專利名稱：具有全局電子快門控制的條形碼讀取裝置的制作方法
具有全局電子快門控制的條形碼讀取裝置 相關(guān)申請(qǐng)的交叉申請(qǐng)
本PCT申請(qǐng)要求2005年3月11日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?1/077, 975、主題為 "具有全局電子快門控制的條形碼讀取裝置"的美國(guó)整理申請(qǐng)案和2005年3月 11日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?1/077， 976、主題為"自動(dòng)對(duì)焦圖像讀取器的系統(tǒng)和 方法"的優(yōu)先權(quán)。要求每個(gè)上述申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，并且每個(gè)上述申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容 結(jié)合于此作為參考。 發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明總體上涉及圖像數(shù)據(jù)采集，更具體的，涉及具有調(diào)整照明和全局快 門控制的圖像數(shù)據(jù)采集器。
背景技術(shù)：
許多傳統(tǒng)圖像讀取器(例如手持和嵌入安裝的條形碼和機(jī)器碼讀取器)使 用基于電荷耦合器件(CCD)的圖像傳感器?；贑CD的圖像傳感器包括電耦合 的光敏性的光電二極管陣列，光敏二極管將入射光能轉(zhuǎn)換為電荷包。在操作中， 電荷包被轉(zhuǎn)移出CCD圖像傳感器以用于下一步處理。
一些圖像讀取器使用基于CMOS的圖像傳感器作為可選的成像技術(shù)。與CCD 一樣，基于CMOS的圖像傳感器包括光敏性的光電二極管陣列，光敏二極管將入 射光能轉(zhuǎn)換為電荷。然而，與CCD不同的是，基于CMOS的圖像傳感器允許二維 陣列中的每個(gè)像素被直接尋址。這樣的好處之一為，整幀圖像數(shù)據(jù)的子區(qū)域能 夠被單獨(dú)訪問?；贑MOS的圖像傳感器的另一個(gè)好處為通常來講他們的每個(gè)像 素的成本更低。這主要是由于CMOS圖像傳感器由生產(chǎn)例如微處理器等的普通集 成電路的大量晶圓生產(chǎn)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制造。除了降低成本外，普通制造 工藝意味著能夠?qū)MOS像素陣列與諸如時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器、數(shù)字邏輯電路、模/數(shù)轉(zhuǎn) 換器等其它標(biāo)準(zhǔn)電子裝置集成在一個(gè)單芯片上。而這樣的進(jìn)一步好處是，減小 了空間需求，并且降低了功率消耗。
基于CMOS的圖像讀取器傳統(tǒng)上使用巻簾式快門以曝光傳感器陣列中的多個(gè) 像素。在巻簾式快門機(jī)構(gòu)中，激活多行像素并且依次將其讀出。像素的曝光或
積分時(shí)間在重置像素的時(shí)間和讀出4象素值的時(shí)間之間。在圖2A中示出了這種才既 念。圖2A中，行a到行n中的每行的曝光由多個(gè)線條4&...化(通常為4)圖示。 每個(gè)線條的水平寬度8設(shè)計(jì)為對(duì)應(yīng)于一個(gè)單獨(dú)行的曝光時(shí)間。每個(gè)線條4的水 平位移代表時(shí)移周期(shifting time period)，在時(shí)移周期中，曝光每行像素。從 圖2A中可以看到，連續(xù)行的曝光期是交迭的。圖2B中更詳細(xì)地示出了關(guān)于巻 簾式快門機(jī)構(gòu)的時(shí)序圖。該時(shí)序圖的第二條線12和第三條線16分別表示行a 的重置定時(shí)信號(hào)和讀出定時(shí)信號(hào)。第四條線20和第五條線24分別表示行b的 重置定時(shí)信號(hào)和讀出定時(shí)信號(hào)。如兩個(gè)圖2A、圖2B所示，在將行a的值讀出之 前，開始曝光行b。由于在捕捉數(shù)據(jù)幀時(shí)必須曝光并且讀出幾百行〗象素，所以通 常地鄰近行像素的曝光期基本上交迭。如第一條線28上的照明定時(shí)信號(hào)所示， 具有交迭曝光期的巻簾式快門機(jī)構(gòu)要求，在捕捉數(shù)據(jù)幀所需的大致上所有時(shí)間 內(nèi)，照明源保持開啟，因此給所有行提供了照明。
搡作中，巻簾式快門機(jī)構(gòu)遭受至少兩個(gè)不利條件圖像失真和圖像模糊。 圖像失真是是像素的每行在不同時(shí)間曝光的典型產(chǎn)物。當(dāng)視覺記錄快速移動(dòng)的 物體時(shí)，圖像失真的影響最明顯。圖3中示出了使用巻簾式快門拍攝從左到右 經(jīng)過視野的公共汽車圖像像素50的代表圖像，示出的圖像表明了這種影響。當(dāng) 公共汽車的圖像54的頂行早于像素58的底行被拍攝時(shí)，并且當(dāng)公共汽車行駛 到左邊時(shí)，公共汽車的圖像像素58的底像素移動(dòng)到相對(duì)于公共汽車像素54的 頂行的左邊。
圖像模糊是圖像讀取器中巻簾式快門機(jī)構(gòu)中的通常需要長(zhǎng)曝光期的典型產(chǎn) 物。如上面所指出的，巻簾式快門機(jī)構(gòu)中的照明源必須在捕捉數(shù)據(jù)幀所需的大 致上所有時(shí)間內(nèi)保持開啟。由于電池和/或照明源的限制，捕捉整幀數(shù)據(jù)期間內(nèi) 提供的光對(duì)于短曝光時(shí)間通常來講是不夠的。沒有短曝光時(shí)間，導(dǎo)致模糊的影 響變得明顯。導(dǎo)致模糊影響的常見例子包括例如由于手持圖像讀取器的手抖動(dòng) 而使圖像傳感器移動(dòng)。
圖像讀取器需要克服現(xiàn)有CMOS圖像讀取器具有的圖像失真和圖像4莫糊的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明特征在于用于從目標(biāo)采集圖像數(shù)據(jù)的、基于互補(bǔ)金屬氧化
物半導(dǎo)體(CMOS)的圖像讀取器。基于CMOS的圖像讀取器包括基于CMOS的圖 像傳感器陣列、與基于CMOS的圖像傳感器陣列電連接的定時(shí)模塊。定時(shí)模塊在 曝光期能夠同時(shí)曝光基于CMOS的圖像傳感器陣列的整幀像素?；贑MOS的圖 像讀取器還包括照明模塊，照明模塊能夠在照明期照射目標(biāo)。照明模塊與定時(shí) 模塊電連接。基于CM0S的圖像讀取器進(jìn)一步包括與定時(shí)模塊和照明模塊電連接 的控制模塊?？刂颇K能夠使在照明期發(fā)生至少一部分曝光期。在基于CM0S的 圖像讀取器的一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)目標(biāo)照明包括在照明模塊中過激勵(lì)光源。在基 于CMOS的圖像讀取器的另一實(shí)施例，光源包括光敏二極管。在基于CM0S的圖 像讀取器的又一個(gè)實(shí)施例中，照明期開始之后開始曝光期，并且在照明期結(jié)束 之前結(jié)束曝光期。在基于CMOS的圖像讀取器的另一實(shí)施例中，在曝光期開始之 后開始照明期，并且曝光期結(jié)束之前結(jié)束照明期。在基于CM0S的圖像讀取器的 另一實(shí)施例中，在曝光期開始之前開始照明期，并且曝光期結(jié)束之前結(jié)束照明 期。在基于CMOS的圖像讀取器的再一個(gè)實(shí)施例中，曝光期的持續(xù)期小于3. 7毫 秒。在基于CMOS的圖像讀取器的各種實(shí)施例中，目標(biāo)包括符號(hào)體系，例如一維 條形碼(例如39碼或UPC代碼)或二維條形碼(例如PDF417條形碼、阿芝臺(tái) 克(Aztec)符號(hào)、或數(shù)據(jù)矩陣符號(hào))。
另一方面，本發(fā)明的特征在于一種從目標(biāo)采集圖像數(shù)據(jù)的、基于互補(bǔ)金屬 氧化物半導(dǎo)體(CMOS)的圖像讀取器?；贑MOS的圖像讀取器包括集成電路， 集成電路包括至少一個(gè)基于CMOS的圖像傳感器陣列和全局電子快門控制電路。 全局電子快門控制電路能夠生成曝光定時(shí)脈沖，曝光定時(shí)脈沖能夠使基于CMOS 的圖像傳感器陣列的大致上所有的整幀像素同時(shí)曝光。基于CM0S的圖像讀取器 還包括與集成電路電連接的光源。光源能夠響應(yīng)于照明控制定時(shí)脈沖而照射包 括符號(hào)體系的目標(biāo)。曝光控制定時(shí)脈沖期間，發(fā)生照明控制定時(shí)脈沖的至少一 部分。在基于CMOS的圖像讀取器的一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)目標(biāo)照明包括過激勵(lì)光源。 在基于CMOS的圖像讀取器的另一實(shí)施例中，光源包括光敏二極管。在基于CM0S 的圖像讀取器的再一個(gè)實(shí)施例中，照明期開始之后開始曝光期，并且照明期結(jié) 束之前結(jié)束曝光期。在基于CMOS的圖像讀取器的又一個(gè)實(shí)施例中，曝光期開始
之后開始照明期，曝光期結(jié)束之前結(jié)束照明期。在基于CMOS的圖像讀取器的另 一實(shí)施例中，曝光期開始之前開始照明期，并且在曝光期結(jié)束之前結(jié)束照明期。 在基于CMOS的圖像讀取器的再一個(gè)實(shí)施例中，曝光期的持續(xù)期小于3. 7毫秒。 在基于CMOS的圖像讀取器的各種實(shí)施例中，目標(biāo)包括符號(hào)體系，例如一維條形 碼(例如39碼或UPC代碼)或二維條形碼(例如PDF417條形碼、阿芝臺(tái)克符 號(hào)、或數(shù)據(jù)矩陣符號(hào))。
另一方面，本發(fā)明特征在于一種用于從目標(biāo)采集圖像數(shù)據(jù)的圖像讀取器。 圖像讀取器包括具有至少一個(gè)圖像傳感器陣列和曝光定時(shí)控制電路的集成電
路。曝光定時(shí)控制電路能夠生成曝光控制定時(shí)脈沖，曝光控制定時(shí)脈沖能夠同 時(shí)曝光圖像傳感器陣列中的大致上所有的像素。圖像讀取器還包括與集成電路 電連接的照明模塊。照明模塊包括能夠響應(yīng)于照明控制定時(shí)脈沖而照射目標(biāo)的 光源。在曝光控制定時(shí)脈沖期間，照明控制定時(shí)脈沖的至少一部分發(fā)生。在圖 像讀取器的一個(gè)實(shí)施例中，照明控制定時(shí)脈沖由照明模塊生成。在圖像讀取器 的另一實(shí)施例中，照明控制定時(shí)脈沖和曝光控制定時(shí)脈沖之間的交迭由控制模 塊調(diào)整，控制模塊與集成電路和照明模塊電連接。在圖像讀取器的又一個(gè)實(shí)施 例中，控制模塊包括微處理器。在圖像讀取器的一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)目標(biāo)照明包 括過激勵(lì)光源。在圖像讀取器的另一實(shí)施例中，光源包括發(fā)光二極管。在圖像 讀取器的又一個(gè)實(shí)施例中，照明期開始之后開始曝光期，并且照明期結(jié)束之前 結(jié)束曝光期。在圖像讀取器的另一實(shí)施例中，曝光期開始之后開始照明期，并 且曝光期結(jié)束之前結(jié)束照明期。在圖像讀取器的又一個(gè)實(shí)施例中，曝光期開始 之前開始照明期，并且曝光期結(jié)束之前結(jié)束照明期。在圖像讀取器的再一個(gè)實(shí) 施例中，曝光期的持續(xù)期小于3. 7毫秒。在基于CMOS的圖像讀取器的各種實(shí)施 例中，目標(biāo)包括符號(hào)體系，例如一維條形碼(例如39碼或UPC代碼)或二維條 形碼(例如PDF417條形碼、阿芝臺(tái)克符號(hào)、或lt據(jù)矩陣符號(hào))。
再一方面，本發(fā)明的特征在于一種從目標(biāo)采集圖像數(shù)據(jù)的方法。該方法包 括根據(jù)照明控制定時(shí)脈沖激活光源以照明目標(biāo)。在照明控制定時(shí)脈沖的持續(xù)期 內(nèi)，激活光源。該方法還包括同時(shí)激活多個(gè)像素以對(duì)入射輻射進(jìn)行光轉(zhuǎn)換。根 據(jù)曝光控制定時(shí)脈沖而激活多個(gè)像素。該方法進(jìn)一步包括在多個(gè)像素中的每個(gè) 的屏蔽部分中，存儲(chǔ)由多個(gè)像素中的每個(gè)采集的圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)曝光控制定時(shí) 脈沖而對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。本方法還進(jìn)一步包括從多個(gè)像素讀出圖像數(shù)據(jù)， 其中照明控制定時(shí)脈沖期間，至少一部分曝光控制定時(shí)脈沖發(fā)生。在一個(gè)實(shí)施 例中，該方法進(jìn)一步包括調(diào)整照明調(diào)整控制定時(shí)脈沖和曝光控制定時(shí)脈沖之間 的交迭。調(diào)整由控制模塊管理。在該方法的一個(gè)此實(shí)施例中，控制模塊包括微 處理器。在本方法的另一實(shí)施例中，對(duì)目標(biāo)照明包括過激勵(lì)照明模塊中的光源。 在該方法的附加實(shí)施例中，光源包括發(fā)光二才及管。在該方法的進(jìn)一步的實(shí)施例 中，響應(yīng)于曝光控制定時(shí)模塊的停止部分，進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。在該方法的 附加的實(shí)施例中，照明期開始之后開始曝光期，并且照明期結(jié)束之前結(jié)束曝光 期。在該方法的又一個(gè)實(shí)施例中，曝光期開始之后開始照明期，并且曝光期結(jié) 束之前結(jié)束照明期。在該方法的再一個(gè)實(shí)施例中，曝光期開始之前開始照明期， 并且曝光期結(jié)束之前結(jié)束照明期。在該方法的另一實(shí)施例中，曝光期的持續(xù)期
小于3. 7毫秒。在基于CMOS的圖像讀取器的各種實(shí)施例中，目標(biāo)包括符號(hào)體系， 例如一維條形碼(例如39碼或UPC代碼)或二維條形碼(例如PDF417條形碼、 阿芝臺(tái)克符號(hào)、或數(shù)據(jù)矩陣符號(hào))。
另 一方面，本發(fā)明的特征在于 一種用于從條形碼符號(hào)采集和處理?xiàng)l形碼數(shù) 據(jù)的條形碼圖像讀取器。圖像讀取器包括用于接收條形碼符號(hào)反射的光輻射的 二維像素陣列，二維像素陣列包括第一多個(gè)像素和第二多個(gè)像素，二維陣列能 夠讀出第一多個(gè)像素而與第二像素的讀出無關(guān)，像素中每個(gè)包括光敏區(qū)和絕光 屏蔽數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。圖像讀取器還包括用于將從條形碼符號(hào)的反射光輻射引導(dǎo)到 二維像素陣列上的光學(xué)組件。圖像讀取器還進(jìn)一步包括與二維像素陣列有關(guān)的 全局電子快門，全局電子快門能夠同時(shí)曝光二位陣列中大致上所有的像素。圖 像讀取器還包括處理器模塊，處理器模塊與二維像素陣列電連接，處理器模塊 能夠處理來自二位陣列像素的圖像數(shù)據(jù)，以生成經(jīng)過解碼的條形碼數(shù)據(jù)。在條 形碼圖像讀取器的一個(gè)實(shí)施例中，二維圖像傳感器陣列是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo) 體(CM0S)傳感器。在條形碼圖像讀取器的另一實(shí)施例中，處理圖像數(shù)據(jù)以生 成包括自動(dòng)識(shí)別多個(gè)條形碼類型的輸出數(shù)據(jù)。
另一方面，本發(fā)明的特征在于一種用于從目標(biāo)采集圖像數(shù)據(jù)的基于互補(bǔ)金
屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS )的圖像讀取器?；贑MOS的圖像讀取器包括基于CMOS 的圖像傳感器陣列，基于CMOS的圖像傳感器陣列包括第一多個(gè)像素和第二多個(gè) 像素，基于CMOS的圖像傳感器陣列能夠讀出第一多個(gè)像素，而與第二多個(gè)像素 的讀出無關(guān)，基于CMOS的圖像傳感器陣列的每個(gè)像素包括光敏區(qū)和絕光屏蔽數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)區(qū)?；贑MOS的圖像讀取器還包括與基于CMOS的圖像傳感器陣列電連 接的定時(shí)模塊，定時(shí)模塊設(shè)置為在曝光期同時(shí)曝光基于CMOS的圖像傳感器陣列 的整幀像素?；贑MOS的圖像傳感器陣列還包括照明模塊，照明模塊設(shè)置為在 照明期照射目標(biāo)，并且照明模塊與定時(shí)模塊電連接?；贑MOS的圖像傳感器陣 列還包括與定時(shí)模塊和照明模塊電連接的控制模塊，并且控制模塊設(shè)置為在照 明期至少 一部分曝光期發(fā)生。
另一方面，本發(fā)明的特征在于一種用于從目標(biāo)采集圖像數(shù)據(jù)的、基于互補(bǔ) 金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)的圖像讀取器?；贑MOS的圖像器讀取包括具有至 少一個(gè)基于CMOS的圖像傳感器陣列的集成電路，圖像傳感器陣列包括第一多個(gè) 像素和第二多個(gè)像素，基于CMOS的圖像傳感器陣列能夠讀出第一多個(gè)像素，而 與第二多個(gè)像素的讀出無關(guān)，基于CMOS的圖像傳感陣列的每個(gè)像素包括光敏區(qū) 和絕光屏蔽數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)?；贑MOS的圖像傳感器陣列還包括全局電子快門控制 電路，全局電子快門控制電路設(shè)置為生成曝光控制定時(shí)脈沖，曝光控制定時(shí)脈 沖能夠同時(shí)曝光基于CMOS的圖像傳感器陣列的大致上所有的整幀像素?；?CMOS的圖像傳感器陣列還包括光源，光源設(shè)置為根據(jù)照明控制定時(shí)脈沖照射目 標(biāo)，光源與集成電路電連接。在基于CMOS的圖像讀取器的操作中，照明控制定 時(shí)脈沖與曝光控制定時(shí)脈沖的至少一部分交迭。在基于CMOS的圖像讀取器的一 個(gè)實(shí)施例中，對(duì)目標(biāo)照明包括過激勵(lì)照明模塊中的光源。在基于CMOS的讀取器 的另一實(shí)施例中，光源包括發(fā)光二極管。在基于CMOS的圖像讀取器的又一個(gè)實(shí) 施例中，曝光控制定時(shí)脈沖的持續(xù)期比照明控制定時(shí)脈沖短。在基于CMOS的圖 像讀取器的另一實(shí)施例中，照明控制定時(shí)脈沖的持續(xù)期比曝光控制定時(shí)脈沖短。 在基于CMOS的圖^f象讀取器的又一個(gè)實(shí)施例中，曝光控制定時(shí)脈沖開始之前開始 照明控制定時(shí)脈沖，并且曝光控制定時(shí)脈沖結(jié)束之前結(jié)束照明控制定時(shí)脈沖。
在基于CMOS的圖像讀取器的另 一實(shí)施例中，曝光控制定時(shí)脈沖的持續(xù)期小于3. 7
毫秒。在基于CMOS的圖像讀取器的再一個(gè)實(shí)施例中，目標(biāo)包括符號(hào)體系。在一 個(gè)此實(shí)施例中，符號(hào)體系是一維條形碼。在另一個(gè)此實(shí)施例中，符號(hào)體系是二 維條形碼。在一個(gè)此實(shí)施例中，二維條形碼是PDF417條形碼。
另 一 方面，本發(fā)明的特征在于一種用于從條形碼采集圖像數(shù)據(jù)的條形碼圖 像讀取器。圖像讀取器包括具有至少一個(gè)二維圖像傳感器陣列的集成電路，二 維圖像傳感器陣列包括多個(gè)有源像素，每個(gè)有源像素包括至少一個(gè)屏蔽數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)區(qū)，二維圖^f象傳感器陣列可以應(yīng)用傳遞函數(shù)(transfer function)，以將入 射光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為輸出電壓，傳遞函數(shù)包括具有第一斜率的第一區(qū)域和具有第二 斜率的第二區(qū)域，當(dāng)入射光強(qiáng)度高于指定水平，二維圖像傳感器陣列能夠應(yīng)用 傳遞函數(shù)的第二區(qū)域，當(dāng)入射光強(qiáng)度低于指定水平，二維圖像傳感器陣列能夠 應(yīng)用傳遞函數(shù)的第一區(qū)域。條形碼圖像讀取器還包括曝光定時(shí)控制電路，曝光 定時(shí)控制電路設(shè)置為生成曝光控制定時(shí)脈沖，曝光定時(shí)控制脈沖能夠同時(shí)曝光 圖像傳感器陣列中的所有的或者大致上所有的像素以光轉(zhuǎn)換入射輻射。在一個(gè) 實(shí)施例中，曝光控制定時(shí)脈沖的持續(xù)期小于3.7毫秒。在另一實(shí)施例中，二維 圖像陣列傳感器的動(dòng)態(tài)范圍大于65分貝。
再一方面，本發(fā)明的特征在于一種自動(dòng)聚焦圖像讀取器的方法。該方法包 括使用光學(xué)系統(tǒng)將由目標(biāo)反射的光能引導(dǎo)到圖像傳感器上。該方法還包括在幀 曝光期依次曝光圖像傳感器中的多行像素，巾貞曝光期定義為從多行中第一個(gè)曝 光開始持續(xù)到多行中最后一個(gè)曝光結(jié)束的持續(xù)時(shí)間。該方法還包括從第一設(shè)置 到第二設(shè)置步進(jìn)地改變光學(xué)系統(tǒng)，第一設(shè)置為當(dāng)位于到圖像讀取器第一距離處 的物體的清晰圖像形成在圖像傳感器上時(shí)的設(shè)置，第二設(shè)置為當(dāng)位于到圖像讀 取器第二距離處的物體的清晰圖像形成在圖像傳感器上時(shí)的設(shè)置。該方法還包 括從圖像傳感器中的多行像素讀出多行圖像數(shù)據(jù)，其中，在至少一部分幀曝光 期，光學(xué)系統(tǒng)步進(jìn)地改變光學(xué)系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括根據(jù)在圖 像傳感器上形成的目標(biāo)的清晰圖像，分析多行圖像數(shù)據(jù)，以為光學(xué)系統(tǒng)確定合 適的設(shè)置。在另一實(shí)施例中，該方法還包括同時(shí)曝光圖像傳感器中的多行以生 成目標(biāo)圖像。在該方法的一個(gè)實(shí)施例中，圖像讀取器中鄰近行像素的曝光期互 相交迭。在該方法的另一實(shí)施例中，目標(biāo)包括符號(hào)體系。在一個(gè)此實(shí)施例中，
符號(hào)體系是一維條形碼。在另一個(gè)此實(shí)施例中，符號(hào)體系是二維條形碼。
另一方面，本發(fā)明特征在于一種具有自動(dòng)聚焦性能的圖像讀取器。圖像讀 取器包括具有至少一個(gè)圖像傳感器陣列的集成電路。圖像讀取器還包括能夠?qū)?目標(biāo)的反射光引導(dǎo)到圖像傳感器陣列上的光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)具有多個(gè)焦距i殳 置，第 一焦距設(shè)置對(duì)應(yīng)于位于到圖像讀取器第 一距離處的物體形成在圖像傳感 器上的清晰圖像，第二焦距設(shè)置對(duì)應(yīng)于位于到圖像讀取器第二距離處的物體形 成在圖像傳感器上的清晰圖像。圖像讀取器還包括巻簾式快門控制模塊，巻簾 式快門控制模塊設(shè)置為依次曝光圖像傳感器陣列中的多行像素，以采集聚焦的 圖像數(shù)據(jù)。圖像讀取器還包括自動(dòng)聚焦模塊，自動(dòng)聚焦模塊設(shè)置為分析聚焦的 圖像數(shù)據(jù)，以確定目標(biāo)的焦距設(shè)置，該目標(biāo)的焦距設(shè)置對(duì)應(yīng)于形成在圖像傳感 器上的目標(biāo)的清晰圖像，其中，在巻簾式快門控制模塊依次曝光多行像素的至 少一部分的期間中，光學(xué)系統(tǒng)能夠從第一焦距設(shè)置到第二焦距設(shè)置步進(jìn)變化。 在一個(gè)實(shí)施例中，圖像讀取器還包括全局電子快門控制模塊，全局電子快門控 制模塊設(shè)置為一旦確定目標(biāo)的焦距設(shè)置，則同時(shí)曝光圖像傳感器陣列中的多行 像素，以采集幀圖像數(shù)據(jù)。在圖像讀取器的進(jìn)一步實(shí)施例中，巻簾式快門控制 模塊和全局電子快門控制模塊集成在同一個(gè)集成電路上，該集成電路包含圖像 傳感器陣列。在圖像讀取器的進(jìn)一步實(shí)施例中，巻簾式快門控制模塊和全局電 子快門控制模塊包含在一個(gè)圖像陣列控制模塊中。在圖像讀取器的另 一實(shí)施例 中，巻簾式控制模塊能夠使鄰近行的像素的曝光期相互交迭。
另 一方面，本發(fā)明的特征在于一種用于使環(huán)境光圖像劣化減到最小的圖像 讀取器。圖像讀取器包括具有至少一個(gè)圖像傳感器陣列的集成電路，圖像傳感 器陣列提供一個(gè)適用于光強(qiáng)度判斷的信號(hào)。圖像讀取器還包括巻簾式快門控制 模塊，巻簾式快門控制模塊設(shè)置為依次曝光圖像傳感器陣列中的多行像素。圖 像讀取器還包括全局電子快門控制模塊，全局電子快門控制模塊設(shè)置為同時(shí)曝 光圖像傳感器陣列中的多行像素，其中，能夠根據(jù)適用于光強(qiáng)度判斷的信號(hào)， 而選擇巻簾式快門控制模塊和全局電子快門控制模塊中的一個(gè)，以控制圖像傳 感器陣列。在圖像讀取器的一個(gè)實(shí)施例中，用于光強(qiáng)度判斷的信號(hào)包括與圖像 讀取器的光源強(qiáng)度有關(guān)的信號(hào)。在圖像讀取器的另一實(shí)施例中，適合光強(qiáng)度判 斷的信號(hào)可用于確定最小積分時(shí)間是否足夠。在圖像讀取器的進(jìn)一步的實(shí)施例 中，適合光強(qiáng)度判斷的信號(hào)用于判斷當(dāng)前環(huán)境狀況的曝光時(shí)間(也稱為積分時(shí) 間)是否小于計(jì)算的最小積分時(shí)間。在圖像讀取器的另一實(shí)施例中，巻簾式快 門控制模塊和全局電子快門控制模塊集成在在同一集成電路上，該集成電路包 含圖像傳感器陣列。
另一方面，本發(fā)明的特征在于一種使圖像讀取器采集的圖像數(shù)據(jù)退化減到 最小的方法。該方法包括確定與環(huán)境光強(qiáng)度有關(guān)的至少一個(gè)參數(shù)，并且分析此 參數(shù)。本方法還包括根據(jù)至少一個(gè)參數(shù)的分析，對(duì)圖像讀取器中的圖像傳感器 陣列從全局電子快門控制模式到巻簾式快門控制模式的轉(zhuǎn)換控制。在該方法的 一個(gè)實(shí)施例中，該至少一個(gè)參數(shù)包括當(dāng)前環(huán)境狀況的曝光時(shí)間。在該方法的另 一實(shí)施例中，該至少 一個(gè)參數(shù)的分析包括計(jì)算當(dāng)前環(huán)境狀況的曝光時(shí)間與預(yù)定 曝光時(shí)間的比率。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，預(yù)定曝光時(shí)間是基于圖像讀取器的 光源提供的照明。在該方法的另一實(shí)施例中，分析至少一個(gè)參數(shù)包括確定環(huán)境 光強(qiáng)度與圖像讀取器的光源強(qiáng)度的比率是否超過預(yù)定閾值。
參考下述的描述和權(quán)利要求書，本發(fā)明前述的和其它的目的、方面、特征、 以及有益效果將更加明顯。


參考下述的附圖、權(quán)利要求書，將更容易理解本發(fā)明的目的和特征。附圖 不限制保護(hù)范圍，而應(yīng)該把重點(diǎn)放在對(duì)本發(fā)明的原理的描述上。在附圖中，相 同的標(biāo)注用于指示各個(gè)不同視圖中的相同部件。
圖1A是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的圖像讀取器的一個(gè)實(shí)施例的框圖； 圖1B是用于本發(fā)明的自動(dòng)識(shí)別模塊的示意性框圖1C是實(shí)現(xiàn)包括在不同數(shù)據(jù)表單類型之間自動(dòng)識(shí)別的本發(fā)明原理的流程；
圖2A示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)使用巻簾式快門機(jī)構(gòu)的圖像傳感器的操作；
圖2B是相對(duì)于圖2A所示的用于現(xiàn)有技術(shù)巻簾式快門機(jī)構(gòu)的時(shí)序圖3是由現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器拍攝的圖像；
圖4A是與本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例相應(yīng)的電路框圖4B是與本發(fā)明另一具體實(shí)施例相應(yīng)的電路框圖5A是根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的圖像讀取器中的照明模塊的一個(gè)實(shí)施例的框
圖5B是根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的圖像讀取器中的圖像采集模塊的一個(gè)實(shí)施例 的框圖6是根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的手持圖像讀取器的一個(gè)實(shí)施例的透視圖； 圖7是根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的圖像讀取器的一個(gè)實(shí)施例的原理性框圖； 圖8A是應(yīng)用于圖7所示的圖像讀取器一個(gè)實(shí)施例的現(xiàn)有技術(shù)中圖像傳感器
陣列一個(gè)實(shí)施例的部分示意圖8B和8C是應(yīng)用于圖7所示的圖像讀取器的一個(gè)實(shí)施例的現(xiàn)有技術(shù)的像
素結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的剖視圖9是根據(jù)本發(fā)明原理用于采集圖像數(shù)據(jù)的過程的一個(gè)實(shí)施例的流程圖IOA、 IOB、 10C以及IOD是圖9所示過程的各種實(shí)施例的時(shí)序圖10E示出了包括多個(gè)單獨(dú)脈沖的照明控制定時(shí)脈沖；
圖ll是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器的部分原理圖12是圖11所示的現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器的時(shí)序圖13是根據(jù)本發(fā)明原理用于自動(dòng)聚焦處理的一個(gè)實(shí)施例的流程圖14是根據(jù)本發(fā)明原理用于改變操作模式的處理的一個(gè)實(shí)施例的流程圖15A、 15B、以及15C是根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造便攜數(shù)據(jù)終端圖像讀取器的
一個(gè)實(shí)施例的各種視圖16是圖15A、 15B、以及15C所示的便攜數(shù)據(jù)終端圖4象讀取器一個(gè)實(shí)施例
的電路框圖17A示出了可應(yīng)用于本發(fā)明的多個(gè)曲面檢測(cè)圖的一個(gè)實(shí)施例；
圖17B示出了可應(yīng)用于本發(fā)明的多個(gè)曲面檢測(cè)圖的另 一實(shí)施例；
圖18是可以在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中使用的直方圖分析示意圖19A至圖19D是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像數(shù)據(jù)分隔處理的示意圖20是根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的透鏡驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施例的原理框圖21、 22A、及22B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的聚焦程度檢測(cè)過程的圖表說明；
圖23、 24、 25、 26、以及27是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施可以應(yīng)用的各種聚焦過程的 流程圖28A、 28B、以及28C示出了圖像傳感器像素陣列，其中，陰影區(qū)表示當(dāng) 圖像傳感器陣列以窗口幀操作模式被搡作時(shí)，可以被選擇性地尋址并且被讀出 的多組位置上鄰近的像素；
圖29、 30A、 30B示出了可以用于本發(fā)明實(shí)施例的聚焦程度檢測(cè)過程的圖表；
圖31和32示出了可以4艮據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例實(shí)行的附加處理的流程圖3 3是根據(jù)本發(fā)明的成像模塊的分解裝配視圖34是圖33中示出的成#^莫塊的前視圖35是圖33中示出的組裝的成<|^莫塊的側(cè)視圖36是帶有條形碼符號(hào)、其上具有投影的照明圖和目標(biāo)圖、并且其上描繪 有根據(jù)本發(fā)明圖像讀取器的整幀視域的底板，該底板投影出照明圖和目標(biāo)圖； 以及
圖37是描述具有以不同波段發(fā)光的LED的本發(fā)明的各種實(shí)施例的圖表。 發(fā)明的詳細(xì)描述
本發(fā)明的特征為一種圖像讀取器和一種相應(yīng)的捕捉目標(biāo)的清晰而不失真的 圖像的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，圖像讀取器包括二維的基于CMOS的圖像傳感 器陣列、定時(shí)模塊、照明模塊、以及控制模塊，它們相互之間均為電連接。照 明模塊將光線照在諸如符號(hào)體系(例如一維或者二維條形碼)的目標(biāo)上，以便 圖像傳感器陣列能夠采集反射光并且進(jìn)行處理。目標(biāo)被照射的時(shí)間稱作照明期。 圖像傳感器陣列對(duì)圖像的捕捉由定時(shí)模塊驅(qū)動(dòng)，在一個(gè)實(shí)施例中，定時(shí)模塊能 夠同時(shí)曝光此陣列中所有的或者大致上所有的像素。傳感器陣列中像素的同時(shí) 曝光能夠使圖像讀取器捕捉到非失真的圖像。把共同地激活像素以將入射光光 轉(zhuǎn)換為電荷的時(shí)間定義為傳感器陣列的曝光期。當(dāng)曝光期結(jié)束時(shí)，將聚集電荷 轉(zhuǎn)移到屏蔽的存儲(chǔ)區(qū)，直到數(shù)據(jù)被讀出。在一個(gè)實(shí)施例中，曝光期和照明期由 控制模塊來控制。在一個(gè)此實(shí)施例中，控制模塊使照明期間發(fā)生至少一段曝光 期。通過在弱環(huán)境光的情況下充分縮短照明期或者曝光期，或者在強(qiáng)環(huán)境光的 情況下充分縮短曝光期，本發(fā)明的圖像讀取器能夠捕捉到大致上不模糊的圖像。
參照?qǐng)D1A,示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的普通圖像讀取器100的框圖。普通圖
像讀取器包括下列模塊中的一個(gè)或者多個(gè)照明模塊104、圖像采集模塊108、 控制模塊112、存儲(chǔ)模塊116、輸入/輸出模塊120、激勵(lì)模塊124、用戶反饋才莫 塊128、顯示模塊132、用戶接口模塊134、射頻辨識(shí)(RFID)模塊136、智能 卡模塊140、磁條卡模塊144、解碼模塊150、自動(dòng)識(shí)別模塊152、和/或一個(gè)或 者多個(gè)電源模塊168、以及鏡頭驅(qū)動(dòng)器模塊165。在不同實(shí)施例中，這些模塊中 的每一個(gè)可以與一個(gè)或者多個(gè)其它模塊相結(jié)合。在一個(gè)實(shí)施例中，圖像讀取器 100包括具有基于整幀電子全局快門的圖像傳感器的條形碼圖像讀取器，圖像傳 感器能夠同時(shí)曝光圖像傳感器中大致上所有的像素。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中， 圖像傳感器是基于CMOS的圖像傳感器。在另一個(gè)這樣的實(shí)施例中，圖像傳感器 是基于CCD的圖像傳感器。
當(dāng)接收由控制模塊112傳送的圖像數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)表單解碼模塊150 (也可以 為條形碼符號(hào)數(shù)據(jù)表單解碼模塊)可以搜索用于標(biāo)記的圖像數(shù)據(jù)，諸如靜止區(qū)， 數(shù)據(jù)表單存在的指示，諸如一維或二維條形碼。如果潛在的數(shù)據(jù)表單被定位， 則數(shù)據(jù)表單解碼模塊150對(duì)圖像數(shù)據(jù)應(yīng)用一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)表單解碼算法。如果 解碼嘗試成功，則圖像讀取器通過1/0模塊120輸出經(jīng)過解碼的數(shù)據(jù)表單數(shù)據(jù)， 并且發(fā)出讀取成功的報(bào)警信號(hào)，比如通過用戶接口模塊134發(fā)出蜂鳴聲。
圖像讀取器100還可以包括自動(dòng)識(shí)別模塊152。參考圖1B,自動(dòng)識(shí)別模塊152 可以包含數(shù)據(jù)表單解碼模塊150和圖像處理和分析模塊1208，數(shù)據(jù)表單解碼才莫 塊150和圖像處理和分析模塊1208之間相互電連接。
如本實(shí)施例所示，圖像處理和分析模塊1208包括特征提取模塊1212、通用 分類模塊1216、簽名數(shù)據(jù)處理模塊1218、 0CR解碼模塊1222、以及圖形分析模 塊1224，這些模塊之間相互電連接。另外，如圖1B所示，特征提取模塊1212 包括二元數(shù)據(jù)匯編模塊1226、隔行疏化模塊1228、以及巻積模塊1230,這些模 塊之間相互電連接。
圖1C示出了應(yīng)用本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的過程1300,本發(fā)明的該實(shí)施例利用了 圖1B中示出的自動(dòng)識(shí)別模塊。過程1300包括圖像讀取器記錄使動(dòng)事件(例如 當(dāng)動(dòng)作模塊124檢測(cè)到的扳機(jī)信號(hào))(步驟1302 )，以及作為響應(yīng)，使用圖像 讀取器IOO從目標(biāo)采集圖像數(shù)據(jù)(步驟1304 )。圖像數(shù)據(jù)的采集步驟與諸如過
程300、過程400 (該過程被使用兩次，見圖13、圖23、圖24 )、過程600、 過程800等相一致。采集之后，將圖像數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)表單解碼模塊150 (步驟 1308 )。數(shù)據(jù)表單解碼模塊搜索圖像數(shù)據(jù)的標(biāo)記，例如靜止區(qū)，數(shù)據(jù)表單存在 的指示，例如一維或二維條形碼(步驟1310)。如果潛在的數(shù)據(jù)表單被確定， 則數(shù)據(jù)表單解碼模塊150對(duì)隨后的圖像數(shù)據(jù)施加一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)表單解碼算法 (步驟1314)。如果解碼嘗試成功，則圖像讀取器IOO輸出經(jīng)過解碼的數(shù)據(jù)表 單數(shù)據(jù)(步驟1318 ),并且使用例如蜂鳴聲的報(bào)警發(fā)送讀成功的信號(hào)(步驟1322 )。
在一個(gè)實(shí)施例中，如果解碼嘗試失敗，則將圖像數(shù)據(jù)傳送到圖像處理和分 析模塊1208 (步驟1326 )。在另一實(shí)施例中，對(duì)圖像數(shù)據(jù)的處理和對(duì)數(shù)據(jù)表單 數(shù)據(jù)解碼的嘗試并行進(jìn)行。在這樣一個(gè)實(shí)施例中，首先完成的處理(例如，數(shù) 據(jù)表單解碼嘗試或者圖像處理)輸出它的數(shù)據(jù)(例如，經(jīng)過解碼的條形碼或者 捕捉的特征)，并且結(jié)束另一個(gè)并行處理。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，根據(jù)數(shù)據(jù)表 單的解碼而處理圖像數(shù)據(jù)。在這樣一個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)該捕捉條形碼代碼化的項(xiàng) 目信息，諸如運(yùn)送標(biāo)號(hào)號(hào)碼和指示特征標(biāo)記的信息。
在圖像處理和分析模塊1208中，圖像數(shù)據(jù)由特征提取模塊1212來處理。 通常，特征提取模塊生成表示圖像數(shù)據(jù)特征的數(shù)字輸出。如上所示，圖像數(shù)據(jù) 特征指的是圖像數(shù)據(jù)中包含的數(shù)據(jù)類型特征。特征的通常類型包括一維或者二 維條形碼特征、標(biāo)記特征、圖形特征、打印文本特征、手寫文本特征、圖畫或 者圖像特征、以及照片特征等等。在任何種類特征中，有時(shí)特征的子種類能夠 -故識(shí)別。
作為特征提取模塊1212處理圖像數(shù)據(jù)的一部分，圖像數(shù)據(jù)由二元數(shù)據(jù)匯編 模塊1226處理(步驟1328 ) 。 二元數(shù)據(jù)匯編模塊1226根據(jù)局部閾值和目標(biāo)圖 像大小標(biāo)準(zhǔn)化，將灰度等級(jí)圖像二元數(shù)據(jù)匯編為二進(jìn)制圖像。隨著圖像數(shù)據(jù)被 二元數(shù)據(jù)匯編，圖像數(shù)據(jù)由隔行疏化模塊1228處理，以將多像素粗線段簡(jiǎn)化為 單像素粗線(步驟1332 )。隨著被二元數(shù)據(jù)隔行疏化圖像數(shù)據(jù)，圖像數(shù)據(jù)由巻 積模塊U30處理(步驟1336 )。
通常，巻積模塊1230使用根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的一個(gè)或者多個(gè)檢測(cè)圖，對(duì)處理 過的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行巻積，以識(shí)別各種圖像數(shù)據(jù)中的特征。在一個(gè)實(shí)施例中，巻 積模塊1230為每個(gè)巻積的檢測(cè)圖生成一對(duì)數(shù)字，即平均數(shù)、以及方差(或標(biāo)準(zhǔn) 差)。圖17A示出了一組12個(gè)2x3二元曲線波檢測(cè)圖1250,用于^r測(cè)圖傳4G居 中存在的曲線元素。由于每個(gè)曲線波4企測(cè)圖1250與圖傳4t據(jù)巻積，生成的平均 值和方差提供了具有與巻積檢測(cè)圖12 5 0相似形狀的二元匯編的隔行疏化圖像數(shù) 據(jù)中的元素的密度或者存在的指示。由于每個(gè)像素圖生成一對(duì)數(shù)字，12個(gè)曲線 波檢測(cè)圖1250 —共生成24個(gè)數(shù)字。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，這些24個(gè)數(shù)字代表處理 過的圖像數(shù)據(jù)的曲線或者標(biāo)記特征。
圖像數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理包括特征提取模塊1212的輸出進(jìn)入通用分類模塊 1216 (步驟1340 )。通用分類模塊1216使用特征提取才莫塊生成的數(shù)字作為到神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、均方誤差分類器等的輸入。使用這些工具將這些圖像數(shù)據(jù)分到通用分 類中。在使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施例中，不同神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與本發(fā)明一致，以完成 不同的操作優(yōu)化和特性。在使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)實(shí)施例中，通用分類模塊1212 包括24+12+6+1=43個(gè)節(jié)點(diǎn)前饋、后傳播多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。輸入層具有24個(gè)節(jié)點(diǎn)， 用于由使用12個(gè)曲線波檢測(cè)圖1250的巻積模塊1230生成的平均數(shù)和方差輸出。 在這個(gè)實(shí)施例的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，包括具有12個(gè)節(jié)點(diǎn)的隱蔽層和具有6個(gè)節(jié)點(diǎn)的隱 蔽層。此處還具有一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)，以報(bào)告標(biāo)記特征存在與否。
在使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的另一實(shí)施例中，巻積模塊1230使用了圖17B示出的20 個(gè)曲線波檢測(cè)圖1260。如圖所示，20個(gè)曲線波4企測(cè)圖1260包括圖17A中最初 的12個(gè)曲線波檢測(cè)圖1250。另外8個(gè)像素圖1260用于提供關(guān)于標(biāo)記特征的方 向信息。在使用20個(gè)曲線波檢測(cè)圖1260的一個(gè)實(shí)施例中，通用分類模塊216 是具有40+40+20+9 = 109個(gè)節(jié)點(diǎn)前饋、反向傳播多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。輸入層具有 40個(gè)節(jié)點(diǎn)，用于由^f吏用20個(gè)曲線波;險(xiǎn)測(cè)圖1260的巻積;漠塊1230生成的20對(duì) 平均數(shù)和方差輸入。在這個(gè)實(shí)施例的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，分別具有40個(gè)節(jié)點(diǎn)和20個(gè) 節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)隱蔽層， 一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)用于報(bào)告標(biāo)記特征存在與否，并且8個(gè)輸出 節(jié)點(diǎn)報(bào)告標(biāo)記特征的方向角度。8個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)提供28=256種可能的方位狀態(tài)。 因此，方向角度設(shè)定在0至360的角度之間，以1.4角度增加。
在一些實(shí)施例中，通用分類模塊1216能夠?qū)?shù)據(jù)分類到種類的擴(kuò)展集合中。 例如，在一些實(shí)施例中，通用分類模塊1216確定圖像數(shù)據(jù)是否包括不同的數(shù)據(jù) 類型，例如簽名、數(shù)據(jù)表單、手寫文本、打印文本、機(jī)器可讀文本、0CR數(shù)據(jù)、 圖形、圖片、圖像、表格(例如，運(yùn)輸貨單、提貨單、身份證等)、指紋，生 物測(cè)定(例如指紋、人臉圖像、視網(wǎng)膜掃描等)、和/或其它類型的標(biāo)識(shí)符。在 進(jìn)一步的實(shí)施例中，通用分類模塊1216確定圖像數(shù)據(jù)是否包括這些數(shù)據(jù)類型的 各種組合。在一些實(shí)施例中，通用分類模塊1216確定圖像數(shù)據(jù)是否包括特定的 數(shù)據(jù)類型。在一個(gè)此實(shí)施例中，圖像處理和分析模塊1208包含在識(shí)別才莫塊中， 識(shí)別模塊根據(jù)圖像數(shù)據(jù)中是否存在特定數(shù)據(jù)類型(例如簽名或者生物測(cè)定)， 而輸出肯定或者否定回答。
在一個(gè)實(shí)施例中， 一旦確認(rèn)了標(biāo)記特征存在，并且確定了它的大體方位， 則將圖像數(shù)據(jù)傳送到標(biāo)記特征數(shù)據(jù)處理模塊1218 (步驟1334 )。在一個(gè)實(shí)施例 中，標(biāo)記特征數(shù)據(jù)處理模塊1218用于;^r測(cè)圖像數(shù)據(jù)中簽名的邊界。在一個(gè)實(shí)施 例中，使用直方圖分析來檢測(cè)簽名的邊界。如圖18所示，直方圖分析包括一系 列沿著相對(duì)于標(biāo)記特征方向定義的垂直方向和水平方向的一維切片。在一個(gè)實(shí) 施例中，每個(gè)一維切片的值與沿著像素切片的黑像素的數(shù)量(即，0值)對(duì)應(yīng)。 在一些實(shí)施例中，如果條形碼沒有被解碼，則捕捉整幀圖像數(shù)據(jù)的一些指定區(qū) (例如中心區(qū))，以用于簽名分析。 一旦完成，直方圖分析提供圖像數(shù)據(jù)中數(shù) 據(jù)元素像素的密度的二維圖。簽名邊界相對(duì)于最小密度確定， 一定數(shù)量的連續(xù) 切片必須達(dá)到這個(gè)最小密度。在一個(gè)實(shí)施例中，直方圖分析沿著垂直和水平方 向在內(nèi)部搜索，直到像素密度升高到大于預(yù)定的截至閾值。由于通常使用低截 至閾值，使得標(biāo)記特征數(shù)據(jù)不會(huì)因疏忽而被裁剪。
在一個(gè)實(shí)施例中， 一旦確定了標(biāo)記特征的邊界，則標(biāo)記特征數(shù)據(jù)處理模塊 1218裁剪圖像數(shù)據(jù)并且提取標(biāo)記特征圖像數(shù)據(jù)。在一個(gè)此實(shí)施例中，由圖像修 改模塊進(jìn)行裁剪，并且圖像修改模塊生成修改后的圖像數(shù)據(jù)，修改后的圖像數(shù) 據(jù)中不包括標(biāo)記特征的圖像數(shù)據(jù)的部分已經(jīng)被刪除。在其它實(shí)施例中，應(yīng)用各 種壓縮技術(shù)以減少標(biāo)記特征圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求。 一個(gè)此技術(shù)包括通過行程長(zhǎng) 度解碼標(biāo)記特征圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)此技術(shù)，用于每個(gè)掃描線的相似二元數(shù)據(jù)匯編 值的每個(gè)行程長(zhǎng)度(即，
括矢量。根據(jù)這個(gè)解碼技術(shù)，標(biāo)記特征分解為矢量集。每個(gè)矢量的位置與每個(gè) 矢量的長(zhǎng)度和方向結(jié)合，用于重建原始標(biāo)記特征。在一個(gè)此實(shí)施例中，只要連 續(xù)像素行程的曲率超過指定值，則解碼處理生成新矢量。進(jìn)一步的壓縮技術(shù)應(yīng)
用B-樣條曲線擬合。這個(gè)技術(shù)能夠嚴(yán)格地調(diào)節(jié)曲率和尺度轉(zhuǎn)換問題。
在各種實(shí)施例中，標(biāo)記特征圖像數(shù)據(jù)或者壓縮或解碼版本的標(biāo)記特征圖虧象 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地的專用存儲(chǔ)器設(shè)備上。在一個(gè)此實(shí)施例中，本地存儲(chǔ)設(shè)備可以 是以下詳細(xì)描述的例如CF存儲(chǔ)卡等可間隔分離的存儲(chǔ)設(shè)備。在另 一實(shí)施例中， 標(biāo)記特征圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在通用存儲(chǔ)器的揮發(fā)或者不揮發(fā)的部分，并且在將來下 載。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，在捕捉的時(shí)候或者以后時(shí)間點(diǎn)(例如，當(dāng)完成數(shù)據(jù) 采集話路時(shí))，能夠通過有線或者無線手段發(fā)射標(biāo)記特征圖像數(shù)據(jù)。
在另 一實(shí)施例中， 一旦確定了標(biāo)記特征的存在，標(biāo)記特征數(shù)據(jù)處理模塊218 不執(zhí)行直方圖分析，而只在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)完整圖像或者壓縮版本的圖像。在另 一實(shí)施例中，為了節(jié)省處理時(shí)間，在較低分辨率的圖像上進(jìn)行初始圖像分析。 在這個(gè)實(shí)施例中， 一旦確定標(biāo)記特征的存在，將拍攝更高分辨率的圖像。在一 個(gè)此實(shí)施例中，在這個(gè)圖像上執(zhí)行標(biāo)記特征提取直方圖分析。接下來，將圖像 以壓縮或者原始格式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上。在一些實(shí)施例中，圖像數(shù)據(jù)與其它數(shù)據(jù) 結(jié)合以形成特定項(xiàng)目(例如，包裹信封或運(yùn)輸信封)的記錄。如上所述，圖像 讀取器100能夠采集一些附加數(shù)據(jù)，并且與標(biāo)記特征數(shù)據(jù)一起存儲(chǔ)或者從標(biāo)記 特征數(shù)據(jù)中間隔分離出來，附加數(shù)據(jù)包括但是不限于數(shù)據(jù)表單數(shù)據(jù)、手寫文本 數(shù)據(jù)、打字文本數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、圖像或者圖片數(shù)據(jù)等。
作為操作的一部分，圖像處理和分析模塊1208能夠設(shè)計(jì)為執(zhí)行不同數(shù)據(jù)類 型的特定任務(wù)。例如，如果通用分類模塊1216判斷出圖像數(shù)據(jù)包括打字或者機(jī) 器可讀文本，則圖像數(shù)據(jù)能夠被采集，或者被直方圖分析，并且存儲(chǔ)，或者可 選地，圖像數(shù)據(jù)能夠被傳送給OCR解碼模塊1222。類似地，如果通用分類模塊 1216判斷出圖像數(shù)據(jù)包括圖形元素，則圖像數(shù)據(jù)能夠被傳送給圖形分析模塊 1224進(jìn)行處理。在一個(gè)實(shí)施例中，圖形分析模塊1224設(shè)置為識(shí)別和解碼預(yù)定圖 像。在一個(gè)此實(shí)施例中，圖形分析可以包括確定選擇了運(yùn)輸標(biāo)簽上的文件帳單 和安裝指示中的哪一個(gè)框(如果有的話)。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，圖形分析可
以包括定位和解碼運(yùn)輸標(biāo)簽上的郵政編碼框中的打字或者手寫的文本。在可選
的實(shí)施例中，圖像讀取器IOO可以設(shè)置為，在激活特征提取模塊1212之前，自 動(dòng)嘗試除了數(shù)據(jù)表單解碼之外的解碼操作，例如OCR解碼或圖形解碼。
在另一實(shí)施例中，圖像處理和分析模塊1208將圖像數(shù)據(jù)分為多個(gè)區(qū)域，然 后對(duì)每個(gè)區(qū)域進(jìn)行特征提取和一般分類分析。在圖19A所示的一個(gè)實(shí)施例中， 標(biāo)準(zhǔn)矩形圖像數(shù)據(jù)窗口分為四個(gè)相等尺寸的子矩形。在圖19B所示的另一實(shí)施 例中，分隔包括交迭區(qū)域，以使分隔區(qū)域的整個(gè)面積大于圖像數(shù)據(jù)的整個(gè)場(chǎng)。 圖8B中有7個(gè)所示的交迭區(qū)域，在每個(gè)交迭區(qū)域的中心示出了每個(gè)標(biāo)號(hào)。在圖 19C和19D示出的進(jìn)一步的實(shí)施例中，分隔包括在圖像數(shù)據(jù)中的整個(gè)場(chǎng)內(nèi)的采樣 區(qū)域(如交叉影線所示)。在另一實(shí)施例中，采樣區(qū)域能夠基于預(yù)加載的用戶 模板，例如用戶模板可以識(shí)別諸如運(yùn)輸標(biāo)簽中的感興趣區(qū)(例如，在諸如運(yùn)輸 標(biāo)簽中的標(biāo)記特征區(qū)、和/或條形碼區(qū))。
在一個(gè)實(shí)施例中，分隔過程用于識(shí)別圖像數(shù)據(jù)中標(biāo)記特征的位置，圖像數(shù) 據(jù)可以包括例如數(shù)據(jù)表單的附加元素，數(shù)據(jù)表單包括條形碼數(shù)據(jù)表單、文本、 圖形、圖像等。在一個(gè)此實(shí)施例中，通用分類模塊1216對(duì)分隔的圖像數(shù)據(jù)的每 個(gè)區(qū)域的內(nèi)容分類。然后由標(biāo)記特征數(shù)據(jù)處理模塊1218提取包含標(biāo)記特征的區(qū) 域。在一個(gè)實(shí)施例中，如果指示多個(gè)區(qū)域包含標(biāo)記特征數(shù)據(jù)，則標(biāo)記特征數(shù)據(jù) 處理模塊1218分析這些區(qū)域的排列以識(shí)別最可能包含圖形數(shù)據(jù)的區(qū)域。在進(jìn)一 步的實(shí)施例中，當(dāng)指示多個(gè)區(qū)域包含標(biāo)記特征數(shù)據(jù)時(shí)，則圖像處理和分析模塊 建立反饋環(huán)，在這里生成另外的分隔區(qū)域并且進(jìn)行分析，直到包含標(biāo)記特征數(shù) 據(jù)的 一個(gè)單分隔區(qū)域被定位。
申請(qǐng)?zhí)枮?0/958， 779、申請(qǐng)?jiān)粸?004年10月5日、主題為"在簽名和條 形碼之間自動(dòng)識(shí)別的系統(tǒng)和方法"("System And Method To Automatically Discriminate Between A Signature And A Bar code")的美國(guó)專利中描述了圖l象讀 取器IOO可以執(zhí)行的另外的圖像處理操作，其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考。
參考參考圖1A和圖5A中指示的圖^^讀取器100的附加部件，照明^t塊可 以包括光源160、照明控制模塊164、照明電源模塊168a、以及接口模塊172。 在各種實(shí)施例中，光源160可以包括白色或者彩色的LED，例如660nm照明LED、
紅外線LED、紫外線LED、激光、卣光燈、弧光燈、或白熾光燈，它們能夠在給 定的圖像讀取器功率約束和圖像傳感器曝光/靈敏度需求下，產(chǎn)生足夠的光強(qiáng) 度。在許多實(shí)施例中，由于LED的高效運(yùn)行使得功率消耗相對(duì)低，所以選擇LED 作為光源。照明控制模塊164控制照明模塊104的操作，并且可以包括定時(shí)和 光源激活和解除激活的電路。照明電源模塊168a提供必要的能量以驅(qū)動(dòng)光源 160,它可以包括電池、電容、電感、變壓器、半導(dǎo)體、集成電路等。在可選的 實(shí)施例中，照明電源才莫塊168a的一些或者所有元素位于照明才莫塊的外部。具有 一個(gè)普通電源的圖像讀取器100是一個(gè)此實(shí)施例。接口模塊172用于與圖像讀 取器100中需要同步操作的其它模塊通信。這個(gè)可以包括，例如，上述的照明 期和曝光期的調(diào)節(jié)。
參考圖33至圖36的外觀圖，示出和描述了才艮據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的照 明模塊104和圖像采集模塊108的各種部件。如圖15A至15C的實(shí)施例，本發(fā)明 的圖像讀取器100可以包括例如成像模塊1802的成像模塊。如圖33至圖35中 示出的成像模塊1802結(jié)合了此處參考的IT400成像模塊的一些特性和附加的特 性。成傳J溪塊1802包括安裝有光源160a、 160b的第一電路板1804，第二電3各 板1806安裝有光源160c、 160d、 160e、 160f、 160g、 160h、 160i、 160j、 160k、 1601、 160m、 160n、 160o、 160p、 160q、 160r、 160s、以及160t (下文中簡(jiǎn)稱 為160c至160t)。第一電路板1804還安裝有圖像傳感陣列182。成像才莫塊1802 還包括具有透鏡座1812的支撐組件1810，支撐組件1810支撐著安裝有成像鏡 頭212的透鏡鏡筒1814。光源160a、 160b對(duì)焦照明光源，而光源160c至160t 是照明光源。參考圖36,底板安裝有例如條形碼符號(hào)1835的可解碼標(biāo)記，照明 光源160c至160t將二維照明圖案1830投影到底板上，而對(duì)焦照明光源160a、 160b投影為對(duì)焦圖案1838。在結(jié)合圖33至圖36示出和描述的實(shí)施例中，對(duì)焦 照明光源160a、 160b的光由陜縫(slit apertures) 1840結(jié)合透鏡1842成形，透 鏡將狹縫1840成像到底板上以形成對(duì)焦圖像1838,在圖33至36中的實(shí)施例中， 對(duì)焦圖像1838是線式圖案1838。照明圖案1830大致上對(duì)應(yīng)由框1850指定的圖 像讀取器100的整幀視野。對(duì)焦圖案1838是在圖像讀取器100的一見野中心水平 延伸的線形。當(dāng)同時(shí)^J喿作所有的照明光源160c至160t時(shí)，可以^投影為照明圖
案1830。當(dāng)同時(shí)給光源160c至160t的子集通電時(shí)，也可以才殳影為照明圖案1830。 當(dāng)光源160c至160t中只有一個(gè)通電時(shí)，例如LED 160s或160t,也可以才更影為 照明圖案1830。成像模塊1802的LED 160s和160t的投影角度比LED 160c至 160t的投影角度寬。
如圖5B所示，在一個(gè)實(shí)施例中的圖像采集模塊108包括光學(xué)模塊178、傳 感器陣列模塊182、以及傳感器陣列控制模塊186,這些模塊相互之間電連接。 光學(xué)模塊178包括用于引導(dǎo)和聚焦反射輻射的成像透鏡或其它光學(xué)元件。在一 些實(shí)施例中，光學(xué)模塊178包括輔助電路和處理能力，它們可以用作自動(dòng)確定 成像物體合適焦距的一部分。
(85 )傳感器陣列控制模塊186包括全局電子快門控制模塊190、行和列尋址和 解碼模塊194、以及讀取模塊198，其中每一個(gè)模塊與傳感器陣列控制模塊186 中的一個(gè)或多個(gè)其它模塊電連接。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器陣列模塊182包括 具有基于CMOS的二維圖形傳感器陣列182的集成電路芯片1082(如圖4A所示) 的部件。在各種實(shí)施例中，例如模-數(shù)轉(zhuǎn)換等的輔助電路能夠從圖像傳感器陣列 間隔分離出來或者集成在與圖像傳感器陣列一樣的芯片上。在可選的實(shí)施例中， 傳感器陣列模塊182可以包括能夠同時(shí)曝光存儲(chǔ)整幀圖像數(shù)據(jù)的CCD傳感器陣 列。如上面一個(gè)實(shí)施例所述，全局電子快門控制模塊190能夠全部并且同時(shí)曝 光圖像傳感器陣列中所有的或者大致上所有的像素。在一個(gè)實(shí)施例中，全局電 子快門控制模塊190包括定時(shí)模塊。行和列尋址和解碼模塊194用于為各種操 作(例如，采集激活、電子快門數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)讀取)選擇特定像素。讀取模 塊198組織和處理從傳感器陣列讀取數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，傳感器陣列控制 模塊186進(jìn)一步包括巻簾式控制模塊202，巻簾式控制模塊202能夠依次曝光和 讀出圖像傳感器陣列中的像素行。
參考圖4A，描述圖像讀取器100的特別實(shí)施例。在圖4A的實(shí)施例中，具有 二維像素陣列250的圖像傳感器陣列182、 182a結(jié)合到CMOS集成電路(IC )芯 片1082、 1082a上。如下文中參考圖8A所述，圖像傳感器陣列182a是適合在 全局快門操作模式下操作的CMOS圖像傳感器陣列。CMOS圖像傳感器陣列182a 的每個(gè)像素250具有片上像素放大器254 (如圖8A所示)和片上光屏蔽存儲(chǔ)區(qū) 286 (如圖8B、 8C所示)。如圖8A所示，圖像傳感器陣列182a還可以具有二 維電連接?xùn)鸥?62，電互連柵格262與像素250電連接。圖像傳感器陣列182a 還可以具有芯片上的行電路296和列電路270。行電路296和列電路270可以^吏 能一個(gè)或者多個(gè)各種處理和操作任務(wù)(例如，尋址像素、解碼信號(hào)、信號(hào)的放 大、模-數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換、施加定時(shí)、讀取和復(fù)位信號(hào)等)。參考CMOS圖像傳感器 IC芯片182a的另一方面，在與^^素250相同的芯片上，CMOS圖形傳感器IC芯 片182a包括行電路296、列電路270、包括〗象素放大器255的處理和控制電 路254、光屏蔽存儲(chǔ)區(qū)258、互線262、增益電路1084、模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路1086、 以及線驅(qū)動(dòng)電路1090， CMOS圖形傳感器IC芯片182a生成指示陣列的每個(gè)像素 250上的入射光的多位(例如8位、IO位)信號(hào)，輸出出現(xiàn)在芯片1082a的一 組輸出管腳上。參考圖像傳感器IC芯片1082a的另外的片上元件，CMOS圖<象傳 感器IC芯片1082a包括定時(shí)/控制電路1092，定時(shí)/控制電路1092可以包括此 類部件作為偏壓電路、時(shí)鐘/定時(shí)生成電路、以及振蕩器等。定時(shí)/控制電路1092 可以形成與圖5B有關(guān)的傳感器陣列控制模塊108的一部分。
參考圖4A的圖像讀取器100的另一方面，圖像讀取器100包括主處理器IC 芯片548,存儲(chǔ)模塊116、照明模塊104、以及激動(dòng)模塊124。主處理器IC芯片 548可以是具有集成幀接收器549和中央處理單元(CPU)的多功能IC芯片。具 有集成幀接收器的處理器IC芯片548可以是例如具有"快速捕捉相機(jī)接口"的 XSCALE PXA27X ( INTEL供應(yīng))處理器IC芯片。圖像讀取器100進(jìn)一步包括激活 模塊124,激活模塊124產(chǎn)生用于使條形碼解碼處理開始的觸發(fā)信號(hào)。激活模塊 124可以包括手動(dòng)激活觸發(fā)器216。圖像讀取器100進(jìn)一步包括成像透鏡212和 存儲(chǔ)模塊116，存儲(chǔ)模塊116包括諸如RAM、 EPROM、閃存等存儲(chǔ)設(shè)備。存儲(chǔ)模 塊116通過系統(tǒng)總線584與處理器IC芯片548通信。處理器IC芯片548可以 被編程或者設(shè)置為，以^L行參考圖1描述的才莫塊104、 108、 112、 120、 124、 128、 132、 134、 136、 140、 144、 150、 152、 168、 165需要的不同功 能。在圖4A的實(shí)施例中，數(shù)據(jù)解碼模塊150和自動(dòng)識(shí)別模塊152的功能由處理 器IC芯片548執(zhí)行，處理器IC芯片548根據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)模塊116中的特定軟 件進(jìn)行操作。因此，處理器IC芯片548和存儲(chǔ)模塊116的結(jié)合在圖4A的實(shí)施
例中標(biāo)示為150、 152。
參考圖4B,示出了具有CCD圖1^象傳感器芯片1082、 1082b的圖1^讀取器100 的實(shí)施例。CCD圖像傳感器IC芯片1082b包括像素250的面積陣列、寄存器1094、 以及輸出放大器1096,它們結(jié)合在芯片1082b上。輸出寄存器1094和輔助電路 依次將與每個(gè)像素有關(guān)的電荷轉(zhuǎn)換為電壓，并且將像素圖像信號(hào)發(fā)送到芯片 1082b外部的部件。當(dāng)開始讀出圖像數(shù)據(jù)時(shí)，將像素250的第一行上的電荷依次 傳送給輸出寄存器1094。輸出寄存器1094依次將電荷注入放大器1096，放大 器1096將像素電荷轉(zhuǎn)換為電壓，并且對(duì)圖像處理電路1070施加信號(hào)。當(dāng)電荷 從第一行像素傳送到輸出寄存器1094時(shí)，下一行的電荷下移一行，這樣，當(dāng)?shù)?一行電荷已經(jīng)被轉(zhuǎn)換為電壓的時(shí)候，輸出寄存器1094接收第二行像素的電荷。 繼續(xù)處理直到讀出相應(yīng)于圖像傳感器陣列182b的所有行的像素的圖像數(shù)據(jù)。圖 ^^讀取器100還包括芯片1082b外部的圖j象信號(hào)處理電路1070。圖4象信號(hào)處理 電路1070包括例如增益電路1072、模-數(shù)轉(zhuǎn)換器1074、以及線驅(qū)動(dòng)器1076等 的元件。電路1070的定時(shí)和控制電路1078可以包括諸如偏壓發(fā)生器、振蕩器、 時(shí)鐘、以及定時(shí)發(fā)生器等的元件。增益電路1072可以包括實(shí)現(xiàn)諸如相關(guān)雙采樣 的附加功能以減少像素偏移和噪聲的影響。圖4A示出了圖像讀取器100的附加 部件。圖像信號(hào)處理電路1070可以包括在圖像傳感器IC芯片1082b外的集成 電路芯片(IC芯片)中。
在一個(gè)實(shí)施例中，IMAGETEAMTMarea (2D)成^f象引擎中的任何一個(gè)能夠^是供 根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的圖像采集模塊108和照明模塊104的部件，例如根據(jù)本 發(fā)明的原理構(gòu)造的4000 0EM2D成像引擎，由位于700 Vis ions Drive, P.O. Box 208， Skaneateles Falls, NY的Hand Held Products, Inc.提供。 (90)參考圖6，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例構(gòu)造的手持圖像讀取器100a 的透視圖。手持圖像讀取器100a包括殼體208、多個(gè)光源160、透鏡212、觸發(fā) 器216、以及接口電纜200。在各種實(shí)施例中，圖〗象讀取器100a的功能可以由 area (2D) IMAGETEAM 圖像讀取器的任何一個(gè)提供，諸如模型4410、 4600、或 4800 ( Hand Held Products, Inc供應(yīng))，并且可以根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造。結(jié)合圖IA描 述的所有模塊104、 108、 112、 116、 120、 124、 128、 132、 134、 136、 140、 144、 150、 152、 165、 以及168可以結(jié)合為一體，并且可以由手持 殼體208或者圖15A中示出的可選殼體506支撐，這樣，殼體208或殼體506 封裝并且支撐各種模塊。同樣地，圖4A、圖4B以及圖16中示出的所有部件可 以結(jié)合為一體，并且由殼體208或者殼體506支撐，這樣，殼體208或殼體506 封裝并且支撐各種部件。透鏡212可以包括玻璃和/或聚石灰酸酯。透鏡212可以 為單透鏡，或者包括多個(gè)透鏡部件，即，透鏡212可以為成對(duì)透鏡，三個(gè)透鏡 等。
參考圖7，示出了結(jié)合圖像讀取器100的原理性框圖的剖面示意圖。圖像讀 取器100包括光源160、照明控制模塊164、電源模塊168b、以及接口模塊172， 這些模塊相互電連接。光源160將光能162直接照射到包括符號(hào)體系170的目 標(biāo)166。目標(biāo)166的反射輻射174由透鏡212聚焦到圖像傳感器陣列182上，圖 像傳感器陣列182與傳感器陣列控制模塊186和電源模塊168b電連接。在一個(gè) 實(shí)施例中，圖像傳感器陣列182是基于CMOS的圖像傳感器陣列。在另一實(shí)施例 中，圖像傳感器陣列182是基于CCD的圖像傳感器陣列。傳感器陣列控制模塊 186與存儲(chǔ)模塊116電連接，控制模塊112，與電源模塊168b和接口模塊172 電連接。通常，光學(xué)窗口 (未示出)放置在掃描器的前面，以減少單元損害的 可能性。
參考圖8A,更詳細(xì)地示出了基于CMOS的圖像傳感器陣列182a的局部圖。圖 像傳感器陣列182a包括像素250的二維陣列。每個(gè)像素包括光^l區(qū)252和處理 和控制電路254,處理和控制電路254包括放大器255以及屏蔽存儲(chǔ)區(qū)258 (為 了描述清楚，只提供了與單像素有關(guān)的標(biāo)號(hào)252、 254、 255、 258 )。放大器255 的存在意味著CMOS圖像陣列182a被視為有源像素陣列，即，CM0S圖像陣列182a 的每個(gè)像素能夠放大入射光能經(jīng)過光轉(zhuǎn)換而生成的信號(hào)。電荷-電壓的轉(zhuǎn)換電路 使CMOS圖像陣列182a將聚集的電荷轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)。屏蔽存儲(chǔ)區(qū)258存儲(chǔ)采 集的像素值，直到讀出像素值，使得在定義的曝光期，碰撞在CMOS圖像陣列182a 上的另外的入射輻射不破壞讀取的值。除了像素放大器255之外，每個(gè)像素250 的處理和控制模塊254可以包括其它元件中的復(fù)位和選擇晶體管。
在一個(gè)實(shí)施例中，通過在處理和控制電路254中提供另外的消息而擴(kuò)展基
于CMOS的圖像傳感器陣列182a的動(dòng)態(tài)范圍。特別地，擴(kuò)張?zhí)幚黼娐芬跃哂袆?dòng) 態(tài)改變?nèi)肷漭椛漭斎霃?qiáng)度與輸出電壓之間的轉(zhuǎn)換因數(shù)的性能。即，處理電路應(yīng) 用具有多斜率的傳遞曲線。具有多斜率的傳遞曲線的具體形式能夠采取各種形 式，包括一系列在拐點(diǎn)連接的線性關(guān)系，與高強(qiáng)度的對(duì)數(shù)傳遞曲線連接的低強(qiáng) 度的線性部分，或者在低強(qiáng)度處具有陡峭斜率和在更高強(qiáng)度處具有更高斜率的 任意形狀的完全連續(xù)曲線。
在多斜率的實(shí)施例中，由于每個(gè)單獨(dú)像素能夠根據(jù)其上的 入射輻射的強(qiáng)度獨(dú)立采用傳遞曲線的不同部分，基于CMOS的圖像傳感器182a 的動(dòng)態(tài)范圍明顯擴(kuò)大。在操作中，接收較少入射輻射的基于CMOS的圖像傳感器 182a的區(qū)域相應(yīng)于較高的靈敏度而采用陡峭轉(zhuǎn)換斜率，并且，接收較多的區(qū)域 相應(yīng)于較低的靈敏度而采用平緩轉(zhuǎn)換斜率。使用多斜率傳遞函數(shù)，基于CM0S的 圖像傳感器182a能實(shí)現(xiàn)65至120dB的動(dòng)態(tài)范圍。來自比利時(shí)Fi 11Factory NV， Schalienhoevedreef 20B， B-2800 Mechelen、題為"雙斜率動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展" ("Dual Slope Dynamic Range Expansion ，，)的才支術(shù)iU當(dāng)中更詳纟田i也4苗述了具 有多斜率的傳遞曲線的圖像傳感器的操作。此文檔可以在Fill Factory (www.fillfactory.com) 中 HTTp://www. fi 1 lfactory.
com/htm/technology/htm/dual_slope. htm下載，其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此。在來自 瑞士 Photonfocus AG, Bahnhofplatz 10, CH-8853 Lachen、題為"LinLog Technology"的技術(shù)文檔中更加詳細(xì)地描述了具有對(duì)數(shù)斜率的傳遞曲線的圖像 傳感器的才喿作。jt匕文檔能夠乂人Photonfocus (www. photonfocus. com)中 http: //www. photonfocus. com/html/eng/cmos/linlog. php下載，其全部?jī)?nèi)容結(jié) 合于此。
圖8A中覆蓋l象素250的是電互連262的二維柵格，電互連262與像素250、 行電路296 (也在圖4A中)
、以及列電路270電連接。行電路296和列電路270使能一個(gè)或者多個(gè)處理和 操作任務(wù)，例如尋址像素、解碼信號(hào)、信號(hào)放大、模-數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換、施加定時(shí)、 讀出和復(fù)位信號(hào)等。使用芯片上的行電路296和列電路270,可以對(duì)基于CMOS 的圖像傳感器陣列182a進(jìn)行操作，以在X-Y坐標(biāo)系中選擇性地尋址，并且從單
獨(dú)像素中讀出數(shù)據(jù)。也可以以圖像讀取器100的適當(dāng)編程方式對(duì)基于CMOS的圖 像傳感器陣列182a進(jìn)行操作，以選擇性地對(duì)整幀像素的部分尋址和讀出。例如， 在這些實(shí)施例中，讀出的像素部分能夠?qū)⑵谕袼貐^(qū)外的非期望像素排除在外。 被讀像素部分還能夠代表區(qū)域中的像素釆樣，這樣感興趣區(qū)中的單獨(dú)像素，像 素行、^象素列不被讀出。結(jié)合圖28A、 28B、 28C詳細(xì)描述窗口幀才喿作才莫式中的 圖像讀取器100的進(jìn)一步細(xì)節(jié)，其中，圖像讀取器100從少于圖像傳感器陣列 182的所有像素中選擇性地尋址并且讀出圖像數(shù)據(jù)。通常，圖像讀取器100能夠 被編程或設(shè)置為從基于CMOS的圖形傳感器陣列182a中選擇性的尋址、并且讀 出來自陣列中第 一多個(gè)像素的圖像數(shù)據(jù)，而與選擇性地尋址并且讀出陣列中的 第二多個(gè)像素?zé)o關(guān)。
在一個(gè)實(shí)施例中，像素結(jié)構(gòu)可以如授予Eastman Kodak公司的申請(qǐng)?zhí)枮?5,986,297的美國(guó)專利中描述的那樣。該專利題為"具有電子快門高光溢出保護(hù) 和低串影的彩色有源像素傳感器"(Color Active Pixel Sensor with Electronic Shuttering, Anti-blooming and Low Cross-talk)。 特另'J地，在 第3列第35行到第55行和第5列第25行到第55行中，此申請(qǐng)描述了申請(qǐng)附 圖1A、 2A (在此復(fù)制為圖8B、圖8C)中示出的像素結(jié)構(gòu)的有關(guān)區(qū)域的橫截面。 本公開指出了圖8B中的像素包括光敏二極管270,光敏二極管270具有垂直溢 漏274、中轉(zhuǎn)門276、浮置擴(kuò)散280、復(fù)位門282、復(fù)位漏284、以及光屏蔽286。 光屏蔽光圈288、彩色濾光片290、以及微透鏡292。微透鏡292放置在光電檢 測(cè)器上，這樣，光穿過彩色濾光片290后，通過^f效透鏡292將光聚焦到光屏蔽 光圈288中。因此，進(jìn)入光敏二極管270的光具有在由彩色濾光片290確定的 預(yù)i帶寬內(nèi)的波長(zhǎng)。此專利描述了圖8C示出的第二像素結(jié)構(gòu)，第二像素結(jié)構(gòu)在 很多方面與圖8B中的實(shí)施例相似，除了圖8C中有兩個(gè)傳輸門294、 296，以及 存儲(chǔ)區(qū)298。在兩個(gè)情況下，通過使用絕光層或重疊層有效地覆蓋除了光電^r測(cè) 器(在該情況下，是光電二極管270 )的所有區(qū)域來構(gòu)造光屏蔽，以使入射光只 指向光電二極管區(qū)。光屏蔽區(qū)中的光圈的產(chǎn)生抑制了像素之間的串影，光屏蔽 區(qū)將光電子的產(chǎn)生限制在光檢測(cè)器區(qū)域。圖8C中，浮置擴(kuò)散的標(biāo)識(shí)為281,復(fù) 位門的標(biāo)識(shí)為283,復(fù)位漏的標(biāo)識(shí)為285。在一些實(shí)施例中，應(yīng)用申請(qǐng)?zhí)枮?br> 5,986,297的美國(guó)專利中描述的像素結(jié)構(gòu)，可以省略彩色濾光片290，在其它實(shí) 施例中，可以省略孩￡透4竟292。
參考圖9、 IOA、 IOB、 IOC、 10D,描述使用圖像讀取器IOO從目標(biāo)采集圖像 數(shù)據(jù)的過程300。在各種實(shí)施例中，目標(biāo)可以包含例如一維或者二維條形碼的符 號(hào)體系。步驟302中，根據(jù)例如壓下觸發(fā)器216或者檢測(cè)到圖像讀取器100視 野中物體的存在，激活模塊124啟動(dòng)過程300。在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)過程300, 控制模塊112可以接收響應(yīng)于壓下觸發(fā)器216或者4企測(cè)到物體的信號(hào)，并且響 應(yīng)地給各種模塊(例如，照明模塊104和圖像采集模塊108)發(fā)出信號(hào)。過程 300包括激活照明源以使用照明光162照射目標(biāo)(步驟304 )。在一個(gè)實(shí)施例中， 響應(yīng)于照明控制定時(shí)模塊350而激活照明源。在照明控制定時(shí)脈沖350的持續(xù) 時(shí)間內(nèi)，由激活的照明源對(duì)目標(biāo)進(jìn)行照明。在一個(gè)實(shí)施例中，照明源是光源160, 而照明控制定時(shí)脈沖350由照明;漠塊104中的照明控制;f莫塊164生成。過程300 還包括激活全局電子快門以同時(shí)曝光圖像傳感器陣列中多行的多個(gè)像素，從而 將入射輻射光轉(zhuǎn)換為電荷(步驟312)。響應(yīng)于曝光控制定時(shí)脈沖354,而同時(shí) 激活多個(gè)像素。在一個(gè)實(shí)施例中，響應(yīng)于曝光控制定時(shí)脈沖354的開始部分360， 而同時(shí)激活多個(gè)像素。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，曝光控制定時(shí)脈沖354由傳感器 陣列控制模塊186的全局電子快門控制模塊190 (圖5B)生成。
在一個(gè)最小化變換的圖像失真的采集目標(biāo)圖像的實(shí)施例中，通過過激勵(lì)諸 如LED的照明源來照射目標(biāo)，以生成比標(biāo)準(zhǔn)操作明亮幾倍的照明。參考本發(fā)明 的例子，其中，圖像讀取器100包括成像模塊1802 (如圖33至35所示)、LED 160c至160t(即，160c、 160d、 160e、 160f、 160g、 160h、 160i、 160j、 160k、 1601、 160m、 160n、 160o、 160p、 160q、 160r、 160s、以及160t)，在 此處描述的照明定時(shí)脈沖350或者脈沖350'、 350"、 350"'中任何一個(gè)的整個(gè) 持續(xù)時(shí)間內(nèi)，每個(gè)LED具有40mA的標(biāo)準(zhǔn)推薦的最大DC操作電流消耗率(100% 的LED電流)，但是可以被過激勵(lì)而消耗例如大于60mA ( 150%的電流)或80mA (200%的電流)。LED 160e至160t具有40mA的標(biāo)準(zhǔn)推薦的最大DC操:作電流消 耗率，也可以在此處描述的定時(shí)脈沖350或者脈沖350'、 350"、 350"'中的任何 一個(gè)的整個(gè)持續(xù)時(shí)間被過激勵(lì)以消耗大于例如120mA( 300。/。的電流)、160mA(400yo的電流)、200mA(500%的電流)、500mA(1， 250%的電流)。示出了作為DC驅(qū)動(dòng)電 流脈沖的照明定時(shí)脈沖350、 350'、 350"、 350'"。然而，才艮據(jù)圖10E所示的本 發(fā)明，脈沖350、 350'、 350"、 350'"也可以是經(jīng)過調(diào)制的脈沖或者"浮皮選通，， 的月永沖，這樣，月永沖350、 350\ 350"、 35(T "包括用于驅(qū)動(dòng)LED 160的一系列 短持續(xù)時(shí)間的單獨(dú)脈沖。用脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)取代DC驅(qū)動(dòng)信號(hào)減少了 LED的輸出占 空比，并且因此減少了 LED中消耗的功率。由于在很多情況中，LED的工作壽命 由LED結(jié)構(gòu)的最大結(jié)溫確定，而減少的功率消耗減少了結(jié)溫。有效效應(yīng)是指能 夠容忍的較高的峰值電流而不超過LED結(jié)構(gòu)的最大操作結(jié)溫極限。通常，減少 的LED 160的輸出占空比提高了可以被LED安全驅(qū)動(dòng)的電流量。在此次描述的 "濾波"或"脈沖調(diào)制"的照明控制脈沖的選通脈沖率可以例如為1, OOOHz到 10, OOOHz。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，與全局電子快門結(jié)合的凈皮過激勵(lì)的照明源允許短 曝光期。即，明亮的照明允許為每個(gè)像素使用短積分時(shí)間，并且全局電子快門 允許圖像傳感器中所有像素同時(shí)感光。由于被明亮地照射的目標(biāo)的短曝光期， 即使當(dāng)目標(biāo)相對(duì)于圖像讀取器移動(dòng)時(shí)，本發(fā)明的圖像讀取器能夠采集清晰的非 失真圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，曝光期少于3.7毫秒。在一個(gè)實(shí)施例中，其中， 過激勵(lì)光源，并且使用不同顏色的光源。例如，在一個(gè)此實(shí)施例中，圖像讀取 器包括白和紅的LED、紅和綠的LED、白、紅以及綠的LED、或者響應(yīng)于例如圖 像讀取器最普通的成像符號(hào)的顏色的一些其它選擇組合。在這個(gè)實(shí)施例中，不 同顏色的LED的每個(gè)根據(jù)總功率預(yù)算在一定水平被可選地脈沖調(diào)制。在另一個(gè) 此實(shí)施例中，兩個(gè)彩色LED每次都被脈沖調(diào)制，但是每個(gè)在相對(duì)低的功率被脈 沖調(diào)制，這樣，仍然保持了總功率預(yù)算。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，紅、綠、藍(lán)LED 能夠被隔行掃描以仿真白光。
參考圖37描述圖像讀取器100的成像模塊1802的各種實(shí)施例。成像模塊 1802的LED 160可以分為如圖37所示的組。圖像讀取器100能夠被設(shè)置為每組 LED以一定的發(fā)射波段發(fā)光。在圖37的表中描述的實(shí)施例8中，圖像讀取器100 設(shè)置為對(duì)焦LED160a、 160b發(fā)綠光，以及所有的照明LED 160c到160t發(fā)紅光。 圖37的表中描述了其它實(shí)施例。圖像讀取器IOO可以設(shè)置為對(duì)不同組的光源同 時(shí)加電(例如對(duì)組l、組2、組3、組4同時(shí)加電)或由照明定時(shí)控制脈沖350、350'、 350"、 350'"依次加電(例如，組1,然后組2，然后組3，然后組4 )。
仍然參考圖9、圖IOA、圖IOB、圖IOC、以及圖IOD，過程300還包括處理 處理經(jīng)過光轉(zhuǎn)化而生成的電荷以產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)(步驟316)。如上所述，處理可 以包括，例如，放大入射輻射生成的數(shù)據(jù)。處理還包括在多個(gè)^^中的每個(gè)的屏 蔽部分存儲(chǔ)生成的圖像數(shù)據(jù)值。過程300還包括從多個(gè)像素讀出并且處理存儲(chǔ) 的圖像數(shù)據(jù)值(步驟320 )。如上所述，處理可以包括放大入射輻射生成的數(shù)據(jù)， 并且將生成的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。處理還可以包括在圖像傳感器陣列模塊182 的多個(gè)像素上存儲(chǔ)相應(yīng)于入射光的一組數(shù)字信號(hào)值作為幀圖像數(shù)據(jù)(步驟320 )。 步驟320中的圖像讀取器100可以在存儲(chǔ)模塊116中存儲(chǔ)包括多個(gè)N比特(灰 度)像素值的幀圖像數(shù)據(jù)，每個(gè)像素值代表到多個(gè)像素中一個(gè)上的入射光。在 一個(gè)實(shí)施例中，由讀出定時(shí)控制脈沖368控制多個(gè)像素的讀出，讀出定時(shí)控制 脈沖368由傳感器陣列控制模塊186的讀出模塊198生成。在一個(gè)實(shí)施例中， 讀出定時(shí)控制脈沖368包括傳輸?shù)蕉鄠€(gè)像素中每個(gè)的多個(gè)脈沖。在一個(gè)實(shí)施例 中，在曝光控制定時(shí)脈沖354期間，發(fā)生照明控制定時(shí)脈沖350的至少一部分。 在一個(gè)此實(shí)施例中，由控制模塊112協(xié)調(diào)包括具有全局電子快門控制模塊190 的傳感器陣列控制模塊186的圖像采集模塊104的操作與具有照明控制模塊164 的照明模塊104的操作，以實(shí)現(xiàn)照明350和曝光354控制定時(shí)脈沖中的交迭。
在圖10A所示的一個(gè)實(shí)施例中，曝光控制定時(shí)脈沖354在照明控制定時(shí)脈 沖350之后開始，并且在照明控制定時(shí)脈沖350之前結(jié)束。讀出控制定時(shí)脈沖 368在照明控制定時(shí)脈沖350完結(jié)時(shí)開始。在圖IOB所示的另一實(shí)施例中，照明 控制定時(shí)脈沖35G'在曝光控制定時(shí)脈沖354，之后開始，并且在曝光控制定時(shí)脈 沖354，之前結(jié)束。在這個(gè)實(shí)施例中，讀出控制定時(shí)脈沖368'在曝光控制定時(shí)脈 沖354'完結(jié)時(shí)開始。在進(jìn)一步實(shí)施例中，當(dāng)曝光控制定時(shí)脈沖和照明控制定時(shí) 脈沖依次發(fā)生時(shí)，它們相互交迭。在圖10C所示的此實(shí)施例中，這個(gè)連續(xù)操作 可以包括開始照明控制定時(shí)脈沖350"、開始曝光控制定時(shí)脈沖354"、結(jié)束照明 控制定時(shí)信號(hào)脈沖350",以及后來結(jié)束曝光控制定時(shí)脈沖354"。在這個(gè)實(shí)施例 中，在曝光控制定時(shí)脈沖354"結(jié)束時(shí)，開始讀出控制定時(shí)脈沖368"。在圖10D 所示的進(jìn)一步此實(shí)施例中，依次的操作可以包括開始曝光控制定時(shí)脈沖354'"、
開始照明控制定時(shí)脈沖350'"、結(jié)束曝光控制定時(shí)脈沖354'"、以及后來結(jié)束照 明控制定時(shí)信號(hào)脈沖35(K "。在這個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)照明控制定時(shí)信號(hào)脈沖35(K " 完結(jié)時(shí)，開始讀出控制定時(shí)脈沖368"。如結(jié)合圖10E所示，此處所述的每個(gè)照 明控制定時(shí)脈沖350、 350'、 350"、 350'"可以包括多個(gè)短持續(xù)時(shí)間的單獨(dú)脈沖。
仍然參考成像模塊1802,具有成像模塊1802的圖像讀取器100可以有這種 操作模式，在這種操作模式下，在曝光控制定時(shí)脈沖354、 354'、 354"、或354'" 內(nèi)，對(duì)焦LED 160a、 160b控制為關(guān)閉或者斷電，從而LED 160a、 160b的光不 影響被采集并且傳送到解碼模塊150或者自動(dòng)識(shí)別模塊152的圖像。在另一實(shí) 施例中，在曝光控制定時(shí)脈沖354， 354', 354"， or 354'"期間，除了照明LED 160c到160t外，對(duì)焦照明LED 160a、 160b^皮控制為加電。在曝光控制定時(shí)月永 沖354、 354'、 354"、或354'"期間，對(duì)焦照明LED 160c到160t的控制為加電， 因此提高了相應(yīng)于其上投射有對(duì)焦圖案1838的底板區(qū)的圖像數(shù)據(jù)的信號(hào)強(qiáng)度。
參考過程300 (圖9 )，圖像讀取器100可以設(shè)置為在步驟304中照明控制 脈沖350、 350'、 350"、或350'"給對(duì)焦LED 160a、 160b中的至少一個(gè)和照明 LED 160c到160t中的至少一個(gè)同時(shí)加電，以提高到底板、尤其是其上同時(shí)才殳射 有照明圖案1830和對(duì)焦圖案1838的底板區(qū)域的照明強(qiáng)度。解碼模塊150或自 動(dòng)識(shí)別模塊152執(zhí)行的解碼處理，可以包括相應(yīng)于圖案1838的圖像數(shù)據(jù)(即， 相應(yīng)于其上成像有圖案1838的像素陣列的圖像數(shù)據(jù))被選擇地經(jīng)過解碼處理， 解碼處理例如是對(duì)取景器圖案的定位處理、線性條形碼符號(hào)解碼嘗試、或靜止 區(qū)定位處理。其中，依照曝光期采集圖像。其中，對(duì)焦LED 160a、 160b和照明 LED 160c到160t被同時(shí)加電。例如，為了對(duì)取景器圖案定位、解碼線性條形碼 符號(hào)、或者定位靜止區(qū)(此處，依照曝光期采集圖像，其中，對(duì)焦LED 160a、 160b中的至少一個(gè)和照明LED 160c到160t中的至少一個(gè)凈皮同時(shí)加電)，隨著 對(duì)焦圖案1838在視野水平地延伸，處理采集的整幀圖像的解碼模塊150可以選 擇性地分析相應(yīng)于圖像傳感器182的中心行圖像數(shù)據(jù)(即，相應(yīng)于圖28a中所 示的行2802的圖像數(shù)據(jù))。過程300中，照明控制脈沖350、 350' 、 350"、或350'" 同時(shí)全會(huì)至少一個(gè)對(duì)焦照明LED (例如160a)和至少一個(gè)照明LED (例如160t)同 時(shí)加電，步驟320中，圖像讀取器100可以采集整幀或"窗口幀，，圖像數(shù)據(jù)，
這在圖28A到圖28C中有更詳細(xì)的描述。圖像讀取器100可以設(shè)置為，在步驟 320中圖^f象讀取器100采集窗口幀圖^f象數(shù)據(jù)，并且在步驟304中同時(shí)照射至少一 個(gè)對(duì)焦照明LED和至少一個(gè)照明LED,窗口幀相應(yīng)于照明圖案1838的大小和形 狀。例如，當(dāng)圖像讀取器100投射水平線形對(duì)焦圖案1838時(shí)，在步驟320讀出 的窗口幀圖像數(shù)據(jù)可以是相應(yīng)于圖28A中行2802的窗口幀圖像數(shù)據(jù)，行2802 上成像有圖案1838,并且其后圖案經(jīng)過此處所述的處理(例如，嘗試通過定位 靜止區(qū)或定位取景器圖案嘗試對(duì)線性條形碼符號(hào)解碼)。在本發(fā)明的實(shí)施例中， 其中對(duì)焦照明LED和照明LED由照明控制脈沖350、 350' 、 350"、或350'"同時(shí) 驅(qū)動(dòng)，如此處所述，對(duì)焦LED160a、 160b和照明LED 160c到160t可以在脈沖 350、 350'、 350"或35(T "的整個(gè)持續(xù)時(shí)間被過激勵(lì)。
在一個(gè)的實(shí)施例中，可以使用Eastman Kodak公司供應(yīng)的KAC-0331 640x480 VGA CMOS圖像傳感器實(shí)現(xiàn)CMOS圖像陣列182a。在題為"KAC- 0311 640x480 VGA CMOS圖像傳感器全集成定時(shí)，模擬數(shù)字處理和IO位ADC" ("KAC-0311 640x480 VGA CMOS IMAGE SENSOR Fully Integrated Timing, Analog Signal Processing & 10 bit ADC，，)的技術(shù)說明書(版本號(hào)1,日期2002年8月5日，在 http: //www. kodak, com/global/plugins/acrobat/en/digital/ccd/products/ cmos/KAC—0311LongSpec.pdf可下載)更全面地描述了 KAC-0311,其全部?jī)?nèi)容 結(jié)合于此作為參考。下面的編輯摘要是從上述完整說明書中摘取的KAC-0311的 操作。根據(jù)這個(gè)技術(shù)說明書的摘要，KAC-0311是在一個(gè)單芯片上集成了模擬圖 像獲取、數(shù)字化、以及數(shù)字信號(hào)處理的固態(tài)有源CMOS成像器。圖像傳感器包括 具有640x480有源元件的VGA格式像素陣列。用戶可以對(duì)圖像尺寸編程以定義 感興趣的窗口。特別地，通過對(duì)行和列開始和結(jié)束操作的編程，用戶可以定義 最低為lxl的像素分辨率的感興趣窗口。在KAC-0311圖像傳感器的一個(gè)實(shí)施例 中，窗口可以用于使能可以平移的視見區(qū)的數(shù)字變焦操作。在KAC-0311圖像傳 感器的另一實(shí)施例中，當(dāng)二次抽樣用于減少采集的圖像的分辨率時(shí)，保持不變 的視野。
UC-0311圖像傳感器的像素為7. 8um的節(jié)距。像素結(jié)構(gòu)是Kodak的釘扎光 電二極管(pinned photodiode)結(jié)構(gòu)。KAC-0311圖4象傳感器在不^f吏用孩i透鏡的
單色版本或者不使用微透鏡的貝爾模式(Bayer) (CMY)的彩色濾色鏡陣列時(shí)是 可用的。在KAC-0311圖像傳感器的一個(gè)實(shí)施例中，集成定時(shí)和編程控制用于4吏 能視頻和靜止圖像捕捉操作中的步進(jìn)掃描模式。在KAC-0311圖像傳感器的進(jìn)一 步的實(shí)施例中，當(dāng)保持不變的主時(shí)鐘率時(shí)，用戶可以給幀頻編程。
在KAC-0311圖像傳感器中，像素陣列的模擬視頻輸出由芯片上模擬信號(hào)管 線處理。在KAC-0311圖像傳感器的一個(gè)實(shí)施例中，相關(guān)雙采樣用于消除像素復(fù) 位的時(shí)域噪聲和固定圖案噪聲。在KAC-0311圖像傳感器的進(jìn)一步的實(shí)施例中， 幀頻箝位(frame rate clamp )用于使能同步光學(xué)黑度校準(zhǔn)和偏移校正。在又一 實(shí)施例中，KAC-0311圖像傳感器的可編程模擬增益包括全局曝光增益以將信號(hào) 擺幅映射到模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入范圍?？删幊棠M增益還包括白平衡增益，以進(jìn)行 模擬域中色彩均衡。在附加實(shí)施例中，KAC-0311圖像傳感器的模擬信號(hào)處理鏈 包括列運(yùn)放處理、列數(shù)字偏移電壓調(diào)節(jié)、白平衡、可編程增益放大、全局可編 程增益放大、以及全局?jǐn)?shù)字偏移電壓調(diào)節(jié)。在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)字可編程放大 器用于為自動(dòng)白平衡提供同時(shí)色彩增益校正和曝光增益調(diào)節(jié)。在各種實(shí)施例中， 基于每列并且全局完成偏移校準(zhǔn)。另外，使用芯片上寄存器中存儲(chǔ)值能夠進(jìn)行 每列偏移校準(zhǔn)，并且十位冗余符號(hào)數(shù)字模-數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為十位數(shù)字 字流。在KAC-0311圖像傳感器的各種實(shí)施例中，使用不同模擬信號(hào)處理管線以 提高噪聲抗擾度、信噪比、以及系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍。在一個(gè)實(shí)施例中，KAC-0311的 串口是與可兼容的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兩線^C串口接口。在另一實(shí)施例中，KAC-0311圖像 傳感器的電源由一個(gè)3. 3V的單電源^是供。在各種實(shí)施例中，KAC-0311圖^象傳感 器具有一個(gè)單主時(shí)鐘，并且以最高2眼Hz的速度運(yùn)行。
能夠用于本發(fā)明、并且授予伊士曼柯達(dá)公司(Eastman Kodak Company )的 圖像傳感器的操作和物理細(xì)節(jié)在申請(qǐng)?zhí)枮?,714,239、題為"具有可編程色彩均 衡的有源像素傳感器，，("Active Pixel Sensor with Programmable Color Balance") 的美國(guó)專利和申請(qǐng)?zhí)枮?, 552,323、題為"共用輸出信號(hào)線的圖像傳感器" ("Image Sensor with Shared Output Signal Line")的美國(guó)專利中也有描述，它 們每個(gè)的全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考。以下是美國(guó)專利6， 522， 323的材料簡(jiǎn)要。 特別地，申請(qǐng)?zhí)枮?,522,323的美國(guó)專利公開了包括以多行和多列形式排列的 多個(gè)像素的圖像傳感器。還進(jìn)一步公開了包括全局電子快門的圖形傳感器。公 開的圖像傳感器的相同行中的像素共用像素輸出節(jié)點(diǎn)和輸出信號(hào)線。進(jìn)一步， 該公開指出了通過使兩個(gè)單獨(dú)行選擇每行的信號(hào)線， 一個(gè)用于行內(nèi)的每隔一個(gè)
像素，以及用于每對(duì)列的1:2列輸出信號(hào)線分用表，實(shí)現(xiàn)了行內(nèi)的圖像信號(hào)的 間隔分離。原理圖(此次復(fù)制為圖11)示出了兩個(gè)鄰近像素5。原理圖中使用 的標(biāo)識(shí)符包括以下的具有復(fù)位門的復(fù)位晶體管(RG)、傳輸門(TG)、信號(hào) 晶體管(SIG)、具有行選擇門的行選擇晶體管(RSEL)、光電檢測(cè)器(PD)、 浮置擴(kuò)散(FD)。關(guān)于圖ll提供的實(shí)施例和時(shí)序圖(此處復(fù)制為圖12)，申請(qǐng) 號(hào)為6,552,323的美國(guó)專利的第24-25行第3列中描述了全局快門的操作。此公 開指出了通過在傳感器的每個(gè)像素中將集成信號(hào)電荷同時(shí)從光電檢測(cè)器30a、 30b傳送到浮置擴(kuò)散10a、 10b，而開始讀出。然后，行選擇1 ( 15 )被拉高并且 浮置擴(kuò)散1 (10a )的信號(hào)電位被采樣，并且由脈沖調(diào)制SS1的行電路20a保持。 然后行選擇1(15)被拉低，行選擇2(25)被拉高，并且浮置擴(kuò)散2 ( 10b )的 信號(hào)電位被采樣，并且由脈沖調(diào)制SS2的行電路20b保持。行中的浮置擴(kuò)散10a、 10b被讀出，并且然后由脈沖調(diào)制RG復(fù)位。下一行選擇2 (25)被拉低，并且 行選擇1 (15)被拉高，并且浮置擴(kuò)散1 (10a)的復(fù)位電位被采樣，并且由脈 沖調(diào)制SR1的列電路20a保持。然后行選擇1(15)被拉低，并且行選擇2(25) 被拉高，并且浮置擴(kuò)散2 (10b)的復(fù)位電位被采樣，并且由脈沖調(diào)制SR2保持。 然后在圖像傳感器下一行中的相同像素讀出表開始之前，讀出列電路20a、 20b 的被采樣和被保持信號(hào)。
在另一實(shí)施例中，CMOS圖像陣列182a能夠由KAC-9630 128 (H) x98(V) CMOS 圖像傳感器實(shí)現(xiàn)。在題為"設(shè)備性能說明書-柯達(dá)KAC-9630 CMOS圖像傳感器"
(Device Performance Specification - Kodak KAC-9630 CMOS Image Sensor) 2004年9月、版本1. 1的技術(shù)說明書中更力。完整地描述了 KAC-9630。此文檔的 全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考。此文檔可以從例如^f尹士曼柯達(dá)7>司
(www. kodak, com) 的hup: //www. kodak, com/global/plugins/acrobat/en/ digital/ccd/products/cmos/KAC_9630LongSpec. pdf下載。這個(gè)才支術(shù)說明書描 述了作為能夠以每分鐘580幀捕捉單色圖像的低功率CMOS有源像素圖形傳感器
的KAC-9630圖像傳感器。另外描述了 KAC-9630圖像傳感器包括芯片上8位模-數(shù)轉(zhuǎn)換器、固定模式噪聲消除電路和視頻增益放大器。還進(jìn)一步描迷了 KAC-9630 具有允許積分時(shí)間和幀頻調(diào)節(jié)的集成可編程定時(shí)和控制電i 各。描述了 KAC-9630 圖像傳感器的讀出電路能夠支持在少于2毫秒的時(shí)間內(nèi)在單8位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線 上讀出整幀。如上所述，描述了 KAC-9630圖像傳感器包括集成電子快門。 (109)在另一實(shí)施例中，CMOS圖像陣列182a能夠由Micron圖像傳感器Wide VGAMT9V022 (美光科技公司(Micron Technology, Inc供應(yīng)，總部位于8000 South Federal Way， Post Office Box 6， Boise, ID 83707-0006 )實(shí)現(xiàn)。在乂人Micron Technology (www. micron, com) http:〃download.micron.com/pdf/flyers/mt9v022—(mi -0350)-flyer.pdf下載的產(chǎn)品MTgV099產(chǎn)品宣傳單中更詳細(xì)地描述了 MT9V022圖 像傳感器。該文檔的全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考。
在一些實(shí)施例中，圖像讀取器100既能夠在巻簾式模式下也能夠在全局電 子快門模式下操作。在一個(gè)此實(shí)施例中，巻簾式模式用于自動(dòng)聚焦操作的一部 分，并且一旦確定了合適的焦距，全局電子快門模式用于采集圖像數(shù)據(jù)。圖13 中示出的過程400描述了確定合適焦距的過程和采集后來的圖像的過程。響應(yīng) 于例如操作者壓下觸發(fā)器216或響應(yīng)于移動(dòng)到圖像讀取器100視野中的物體， 激活模塊124可以生成觸發(fā)信號(hào)以開始過程400。在操作中，當(dāng)圖像讀取器100 采集新圖像時(shí)，圖像讀取器100照射包含物體的目標(biāo)(例如條形碼)(步驟404 )， 然后進(jìn)入巻簾式操作模式(步驟408 ),其中圖像讀取器的圖像傳感器中的多行 被依次曝光。作為操作的一部分，幀曝光期可以定義為從多行中第一行曝光開 始到多行中最后一行曝光結(jié)束的時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施例中，在幀曝光期的至少一 部分期間，圖像讀取器100的成像透鏡212被控制為在連續(xù)動(dòng)作或者逐步連續(xù) 動(dòng)作中的一個(gè)(步驟414)。如圖20的實(shí)施例所示，圖〗象讀取器100可以具有 透鏡驅(qū)動(dòng)模塊165,透鏡驅(qū)動(dòng)模塊165由控制模塊112或者用于移動(dòng)成像透鏡 n2的另一模塊控制，以改變圖像讀取器100的焦距設(shè)置。在一個(gè)此實(shí)施例中， 光系統(tǒng)具有多個(gè)離散設(shè)置。對(duì)于每個(gè)離散設(shè)置，透鏡212在圖像傳感器上形成 位于距離圖像讀取器100的特定距離處的物體的清晰圖像。在一個(gè)實(shí)施例中， 光學(xué)系統(tǒng)的聚焦范圍的一個(gè)極限值相應(yīng)于來自位于無限遠(yuǎn)的物體的聚焦入射輻射。如果入射光線大致上平行，則認(rèn)為物體是在無限遠(yuǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，光
學(xué)系統(tǒng)的聚焦范圍的另一個(gè)極限值是光學(xué)系統(tǒng)的近點(diǎn)(near point)。光學(xué)系統(tǒng) 的近點(diǎn)是物體能夠被放置的相對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)的最近距離，在此處光學(xué)系統(tǒng)仍能 夠產(chǎn)生物體的清晰圖像。在另一實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)的焦距中的變更沒有覆蓋 光學(xué)系統(tǒng)的整個(gè)范圍。例如，在一個(gè)此實(shí)施例中，圖像讀取器100的焦距設(shè)置 在相差幾毫米的焦距設(shè)置之間變化。在另一實(shí)施例中，圖像讀取器100的焦距 設(shè)置在相差厘米的焦距設(shè)置之間變化。讀取器100設(shè)置為包括透鏡驅(qū)動(dòng)模塊165, 以允許掃描器在超過擴(kuò)展景深下操作。
進(jìn)一步參考透鏡驅(qū)動(dòng)模塊165，可以實(shí)施各種透鏡驅(qū)動(dòng)技術(shù)和方法。申請(qǐng)?zhí)?為4,350,418的美國(guó)專利的全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考，其公開了包括距離調(diào)節(jié) 環(huán)的透鏡聚焦調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中通過調(diào)節(jié)環(huán)的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)透鏡的位置調(diào)節(jié)。申請(qǐng)?zhí)?為4， 793， 689的美國(guó)專利的全部?jī)?nèi)容也結(jié)合于此作為參考，其公開了一種透鏡 鏡筒，其包括具有可以圍繞光軸旋轉(zhuǎn)的空心旋轉(zhuǎn)環(huán)，光軸布置在具有軸承的空 心固定汽缸的空腔內(nèi)，光軸插入在響應(yīng)于旋轉(zhuǎn)環(huán)旋轉(zhuǎn)的移動(dòng)的可移動(dòng)汽缸與插 入在固定汽缸和旋轉(zhuǎn)環(huán)之間直徑方向的振動(dòng)波浪發(fā)動(dòng)機(jī)之間。申請(qǐng)?zhí)枮?5, 541， 777的美國(guó)專利的全部?jī)?nèi)容也結(jié)合于此作為參考，其公開了電磁透鏡驅(qū)動(dòng) 器，包括具有內(nèi)軛和外軛的固定部件、運(yùn)轉(zhuǎn)插入的磁鐵、用于支撐將被驅(qū)動(dòng)的 主體的可移動(dòng)部件、在外輒和內(nèi)輒的軸向的環(huán)繞線型、以及檢測(cè)運(yùn)轉(zhuǎn)插入的》茲 鐵的磁場(chǎng)以生成位置指示信號(hào)的位置檢測(cè)器。
過程400還包括從多個(gè)曝光行讀出圖像數(shù)據(jù)(步驟420 )。通過諸如對(duì)比檢 測(cè)方法或相位檢測(cè)方法的自動(dòng)聚焦算法分析圖像數(shù)據(jù)(步驟424 )。使用行焦距 圖像信息，圖像讀取器100制定透鏡212的合適焦距設(shè)置，例如通過基于采集 的數(shù)據(jù)確定合適的焦距設(shè)置，然后將透鏡212移動(dòng)到那個(gè)設(shè)置，或者通過評(píng)估 當(dāng)前行圖像數(shù)據(jù)以確定是否在當(dāng)前焦距設(shè)置上，圖像讀取器被可接收地聚焦(步 驟428 )。在各種實(shí)施例中，由圖像采集模塊108、光學(xué)模塊、控制模塊112、 或?qū)Ｓ米詣?dòng)聚焦模塊(例如專用于執(zhí)行焦距計(jì)算目的ASIC或FPGA )執(zhí)行圖像數(shù) 據(jù)的分析。隨著透鏡212的位置正確制定，圖像讀取器100進(jìn)入全局電子快門 操作模式(步驟432 )?？梢钥吹礁鶕?jù)過程400的一些情況中，圖像讀取器100
可以停止巻簾操作，并且在從圖像傳感器陣列模塊182的每個(gè)像素中讀出圖《象 數(shù)據(jù)之前，開始全局電子快門操作模式的操作。在全局電子快門操作模式中， 圖像讀取器100采集整幀圖像數(shù)據(jù)(步驟436 ),圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)模塊116 中并且隨后由控制模塊112傳送到解碼模塊150或者自動(dòng)識(shí)別模塊152。根據(jù)這 個(gè)實(shí)施例，其中，在讀取器成像透鏡112被控制運(yùn)行的時(shí)間內(nèi)，行圖像信息被 讀出并且進(jìn)行分析，在一幀數(shù)據(jù)的范圍內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)圖像讀取器自動(dòng)聚焦以使 目標(biāo)成像。在各種實(shí)施例中，自動(dòng)聚焦操作可以由專用自動(dòng)聚焦模塊處理，或 者聚焦模塊可以與諸如圖像采集模塊108和/或控制模塊112的其它模塊合為一 體。
仍然參考過程400的步驟，參考圖21的流程圖、圖22a、以及圖22b的直 方圖，進(jìn)一步描述分析行圖像數(shù)據(jù)以確定焦距特性的步驟424。步驟2102中， 圖像讀取器100可以構(gòu)造步驟420中讀出的圖像數(shù)據(jù)的當(dāng)前行的像素值的直方 圖。圖22A是相應(yīng)于被可接受地聚焦的二值圖像(例如，在單色底板上的條形 碼符號(hào)中)的行數(shù)據(jù)像素值的直方圖。直方圖2108代表高對(duì)比度圖像，并且包 括在灰度的高端的許多像素值，在灰度低端的許多像素值，以及在灰度范圍中 部的少數(shù)像素值。圖22B是相應(yīng)于聚焦較差的二值圖像的行數(shù)據(jù)的像素值的直 方圖。直方圖2110表示的圖像數(shù)據(jù)是"扁平"的低對(duì)比度像素?cái)?shù)據(jù)，這意味著 在灰度的極限值具有較少像素值，并且在灰度的中心有大量像素值。因此，可 以看出，使用圖像對(duì)比度信息可容易地確定圖像的聚焦程度。
步驟2104中，圖像讀取器100確定采集的直方圖數(shù)據(jù)。在步驟2104中， 圖像讀取器100可以確定透鏡212的合適的焦距對(duì)準(zhǔn)的設(shè)置(appropriate in-focus setting),或者判斷從圖像數(shù)據(jù)的當(dāng)前行提取的直方圖數(shù)據(jù)是否表示在當(dāng)前透鏡 的設(shè)置或者位置上圖像讀取器被可接受地聚焦。當(dāng)步驟2104中圖像讀取器100 基于采集的直方圖數(shù)據(jù)判斷透鏡212的正確設(shè)置時(shí)，直方圖數(shù)據(jù)可以來自當(dāng)前 行，或者基于當(dāng)前的行數(shù)據(jù)和在前的行數(shù)據(jù)的組合。另一方面，當(dāng)采集行信息 時(shí)，記錄透鏡212的位置或者設(shè)置值，使每行讀出的圖像數(shù)據(jù)的直方圖信息包 含指示透鏡212的位置的相關(guān)透鏡位置數(shù)據(jù)。步驟2104中，用于確定焦距對(duì)準(zhǔn) 透鏡設(shè)置的傳遞函數(shù)可以使用行對(duì)比度信息作為直方圖的表示，也可以使用指
示與每組行數(shù)據(jù)有關(guān)的透鏡212位置的透鏡位置數(shù)據(jù)。
參考過程400的進(jìn)一步步驟，步驟414中，圖像讀取器100可以控制透銷: 212連續(xù)運(yùn)動(dòng)或者步進(jìn)連續(xù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)控制為連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在圖像傳感器陣列模塊 182的連續(xù)行像素被曝光和讀出的整個(gè)時(shí)間，透鏡212連續(xù)移動(dòng)。當(dāng)控制為步進(jìn) 連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在傳感器模塊182的行像素被曝光并且被讀出的整個(gè)時(shí)間內(nèi)，透 鏡212重復(fù)地移動(dòng)和停止。在圖像讀取器一個(gè)實(shí)施例中，透鏡212被控制為步 進(jìn)式連續(xù)運(yùn)動(dòng)，圖像讀取器100在兩個(gè)端點(diǎn)(即，第一較遠(yuǎn)場(chǎng)點(diǎn)(field position), 和第二較近場(chǎng)點(diǎn))之間連續(xù)移動(dòng)透鏡。在圖像讀取器100另一實(shí)施例中，透4竟 212被控制為步進(jìn)式連續(xù)運(yùn)動(dòng)，圖像讀取器100在兩個(gè)端點(diǎn)之間連續(xù)移動(dòng)透鎮(zhèn): 212,并且在端點(diǎn)位置之間的一個(gè)或者多個(gè)位置間歇地停止透鏡212。被控制為 步進(jìn)式連續(xù)移動(dòng)的透鏡212，可以被認(rèn)為具有運(yùn)動(dòng)期(即透鏡移動(dòng)期間)和停止 期(即透鏡短暫空閑期間)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，透鏡212的運(yùn)動(dòng)和A人 多行像素中的讀出圖像數(shù)據(jù)是協(xié)調(diào)的。例如，透鏡移動(dòng)和圖像傳感器陣列模塊 182的控制能夠被調(diào)整為在透鏡212的停止期，發(fā)生圖像傳感器陣列模塊182的 一行或者多行曝光期，以使在整行曝光期，透鏡212為空閑。進(jìn)一步，在某些 實(shí)施例中，當(dāng)在透鏡212的運(yùn)動(dòng)階段，相應(yīng)于曝光的像素圖像數(shù)據(jù)的處理是有 效時(shí)，圖像讀取器100可以設(shè)置為在透鏡212的運(yùn)動(dòng)期拋棄相應(yīng)于曝光的像素 的圖像數(shù)據(jù)(例如，在行分析步驟424期間)。
參考圖13大致上描述的過程400的特定實(shí)施例結(jié)合圖23和圖24的流程圖 描述。在圖23的實(shí)施例中，步驟424中，圖像讀取器100基于采集到那點(diǎn)的采 集的行圖像數(shù)據(jù)嘗試確定焦距對(duì)準(zhǔn)的透鏡設(shè)置。步驟428a中，如果圖像讀取器 100確定已經(jīng)采集了確定透鏡212的焦距對(duì)準(zhǔn)位置的足夠信息，圖像讀取器100 確定透鏡212的焦距對(duì)準(zhǔn)設(shè)置，并且進(jìn)行到步驟428b，以將透鏡212移動(dòng)到確 定的焦距對(duì)準(zhǔn)位置。如果沒有采集到足夠信息，圖像讀取器100返回到步驟432 以采集另外行的信息。當(dāng)在步驟428b移動(dòng)透鏡212時(shí)(例如為了確認(rèn)確定的焦 距對(duì)準(zhǔn)位置是否正確)，圖像讀取器100可以繼續(xù)讀和處理行圖像數(shù)據(jù)。當(dāng)透 鏡212已經(jīng)移動(dòng)到確定的焦距對(duì)準(zhǔn)位置，圖像讀取器10(M丸行步驟432，以進(jìn)入 操作的全局電子快門操作模式。當(dāng)圖像讀取器100進(jìn)入全局快門操作模式的時(shí) 候(步驟432 ),圖象讀取器100可以使透鏡212停止運(yùn)動(dòng)。然后圖像讀取器執(zhí) 行步驟436,以采集整幀圖像數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行步驟438,以將圖像數(shù)據(jù)傳送到數(shù) 據(jù)表單解碼模塊150或者自動(dòng)識(shí)別模塊152中的其中一個(gè)。
在參考圖24描述過程400的一個(gè)實(shí)施例中，圖像讀取器100由步驟424評(píng) 估當(dāng)前行數(shù)據(jù)(最新近采集的行數(shù)據(jù))，以判斷當(dāng)前行數(shù)據(jù)是否表示當(dāng)前圖像 讀取器100是當(dāng)前焦距對(duì)準(zhǔn)，而建立透鏡212的焦距對(duì)準(zhǔn)i殳置。如果步驟428d 中圖像讀取器IOO判斷出圖像讀取器100當(dāng)前沒有焦距對(duì)準(zhǔn)，則圖像讀取器100 返回到步驟420以采集另外的行信息。步驟420中，如果圖像讀取器100判斷 讀出取器當(dāng)前在焦距對(duì)準(zhǔn)(in-focus)位置，圖像讀取器100進(jìn)行到步驟432以 進(jìn)入全局電子快門操作模式。當(dāng)圖像讀取器100進(jìn)入全局快門操作模式時(shí)，圖 形讀取器100可以使透鏡212停止運(yùn)動(dòng)(步驟432 )。然后圖像讀取器100進(jìn)行 到步驟436以采集整幀圖像數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行到步驟438,將圖像數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù) 表單解碼模塊150或自動(dòng)識(shí)別模塊152中的其中一個(gè)。
參考過程400或者過程800，可理解為在建立"焦距對(duì)準(zhǔn)"位置中，圖像讀 取器100可以基于表示比其它可用的透鏡焦距位置更好的焦距處的標(biāo)記的預(yù)期 或者當(dāng)前的透鏡位置，將透鏡212的預(yù)期或當(dāng)前位置指定為"焦距對(duì)準(zhǔn)"。因此， 當(dāng)透鏡聚焦位置在通常意義上沒有高度聚焦時(shí)，如果它表示標(biāo)識(shí)比其它透鏡位 置更加在焦距對(duì)準(zhǔn)，讀取器100仍然可以指定位置作為"焦距對(duì)準(zhǔn)"。在一個(gè) 特定的實(shí)施例中，當(dāng)透鏡100被控制為步進(jìn)連續(xù)運(yùn)動(dòng)，它可以在有限量的離散 位置(例如兩個(gè)位置)之間切換。在一個(gè)此實(shí)施例中，如果透鏡位置表示標(biāo)識(shí) 比其它的可能位置更加焦距對(duì)準(zhǔn)，則圖像讀取器100可以指定有限量的可能離 散位置的其中一個(gè)為"焦距對(duì)準(zhǔn)"位置。特別地，當(dāng)設(shè)置為透鏡212在有限量 離散位置之間切換時(shí)，可以忽略焦距判斷步驟，并且圖像數(shù)據(jù)被直接傳送到解 碼模塊150或者自動(dòng)識(shí)別模塊152。特別地，當(dāng)存在有限量的交替焦距位置時(shí)， 焦距對(duì)準(zhǔn)位置基于在成功解碼結(jié)果處的位置而能夠被容易地區(qū)別。通過解碼嘗 試識(shí)別焦距對(duì)準(zhǔn)位置可以減少平均解碼時(shí)間。
在本發(fā)明的變形中，步驟420中，圖像讀取器100讀出預(yù)定量的行圖像數(shù) 據(jù)，并且在步驟424中，分析預(yù)定量的行。預(yù)定量的行可以例如為圖像傳感器
陣列182的2行、3行、10行或者所有行(100+)。步驟424中，圖像讀取器 IOO可以從多行中選擇最佳聚焦(例如，最亮的對(duì)比度)行，并且判斷與最佳聚 焦行有關(guān)的記錄的焦距設(shè)置是圖像讀取器100的"焦距對(duì)準(zhǔn)"設(shè)置?？蛇x地， 圖像讀取器100可以使用從幾行上采集的數(shù)據(jù)圖像而計(jì)算焦距對(duì)準(zhǔn)設(shè)置數(shù)據(jù)。 在上述變換實(shí)施例的任何一個(gè)中，當(dāng)確定焦距設(shè)置后，在步驟432中，圖像讀 取器100可以首先進(jìn)入全局電子快門操作模式，然后將透鏡212移動(dòng)到確定的 焦距位置設(shè)置，或者可選地，在步驟432中，圖像讀取器100可以在進(jìn)入全局 電子快門操作模式之前，將透鏡212移動(dòng)到確定的透鏡設(shè)置上，或者這兩個(gè)搮: 作可以同時(shí)進(jìn)行。
在自動(dòng)焦距操作的另一實(shí)施例中，如結(jié)合圖25-圖30B所述，在聚焦期和數(shù) 據(jù)采集期可以使用全局電子快門操作模式。根據(jù)此處描述的過程800，在自動(dòng)聚 焦期，從焦距設(shè)置或者位置的每個(gè)變化，采集有限"窗口，，幀圖像數(shù)據(jù)。例如， 焦距確定邏輯算法只讀出并且分析圖像傳感器的中心區(qū)或者掃描線的中心組 (例如中間的十個(gè)掃描線)。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，而當(dāng)顯著減少采集用以使圖像 讀取器焦距的系列幀的時(shí)間時(shí)，有限幀數(shù)據(jù)提供焦距確定邏輯算法的足夠信息。
在可選的實(shí)施例中，過程400或過程800中的步驟的特定順序可以改變而 不背離本發(fā)明此處包括的概念。在各種其它實(shí)施例中，執(zhí)行巻簾式操作的電路 和執(zhí)行全局電子快門操作的電路可以在相同的CMOS芯片上執(zhí)行，或者可以在各 自專用芯片上的一個(gè)或者兩個(gè)電路元件上執(zhí)行。在另外的實(shí)施例中，巻簾式快 門功能和全局電子快門操作可以組合在包含硬件、軟件、和/或固件的單模塊中。
在以巻簾式快門或者全局電子快門模式操作的圖像讀取器100的另一實(shí)施 例中，圖像讀取器100能夠在全局電子快門操作模式和巻簾式快門操作模式之 間動(dòng)態(tài)切換。在一個(gè)此實(shí)施例中，當(dāng)積分時(shí)間比給定的閾值短時(shí)，圖像讀取器 100從默認(rèn)的全局電子快門操作模式切換到巻簾式操作模式。許多商業(yè)上可用的 成像器是使用光屏蔽或者使用電轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的，光屏蔽允許一定量的光泄露到存 儲(chǔ)元件中，電轉(zhuǎn)換沒有完全將存儲(chǔ)元件與光敏元件隔離開。這樣，在將電荷傳 送到存儲(chǔ)元件后，對(duì)圖像的入射環(huán)境照明對(duì)存儲(chǔ)元件的內(nèi)容有負(fù)面影響。以下 提供此操作的數(shù)例。
通常，具有全局電子快門功能的CMOS圖像傳感器的快門效率指定了圖^f象傳 感器上的存儲(chǔ)區(qū)能夠屏蔽存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)的范圍。例如，如果快門的效率為 99.9%，那么在屏蔽區(qū)生成電荷所花費(fèi)的積分時(shí)間(也稱為曝光時(shí)間)比在非屏 蔽區(qū)生成相同量電荷所花費(fèi)的積分時(shí)間長(zhǎng)1000倍。因此，在圖像捕捉周期內(nèi)， 以下公式提供了來自環(huán)境光的圖像上的光輻照度的說明，在圖像移動(dòng)到存儲(chǔ)區(qū) 內(nèi)之后時(shí)限期間，該光輻照度相對(duì)于來自使用環(huán)境光照明的物體的圖像上的光 輻照度，環(huán)境光和光源160可以被忽略，并且在圖像被移動(dòng)到存儲(chǔ)區(qū)之前的時(shí) 限期間而不超過期望的退化率。這個(gè)公式也可以表示在整個(gè)成像周期，圖像上 的入射光相同的情況。在兩個(gè)實(shí)例中，需要知道沒有引入最大退化而可以使用 最小積分。<formula>formula see original document page 43</formula>
在許多實(shí)例中，在曝光期以及在幀的剩余期，圖像上的光不變。在這種情 況下，圖像上的光輻強(qiáng)度是常量，可以計(jì)算出光泄露不會(huì)過分干擾期望圖像時(shí) 可以使用的最小積分時(shí)間。在這種情況下計(jì)算公式，允許為特定退化計(jì)算最小 積分周期的計(jì)算。以下的常態(tài)輻照度數(shù)例是用于99. 9%的快門效率、20ms的幀 頻、以及5%的最大容忍退化率。
20ms* (100%—99. 9%) = ( Texposure*5%) 或者計(jì)算不引起超過5%的退化率時(shí)，可以使用的最小曝光時(shí)間
Texposure=0. 4ms
因此，如果圖像捕捉時(shí)的積分時(shí)間小于0. 4ms，那么退化泄露(光學(xué)和電子的) 將引入5%或者更多的誤差。
在處理由于過強(qiáng)的環(huán)境光引入的圖像退化的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)積分時(shí)間變 得比與圖像讀取器的幀頻、最大可允許退化率以及快門效率有關(guān)的預(yù)定水平低 時(shí)，圖像讀取器IOO切換到巻簾式操作。圖14示出了用于響應(yīng)于短積分時(shí)間而 切換操作模式的過程600。響應(yīng)于例如由操作者對(duì)觸發(fā)器216的壓下或者響應(yīng)于 提供到圖像讀取器100的視野內(nèi)的物體，激活模塊124可以生成觸發(fā)信號(hào)以使 過程600開始。過程600包括存儲(chǔ)計(jì)算的最小積分時(shí)間(步驟604 )。在一個(gè)實(shí)
施例中，根據(jù)上述公式確定閾值。這些公式的一些輸入，例如，快門效率、最
大可接收?qǐng)D像退化泄露、以及幀頻，可以作為圖像讀取器100的最初設(shè)置一部 分或者稍后時(shí)間在圖像讀取器100中設(shè)置。過程600還包括采集圖像數(shù)據(jù)(步 驟608 )。作為圖像數(shù)據(jù)采集的一部分，用于當(dāng)前環(huán)境狀況的曝光時(shí)間由傳感器 陣列控制模塊186制定(步驟612)。在各種實(shí)施例中，這個(gè)曝光時(shí)間由圖像讀 取器100中全局電子快門控制模塊190、光學(xué)模塊178、或另一個(gè)適當(dāng)建立的模 塊確定。為了確定是否圖像讀取器100的操作模式應(yīng)該從全局快門切換到巻簾 式快門，比較制定的曝光時(shí)間與最小積分時(shí)間閾值(步驟616)。如果制定的積 分時(shí)間比計(jì)算的最小積分時(shí)間閾值短，則圖像讀取器100的操作模式從全局電 子快門切換到巻簾式快門(步驟620 )。如果制定的積分時(shí)間大于或者等于計(jì)算 的最小積分時(shí)間閾值，則保持全局電子快門操作模式(步驟628)。
參考圖15A、流程圖31、以及圖32描述本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例。如圖15A 所示，圖像讀取器100可以設(shè)置為具有用戶可選配置設(shè)置。例如，如圖15A所 示，圖像讀取器100在顯示器504上提供圖像用戶接口 (GUI)、菜單選擇顯示 屏3170，菜單選擇顯示屏3170為操作者提供了巻簾式操作模式和全局快門操作 模式的用戶可選配置選項(xiàng)。GUI顯示屏可以使用與一定的可用操作系統(tǒng)(諸如 WINDOWS CE)有關(guān)的工具包配置，操作系統(tǒng)可以安裝有在圖像讀取器100上。 當(dāng)讀取器100設(shè)置為包括瀏覽器或者是使用相適的分析程序和解釋程序進(jìn)行其 它配置，GUI3170可以使用各種開放標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言(例如HTML、 JAVA, XML、 JAVA) 生成。在圖15A的實(shí)施例中，GUI圖標(biāo)3152是巻簾快門選項(xiàng)按鈕，GUI圖標(biāo)3154 是全局電子快門菜單選項(xiàng)。當(dāng)選擇圖標(biāo)3152時(shí)，圖像讀取器IOO設(shè)置為圖像讀 取器100接收如此處所述的下一觸發(fā)信號(hào)，以開始解碼嘗試，圖像讀取器100 使用巻簾式操作模式采集圖像數(shù)據(jù)，而不使用全局電子操作模式。當(dāng)選擇圖標(biāo) 3154時(shí)，圖像讀取器IOO設(shè)置為圖像讀取器IOO接收下一觸發(fā)信號(hào)以開始解碼 嘗試，圖像讀取器100使用全局電子操作模式采集圖像數(shù)據(jù)，而不使用巻簾式 操作模式。GUI3170可以生成為允許其它的用戶可選配置選項(xiàng)。在圖15A的實(shí)施 例中，按鈕3156 (可以是文本或者按鈕形式)的選擇將圖像讀取器IOO設(shè)置為， 在接收觸發(fā)信號(hào)的下一時(shí)間執(zhí)行過程300。。按鈕3158的選擇將圖像讀取器100 設(shè)置為，在接收觸發(fā)信號(hào)的下一時(shí)間執(zhí)行過程400。按鈕3162的選擇將圖像讀 取器100設(shè)置為，執(zhí)行過程600，在下一時(shí)間接收觸發(fā)信號(hào)。按鈕3164的選擇 將圖像讀取器IOO設(shè)置為，圖像讀取器100在"圖像捕捉"搡作模式，因此， 下一時(shí)間接收觸發(fā)信號(hào)，圖像讀取器采集圖像數(shù)據(jù)(例如圖像數(shù)據(jù)的2D整幀)， 并且輸出圖像(例如到顯示器504或者間隔分離裝置)，而不將采集的圖像數(shù) 據(jù)傳送給模塊150或模塊152。在運(yùn)輸行業(yè)的應(yīng)用中，有利于相應(yīng)移動(dòng)中的物體
(例如，移動(dòng)的運(yùn)載工具、在裝配線上的包裹)，在"圖像捕捉"模式下捕捉 圖像。因此，可以看出，由于使用全局快門操作模式而減少了圖像失真，因此 使用全局快門操作模式的圖像捕捉模式的執(zhí)行帶來明顯益處。巻簾式快門配置 和全局電子快門配置之間的旋轉(zhuǎn)或與按鈕3156、 3158、 3160、 3162、以及3164 有關(guān)的配置也可以使用軟件開發(fā)包(SDK)的命令生成。產(chǎn)生系統(tǒng)，使可以在與 圖像讀取器間隔分離的主終端選擇SDK產(chǎn)生的命令(例如，"巻簾式快門，，和
"全局快門"命令)，并且將命令傳送到圖像讀取器100以重新配置讀取器100， 其中此命令使圖像讀取器100為巻簾式快門配置和全局電子快門配置中的其中 一個(gè)。
再次參考圖31的流程圖，步驟3102中，操作者在巻簾式快門配置和全局 電子快門配置之間選擇。如果操作者選擇巻簾快門配置，圖像讀取器100進(jìn)行 到步驟3104。步驟3104中，通過觸發(fā)信號(hào)(例如，通過觸發(fā)器216的手動(dòng)激活 或者其它方法)的生成，圖像讀取器100從空閑狀態(tài)被驅(qū)動(dòng)到活動(dòng)讀取狀態(tài)， 然后，自動(dòng)執(zhí)行步驟3106和3108。步驟3106中，圖像讀取器100使用巻簾快 門操作模式采集圖像數(shù)據(jù)，然后在步驟3108中，將步驟3106中采集的圖像數(shù) 據(jù)傳送到數(shù)據(jù)表單解碼模塊152或者自動(dòng)識(shí)別模塊152以對(duì)圖像數(shù)據(jù)解碼或者 進(jìn)行其它操作。步驟3102中，如果選擇全局電子快門模式，則圖像讀取器IOO 執(zhí)行步驟3118。步驟3118中，通過觸發(fā)信號(hào)(例如，通過觸發(fā)器216的手動(dòng)激 活或者其它方法)的生成，將圖像讀取器IOO從空閑狀態(tài)驅(qū)動(dòng)到活動(dòng)讀取狀態(tài)， 并且然后自動(dòng)執(zhí)行步驟3118和3120。步驟3118中，圖^f象讀取器IO(H吏用全局 電子快門操作模式采集圖像數(shù)據(jù)，然后在步驟3122中，將步驟3118中采集的 圖像數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)表單解碼模塊152或者自動(dòng)識(shí)別模塊152以對(duì)圖像數(shù)據(jù)解 碼或者進(jìn)行其它操作。
參考圖32的流程圖，描述本發(fā)明的另一實(shí)施例。在參考圖32的流程圖描 述的實(shí)施例中，圖像讀取器100設(shè)置為采集圖像數(shù)據(jù)，并且使用巻簾快門操作 模式和全局快門操作模式，嘗試解碼圖像數(shù)據(jù)。步驟3202中，如此處所述生成 觸發(fā)信號(hào)(例如，通過觸發(fā)器216的手動(dòng)激活或者其它方法)，以將圖l象讀取 器IOO從空閑狀態(tài)驅(qū)動(dòng)到活動(dòng)讀取狀態(tài)，然后，自動(dòng)執(zhí)行步驟3204和3206。步 驟3204中，圖像讀取器100進(jìn)入巻簾式快門操作模式。步驟3206中，圖像讀 取器100使用巻簾式快門操作模式采集諸如整幀圖像數(shù)據(jù)或者窗口幀圖像數(shù)據(jù)。 步驟3208中，圖像讀取器100將步驟3206中采集的圖像數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)表單 解碼模塊150和/或自動(dòng)識(shí)別模塊152。數(shù)據(jù)表單解碼模塊150或自動(dòng)識(shí)別模塊 152可以對(duì)釆集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼或者其它處理，并且輸出結(jié)果(例如，給顯 示器504和/或間隔分離裝置輸出經(jīng)過解碼的條形碼消息)。步驟3118中，圖 像讀取器IOO進(jìn)入全局電子快門操作模式。步驟3212中，圖像讀取器100使用 全局電子快門操作模式采集圖像數(shù)據(jù)。步驟3212中，圖像數(shù)據(jù)100使用全局電 子快門操作模式采集圖像數(shù)據(jù)。步驟3212中采集的圖像數(shù)據(jù)可以是整幀或者窗 口幀的圖像數(shù)據(jù)。步驟3214中，圖像讀取器100將步驟3212中采集的圖像數(shù) 據(jù)傳送到數(shù)據(jù)表單解碼模塊150或者自動(dòng)識(shí)別模塊152。數(shù)據(jù)表單解碼模塊150 或者自動(dòng)識(shí)別模塊152可以對(duì)采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼或者其它處理，并且輸 出結(jié)果(例如，給顯示器和/或間隔分離裝置輸出經(jīng)過解碼的條形碼消息)。如 控制環(huán)箭頭3216所示，圖像讀取器100可以自動(dòng)重復(fù)步驟3204、 3206、 3208、 3210、 3212、以及3214，直到滿足停止條件。停止條件可以是例如觸發(fā)停止信 號(hào)的生成(可以是通過釋放觸發(fā)器216而生成)或者預(yù)定量的條形碼符號(hào)解碼 成功。
結(jié)合圖25的流程圖，描述根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)過程。與過程400相似，過 程800包括在透鏡212被控制為運(yùn)動(dòng)期間，對(duì)有限量的圖像數(shù)據(jù)的處理。在過 程400和過程800,快速確立透4竟212的焦距對(duì)準(zhǔn)位置。同時(shí)，過程400包括對(duì) 被操作的圖像傳感器陣列模塊182的使用，在這個(gè)過程的不同階段的時(shí)間，在 第 一巻簾快門操作模式和依次執(zhí)行的第二全局電子操作模式中，可以使用選擇
性可尋址圖像傳感器陣列模塊中的一個(gè)執(zhí)行過程800,在巻簾式操作模式和全局
電子操作模式下的整個(gè)過程中，操作此處描述的可尋址圖像傳感器陣列模塊。
進(jìn)一步參考過程800，步驟802中，通過觸發(fā)信號(hào)的生成(例如，響應(yīng)于觸 發(fā)器216的壓下、圖像讀取器視野內(nèi)的物體的檢測(cè)、或者接收間隔分離裝置的 命令)，激活模塊124開始過程800。步驟814中，圖像讀取器100將透鏡212 設(shè)置為運(yùn)動(dòng)。步驟814中，圖像讀取器100可以控制透鏡212為連續(xù)運(yùn)動(dòng)或者 其它步進(jìn)連續(xù)運(yùn)動(dòng)中的一個(gè)。
步驟820中，圖像讀取器100從圖像傳感器陣列模塊182讀出窗口幀圖像 數(shù)據(jù)。CMOS圖像傳感器可以在窗口幀操作模式下操作。在窗口幀操作模式下， 只讀出相應(yīng)于圖像傳感器陣列的可選擇尋址的所有像素的子集的圖像數(shù)據(jù)。參 考圖28A、 28B、以及28C描述在窗口幀^澡作;漠式下的圖^^讀取器100的示例， 其中，使用代表10x10的像素塊的每個(gè)正方形柵格代表圖像傳感器陣列，并且 其中陰影區(qū)2802、 2804、以及2806代表被選擇性尋址和選擇性讀出的像素。在 圖28A的實(shí)施例中，示出了窗口幀操作模式，其中，通過選擇性地尋址和只讀 出包括在圖像傳感器陣列模塊182的中心的一組行像素的像素中心行圖案，而 從圖像傳感器陣列182讀出窗口圖像數(shù)據(jù)?？蛇x地，在窗口幀操作模式下，圖 像讀取器100可以選擇性地尋址和從圖像傳感器陣列模塊182的一個(gè)單行像素 選擇性地讀出圖像數(shù)據(jù)。進(jìn)一步，在窗口幀操作模式下，圖像讀取器100可以 選擇性的尋址，并且從行2802a和2802b選擇性地讀出圖像數(shù)據(jù)。在圖28B的 實(shí)施例中，示出窗口幀操作模式，其中，通過選擇性地尋址和只讀出在圖像傳 感器陣列模塊182的中心的位置上鄰近的像素集(即，互相鄰近的像素集)， 而從圖像傳感器陣列模塊182讀出窗口幀圖像數(shù)據(jù)。在圖28C的實(shí)施例中，示 出窗口幀操作模式，其中，通過選擇性地讀出位置上連續(xù)像素的間隔分離的 10xlO塊群，而從圖像傳感器陣列模塊182讀出窗口圖像數(shù)據(jù)。在結(jié)合圖28A、 28B、以及28C描述的所有的窗口幀操作沖莫式中，選擇性的尋址，并且讀出相應(yīng) 于小于圖像傳感器像素的一半的圖像數(shù)據(jù)。當(dāng)在窗口幀操作模式下操作時(shí)，圖 ^^讀取器IOO可以采集相應(yīng)于如圖28a、 28b、 28c中所示的一個(gè)或者更多圖案 或者其它圖案中的像素上的入射光圖像數(shù)據(jù)。圖像數(shù)據(jù)的這種集合可以包括灰
度值集，并且可以稱為窗口幀圖像數(shù)據(jù)。
與存儲(chǔ)模塊116存儲(chǔ)整幀圖像數(shù)據(jù)，然后整幀圖像數(shù)據(jù)的一部分被指定為 將經(jīng)過進(jìn)一步處理的感興趣區(qū)(樣品區(qū))的可選操作才莫式相比，此處描述窗口 幀操作模式。在窗口幀操作模式下，在釆集整幀圖像數(shù)據(jù)所需的時(shí)間片段內(nèi)， 可以采集幀圖像數(shù)據(jù)。
進(jìn)一步參考過程800,步驟824中，圖像讀取器IOO分析窗口幀圖像數(shù)據(jù)， 以判斷圖像讀取器100的焦距特性。參考圖29的流程圖和圖30A和圖30B的直 方圖，進(jìn)一步描述分析窗口幀圖像數(shù)據(jù)以判斷焦距特性的步驟。步驟4102中， 圖像讀取器100可以作出步驟820中讀出當(dāng)前窗口幀圖像數(shù)據(jù)的的像素值的直 方圖。圖30A是根據(jù)被可接收聚焦的二值圖像(例如，在單色底板上的條形碼 符號(hào)中)的行數(shù)據(jù)的像素值的直方圖。直方圖4108代表高對(duì)比度圖像，并且包 括在灰度的高端的許多像素值、在灰度低端的許多像素值、以及在灰度中心范 圍的少數(shù)像素值。圖30B是相應(yīng)于聚焦差的二值圖像的窗口幀圖像數(shù)據(jù)的像素 值的直方圖。直方圖4110統(tǒng)計(jì)的圖像數(shù)據(jù)是"扁平"的，低對(duì)比度圖像意味著 在灰度值的兩個(gè)端點(diǎn)具有較少像素值，并且在灰度值的中心具有大量像素值。 因此，可以看出，使用圖像對(duì)比度信息能夠容易地確定圖像的聚焦程度。
步驟4104中，圖像讀取器IOO評(píng)估采集的直方圖數(shù)據(jù)。在步驟(原文為塊) 4104中，圖像讀取器100可以確定透鏡212的合適的焦距對(duì)準(zhǔn)設(shè)置，或者確定 從圖像數(shù)據(jù)的當(dāng)前行提取的直方圖數(shù)據(jù)是否表示圖像讀取器100在當(dāng)前的透鏡 位置被可接收地聚焦。步驟4104中的圖像讀取器IOO基于采集的直方圖數(shù)據(jù)， 確定透鏡212合適的設(shè)置，直方圖數(shù)據(jù)可以來自當(dāng)前窗口幀圖像數(shù)據(jù)，或者基 于當(dāng)前窗口幀圖像數(shù)據(jù)的和先前采集的一個(gè)或多個(gè)窗口幀圖像數(shù)據(jù)的在前數(shù)據(jù) 的組合。另一方面，記錄透鏡212的位置或者設(shè)置值，使得當(dāng)窗口幀圖像數(shù)據(jù) 信息被采集時(shí)，被讀出并且分析的每行圖像數(shù)據(jù)的直方圖信息具有指示透鏡212 的位置的相關(guān)透鏡位置數(shù)據(jù)。步驟4104中，用于確定焦距對(duì)準(zhǔn)透鏡設(shè)置的傳遞 函數(shù)可以使用窗口幀對(duì)比信息(如直方圖中所概述的那樣)，也可以使用指示 與每個(gè)采集的窗口幀圖像數(shù)據(jù)有關(guān)的透鏡212位置的透鏡位置數(shù)據(jù)。
參考過程800的進(jìn)一步步驟，步驟814中，圖像讀取器100可以控制透鏡212為連續(xù)運(yùn)動(dòng)或者步進(jìn)連續(xù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)控制為連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，透鏡212在響應(yīng)于窗 口幀圖像數(shù)據(jù)的像素被曝光并且被讀出的整個(gè)時(shí)間連續(xù)移動(dòng)。當(dāng)控制為步進(jìn)式 連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，透鏡212在相應(yīng)于窗口幀圖像數(shù)據(jù)的像素被曝光并且讀出的整個(gè) 時(shí)間重復(fù)移動(dòng)并且停止。在圖像讀取器100的一個(gè)實(shí)施例中，透鏡212控制為 步進(jìn)連續(xù)運(yùn)動(dòng)，圖像讀取器100在兩個(gè)端點(diǎn)(即，第一更遠(yuǎn)的場(chǎng)點(diǎn)和第二較近 場(chǎng)點(diǎn))之間連續(xù)移動(dòng)透鏡。在圖像讀取器100另一實(shí)施例中，透鏡212控制為 步進(jìn)式連續(xù)運(yùn)動(dòng)，圖像讀取器100連續(xù)在兩個(gè)端點(diǎn)位置之間移動(dòng)透鏡212,并且 在端點(diǎn)位置之間的一個(gè)或者多個(gè)位置上間歇使透鏡212停止?？刂茷椴竭M(jìn)連續(xù) 運(yùn)動(dòng)的透鏡212可以認(rèn)為是具有運(yùn)動(dòng)期(即透鏡移動(dòng)期間)和停止期(對(duì)應(yīng)于 透鏡臨時(shí)空閑的時(shí)間)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，透鏡212的運(yùn)動(dòng)和多行像 素中圖像數(shù)據(jù)的讀出是協(xié)調(diào)的。例如，透鏡212的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)和圖像傳感器陣列 模塊182的控制可以協(xié)調(diào)為，在用于曝光相應(yīng)于窗口幀圖像數(shù)據(jù)的像素的曝光 期內(nèi)，步進(jìn)連續(xù)運(yùn)動(dòng)的透鏡的停止期發(fā)生，并且在此曝光期之前和之后，運(yùn)動(dòng) 周期發(fā)生。進(jìn)一步，在特定實(shí)施例中，當(dāng)對(duì)應(yīng)于在透鏡212的運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)被曝 光的像素的圖像數(shù)據(jù)的處理有效時(shí)，圖像數(shù)據(jù)100可以被設(shè)置為，丟棄對(duì)應(yīng)于 在透鏡212的移動(dòng)周期內(nèi)被曝光的像素的圖像數(shù)據(jù)，例如，在分析步驟824中。
參考圖26、 27的流程圖描述參考圖25大概描述的過程800的特別實(shí)施例。 在圖26的實(shí)施例中，步驟824中，圖像讀取器100嘗試基于確定采集到那點(diǎn)的 采集的窗口幀圖像數(shù)據(jù)的焦距對(duì)準(zhǔn)設(shè)置。如果在步驟828a中，圖像讀取器IOO 判斷出已經(jīng)采集了確定圖像讀取器100的焦距對(duì)準(zhǔn)位置的足夠信息時(shí)，則圖像 讀取器100進(jìn)行到步驟828b，將透鏡移動(dòng)到確定的焦距對(duì)準(zhǔn)位置。如果沒有采集 到足夠信息，圖像讀取器返回到步驟820，以采集另外的窗口幀信息。在步驟 828b中，例如為了判斷確定的焦距對(duì)準(zhǔn)位置是否正確而移動(dòng)透鏡212時(shí)，圖像 讀取器100可以繼續(xù)讀出并且處理窗口幀圖像數(shù)據(jù)。當(dāng)透鏡212已經(jīng)移動(dòng)到確 定的焦距對(duì)準(zhǔn)位置，圖像讀取器100執(zhí)行步驟836，采集整幀圖4象數(shù)據(jù)(例如， 依照過程300 )，然后執(zhí)行步驟838,將采集的圖像數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)表單解碼模 塊15Q或者自動(dòng)識(shí)別才莫塊152的其中一個(gè)。
在參考圖27描述過程800的實(shí)施例中，圖像讀取器100通過評(píng)估步驟824中當(dāng)前的窗口幀圖像數(shù)據(jù)(最近采集的窗口幀數(shù)據(jù))以判斷當(dāng)前的窗口幀圖像
數(shù)據(jù)是否指示圖像讀取器100當(dāng)前是焦距對(duì)準(zhǔn)，而確立透鏡212的焦距對(duì)準(zhǔn)設(shè) 置。在步驟828c中，如果圖像讀取器IOO判斷圖像讀取器當(dāng)前不在焦距對(duì)準(zhǔn)， 圖像讀取器100返回到步驟820，以采集另外窗口幀信息。步驟828中，如果 圖像讀取器IOO判斷讀取器當(dāng)前在焦距對(duì)準(zhǔn)位置，圖像讀取器100執(zhí)行步驟836, 以采集整幀圖像數(shù)據(jù)(例如，依照過程300 ),然后執(zhí)行步驟838,以將釆集的 圖像數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)表單解碼模塊150或者自動(dòng)識(shí)別模塊152的其中一個(gè)。
在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，在步驟820中，圖像讀取器100可以讀出預(yù)定 量的窗口幀圖像數(shù)據(jù)，并且在步驟824中，圖像讀取器100可以分析預(yù)定量的 窗口幀圖像數(shù)據(jù)。窗口幀圖像數(shù)據(jù)可以具有相同圖案(例如，始終是圖28A的 圖案)或者可以具有變化圖案(例如，首先是圖28A的圖案，然后是圖28B的圖 案，然后是圖28C的圖案)。在一個(gè)變化的實(shí)施例中，在采集之后，圖像讀取 器IOO可以將每個(gè)采集的窗口幀圖像數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)表單解碼模塊150和/或自 動(dòng)識(shí)別模塊152。步驟824中，為了確定圖像讀取器100的焦距對(duì)準(zhǔn)設(shè)置，圖像 讀取器100分析的預(yù)定量的幀圖像數(shù)據(jù)。在確定焦距對(duì)準(zhǔn)設(shè)置時(shí)，圖像讀取器 100可以選擇與最佳聚焦(最高對(duì)比度)的窗口幀圖像數(shù)據(jù)有關(guān)的焦距對(duì)準(zhǔn)設(shè)置， 或者，圖像讀取器100可以使用來自采集的多個(gè)窗口幀的圖像數(shù)據(jù)，評(píng)估焦距 設(shè)置。在過程800的變化實(shí)施例的任何一個(gè)中，在步驟836中，當(dāng)圖^f象讀取器 100的焦距對(duì)準(zhǔn)設(shè)置確定之后，透鏡212移動(dòng)到確定的設(shè)置位置以確立焦距對(duì)準(zhǔn) 設(shè)置之前或者之后，圖像讀取器IOO可以采集整幀圖像數(shù)據(jù)。
參考過程400和過程800,可理解為在確立焦距對(duì)準(zhǔn)位置時(shí)，圖^f象讀取器 828基于表示目標(biāo)標(biāo)記位于比其它可用透鏡焦距位置更好的焦距的預(yù)定或者當(dāng) 前位置上，可以指定透鏡212的預(yù)定或者當(dāng)前位置為焦距對(duì)準(zhǔn)。因此，當(dāng)透鏡 焦距位置沒有在通常意義上高度聚焦時(shí)，如果傳感器讀取器100表示至少目標(biāo) 符號(hào)比其它可用透鏡位置更為焦距對(duì)準(zhǔn)，則傳感器讀取器100仍然可以指定該 位置作為"焦距對(duì)準(zhǔn)"。在一個(gè)特別實(shí)施例中，當(dāng)透鏡212控制為處于步進(jìn)式連續(xù) 運(yùn)動(dòng)中時(shí)，透鏡212可以在有限量的離散位置(例如，兩個(gè)位置)之間切換。 在此實(shí)施例中，如果透鏡位置表示目標(biāo)符號(hào)比剩下的可能位置更在焦距對(duì)準(zhǔn)， 則圖像讀取器100可以指定有限量的可能離散位置的其中一個(gè)為"焦距對(duì)準(zhǔn)" 位置。特別在配置中，當(dāng)透鏡212在有限量的離散位置之間切換，可以忽略焦 距確定步驟，并且圖像數(shù)據(jù)直接傳送到解碼模塊150或自動(dòng)識(shí)別模塊152。特別 地，當(dāng)具有限量的可選的焦距位置時(shí)，基于以成功解碼的方式定位結(jié)果的位置， 可以容易地識(shí)別焦距對(duì)準(zhǔn)位置。通過解碼嘗試，識(shí)別焦距對(duì)準(zhǔn)位置可以減少平 均解;馬時(shí)間。
已知的， 一些可用圖像傳感器陣列具有設(shè)置或者操作模式，其中，由于包 裝關(guān)系(例如，邊緣像素被芯片的包裝材料覆蓋)或者特定的屏幕高寬比的配 置，不讀出有限量的邊緣列和/或行。當(dāng)從圖4象傳感器的所有像素或者大致上所 有的像素中讀出來自圖像傳感器的圖像數(shù)據(jù)，而不讀出有限量的行和/或列邊緣 像素時(shí)，此被采集的圖像數(shù)據(jù)集在此處認(rèn)為是整幀圖像數(shù)據(jù)集。
參考過程400和過程800,已經(jīng)描述了可以將透4竟212控制為連續(xù)運(yùn)動(dòng)或者 步進(jìn)連續(xù)運(yùn)動(dòng)中的一個(gè)?？梢钥闯?，當(dāng)透鏡212控制為連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，圖像讀取 器100的焦距設(shè)置控制為隨時(shí)間變化。當(dāng)透鏡212控制為步進(jìn)式連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)， 因此，透鏡212的焦距設(shè)置(因此也是圖像讀取器100的焦距位置)也被控制 為隨著時(shí)間步進(jìn)變化。進(jìn)一步，根據(jù)過程400或者過程800，當(dāng)透鏡212控制為 步進(jìn)式連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在運(yùn)動(dòng)期，透鏡212的焦距設(shè)置是在變化狀態(tài)。當(dāng)透鏡212 控制為步進(jìn)式連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在停止期，圖像讀取器100的焦距設(shè)置暫時(shí)為空閑 狀態(tài)。
再次參考圖1A,以下說明提供以上介紹的圖像讀取器100的模塊上的另外 細(xì)節(jié)。在各種實(shí)施例中，控制模塊112可以包括具有芯片上快速可訪問存儲(chǔ)器、 用于執(zhí)行特定操作的專用集成電路(ASIC)、以及軟件、固件、以及數(shù)字解碼 邏輯的中央處理單元。存儲(chǔ)模塊116可以包括任何一個(gè)或者多個(gè)用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 的只讀(ROM)、隨機(jī)訪問、以及不揮發(fā)可編程存儲(chǔ)器?；赗OM的存儲(chǔ)器可以 用于容納安全數(shù)據(jù)和圖像讀取器操作系統(tǒng)指令以及用于其它模塊的代碼?；?RAM的存儲(chǔ)器可以用于在圖像讀取器操作期間方便臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。不揮發(fā)可編程 存儲(chǔ)器可以使用各種形式，典型地，為可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)和電可 擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)。在一些實(shí)施例中，當(dāng)圖像讀取器100為
靜止?fàn)顟B(tài)或者省電的休眠狀態(tài)時(shí)，不揮發(fā)存儲(chǔ)器用于確保了數(shù)據(jù)的保留。
I/O模塊120用于建立圖像讀取器100和其它電子裝置之間潛在的雙向通 信。具有1/0模塊12部分的元件包括無線或者有線局域網(wǎng)接口、撥號(hào)或者電纜 調(diào)制解調(diào)器接口、USB接口、PCMCIA接口、RS232接口、 IBM Tailgate接口 RS485 接口、 PS/2鍵盤/鼠標(biāo)接口、專用音頻和/視頻接口、標(biāo)準(zhǔn)閃存(CF)接口、 PC 卡標(biāo)準(zhǔn)接口、安全標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)器、用于輸入/輸出設(shè)備的安全數(shù)字輸入輸出、和/ 或任何其它標(biāo)準(zhǔn)或者個(gè)人設(shè)備接口 。 CF接口是根據(jù)CF規(guī)格版本2. 0 (保存在網(wǎng) 站http:Vwww.compactflash.org)的CF標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的4矣口 。 CF ^見格版本2. 0文檔 的全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考。PC卡標(biāo)準(zhǔn)接口是根據(jù)諸如由個(gè)人計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)卡 國(guó)際協(xié)會(huì)(PCMCIA)維護(hù)的，并且可以從http:Vwww.pcmcia.org下載的PC卡 標(biāo)準(zhǔn)8. 0版本-2001年春季的PC卡標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的4妄口 。PC卡標(biāo)準(zhǔn)8. 0版本-2001 年春季的規(guī)格版本2. 0的全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考。
激活模塊124用于開始圖像讀取器100各方面的操作，諸如根據(jù)此處描述 的過程300、過程400、過程600、或者過程800的數(shù)據(jù)采集和處理。過程300、 過程400、過程600以及過程800可以響應(yīng)于激活才莫塊124的各自過程的啟動(dòng)而 自動(dòng)執(zhí)行。圖像讀取器IOO可以設(shè)置為在過程300、過程400、過程600以及過 程800啟動(dòng)后自動(dòng)繼續(xù)，直到滿足停止條件。停止條件可以例如是觸發(fā)器停止 信號(hào)(可以由觸發(fā)器216釋放產(chǎn)生)的生成或者成功解碼預(yù)定量的條形碼符號(hào)。 在上述的手持圖像讀取器100a中，激活模塊包括觸發(fā)器216,當(dāng)觸發(fā)器216被 壓下，生成控制模塊112接收的觸發(fā)信號(hào)，然后，將控制信號(hào)發(fā)送到圖像讀取 器100的其它合適模塊。在圖像讀取器100的固定安裝的實(shí)施例的一個(gè)實(shí)施例 中，激活模塊124包括物體檢測(cè)模塊，當(dāng)檢測(cè)到將被成像的物體存在時(shí)，物體 傳感模塊生成觸發(fā)信號(hào)以開始圖像讀取100的才喿作。當(dāng)生成觸發(fā)信號(hào)時(shí)，將圖 像讀取器100從空閑狀態(tài)驅(qū)動(dòng)到活動(dòng)狀態(tài)。激活模塊124也可以相應(yīng)于從本地 或者遠(yuǎn)程隔離裝置接收的的命令而生成觸發(fā)信號(hào)。
用戶反饋模塊128用于為操作者提供傳感反饋。在各種實(shí)施例中，反饋可 以包括蜂窩聲警報(bào)的聲覺信號(hào)、諸如LED閃光指示的視覺顯示、諸如在圖像讀 取器100中振動(dòng)的機(jī)械感覺，或者能夠給操作者指示諸如圖像成功捕捉的圖像
讀取器100操作狀態(tài)的任何其它感覺反饋。
顯示模塊132用于給操作者提供諸如圖像讀取器100的操作狀態(tài)的視覺信 號(hào)，例如包括剩余電量和/或存儲(chǔ)空間、操作模式、和/或其它操作或者功能細(xì) 節(jié)。在各種實(shí)施例中，顯示模塊132可以由具有可選的觸摸板(touch-padscreen overlay)的顯示屏LCD平板顯示器提供，操作觸摸板用于接收與顯示器相配合 的操作者接觸輸入。
用戶接口模塊134用于為操作者和圖像讀取器100之間的通信提供接口機(jī) 制。在各種實(shí)施例中，用戶接口模塊包括鍵盤、特別功能或者可編程的按鈕、 操作桿、或者撥動(dòng)開關(guān)等。如果顯示模塊132包括如上所述的觸摸板顯示屏 (touch-pad screen overlay),顯示才莫塊可以在用戶4妄口才莫塊13 4中結(jié)合由元件 可選地提供的 一些輸入功能。
在一些實(shí)施例中，RFID模塊136是符合ISO/IEC 14443的RFID詢問器和 讀取器，RFID詢問器能夠詢問RFID的非接觸裝置，并且能夠恢復(fù)RFID標(biāo)簽 發(fā)射的響應(yīng)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)和國(guó)際電工委員會(huì)(正C)是定義全世界 標(biāo)準(zhǔn)化的專門系統(tǒng)的團(tuán)體。在其它實(shí)施例中，RFID模塊136根據(jù)ISO/IEC 10536 或ISO/IEC 15963操作。由ISO/IEC公布的非接觸卡標(biāo)準(zhǔn)覆蓋了實(shí)施例中的各種 類型，具體為ISO/正C 10536 (緊貼式卡)、ISO/IEC 14443 (鄰近式卡)、以及 ISO/正C 15693 (接近式卡)。這些分別用于操作者與相關(guān)的耦合元件非常近、 在附近、或者在更遠(yuǎn)距離的情況。在一些實(shí)施例中，RFID模塊136設(shè)置為讀出 包括才艮據(jù)產(chǎn)品電子代碼(EPC)、由麻省理工學(xué)院自動(dòng)標(biāo)識(shí)中心(Auto-ID Center atMIT)提出的代碼格式的信息的標(biāo)簽。在一些實(shí)施例中，RFID模塊136根據(jù) 私有協(xié)議操作。在一些實(shí)施例中，RFID模塊136與從詢問的RFID標(biāo)簽到計(jì)算 機(jī)處理器的信息的至少 一部分通信，其中計(jì)算機(jī)處理器通過網(wǎng)絡(luò)使用信息去訪 問或者找回存儲(chǔ)在可訪問服務(wù)器上的數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，信息是RFID標(biāo)簽 序列號(hào)或者與RFID標(biāo)簽有關(guān)的物體。
在一些實(shí)施例中，智能卡模塊140是符合ISO/正C 7816的智能卡讀取器， 智能卡讀取器使用電接觸用于建立與設(shè)計(jì)合適的基于智能卡的接觸芯片通信。 智能卡模塊140能夠讀并且在一些情況中寫數(shù)據(jù)給附接的智能卡。
在一些實(shí)施例中，磁條卡模塊144是能夠讀取諸如在一個(gè)或者多個(gè)軌道(例 如，信用卡上使用的軌道上)上以磁性格式運(yùn)載解碼信息的卡的物體的磁條讀 取器。在其它實(shí)施例中，磁條卡模塊144是磁性字符讀取裝置，其用于讀取使 用磁墨印刷的字符，例如在銀行支票上可見的以指示美國(guó)銀行家協(xié)會(huì)的路由號(hào) 碼、帳號(hào)、支票序號(hào)、以及匯票。在一些實(shí)施中，提供磁性讀取裝置的兩種類 型。
在圖像讀取器100的一些實(shí)施例中，RFID模塊136、智能卡140、以及》茲 條卡模塊144的功能包含在諸如松下集成智能卡讀取模塊號(hào)ZU-9A36CF4 (由 Matsushita Electrical Industrial Company, Ltd.供應(yīng))的single tribrid讀耳又器才莫塊中， 在日期為2004年3月、題為"Manual Insertion Type Integrated Smart Reader"("手 動(dòng)插入型集成智能卡")(版本1.00)的松下規(guī)格號(hào)MIS-DG60C194中更加詳 細(xì)地描述了 ZU-9A36CF4 。該文檔的全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考。
解碼模塊150用于解碼諸如一維或二維條形碼的目標(biāo)數(shù)據(jù)，例如， UPC/EAN、 11碼、39碼、128碼、Codabar、 Interleaved 2 of 5、 MSI、 PDF417、 MicroPDF417、 Code 16K、 Code 49、 MaxiCode、 Aztec、 Aztec Mesa、 #1據(jù)矩 陣、Qcode、 QRCode、 ( UCC復(fù)合)UCC Composite 、 Snowflake、 Vericode、 Dataglyphs、 RSS、 BC 412、 Code 93、 Codablock、 Postnet (US)、 BP04 State 、 Canadian 4 State 、 Japanese Post 、 KIX (Dutch Post) 、 Planet Code 、 OCRA、 OCR B等。在一些實(shí)施例中，解碼模塊還具有自動(dòng)識(shí)別功能，自動(dòng)識(shí)別模塊能夠在諸 如以上列舉的多個(gè)條形碼之間自動(dòng)識(shí)別。解碼器150的特定的功能，例如可解 碼標(biāo)記字符的測(cè)量，在申請(qǐng)日為2004年11月5日、申請(qǐng)?zhí)枮?0/982,393、題為 "Device and System for Verifying Quality of Bar Codes"(用于校-驗(yàn)條形碼質(zhì)量的裝 置和系統(tǒng))的美國(guó)專利中有描述。該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考。
根據(jù)本發(fā)明原則構(gòu)造的圖像讀取器100的另一個(gè)示例是圖15A、圖15B、以 及圖15C中的不同透視圖示出的便攜數(shù)據(jù)終端100b。圖15A示出了主透視圖， 圖15B示出了正面透視圖，以及圖15C示出了背面透鏡圖。如圖所示，在一個(gè) 實(shí)施例中，便攜數(shù)據(jù)終端100b包括接口元件，接口元件具有顯示器504、鍵盤 508、諸如用于定位光標(biāo)的接口按鈕512、觸發(fā)器216、以及具有觸針座524的
觸針座520 (未示出)。^更攜數(shù)據(jù)終端100b還進(jìn)一步包括透4竟212和光源160b。 在附加的實(shí)施例中，便攜數(shù)據(jù)終端能夠增加多種可附接的計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備而增 強(qiáng)功能。在各種實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備可以包括一個(gè)或者多個(gè)磁條讀取器、 諸如指紋掃描器的生物測(cè)定讀取器、諸如發(fā)票打印機(jī)的打印機(jī)、RFID標(biāo)簽或者 RF付款讀取器、以及智能卡讀取器等。在各種實(shí)施例中，便攜數(shù)據(jù)終端100b 可以為Dolphin 7200、 7300、 7400、 7900、或9500系列移動(dòng)計(jì)算機(jī)(Hand Held Products, Inc.供應(yīng)，總部4立于700Visions Drive,郵編208, Skaneatdes Falls, NY),并且可以根據(jù)發(fā)明構(gòu)造。在申請(qǐng)?zhí)枮?0/938,416、提交日為2004年9月 10日、題為"Hand Held Computer Device"("手持計(jì)算機(jī)設(shè)備")的相關(guān)美 國(guó)專利中更加詳細(xì)地描述了手持計(jì)算機(jī)設(shè)備、尤其是設(shè)備殼體的各種細(xì)節(jié)。本 申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考。
便攜數(shù)據(jù)終端lOOb還包括機(jī)電接口 532,例如撥號(hào)或者電纜調(diào)制解調(diào)器接 口、 USB接口、 PCMCIA接口、以太網(wǎng)接口、 RS232接口、 IBM Tai lgate接口 RS485 接口、 CF接口、 PC卡標(biāo)準(zhǔn)接口、用于存儲(chǔ)器接口的安全數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)、用于輸入/ 輸出設(shè)備接口的安全數(shù)字輸入輸出、和/或其它任何合適標(biāo)準(zhǔn)或者私有設(shè)備接 口。在各種實(shí)施例中，機(jī)電接口 532可以用作附屬計(jì)算機(jī)接口的一部分。
圖16中示出了便攜數(shù)據(jù)終端100b的一個(gè)實(shí)施例的電路框圖。在圖16的實(shí) 施例中，圖像采集模塊108b包括圖像引擎，圖像引擎包括設(shè)置在圖像傳感器芯 片546上的二維圖像傳感器536和相關(guān)的成像光學(xué)器件544。相關(guān)的成像光學(xué)器 件544包括透鏡212b(未示出)。圖像傳感器芯片546可以設(shè)置在根據(jù)本發(fā)明構(gòu) 造的型號(hào)為IT4000或IT4200圖像引擎(Hand Held Products, Inc供應(yīng)，總部位 于Skaneateles Falls, NY)中，并且可以是適合諸如上述的Kodak KAC-0311或 Micron MT9V022圖像傳感器陣列的商用芯片。便攜數(shù)據(jù)終端100b還包括照明 模塊104b,照明模塊104b包括光源106b和照明控制模塊164b。這些照明模塊 也是以上引用的IT4000和IT4200圖像引擎的一部分。便攜數(shù)據(jù)終端100b還包 括處理器集成電路(IC)芯片548,該處理器集成電路(IC)芯片548可以由例 如INTEL Strong ARM RISC處理器或者INTEL PXA255處理器提供。處理器IC 芯片548包括中央處理器(CPU) 552。為了捕捉圖像，如上所述，處理器IC
芯片548將適當(dāng)?shù)目刂坪投〞r(shí)信號(hào)發(fā)送到圖像傳感器芯片546。處理器IC芯片 548還控制將芯片546生成的圖4象數(shù)據(jù)傳送到RAM576中。處理器IC芯片548 可以設(shè)置為部分或者整體執(zhí)行結(jié)合圖1A所述的模塊104、 108、 112、 116、 120、 124、 128、 132、 134、 136、 140、 144、 150、 152、 165、以及168中一個(gè)或者 多個(gè)模塊的功能。
如上所述，便攜數(shù)據(jù)終端100b可以包括諸如液晶顯示器的顯示器504、 4建 盤508、多個(gè)通信或者諸如802. 11無線電通信連接器556的無線電收發(fā)器、用 于移動(dòng)通信/通用分組無線業(yè)務(wù)(GSM/GPRS)無線電通信連接器560的全局系統(tǒng) 無線電接收器、和/或藍(lán)牙無線電通信連接器564。在另外實(shí)施例中，便攜數(shù)據(jù) 終端100b可以具有通過碼分多址(CDMA)、蜂窩數(shù)字分組(CDPD) 、 Mobitex侵j夷 式電話和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)絡(luò)組件，傳送諸如聲音或者凝:據(jù)通信的信息的性能。 在其它實(shí)施例中，便攜數(shù)據(jù)終端100b可以使用DataTACTM網(wǎng)絡(luò)或者無線撥號(hào)連 接來傳輸信息。
便攜數(shù)據(jù)終端100b可以進(jìn)一步包括紅外線(IR)通信鏈路568。鍵盤508 可以通過微處理芯片572與IC芯片548通信。便攜數(shù)據(jù)終端110b可以進(jìn)一步 包括RFID電路578和智能卡電路586, RFID電路578如上所述用于將數(shù)據(jù)于讀 和寫到RFID標(biāo)簽或者記號(hào)，智能卡電路586包括用于建立與諸如電路使能信用 卡的智能卡通信的電接觸590。便攜數(shù)據(jù)終端100b還包括存儲(chǔ)器574，存儲(chǔ)器 574包括揮發(fā)存儲(chǔ)器和不揮發(fā)存儲(chǔ)器。在一個(gè)實(shí)施例中，揮發(fā)存儲(chǔ)器部分地由 RAM 576提供。不揮發(fā)存儲(chǔ)器可以部分地由閃存ROM 580提供。處理器IC芯片 548通過系統(tǒng)總線584與RAM 576和ROM 580通信。處理器IC芯片548和樣￡處 理芯片572還包括多區(qū)的揮發(fā)性和不揮發(fā)存儲(chǔ)器。在各種實(shí)施例中，至少一些 上述模塊(例如控制模塊112中的元件)至少部分在軟件中執(zhí)行，元件構(gòu)件可 以存儲(chǔ)在諸如ROM 580的不揮發(fā)存儲(chǔ)器中。在一個(gè)實(shí)施例中，處理器IC芯片548 包括本身使用CPU 552和存儲(chǔ)器574的控制電路。存儲(chǔ)器574的不揮發(fā)區(qū)可以 用于例如存儲(chǔ)程序才喿作指令。
在各種實(shí)施例中，處理器IC芯片548可以包括具有幾個(gè)串口 (例如，通用、 串口、藍(lán)牙)和并行接口 (例如，PCMCIA, CF)的多個(gè)I/0接口 (圖16中未示 出)。
在一個(gè)實(shí)施例中，處理器IC芯片548處理幀圖像數(shù)據(jù)，例如解碼一維或者 二維條形碼或者一組OCR字母。各種條形碼和/或OCR解碼算法在商業(yè)上可用， 例如，通過IT4250圖像引擎與解碼板的結(jié)合(Hand Held Products, Inc.供 應(yīng))。在一個(gè)實(shí)施例中，解碼板解碼例如符號(hào)體系，符號(hào)體系例如是UPC/EAN、 ll代碼、39代碼、128代碼、Codabar、 Interleaved 2 of 5、 MSI、 PDF417、 MicroPDF417、 Code 16K、 Code 49、 MaxiCode、 Aztec、 Aztec Mesa、 DataMatrix、 Qcode Code、 UCC Composite, 、 Snowflake、 Vericode、 Dataglyphs、 RSS、 BC412、 Code 93、 QR Codablock， Postnet卿、BP04 State、 Canadian 4 State、 Japanese Post、 KIX (Dutch Post)、 Planet Code、 OCR A、 OCR B等。
在其它操作中，紅外線收發(fā)器568促進(jìn)了從廣播模式下的便攜數(shù)據(jù)終端100b 到接收模式下的便攜數(shù)據(jù)終端100b的數(shù)據(jù)紅外線復(fù)制。在數(shù)據(jù)復(fù)制期，紅外線 接收器568的使用使得來自單廣播設(shè)備的數(shù)據(jù)被幾個(gè)接收裝置同時(shí)接收，而不 需要任何接收裝置與廣播設(shè)備物理連接。
在另外的進(jìn)一步實(shí)施例中，圖像讀取器100可以包含在諸如處理終端圖像 Kiosk 8870 (Hand Held Products Inc.供應(yīng)，總部位于700 Visions Drive, P.O. Box 208， Skaneateles Falls, NY)，并且才艮據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的處理終端中。在 進(jìn)一步的實(shí)施例中，圖像讀耳又器可以包含在諸如IMAGETEAM 3800E線性成l象引 擎或者IMAGETEAM 4710 (Hand Held Products, Inc.供應(yīng)，總部位于700 Visions Drive, P.O. Box 208， Skaneateles Falls, NY.)的二維讀取器的固定安裝系 統(tǒng)。
在各種實(shí)施例中，上述的模塊包括照明模塊104、成像采集模塊108、控制 模塊112、存儲(chǔ)模塊116、 1/0模塊120、激活模塊124、用戶反饋模塊128、顯 示模塊132、用戶接口模塊134、 RFID模塊136、智能卡模塊140、磁條卡模塊 144、解碼模塊150、照明控制模塊164、電源模塊168、接口模塊172、光學(xué)模 塊178、傳感器陣列模塊182、傳感器陣列控制模塊186、全局電子快門控制模 塊190、行列尋址和解碼模塊194、以及讀出模塊198、巻簾式控制模塊202、 以及自動(dòng)聚焦模塊，這些模塊可以在不同軟件、固件、和/或硬件的不同組合中
實(shí)現(xiàn)。
可以用于本發(fā)明的機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)包括電子、磁性和/或光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)，
例如，石茲性軟盤、*更盤、DVD驅(qū)動(dòng)器、在一些實(shí)施中可以4吏用DVD盤的CD驅(qū)動(dòng) 器、任何CD-R0M盤(即，只讀光盤)、CD-R盤(即， 一次寫入多次讀出光盤)、 CD-RW光盤(即，可重寫光盤)、以及電存儲(chǔ)介質(zhì)(諸如RAM、 ROM、 EPROM、 CF卡、PCMCIA卡、或可選的SD或SDIO存儲(chǔ)器、以及電子部件，諸如4欠盤 驅(qū)動(dòng)器、DVD驅(qū)動(dòng)器、CD/CD-RW驅(qū)動(dòng)器、或CF/PCMCIA/SD適配器)，它 們?nèi)菁{和從存儲(chǔ)介質(zhì)讀出和/或?qū)懭氲酱鎯?chǔ)介質(zhì)。機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)的本領(lǐng)域的 技術(shù)人員可知，不斷地發(fā)明數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的新介質(zhì)和格式，并且將來可用的任何便 利的、商業(yè)可用存儲(chǔ)介質(zhì)和相應(yīng)的讀/寫裝置可以適合使用，特別是，如果提供 任何更好的存儲(chǔ)性能，更快的訪問速度、更小的尺寸、以及每比特存儲(chǔ)信息的 更低成本。已知的舊的機(jī)器可讀的介質(zhì)在特定條件下也可用，例如打孔紙帶f茲 帶或者卡、磁帶或者線上的磁性記錄、印刷字母(例如OCR和磁性解碼符號(hào)) 的光學(xué)或者磁性讀取以及機(jī)器可讀符號(hào)(諸如一維或者二維條形碼)。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，可以在硬件(例如，石更連線邏輯)、 軟件(例如，在通用處理器上操作的程序中的邏輯解碼)、以及固件(例如， 在如所需的處理器上的操作調(diào)用的不揮發(fā)存儲(chǔ)器中的邏輯解碼)中實(shí)現(xiàn)電子和 電氣的裝置的許多功能。本發(fā)明考慮使用采用硬件、固件、以及軟件的一種實(shí) 施代替采用不同的硬件、固件、以及軟件的另一個(gè)相同功能的實(shí)施。在一定程 度上，執(zhí)行可以由傳遞函數(shù)數(shù)學(xué)表示，即，在輸出終端為施加到表示傳遞函數(shù) 的"黑盒"輸入終端的特定激勵(lì)生成特定響應(yīng)，此處預(yù)期了傳遞函數(shù)的任何執(zhí) 行，包括傳遞函數(shù)的部分或者片段執(zhí)行的硬件、固件、以及軟件的組合。
盡管已經(jīng)參考此處公開的結(jié)構(gòu)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解釋，但是，本發(fā)明的保護(hù)范 圍不局限于此細(xì)節(jié)，本發(fā)明覆蓋了權(quán)利要求書的范圍和精神內(nèi)的各種變化和替 換。
權(quán)利要求
1、一種用于從目標(biāo)采集圖像數(shù)據(jù)的基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的條形碼讀取裝置，所述基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的條形碼讀取裝置包括一集成電路，其包括至少一個(gè)基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的圖像傳感器陣列，所述基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的圖像傳感器陣列包括一第一多個(gè)像素和一第二多個(gè)像素，所述條形碼讀取裝置可編程，以選擇性地尋址和讀出基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的圖像傳感器陣列的所述第一多個(gè)像素，而與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器陣列的所述第二多個(gè)像素?zé)o關(guān)，基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的圖像傳感器陣列的每個(gè)像素包含一光敏區(qū)、一放大器、以及一絕光屏蔽數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域；一手持殼體，用于密封所述圖像傳感器陣列；一全局電子快門控制電路，其設(shè)置為用于生成曝光控制定時(shí)脈沖，所述曝光控制定時(shí)脈沖用于同時(shí)曝光基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器陣列的所有或大致上所有的整幀像素；至少一光源，用于響應(yīng)一照明控制定時(shí)脈沖而照射所述目標(biāo)，所述光源與所述集成電路電連接；其中，所述照明控制定時(shí)脈沖的至少一部分與所述曝光控制定時(shí)脈沖的至少一部分交迭；以及一條形碼處理模塊，用于在采集的圖像數(shù)據(jù)中識(shí)別條形碼符號(hào)的表示。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的圖像讀取器，其中， 照射所述目標(biāo)包括過激勵(lì)照明模塊中的光源。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的圖像讀取器，其中， 所述光源包括發(fā)光二極管。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的圖像讀取器，其中， 所述曝光控制電路定時(shí)脈沖的持續(xù)時(shí)間比所述照明控制定時(shí)脈沖的持續(xù)時(shí)間 短。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的圖像讀取器，其中， 所述照明控制定時(shí)脈沖的持續(xù)時(shí)間比所述曝光控制定時(shí)脈沖的持續(xù)時(shí)間短。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的圖像讀取器，其中， 所述曝光控制定時(shí)脈沖開始之前開始所述照明控制定時(shí)脈沖，并且所述曝光控 制定時(shí)脈沖結(jié)束之前結(jié)束所述照明控制定時(shí)脈沖。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的圖像讀取器，其中， 所述曝光控制定時(shí)脈沖的持續(xù)時(shí)間小于3. 7毫秒。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的圖像讀取器，其中， 所述目標(biāo)包括符號(hào)體系。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的圖像讀取器，其中， 所述符號(hào)體系是一維條形碼。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的圖像讀取器，其 中，所述符號(hào)體系是二維條形碼。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的圖像讀取器，其 中，所述二維條形碼是PDF417條形碼。
12、 一種用于從條形碼符號(hào)采集圖像數(shù)據(jù)的手持條形碼讀取裝置，所述條 形碼讀取裝置包括一手持殼體；一集成電路，其放置在所述手持殼體內(nèi)，并且包括至少一個(gè)二維圖像傳感 器陣列，所述二維圖像傳感器陣列包括多個(gè)有源像素，每個(gè)有源像素包括至少 一屏蔽數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，所述二維圖像傳感器陣列用于應(yīng)用傳遞函數(shù)而將入射光強(qiáng) 度轉(zhuǎn)化為輸出電壓，所述傳遞函數(shù)包括具有第一斜率的第一區(qū)域和具有第二斜 率的第二區(qū)域，當(dāng)所述入射光強(qiáng)度高于指定水平時(shí)，所述二維圖像傳感器陣列 應(yīng)用傳遞函數(shù)的第二區(qū)域，并且當(dāng)所述入射光強(qiáng)度低于指定水平時(shí)，所述二維 圖像傳感器陣列應(yīng)用傳遞函數(shù)的第一區(qū)域；手動(dòng)觸發(fā)器，其中所述條形碼讀取裝置設(shè)置為通過所述手動(dòng)觸發(fā)器的壓下 而生成觸發(fā)信號(hào)，并且將所述條形碼讀取裝置從空閑狀態(tài)驅(qū)動(dòng)為活動(dòng)讀取狀態(tài)； 以及一曝光定時(shí)控制電路，所述曝光定時(shí)控制電路用于生成曝光控制定時(shí)脈沖， 所述曝光控制定時(shí)脈沖同時(shí)曝光圖像傳感器陣列中的所有或者大致上所有的像 素，以對(duì)入射輻射進(jìn)行光轉(zhuǎn)換，其中，所述手持條形碼讀取裝置設(shè)置為在所 述手動(dòng)觸發(fā)器被壓下之后，所述條形碼讀取裝置釆集圖像數(shù)據(jù)，并且將所述圖 像數(shù)據(jù)傳送給條形碼解碼模塊。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的條形碼圖像讀取器，其中，所述曝光控制定時(shí) 脈沖的持續(xù)時(shí)間小于3. 7毫秒。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的條形碼圖像讀取器，其中，所述二維圖像陣列 傳感器的動(dòng)態(tài)區(qū)域大于65分貝。
15、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的條形圖像讀取器，其中，所述條形碼圖像讀取 設(shè)備從二維條形碼采集圖像數(shù)據(jù)。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的條形碼圖像讀取器，其中，所述二維條形碼是 PDF417條形碼。
17、 一種用于從條形碼符號(hào)采集和處理?xiàng)l形碼數(shù)據(jù)的條形碼讀取裝置，所 述條形碼讀取裝置包括一個(gè)二維像素陣列，用于接收所述條形碼符號(hào)反射的光輻射，所迷二維像素陣 列包括一第一多個(gè)像素和一第二多個(gè)像素，所述條形碼讀取裝置被設(shè)置為所 述條形碼讀取裝置被控制為選擇性尋址并且從所述二陣列中讀出所述陣列的第 一多個(gè)像素的圖像數(shù)據(jù)，而與所迷陣列的第二多個(gè)像素?zé)o關(guān)，每個(gè)所述像素包 括一光敏區(qū)和一絕光屏蔽數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)；一手持殼體，用于封裝所述二維像素陣列；光學(xué)器件，用于將所述條形碼符號(hào)反射的光輻射引導(dǎo)到所述二維像素陣列； 一全局電子快門，其與所述二維像素陣列關(guān)聯(lián)，所述全局電子快門用于同時(shí)曝光所述二維陣列中的所有或者大致上所有的像素；以及一條形碼處理模塊，其與所述二維像素陣列電連接，所述條形碼處理模塊用于識(shí)別采集的圖像數(shù)據(jù)中的條形碼符號(hào)的表示。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的條形碼圖像讀取器，其中，所述二維圖像傳感 器陣列是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器。
19、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的條形碼圖像讀取器，其中，對(duì)所述圖像數(shù)據(jù)處 理以生成輸出數(shù)據(jù)包括在多個(gè)條形碼類型中自動(dòng)識(shí)別。20、 一種用于從目標(biāo)采集圖像數(shù)據(jù)的基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的圖像讀 取器，所述基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的條形碼讀取裝置包括一基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的圖形傳感器陣列，所述基于互補(bǔ)金屬氧化 物半導(dǎo)體的圖像傳感器陣列包括多行像素，所述基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的 圖像傳感器陣列的每個(gè)像素是包括像素放大器、光敏區(qū)、以及絕光屏蔽數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)區(qū)的有源像素；一手持殼體，用于封裝所述傳感器陣列；一定時(shí)模塊，與所述基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的圖像傳感器陣列電連接， 所述定時(shí)模塊設(shè)置為在曝光期同時(shí)曝光所述基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳 感器陣列的整幀像素；一照明模塊，設(shè)置為在照明期照射目標(biāo)，所述照明模塊與所述定時(shí)模塊電 連接；一控制模塊，與所述定時(shí)模塊和所述照明模塊電連接，所述控制模塊設(shè)置 為在照明期發(fā)生曝光期的至少一部分；以及一條形碼處理模塊，用于識(shí)別采集的圖像數(shù)據(jù)中的條形碼符號(hào)的表示。
全文摘要
本發(fā)明的特性為一種圖像讀取器和相應(yīng)的用于捕捉諸如一維或者二維條形碼的目標(biāo)的清晰不失真圖像的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，圖像讀取器包括基于二維CMOS的圖像傳感器陣列、定時(shí)模塊、照明模塊、控制模塊。照射目標(biāo)的期間稱為照明期。圖像傳感器陣列捕捉圖像由定時(shí)模塊驅(qū)動(dòng)，在一個(gè)實(shí)施例中，定時(shí)模塊能夠同時(shí)曝光陣列中基本上所有的像素。共同激活像素以將光入射光光轉(zhuǎn)換為電荷的周期確定了傳感器陣列的曝光周期。在一個(gè)實(shí)施例中，在照明周期內(nèi)發(fā)生曝光周期的至少一部分。
文檔編號(hào)G06K7/10GK101171597SQ200680016023
公開日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2006年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月11日
發(fā)明者印軍·王, 威廉姆·H·海溫斯 申請(qǐng)人:手持產(chǎn)品公司