專利名稱：響應于成像讀取器的運動控制圖像捕獲參數(shù)的裝置和方法
響應于成像讀取器的運動控制圖像捕獲參數(shù)的裝置和方法
背景技術：
固態(tài)成像系統(tǒng)或成像讀取器、以及移動激光束讀取器或激光掃描器都已經(jīng)被用 于電光地讀取目標，諸如一維條形碼符號，特別是通用產(chǎn)品代碼(UPC)類型的一維條形 碼符號，每個符號均具有一行條紋以及沿著一個方向分隔開的間隔；以及諸如Code49的 二維符號，其引入了將多行條紋和間隔圖案垂直堆疊在單個符號中的概念。在美國專利 No.4,794,239中描述了 Code 49的結(jié)構(gòu)。用于增加數(shù)據(jù)量的另一二維碼結(jié)構(gòu)(可以被表示 或存儲在給定量的表面積上)被稱為PDF417，并且在美國專利No.5,304,786中進行了描 述。成像讀取器包括具有固態(tài)成像器的成像模塊，該固態(tài)成像器具有與在成像器 的視野內(nèi)的圖像元素或像素相對應的細胞或者光電傳感器的傳感器陣列；以及成像透鏡 組件，該成像透鏡組件用于捕獲從被成像的符號散射和/或反射的回光，并且用于將回 光投射到傳感器陣列上，以發(fā)起符號的圖像的捕獲。這樣的成像器可以包括一維或二維 電荷耦合器件(CCD)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)器件和用于產(chǎn)生和處理與視野 上的像素信息的一維或二維陣列相對應的電子信號的相關電路。成像器在控制器的控制 下，在曝光時間段內(nèi)捕獲回光，該控制器還可操作用于將電信號處理成指示被成像和讀 取的符號的數(shù)據(jù)。因此，已知使用例如在美國專利No.5,703,349中公開的用于捕獲符號的單色圖 像的成像器。還已知使用例如在美國專利No.4,613,895中公開的具有用于捕獲符號的全 色圖像的具有多個掩埋溝道的成像器。常見的是提供通常在VGA監(jiān)控器中找到的具有 640X480分辨率的二維CCD，但是其他分辨率大小也可以。為了增加由成像器捕獲的回光量，尤其是在光線昏暗的環(huán)境中和/或在遠距離 讀取時，成像讀取器通常還包括照明光組件，該照明光組件也在控制器的控制下，用于 用照明光照射符號，以從其進行反射和散射。在與曝光時間段同步的照明時間段內(nèi)，照 明優(yōu)選是產(chǎn)生脈沖的(pulsed)，但是還可以是連續(xù)的。然而，用于讀取位于相對于讀取器的工作距離范圍內(nèi)任何位置的符號的成像讀 取器的使用，尤其是手持可移動讀取器的使用，被證明是一種挑戰(zhàn)。操作者無法準確地 看到符號在讀取期間是否在陣列的視野內(nèi)用于在工作范圍內(nèi)進行最佳讀取。習以為常的 是，在指示器告知操作者符號已經(jīng)成功地被成像和讀取之前，操作者在左右、上下和前 后方向上多次反復移動便攜式讀取器，并且操作者在單個符號處多次重復地對準便攜式 讀取器，從而減慢了事務處理并且降低了生產(chǎn)率。這樣的操作者移動，包括通過操作者的手帶給便攜式讀取器的總是存在的顫抖 或抖動，使所捕獲的圖像模糊，當手持讀取器很小并且重量很輕時尤其顯著，并且可能 阻止符號被成功讀取。曝光時間段越長，將出現(xiàn)越大的圖像模糊程度。為了最小化圖像 模糊的程度，讀取器可以被預先設置有提前設置的固定圖像捕獲參數(shù)值，以嘗試并且減 小在多數(shù)情況下這樣的運動的影響。因此，可以將曝光時間段和/或照明時間段的每一 個都預先設置為固定的短時間，和/或可以將照明設定為固定的非常亮的亮度水平。
雖然這樣的預先設置的參數(shù)值在試圖捕獲不模糊圖像中是有利的，但是它們不 是最佳的或者不適用于所有操作者或所有應用。在圖像中能夠容忍的噪聲和模糊量以及 圖像場的亮度和深度方面，不可避免地出現(xiàn)折衷。由于具體操作者導致的過多的手抖動 或手運動都無法被預先考慮，并且通常導致場的短深度的有噪聲模糊的暗圖像，這降低 了符號的讀取性能，尤其是那些密度大并且遠離讀取器的符號。

發(fā)明內(nèi)容
簡而言之，本發(fā)明的一個特征在于，用于響應于對要被讀取的符號進行成像的 成像讀取器的運動來減少圖像模糊的裝置。該裝置包括照明光組件，該照明光組件由 讀取器支持，用于在照明時間段中用具有亮度水平的照明光來照射符號。優(yōu)選地，照明 光組件包括用于將照明光發(fā)射為光脈沖的發(fā)光二極管(LED)。該裝置進一步包括固態(tài)成像器，該固態(tài)成像器由讀取器支持并且具有圖像傳 感器陣列，用于在曝光時間段內(nèi)捕獲來自視野內(nèi)的符號的回光。優(yōu)選地，成像器為具有 滾動快門或全域快門的CCD或CMOS。該陣列可以是一維的，即，沿著單行線性排列， 或者是二維的，具有彼此正交的多個行和列。該裝置還包括運動傳感器，該運動傳感器由讀取器支持，用于檢測讀取器的 運動，并且用于響應于所檢測到的讀取器的運動來生成運動信號。優(yōu)選地，運動傳感器 是加速計、陀螺儀或模擬機械運動檢測器，并且運動信號的振幅與所檢測到的讀取器的 運動的幅度和方向成比例。該裝置還包括控制器，該控制器可操作地連接到運動傳感器，用于響應于運 動信號實時動態(tài)地控制時間段中的至少之一和亮度水平，以最優(yōu)地對符號進行成像。優(yōu) 選地，控制器可操作用于動態(tài)地減小時間段中的至少一個，并且同時增加照明光的亮度 水平?？梢杂煽刂破骺刂频牧硪粓D像捕獲參數(shù)為成像器的增益。因此，根據(jù)本發(fā)明，圖像捕獲參數(shù)值不被預先設置，但是可以實時動態(tài)地進行 調(diào)整。在圖像中不再接受或容忍大量噪聲和模糊。針對特定應用來將圖像場的亮度和深 度調(diào)整為最佳的。由于具體操作者而導致的過多手抖動或手運動肯定會被運動傳感器考 慮。提高了符號的讀取性能，尤其是高密度并且遠離讀取器的那些符號。響應于用于對要讀取的符號進行成像的成像讀取器的運動來減少圖像模糊的方 法通過以下步驟來執(zhí)行在照明時間段內(nèi)用具有亮度水平的照明光來照射符號；在曝光 時間段內(nèi)捕獲來自固態(tài)成像器的視野內(nèi)的符號的回光；用由讀取器支持的運動傳感器來 檢測讀取器的運動；響應于檢測到的讀取器的運動來生成運動信號；以及響應于運動信 號實時動態(tài)地控制時間段中的至少一個和亮度水平，以最佳地對符號進行成像。在所附權(quán)利要求中具體地闡述了被認為是本發(fā)明的特征的新特征。然而，本發(fā) 明本身，關于其結(jié)構(gòu)和其操作方法，連同其附加目標和優(yōu)點，將在結(jié)合附圖進行讀取時 從以下具體實施例的描述中最佳地理解。


圖1是在手持模式或免提模式下可操作用于捕獲來自目標符號的回光的便攜式 成像讀取器的立體圖；以及
圖2是根據(jù)本發(fā)明的圖1的讀取器的各種組件的示意圖。
具體實施例方式圖1中的附圖標記30總得標識成像讀取器，該成像讀取器具有大體上垂直的窗 口 26和由基座32支持的槍形(gun-shaped)殼體28，基座32用于在工作臺面上支持成像 讀取器30。因此，成像讀取器30可以在免提模式中用作靜態(tài)工作站，其中，產(chǎn)品可以 被滑過、刷過、或?qū)Υ怪贝翱?26進行呈現(xiàn)，或者產(chǎn)品可以從工作臺面被拾起并且握在操 作者手中，并且在手持模式中使用，其中，讀取器被移動，并且觸發(fā)器34被手動按下， 以發(fā)起在遠離窗口 26處要被讀取的標記(尤其是一維或二維符號)的成像。在另一變體 中，可以省略基座32，并且可以采用其他配置的殼體。如圖1中所示，連接到基座32的 線纜也可以被省略，在該情況下，讀取器30通過無線鏈路與遠程主機進行通信，并且讀 取器由機載電池來供電。如圖2中示意性地示出，成像器24被安裝在讀取器中的印刷電路板22上。成 像器24是固態(tài)器件，例如，CCD或CMOS成像器，具有在單個線性行中排列的可尋址的 圖像傳感器或像素的一維陣列，或者在彼此正交的行和列中排列的這樣的傳感器的二維 陣列，并且可操作用于檢測由沿著通過窗口 26的光路或軸46的成像透鏡組件20捕獲的 回光?；毓鈴囊曇皟?nèi)的目標或符號38進行散射和/或反射。成像器24在曝光時間段內(nèi) 捕獲回光。成像透鏡組件20可操作用于將回光可調(diào)節(jié)地聚焦到圖像傳感器的陣列上，以 使得符號38被讀取。符號38位于近工作距離(WDl)和遠工作距離(WD2)之間的距離 的工作范圍內(nèi)的任何地方。在優(yōu)選實施例中，WDl約為距成像器陣列24四至六英寸， 并且WD2可以距離窗口 26很多英尺，例如，約五十英尺遠。照明組件也安裝在成像讀取器中，并且優(yōu)選地包括照明器或照明光源12，例 如，發(fā)光二極管(LED);以及照明透鏡組件10，以在照明時間段內(nèi)用具有亮度水平的照 明光均勻地照射符號38。LED 12優(yōu)選是產(chǎn)生脈沖的。對準組件也安裝在成像讀取器中，并且優(yōu)選地包括對準光源18，例如，LED， 以及用于生成符號38上的可見對準光圖案的對準透鏡組件16。對準圖案有助于幫助操作 者將讀取器準確地對準到符號38處。如圖2中所示，成像器24、照明光源12和對準光源18可操作地連接到控制器或 者微處理器36，控制器或者微處理器36可操作用于控制這些組件的操作，尤其是一個或 多個圖像捕獲參數(shù)，諸如照明光的亮度水平、照明時間段的持續(xù)時間、曝光時間段的持 續(xù)時間以及成像器24的增益。優(yōu)選地，微處理器與用于處理來自目標符號的回光并且用 于對捕獲的目標圖像進行解碼的微處理器相同。如圖2中所示，運動傳感器14被可操作地連接到控制器36。在讀取器內(nèi)定位并 且支持運動傳感器14。運動傳感器14可以是陀螺儀、加速計或提供與讀取器的運動的 幅度和方向成比例的電輸出運動信號的一些其他機械裝置。如上所述，讀取器由操作者 移動，以使讀取器對準符號。而且，在圖像捕獲期間通常發(fā)生讀取器的不可避免的手抖 動。運動傳感器14的輸出運動信號被引導至控制器36，然后該控制器36實時動態(tài)地調(diào) 節(jié)圖像捕獲參數(shù)。如果運動和運動信號的幅度大，則控制器36計算出照明和曝光時間段 成比例地低，照明光的亮度水平相應地高，并且成像器的增益相應地低。相反，如果運動和運動信號的幅度小，則控制器36計算照明和曝光時間段成比例地高，照明光的亮度 水平相應地低，并且成像器的增益相應地高。在操作中，控制器36發(fā)送命令信號，以在讀取之前激勵對準光源18，并且還在 所計算的照明時段，如500微秒或更少，內(nèi)并且以計算的亮度水平，使照明光源12產(chǎn)生 脈沖，并且激勵并且使成像器24曝光，以在計算的曝光時間段并且利用計算的增益僅從 符號收集光，例如，照明光和/或環(huán)境光。典型陣列需要約33毫秒來獲取整個目標圖 像，并且以約每秒30幀的幀速率來進行操作。限制曝光時間段還最小化所捕獲的回光的量。因此，捕獲的圖像通常看來很 暗。然而，為了讀取條形碼符號，較暗的圖像比模糊的圖像通常更易于解碼。因此，本 發(fā)明對讀取條形碼符號特別有用。應該理解，上述每個元件，或兩個或更多一起都還可以在不同于所述類型的其 他類型結(jié)構(gòu)的實用應用中找到。例如，照明光源12無需為LED，而可以是激光器、頻閃 放電管、氙氣閃光燈或其它類型的光源。而且，不需要是單個光源，而是可以設想多個 光源，在該情況下，光源中的一個或多個的數(shù)目、亮度、持續(xù)時間和定時中的任何一個 都可以由控制器36來控制。由于在以任何方式都不脫離本發(fā)明的精神的情況下，可以作出多種修改和結(jié)構(gòu) 性改變，所以雖然本發(fā)明已經(jīng)示出和描述了用于響應于成像讀取器的運動來控制圖像捕 獲參數(shù)的裝置和方法，但是不旨在限制所示的詳情。例如，除了使運動傳感器14硬接線 至控制器之外，可以實現(xiàn)軟件解決方案。而且，本發(fā)明不僅限于其功能僅為對條形碼符 號進行成像的成像讀取器，還可以等同地適用于具有成像器作為其子系統(tǒng)之一的移動計 算機或終端。在不作出進一步分析的情況下，上述將完全揭示本發(fā)明的要點，可以通過應用 當前知識容易地想到，從現(xiàn)有技術的立場，在不省略清楚地構(gòu)成本發(fā)明的一般或特定方 面的基本特征的特征的情況下，本領域技術人員可以容易地將其適用于各種應用，并且 因此，這樣的適用應當并且旨在在所附權(quán)利要求的等價物的意義和范圍內(nèi)進行理解。在所附權(quán)利要求中闡述了新的并且希望由專利證書保護的權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種用于響應于成像讀取器的運動來減少圖像模糊的裝置，所述成像讀取器用于 對要被讀取的符號進行成像，所述裝置包括照明光組件，所述照明光組件由所述讀取器支持，用于在照明時間段內(nèi)用具有亮度 水平的照明光來照射符號；固態(tài)成像器，所述固態(tài)成像器由所述讀取器支持并且具有圖像傳感器陣列，用于在 曝光時間段內(nèi)捕獲來自視野內(nèi)的所述符號的回光；運動傳感器，所述運動傳感器由所述讀取器支持，用于檢測所述讀取器的運動，并 且用于響應于所檢測到的所述讀取器的運動來生成運動信號；以及控制器，所述控制器操作地連接到所述運動傳感器，用于響應于所述運動信號實時 動態(tài)地控制所述時間段中的至少一個和所述亮度水平，以最佳地對所述符號進行成像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述運動傳感器是加速計和陀螺儀中的一個， 并且其中，所述運動信號的振幅與所檢測到的所述讀取器的運動的幅度和方向成比例。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述控制器操作用于動態(tài)地減小所述時間段中 的至少一個，并且同時增加所述照明光的亮度水平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述照明光組件包括發(fā)光二極管(LED)，所述 發(fā)光二極管用于將所述照明光發(fā)射為光脈沖。
5.一種用于通過圖像捕獲來電光地讀取符號的成像讀取器，包括移動手持式殼體；以及由所述殼體支持的裝置，用于在所述圖像捕獲期間響應于所述手持殼體的運動來減 少圖像模糊，所述裝置包括照明光組件，所述照明光組件由所述手持殼體支持，用于 在照明時間段內(nèi)用具有亮度水平的照明光來照射所述符號；固態(tài)成像器，所述固態(tài)成像 器由所述手持殼體支持并且具有圖像傳感器的陣列，用于在曝光時間段內(nèi)捕獲來自視野 內(nèi)的所述符號的回光；運動傳感器，所述運動傳感器由所述手持殼體支持，用于檢測所 述手持殼體的運動，并且用于響應于所檢測到的所述殼體的運動來生成運動信號；以及 控制器，所述控制器操作地連接到所述運動傳感器，用于響應于所述運動信號實時動態(tài) 地控制所述時間段中的至少一個和所述亮度水平，以最佳地對所述符號進行成像。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的讀取器，其中，所述運動傳感器是加速計和陀螺儀中的一 個，并且其中，所述運動信號的振幅與所檢測到的所述手持殼體的運動的幅度和方向成 比例。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的讀取器，其中，所述控制器操作用于動態(tài)地減小所述時間段 中的至少一個，并且同時增加所述照明光的亮度水平。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的讀取器，其中，所述照明光組件包括發(fā)光二極管(LED)，所 述發(fā)光二極管用于將所述照明光發(fā)射為光脈沖。
9. 一種響應于成像讀取器的運動來減少圖像模糊的方法，所述成像讀取器用于對要 被讀取的符號進行成像，所述方法包括下述步驟在照明時間段內(nèi)用具有亮度水平的照明光來照射符號；在曝光時間段內(nèi)，捕獲來自固態(tài)成像器的視野內(nèi)的所述符號的回光；用由所述讀取器支持的運動傳感器來檢測所述讀取器的運動，并且響應于所檢測到 的所述讀取器的運動來生成運動信號；以及響應于所述運動信號，實時動態(tài)地控制所述時間段中的至少一個和所述亮度水平， 以最佳地對所述符號進行成像。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還將所述運動傳感器配置為加速計和陀螺儀中的一 個，并且將所述運動信號配置為振幅與所檢測到的所述讀取器的運動的幅度和方向成比 例。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，通過動態(tài)地減小所述時間段中的至少一個并 且同時增加所述照明光的所述亮度水平來執(zhí)行所述控制步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，通過使發(fā)光二極管(LED)產(chǎn)生脈沖來執(zhí)行所 述照明步驟。
全文摘要
一種用于響應于成像讀取器的運動來減少圖像模糊的裝置和方法，該成像讀取器對要被讀取的符號進行成像，該裝置和方法采用照明光組件(10)，由讀取器來支持，用于在照明時間段內(nèi)用具有亮度水平的照明光來照射符號；固態(tài)成像器(24)，由讀取器來支持，并且具有圖像傳感器的陣列，用于在曝光時間段內(nèi)捕獲來自視野內(nèi)的符號的回光；運動傳感器(14)，諸如陀螺儀或加速計，由讀取器支持，用于檢測讀取器的運動，并且用于響應于檢測到的讀取器的運動來生成運動信號；以及控制器(36)，該控制器(36)可操作地連接到運動傳感器，用于響應于運動信號實時動態(tài)地控制時間段中的至少一個和亮度水平，來最佳地對符號進行成像。
文檔編號G06K7/10GK102016875SQ200980125408
公開日2011年4月13日 申請日期2009年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月26日
發(fā)明者艾倫·艾普施特因 申請人:符號技術有限公司