專利名稱：包括模糊邏輯圖象控制電路的擴展工作范圍數(shù)據(jù)表閱讀器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用來閱讀包括一維和二維條碼和矩陣碼的數(shù)據(jù)表(dataform)閱讀器和方法，更具體地，涉及用來閱讀數(shù)據(jù)表的包括一個數(shù)據(jù)表閱讀器模塊的數(shù)據(jù)表閱讀器及其方法，該模塊利用模糊邏輯圖象控制電路來減少調(diào)整曝光控制和信號處理參數(shù)所必需的時間，以實現(xiàn)可接受的增益調(diào)整和合理曝光的適合于解碼的合成視頻圖象。
背景技術：
A．數(shù)據(jù)表背景條碼和矩陣碼的應用是眾所周知的，并在不斷增長。條碼和矩陣碼是數(shù)據(jù)表的形式，對應現(xiàn)在的意圖，它可被定義為包括所有的數(shù)據(jù)被固定在一些機器可讀拷貝的表格中的布局。因此，數(shù)據(jù)表包括一維(一維)和兩維(二維)的條碼(如，UPC，C128，PDF417，等等)，矩陣碼(如，MaxiCode，DataMatrix，Codel，等等)和圖形碼，還有單詞和數(shù)字和其它符號，它們可以被印刷或蝕刻在紙，塑料卡和金屬或其它東西上。數(shù)據(jù)表可以由下列方式印刷，不可見的墨水，磁性記錄(通過磁條或磁墨字)，電磁記錄(通過RF標簽)，雕刻，印章，紋身(在皮膚上)，由離子涂料的形式(用于半導體晶片)或生化合成物，等等。
在數(shù)據(jù)表的應用中，原始編碼的數(shù)據(jù)被恢復以便以多種方式進一步使用。例如，一個印刷的條碼也許會被光學掃描來產(chǎn)生反射值，該值被數(shù)字化，存在緩存中并接著解碼以恢復存在條碼中編碼的數(shù)據(jù)。忽略了數(shù)據(jù)表的特殊類型，典型地，一個圖象被獲取和存儲為象素值以便進一步處理。作為圖形圖象存在的條碼或矩陣碼圖象可以通過使用電荷耦合設備(CCD)閱讀器，激光掃描儀或其它合適的設備獲取，這些設備能夠區(qū)分不同的先反射數(shù)據(jù)單元的反射值和對于特定數(shù)據(jù)表，同步化數(shù)據(jù)單元格式。因此，例如，一個條碼典型地包括，印刷在白色或淺色背景區(qū)域的黑色或深色條形元件(element)，在條碼的元件中間有白色或淺色間隔(space)。間隔典型地是作為背景區(qū)域而顏色相同，但是在本例中，也可以是一種不同的淺色。在其它例子中，條碼或矩陣碼的元件是白色或淺色，并且被黑色或深色間隔和背景區(qū)域限定。
在其它應用中，如在硅晶片上的激光雕刻，照明也許會導致在一個方向上是深色在淺色上的關系，同時在另一個方向上是淺色在深色上的關系。除了象素值代表光的反射值(對于目前的意圖，“光”被定義為包括全部電磁頻譜)之外，在其它布局中，代表反射值的象素值也許基于聲波或其它來自合理配置的數(shù)據(jù)表的媒體的反射。在任何布局中，這種反射值可以典型地作為象素值存放在一個圖象緩存或其它位圖的存儲媒體或其它表，該表當代表圖象的象素值時，可以使用任何合理的數(shù)據(jù)存儲格式。
B．數(shù)據(jù)表閱讀器的背景擁有集成激光條碼掃描模塊或一維CCD條碼閱讀器模塊的當前技術便攜終端不能很好地適應閱讀二維條碼數(shù)據(jù)表。激光條碼掃瞄儀通過發(fā)射狹窄的激光束來操作，激光束在條碼上形成一個強烈的照明點。振蕩鏡連續(xù)變換光束，這樣點以掃描模式(sweepingpattern)或光柵模式移動。通常，掃描模式指光束振蕩沿著水平軸，沒有任何垂直振蕩。光柵模式指沿水平軸快速振蕩，沿垂直軸慢速振蕩，因此光柵模式類似上下移動的掃描模式。光檢測器(photodetector)收集來自全部目標區(qū)域的照明。當移動的或飛躍的點入射在條碼的高反射區(qū)上時，如白色背景，從點反射的光入射在光檢測器上。當移動的或飛躍的點入射在條碼的弱反射區(qū)上時，如黑色條，較弱的光反射在光檢測器上。
激光掃瞄儀沒有內(nèi)部同步機構。激光掃瞄儀基于一維條碼中已知的自同步圖案計算激光點的相對水平位置。這可以被認為是碼自同步系統(tǒng)。光柵模式激光掃瞄儀可以讀二維堆疊條碼(stackedbar)如PDF-417，因為PDF-417有獨特的行指示圖案，它可以被掃瞄儀識別和用作垂直同步。這個系統(tǒng)有很小的旋轉(zhuǎn)角度公差，因為掃瞄儀不能識別行指示圖案或其它碼圖案，除非點徹底通過全部圖案。
激光掃瞄儀不能閱讀二維矩陣代碼，如MaxiCode和Datamatrix代碼，因為這些代碼沒有用于垂直同步的行指示圖案。
一維CCD閱讀器的運行是通過將長而窄的目標區(qū)域成象到一維光檢測器陣列上，而不是穿過條碼符號掃描照明點。如果閱讀器相對于一維條碼放置，這使得被成象的目標區(qū)域相對地落到條碼對面，這樣條碼可以基于運行長度序列的灰度級值而被解碼，這些值由其上成象有碼的每個條和空隔的象素產(chǎn)生。類似激光掃瞄儀，一維CCD沒有垂直同步，必需依賴用于垂直同步的行指示圖案。
近來，CCD閱讀器的概念已經(jīng)擴展到二維CCD閱讀器，如東京電子公司(TokyoElectricCompany)制造的TEC接觸閱讀器。二維CCD閱讀器將目標區(qū)域成象到光檢測器或光電傳感器的二維陣列上。這種設備能夠閱讀矩陣碼，因為二維象素陣列提供水平和垂直同步。這個閱讀器對于便攜終端中的實際應用來說太大和笨重。而且，該設備對于電池供電的便攜設備而言耗電太多。
當前的二維CCD閱讀器有一個圖象捕獲系統(tǒng)，它包括一個連續(xù)產(chǎn)生代表目標區(qū)域的合成圖象信號的板照相機(boardcamera)。當閱讀工作開始時，信號的一部分被選用解碼。因為板照相機連續(xù)產(chǎn)生視頻信號，它大約消耗1-2瓦電。這種耗電將在少于1小時的運行中耗完普通的電池。
現(xiàn)有技術狀態(tài)的圖象捕獲捉配置不提供在兩次閱讀中間關閉板照相機。目前可用的板照相機需要600毫秒(ms)等待時間以便在上電后產(chǎn)生一個增益修正和合理曝光的合成視頻信號，這就是說，到達一個平衡狀態(tài)。等待時間包括使光電傳感器(photosensors)的讀出同步所需的時間，加上通過閉環(huán)模擬反饋電路調(diào)整增益控制和曝光周期所需的時間。后一個時間構成了等待時間的大部分。因此，如果每一個閱讀期需要給板照相機供電，閱讀期將必須長于600毫秒。因為消費者期望快速等待時間，強烈希望這個閱讀期的時間段應該小于300毫秒。因此，利用現(xiàn)有的設備，板照相機在數(shù)據(jù)表閱讀期之間不能被關閉。
當前的曝光控制系統(tǒng)使用獨立的模擬集成電路，它接收來自光電傳感器陣列的模擬視頻信號，為控制增益，曝光周期和參考電壓而產(chǎn)生獨立電壓信號。閉環(huán)模擬系統(tǒng)對曝光參數(shù)(增益、曝光周期和參考電壓)提供線性調(diào)整，特別期望用這些參數(shù)來消除合成視頻循環(huán)的任何突然變化。但是，這種閉環(huán)模擬系統(tǒng)在數(shù)據(jù)表閱讀中不是所期望的，因為其中期望視頻信號的快速變化盡快的完成一幅可解碼的圖象。
因此，需要有一個在數(shù)據(jù)表閱讀期之間能夠關閉的基于二維圖象的數(shù)據(jù)表閱讀器模塊。必需地，這種閱讀器模塊要有一個快速等待時間，這就是說，上電和產(chǎn)生合適增益調(diào)整和適合解碼處理的曝光合成視頻圖象之間的短等待時間。對于這種閱讀器模塊，在上電時具有低功耗也是需要的。
還需要的是，這種數(shù)據(jù)表閱讀器模塊包括圖象控制電路，它快速地調(diào)整板照相機的曝光周期和增益設置來實現(xiàn)可解碼的合成視頻圖象。此外，有個需求是，這種圖象控制電路產(chǎn)生高和低參考電壓來用于調(diào)整增益和曝光周期設置。
此外，需要這種圖象控制電路提供增益和曝光周期的線性調(diào)整以避免合成視頻信號的不希望的突然變化。
還有個需要是，有個包括這種數(shù)據(jù)表閱讀模塊的便攜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。期望這種系統(tǒng)很小，重量輕，功耗低，并克服了現(xiàn)有技術設備的其它缺點。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，提供了一種大小和形狀與現(xiàn)有激光掃瞄儀模塊兼容的便攜CCD數(shù)據(jù)表閱讀器模塊。本發(fā)明的閱讀器模塊包括一個控制和解碼電路，它們電連接到包括板照相機的照相機組件(cameraassembly)。控制和解碼器板包括模糊邏輯控制電路，它在一個開環(huán)反饋結(jié)構中連接到板照相機上。
板照相機產(chǎn)生一個包括數(shù)據(jù)表的目標區(qū)域的視頻圖象。視頻圖象由該圖象的連續(xù)幀構成。一幀包括兩個隔行掃描的場。一場通過讀取聚集在光電傳感器二維陣列的電荷而產(chǎn)生。板照相機的曝光周期小于讀取光電傳感器陣列上電荷的必需時間。板照相機響應視頻圖象而產(chǎn)生“原始”模擬電壓信號?！霸肌蹦M電壓信號通過板照相機增益電路被放大。增益調(diào)整模擬視頻信號連接到模糊邏輯圖象控制電路。
圖象控制電路分析增益調(diào)整視頻信號，并且產(chǎn)生控制信號，該信號連接到板照相機來控制增益設置和板照相機的曝光周期，以使得照相機產(chǎn)生適合解碼的視頻圖象。
因為模糊邏輯圖象控制電路分析一個視頻圖象捕獲幀和，如果需要的話，調(diào)節(jié)板照相機的增益和／或曝光周期的速度，本發(fā)明的閱讀器模塊可以快速調(diào)節(jié)來改變照明環(huán)境。此外，本發(fā)明的閱讀器模塊可以通過給模塊上電時，快速調(diào)節(jié)到一個新的照明環(huán)境。因為快速調(diào)節(jié)曝光參數(shù)適應照明條件的能力，它能夠在數(shù)據(jù)表讀取期之間關閉閱讀器模塊。同現(xiàn)有CCD閱讀器模塊相比，在讀取期之間關閉閱讀器模塊顯著減少模塊的功耗。如上所述，現(xiàn)有CCD閱讀器模塊的特征是，從上電到獲取適合解碼的視頻圖象之間的不可接受的長等待時間(600ms)和由此導致的，在閱讀期之間不能關電。因此，相對維持于上電狀態(tài)的現(xiàn)有CCD閱讀器模塊，本發(fā)明的閱讀器模塊具有在電池更換和／或充電之間的增加的有效工作時間。
本發(fā)明的模糊邏輯圖象控制電路包括一個模糊邏輯控制單元，信號處理電路，D／A轉(zhuǎn)換器和A／D轉(zhuǎn)換器。圖象控制電路通過板照相機接收增益調(diào)節(jié)的視頻信號輸出，并且響應一個視頻圖象幀捕獲一段時間的部分信號。該信號隨同一個高電壓參考值和一個低電壓參考值被輸入到A／D轉(zhuǎn)換器。A／D轉(zhuǎn)換器將增益調(diào)節(jié)視頻信號數(shù)字化，然后將數(shù)字化的電壓信號轉(zhuǎn)換成一系列灰度級值。本發(fā)明的模糊邏輯圖象控制電路使用的灰度級有0(黑色)到255(白色)的范圍。
板照相機包括一個包含437，664個光電傳感器的752X582的光電傳感器陣列。因此，光電傳感器產(chǎn)生一個包含437，664個象素的視頻圖象。捕獲的視頻圖象幀因此包括大約437，664個按照捕獲視頻圖象變化強度和亮度的象素。與捕獲幀相對應的增益調(diào)節(jié)視頻信號的部分代表同該幀關聯(lián)的象素密度。信號被轉(zhuǎn)換到437，664個相應的灰度級值系列。灰度級值被輸入到信號處理電路，該電路產(chǎn)生基于灰度級值的三個值。這三個值是亮度值(I)，動態(tài)范圍最大值(DRMAX)和動態(tài)范圍最小值(DRMIN)。I，DRMAX和DRMIN值被輸入到模糊邏輯控制單元。該模糊邏輯控制單元使用三個存儲在存儲器的經(jīng)驗所得成員函數(shù)表和I，DRMAX和DRMIN的值來計算系數(shù)變更值。
模糊邏輯控制單元將計算出的系數(shù)變更值加到當前系數(shù)值中來計算修正系數(shù)值。然后模糊邏輯控制單元訪問一個存儲于存儲器中的經(jīng)驗所得查詢表，為下列值確定“正確”值基于修正系數(shù)值的a)板照相機的增益設置；b)板照相機的曝光周期；c)高參考電壓值；和d)低參考電壓值。增益設置和曝光周期的“正確”設置是基于經(jīng)驗確定的導致板照相機產(chǎn)生可被接受用于數(shù)據(jù)表解碼的值。
模糊邏輯控制單元比較當前系數(shù)值和修正值。如果兩個系數(shù)值“接近”，也就是說，值之間的差別在預設范圍之內(nèi)，則捕獲的視頻圖象幀適合解碼，隨后被解碼電路解碼。如果兩個系數(shù)值不“接近”，模糊邏輯控制單元產(chǎn)生與增益和曝光周期的正確設置相對應的數(shù)字控制信號。數(shù)字控制信號被D／A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號，并連接到板照相機的增益電路和曝光周期電路，用于調(diào)整板照相機的增益和曝光周期以適應確定的“正確”增益和曝光周期設置。預定的“接近”范圍隨著系數(shù)值而變化，并且是基于經(jīng)驗而確定的。
概念上講，如果當前和修正系數(shù)的值之間的差別超出同當前系數(shù)值關聯(lián)的預定范圍，那么捕獲的視頻圖象幀不適合解碼，于是另一幀被捕獲并分析用于決定新捕獲的幀是否適合解碼。在捕獲新幀前，模糊邏輯控制單元產(chǎn)生控制信號，該信號連接到板照相機以根據(jù)先前預定的“正確”值調(diào)整增益和曝光周期。分析過程隨著新捕獲的視頻圖象幀而重復。新捕獲的視頻圖象幀的分析使用“正確”的高低參考電壓值。
另外，根據(jù)本發(fā)明，閱讀器模塊包括一個大的F#光學組件，在維持板上視域的同時，該光學組件在閱讀器前提供從大約2．5″到至少8．5″的工作范圍。閱讀器模塊能夠在低于0．01秒的時間中捕獲高信噪比的圖象，從而使閱讀器對用戶手的抖動有更高容錯性。為了調(diào)和大的F#光學的和短的曝光周期，閱讀器模塊被配置了有效高密度統(tǒng)一照明模塊。
高強度照明模塊被固定到閱讀器模塊外殼的前部，從而避免與將照明源放置到閱讀器模塊外殼的窗口之后有關的照明損失問題和內(nèi)部反射照明噪聲問題。照明模塊包括一個印刷電路板，它包括固定到印刷電路板前端的大量表面安裝LED。該印刷電路板被粘到耐用丙烯酸鏡頭陣列后部的洞內(nèi)。鏡頭陣列運轉(zhuǎn)來將均勻和高強的照明引向閱讀器模塊前面的目標區(qū)域。
在優(yōu)選的實施例中，照明模塊在中央有一個光圈，閱讀器模塊被放置來收集通過光圈的從目標區(qū)域發(fā)射來的光。這種結(jié)構保證從閱讀器模塊鏡頭陣列導引的照明對準閱讀器模塊的視域。
在本發(fā)明的一個方面中，閱讀器模塊包括對激光掃描模塊的輸出進行仿真以使它可以更新入包含激光掃描器的數(shù)據(jù)表閱讀設備。
在本發(fā)明的另一個方面中，將包括本發(fā)明的閱讀器模塊提供給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)表閱讀系統(tǒng)用于完全的便攜使用，并且包括運行以將閱讀器與遍及IEEE802．11兼容網(wǎng)絡的計算機相連接擴頻無線電裝置。擴頻無線電裝置可以被用來傳輸解碼數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)，壓縮格式的照相圖象數(shù)據(jù)，或代表聲音消息的壓縮數(shù)據(jù)文件。
而根據(jù)本發(fā)明，包括本發(fā)明數(shù)據(jù)表閱讀模塊的便攜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)另外還包括諸如鍵盤，顯示器，觸摸板，麥克風和揚聲器的用戶接口設備，它們與不同電路一同工作以改進閱讀器模塊的功能。
為了更好地理解本發(fā)明以及其它和進一步的目的，下面將對附圖進行說明，本發(fā)明的范圍也將在附加權利要求中指出。
附圖簡述下面將參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行描述，附圖簡要說明如下。


圖1是包括一個控制和解碼器板的本發(fā)明的數(shù)據(jù)表閱讀器的透視圖，和照相機組件的橫截圖；圖2是圖1的數(shù)據(jù)表閱讀器模塊中所選擇的電路部件的框圖；圖3A是灰度級柱狀圖值的成員函數(shù)表圖；圖3B是動態(tài)范圍最大值的成員函數(shù)表圖；圖3C是動態(tài)范圍最小值的成員函數(shù)表圖；圖4用于判定基于所計算系數(shù)值的曝光周期，增益，高參考電壓值和低參考電壓值的基于經(jīng)驗的查詢；圖5是說明圖1的數(shù)據(jù)表閱讀器模塊的模糊邏輯曝光控制系統(tǒng)的工作流程圖；圖6是圖1的數(shù)據(jù)表閱讀器模塊的頂視簡圖；圖7是圖1的數(shù)據(jù)表閱讀器模塊的照明模塊的內(nèi)部透視圖；圖8是圖7的照明模塊部分的側(cè)剖面圖；圖9是說明圖1閱讀器模塊的電源控制電路運行的狀態(tài)圖；圖10是包括圖1的閱讀器模塊的便攜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的透視圖；
圖11是圖10的便攜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的部分截面和部分升高的側(cè)視圖；圖12是包括圖1閱讀器模塊的便攜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)另一實施例的透視圖；圖13是圖12的便攜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的部分截面和部分升高的側(cè)視圖；圖14是本發(fā)明的語音郵件系統(tǒng)的框圖；和圖15是本發(fā)明的無線頭戴式耳機的頂部提高視圖。
發(fā)明詳述轉(zhuǎn)到附圖，本發(fā)明的數(shù)據(jù)表閱讀器模塊在圖1中10處顯示。數(shù)據(jù)表閱讀器模塊10包括一個照相機組件12和一個控制和解碼器板14?？刂坪徒獯a器板14包括一個微處理器16和模糊邏輯圖象控制電路18。模糊邏輯圖象控制電路18可以包括在駐留于安裝于板14上的一個或多個RAM或ROM存儲芯片19并且由微處理器16運行的軟件中。另外，圖象控制電路18可以包括安裝在板上的分離專用集成電路(ASIC)組成。
正如圖2中概要所示，安裝在控制和解碼器板14上的圖象控制電路18包括一個模糊邏輯控制單元20，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(D／A轉(zhuǎn)換器)22，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(A／D轉(zhuǎn)換器)24和信號處理電路26。板14還包括電源電路28。電源30提供板14上電路所需電能。電源電路28包括導線29，它依次連接到照相機組件的輸入端32來為該組件提供電能。
如圖1和6所示，照相機組件12包括一個包含空隔排列的三個印刷電路板41a，41b，41c的板照相機。安裝在板照相機40頂部板的41a是一個二維光電傳感器陣列和一個用于將包括條碼數(shù)據(jù)表(未顯示)的物體或目標區(qū)域166(圖6)的圖象聚焦到光電傳感器陣列的光學組件44。光電傳感器陣列42包括752X582的光電傳感器陣列。當閱讀器模塊10上電后，光電傳感器陣列42產(chǎn)生一個包括437，664個象素的視頻圖象。光學組件44被支撐在環(huán)形照相機外殼46中，外殼46遮蔽光電傳感器陣列42以防周圍光線進入光電傳感器。光學組件44距離光電傳感器陣列42一段距離，它對應光學組件的圖象平面。
光電傳感器陣列42的每個光電傳感器存儲在曝光周期光子撞擊光電傳感器所產(chǎn)生的電荷。曝光周期小于讀取一場視頻圖象所需時間。讀取在光電傳感器陣列42中每一個光電傳感器上所聚集的電荷構成一場視頻圖象。兩個隔行場構成一幀圖象。曝光周期后期光電傳感器的電荷數(shù)量與光子撞擊光電傳感器的數(shù)目成比例。撞擊光電傳感器的光子與從目標或圖象區(qū)域發(fā)射的光有關。撞擊目標區(qū)域或區(qū)166的入射光由照明模塊47(在圖1沒有顯示，但在圖7和圖8中顯示)產(chǎn)生。每個象素的強度或亮度與有關的光電傳感器的電荷相對應。
在讀取光電傳感器的過程中，每個光電傳感器上的電荷被傳送到一個存儲寄存器。曝光周期的長度被板照相機40的曝光控制電路48(在圖2示意顯示)控制。傳送的電荷從存儲寄存器中讀取以產(chǎn)生一個代表視頻圖象的模擬電壓信號50。這個“原始”視頻信號50被板照相機40的輸出增益電路52(在圖2中示意顯示)放大以產(chǎn)生適合解碼的增益調(diào)節(jié)合成視頻信號54。增益調(diào)節(jié)合成視頻信號54是模擬信號。及時對應于一段曝光周期時間的信號54部分地構成視頻圖象的場，并且代表同該曝光周期中每個437，664個光電傳感器關聯(lián)的一系列電荷。如上所述，視頻圖象的一幀由兩個隔行掃描場組成。
如果板照相機40的曝光周期太短，光電傳感器陣列42中大多數(shù)光電傳感器上的電荷不夠多，從而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)表視頻圖象會太暗。因此，增益調(diào)節(jié)視頻信號54將不適合解碼。另一方面，如果板照相機的曝光周期太長，光電傳感器陣列42中的光電傳感器將過分充電，從而產(chǎn)生的視頻圖象會太亮。再一次，增益調(diào)節(jié)視頻信號54將不適合解碼。如果“原始”視頻圖象電壓信號50經(jīng)受太多或太少增益，結(jié)果增益調(diào)節(jié)合成視頻信號54將不適合解碼。
58．當閱讀器模塊10上電后，板照相機產(chǎn)生目標區(qū)域的視頻圖象。模糊邏輯圖象控制電路18捕獲對應一幀的增益調(diào)節(jié)視頻信號54的一部分，然后判斷捕獲的幀是否適合解碼幀中的圖象。如果模糊邏輯圖象控制電路18判定捕獲的幀適合解碼，該幀的代表被存儲在存儲器19中以接著被解碼電路92(圖2)解碼。
如果模糊邏輯圖象控制電路18判定捕獲的幀不適合解碼，板照相機的一個或多個工作參數(shù)通過圖象控制電路18產(chǎn)生的控制信號調(diào)整。另一個圖象幀被被圖象控制電路18捕獲和分析解碼適合性。因此，閱讀器模塊10的配置提供模糊邏輯圖象控制電路18和板照相機40之間的開環(huán)反饋。
模糊邏輯圖象控制電路18進行迭代過程以獲得適合解碼的視頻圖象幀。迭代過程包括捕獲、分析和調(diào)整的步驟，也就是，捕獲視頻圖象幀，分析幀的適合解碼性，和，如果不適合，調(diào)整板上一個或多個照相機工作參數(shù)。在圖5中列出的流程圖說明了這個迭代過程。對應大多數(shù)數(shù)據(jù)表圖象，需要三次或更少的迭代來獲得一個適合解碼的圖象，也就是說，必須捕獲三個或更少的幀。
模糊邏輯圖象控制電路對迭代過程的快速執(zhí)行導致非常短的等待期。等待期被對應為閱讀器模塊10上電和獲取適合解碼的視頻圖象之間的時間。等待期包括同步光電傳感器讀取所需時間，加上調(diào)整板照相機40的增益和曝光周期參數(shù)所需的時間。使用本發(fā)明的閱讀器模塊10，等待期為50ms或更短。
返回到圖2，板照相機40產(chǎn)生的增益調(diào)節(jié)視頻信號54連接到控制和解碼器板14的輸入端56。視頻信號54被解碼，并且經(jīng)受由模糊邏輯圖象控制電路18所作的模糊邏輯分析?；谀：壿嫹治?，控制電路18產(chǎn)生模擬控制信號58，60，它們連接到控制和解碼器板14的輸入端62和64?？刂菩盘?8被輸入到曝光周期電路48來控制板照相機40的曝光周期，同時控制信號60被輸入到增益電路52來控制板照相機的增益設置。
增益調(diào)節(jié)合成視頻信號54連接到A／D轉(zhuǎn)換器24。此外，輸入到A／D轉(zhuǎn)換器24的是兩個模擬參考電壓信號66和68。電壓信號66是高參考電壓信號，而電壓信號68是低電壓參考信號。模糊邏輯控制單元對應高低參考電壓信號66和68產(chǎn)生系數(shù)值70和72。系數(shù)值70和72被D／A轉(zhuǎn)換器22轉(zhuǎn)換成獨立的模擬參考信號66和68。A／D轉(zhuǎn)換器24使用模擬高低參考電壓信號66和68來將增益調(diào)節(jié)合成視頻信號54轉(zhuǎn)換為一系列灰度級值?；叶燃壥嵌它c為白色和黑色的一系列非彩色灰色調(diào)。本發(fā)明圖象控制電路使用的灰度級范圍從0(黑色)到255(白色)。對于一個給定的捕獲視頻圖象幀，437，664個象素的每點有一個灰度級。對應象素的灰度級值提供象素強度或亮度的相對測量值。對應捕獲幀的代表灰度級值的信號74連接到信號處理電路26。
與視頻圖象的捕獲幀相關聯(lián)的灰度級值信號74包括一系列437，664灰度級值。信號處理電路26從灰度級信號74中提取出亮度柱狀圖值(I)76，動態(tài)范圍最大值(DRMAX)78和動態(tài)范圍最小值(DRMIN)80。I，DRMAX，DRMIN值76，78，80被輸入到模糊邏輯控制單元20。模糊邏輯控制單元20使用這些值來產(chǎn)生數(shù)字控制信號82和84，這些信號被輸入到D／A轉(zhuǎn)換器22。D／A轉(zhuǎn)換器22將數(shù)字增益控制信號82和數(shù)字曝光周期控制信號84轉(zhuǎn)換為模擬增益控制信號58和模擬曝光周期控制信號60?？刂菩盘?8和60被輸入到端口62和64以適合調(diào)節(jié)板照相機40的增益電路52和曝光周期電路48。
信號處理電路26對捕獲的幀確定I(亮度柱狀圖值)。I代表數(shù)量大于或等于128的437，664個灰度級值集中灰度級的數(shù)目?；叶燃壷?28被選做分界點，因為128正好在0到255灰度級范圍的中點之上。
捕獲幀的DRMAX和DRMIN值也由信號處理電路26確定。如果灰度級值的大小被線性繪制在X-Y坐標系上，該大小確定一條有著交替的“峰”和“谷”的不規(guī)則、波浪形圖案。DRMAX值代表與所捕獲的視頻圖象幀相關聯(lián)的灰度級數(shù)量波浪圖案的“峰”的平均值(排除超出者)。DRMIN值代表同捕獲視頻圖象幀關聯(lián)的灰度級數(shù)量波浪圖案的“谷”的平均值(排除超出者)。
I，DRMAX和DRMIN值被輸入到模糊邏輯控制單元20。模糊邏輯控制單元20使用I，DRMAX和DRMIN值來計算系數(shù)修正值。模糊邏輯控制單元20訪問三個基于經(jīng)驗導出的成員函數(shù)表110(圖3A)，112(圖3B)，114(圖3C)，通過使用系數(shù)修正值公式來推導用于計算系數(shù)修正值的權重因子。每個成員函數(shù)表110，112，114由三個交疊傾斜函數(shù)(overlappingrampfunctions)組成。
成員函數(shù)表110包括標記為h1(I)，h2(I)，h3(I)的函數(shù)。函數(shù)h1(I)對應太暗的圖象幀，h2(I)對應可以接受或正常的圖象幀，而h3(I)對應太亮的圖象幀。
成員函數(shù)表112包括標記為ma1(DRMAX)，ma2(DRMAX)，ma3(DRMAX)的函數(shù)。正確曝光圖象的動態(tài)范圍最大值應該在150到230灰度級值的范圍內(nèi)。ma1(DRMAX)函數(shù)代表動態(tài)范圍最大值低于150的圖象幀，它太低了；ma3(DRMAX)函數(shù)代表動態(tài)范圍最大值大于230的圖象幀，它太高了。
成員函數(shù)表114包括標記為mn1(DRMIN)，mn2(DRMIN)，mn3(DRMIN)的函數(shù)。正確曝光圖象的動態(tài)范圍最小值應該在20到100灰度級值的范圍內(nèi)。mn1(DRMIN)函數(shù)代表動態(tài)范圍最小值低于20的圖象幀，它太低了；mn3(DRMIN)函數(shù)代表動態(tài)范圍最小值大于100的圖象幀，它太高了。
所確定的I值由由模糊邏輯控制單元20使用來判定組成成員函數(shù)表110的三個函數(shù)h1(I)，h2(I)，h3(I)中每一個的權重因子。所確定的DRMAX值由模糊邏輯控制單元20使用來判定組成成員函數(shù)表112的三個函數(shù)ma1(DRMAX)，ma2(DRMAX)，ma3(DRMAX)中每一個的權重因子。所確定的DRMIN值由模糊邏輯控制單元20使用來判定組成成員函數(shù)表114的三個函數(shù)mn1(DRMIN)，mn2(DRMIN)，mn3(DRMIN)中每一個的權重因子。
在系數(shù)修正值公式中，函數(shù)h1(I)，h2(I)，h3(I)，ma1(DRMAX)，ma2(DRMAX)，ma3(DRMAX)，mn1(DRMIN)，mn2(DRMIN)，mn3(DRMIN)的每一個被用來計算成員值。每個函數(shù)如下表指定一個權重。
成員函數(shù)權重h1(I) -1h2(I) 0h3(I) +1ma1(DRMAX) -1ma2(DRMAX) 0ma3(DRMAX) +1mn1(DRMIN) -1mn2(DRMIN) 0mn3(DRMIN) +1基于經(jīng)驗導出的系數(shù)修正值公式是ΔIndex=[7x∑h1(I)W11]+[1x∑ma1(DRMAX)W21]+[1x∑mn1(DRMIN)W31]其中，ΔIndex=系數(shù)修正值，h1=如上列出的h1(I)，h2(I)，h3(I)的成員值，W11=同h1(I)，h2(I)，h3(I)分別關聯(lián)的權重因子W11，W12，W13ma1=如上列出的ma1(DRMAX)，ma2(DRMAX)，ma3(DRMAX)的成員值，
W21=同ma1(DRMAX)，ma2(DRMAX)，ma3(DRMAX)分別關聯(lián)的權重因子W21，W22，W23，mn1=如上列出的mn1(DRMIN)，mn2(DRMIN)，mn3(DRMIN)的成員值，和W31=同mn1(DRMIN)，mn2(DRMIN)，mn3(DRMIN)分別關聯(lián)的權重因子W31，W32，W33。
當確定系數(shù)修正值(ΔIndex)之后，模糊邏輯控制單元20基于ΔIndex值使用如下公式計算修正的系數(shù)值修正系數(shù)值=當前系數(shù)值+ΔIndex當閱讀器模塊10上電時，在前一個閱讀期結(jié)束時存儲在存儲器19中的修正系數(shù)值成為當前閱讀期的當前系數(shù)值。如果存儲器中沒有值，缺省值，如nine(9)被用作當前系數(shù)值。
修正系數(shù)值通過使用存儲在存儲器19中的查詢表100而確定合適的增益設置，曝光周期和高低參考電壓值。圖4說明了查詢表100，它是通過基于經(jīng)驗數(shù)據(jù)導出的。查詢表100的第一列102設置修正系數(shù)值。作為修正系數(shù)值的函數(shù)設置是毫秒值的曝光周期(列2)，增益設置(列3)，對應伏特值的參考高電壓的系數(shù)70(列4)和對應伏特值的參考低電壓的系數(shù)72(列5)。
如一個解釋例子，假設當模塊10上電時，第一個捕獲幀被信號處理電路26分析，并且產(chǎn)生下列值I 135，000DRMAX 125DRMIN 10上述值分別在成員表110，112，114中作為X1，X2，X3顯示。此外，假設在最后一次閱讀期結(jié)束時，修正系數(shù)值是20，并且該值被存儲到存儲器19。如在圖4的查詢表中可見，對應在前一次閱讀期結(jié)束時的修正系數(shù)值20，板照相機40的曝光周期已經(jīng)設置為4毫秒，增益已經(jīng)設置為最大值，高參考電壓已經(jīng)設置為對應系數(shù)值70的值，并且，低參考電壓已經(jīng)設置為對應值10的值。
轉(zhuǎn)到成員表110(圖3)，X1=135，000(135K)的I值導致函數(shù)h1(I)，h2(I)，h3(I)的成員值分別是H1=0．7
H2=0．3H3=0．0對于成員表112(圖3B)，X2=125的DRMAX值導致函數(shù)ma1(DRMAX)，ma2(DRMAX)，ma3(DRMAX)的成員值分別為MA1=1MA2=0MA3=0對于成員表114(圖3C)，X3=20的DRMIN值導致函數(shù)mn1(DRMIN)，mn2(DRMIN)，mn3(DRMIN)的成員值分別為MN1=．5MN2=．5MN3=0替代所確定的來自上述過程表的成員值和權重因子，模糊邏輯控制單元20如下計算系數(shù)修正值ΔIndex=7x[(-1)(．7)+(0)(．3)+(+1)(0)]+1x[(-1)(1)+(0)(0)+(+1)(0)]+1x[(-1)(．5)+(0)(．5)+(+1)(0)]=7[-0．7]+1[-1．0]+1[-0．5]=4．9+-1．0+-0．5=-6．4下一步，模糊邏輯控制單元20通過從存儲器19獲取前一個閱讀期的的修正系數(shù)值(即系數(shù)值，22)和將該系數(shù)值用作當前系數(shù)值，計算修正系數(shù)值。然后，模糊邏輯控制單元20使用如下公式計算修正系數(shù)值修正系數(shù)值=當前系數(shù)值+△index=20+-6．4=13．6=14(取最接近的整數(shù))
如在圖4的查詢表中可見，給定修正系數(shù)值14，板照相機40的曝光周期會從4毫秒增加到10毫秒，增益設置保持最高，參考高電壓從對應系數(shù)值70的當前值增加到對應系數(shù)值75伏特的較高參考電壓，參考低電壓保持對應系數(shù)值10的當前值。對應系數(shù)值的實際參考電壓值是基于經(jīng)驗確定的。模糊邏輯控制單元20產(chǎn)生數(shù)字控制信號82，84(它們被D／A轉(zhuǎn)換器從模擬控制信號60，58轉(zhuǎn)換而來)來引起曝光周期電路48將曝光周期改變?yōu)?0毫秒，并且引起增益電路52維持在最大值。模糊邏輯控制單元20還產(chǎn)生系數(shù)參考電壓信號70，72，它們連接到D／A轉(zhuǎn)換器。系數(shù)參考電壓信號70和72被D／A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為高低參考電壓信號66和68。通過過寫(overwriting)前一個系數(shù)值20，修正系數(shù)值14將被模糊邏輯控制單元20存儲到存儲器19。通過過寫(overwriting)前一個值4毫秒和系數(shù)值70，曝光周期(10毫秒)和高參考電壓(電壓系數(shù)值75)的修正值將存儲到存儲器19中。
在本發(fā)明的另一方面，模糊邏輯圖象控制電路18產(chǎn)生信號90，它連接到照明模塊47，當修正系數(shù)值對應4ms或更短的曝光周期時，禁止該模塊的照明LED346集合。即，如果修正系數(shù)值等于或超過值16(圖4)時，照明LED346被禁止。
下面將描述由閱讀模塊10使用以獲取適于解碼，并在圖5中說明的物體或目標區(qū)域166的視頻圖象的分析，調(diào)整和捕獲的迭代過程。步驟200是數(shù)據(jù)表閱讀模塊10上電時的初始化步驟。當上電時，圖象控制電路18從存儲器19中提取增益設置、曝光周期、高參考電壓和低參考電壓，以及當前系數(shù)值，如步驟202所示。這些參數(shù)值，對應在前一個閱讀期使用的最后一組參數(shù)集。所提取的值成為閱讀器模塊10所使用的初始化參數(shù)值。圖象控制電路18產(chǎn)生分別連接到板照相機輸入端62和64的控制信號58，60。控制信號58連接到板照相機曝光控制電路48，并且使板照相機的曝光周期設置變?yōu)樗崛〉钠毓庵芷谥怠ｎ愃频?，控制信?0連接到板照相機40增益電路52，并且使板照相機40的增益設置變?yōu)樗崛〉脑鲆嬷怠?br> 板照相機40使用所提取的增益設置和所提取的曝光周期來產(chǎn)生代表目標數(shù)據(jù)表的視頻圖象的增益調(diào)節(jié)模擬信號54(步驟204)。如步驟206顯示，模糊邏輯圖象控制電路18捕獲增益調(diào)節(jié)視頻信號54對應一個數(shù)據(jù)表圖象幀的部分。此外，一個場可以被圖象控制電路18捕獲和用來分析。如前邊已經(jīng)解釋，捕獲幀被圖象控制電路18用來確定板照相機40的增益設置和曝光周期設置的參數(shù)值的修正集合，和基于相應電壓系數(shù)值的兩個參考電壓值，以及系數(shù)更正值和修正系數(shù)值(步驟208)。
在步驟218中，圖象控制電路18判斷是否修正系數(shù)值和當前系數(shù)值之間的差異在預定的范圍內(nèi)。如果差異在預定的范圍內(nèi)，捕獲的圖象適合解碼。如果差別超出預定范圍，圖象控制電路18產(chǎn)生信號58和60來將增益設置和曝光周期設置調(diào)整為修正參數(shù)值(步驟218)。在步驟220，修正系數(shù)值和修正參數(shù)值通過過寫存儲器中現(xiàn)存的當前系數(shù)和參數(shù)值來存儲在存儲器19中。修正系數(shù)值于是成為當前系數(shù)值。另一個視頻圖象幀被捕獲(步驟206)并重復分析過程(步驟208，216)。
如果修正系數(shù)值和當前系數(shù)值之間的差別在預定值范圍內(nèi)，修正系數(shù)值和修正參數(shù)值通過過寫當前值來存儲在存儲器19中(步驟222)。在步驟224，閱讀器模塊10使用解碼電路來將捕獲幀中的數(shù)據(jù)表解碼。最后，閱讀器模塊10斷電，如步驟226所示，以在閱讀期之間節(jié)電。
為了實現(xiàn)正確曝光前，本發(fā)明的閱讀器模塊10通常需要捕獲1到3個圖象場。但是，電路的捕獲和比較步驟很快，甚至如果需要捕獲3個圖象場時，實現(xiàn)平衡的等待時間通常為50毫秒甚至更少。
參考圖1，控制和解碼器板14還包括數(shù)據(jù)表解碼電路92，該數(shù)據(jù)表解碼電路92包括體現(xiàn)于在微處理器16可執(zhí)行的代碼中的解碼系統(tǒng)，解碼系統(tǒng)可用于將目標或圖象場166中數(shù)據(jù)表解碼。一個適合的解碼系統(tǒng)在提交于1995年5月17日申請的美國專利申請No．08／456，909和美國專利申請No．08／456，113中描述，這兩個專利申請的內(nèi)容在這里被引用。本技術領域中已知的其它解碼系統(tǒng)也被本發(fā)明考慮。通過數(shù)據(jù)傳輸鏈路300將解碼結(jié)果提供給其它處理電路(稍后討論)(圖1，2和6)。
控制和解碼器板14進一步包括激光模塊仿真電路94，它體現(xiàn)于在微處理器16可執(zhí)行的代碼中。該仿真電路94以標準一維條碼格式，如碼39，來對解碼的結(jié)果進行編碼，并且輸出一個方波信號，它仿真激光掃瞄儀模塊掃描一維碼的方波信號?？梢赃@樣理解，這個功能提供與激光掃瞄儀模塊的電路兼容，同時提供閱讀包括二維條碼和矩陣碼的數(shù)據(jù)表分類的能力。當工作于激光仿真模式時，產(chǎn)生方波信號以提供通過數(shù)據(jù)傳輸鏈300的進一步處理。
在閱讀器模塊10的另一個實施例中，因為閱讀器模塊捕獲目標場或區(qū)域166的一個圖象，該模塊，除了捕獲數(shù)據(jù)表的圖象外，可以被用來給該目標區(qū)域的物體照相。例如，操作員可以使用閱讀器模塊10來給一個損壞的產(chǎn)品照相，并且捕獲與該損壞產(chǎn)品相關聯(lián)的數(shù)據(jù)表圖象。當照相圖象被捕獲時，解碼板通過數(shù)據(jù)傳輸鏈300傳輸該圖象的數(shù)字圖象，如位圖。
圖6顯示照相機組件12的部分剖面頂視圖，它包括微處理器351，數(shù)據(jù)傳輸鏈300，和用于執(zhí)行開環(huán)增益控制，開環(huán)曝光控制，解碼和其它上述集成到該照相機組件的功能的有關電路。
數(shù)據(jù)表閱讀器模塊10的性能通過提供包括光學組件44的光學系統(tǒng)302而增強，光學組件44具有擴展工作范圍。根據(jù)在光學組件44和光電傳感器陣列42之間的位置，在光學組件44前面存在一個最佳聚焦位置S2，在這個位置，物體或目標場166中的物體圖象可以最清晰地反映到光電傳感器陣列42。當物體朝著截止距離S1更近的場或更遠的場移動時，圖象逐漸變差。圖象組件44還有一個視域(angularfieldofview)168，它足夠?qū)?，可以在遠場S3對大數(shù)據(jù)表成象，同時提供位于近場S1的小數(shù)據(jù)表的大圖象。在優(yōu)選實施例中，光學組件44有距離光學組件前表面從大約2．5英寸到至少8．5英寸的工作范圍，最佳距離是5．5英寸。優(yōu)選的視域在距離最遠透鏡182的前表面186為8．5英寸遠處，對應于5英寸長乘3．75英寸寬的目標區(qū)域或表面。
達到要求的光學系統(tǒng)302包括一個對稱透鏡結(jié)構。兩個基本相同的透鏡182和184將位于光圈190的鏡向?qū)ΨQ位置。透鏡182的表面186是具有如均勻非球面(evenasphere)定義的大小和形狀的非球面，它的曲率半徑為1，5298mm，二次曲線常數(shù)為-0．019890，6階非球面變形系數(shù)是0．0096mm，8階非球面變形系數(shù)是0．0057mm，10階非球面變形系數(shù)是0．0023mm。透鏡182的后表面182是具有1．6004mm的曲率半徑的球面。光圈190在向光學組件44提供F#13的透鏡182和184之間的寬度為0．3606mm。透鏡182和184的直徑在本發(fā)明中不是決定性的。本發(fā)明光學系統(tǒng)302的更詳細的討論可以在美國專利申請No．08／494，435中發(fā)現(xiàn)，該專利與本發(fā)明被轉(zhuǎn)讓給同一受讓人。美國專利申請No．08／494，435以全部作為參考而包括在這里。
因為光學系統(tǒng)302被用于便攜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)400(本發(fā)明的便攜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一個實施例在圖10和11中說明，本發(fā)明的便攜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的第二個實施例在圖12和13中說明)。所以希望閱讀器模塊10重量輕，耐撞擊。在優(yōu)選實施例中，用于制造透鏡182，184的光學材料由塑料構成。使用塑料與同樣的玻璃組件相比，光學系統(tǒng)302減輕60％的重量，并且提供一個更耐撞擊的系統(tǒng)。使用塑料光學材料的另一個好處是，避免了同在玻璃透鏡上磨制非球面表面的費用。橢圓表面通過注模塑料透鏡很容易成型。在此所述的光學系統(tǒng)302提供了所期望的特征，熟悉本技術的人知道其它具有類似性能特征的光學器件。
因為閱讀器模塊10的期望工作范圍和視域指明光學系統(tǒng)302有大的F#(F#5．6或更大)，在曝光周期間，照明模塊47必須提供目標場166充足的照明，以便光電傳感器42吸收足夠的發(fā)射光來產(chǎn)生合適亮度的視頻圖象。但是，曝光周期必須限制在0．01秒或更短(參見圖4)以便減少閱讀期操作員手抖動的影響。0．01秒或更短時間的曝光周期顯著地短于當前的CCD閱讀器。因此，閱讀器模塊10的照明模塊47必須提供足夠的照明以適應大的F#和短的曝光周期。
假設0．03秒和F#1．2的曝光周期，光電傳感器陣列42的合適曝光周期要求0．31ux的物體場照明。為了確定0．01秒曝光周期和F#13的合適物體場照明，使用下列公式

因此，本發(fā)明閱讀器模塊10所要求的最小物體場照明在遠場截止距離S3的遠場處為1061ux。
參考圖7，它是照明模塊47的透視圖，可以看到，該模塊包括透鏡陣列324和印刷電路板組件340。印刷電路板組件340包括大量固定在印刷電路板354上的表面安裝照明LED346。印刷電路板組件354包括給照明LED346供電的印刷導線和電源線。合適的表面安裝照明LED由Latham，NY的MarkTech公司生產(chǎn)，作為PartNo．MTSM735K-UR或MTSM745KA-UR。每個照明LED346在大約68度的角度區(qū)域提供285微燭光(mcd)的照明。照明LED346的小覆蓋區(qū)(smallfootprint)可以使得12個照明LED346以小于1．5″的行量度安置于內(nèi)。印刷電路板覆蓋區(qū)354包括兩行照明LED346，總計24個LED，在68度場提供6840mcd的均勻照明。
透鏡陣列324包括大量照明透鏡單元330，每一個對準相應的照明LED346。曝光照明透鏡單元330指引68度照明場從每個照明LED346到與光學組件44的視域168(大約50度)相對應的較小均勻照明場。
100．參考圖8，它顯示了照明模塊47的側(cè)剖視圖，可以看出，每個照明透鏡單元330有一個內(nèi)部透鏡表面342和聚焦點380。通過將照明LED346定位在聚焦點380和內(nèi)部表面342之間，透鏡單元透鏡單元330作為一個照明導引元件，而不是成象元件，這樣就在目標場166中避免熱點，并且提供高度均勻的照明。來自每個照明LED346的68度照明場由每個照明透鏡單元330收集，并導引到對應于小于68度的光學系統(tǒng)視域168的場。進一步，因為曝光照明透鏡單元330的視域重疊，在照明LED346之間存在“交叉對話”(crosstalk)，這樣來自兩個或更多照明LED的照明被指向目標場166的相同部分。超過光學組件視域168，照明LED346提供的6840mcd照明在截止距離8．5″的遠場(圖6的S3)處將提供超過1061ux的照明強度。
回顧圖7，位于目標LED347上的兩個目標透鏡組件334將目標照明307的兩個光錐(pencil)(組成熱點)以對應于光學系統(tǒng)視域168(圖6)的角度伸到目標區(qū)域。熱點對于操作員是可見的，并且使便攜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)400(圖10-13)易于定位，這樣目標數(shù)據(jù)表(未顯示)在光學系統(tǒng)302的視域168內(nèi)。
透鏡陣列324組成照明模塊47的前表面，它們保護印刷電路板340不受物理擠壓，以及塵埃、潮氣和在環(huán)境中可以發(fā)現(xiàn)的其它有害元素的損傷。因此，透鏡陣列324最好使用耐撞擊的丙烯酸或其它合適的材料制造，這些材料有高透明度和強度，適合本發(fā)明的便攜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作的環(huán)境。為了進一步保護印刷電路板組件340不受環(huán)境中有害元素損傷，共形覆蓋層(conformalcoating)被應用在板組件340上，采用UV固化或建筑用粘結(jié)劑將該組件粘結(jié)到cynoacrolate的透鏡陣列324后部空腔中。
參考圖1和7，通過在照明模塊中穿過4個孔357插入4個螺絲，并且將它們擰到照相機外殼46中同軸排列的孔359，照明模塊47可以固定到照相機外殼46的前面。
因為閱讀器模塊10被設計用在便攜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)400中，該模塊包括被設計同雙位手動觸發(fā)器416(圖10-13)協(xié)同工作的節(jié)能電路。該觸發(fā)器可以是兩向觸發(fā)器(釋放或推上)或三向觸發(fā)器(釋放，第一位置和第二位置)。在閱讀期中，該電路控制板照相機40和照明模塊47的操作。圖9顯示了代表電源控制電路的狀態(tài)流程圖。當處于關狀態(tài)228時，電源不給照明模塊47和板照相機40供電。
當三位觸發(fā)器推到第一位置時，閱讀器模塊轉(zhuǎn)到對準目標對準狀態(tài)230。在對準目標對準狀態(tài)，微處理器激活目標對準LED347，同時板照相機40和照明LED346斷開。當三位觸發(fā)器推到第二位置時，模塊10進入數(shù)據(jù)表閱讀狀態(tài)232。數(shù)據(jù)表閱讀狀態(tài)有兩個子狀態(tài)，曝光狀態(tài)234和解碼狀態(tài)236。在曝光狀態(tài)234，目標對準LED347斷開，同時照明LED347和板照相機激活。
在捕獲圖象之后，模塊10進入解碼狀態(tài)236，其中，照明LED346和板照相機40斷開，同時目標對準LED347打開以幫助操作員將閱讀器系統(tǒng)400保持在圖象捕獲和解碼不成功時的位置。如果解碼成功，閱讀器模塊返回到斷開狀態(tài)228。如果觸發(fā)器釋放，閱讀器模塊返回到目標對準狀態(tài)230和斷開狀態(tài)228。超時也可以引起模塊10解碼沒有成功而返回到斷開狀態(tài)。
如果數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)400只有二位觸發(fā)器，模塊10可以在兩個實施例中運行。在第一個實施例中，觸發(fā)器推上引起模塊10使得進入目標對準狀態(tài)230。釋放觸發(fā)器引起系統(tǒng)進入數(shù)據(jù)表閱讀狀態(tài)234。曝光子狀態(tài)234和解碼子狀態(tài)236運行類似于三位觸發(fā)器實施例。超時將引起模塊10返回到斷開狀態(tài)。
另外，觸發(fā)器推上可以導致模塊10進入全自動閱讀狀態(tài)238。模塊10將自動進入目標子之狀態(tài)230一段時間，然后進入數(shù)據(jù)表閱讀狀態(tài)232。數(shù)據(jù)表閱讀狀態(tài)的運行與上述討論的實施例相同。觸發(fā)器釋放將引起模塊10進入斷開狀態(tài)228。
圖10，11和12解釋了依照本發(fā)明的便攜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)400的兩種實施例。同樣的數(shù)碼用于區(qū)別在這兩種實施例的相似部分。在圖10和11顯示的便攜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)400中，系統(tǒng)包括一個外形象槍的外殼410。外殼410包括組成上部框架的上部412，和由上部412向下延伸的手持部分414。外殼410具有耐撞擊的塑料結(jié)構，這些提供了堅固性和輕便性。一個二位觸發(fā)器416被合理地安裝，并被用于提供一個信號以初始化數(shù)據(jù)表閱讀階段。通過上部412面對操作員的光圈，可以看到大量按鍵開關(keyswitches)422和具有覆蓋觸摸板444的顯示屏432。
在圖12和13中顯示的便攜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)400包括一般的矩形外殼410，它被設計得可以握在操作員的手掌中。在外殼410的上部412之上的大量按鍵開關安裝在便于握有采集系統(tǒng)400的同一只手操作的位置。通過上部412的光圈可以看到具有覆蓋觸摸板444的顯示屏432。為了具有堅固性和輕便性，外殼410有耐撞擊塑料構成。用作初始化數(shù)據(jù)表閱讀期的多位觸發(fā)器416，中央地置于上部412表面之上以通過操作員的拇指初始化閱讀期。
參考圖11和13，它們分別顯示了圖10和12的便攜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)400的剖面圖，可以看到每個系統(tǒng)包括閱讀閱讀器模塊，該模塊包括照相機組件426和與它電連接的控制和解碼器板456。照相機組件位于外殼410中，緊靠外殼前部418之后的位置。照明模塊428安裝在前部418處，照相機組件外殼464凸出一個在前部418的光圈417和照明模塊428中的對準光圈。封口(未顯示)也許會安裝在照相機組件外殼464的前部以在該外殼和系統(tǒng)外殼410之間建立緊密封口，從而防治灰塵和潮氣通過光圈417進入系統(tǒng)外殼內(nèi)部。
在優(yōu)選實施例中，控制和解碼器板456連接到主控制板431，主控制板包括微處理器413，以便進一步處理通過數(shù)據(jù)傳輸鏈路從控制和解碼器板456傳送到主控制板的數(shù)據(jù)。
主控制板431包括一個連接到外殼上的接插件的串行輸出口，它通過線纜連接(未顯示)傳送已經(jīng)解碼的數(shù)據(jù)或圖象數(shù)據(jù)到遠終端。接插件可以是一個安裝有配合(mating)接插件的傳統(tǒng)的直插(pin)接插件。另外，如圖10和11顯示，接插件可以包括在外殼410外部的導電接觸表面460，當該設備安放在入塢站(dockingstation)中時，導電接觸表面同配合(mating)接觸表面并排。
因為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)400用于便攜使用目的，有線連接到主機在許多情形是不實用的。因此，便攜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)400包括一個安裝在板433上的擴頻微波裝置(圖11和13)，它提供在主控制板431和遠程主機之間的無線連接(未顯示)。一個如圖10所示的外部天線446，或如圖13所示的內(nèi)部天線447，工作以改善無線通信接收。擴頻無線電裝置板433包括用于在與直接系列擴頻或跳頻擴頻網(wǎng)絡兼容的無線網(wǎng)絡，如IEEE802．11，中傳輸和接收數(shù)據(jù)的數(shù)字和模擬電路。
通過電源單元448，為系統(tǒng)400的電路供電。擴頻無線電裝置和數(shù)據(jù)表閱讀器模塊都從電源單元448吸取大量電流。因此，數(shù)據(jù)表閱讀期時，無線電裝置不應工作，而在通信期間，數(shù)據(jù)表閱讀期不應開始以限制最大電流吸取。因此，無線電裝置電路和閱讀器模塊相互提供阻塞信號，從而保證雙方不同時吸取電流。從無線電裝置到閱讀器模塊的阻塞信號將限制閱讀期的初始化。閱讀期將推遲到該信號終止時。從閱讀器模塊到無線電裝置的阻塞信號將限制無線電裝置發(fā)送或接收數(shù)據(jù)包。因此，網(wǎng)絡傳輸協(xié)議必須是當便攜數(shù)據(jù)表閱讀器中的無線電裝置傳輸數(shù)據(jù)包和可以接收數(shù)據(jù)包時，該裝置已經(jīng)完成控制。一個這種協(xié)議是反向選取協(xié)議(reversepollprotocol)，它在轉(zhuǎn)讓給TelesystemsS／W公司的美國專利No．5，279，680中被描述?！?80專利以全部被作為參考而包括在這里。
在反向選取協(xié)議網(wǎng)絡中，只要載波頻率空閑，便攜設備無線電裝置就可以在任何時候傳輸數(shù)據(jù)包到一個網(wǎng)絡接入點。但是，接入點在從便攜設備接收到一個包之后的一個時隙(timewindow)內(nèi)，只能向便攜設備發(fā)送一個包。為保證接入點有足夠的機會向便攜設備傳送數(shù)據(jù)包，便攜設備定時發(fā)送包，甚至包不含有任何有意義的數(shù)據(jù)。
當擴頻無線電裝置有效地傳輸數(shù)據(jù)表的解碼內(nèi)容時，無線電裝置的有限帶寬無法實現(xiàn)傳輸整幅不壓縮的圖象。用于減少數(shù)字圖象大小的圖象壓縮算法是二維小波變換，它在A．S．Lewis和G．Knowles寫的“A64kb／sVideoCodeUsingthe2-DWaveletTransform”(使用二維小波變換的64kb／s的視頻代碼)中被描述，該書由IEEEComputerSocietyPress出版，序號是2202。例如，由Houston，Texas的休斯頓高等研究中心提供的HARC小波變換系統(tǒng)可以在壓縮照相圖象傳輸前以400∶1的最高壓縮率來壓縮它。
因為本發(fā)明的便攜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)400意圖用于遠程，當捕獲和解碼數(shù)據(jù)表時，工作在遠程的設備操作員可能需要要求管理指令。因此可取的，本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)400可進一步包括語音郵件電路438(圖14)，這樣操作員也許可以通過擴頻網(wǎng)絡同其他人員進行語音通信。參考圖14，它顯示了語音郵件電路438的框圖，該電路可以包括在微處理器系統(tǒng)(未顯示)或主控制板431上的語音郵件處理板437(圖11和13)中。轉(zhuǎn)到圖14，語音消息通過音頻輸入電路492輸入，音頻輸入電路可以包括內(nèi)部麥克風或連接到外部麥克風的端口，這些將隨后詳細討論。數(shù)字化／壓縮模塊494將創(chuàng)建一個代表音頻輸入的數(shù)字數(shù)據(jù)文件。
在傳輸消息之前，消息控制單元498將提示操作員確認收信人。提示可以采取通過音頻輸出電路500給操作員發(fā)送音頻信號(隨后討論)或顯示屏幕消息的方式。
在提示后的時隙內(nèi)，操作員必需確認收信人。這可以通過鍵盤422或觸摸板444(圖10-13顯示)完成。另外，收信人也可以通過音頻輸入確認。在這個發(fā)明方案中，語音識別電路502將音頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字地址。
消息控制單元498將把該地址加到消息中，并將該消息中繼到用于廣播到收件人的擴頻收發(fā)器。在輸入消息之前或之后，語音郵件系統(tǒng)可要求收件人的操作員的確認是合理的。
消息控制單元498工作以接收代表所收到語音郵件消息的數(shù)據(jù)文件，并且將這些消息存儲到存儲器496。當收到消息時，控制單元498通過音頻輸出電路500，顯示屏或?qū)Ｓ谜彰髌魈嵝巡僮鲉T。
當操作員提示輸出語音郵件消息時，控制單元498將從存儲器提取出數(shù)據(jù)文件。解壓縮模塊將數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為模擬信號，可能包括揚聲器或遠程揚聲器端口或頭戴式耳機的音頻輸出電路將輸出該消息。操作員可以通過鍵盤422，觸摸板444或音頻輸入電路492提示輸出消息。
在輸出消息之后，語音郵件電路438可以選擇存儲該消息以備稍后回顯，或刪除該消息。連同存儲和擦除一起，消息可被轉(zhuǎn)寄或應答。語音郵件電路438將提示操作員輸入這些選擇的不同排列。如果消息被存儲，數(shù)據(jù)文件將保留在存儲器496中。如果轉(zhuǎn)發(fā)，數(shù)據(jù)文件或拷貝將適當?shù)刭x予地址和傳送到擴頻無線電裝置板433。
如果選擇應答選擇，應答消息的地址身份已知，然后消息控制單元498提示操作員輸入應答消息。代表這些消息的數(shù)字數(shù)據(jù)文件被擴頻無線電裝置板433發(fā)送。
參考圖12，揚聲器450和麥克風452被合理地安裝，這樣便攜數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)400可以象通信用的電話機一樣握在操作員臉部的一面。在圖12和13中說明的便攜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的另一個實施例中，無線頭戴式耳機550用在外殼410中安裝揚聲器450和麥克風452的場合。在圖15說明的實施例中，揚聲器517和麥克風519可以包括在無線頭戴式耳機550中。該頭戴式耳機包括用于將設備固定在頭上的頭帶(headband)515。揚聲器517安裝在靠近操作員耳朵的位置，麥克風519安裝在靠近操作員嘴巴的位置。微波裝置模塊和電源安裝在附于頭戴式耳機500的外殼521的位置。類似地，系統(tǒng)外殼410將包括與頭戴式耳機收發(fā)音頻信號相配的微波裝置模塊(未顯示)。微波裝置模塊運行在窄帶調(diào)制方式，其中該頻帶被安排在擴頻無線電裝置的頻譜的空處。
除了可以同無線頭戴式耳機一同工作外，微波裝置可以具有諸如無線外設端口的功能，這樣操作員可以不必將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)物理連接到打印機上來打印數(shù)據(jù)表標簽。打印機或其它類似微波裝置板的外設可以安裝在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作的整個裝置中。當操作員使用具有該系統(tǒng)的外設時，初始化握手序列，并且建立無線鏈路。然后數(shù)據(jù)可以打印到外設了。
因為本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)400意圖用于便攜使用，所以期望電力供給或電源30(圖11和13)可供長期運行，而無需充電。盡管電源30可以是任何可充電電池，較好的電源是大量鋰聚合體軟電池(LithiumPolymerflexiblebatterycells)。每個軟片大約．002″(2mils)厚，并且看起來象一片塑料。為了制造這種電池，LiMn204被用作陰極，碳被用作陽極。這種電池可由新澤西州RedBank的Bellcore提供。鋰聚合體電池的一個好處是軟片外形因素使得電池可以折疊而安裝在外殼內(nèi)部，這部分空間對傳統(tǒng)圓柱電池來說是不夠的。圖13中，電源30的聚合體片電池有利地安裝在沿外殼的內(nèi)部表面，其中聚合體電池還具有減少不想要的EMS的功能。除了外形因素和EMS優(yōu)點外，鋰聚合體電池還可以充電，并且提供大約為鎳鎘電池3倍的能量密度，并且不會受到鎳鎘電池引起退化記憶效果的結(jié)晶化的壞處。
上述描述已經(jīng)講解了本發(fā)明目前優(yōu)選的實施例，熟悉本技術的人會知道在沒有脫離本發(fā)明的情況下可以作出其它修改，下面打算對所有在本發(fā)明范圍內(nèi)的所有修改和變化進行權利要求。
依照法律，本發(fā)明已經(jīng)用語言描述了或多或少的作為結(jié)構和系統(tǒng)特征的細節(jié)。但是，應該理解，本發(fā)明不只限于已經(jīng)顯示或描述的特定功能，因為這里公開的方法包括實施本發(fā)明的優(yōu)選方案。因此本發(fā)明要求專利保護按照公平原則合理解釋的附加權利要求的合理范圍內(nèi)的任何形式或改變。
權利要求
1．數(shù)據(jù)表閱讀器包括a)板照相機，它包括一個包含象素集的二維光電傳感器陣列和產(chǎn)生代表在曝光周期中象素集的每一個象素上的照明內(nèi)容的視頻信號的控制電路；b)板照相機控制電路，它包括一個增益控制信號輸入端和曝光周期控制信號輸入端；和c)模糊邏輯控制單元，它連接到板照相機以接收視頻信號，捕獲和分析視頻信號部分，并且，基于視頻信號捕獲部分的分析，產(chǎn)生至少一個增益控制信號和曝光周期控制信號；和d)模糊邏輯控制單元，它訪問一個或多個存儲在存儲器中的成員函數(shù)表以分析視頻信號；一個或多個成員函數(shù)表的每一個，它們包括大量覆蓋函數(shù)，其中，作為大量函數(shù)的一個函數(shù)代表視頻信號捕獲部分的標準條件和至少一個函數(shù)代表視頻信號捕獲部分的非標準條件。
2．權利要求1的二維數(shù)據(jù)表閱讀器，其特征在于，成員函數(shù)表包括下列中至少一個a)代表視頻信號捕獲部分中的局部最大值的動態(tài)范圍最大值；和b)代表視頻信號捕獲部分中的局部最小值的動態(tài)范圍最小值。
3．權利要求1的二維數(shù)據(jù)表閱讀器，其特征在于，閱讀器進一步包括A／D轉(zhuǎn)換器，它接收視頻信號，并且產(chǎn)生一系列灰度級值，這些值代表比照參考信號的每個象素上的照明強度，并且模糊邏輯控制單元進一步產(chǎn)生響應成員函數(shù)輸入的參考信號。
4．權利要求3的二維數(shù)據(jù)表閱讀器，其特征在于，成員函數(shù)表包括一個柱狀圖成員函數(shù)表，它代表在超出預定數(shù)值的圖象域灰度級值中象素的數(shù)量。
5．權利要求4的二維數(shù)據(jù)表閱讀器，其特征在于，成員函數(shù)表進一步包括下列中至少一個a)代表視頻信號中的局部最大值的動態(tài)范圍成員函數(shù)；和b)代表視頻信號中的局部最小值的動態(tài)范圍成員函數(shù)。
6．權利要求5的二維數(shù)據(jù)表閱讀器，其特征在于，進一步包括一個D／A(數(shù)模)轉(zhuǎn)換電路，它將來自模糊邏輯電路的數(shù)字增益控制，曝光周期控制和參考電壓控制轉(zhuǎn)換為光電傳感器陣列和A／D轉(zhuǎn)換器可用的模擬電壓信號。
7．權利要求5的二維數(shù)據(jù)表閱讀器，其特征在于，模糊邏輯控制單元包括一個計算系數(shù)值的處理器和一個存儲器，該系數(shù)值作從所捕獲的視頻信號和成員函數(shù)表中推導而來的值的函數(shù)，該存儲器包括一個用于依照該系數(shù)值選擇增益控制值，曝光周期和參考電壓設置的查詢表。
8．權利要求7的二維數(shù)據(jù)表閱讀器，其特征在于，系數(shù)值進一步是前一個數(shù)據(jù)表閱讀期中計算的前一個系數(shù)值的函數(shù)。
9．閱讀目標區(qū)域中數(shù)據(jù)表的方法，上述方法包括a)將包括上述數(shù)據(jù)表的目標區(qū)域成象到一個二維光電傳感器陣列；b)依照增益控制輸入和曝光周期輸入，產(chǎn)生一個代表上述圖象的視頻信號；c)產(chǎn)生至少兩個代表上述視頻信號特征的成員函數(shù)輸入值；和d)將模糊邏輯控制函數(shù)應用于上述成員函數(shù)值，以產(chǎn)生至少一個增益控制輸入和曝光周期輸入。
10．權利要求9中的方法，其特征在于，上述成員函數(shù)輸入值包括一個動態(tài)范圍最大值和一個動態(tài)范圍最小值，并且步驟C包括a)產(chǎn)生代表視頻信號中的局部最大值的動態(tài)范圍最大值；和b)產(chǎn)生代表視頻信號中的局部最小值的動態(tài)范圍最小值。
11．權利要求9中的方法，其特征在于，按照上述視頻信號和參考電壓之間差別，進一步包括產(chǎn)生包括代表上述條碼的灰度級值序列的數(shù)字視頻信號。
12．權利要求11中的方法，其特征在于，上述成員函數(shù)輸入值包括一個柱狀圖值，并且步驟C包括a)產(chǎn)生一個代表在灰度級值超出預定數(shù)值的圖象域中象素的數(shù)量的柱狀圖值。
13．權利要求12中的方法，其特征在于，上述成員函數(shù)輸入進一步包括一個動態(tài)范圍最大值和一個動態(tài)范圍最小值，并且步驟C進一步包括a)產(chǎn)生代表視頻信號中的局部最大值的動態(tài)范圍最大值；和b)產(chǎn)生代表視頻信號中的局部最小值的動態(tài)范圍最小值。
14．權利要求13中的方法，其特征在于，步驟D包括下列子步驟a)產(chǎn)生作為上述成員函數(shù)值的一個函數(shù)的系數(shù)值；和b)將該系數(shù)值應用于查詢表，并且依照該系數(shù)值確定增益控制值，曝光周期和參考電壓。
15．權利要求14中的方法，其特征在于，系數(shù)值進一步是在前一個數(shù)據(jù)表閱讀期中產(chǎn)生的前一個系數(shù)值的函數(shù)，并且該方法進一步包括a)將上述系數(shù)值存儲在存儲器以在將來的數(shù)據(jù)表閱讀期中使用。
16．閱讀目標區(qū)域中的數(shù)據(jù)表的方法，上述方法包括a)將包括上述數(shù)據(jù)表的目標區(qū)域成象到一個二維光電傳感器陣列；b)依照在前一個數(shù)據(jù)表閱讀期中選擇的值，選擇至少一個曝光周期值和增益控制值；c)依照至少一個曝光周期值和增益控制值，產(chǎn)生一個代表上述數(shù)據(jù)表的視頻信號；d)產(chǎn)生至少兩個代表上述視頻信號特征的成員函數(shù)輸入值；e)將模糊邏輯控制函數(shù)應用于上述成員函數(shù)值，以確定至少一個更新的增益控制值和曝光周期值；和f)將代表上述更新值的值存儲到存儲器中，以在下一個數(shù)據(jù)表閱讀期中使用。
17．權利要求16中的方法，其特征在于，上述成員函數(shù)值包括至少一個動態(tài)范圍最小值，并且步驟D包括a)產(chǎn)生代表視頻信號中的局部最大值的動態(tài)范圍最大值；和b)產(chǎn)生代表視頻信號中的局部最小值的動態(tài)范圍最小值。
18．權利要求17中的方法，其特征在于，步驟E包括子步驟a)將模糊邏輯控制函數(shù)應用于代表在前一個數(shù)據(jù)表閱讀期中使用的曝光周期值和增益控制值的系數(shù)值，和上述成員函數(shù)值以產(chǎn)生一個作為至少一個更新的曝光周期值和增益控制值的函數(shù)的更新系數(shù)值。
19．用于閱讀目標區(qū)域中數(shù)據(jù)表的低功耗數(shù)據(jù)表閱讀器，該閱讀器包括a)將照明引向目標區(qū)域的光源；b)一個二維光電傳感器陣列，它包括一個象素集，并且接收來自目標區(qū)域的反射照明，產(chǎn)生代表曝光周期中每個象素上所累積的照明的信號。c)照明控制電路，當曝光周期超出預定時間時，它在曝光周期中給光源提供工作電能；當曝光周期小于或等于預定時間時，它不給光源提供工作電能。
全文摘要
一種包括數(shù)據(jù)表閱讀模塊(10)的便攜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),該數(shù)據(jù)表閱讀模塊(10)具有一個以開環(huán)反饋配置連接到控制和解碼器板(18)上的板照相機(14)。該控制和解碼器板(18)包括用于分析包含板照相機(14)所產(chǎn)生數(shù)據(jù)表的視頻圖象的捕獲幀的模糊邏輯控制電路(18)?；趯Σ东@圖象的分析,模糊邏輯控制電路(18)產(chǎn)生控制信號以調(diào)整板照相機(14)的操作參數(shù),從而產(chǎn)生適于解碼的圖象。
文檔編號G01J3/51GK1204411SQ96198925
公開日1999年1月6日 申請日期1996年10月18日 優(yōu)先權日1995年10月18日
發(fā)明者J·B·楚, P·P·菊, Y·P·王 申請人:梅塔控股有限公司