增强成像读取器的性能的设备和方法

xiaoxiao2020-7-22  14

专利名称:增强成像读取器的性能的设备和方法
背景技术
固态成像系统或成像读取器,和移动激光束读取器或激光扫描仪,都已经被用于电光地读取目标,如一维条形码符号,尤其是每一个符号都具有沿一个方向间隔开的一行条形和间隔的通用产品代码(UPC)类型,以及二维符号,如Code 49,其引入在单个符号中垂直堆叠多行条形和间隔模式的概念。在美国专利号为No. 4,794,239的专利文献中描述了 Code 49的结构。另一个用于增加可在一定量表面面积上表示或存储的数据量的二维代码结构被称为PDF417,在美国专利号为No. 5,304,786的专利文献中对其进行了描述。
成像读取器包括成像模块,成像模块具有带有由单元格或感光器组成的传感器阵列的固态成像器,该单元格或感光器对应于成像器的二维视场中的图像元素或像素,以及成像镜头组件,用于捕获从被成像的符号散射和/或反射的返回光,并且用于将返回光投射到传感器阵列上,以初始化符号的图像的捕获作为像素数据。成像器可以是一维或二维的电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CM0Q器件,并包括用于产生或处理电子信号的相关电路,所述电子信号与视场上的像素数据的一维或二维阵列相对应。成像器在控制器或微处理器的控制下捕获该返回光,该控制器或微处理器可用于将电信号处理和解码为表示被成像和被读取的符号的数据。
因此,使用成像器来捕获符号的单色图像是已知的,例如在美国专利号为 No. 5,703,349的专利文献中所公开的。使用具有多个埋沟的成像器来捕获符号的全色图像也是已知的,例如在美国专利号为No. 4,613,895的专利文献中所公开的。常见的是,为二维CCD提供在VGA监视器中非常普通的640 X 480分辨率,虽然其他分辨率大小也是可能的。
但是,使用成像读取器,尤其是手持可移动读取器,来读取位于所述读取器工作距离范围内的任何位置的符号被证明是具有挑战性的。操作者无法精确知道在读取过程中符号是否在该阵列的视场范围内。操作者经常需要在多个边到边、上和下、以及后和前的方向上重复移动便携式读取器,并且在指示器提示操作者该符号已经被成功地成像和读取之前重复多次将便携式读取器对准一个单独的符号,因而减慢了事务处理的速度并降低了生产率。
同样,事务处理速度的降低也给成像读取器中的控制器增加了高计算负担。成像读取器中的控制器必须处理整个二维视场上捕获的所有像素数据。即使是具有640像素X480像素的分辨率的视场,控制器也需要每秒执行300百万个指令(Mips,每秒百万指令)以实现被认为积极响应的可接受的事务处理速度。相比之下,在之前提到的移动激光束读取器中的控制器需要执行约20-30Mips以达到可接受的事务处理速度,主要是因为在移动激光束读取器中的控制器只需要对从自实际激光扫描线和沿实际激光扫描线返回的光中获得的数据进行解码,这些实际激光扫描线扫过被读取的符号。
这些成像读取器在捕获图像并将其解码为识别数据时,有利的是,需要减少在这些成像读取器的控制器上施加的计算负担,并增强这些成像读取器的响应和读取性能,尤其当读取高密度的且远离读取器的符号时。

发明内容
简单言之,本发明的一个特征在于一种增强成像读取器的性能的设备,所述成像读取器用于对要读取的符号进行成像。所述设备包括由所述读取器支撑的固态成像器,所述固态成像器具有图像传感器阵列,用于在二维视场上捕获来自于符号的返回光作为像素数据。优选地,所述成像器为具有滚动快门或全局快门的CCD或CMOS。所述阵列可以是一维阵列,即,沿单独一行线性排列的,或者可以是具有相互正交的多个行和列的二维阵列。
根据本发明,专用集成电路(ASIC)可操作地连接到所述成像器,用于接收所述像素数据。控制器可操作地连接到所述ASIC,用于启动对所述数据的接收,优选地以串行流的方式顺序接收,并用于利用至少一个虚拟扫描线来映射所述ASIC,并且优选地多个虚拟扫描线,其中每一个虚拟扫描线在所述视场上延伸。有利地,所述虚拟扫描线沿不同方向彼此交叉以构成覆盖所述视场的全方向扫描图案。所述ASIC可操作用于存储由所述ASIC接收的存在于每一虚拟扫描线中的所述像素数据作为存储像素数据。所述控制器可操作用于对每一虚拟扫描线中的所述存储像素数据进行实时解码。
在优选实施例中,所述ASIC包括存储所述存储像素数据的缓冲器,并且所述ASIC 将所述存储像素数据从所述缓冲器传送到所述控制器。所述控制器可操作用于通过利用每一虚拟扫描线的相反端点坐标或使用其中一个端点坐标以及各自的虚拟扫描线的斜率初始化所述ASIC的方式,来对所述ASIC进行映射。
通过在所述成像器和所述控制器之间连接所述ASIC,以及通过仅要求所述控制器对每一虚拟扫描线上的所述存储像素数据进行解码,而不是对整个二维视场上的所有像素数据进行解码,施加于本发明的成像读取器的控制器上的计算负担被减少到约20-30Mips, 也就是说,与施加于现有技术中的移动激光束读取器中的控制器上的计算负担在同一个数量级上。这种成像读取器的响应和读取性能得到了增强,尤其是当读取高密度的且远离所述读取器的符号时。
本发明的另一个特征在于一种用于增强对要读取的符号进行成像的成像读取器的性能的方法。所述方法执行如下步骤在固态成像器的二维视场上捕获来自于符号的返回光作为像素数据,所述固态成像器具有图像传感器阵列,利用专用集成电路(ASIC)接收所述像素数据,利用在所述视场上延伸的至少一个虚拟扫描线对所述ASIC进行映射,存储由所述ASIC接收的存在于所述至少一个虚拟扫描线上的所述像素数据作为存储像素数据,以及仅对所述存储像素数据进行实时解码。
在所附权利要求中对那些被认为是本发明特征的新的特征作了详细阐述。但是, 本发明本身,关于其结构和操作方法,结合其他对象和其优点,都将在结合附图阅读时从下面的具体实施例的描述中得到最好的理解。


图1是在手持模式或免提模式中操作的,用于捕获来自目标符号的返回光的便携式成像读取器的透视图; 图2是图1的读取器的各种部件的示意图; 图3是根据本发明的用于增强图1的读取器的性能的设备的部分示意部分过程图;以及 图4是根据本发明的描述如何增强图1的读取器的性能的流程图。
具体实施例方式图1中的参考数字30 —般地标识成像读取器,其具有由基部32支撑的大致垂直的窗口沈和枪形外壳观,所述基部32用于支撑所述成像读取器30于工作台上。因此所述成像读取器30可以作为固定工作站被用于免提模式,在该模式中产品被滑过、被扫过、或被送到所述垂直窗口 26,或者,所述成像读取器30可以被从所述工作台上拿起并且由操作者手持并用于手持模式,在该模式中移动所述读取器,并且手动按压触发器34以启动对远离所述窗口 26处的要读取的标记的成像,尤其是一维或二维符号。在另一变型中,可以省略基部32,并可以采用其他结构的外壳。如图1所示,还可以省略连接到基部32的电缆,在这种情况下,读取器30通过无线链路与远程主机通信,并且读取器由板上电池提供电能。
如图2中所示意的,在读取器的印刷电路板22上安装有成像器M。成像器M为固态设备,例如CCD或CMOS成像器,其具有设置在一单独线性行中的可寻址图像传感器或像素的一维阵列,或具有设置在相互正交的行和列中的所述传感器的二维阵列,所述成像器可操作用于检测由成像镜头组件20捕获的沿穿过窗口沈的光路或轴46的返回光。返回光在二维视场上从目标或符号38被散射和/或反射作为像素数据。成像镜头组件20可操作用于可调整地将返回光聚焦到图像传感器阵列上以使得符号38被读取。符号38位于近工作距离(WDl)和远工作距离(WD2)之间的工作距离范围内的任何位置。在优选实施例中,WDl距离成像器阵列M约四至六英寸,WD2可以距离窗口沈许多英尺,例如大约五十英尺远。
在成像读取器中还安装有照明组件,照明组件优选地包括照明器或照明光源12, 例如发光二极管(LED)或激光器,并且还包括照明镜头组件10,用于利用在照明时段具有强度等级的照明光均勻照明符号38。光源12优选为脉冲触发的。
在成像读取器中还安装有瞄准组件,瞄准组件优选地包括瞄准光源18,如LED或激光器,并且还包括瞄准镜头组件16,用于在符号38上产生可视瞄准光图案。瞄准图案有利于帮助操作者将读取器准确瞄准在符号38。
如图2所示,成像器对、照明光源12和瞄准光源18可操作地连接到用于控制这些部件的操作的控制器或微处理器36。优选地,微处理器36包括解码器,用于处理来自目标符号的返回光,并解码所捕获的目标图像。存储器14可被控制器36访问,用于存储和检索数据。
在操作中,控制器36发送命令信号以在读取之前对瞄准光源18加电,并在照明时段期间,比如500微秒或更短,脉动照明光源12,以及加电并曝光成像器对以收集在曝光时段期间来自符号的光,例如照明光和/或环境光。典型阵列需要大约33毫秒以获得整个目标图像,并以大约30帧每秒的帧速率进行操作。
根据本发明的一个特征,如图3所示,专用集成电路(ASIC) 50可操作地连接在成像器M和控制器36之间,用于接收像素数据。在现有技术中,控制器36直接接收像素数据。控制器36可操作地连接到ASIC 50,用于启动像素数据的接收,优选以串行流的方式顺序接收,并用于利用至少一个虚拟扫描线映射ASIC 50,优选多个虚拟扫描线A、B和C,每一个都在视场60上延伸,如图3所示。有利地,虚拟扫描线A、B和C沿不同方向彼此交叉以构成覆盖视场60的全方向扫描图案。正如下文中进一步详细说明的,ASIC 50可操作用于存储由ASIC 50接收的存在于每一个虚拟扫描线A、B和C上的像素数据作为存储像素数据。控制器36可操作用于对在每一个虚拟扫描线A、B和C上的存储像素数据进行实时解码。
在优选实施例中,ASIC 50包括其中存储有存储像素数据的缓冲器52,并且ASIC 50将存储像素数据从缓冲器52传送到控制器36。优选地,每一扫描线都有它自己的缓冲器。控制器36可操作用于通过利用每一虚拟扫描线A、B和C的相反端点坐标、或利用其中一个端点坐标以及各自的虚拟扫描线A、B和C的斜率初始化ASIC 50的方式,来对ASIC 50 进行映射。
通过在成像器M和控制器36之间连接ASIC 50,以及通过要求控制器36对每一虚拟扫描线A、B和C上的存储像素数据进行解码,而不是对整个二维视场60上的所有像素数据进行解码,施加于本发明的成像读取器上的控制器36上的计算负担被减少到约 20-30Mips,也就是说,与施加于现有技术中的移动激光束读取器中的控制器上的计算负担在同一个数量级上。这种成像读取器的响应和读取性能得到了增强,尤其是当读取高密度的且远离读取器的符号时。
现在参考图3,视场60被细分为八个水平的行1,2,…8和十二个垂直的列1,2,… 12。这仅仅作为示例,因为也可以使用更多或更少的行和列来配置视场。在所述方法的步骤1中,如方块62所指示,控制器36利用虚拟扫描线A、B和C通过指定它们的端点坐标、 或指定其中一个端点坐标以及各自的扫描线的斜率而对ASIC 50进行映射。因此,扫描线 A具有端点坐标(行1,列2)和(行8,列11);扫描线B具有端点坐标(行8,列2)和(行 1,列11);并且扫描线C具有端点坐标(行3,列1)和(行3,列12)。因而每一个扫描线都以由控制器36写入ASIC 50的这些端点坐标表示。也可以使用更多或更少的虚拟扫描线来覆盖视场。
在所述方法的步骤2中,如方块64所指示,控制器36曝光成像器M,随后成像器捕获来自于所有行和列的像素数据。在步骤3中,如方块66所指示,对于每一行,所有像素数据被顺序地逐列地引导到ASIC 50。在步骤4中,如方块68所指示,ASIC 50测试每一接收到的像素的行和列以确定该像素是否存在于虚拟扫描线A、B和C中任何一个上。上述过程完全在硬件中实时完成。例如,如图3所示,通过点画(stipple)整个扫描线C,对行3中的所有像素接收像素数据。如果有任何像素被认为存在于一特定虚拟扫描线上,那么其数据以测试顺序被存储到缓冲器52中。当所有像素都已经被测试时,缓冲器52沿每一虚拟扫描线保持像素数据的顺序。因此,在所阐述的例子中,缓冲器52将包含扫描线C的像素数据。
在步骤5中,如方块70所指示,缓冲器52将所存储的像素数据传送到控制器36。 在步骤6中,如方块72所指示,控制器36仅尝试解码存储的像素数据,随后存储的像素数据犹如其来自于线性像素阵列一样被处理。
所述方法还可以通过图4的流程图的方式来描述,该流程由启动方块80开始,控制器36利用虚拟扫描线A、B和C的端点坐标(方块82)或其中一个端点坐标以及虚拟扫描线A、B和C的斜率初始化ASIC 50,并启动图像获取以及设置每个缓冲器52的缓冲器索引以指向第一缓冲器位置(方块84)。如果接收像素的行和列在扫描线A上(方块86),那么该像素的数据被添加到用于扫描线A的缓冲器,并增加该缓冲器索引(方块88)。如果接收像素的行和列不在扫描线A上(方块86),或者如果方块88已被执行,那么ASIC 50检测以确定接收像素的行和列是否在扫描线B上(方块90)。如果是,那么该像素的数据被添加到用于扫描线B的缓冲器中,并增加该缓冲器索引(方块92)。如果接收像素的行和列不在扫描线B上(方块90),或者如果方块92已被执行,那么ASIC 50检测以确定接收像素的行和列是否在扫描线C上(方块94)。如果是,那么该像素的数据被添加到用于扫描线C的缓冲器中,并且增加该缓冲器索引(方块96)。如果接收像素的行和列不在扫描线C上(方块 90),或者如果方块96已被执行,那么ASIC 50重复检测其他扫描线,并随后检测其余的接收像素的行和列(方块98)。
当没有像素要检测时,所有扫描线的缓冲器的内容被传递到控制器36(方块 100)。控制器解码存储像素数据(方块10 。如果成功,那么指示器,如光或听觉蜂鸣器, 发送成功解码信号,并且解码过程的结果随后被进一步处理。
控制器还可以利用虚拟扫描线配置ASIC,虚拟扫描线具有与扫描线的伸长部分垂直的指定高度。代替扫描线具有一个像素的高度,其可以具有包括多个像素的增加的高度。 可以对多个像素的像素数据进行平均处理或执行不同的处理,例如峰值检测,从而为虚拟扫描线提供有效的虚拟高度。该虚拟高度与在移动激光束读取器中使用的激光束斑点的椭圆横截面类似。
通过示例,对于图3中沿行3延伸的虚拟扫描线C,不是让缓冲器仅存储行3的像素数据,而是让缓冲器存储相邻的行2和4的平均像素数据。因此,(行3,列2、的像素数据将是(行2,列2)、(行3,列2)和(行4,列2)的平均值。这有伸长与虚拟扫描线C垂直的虚拟斑点的效果,因而提高了质量较差的符号的读取性能。
可以理解的是,上文描述的元件中的每一个,或者其中两个或更多个一起,也可以在不同于上述类型的其他结构类型中找到有用的应用。
虽然本发明作为用于增加成像读取器性能的设备和方法来被说明和描述,但这并不是要将其限制到所显示的细节,因为可以在不以任何方式偏离本发明的精神下作出各种修改和结构变化。例如,本发明并不仅仅限制于仅具有成像条形码符号功能的成像读取器, 还可以同样应用于将成像器作为其子系统之一的移动计算机或终端。
不用进一步分析,前述内容将充分显示本发明的主题,以便通过应用现有知识,其他人就可以容易地对其进行适应性变化以用于不同的应用,并且从现有技术的观点来看, 这些变化并没有省略如下的特征,即,所述特征相当地构成本发明的一般或特定方面的重要特性,并且因此,这样的适应性变化应当被理解为在与所附权利要求等效的含义和范围内。
在所附权利要求中阐述声明为新的且要求由专利保护的内容。
权利要求
1.一种用于增强成像读取器的性能的设备,所述成像读取器用于对要读取的符号进行成像,所述设备包括固态成像器,所述固态成像器由所述读取器支撑,并且具有图像传感器的阵列,所述图像传感器用于在二维视场上捕获来自符号的返回光作为像素数据;专用集成电路(ASIC),可操作地连接到所述成像器,用于接收所述像素数据; 控制器,可操作地连接到所述ASIC,用于利用在所述视场上延伸的至少一个虚拟扫描线对所述ASIC进行映射;所述ASIC可操作用于存储由所述ASIC接收的存在于所述至少一个虚拟扫描线上的所述像素数据作为存储像素数据;以及所述控制器可操作用于解码所述存储像素数据。
2.根据权利要求1所述的设备,其中所述ASIC包括其中存储有所述存储像素数据的缓冲器,并且其中所述ASIC将所述存储像素数据从所述缓冲器传送到所述控制器。
3.根据权利要求1所述的设备,其中所述控制器可操作用于利用每一个均在所述视场上延伸的另外的虚拟扫描线对所述ASIC进行映射,其中所述ASIC可操作用于存储由所述 ASIC接收的存在于每一虚拟扫描线上的所述像素数据作为存储像素数据,并且其中所述控制器可操作用于解码每一虚拟扫描线的所述存储像素数据。
4.根据权利要求3所述的设备,其中所述虚拟扫描线沿不同方向相互交叉,以构建覆盖所述视场的全方向扫描图案。
5.根据权利要求1所述的设备,其中所述控制器可操作用于通过利用所述至少一个虚拟扫描线的至少一组端点坐标初始化所述ASIC的方式对所述ASIC进行映射。
6.根据权利要求1所述的设备,其中所述控制器可操作地连接到所述成像器,用于启动由所述ASIC接收所述像素数据。
7.根据权利要求6所述的设备,其中,所述传感器被布置在相互正交的行和列中,并且其中所述ASIC以串行流的方式从所述行和列顺序地接收所述像素数据。
8.根据权利要求1所述的设备,其中所述控制器可操作用于对所述存储像素数据进行实时解码。
9.根据权利要求1所述的设备,其中所述ASIC可操作用于存储由所述ASIC接收的存在于所述至少一个虚拟扫描线上以及存在于与所述至少一个虚拟扫描线垂直的至少另一个虚拟扫描线上的所述像素数据的平均值。
10.一种成像读取器,用于通过图像捕获电光地读取符号,所述成像读取器包括 移动手持外壳;固态成像器,由所述外壳支撑,并且具有图像传感器的阵列,所述图像传感器用于在二维视场上捕获来自所述符号的返回光作为像素数据;专用集成电路(ASIC),可操作地连接到所述成像器,用于接收所述像素数据; 控制器,可操作地连接到所述ASIC,用于利用在所述视场上延伸的至少一个虚拟扫描线对所述ASIC进行映射;所述ASIC可操作用于存储由所述ASIC接收的存在于所述至少一个虚拟扫描线上的所述像素数据作为存储像素数据;以及所述控制器可操作用于解码所述存储像素数据。
11.一种用于增强成像读取器的性能的方法,所述成像读取器用于对要读取的符号进行成像,所述方法包括如下步骤在固态成像器的二维视场上捕获来自符号的返回光作为像素数据,所述固态成像器具有图像传感器的阵列;利用专用集成电路(ASIC)接收所述像素数据;利用在所述视场上延伸的至少一个虚拟扫描线对所述ASIC进行映射;存储由所述ASIC接收的存在于所述至少一个虚拟扫描线上的所述像素数据作为存储像素数据;以及解码所述存储像素数据。
12.根据权利要求11所述的方法,其中所述存储步骤通过将所述存储像素数据存储在缓冲器中而被执行。
13.根据权利要求11所述的方法,其中所述映射步骤通过利用每一个均在所述视场上延伸的另外的虚拟扫描线对所述ASIC进行映射而被执行,其中所述存储步骤通过存储由所述ASIC接收的存在于每一虚拟扫描线上的所述像素数据作为存储像素数据而被执行, 并且其中所述解码步骤通过解码每一虚拟扫描线的所述存储像素数据而被执行。
14.根据权利要求13所述的方法,还包括将所述虚拟扫描线配置为沿不同方向相互交叉以构建覆盖所述视场的全方向扫描图案。
15.根据权利要求11所述的方法,其中所述映射步骤通过利用所述至少一个虚拟扫描线的至少一组端点坐标初始化所述ASIC的方式对所述ASIC进行映射而被执行。
16.根据权利要求11所述的方法,其中所述接收步骤通过以串行流的方式顺序地接收所述像素数据而被执行。
17.根据权利要求11所述的方法,其中所述解码步骤通过对所述存储像素数据进行实时解码而被执行。
18.根据权利要求11所述的方法,其中所述存储步骤通过存储由所述ASIC接收的存在于所述至少一个虚拟扫描线上以及存在于与所述至少一个虚拟扫描线垂直的至少另一个虚拟扫描线上的所述像素数据的平均值而被执行。
全文摘要
一种用于增强成像读取器的性能的设备和方法,所述成像读取器用于对要读取的符号进行成像,所述设备包括固态成像器,由所述读取器支撑并具有图像传感器的阵列,图像传感器用于在二维视场上捕获来自符号的返回光作为像素数据;专用集成电路(ASIC),可操作地连接到成像器,用于接收像素数据;控制器,可操作地连接到ASIC,用于利用在视场上延伸的至少一个、优选多个虚拟扫描线对ASIC进行映射。ASIC可操作用于存储由ASIC接收的存在于每一虚拟扫描线上的像素数据作为存储像素数据。控制器可操作用于解码每一虚拟扫描线上的存储像素数据。
文档编号G06K7/10GK102187350SQ200980141220
公开日2011年9月14日 申请日期2009年10月13日 优先权日2008年10月16日
发明者克里斯托弗·沃伦·布罗克 申请人:符号技术有限公司

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