用於將目標對象成像到鏡面反射的數據讀取器和方法

2024-01-19 05:44:15 3

專利名稱：用於將目標對象成像到鏡面反射的數據讀取器和方法
用於將目標對象成像到鏡面反射的數據讀取器和方法 技術領域0001本公開內容的領域涉及成像和收集設備，具體涉及用於光編碼讀取的照明、收集和成像方法和設備，以及其他數據和圖像捕獲設備。
背景技術：
0002圖像捕獲和其他數據讀取設備用於讀取光編碼，獲得數據並 捕獲多樣化圖像。 一種普通的數據獲取設備是光編碼讀取器。典型的 光編碼包括黑色元素和淺色空白的圖案。存在多種類型的光編碼，包 括一維編碼(比如UPC和EAN/JAN條形碼)和二維編碼(比如PDF-417 和Maxicode)。方便起見，在此描述的某些實施例是關於一維條形碼的 捕獲。但是，實施例對於其他的光編碼、符號以及其他的圖像，比如 指紋捕獲，也有用。不應把此處的任何內容解釋為將此公開內容限於 光編碼或特殊的編碼類型。0003
一種數據讀取器是應用了成像設備或者傳感器陣列例如CCD (電荷耦合器件)或CMOS設備的成像讀取器。成像讀取器可被配置以 讀取一維光編碼、二維光編碼、其他類型光編碼或者其他物品的符號 和圖像。當成像讀取器用於讀取光編碼時，光編碼全體或其部分的圖 像聚焦在探測器陣列上。雖然一些成像讀取器能夠使用環境的光照明 源，但典型的成像讀取器使用一個光源去照明被掃描的物體以提供成 像設備中所需要的信號響應。0004本發明者已經認識到來自高強度照明源的光在某些表面會反 射，例如產生太高強度反射因此導致傳感器陣列的過飽和進而導致無 效探測的金屬罐體。因此本發明者己認識到需要對此反射狀況進行彌 補以提高數據讀取器性能。

發明內容
0005公幵的方法和設備用於改進對光編碼和其他被成像物體的讀取，尤其當讀取表面是反射性的，因此照明易於導致傳感器陣列全部 或部分過飽和時。0006在優選配置中，數據讀取器包括成像讀取器，例如CCD或CMOS 成像器，其具有從不同方向照明或獲取的目標物體的多個圖像，在所 述不同方向中信號被合成為該物體或者正讀取的該物體的選擇部分的 一個完整成像，因此最小化或者消除鏡面反射(傳感器陣列的過飽和 區域)。在一示例數據讀取器配置中，多個照明源例如第一、第二行發 光二極體(LED)瞄準從不同方向被掃描的物體。照明源交替產生脈衝， 且返回信號被一個或更多個傳感器陣列收集。來自所述照明源之一的 選擇的非飽和返回信號，或者來自兩個照明源的返回信號的選擇的非 飽和部分被處理以生成目標的完整非飽和圖像。在某一優選處理方案 中，假設每一發光二極體都能照明整個目標(例如，條形碼)，對兩幅 圖像進行逐像素最小化(pixel-by-pixel minimum)進而生成鏡面反 射最小化或者幾乎消除鏡面反射的圖像。0007從下述對優選實施例的詳細描述中，額外的方面與優勢是顯 而易見的，此描述是參考附圖進行的。


0008圖1是根據優選實施例的數據讀取器的概略圖。0009圖2是圖1中數據讀取器的布局的前示意圖。0010圖3是圖1-2中數據讀取器的布局的側示意圖。0011圖4是如圖2-3中數據讀取器獲取的飲料罐上條形碼的圖像， 該條形碼被頂部、底部兩行照明源所照明。0012圖5是如圖2-3中數據讀取器獲取的飲料罐上條形碼的圖像， 該條形碼僅被頂部一行照明源照明。0013圖6時如圖2-3中數據讀取器獲取的飲料罐上條形碼的圖像， 該條形碼僅被底部一行照明源照明。0014圖7是被逐像素最小化方案處理時的組合圖5和圖6的圖像 的飲料罐上條形碼的圖像。0015圖8是如圖2-3中數據讀取器獲取的反射性糖果包裝上條形碼的圖像，該條形碼僅被頂部一行照明源照明。0016圖9是如圖2-3中數據讀取器獲取的糖果包裝上條形碼的圖 像，該條形碼僅被底部一行照明源照明。0017圖10是被逐像素最小化方案處理時的組合圖8和圖9的圖像 的糖果包裝上條形碼的圖像。0018圖ll是根據另一實施例的數據讀取器的概略圖。
具體實施方式
0019貫穿此說明書，對"一個實施例"、"某一實施例"或"某些 實施例"的提及都意味著特定的已描述特性、結構或特徵包含在至少 一個實施例中。貫穿本說明書各個地方，短語"在一個實施例中"、"在 實施例中"或"在某些實施例中"的出現並不必然指向同一實施例。 更進一步，所描述的特性、結構、特徵和方法可在一個或更多實施例 中以任何適宜的方式相互結合。根據這裡的公開內容，本領域的技術 人士將認識到，不同實施例在缺乏某一或更多特定細節時可被實施， 或在具有其他方法、組件、材料或類似物亦可被實施。在其他實例中， 眾所周知的結構、材料或操作並沒有顯示或者詳細描述以避免使實施 例的特徵不明顯。0020現在參考圖對優選實施例會進行描述。為便於描述， 一個圖 中任何代表某一元件的參考數字將在任何其他圖中代表相同的元件。0021根據已描述的實施例的方法和設備對使用成像技術的外觀掃 描器特別有用。為了描述的簡練，探測器陣列描述為CCD陣列，但是 也可以使用其它合適的探測器，例如CMOS。0022圖1是根據第一實施例的數據讀取器10的簡圖。數據讀取器 10被圖示為適宜於讀取光編碼、符號和別的物體的外觀掃描器。掃描 器10包括一個附著於手柄部位14的頭部12。手柄部位14裝配在基座 16上。掃描器10可以作為外觀掃描器進行工作，其自支撐在水平面上， 或者可以裝配在這樣的表面或者牆體上。自支撐在基座16上的讀取器 10可用於免持模式。也可以握持讀取器10的手柄並且讀取器以手持或 者便攜模式工作，通過觸發器18的致動激活掃描。讀取器可以多種模 式進行工作或者以美國專利No. 6， 575， 368所描述的多種讀取模式進行操作，該專利在此併入作為參考。通過把條形碼放置到窗口 13之前的掃描讀取區域中，物體例如飲料罐30上的條形碼可被讀取。數據讀取 器10有兩行照明源，在這個實施例中頂行22包括位於探測器20之上 的排成一排的4支發光二極體。相似的，第二行發光二極體24位於探 測器20之下的相似位置。在優選配置中，第一行和第二行發光二極體 22、 24瞄準到掃描區域中，因此每一行發光二極體都可完全照明放置 在數據讀取器10前的物體30上的條形碼。0023圖2-3圖示了圖1中數據讀取器的前視圖和側視圖。圖2說 明頂行發光二極體22由四支大體排成一排並位於聚焦透鏡21之上的 發光二極體組成。聚焦透鏡21收集從物體30反射回的光線並聚焦返 回信號光線到探測器20上。底行發光二極體24也包括四支大體排成 一排並位於透鏡21以下的發光二極體。其他數目的發光二極體或者排 列方式也可使用。在優選配置中，頂部、底部照明源22、 24偏離但朝 向被掃描物體物品，以照明同一掃描區域或者基本重疊的掃描區域。0024當被讀取的物體具有一高反射表面，比如位於鋁飲料罐體30 一側上的條形碼，照明源22、 24的光在金屬表面有效反射，並易於造 成成像系統中探測器20的過飽和。0025圖4顯示了被圖2-3的數據讀取器獲取的飲料罐上的條形碼 圖像，該條形碼被頂部、底部行22、 24照明。如圖4所示，易拉罐30 的高反射金屬表面有效反射了來自照明源的光，並使探測器過飽和， 導致圖像中區域34、 36不能被有效讀取。由生產過程所導致的飲料罐表面的細微垂直槽所造成的衍射圖在圖像中水平延伸，阻礙了對甚至 在主要鏡面反射左右區域中的條形碼圖像的成功處理。但是，因為兩 行發光二極體22、 24是在透鏡21上下以相反的方向偏離，所以來自 兩個照明源22、 24的光沿著不同的進入角到達條形碼32的表面。圖5 顯示了在探測器20所探測到的圖像，此處僅頂部一行發光二極體22 照明。如圖所示，僅條形碼標籤的頂部有一過飽和區域34。在圖6中， 顯示了僅底部一行發光二極體24照明條形碼32獲取的圖像。圖6顯 示僅圖像底部部分經歷過飽和區域36。0026圖5和圖6的圖像的檢查揭示了圖5圖像中條形碼32的底部 部分是相對明顯的過飽和區域，且圖6圖像中條形碼32的頂部部分相
對擺脫了在條形碼頂部的過飽和區域。因此，通過首先以頂部發光二極體陣列22連續或者交替照明條形碼，並獲得圖5的圖像，然後僅使 用底部發光二極體陣列24連續照明條形碼並獲得圖6中條形碼的圖 像，系統可將這兩張圖像一起進行處理以生成圖7所示的條形碼32的 合成圖像。0027在優選配置中，當每一行發光二極體22、 24都能夠照明整個 目標(在這裡是條形碼)時， 一個優選方法是使用兩個圖像的逐像素 最小化。換言之，對來自兩張圖像掃描的數據進行分析，比較來自第 一圖像的像素的相對強度和第二圖像中相同空間位置的像素的強度， 該算法選擇具有較低強度的圖像，因此丟棄正在經歷鏡面反射的像素 或者其他令探測器過飽和的像素。圖7舉例說明了利用逐像素最小化 選擇標準的圖6和圖7中圖像的合成圖像。0028
一旦得到消除了鏡面反射的圖像，可使用適宜的方法，例如 在美國專利No. 5,635,699所描述的虛擬掃描線系統，對圖像進行處 理以讀取所捕獲的數據(比如條形碼)，該專利在此併入作為參考。0029應該關注照明源分離的選擇，因為這種分離可以提高系統性 能。在一個配置下，飲料罐的一側上有條形碼，以相對於圖1中舉例 說明的數據讀取器的方位對飲料罐進行讀取，罐的曲率易於減少任何 連續照明源的分離，此處發光二極體行排列於傳感器的左右(就好像 圖1的數據讀取器相對罐30旋轉了 90度)。此外，罐的表面不規則導 致的衍射圖會導致處理方法不能容易消除的水平條紋。因此對飲料罐 而言，照明方位最好位於面對垂直定向的罐體的傳感器20的上下。0030對其他類型的高反射標籤，照明源的方位並不是至關重要的 或者可以有其他的方位首選。例如，比如糖果條包裝紙的Mylar編碼 包裝紙具有高鏡面反射。由於典型的包裝紙是折皺的，因此由於不同 方向的照明，包裝紙上的某些地方可能存在鏡面反射。連續的照明可 來自兩個不同的方位以達到一個理想的效果。帶有扁平表面的物體， 比如板狀玻璃，具有來自任意方向的連續照明。圖8-9舉例說明了一 個應用於糖果包裝紙上條形碼40的照明方法。圖8舉例說明了僅被頂 行發光二極體22照明的條形碼40，由此圖像經歷了三個(或者更多的) 過飽和區域42、 43和44。圖9舉例說明了僅被底行發光二極體22照明的條形碼40的圖像，該圖像經歷了過飽和區域46、 48。在圖8和圖 9的兩張圖像中，經由前面所述的逐像素最小化處理方法，產生了圖 10中條形碼40的圖像，由此鏡面反射基本上已經被去除。0031為了達到理想的快速掃描速率，優選的是獲取兩張圖像是實 際上在時間上接近的。 一種取兩幀的像素最小值的方法假設在幀之間 沒有移動。由於設計用於移動目標的LED成像器的曝光時間非常短， 所以幀之間的時延主要是圖像的讀出時間。為了減少讀出時間，把將 被讀出的圖像區域減少到僅僅包含感興趣區域是有優勢的。例如，在 圖3中，由於條形碼是以垂直掃描線穿越條形碼的所有碼條和空白的 方式來定向的，所以所有需要讀出的只是像素的窄垂直條紋。通過減 少將被讀出像素的數目，讀出時間大大減少，因此減少了幀之間的時 延，並且更理想地滿足了幀之間無運動的假設。0032一種高效處理圖像的這些部分的方法是根據比如美國專利No， 5， 635， 699中(該專利己經併入作為參考)所公開的虛擬掃描線處理方 法，在存儲器中存儲第一幀或該幀的子集。當從成像器中讀取出第二 幀，每一像素同從前一幀存儲的像素相比較。如果新像素更小，它就 存儲在相同位置，代替前一幀的像素。否則，前一幀的像素仍保留在 存儲器中。當在兩張圖像中選擇每個像素時，此處理使用了簡單的"是 /否"決策。0033可以使用替代的處理方案。理論上，特定像素位置的信號等 級有一優選強度區間。當傳感器具有飽和像素或區域時，過高的強度 預示著鏡面反射。在替代處理中，來自第一幀(或根據虛擬掃描線處 理方法的幀的某一子集)像素的強度被存儲在存儲器中。當從成像器 中讀出第二幀時，第一幀的像素和來自第二幀的像素同優選的強度範 圍相比較，並選擇較低強度的像素，除非該像素強度太低，並且較高 強度像素並不大於最大強度。0034數據讀取器IO優選包括一成像讀取器，該讀取器具有一適宜 的探測器陣列20，例如互補金屬氧化物半導體(CMOS)成像器。為了 讀取光編碼和其他符號或者成像物體例如指紋，成像器被連接於處理 器(圖3中圖示為元件15)。 CMOS成像器具有一個包含掃描地帶的視 場，可在該掃描地帶內展示目標物體以用於成像。CMOS成像器可包括
一帶有全局快門(同步全像素曝光系統，也被視為"幀快門曝光")和良好近紅外(NIR)感光度的主動像素成像傳感器，例如美國愛達荷州 Boise市Micron Technology公司售賣的MT9V022型傳感器。在某些實 施例中，多個CMOS成像器可用於讀取多個不同讀取量中的物體，某些 讀取量可重疊。0035處理器15可包括任何適宜的數字處理器，例如一低功率DSP 核心處理器或者ARM核心處理器。在優選實施例中，處理器15包括美 國德克薩斯州達拉斯市德州儀器(Texas Instruments)售賣的OMAP 處理器或者美國德克薩斯州奧斯丁市的Freescale Semiconductor公 司售賣的i.MXl系列處理器(例如MC9328MX1處理器)。替代地，多處 理器或子處理器或者其他類型的處理器電子器件，例如比較器或其他 特定功能電路，都可以單獨或組合使用。對本說明書來說，術語"處理 器"可意味任意這些組合。0036在其他的實施例中(未圖示)，數據讀取器10可包括其他類 型的數據讀取器，例如移動點雷射掃描器。數據讀取器10也可包括雙 模式掃描儀，例如在美國專利No.6，575，368中所描述的那種，該專利 已經併入作為參考。0037照明源優選包括紅外或者可見光譜發光二極體的集合，但替 代地可包括其他類型光源，例如燈或者雷射二極體。紅外源優選以約 850nm的近紅外波長發射漫射的紅外射線，雖然也可使用非漫射源和其 他波長的照明源。照明源可連接於處理器15並由處理器15控制，或 者可遠程裝配或者供電。優選提供圖示為元件29的電源供給電路，用 於激勵發光二極體。頂部和底部發光二極體陣列22、 24都以交替序列 產生脈衝或者在合適的速率和/或時間產生脈衝。0038在替代系統中，傳感器和照明源的配置是相反的。圖ll舉例 說明替代的數據讀取器50，其由一掃描頭52組成，單行發光二極體 64位於第一傳感器陣列60和第二傳感器陣列62之間。光源64被激發 脈衝並被導出穿透窗口 53，而來自同樣脈衝的反射光被第一、第二傳 感器陣列60、 62探測到。從光源到每一傳感器的反射角度是不同的。 因此被第一傳感器陣列60感知的圖像區域經歷鏡面反射時，被第二傳 感器陣列62所感知的對應圖像區域可不經歷鏡面反射。兩幅圖像的對
應像素(或依據虛擬掃描線處理方法的其子集)被進行比較，且具有 較低強度的像素被選擇。結果的像素圖像被存儲或發送用於進行處理/ 解碼。此系統的一個優勢是兩個傳感器陣列都在同一時刻記錄圖像， 因此無需考慮捕獲的圖像之間的結果移動。但是，在一般的情況下， 為了解決傳感器之間的視差問題，處理可能是需要的，例如，確定第 一傳感器中哪些像素在和第二傳感器中像素的相同位置成像。在各種 應用中， 一個變量、幀之間的運動或者成像器之間的視差可以這種方 式被控制，從而使得一個實施例的使用優於另一個實施例。0039替代地，系統可以是混合的。控制器69可以控制發光二極體 64以在不同時間照明。例如，左側發光二極體64a、 64b可首先照明， 一個或兩個傳感器60、 62捕獲圖像，然後，右側發光二極體64c、 64d 第二次照明， 一個或兩個傳感器60、 62捕獲圖像。0040因此已示出和描述了用於數據讀取和圖像捕獲的系統和方法， 該系統和方法減少了鏡面反射或者對信號過飽和進行補償。然而意圖 是本領域技術人士可以對所公開的系統和方法進行修改，而不偏離在 此闡述的基本原則。本發明的範圍應該僅僅由所附權利要求所限定。
權利要求
1. 一種數據讀取的方法，包括以下步驟 將一待讀取物體傳至掃描區域； 將第一照明源從第二照明源偏移；在第一時間點，以所述第一照明源照亮掃描區域的第一部分並獲 得所述物體的第一圖像；在第二時間點，以所述第二照明源照亮掃描區域的第二部分並獲 取所述物體的第二圖像，所述第一部分和所述第二部分基本重疊；將所述第一圖像的不連續部分和所述第二圖像的對應的不連續部 分進行比較，並選擇具有較低強度的不連續部分；對所述第一圖像和所述第二圖像的每一不連續部分重複上述比較步驟；從選擇的不連續部分合成所述物體的合成圖像； 對所述合成圖像進行處理。
2. 如權利要求1所述的方法，其中所述第一照明源是一行發光二 極管。
3. 如權利要求1所述的方法，進一步包括位於所述第一照明源和 所述第二照明源之間的傳感器陣列。
4. 如權利要求3所述的方法，其中所述第一照明源是位於傳感器 陣列之上的一行發光二極體，且所述第二照明源是位於所述傳感器陣 列之下的一行發光二極體。
5. 如權利要求1所述的方法，其中所述比較步驟包括 逐像素地對所述第二圖像的進入信號和所述第一圖像在對應空間位置的像素進行比較。
6. —種用於掃描區域內的物體的數據讀取的系統，包括第一照明源，其從第一方向將第一照明引導到所述掃描區域中所述物體的表面上；第二照明源，其從不同於第一方向的第二方向將第二照明引導到所述掃描區域中所述物體的所述表面上；控制器，其用於交替激活所述第一照明源和所述第二照明源； 傳感器，其用於探測來自從所述物體反射的所述第一照明的第一返回信號和探測來自從所述物體反射的所述第二照明的第二返回信號；處理器，其用於比較所述第一返回信號和第二返回信號的不連續 部分的相對強度，並將所述信號合成為正在被讀取的所述物體的選擇 部分或所述物體的完整圖像。
7. 如權利要求6所述的系統，其中所述系統包括一外觀掃描器。
8. 如權利要求6所述的系統，其中所述物體或正在被讀取的所述 物體的選擇部分的所述完整圖像是多條虛擬掃描線，其代表了所述掃 描區域內的圖像。
9. 一種用於掃描區域內的物體的數據讀取的系統，包括-第一照明源，其將第一照明引導到所述掃描區域中所述物體的表面上；第一傳感器陣列，其在第一方向偏離所述第一照明源排列，用於 探測來自反射自所述物體的所述第一照明的第一返回信號；第二傳感器陣列，其在第二方向偏離所述第一照明源排列，用於 探測來自反射自所述物體的所述第一照明的第二返回信號；處理器，其用於比較所述第一返回信號和第二返回信號的不連續 部分的相對強度，並將所述信號合成為所述物體或正在被讀取的所述 物體的選擇部分的完整圖像。
全文摘要
一種數據讀取器，例如帶有CCD和CMOS成像器或其他類似設施的成像讀取器，具有目標物體的多幅圖像，所述圖像從不同方向被照射或者獲取，在所述不同方向中圖像信號被合成為該物體或該被讀取物體的選擇部分的完整圖像，以致於最小化或者消除鏡面反射(傳感器陣列的過飽和區域)。在一個示例數據讀取器配置中，多個照明源，例如第一行和第二行發光二極體瞄準從不同方向被掃描的物體。照明源交替產生脈衝，且返回信號被一個或更多個傳感器陣列收集。來自所述照明源之一的選擇的非飽和返回信號，或者來自兩個照明源的返回信號的選擇的非飽和部分被處理以生成目標的完整非飽和圖像。在某一優選處理方案中，假設每一發光二極體都能照明整個目標(例如，條形碼)，對兩幅圖像進行逐像素最小化進而生成鏡面反射最小化或者幾乎消除鏡面反射的圖像。
文檔編號G06K7/10GK101147157SQ200680003213
公開日2008年3月19日 申請日期2006年1月26日 優先權日2005年1月26日
發明者B·L·奧姆斯特德, L·J·史密斯 申請人:數字邏輯掃描公司