專利名稱：對具有多符號的目標進行讀取的成像系統的制作方法
對具有多符號的目標進行讀取的成像系統
背景技術：
固態成像系統用來對一維的條形碼符號以及二維符號進行電光讀取，其中，所述 一維的條形碼符號特別是通用產品代碼(UPC)類型的條形碼符號，其的每一個具有條形塊 的行和沿一個方向間隔的空白；所述二維符號，例如Code39(代碼39)，其引入在單個符號 中垂直堆疊多排條形塊和空白圖案的概念。在美國專利申請No. 4，794，239中描述了 Code 39的結構。用于增加可以在給定數量的表面面積上表示和存儲的數據量的另一個二維碼結 構被公知為PDF417，并且在美國專利申請No. 5，304，786中描述。固態成像系統包括具有一維或二維陣列的單元或光電傳感器的成像器，所述 一維 或二維陣列的單元或光電傳感器與成像器的視野中的圖像元件或像素相對應。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)器件以及用 于產生與視野中的一位或二維陣列的像素信息相對應的電子信號相關的電路。因此，例如，如在美國專利No. 5，703，349中所述，已知使用固態成像系統來捕獲 符號的單色圖象。而且，例如，如在美國專利No. 4，613，895中描述的，已知使用具有多埋溝 的固態成像系統來捕獲符號的全色圖象。雖然還可以使用其他大小的分辨率，通常在VGA 監視器中可以發現普遍地提供具有640x480分辨率的二維(XD。存在如下的應用，在其中，標簽或類似目標包括若干條形碼符號，其可以是一維 和二維的；以及非符號，例如，人臉的圖畫，人類可讀的字母與數字并用的數據，和簽字，其 被用于識別與物品或人相關的大量信息。該應用的一些例子包括航運業中的航運標簽，用 于血庫的血袋標簽，和用于駕駛員識別的駕駛員的執照。通常需要將這些符號和非符號中 的一些，有時甚至是全部都呈現在需要被掃描的單個目標上，以便對與對象，例如，包裹或 者個人，相關的完整數據進行檢索，其中，在下文中，有時會將符號和非符號整體地稱為標 記。雖然可以對在單個目標上出現的標記按照其順序逐個地進行處理，但這是乏味和緩慢 的。在本領域中已知如下的成像系統，所述系統能夠通過對成像系統的單次手工操作 來處理在成像器視野中出現的多個標記。然而這樣的已知的系統要求對整個視野的整個圖 像進行窮舉搜索，因此，需要付出長處理時間的代價。通常，在已知為分割(segmentation) 的過程中，計算機程序分析整個圖像以尋找一些感興趣區域，例如，尋找符號和非符號，其 通常從圖像中心開始，并且隨著時間朝著片段或段落的外部執行。一旦識別到感興趣的區 域，通常地，例如，通過解碼符號，或者通過校驗簽字等等對其進行進一步的處理。有時，例 如，如果由于沒有完全包含在圖像中而不能讀取符號和非符號中的一個，則在分析完整的 圖像之后，系統必須獲取另一個圖像，并且再對其進行所有的分析，直到可以讀取到丟失的 符號或非符號。這更進一步增加處理時間。在該已知的系統中的圖像尺寸處于一到二百萬像素的量級。因為許多處理操作必 須使用每個像素來執行，所以需要分析整個圖像的時間可以高達幾百毫秒，因此，用戶經常 覺得讀取“緩慢”，因為高性能系統通常在小于50毫秒內執行讀取。當然，可以使用很強大 的微處理器來減少處理時間；然而，這顯著地增加成本，功耗，以及系統中的電子線路的尺寸和復雜性，更不用提所致使的其他的問題，例如，由強力的微處理器產生的廢熱的散熱問題。
發明內容
簡而言之，本發明的一個特征在于，提供一種在諸如標簽之類的目標上獲取，例 如，一維和/或二維符號和非符號的多個標記的圖像的成像系統和方法。所述系統包括固 態成像器，其具有圖像傳感器的陣列，用于捕獲來自于視野中的目標上的標記的光。優選 地，陣列是CCD或CMOS陣列。系統進一步包括控制器，其具有存儲的模板，所述模板識別目 標上的標記的細節，以根據由所述模板識別的細節來控制成像器捕獲來自該標記的光。由 于系統已經事先知道了與標簽和標記的結構有關的詳細信息，因此能夠容易和有效的處理 多個標記。優選地，模板識別在標簽上的符號的每個位置。模板進一步有利地對符號體系中 的至少一個進行識別，以便識別在所述標簽上的每個符號的類型、每個符號的圖像密度、每 個符號的高度、以及每個符號的寬度。更具體地，模板識別在所述標簽上的每個符號的每個 角的位置和所述標簽的每個角的位置。因此，模板通過條形碼符號的符號體系(symbology)、長度、密度、尺寸(高度-寬 度)、和位置來識別在標簽上出現的條形碼符號的組。該信息被編譯并且被存儲在由控制器 訪問的存儲器中。例如，一旦通過拉動觸發器而啟動了系統，則獲得圖像，并且對來自所述 組中的第一符號進行解碼。然后，控制器可以使用模板來預測在圖像中的何處來查找剩余 的符號和非符號。已知下一個符號的預期位置加速了對符號的查找，因為只需要檢查有限數量的圖 像像素來識別和解碼下一個符號；或者得出系統正在對單符號，而不是多符號標簽進行解 碼的結論。此外，已知符號印刷的密度將幫助控制器計算圖像“規模”，并且使用它來預測是 否可以使用抽選來跳過像素，并且加速處理對具有大數目的每模塊像素(PPM)的符號所進 行的處理。因為將控制器限制于用于對特定符號體系、和特定符號長度的一維符號或者特 定尺寸的二維符號進行解碼，因此可以縮短處理時間。本發明的另一個特征在于通過使所述成像器捕獲來自唯一的編程符號的光來存 儲所述模板，其中，所述唯一的編程符號用于對所述控制器進行編程，以存儲所述模板。編 程符號與用于識別人或對象的其他符號不相同。當不同種類的標簽被相同的系統讀取時， 則存儲不同的模板。在優選實施方式中，系統包括具有窗口的外殼；以及在外殼中的照明器，用于利用 直接從照明光源到和通過窗口的照明光對目標進行照明。照明光源優選包括一個或多個發 光二極管(LED)。在所附的權利要求中特別闡明了被認為是本發明的特性的新穎的特征。然而，在 結合附圖進行閱讀時，從以下特定實施例的描述中，將能最好地理解本發明本身，關于它的 結構和它的操作方法，及其附加的目的和優點。
圖1是用于捕獲來自于具有多個標記的目標的光的，以手持方式或者工作站方式運行的便攜式成像系統的透視圖；
圖2是圖1的系統的各種組件的示意圖；圖3是對由圖1的系統讀取的在其上具有多個符號和非符號的標簽進行的描述， 其包括在模板上存儲的位置信息；以及圖4是描述圖1的系統的操作的流程圖。
具體實施例方式圖1中的參考標記30大致等同于如下的成像系統，其具有基本上直立的窗口 26 和由用于將成像系統30支撐在工作臺面上的基座32支撐的槍形外殼28。成像系統30因 此被用作固定的工作站，在其中產品是滑過或者刷過直立窗口 26，或者成像系統30可以被 從工作臺面提起并且握在操作者的手中并且被用作手持成像系統，在其中手動壓下觸發器 34以啟動對目標的成像。在另一個變型中，可以省略基座32。如圖2中示意性示出的，成像器14被置于成像系統中印刷電路板16上。成像器 14是固態器件，例如，CXD或CMOS成像器，并且具有一維或二維陣列的可尋址的圖像傳感 器，其用于捕獲由成像透鏡18通過窗口 26從在視野中的目標38捕獲和投射的光，所述目 標例如是一維和/或二維符號、或非符號目標。非符號目標實際上可以是任何事物，例如， 個人、地方，或被獲取其圖像的物體。目標位于在近距離工作距離(WDl)和遠距離工作距離 (WD2)之間的距離的工作范圍中的任何地方。在優選實施例中，WDl大約距離成像器陣列40 兩英寸，并且通常與窗口 26重合，并且WD2大約距離窗口 26八英寸。照明器還被安置在成像系統中，并且優選包括例如，一個發光二極管(LED) 22，或 包括被布置為對目標進行均勻照明的多個光源。如圖2所示，成像器14和照明器LED 22 可操作的連接到用于控制這些組件的操作的控制器或微處理器20。優選的，該微處理器與 用來對從符號散射的光進行解碼和用于處理所捕獲目標圖象的微處理器相同。操作中，微處理器20發送命令信號，以在比如500微秒或更少的短時間內給照明 器LED 22發射脈沖(pulse)，并且為成像器14充電以便僅在所述時間期間收集來自目標的 光。通常的陣列需要大約33毫秒以獲取整個目標圖像，并且以大約30幀每秒的幀速率來 進行運行。陣列可以具有一百萬的數量級可尋址圖像傳感器。按照本發明，如圖3中所示，在諸如打印在標簽上的目標38上提供多個標記，例 如，一維和/或二維符號和非符號。模板36被存儲在由控制器20訪問的存儲器24中，如 圖2所示。模板36識別目標38上的標記的細節，用于根據模板36識別的細節，控制成像 器14以捕獲來自標記的光。因此，由于系統事先已經知道了與標簽和標記的結構有關的詳 細信息，因此能夠容易和有效的處理多個標記。如圖3所示，標簽的圖像的角具有被認為處于順時針方向的位置坐標(0，0)、(0， M)、(N，M)和(N，0)，其中N是圖像高度，并且M是圖像寬度。在坐標系內，模板36描述了如 下的全部信息，其被已知為三個所示符號1，2和3中的每個的推理(a priori)，該信息被控 制器20用來縮短處理時間。舉例來說，條形碼符號1可以由左上角的位置坐標(XI，Y1)、右上角度位置坐標 (X2，Y2)、右下角的位置坐標(X3，Y3)，以及左下角的位置坐標(X4，Y4)識別。條形碼符號 1還可以通過其符號體系(馬克西碼(MaxiCode))、其圖象密度(25個千分之一英寸)，和其圖像尺寸(34x34模塊)而被識別。同樣地，條形碼符號2可以通過左上角、右上角、右下角，和左下角的坐標位置而被識別。條形碼符號2還可以通過其的符號體系(Code 128(代碼128))、其圖象密度(15 個千分之一英寸)，和其碼長(15個字符)，和其固定圖案(“12”)而被識別。同樣地，條形碼符號3可以通過左上角、右上角、右下角，和左下角的坐標位置而 被識別。條形碼符號3還可以通過其符號體系(Codel28)、其圖象密度(15個千分之一英 寸)，和其碼長(18個字符)，和其固定圖案(“ABC”)而被識別。根據本發明，通過獲得圖像來啟動圖像處理，然后處理圖像，或者如上所述，從圖 像中心開始，或者從標燈子系統所瞄準的已知的起始位置開始。繼續圖像處理直到第一條 形碼符號被確定和解碼。參見圖4的流程圖中步驟44。解碼的條形碼符號角位置坐標可 以被描述為(DX1，DY1)、(DX2，DY2)、(DX3，DY3)，和(DX4，DY4)。來自第一條形碼符號的信 息，例如，其符號體系、其長度，和其編碼數據的格式(即，固定前綴或后綴)，被用來找出模 板中的符號中的哪個已經被解碼。例如，如果解碼的是15個字符以及Code 128，則可將其 識別為如上所述的模板中的條形碼符號2。如圖4的流程圖中的步驟46所示，對解碼的條形碼符號的模板描述的訪問識別出 圍繞條形碼符號的框的四角。模板條形碼符號坐標(X1，Y1)... (Χ4，Υ4)和解碼的條形碼坐 標(DX1，DYl)... (DX4，DY4)，以及符號定向的使用可以被用于建立在模板和圖像之間的映 射或位移<S>。映射定義了 X軸方向、Y軸方向，和Z軸方向(深度)，以及在三維空間中旋 轉的偏移量。可以對圖像中，預測模板上的每個點的等效位置坐標。映射從模板中定義的標簽中預測每個條形碼符號的坐標。映射和條形碼符號密度 信息對模板中每個條形碼符號的PPM(像素每模塊)進行預測。PPM分辯條形碼符號的模塊 由圖像的多少像素來表示，并且PPM表示一維符號的窄條形塊的寬度或二維符號的最小黑 色正方形的尺寸(以像素為單位)。對PPM的了解可以被用于優化解碼。當條形碼符號具有高PPM時，因為控制器(解 碼器)可以跳過過量的像素，所以可以加速圖像處理。相反地，當PPM非常低時，則可以使用 解碼器的專用版本(被稱為高模糊一維解碼器)用來優化解碼。一些分辨率提高技術(稱 為超分辨率)還可以用來改善二維符號的解碼。圖像處理每次僅對圖像的片段進行處理。對于每個片段，選擇給定符號體系的解 碼器的適當版本(即，低PPM/高PPM)，即，Code 128解碼器或PDF417解碼器。在解碼一 維符號的情況中，可以對相同圖案進行若干解碼的嘗試，并且每次使用不同的解碼器(即， Code 39、Codel28、UPC、RSS等等)。其持續到條形碼符號被終于解碼。對符號體系和條形 碼長度的了解加速了解碼過程，并且還可以用于減少解碼誤差(誤讀)。參見圖4的流程圖 中的步驟48。如果模板36所定義的條形碼符號沒有都處于視野中，那么對到目前為止完全解 碼的結果進行存儲，并且建立下一個圖像的處理應該開始的所預期的位置。例如，如果來自 圖3的標簽的圖像被處理，并且經確認條形碼符號3在當前圖像之外，那么下一個圖像的處 理應該從該圖像的底部開始，而不是從中心開始。當全部條形碼符號已經被成功解碼時，那 么蜂鳴器報告讀取成功。可以使用平臺式掃描儀創建模板以便掃描模板的圖像。圖像將應被裁剪為僅包含標簽(沒有邊緣)。可以使用與在控制器20中運行的解碼軟件類似的解碼軟件來處理圖 像。結果，全部條形碼符號坐標、類型、密度等的信息被收集，并且生成標簽的模板。參見圖 4的流程圖中的步驟42。通過在條形碼符號(即，PDF417)中對模板進行編碼，并且使系統對該唯一的編程 符號進行讀取來將模板上載到系統中，并且打印所述模板。例如，在不同目標38上打印的 該編程符號通知控制器20，所述編程符號包含編程信息，而不是數據條形碼。因此，通過掃 描該唯一的編程符號，與模板有關的信息可以被傳送到所述系統，因此，對其編程以讀取特 定種類的標簽。在解碼過程期間，當第一條形碼符號被解碼時，可以識別其是多符號標簽上的條形碼符號組中的哪一個。必須以每個條形碼符號是唯一的方式來設計所有的標簽；否則，在 以隨機的順序分離地掃描每個條形碼符號的情況下，不可能正確解釋該種標簽。當控制器20被編程以讀取特定種類的標簽時，這種方法是最佳的。該方法可以被 擴展為利用單一系統通過存儲多個模板，即，除了模板36之外還有模板40，來讀取超過一 種類型的標簽。如果來自兩種標簽(或以上)的每個條形碼符號是唯一的，那么在對第一 條形碼符號進行解碼之后，控制器29將了解使用了模板36或40中的哪一個。如果情況不 是這樣，那么控制器可以順序嘗試模板36、40。應該理解，可以發現如上所述的每一個元件，或者兩個或一起的更多個元件，在與 上述類型不同的其他類型的結構中也是可用的。因此，可以使用具有不同配置的成像系統。當已經將本發明說明和描述為用于讀取在單個目標標簽上的多個目標的成像閱 讀器時，沒有意圖限制所示出的細節，因為在不脫離本發明精神的情況下，可以進行各種修 改和結構變化。從本領域的觀點來看，在沒有進一步的分析的情況下，前述事項已完全展現本發 明的要點，其他人也可以通過應用當前的知識，針對各種應用而輕易地對其進行修改，而沒 有省略特征，其中，所述特征完全地構成本發明的類型或者特定方面的基本特征，因此，這 樣的改動應該并且被認為是包含在以下權利要求的等價物的含義和范圍內。在所附的權利要求書中闡明了所要求的新的和期望被專利特許證保護的內容。
權利要求
一種用于獲取在目標上的多個標記的圖像的成像系統，包括固態成像器，所述固態成像器具有圖像傳感器陣列，用于捕獲來自視野中所述目標上的標記的光；以及控制器，所述控制器具有存儲的模板，所述模板識別所述目標上的所述標記的細節，用于根據由所述模板識別的細節來控制所述成像器，以捕獲來自所述標記的光。
2.根據權利要求1所述的系統，其中，所述目標是標簽，其中，從包括應用在所述標簽 上的一維和/或二維符號以及非符號的組中選擇所述標記，并且其中，所述模板識別所述 標簽上的所述符號的每個位置。
3.根據權利要求2所述的系統，其中，所述模板進一步對符號體系中的至少一個進行 識別，以便識別在所述標簽上的每個符號的種類、每個符號的圖像密度、每個符號的高度以 及每個符號的寬度。
4.根據權利要求2所述的系統，其中，所述模板識別在所述標簽上的每個符號的每個 角的位置和所述標簽的每個角的位置。
5.根據權利要求1所述的系統，其中，通過使所述成像器捕獲來自唯一的編程符號的 光來存儲所述模板，所述唯一的編程符號操作用于對所述控制器進行編程，以存儲所述模 板。
6.根據權利要求1所述的系統，其中，所述控制器具有另一個存儲的模板，每一個模板 識別在不同目標上的所述標記的細節。
7.一種用于獲取在目標上的多個標記的圖像的成像系統，包括具有圖像傳感器陣列的裝置，用于捕獲來自視野中所述目標上的所述標記的光；以及控制裝置，所述控制裝置具有存儲的模板裝置，所述模板裝置用于識別所述目標上的 所述標記的細節，用于根據由所述模板裝置識別的細節來控制所述傳感器，以捕獲來自所 述標記的所述光。
8.根據權利要求7所述的系統，其中，所述目標是標簽，其中，從包括應用在所述標簽 上的一維和/或二維符號以及非符號的組中選擇所述標記，并且其中，所述模板裝置識別 所述標簽上的所述符號的每個位置。
9.根據權利要求8所述的系統，其中，所述模板裝置進一步對符號體系中的至少一個 進行識別，以便識別在所述標簽上的每個符號的種類、每個符號的圖像密度、每個符號的高 度以及每個符號的寬度。
10.根據權利要求8所述的系統，其中，所述模板裝置識別在所述標簽上的每個符號的 每個角的位置和所述標簽的每個角的位置。
11.根據權利要求7所述的系統，其中，通過使所述傳感器捕獲來自唯一的編程符號的 光來存儲所述模板裝置，所述唯一的編程符號操作用于對所述控制裝置進行編程，以存儲 所述模板。
12.根據權利要求7所述的系統，其中，所述控制裝置具有另一個存儲的模板裝置，每 一個模板裝置識別在不同目標上的所述標記的細節。
13.一種獲取目標上的多個標記的圖像的方法，包括以下步驟利用具有圖像傳感器陣列的固態成像器捕獲來自視野中所述目標上的所述標記的光；在模板上存儲所述目標上的所述標記的細節；以及根據所述模板存儲的所述細節，控制所述成像器以捕獲來自所述標記的所述光。
14.根據權利要求13所述的方法，還將所述目標配置為標簽，并且從包括應用在所述 標簽上的一維和/或二維符號以及非符號的組中選擇所述標記，以及利用所述模板識別所 述標簽上的所述符號的每個位置。
15.根據權利要求14所述的方法，還利用所述模板對符號體系中的至少一個進行識別，以便識別在所述標簽上的每個符號的類型、每個符號的圖像密度、每個符號的高度以及 每個符號的寬度。
16.根據權利要求14所述的方法，還利用所述模板識別在所述標簽上的每個符號的每 個角的位置和所述標簽的每個角的位置。
17.根據權利要求13所述的方法，還捕獲來自唯一的編程符號的光，以儲存所述模板。
18.根據權利要求13所述的方法，還在不同的模板上儲存不同的目標上的標記的細節。
全文摘要
一種用于獲取在諸如標簽之類的目標上的諸如符號和非符號的多個標記的圖像的成像系統，包括固態成像器，其具有圖像傳感器陣列，用于捕獲來自視野中的目標上的標記的光；以及控制器，其具有存儲的模板，該模板識別目標上標記的細節，以根據由模板識別的細節來控制成像器以捕獲來自標記的光。
文檔編號G06K9/20GK101802841SQ200880104131
公開日2010年8月11日 申請日期2008年8月27日 優先權日2007年8月30日
發明者米羅斯拉夫·特拉伊科維奇, 達留什·J·馬德伊 申請人:符號技術有限公司