專利名稱：刷條成像器掃描引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及成像掃描器領(lǐng)域，更具體而言，涉及用于成像掃描器中的掃描引擎組件。
背景技術(shù)：
刷條掃描器(swipe scanner)被定義為能夠在運(yùn)動時成功掃描出標(biāo)記的掃描器。一般而言，用于滑擦型應(yīng)用的掃描器為激光掃描器。這是由于，激光掃描技術(shù)使用激光飛點(diǎn)快速掃描(fast sweepingflying laser)進(jìn)行掃描。激光飛點(diǎn)通常以明顯高于攜帶標(biāo)記的物體能夠達(dá)到的移動速度移動。標(biāo)記速度通常由操作人員手臂動作來控制，這樣運(yùn)動的速度范圍通常在25英尺/秒。激光掃描器能夠?qū)崿F(xiàn)對1維條形碼以及某些2維條形碼(例如PDF-417條形碼)的高吞吐量掃描，但它們對于普通2維條形碼或諸如DataMatrix之類的矩陣碼通常并不是很有效。
在過去幾年中，在通常以激光掃描器為主導(dǎo)的掃描器市場中，成像掃描器(在本文中也稱為“成像器”)占據(jù)了可觀的市場份額。盡管1維成像器，或具有1維傳感器的成像器，具有與激光掃描器相類似的功能，但2維成像器，或具有2維傳感器的成像器，具有附加能力和有用特征。這些特征包括掃描普通2維條形碼(例如，DataMatrix代碼)的能力，以及捕捉圖像的能力，這在諸如捕捉簽名和支票之類的應(yīng)用中非常有益。
當(dāng)標(biāo)記運(yùn)動時，現(xiàn)有成像器的效果并不是太好，原因是為便于成像器攝像機(jī)在不過于模糊的條件下捕捉目標(biāo)物體圖像，必須將目標(biāo)物體瞬間相對穩(wěn)定地放置在成像器前方。在掃描器設(shè)計(jì)中，該保持時間取決于多個因素，通常在10毫秒的量級。
期望的是，越來越多的需使用成像器的應(yīng)用將與傳統(tǒng)掃描應(yīng)用一起共存。例如，在藥店，掃描器的操作員可能需要掃描UPC(一維)條形碼以查出藥物，同時還需要掃描DataMatrix代碼，以檢查藥物是否過期。或者，在飲料店，營業(yè)員可能需要檢查酒精飲料，并掃描客戶駕駛執(zhí)照上的PDF-417條形碼以核對年齡，同時，還捕獲客戶支票以便于根據(jù)管理檢查處理的法律進(jìn)行處理。
成像器能夠優(yōu)于激光掃描器的另一領(lǐng)域是對截短條形碼的處理，諸如關(guān)于類似首飾、鋼筆和鉛筆，以及糖果之類的小商品的條形碼。通常，通過激光掃描器對它們進(jìn)行掃描，但經(jīng)常需要在這樣的小商品上使條形碼與激光掃描線對齊，這妨礙了激光掃描器的刷條操作，且減慢了吞吐量。

發(fā)明內(nèi)容
在同一封裝中同時包括固態(tài)攝像機(jī)和照明光源的成像掃描引擎使刷條成像組件集成到掃描器中得以簡化。
因此，掃描引擎包括安裝在掃描引擎底盤上的攝像機(jī)，和諸如一個或多個高亮度LED的照明光源(也安裝在掃描引擎底盤上)。掃描引擎底盤可為其上安裝有攝像機(jī)和照明光源的印刷電路板。照明光源與攝像機(jī)的光學(xué)元件相耦接，以使得來自照明光源的光的發(fā)散角近似與攝像機(jī)的視場相匹配。攝像機(jī)可為具有二維CCD傳感器或二維CMOS傳感器的固態(tài)攝像機(jī)。在掃描引擎中，可具有用于輸入控制信號的一個或多個接口，以及用于輸出數(shù)據(jù)和/或定時信號的一個或多個接口。同步模塊可為用于使攝像機(jī)傳感器的積分持續(xù)時間與照明光源的激活持續(xù)時間相同步，以使得它們基本同時發(fā)生，并具有基本同的持續(xù)時間。掃描引擎還可包括微處理器和其上存儲有指令的存儲器，該指令用于對攝像機(jī)捕獲圖像的物體上的標(biāo)記進(jìn)行解碼。
雙光成像器包括基本垂直出射窗、水平出射窗，和多個攝像機(jī)以及相關(guān)的照明光源。可將每個攝像機(jī)及其相關(guān)照明光源安裝在單個掃描引擎底盤上。雙光成像器可包括三個攝像機(jī)，將其中兩個調(diào)整成使得每個攝像機(jī)的視場基本被包含在垂直出射窗內(nèi)。在此情形中，將其中一個攝像機(jī)調(diào)整成使得攝像機(jī)的視場與水平出射窗垂直且基本包含在其之內(nèi)。攝像機(jī)控制單元可激活每個攝像機(jī)以及其相關(guān)照明光源，以便對于至少其中一些攝像機(jī)的積分時段在時間上不重疊。這樣的雙光成像器可包括緩沖器，用于存儲來自每個攝像機(jī)的圖像，從而能夠同時獲得來自不同攝像機(jī)的圖像。
下面將結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明示例性實(shí)施例的這些優(yōu)點(diǎn)以及其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征。


圖1表示包括有根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例構(gòu)造的成像器掃描引擎的手持式掃描器的示意圖；圖2A和2B表示根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例構(gòu)造的成像器掃描引擎的示意圖；以及圖3A-C表示使用根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例構(gòu)造的掃描引擎的雙光掃描系統(tǒng)的投影圖。
具體實(shí)施例方式
為了使具有2維傳感器的刷條成像器切實(shí)可行，必須能夠在帶有標(biāo)記的物體移動(最好是，物體速度超過10英尺/秒)的同時執(zhí)行成像器的掃描功能。這樣的刷條成像器與激光掃描器相比將特別有益，這是由于成像器將標(biāo)記與成像掃描器對齊是不成問題的。成像掃描器捕獲圖像，并創(chuàng)建用于通過條形碼的虛擬掃描線，而無論呈什么角度部沒有關(guān)系。能夠在相對較高物體運(yùn)動速度下起作用的刷條成像器將行在背景技術(shù)中所述的功能，例如，捕獲簽字和文檔、讀取DataMatrix碼、以及捕獲截短條形碼，并且同樣像傳統(tǒng)激光掃描器那樣，對一維條形碼執(zhí)行得一樣好。在2004年12月8日遞交的、本發(fā)明的受讓人所擁有的美國專利申請序列號No.11/007,403中，描述了一種使用選通發(fā)光(strobe lighting)、總快門(globalshutter)，以及同步照明和曝光時間以實(shí)現(xiàn)較高速性能的刷條成像器，該文獻(xiàn)全部內(nèi)容在此引作參考。
因此，圖1示出了包括有掃描引擎10、折疊式反射鏡21和出射窗22的刷條成像器。圖2A和2B顯示出安裝在成像器12內(nèi)的掃描引擎10的更詳細(xì)視圖，其中包括有固態(tài)攝像機(jī)25和包含一個或多個高亮度LED 27的照明光源。由于其設(shè)計(jì)用于包含在成像器或成像掃描器中，掃描引擎不具有使其與其環(huán)境相隔離的外殼是有益的。攝像機(jī)25和LED在機(jī)械和電路上集成在一起，例如，如果掃描引擎要提供解碼操作或諸如接口端口的其他組件(未示出)，則將它們安裝在還包含有微處理器36的單個電路板15上。攝像機(jī)25包括諸如CCD傳感器或CMOS傳感器之類的二維陣列傳感器作為其傳感器40。LED 27與攝像機(jī)25牢固集成在一起，以形成安裝在單個電路板15上的掃描引擎，可將電路板15作為單個組件組裝在掃描器中。如果LED和攝像機(jī)的其中一個出現(xiàn)在掃描引擎中，則它們可由微處理器36進(jìn)行控制，或者由同步激活攝像機(jī)25和LED 27的外部控制組件(未示出)進(jìn)行控制。為獲得刷條性能，對LED脈沖非常短的時間周期，例如，在0.5毫秒或更小的量級?？蓪γ}沖持續(xù)時間進(jìn)行控制，以便與攝像機(jī)的積分時段匹配。另外，照明光發(fā)散角近似與攝像機(jī)視場相匹配，以便節(jié)省能量。標(biāo)簽WD1和WD2分別表示特定條形碼工作范圍的近和遠(yuǎn)端。WD1和WD2的準(zhǔn)確位置取決于進(jìn)行掃描的特性。在某些情形中，對于較重要的條形碼類型，例如，常規(guī)尺寸的UPC碼，在窗口22上或在外殼內(nèi)定位WD1是有利的，以便能夠當(dāng)與窗口接觸定位的同時掃描條形碼。
再參看圖1，反射鏡21和窗口22都稍符合攝像機(jī)25的要求，以便反射鏡和窗口不會使來自LED的光嚴(yán)重模糊。所述掃描器是手持式掃描器，且與基座耦接時，可不必手持。由于將照明光源(LED)設(shè)置得與攝像機(jī)非常接近，從而在圖1中沒有單獨(dú)示出照明光路。
圖3A-3C為雙光掃描系統(tǒng)50的投影圖。圖3A顯示出雙光掃描器的頂視圖。圖3B為前視圖，3C為掃描系統(tǒng)的左側(cè)視圖。掃描系統(tǒng)50包括三個攝像機(jī)，可有益地將它們封裝為三個刷條掃描引擎10的部分，其中兩個覆蓋垂直窗口23，其中一個覆蓋水平窗口24。用于覆蓋水平窗口的掃描引擎具有與掃描器的出射窗24基本垂直的光軸(由于折疊式反射鏡29)，以便實(shí)際不出現(xiàn)幾何畸變。這樣的無畸變圖像捕獲能力對于賣點(diǎn)(point-of-sale)掃描器的某些擴(kuò)展特征(例如，簽字捕獲和支票掃描等)是有益的。此外，該特征還與水平窗口更有益得關(guān)聯(lián)，由于垂直窗口通常更大，因此，它更難以限定符合這樣圖像捕獲需求的小的子區(qū)域。
覆蓋垂直掃描窗口23的兩個掃描引擎具有上和下布置，并起到垂直折疊式反射鏡21的作用。由于尺寸較小，還可將掃描引擎設(shè)置在基本同一個水平平面上。然而，有益的是，按照如圖3a所示非對稱方式設(shè)置掃描引擎。該布置允許對要掃描物進(jìn)行頂和底部更合適的覆蓋。還可將傾斜反射鏡布置，以使得頂和底部覆蓋更實(shí)際。
在單個掃描引擎組件中對每個攝像機(jī)包括照明光源LED，有助于降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度，因?yàn)榭杀ＷC照明光源在方向和視場兩方面都與攝像機(jī)匹配。
為了避免來自一個掃描引擎的散射照明光進(jìn)入用于另一掃描引擎的攝像機(jī)而成為背景噪聲，使不同攝像機(jī)在非重疊時間間隔期間捕獲圖像是有利的。例如，如果每個攝像機(jī)具有0.3毫秒的曝光，那么三個攝像機(jī)以三個連續(xù)的0.3毫秒間隔設(shè)定其曝光。從而，攝像機(jī)之間的最大延遲為0.6毫秒。如果希望按照同步方式對其圖像進(jìn)行處理，則使得攝像機(jī)之間僅具有小延遲是有益的。在兩個或多個攝像機(jī)工作在稍不同的時間時，為了使圖像處理同步，可使用先進(jìn)先出緩沖器存儲來自最后一個攝像機(jī)之前每個攝像機(jī)的數(shù)據(jù)。
雙光掃描系統(tǒng)50具有可能由掃描引擎組件10實(shí)現(xiàn)的數(shù)個優(yōu)點(diǎn)，這時，每個掃描引擎組件有效地封裝有攝像機(jī)和照明光源?？梢詫⑺腥齻€攝像機(jī)設(shè)置成彼此緊密相鄰，減小需將它們連接在一起的任意電纜的長度。攝像機(jī)與處理組件之間的數(shù)據(jù)連接攜帶高頻信號，從而易于產(chǎn)生輻射噪聲，易于受到來自環(huán)境的高頻噪聲的影響。三個攝像機(jī)緊緊相鄰，使得三個攝像機(jī)能夠?qū)⑵鋽?shù)據(jù)發(fā)送給一個組合的處理組件，無需使用可產(chǎn)生或接收太多輻射噪聲的長電纜。還很容易將掃描引擎組件10包含到新型和現(xiàn)有設(shè)計(jì)中，以提供刷條掃描能力。
從上面的描述可以看出，提供具有彼此緊密相鄰的攝像機(jī)和照明光源的掃描引擎，簡化了在新型和現(xiàn)有產(chǎn)品中刷條成像器性能的整合。盡管對本發(fā)明進(jìn)行了一定詳細(xì)程度的描述，應(yīng)當(dāng)理解的是，在不偏離后面所要求保護(hù)的本發(fā)明精神或范圍的條件下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可作出多種改變。
權(quán)利要求
1.一種掃描引擎，包括攝像機(jī)，安裝在掃描引擎底盤上；和照明光源，安裝在所述掃描引擎底盤上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的掃描引擎，其中所述掃描引擎底盤為其上安裝有所述攝像機(jī)和所述照明光源的印刷電路板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的掃描引擎，其中所述照明光源與所述攝像機(jī)的光學(xué)元件相耦接，以使得來自所述照明光源的光的發(fā)散角近似與所述攝像機(jī)的視場相匹配。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的掃描引擎，其中所述攝像機(jī)為具有二維CCD傳感器的固態(tài)攝像機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的掃描引擎，其中所述攝像機(jī)為具有二維CMOS傳感器的固態(tài)攝像機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的掃描引擎，包括用于輸入控制信號的一個或多個接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的掃描引擎，包括用于輸出數(shù)據(jù)和/或定時信號的一個或多個接口。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的掃描引擎，包括同步模塊，用于使攝像機(jī)傳感器的積分持續(xù)時間與所述照明光源的激活持續(xù)時間實(shí)現(xiàn)同步，以使得它們基本同時發(fā)生，并具有基本相同的持續(xù)時間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的掃描引擎，包括微處理器和其上存儲有指令的存儲器，所述指令用于對所述攝像機(jī)捕獲圖像的物體上的標(biāo)記進(jìn)行解碼。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的掃描引擎，包括數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出端口。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的掃描引擎，其中所述照明光源包括一個或多個高亮度LED。
12.一種雙光成像器，包括基本垂直的出射窗、水平出射窗，多個攝像機(jī)以及相關(guān)的照明光源。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的雙光成像器，其中將每個攝像機(jī)及其相關(guān)照明光源安裝在單個掃描引擎底盤上。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的雙光成像器，包括三個攝像機(jī)，將其中兩個調(diào)整成使得每個攝像機(jī)的視場基本包含在所述垂直出射窗內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的雙光成像器，其中將其中一個攝像機(jī)調(diào)整成使得所述攝像機(jī)的視場基本包含在所述水平出射窗內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的雙光成像器，包括攝像機(jī)控制單元，用于激活每個攝像機(jī)及其相關(guān)照明光源，以便對于至少其中一些攝像機(jī)的積分時段在時間上不重疊。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的雙光成像器，包括緩沖器，用于存儲來自每個攝像機(jī)的圖像，從而能夠同時獲得來自不同攝像機(jī)的圖像。
18.一種通過具有至少一個攝像機(jī)的成像掃描器對標(biāo)記進(jìn)行處理的方法，所述方法包括將相關(guān)照明光源設(shè)置成與所述至少一個攝像機(jī)中的每個緊密相鄰；啟動所述攝像機(jī)的積分時段；基本同時激活所述相關(guān)照明光源；以及在基本與所述攝像機(jī)的積分時段結(jié)束的同時，終止所述照明光源的激活。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中通過將所述照明光源在機(jī)械和電路上與所述攝像機(jī)的光學(xué)元件相耦接來提供所述照明光源，以使得來自所述照明光源的光的發(fā)散角近似與所述攝像機(jī)的視場相匹配。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中在所述成像掃描器中存在兩個或多個攝像機(jī)，且基本同時激活每個攝像機(jī)的積分時段以及其相關(guān)聯(lián)的照明光源，以便至少其中一些攝像機(jī)的積分時段在時間上不重疊。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，包括存儲來自每個攝像機(jī)的圖像，以便同時獲得來自不同攝像機(jī)的圖像。
22.一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，包括用于執(zhí)行通過具有至少一個攝像機(jī)的成像掃描器對標(biāo)記進(jìn)行處理的方法步驟的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述方法包括將相關(guān)照明光源設(shè)置成與所述至少一個攝像機(jī)中的每個緊密相鄰；啟動所述攝像機(jī)的積分時段；基本同時激活所述相關(guān)照明光源；以及在基本與所述攝像機(jī)的積分時段結(jié)束的同時，終止照明光源的激活。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中在所述成像掃描器中存在兩個或多個攝像機(jī)，且執(zhí)行用于基本同時激活每個攝像機(jī)的積分時段以及其相關(guān)聯(lián)的照明光源，以便至少其中一些攝像機(jī)的積分時段在時間上不重疊的指令。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，包括用于存儲來自每個攝像機(jī)的圖像，以便同時獲得來自不同攝像機(jī)的圖像的指令。
25.一種掃描引擎，包括用于獲取安裝在掃描引擎底盤上的標(biāo)記的圖像的裝置；以及用于對安裝在所述掃描引擎底盤上的標(biāo)記進(jìn)行照明的裝置。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的掃描引擎，其中所述掃描引擎底盤為印刷電路板，其上安裝有所述用于獲取圖像的裝置和所述用于照明的裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求25的掃描引擎，其中所述用于照明的裝置與所述用于獲取圖像的裝置的光學(xué)元件相耦接，以便來自所述用于照明的裝置的光的發(fā)散角近似與所述用于獲取圖像的裝置的視場相匹配。
28.根據(jù)權(quán)利要求25的掃描引擎，包括用于輸入控制信號的一個或多個裝置。
29.根據(jù)權(quán)利要求25的掃描引擎，包括用于輸出數(shù)據(jù)和/或定時信號的一個或多個裝置。
30.根據(jù)權(quán)利要求25的掃描引擎，包括同步裝置，用于使在所述用于獲取圖像的裝置中的傳感器的積分持續(xù)時間與所述用于照明的裝置的激活持續(xù)時間相同步，以使得它們基本同時發(fā)生，并具有基本相同的持續(xù)時間。
31.根據(jù)權(quán)利要求25的掃描引擎，包括用于獲取和執(zhí)行用于對攝像機(jī)捕獲圖像的物體上的標(biāo)記進(jìn)行解碼的裝置。
全文摘要
一種圖像掃描引擎，包括在同一封裝中的固態(tài)攝像機(jī)和照明光源。所述掃描引擎單元簡化了將刷條成像組件集成到新的和現(xiàn)有掃描器。
文檔編號G06K7/10GK101073088SQ200580042303
公開日2007年11月14日 申請日期2005年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月8日
發(fā)明者何端峰, 沃倫·朱勒奇 申請人:訊寶科技公司