gleich grüne Pixel und sind weitere Pixel gleich blaue Pixel. Die Pixel werden in Nähe derart gruppiert, so dass der Sensor zumindest rote, grüne und blaue Pixeldaten von jedem Punkt auf dem Sensor empfängt. Dies hat die Wirkung, dass ein insgesamtes Kontinuum von roten, grünen und blauen Daten mit unterschiedlicher Intensität erzeugt wird, welche sich gemeinsam mit unterschiedlicher Intensitäten mischen, um ein gesamtes Farbbild über das Sensorfeld zu bestimmen. Eine typische Technik zum Erzeugen eines Farbpixelfeldes liegt in der Anwendung eines Mosaikfarbfilters über einem monochromen Sensor. Der Filter übersetzt bestimmte Pixel empfindlich auf bestimmte Farben. Interessanterweise und mittels eines weiteren Hintergrundes ist ein populäres Pixelmuster das sogenannte Bayer-Muster, dessen Feld zum Teil im Folgenden angezeigt ist (wobei R ein rotempfindliches Pixel ist, G ein grünempfindliches Pixel ist und B ein blauempfindliches Pixel ist):
R G R G
G B G B
R G R G
G B G B
Daraus folgt, dass jedes diskrete Pixel lediglich das Licht von einer von den entsprechenden Ausleuchter-Quellen abtastet. Dies ermöglicht es, dass das Einzelfarbbild, welches durch jeden Typ von Ausleuchtung erzeugt wird, auf eine Art und Weise unterschieden wird, welche im Folgenden weiter detailliert beschrieben wird. Es ist zu erwähnen, dass, obwohl keine grüne Ausleuchtung verwendet wird, diese bei alternativen Ausführungsformen übertragen werden kann (beispielsweise durch einen separaten direkten Hellfeld-Ausleuchter), und durch grüne Pixel abgetastet werden kann. Es sollte jedoch erwähnt werden, dass blaue Pixel oftmals eine bestimmte Empfindlichkeit auf Grün haben und die Spreizung zwischen Rot und Blau am wirksamsten ist, um unterschiedliche Bilder von unterschiedlichen diskreten Ausleuchter-Quellen aufzulösen.
Bevor die neue Unterscheidung von Farbbildern durch den Ausleser gemäß dieser Erfindung weiter beschrieben wird, wird nun auf 5 und 6 Bezug genommen, welche jeweils eine bestimmte Ausführungsform von der Ausleuchter-Anordnung des Auslesers 200 gemäß dieser Erfindung anzeigen. 5 zeigt einen Querschnitt einer Implementierung des Diffusers 280 mit einer Lichtröhre 244, wie im Allgemeinen oben beschrieben, in Relation zu der Bildaufnehmer-Anordnung 212 (und zugehörigem Linsen-Aufbau 240) an, welche eine direkte Diffus-Ausleuchtung in Kombination mit Dunkelfeld-Ausleuchtung bereitstellt. Die Dunkelfeld-Ausleuchtung (Strahlen 510) wird in die Lichtröhre 244 gerichtet, das heißt, am abgeschrägten distalen Ende 230 intern reflektiert, um somit bei einem kleinen Winkel auf die Objektoberfläche 520 gerichtet zu werden. Weitere Information bezogen auf den Basisaufbau und die Implementierung von passiven Lichtröhren mit selektiv erregter Ausleuchtung zur Bereitstellung der Dunkelfeld-Ausleuchtung kann in der oben einbezogenen U.S.-Patentanmeldung Serial No. 10/693,629 mit dem Titel LIGHT PIPE ILLUMINATION SYSTEM AND METHOD von William H. Equitz, et al. gefunden werden. Die direkte Ausleuchtung (Strahlen 532) von blauen LEDs 282 wird in eine gänzlich diffuse direkte Ausleuchtung durch Reflexion am Reflektor 290 und Durchgang in und durch den Diffuser 280 von dieser Ausführungsform umgewandelt. Der Diffuser 280 projiziert dadurch die Diffus-Ausleuchtung auf die Objektoberfläche 520 innerhalb des Sichtfeldes, welches als ein Bereich angezeigt ist, welcher durch gestrichelte Linien 540 bestimmt ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Diffuser 280 selber lichtdurchlässig ohne Farbton- oder Farbfilter-Wirkung. Es sollte erwähnt werden, dass der Diffuser 280 gemäß dieser Ausführungsform und weiterer hier beschriebener Ausführungsformen derart aufgebaut und angeordnet werden kann, um an dem Hand-Abtastgerät entnehmbar befestigt zu werden. In einem Beispiel kann der Diffuser entfernt werden, um zu ermöglichen, dass die Übertrager 282 als nicht-diffuse direkte Hellfeld-Ausleuchtung arbeiten. Alternativ kann der Diffuser mit bewegbaren Verschlüssen bereitgestellt werden, welche beim gesamten Diffuser selektiv klare (nicht satinierte/nicht diffuse) Fenster darlegen. Die Entnehmbarkeit des Diffusers 280 kann erzielt werden, indem Einschnapp-Ausnehmungen und/oder Merkmale im Diffuser und in der Lichtröhre 244, welche eine entnehmbare Anordnung erlauben (nicht gezeigt), einbezogen werden.
Bei dieser Ausführungsform (5) wird die direkte nicht-diffuse Hellfeld-Ausleuchtung (Pfeile 530) durch Lichtbrechung durch die abgeschrägten Enden 230 von der Lichtröhre 244 bereitgestellt. Die Lichtröhre kann in alternativen Ausführungsformen derart modifiziert werden, dass sie einen abgeflachten Ring enthält (welcher in einer Ebene senkrecht zu der Achse 270 vorliegt). Dies würde es erlauben, dass zusätzliches Hell feld-Licht direkt auf die Oberfläche 520 übertragen wird. Ebenso kann eine verschachtelte Lichtröhre mit einem flachen (nicht abgeschrägten) Ring, welcher an ihrem distalen Ende ausgebildet ist, in alternativen Ausführungsformen verwendet werden, um Hellfeld-Licht entlang eines Wellenleiters, welcher von der angezeigten Dunkelfeld-Lichtröhre 244 getrennt ist, direkt übertragen. Dies kann dort hilfreich sein, wo Ausleuchter, welche eine diskrete Farbe haben, für direktes Hellfeld-Licht verwendet werden. Alternativ, wenn optionale direkte Hellfeld-Übertrager verwendet werden, können sie derart positioniert werden, um ein Licht durch klare/transparente Abschnitte (nicht gezeigt) des Diffusers 280 zu projizieren.
Obwohl in dieser Darstellung aus Gründen der Vereinfachung nicht angezeigt, kann angenommen werden, dass ein Filter (292 oben) über den Diffuser angelegt werden kann, um ein Abwandern von reflektierten Dunkelfeld-(und Hellfeld-)-Licht in dem Diffuser 280 zu verhindern. Ein solcher Filter ist in der Darstellung ebenfalls ausgelassen, kann jedoch auf die in 6 im Folgenden beschriebene Ausführungsform anwendbar sein.
6 zeigt einen Querschnitt von einer alternativen Ausführungsform von der Implementierung eines konischen/geneigten Diffusers 610 zur Verwendung mit dem Ausleser 200 und der Lichtröhre 244 von dieser Ausführungsform. Es ist zu erwähnen, dass gleichen Bauteilen und Merkmalen die gleichen Bezugszeichen wie jenen in 4 gegeben sind. Bei dieser Ausführungsform ist der Diffuser 610 aus einem farbgetönten/farbdurchlässigen Material hergestellt, welches eine Farbeigenschaft hat, welche sich von der Farbe (beispielsweise Rot) von der farbspezifischen Dunkelfeld-Ausleuchtung 510 unterscheidet. Somit wirkt der Diffuser als ein Farbfilter, und er kann es ermöglichen, dass die rückwärts projizierenden LEDs 282 weiß sind, anstelle von spezifischen farbigen (beispielsweise blauen) LEDs. Das resultierende übertragene Diffus-Licht wird gefiltert, um lediglich die gewünschte Farbe vom Diffuser 610 zu projizieren. Ebenfalls empfängt der Farbton-Diffuser 610 in dieser Ausführungsform jegliche zerstreute Ausleuchtung, welche von der Objektoberfläche 520 reflektiert wird, und verhindert es im Allgemeinen, dass das derart reflektierte Licht über den Diffuser als gänzlich diffuse direkte Ausleuchtung neu übertragen wird, weil die Farbe unterschiedlich ist. Es sollte erwähnt werden, dass die LEDs 282 in dieser Ausführungsform weißes Licht oder farbiges Licht (beispielsweise Blau) übertragen können. Der Farbton-Diffuser wird entweder Sämtliches mit Ausnahme von blauem Licht aus den weißen LEDs filtern oder wird es erlauben, dass das farbige (blaue) Licht von den LEDs durch das Diffuser-Material passiert. Im Gegensatz dazu kann der oben beschriebene separate Filter 292 mit weißen LEDs oder den geeignet angepassten farbigen LEDs verwendet werden. Im Allgemeinen werden typischerweise farbige LEDs gewünscht, da sie es erlauben, dass mehr aus der gesamten Lichtausgabe durch den Diffuser/Filter übertragen wird als bei einer weißen LED (wobei ein guter Abschnitt des Ausgabespektrums gedämpft wird).
Während die allgemeinen Eigenschaften und der Aufbau von einer Ausleuchter-Anordnung gemäß von zahlreichen Ausführungsformen beschrieben wurden, wird nun Bezug genommen auf 7, welche schematisch ein schematisches Blockdiagramm von der Bildverarbeitungsfunktion 700 des Auslesers gemäß einer Ausführungsform von dieser Erfindung darstellt. Die optischen Bilddaten von drei gleichzeitig erzeugten Bildern, nämlich ein rotes Dunkelfeld-Bild 714, ein blaues direktes Diffus-Bild 712 und ein grünes direktes Hellfeld-Bild 710 werden durch den Bildaufnehmer erlangt. Weil der Bildnehmer-Sensor Pixel enthält, welche auf bestimmte Farben (in diesem Beispiel Rot, Blau und Grün) variierend empfindlich sind, kann der Sensor die Intensitätsdaten bei jedem Pixel auflösen, wodurch identifiziert wird, ob dieser Pixel ein rotempfindlicher, blauempfindlicher oder grünempfindlicher Pixel ist. Die resultierenden Pixeldaten enthalten Adressen oder weitere Kennzeichen, welche dem Fachmann bekannt sind, welche unabhängig als tote Pixeldaten DATA (R), blaue Pixeldaten DATA (B) und grüne Pixeldaten DATA (G) unabhängig aufgelöst werden können. Alle Daten werden einem Software- und/oder Hardware-Bildprozess 720 zugeführt. Der beste Bildprozess verwendet eine Vielzahl von bekannten Bildanalysewerkzeugen, wie beispielsweise ein Kontrast-Werkzeug, um zu bestimmen, welche aus den roten oder blauen Daten (grüne Daten sind ungenutzt und optional, wie durch die gestrichelte Linie bei Daten (G) gezeigt) über den gesamten Bereich das beste (klarste und am besten auslesbare) Bild bereitstellen. Das beste Bild wird dann durch den Bildprozess ausgewählt und als Bilddaten 730 einem Mustererkennungsprozess 740 bereitgestellt, welcher im Stand der Technik herkömmlich sein kann. Dieser Prozess erzeugt aussagekräftige Daten 750, wie beispielsweise einen alphanumerischen Code usw., welche durch stromabwärts liegende Datenverarbeitungsvorrichtungen zur Inventursteuerung usw. verwendet werden können.
Mittels eines Beispiels des in 7 beschriebenen Prozesses zeigt 8 ein beispielhaftes Bild 800 einer mit Punkten versehenen (zweidimensionaler Barcode) Oberfläche 802 an. Das Bild 810 ist ein Vollfarbbild mit blauer (diffuser), grüner und roter (Dunkelfeld) Ausleuchtung, wobei sie alle beitragen. Dieses Bild ist etwas unscharf und wäre schwierig zu decodieren, ohne dass eine Vielzahl von Analyse-Werkzeugen angewendet wird, welche sowohl Zeit als auch Ressourcen verbrauchen.
Das blaue (diffuse) Bild 820 kann durch geeignete blaue Pixel des Sensors separat aufgelöst werden. Dieses Bild hat einen moderat guten Kontrast. Wie vorherzusehen (bei einer gestrahlten Oberfläche), zeigt das Bild 830, welches durch die grünen Pixel aufgelöst ist, den schlechtesten Kontrast an, da es hauptsächlich aus blauem Licht hergeleitet ist. Dieses grüne Bild wird bei dieser Ausführungsform nicht verwendet. Die roten Pixel liefern jedoch einen hohen Kontrast zwischen gestrahlten und ungestrahlten Oberflächendetails im roten Bild 840. Das angezeigte Bild erscheint, als ob die Dunkelfeld-Ausleuchtung ausschließlich verwendet wurde, wobei in diesem Fall die direkte Diffus-Ausleuchtung ebenfalls vorlag, wobei sie jedoch bei dem Bild 840 nicht aufgelöst ist. Der Prozess wird wahrscheinlich dieses aufgelöste Dunkelfeld-Bild 840 als das beste zur Analyse auswählen und es der Mustererkennung zur Decodierung zuführen.
Es ist offensichtlich ein wesentlicher Vorteil des Auslesers und des Prozesses, wie hier beschrieben, dass der Benutzer nicht die beste Form der Ausleuchtung auszuwählen braucht oder den Abtaster neu zu richten braucht, um das beste Bild zu erlangen. Vielmehr wendet der Abtaster automatisch alle drei Typen der Ausleuchtung auf einmal an und erlangt ein einzelnes Bild unter Verwendung aller Typen von Ausleuchtung. Da ein Bild erlangt wird, werden die drei unterschiedlichen Farben auf perfekte Weise derart ausgerichtet, dass es nicht notwendig ist, komplexe Übersetzungsfunktionen anzuwenden, um die Bilder neu auszurichten. Dies ist teilweise dort vorteilhaft, wo bei einer alternativen Ausführungsform eine Mehrzahl von diskreten Farbbildern analysiert wird, um das Muster zu decodieren. Dieses Merkmal kann vorteilhaft sein, wenn ein bestimmtes Bild mehr als einen Typen von Oberflächeneigenschaften enthält. Beispielsweise kann die Hälfte der Oberfläche von Interesse gedruckt sein und kann die weitere Hälfte von der Oberfläche gestrahlt sein. Der Teil von jedem Bild, welcher den besten Kontrast für einen bestimmten Bereich aufzeigt, wird zur Übertragung an den Mustererkennungsprozess ausgewählt. Da diese Bilder alle registriert werden (alle Farbpixeldaten sind an einem identifizierbaren Ort auf dem Sensorfeld), können die bestimmten Farbpixeldaten (lediglich ein Pixel pro Sensorfeld-Ort) mit ihrem Intensitätswert auf die Art und Weise eines Graustufenbildes an den Mustererkennungsprozess überführt werden. Der Mustererkennungsprozess muss sich nicht mit der ursprünglichen Farbe des Pixels, sondern lediglich mit der Intensität der Farbe befassen. Der Prozess des besten Bildes wählt die Pixel aus, welche den besten Kontrast anzeigen, und lediglich diese Pixel werden übertragen.
Gemäß weiterer Ausführungsformen wird angenommen, dass die Techniken zur Farb-Ausleuchtung und Farbfilterung, wie hier beispielsweise mit Bezug auf 7 beschrieben, erweitert und adaptiert werden können, um eine Beseitigung von Reflexionen von einer spiegelnden Oberfläche zu ermöglichen. Bei einer Implementierung kann eine Ausleuchtung von unterschiedlichen Farben aus unterschiedlichen Richtungen projiziert werden, kann jedoch andererseits vom gleichen Ausleuchter-Typ sein. Bezug nehmend auf 3, können die LEDs 310 auf jedem von den vier angezeigten Quadranten 320, 322, 324 und 326 der Lichtröhre eine unterschiedliche Farbe verwenden (beispielsweise Rot, Grün, Blau, wobei eine Farbe auf zwei Quadranten wiederholt wird) oder lediglich Rot auf zwei angrenzenden Quadranten (oder gegenüberliegenden) und Blau auf den weiteren zwei Quadranten. In einem typischen Betriebsbeispiel werden Spiegelreflexionen durch den Bildaufnehmer in einer Farbe, jedoch nicht in den weiteren zwei (oder drei), empfangen. Der Prozess filtert dann Reflexionen heraus, indem die Klarheit des Bildes auf jedem der Farbkanäle verglichen wird, und der Kanal bzw. die Kanäle mit dem besten Bild ausgewählt wird bzw. werden. Es ist zu erwähnen, dass variierende Farben bei jedem Quadranten bereitgestellt werden, so dass die gesamte Lichtröhre, wenn gewünscht, eine einzelne Farbe projizieren kann.
Ebenso können bei einer Ausführungsform gegenüberliegende Quadranten (320 und 324), (322 und 326) mit unterschiedlichen farbigen LEDs (Rot und Blau) oder variierenden Farben bereitgestellt werden. Auf diese Art und Weise können Reflexionen, welche durch eine Oberflächenstruktur von der Objektoberfläche bewirkt werden, beseitigt werden. Dies wird eine Filterung des gesamten oder von Abschnitten von einem Farbbild, welche nicht klar sind, und eine Auswahl von nicht-reflektierenden Abschnitten zur Datenerkennung nach sich ziehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Fähigkeit zur Herausfilterung von diskreten Farben über diskrete farbempfindliche Sensorpixel verwendet werden, um eine Distanzmessung und automatische Fokussierung von der Linse auf Distanz gleichzeitig mit der Mustererlangung zu ermöglichen, so dass der Ausleser nach einer anfänglichen Fokussierung nicht stationär gehalten zu werden braucht, so dass ein Bild erlangt werden kann. 9 zeigt schematisch eine Implementierung einer automatischen Fokussierungsanordnung für einen Ausleser, wie beispielsweise jener (200), wie in 2 gezeigt. Die Implementierung verwendet eine Ausleuchter-Anordnung 910, welche strukturell und funktionell ähnlich zu jener sein kann, welche im Obigen allgemein beschrieben ist. Ein Fokusmusterprojektor 912 ist in der Ausleuchter-Anordnung integriert oder separat befestigt. Der Fokusmusterprojektor projiziert ein vorbestimmtes Muster 914 an einer bequemen und bekannten Position auf einer Oberfläche 920 mit Bezug auf das Sichtfeld von dem Bildaufnehmer 916. Das Muster ist jegliches akzeptierbare Muster, welches in einer Farbe bestimmt werden kann. Diese Farbe wird als FARBE1 bezeichnet und kann Rot, Blau, Grün oder jegliche weitere auflösbare Farbe, wie hier beschrieben, sein. Die Haupt-Ausleuchter-Anordnung 910 projiziert eine Ausleuchtung auf den Bereich von Interesse (Muster 922) in einer Farbe, welche sich von der FARBE1 unterscheidet. Wie oben beschrieben, können in der Ausleuchter-Anordnung 910 für jeweilige Ausleuchter-Typen, wie beispielsweise direkt diffus und Dunkelfeld/direktes Hellfeld, mehrere Farben verwendet werden.
Der Bildaufnehmer empfängt Bilder in jeder der diskreten Farbe und überträgt die Pixeldaten von jeder Farbe als Bilddaten. Obwohl das gesamte Sichtfeld erlangt wird, werden FARBE1-Pixel hauptsächlich Intensitäten für das Fokusmuster anzeigen (Daten 930). Ebenso stellen Musterdaten die Intensitäten in der FARBE2 bereit (und weitere Farben, welche durch die Ausleuchter-Anordnung 910 bereitgestellt werden) (Daten 932). Die Bilddaten 932 werden durch Mustererkennungsprozesse 940 in ein oder mehrere auslesbare Bilder aufgelöst, welche hinsichtlich ihres Dateninhaltes oder einer weiteren Information decodiert werden. Die Fokusbilddaten 930 werden durch einen Fokusprozess 950 analysiert, welcher mit einem elektronischen oder elektromechanischen Fokussierungsmechanismus 960 eine Regelschleife bildet, welcher den Bildaufnehmer manipuliert (Doppelpfeil 962), um eine gewünschte Fokussierung auf der Oberfläche zu erzielen. Die Fokussierungsprozesse können eine Mehrzahl von schnell iterativen Zyklen durchführen, um die gewünschte Fokussierung zu erzeugen, wobei gleichzeitig das Muster 922 für ein gut fokussiertes Bild erlangt wird.
Abermals zusammengefasst, ermöglichen der oben beschriebene Ausleser und Prozess eine schnellere Bildanalyse, größere Genauigkeit und erhöhte Vielseitigkeit. Es wird eine größere Flexibilität auf Typen von Oberflächen, welche abgetastet werden, und hinsichtlich der Winkel, bei welchem der Ausleser in Relation zur Oberfläche gehalten wird, ermöglicht. Darüber hinaus, da Farbbildsensoren derzeit günstiger als Graustufensensoren der gleichen Auflösung werden, können die Gesamtkosten zur Herstellung eines Auslesers gemäß dieser Erfindung abnehmen.
Im Vorhergehenden wurde eine detaillierte Beschreibung von darstellhaften Ausführungsformen von der Erfindung gegeben. Es können zahlreiche Modifikationen und Zusätze vorgenommen werden, ohne vom Geist und Umfang davon abzuweichen. Beispielsweise sind die Platzierung und die Farben von verschiedenen Übertragern stark variabel. Zusätzlich können Farben und/oder Lichtwellenlängen für weitere Ausleuchter-Typen bereitgestellt werden. Obwohl die Farben Rot, Grün und Blau für bestimmte Typen der Ausleuchtung verwendet werden, wird der Fachmann anerkennen, dass alternative Farb eigenschaften, wie beispielsweise Rot/Infrarot oder Zyan, Magenta und Gelb, gemäß jeglicher der in Betracht gezogenen Ausführungsformen verwendet werden können. Es können geeignete Funktionen im Ausleser aufgebaut werden, um diese spezifischen Wellenlängen zu erkennen, Lesen und Verarbeiten, und zwar anstelle von zusätzlich zu den oben beschriebenen Ausleuchter-Farben. Ferner, obwohl sich die hier gezeigten Ausführungsformen auf einen Hand-Abtaster beziehen, wird ausdrücklich in Betracht gezogen, dass die hier beschriebenen Prinzipien auf einen festgelegten Abtaster angewendet werden können, und die Ausdrücke „Ausleser", „Abtaster" und dergleichen breit gefasst aufgenommen werden sollten, so dass sie auch festgelegte Einheiten enthalten. Zusätzlich können jegliche der Prozesse oder Schritte, wie hier beschrieben durch Elemente im Hand-Ausleser, in einer verbundenen Berechnungsvorrichtung oder einer weiteren Vorrichtung ausgeführt werden. Zusätzlich, obwohl farbige LEDs dazu verwendet werden, um die gewünschte Dunkelfeld-Ausleuchtung zu erzeugen, kann die Farbe abwechselnd unter Verwendung eines farbigen Filters und/oder einer getönten Lichtröhre kombiniert mit weißen LEDs in der Ringquelle erzeugt werden. Schließlich wird ausdrücklich in Betracht gezogen, dass jegliche der Prozesse oder Schritte wie hier beschrieben, als Hardware, Software, welche Programmanweisungen enthält, welche auf einem Computer ausgeführt werden, oder durch eine Kombination aus Hardware und Software implementiert werden können. Demgemäß sollte diese Beschreibung lediglich mittels Beispiel und nicht als andererseits den Umfang von der Erfindung beschränkend herangezogen werden.
Zusammenfassung
Die Erfindung stellt ein System und Verfahren zur Verwendung und Analyse von Bildern bereit, welche in unterschiedlichen Farben in Abhängigkeit von dem verwendeten Typ von Ausleuchtung ausgeleuchtet werden. In einer darstellhaften Ausführungsform wird ein Bildfarbensensor dazu verwendet, um Bilder von Objekten von Interesse zu erlangen, und jede von einer direkten Hellfeld-, Dunkelfeld- und Diffus-Ausleuchtung wird simultan (zueinander gleichzeitig) in einer diskreten Ausleucht-Farbe, welche durch den Sensor diskret unterscheidbar ist, auf die Oberfläche übertragen. Beispielsweise kann ein direktes Hellfeld und Dunkelfeld Rot sein, während das diffuse Blau sein kann. Pixel der gleichen Empfindlichkeit (beispielsweise Rot und Blau) in dem Bildsensor empfangen lediglich das Bild, welches durch diese Farbe der Ausleuchtung erzeugt ist. Der Ausleser von dieser Erfindung enthält Verarbeitungskomponenten, welche Bilder von roten und blauen Pixeladressen unabhängig zusammensetzen, um in der Wirkung zwei gleichzeitige Bilder zu erzeugen (ein Bild wird unter Verwendung von einer Kombination aus dem Dunkelfeld und dem direkten Hellfeld erzeugt, und das weitere Bild wird unter Verwendung der Diffus-Ausleuchtung erzeugt), welche sich perfekt überlappen (mit Bezug zueinander registriert sind). Das beste Bild wird unter Verwendung von herkömmlichen Bildanalysewerkzeugen bestimmt, und aussagekräftige Daten (beispielsweise der Code des ausgelesenen Symbols) werden aus diesem besten Bild hergeleitet.

Claims

System zum Abtasten von einer Oberfläche, welches enthält: einen Bildaufnehmer, welcher Bildsensorpixel hat, welche Bilder auf jede von zumindest eine erste Bildfarbe und eine zweite Bildfarbe erlangen; eine Ausleuchtet-Anordnung, welche derart aufgebaut und angeordnet ist, um gleichzeitig einen ersten Ausleuchter-Typ in einer ersten Ausleuchter-Farbe, welche durch den Ausleser als die erste Bildfarbe erkannt ist, und einen zweiten Ausleuchter-Typ in einer zweiten Ausleuchter-Farbe, welche durch den Ausleser als die zweite Bildfarbe erkannt ist, bereitzustellen; und einen Prozess eines besten Bildes, welcher bestimmt, ob ein bestes Bild zur Mustererkennung in einer in der ersten Bildfarbe oder der zweiten Bildfarbe bereitgestellt ist.
System nach Anspruch 1, bei welchem der erste Bildtyp eine Dunkelfeld-Ausleuchtung enthält und der zweite Ausleuchter-Typ eine direkte Diffus-Ausleuchtung enthält.
System nach Anspruch 2, bei welchem die Ausleuchter-Anordnung eine Lichtröhre, welche ein abgeschrägtes Ende hat, welche die erste Ausleuchter-Farbe auf die Oberfläche projiziert, und einen Diffuser, welcher innerhalb der Lichtröhre befestigt ist, welcher die zweite Ausleuchter-Farbe auf die Oberfläche projiziert, enthält.
System nach Anspruch 3, bei welchem der Diffuser einen optischen Filter enthält, welcher eine Reflexion von der ersten Ausleuchter-Farbe davon verhindert.
System nach Anspruch 4, bei welchem die erste Ausleuchter-Farbe Rot ist und die zweite Farbe Blau ist.
System nach Anspruch 4, bei welchem jede aus der ersten Ausleuchter-Farbe und der zweiten Ausleuchter-Farbe jeweils durch eine Mehrzahl von jeweiligen ersten LED-Übertragern und zweiten LED-Übertragern erzeugt ist, welche jeweils die erste Ausleuchter-Farbe und die zweite Ausleuchter-Farbe emittieren.
System nach Anspruch 6, bei welchem jede aus der ersten Ausleuchter-Farbe und der zweiten Ausleuchter-Farbe durch Wellenlängen im sichtbaren Licht bestimmt ist.
System nach Anspruch 2, bei welchem zumindest eine aus der ersten Ausleuchter-Farbe und der zweiten Ausleuchter-Farbe durch weißes Licht erzeugt ist, welches von LEDs übertragen ist, und durch einen Filter durchläuft, welcher jeweils die zumindest eine aus der ersten Ausleuchter-Farbe und der zweiten Ausleuchter-Farbe überträgt.
System nach Anspruch 1, welches ferner einen Mustererkennungsprozess enthält, welcher Bildaufnehmer-Pixeldaten von dem Prozess des besten Bildes empfängt und das beste Bild in Daten davon decodiert.
System nach Anspruch 9, bei welchem die Pixeldaten, welche durch den Mustererkennungsprozess empfangen sind, das beste Bild bestimmen, welches eine einzelne Bildfarbe von der ersten Bildfarbe und der zweiten Bildfarbe enthält.
System nach Anspruch 9, bei welchem die Pixeldaten, welche von dem Mustererkennungsprozess empfangen sind, das beste Bild bestimmen, welches eine Mehr zahl von Bereichen enthält, wobei jeder aus einer diskreten Bildfarbe von der ersten Bildfarbe und der zweiten Bildfarbe zusammengesetzt ist.
System nach Anspruch 9, bei welchem der Prozess des besten Bildes, basierend zumindest auf dem Kontrast bestimmt, welche Pixel das beste Bild bereitstellen.
System nach Anspruch 1, bei welchem die Bildsensorpixel jeweils Bilder in zumindest einer dritten Bildfarbe erlangen, wobei die Ausleuchter-Anordnung derart aufgebaut und angeordnet ist, um gleichzeitig mit der ersten Ausleuchter-Farbe und der zweiten Ausleuchter-Farbe einen dritten Ausleuchter-Typ in einer dritten Ausleuchter-Farbe bereitzustellen, welche durch den Bildaufnehmer als die dritte Bildfarbe erkannt ist, und wobei der Prozess des besten Bildes ferner bestimmt, ob ein bestes Bild zur Mustererkennung in einer aus der ersten Bildfarbe, der zweiten Bildfarbe oder der dritten Bildfarbe bereitgestellt ist.
System nach Anspruch 13, bei welchem der erste Ausleuchter-Typ eine Dunkelfeld-Ausleuchtung enthält, der zweite Ausleuchter-Typ eine direkte Diffus-Ausleuchtung enthält, und der dritte Ausleuchter-Typ eine direkte Hellfeld-Ausleuchtung enthält.
System zum Abtasten von einer Oberfläche, welches enthält: einen Bildaufnehmer, welcher Bildsensorpixel hat, welche jeweils Bilder in jeder von zumindest einer ersten Bildfarbe und einer zweiten Bildfarbe erlangen; einen Fokussierer, welcher einen Fokus des Bildaufnehmers mit Bezug auf die Oberfläche variiert; eine Ausleuchter-Anordnung, welche derart aufgebaut und angeordnet ist, um gleichzeitig auf der Oberfläche zumindest einen ersten Ausleuchter-Typ in einer ersten Ausleuchter-Farbe, welche durch den Bildaufnehmer als die erste Bildfarbe erkannt ist, und ein Fokusmuster, welches auf die Oberfläche in einer Fokus-Ausleuchter-Farbe projiziert ist, welche durch den Bildaufnehmer als die Fokus-Bildfarbe erkannt ist, bereitzustellen; und einen Fokusprozess, welcher Bildpixeldaten von dem Bildaufnehmer in der Fokus-Ausleuchter-Farbe ausliest, und welcher den Fokussierer basierend auf den Bildpixeldaten in der Fokus-Ausleuchter-Farbe steuert.
System nach Anspruch 15, welches ferner einen Mustererkennungsprozess enthält, welcher Bildpixeldaten von dem Bildaufnehmer in der zumindest ersten Ausleuchter-Farbe ausliest, und welcher eine Information von den Bildpixeldaten in der zumindest ersten Ausleuchter-Farbe decodiert.
Verfahren zum Abtasten von einer Oberfläche, welches die Schritte enthält: Erlangen von Bildern mit Bildpixeln von einem Bildaufnehmer in jeder von zumindest einer ersten Bildfarbe und einer zweiten Bildfarbe; gleichzeitiges Bereitstellen eines ersten Ausleuchter-Typs in einer ersten Ausleuchter-Farbe, welche durch den Bildaufnehmer als die erste Bildfarbe erkannt wird, und eines zweiten Ausleuchter-Typs in einer zweiten Ausleuchter-Farbe, welche durch den Bildaufnehmer als die zweite Bildfarbe erkannt wird; und Bestimmen, ob Pixel ein bestes Bild zur Mustererkennung in der ersten Bildfarbe oder in der zweiten Bildfarbe bereitstellen.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem der erste Ausleuchter-Typ eine Dunkelfeld-Ausleuchtung enthält und der zweite Ausleuchter-Typ eine direkte Diffus-Ausleuchtung enthält.
Verfahren nach Anspruch 18, welches ferner ein Projizieren der ersten Ausleuchter-Farbe durch eine Lichtröhre, welche ein abgeschrägtes Ende hat, welches die erste Ausleuchter-Farbe auf die Oberfläche projiziert, und ein Projizieren der zweiten Ausleuchter-Farbe durch einen Diffuser, welcher innerhalb der Lichtröhre befestigt ist, welcher die dritte Ausleuchter-Farbe auf die Oberfläche projiziert, enthält.
Verfahren nach Anspruch 19, welches ferner ein Bereitstellen, in Zusammenhang mit dem Diffuser, von einem optischen Filter enthält, welcher eine Reflexion von Licht der ersten Ausleuchter-Farbe beschränkt.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem die erste Ausleuchter-Farbe Rot ist und die zweite Ausleuchter-Farbe Blau ist.
Verfahren nach Anspruch 17, welches ferner ein Erzeugen von jeder von der ersten Ausleuchter-Farbe und der zweiten Ausleuchter-Farbe durch eine Mehrzahl von jeweiligen ersten LED-Übertragern und zweiten LED-Übertragern enthält, welche jeweils die erste Ausleuchter-Farbe und die zweite Ausleuchter-Farbe emittieren.
Verfahren nach Anspruch 22, bei welchem jede von der ersten Ausleuchter-Farbe und der zweiten Ausleuchter-Farbe durch Wellenlängen im sichtbaren Licht bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, welches ferner ein Empfangen von Pixeldaten aus dem Schritt zum Bestimmen und Decodieren des besten Bildes in Daten davon enthält.
Verfahren nach Anspruch 24, bei welchem die Pixeldaten, welche durch den Schritt zum Decodieren empfangen werden, das beste Bild bestimmen, welches eine einzelne Bildfarbe von der ersten Bildfarbe und der zweiten Bildfarbe enthält.
Verfahren nach Anspruch 24, bei welchem die Pixeldaten, welche durch den Schritt zum Decodieren empfangen werden, das beste Bild bestimmen, welches eine Mehrzahl von Bereichen enthält, wobei jeder aus einer diskreten Bildfarbe aus der ersten Bildfarbe und der zweiten Bildfarbe zusammengesetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem der Schritt zum Decodieren basierend zumindest auf den Kontrast bestimmt, welche Pixel das beste Bild bereitstellen.
System zum Abtasten von einer Oberfläche und Herleiten von Daten daraus, welches enthält: einen Bildaufnehmer, welcher Bilddaten in zumindest drei diskreten Bildfarben empfängt, wobei jede der Farben in einen diskreten Bildfarben-Datenstrom auflösbar ist; einen Ausleuchter, welcher auf die Oberfläche zumindest zwei Ausleuchter-Farben, welche im Wesentlichen zumindest zwei Bildfarben entsprechen, gleichzeitig projiziert, wobei jede der zwei Bildfarben in jedem von einem ersten Ausleuchter-Typ und einem zweiten Ausleuchter-Typ projiziert wird; und einen Prozess eines besten Bildes, welcher jenen Bildfarbenstrom, welcher das beste Bild anzeigt, aus jedem diskreten Bildfarbenstrom herleitet.
System nach Anspruch 28, welches ferner einen Mustererkennungsprozess enthält, welcher den diskreten Farbbildstrom, welcher das beste Bild ist, empfängt, und den diskreten Farbbildstrom in Daten, welche durch die Oberfläche dargestellt sind, decodiert.
System nach Anspruch 28, bei welchem der erste Ausleuchter-Typ und der zweite Ausleuchter-Typ jeweils eine Ausleuchtung enthalten, welche derart gerichtet ist, um Reflexionen von einer Oberfläche zu erzeugen, welche zueinander unterschiedlich gerichtet sind.
System nach Anspruch 30, bei welchem jeder von dem ersten Ausleuchter-Typ und dem zweiten Ausleuchter-Typ eine Dunkelfeld-Ausleuchtung enthält.
System nach Anspruch 28, bei welchem der erste Ausleuchter-Typ eine Dunkelfeld-Ausleuchtung enthält und der zweite Ausleuchter-Typ eine direkte Diffus-Ausleuchtung enthält.