控制成像读取器的目标照明的系统及方法技术方案

成像读取器具有用于利用照明光来照明目标的照明光组件、以及具有用于顺序地曝光像素的阵列的卷帘快门的固态图像传感器，以捕捉来自被照明目标的图像。通过控制传感器的曝光时间与增益、并通过控制照明光的输出功率来控制目标照明。当曝光时间和/或增益超过最小阈值时将输出功率维持在最大水平，并且当曝光时间和/或增益未超过最小阈值时降低输出功率，同时伴随地将曝光时间和/或增益维持恒定在最小阈值。

System and method for controlling target illumination of image reader

The reader has for the use of lighting optical imaging to lighting target illumination component, and is used for solid-state image sensor rolling shutter sequentially exposure pixel array, to capture images from the illuminated target. The target illumination is controlled by controlling the exposure time and gain of the sensor, and by controlling the output power of the illumination light. When the exposure time and / or gain exceeds the minimum threshold power output will be maintained at the highest level, and reduce the output power when the exposure time and / or gain does not exceed the minimum threshold, at the same time with the exposure time and / or maintain a constant gain in the minimum threshold.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术的
技术介绍
本专利技术一般涉及控制通过图像捕捉读取目标的成像读取器的目标照明的系统与方法。固态成像系统或成像读取器已经以手持和/或免提两种操作模式用于在相对于每个读取器的外壳上所提供的透光窗口的工作距离的范围上电光地读取目标，比如一维和二维条形码符号和/或诸如文档之类的非符号。外壳支撑成像模块(也被称为扫描引擎)，该成像模块包括：具有带有光电单元(photocell)或像素的阵列的固态成像器或成像传感器的成像组件，该光电单元或像素对应于传感器的成像视场中的图像元素或像素；以及用于捕捉从被成像的目标散射和/或反射的返回光并用于将返回光投射到传感器上以启动对每个目标的图像的捕捉的成像透镜组件。此类传感器可包括具有全局或卷帘(rolling)曝光快门的一维或二维电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)器件，以及用于产生和处理与成像视场上的一维或二维像素数据阵列对应的电信号的关联电路。为了例如在昏暗的环境中或针对位于距窗口相对远的远距目标增加由传感器捕捉的返回光的量，成像模块通常还包括照明光组件，以用于在照明场上利用照明光来照明目标以从目标反射或散射。被传感器捕捉的返回光包括返回的照明光以及在读取器附近的任何环境光。为实现捕捉的图像的期望图像亮度(也被称为白水平(whitelevel))，已知的是使用自动曝光控制器(AEC)来控制传感器的曝光时间，并使用自动增益控制器(AGC)来控制传感器的增益。AEC与AGC又由主控制器或微处理器来控制。增加曝光时间和/或增益将增加捕捉的图像的亮度。典型的已知策略是使用曝光优先，其中，首先增加曝光时间直到达到最大曝光时间或阈值(通常大约4-8ms以便减少对于手持读取器的手抖(hand-jitter)影响)。如果图像亮度如由主控制器确定的仍然太低，则增加增益。此策略最大化传感器的信噪比(SNR)，因为只在必要时增加增益。由照明光组件递送到目标并从目标返回的照明光的量是对捕捉的图像的亮度做出贡献的另一因素。照明光的强度或输出功率越大，捕捉的图像越亮。已知的是在AEC/AGC过程期间将由照明光组件供应的照明功率维持在最大恒定水平或阈值。当使用在相同时间曝光所有像素的全局快门传感器时，仅需要在曝光时间期间打开照明光组件以照明目标。这导致非常高效地使用照明光，因为照明光组件当在非曝光时间期间不需要时被关闭。当曝光时间减少时，使用更少的照明光功率。然而，当使用在不同时间顺序地曝光像素的较低成本的卷帘快门传感器时，必须在整个帧的时间内打开照明光组件，而不管曝光时间，以便照明并捕捉整个目标图像。典型的曝光时间比帧时间短得多(例如，对于以每秒30帧操作的传感器，最大曝光时间可以是大约4ms，而帧时间是1/30秒＝33.3ms)。这导致非常低效地使用照明光组件，尤其对于具有短曝光时间及长帧的传感器来说。在产生照明光期间消耗的附加电能不仅产生不期望的热量，而且不期望地消耗通常在手提、无线成像读取器中提供的板载电池，因此需要更频繁的再充电、更多的停机时间以及更短的工作寿命。而且，照明光(尤其当非常亮时)对于操作者以及读取器附近的任何人来说通常被认为是烦扰。对于每个人的舒适将期望降低这种高照明烦扰。因此，需要更高效地实时控制目标照明，以在具有卷帘快门传感器的成像读取器的操作中以对读取性能最小影响减少照明功率、节省电能、减少产生的过量废热，并且不烦扰操作者及其他人。附图的若干视图的简要描述附图，其中相同的附图标记在全部单独的视图中表示相同的或功能类似的要素，连同下面的详细描述被纳入于此并形成说明书的一部分，并用来进一步阐述包括所要求保护的专利技术的理念的实施例，以及解释那些实施例的各种原理和优势。图1是根据本专利技术的其目标照明要被控制的手持成像读取器的视图。图2是描绘图1的读取器的系统部件的示意图。图3是根据环境光相对照明光不是主导的(dominant)现有技术的描绘信噪比、照明功率、曝光时间以及增益是如何被控制作为图1中示出的类型的读取器中的工作距离的函数的一组曲线图。图4是根据本专利技术的一个方面的类似于图3中的那些的一组曲线图。图5是描绘在检测环境光的水平中执行的步骤的流程图。图6是根据本专利技术的另一方面(其中环境光相对照明光是主导的)的类似于图4中的那些的一组曲线图。本领域技术人员将理解，附图中的要素出于简化和清楚而示出，并且不一定按比例绘制。例如，附图中的一些要素的尺寸和位置可相对于其他要素被放大以帮助提高对本专利技术实施例的理解。已在附图中通过常规符号在适当位置对系统和方法构成进行了表示，所述表示仅示出与理解本专利技术的实施例有关的那些特定细节以免因得益于本文的描述对本领域技术人员显而易见的细节而混淆本公开。具体实施方式本公开的一个方面涉及用于成像读取器的控制系统，该成像读取器具有用于利用照明光照明目标的照明光组件、以及具有用于顺序地曝光像素的阵列的卷帘快门的固态图像传感器(例如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)器件)，以捕捉来自被照明目标的图像。控制系统包括：用于控制传感器的曝光时间的曝光控制器；用于控制传感器的增益的增益控制器；以及用于控制照明光的输出功率的照明控制器。控制系统进一步包括可操作地连接到曝光控制器、增益控制器以及照明控制器的主控制器，以用于在曝光时间和/或增益超过最小阈值时将输出功率维持在最大水平，并用于在曝光时间和/或增益未超过最小阈值时降低照明光的输出功率，同时伴随地将曝光时间和/或增益维持恒定在最小阈值。本公开的另一方面涉及控制成像读取器的方法，该成像读取器具有用于利用照明光照明目标的照明光组件、以及具有用于顺序地曝光像素的阵列的卷帘快门的固态图像传感器，以捕捉来自被照明目标的图像。该方法通过以下来执行：控制传感器的曝光时间、控制传感器的增益、控制照明光的输出功率、在曝光时间和/或增益超过最小阈值时将输出功率维持在最大水平、并在曝光时间和/或增益未超过最小阈值时降低照明光的输出功率，同时伴随地将曝光时间和/或增益维持恒定在最小阈值。降低的输出功率使得照明光组件的操作更有效，尤其对于具有短曝光时间和长帧的卷帘快门传感器而言。在产生照明光期间与现有技术相比消耗了更少的电能。减少了板载电池消耗，因此需要更少频次的再充电、更少的停机时间、以及更长的工作寿命。产生更少的废热。更少地烦扰用户，因为已经降低了照明光强度。图1中的附图标记10一般标识用于通过图像捕捉来电光地读取目标的移动、手持的读取器。如所示，成像读取器10具有下部手柄12以被握持在用户手中，以及布置在具有由用户的食指手动地按压以启动对目标的读取的触发器18的枪状外壳16中的上部桶状部14，所述目标诸如，与产品相关联的一维或二维的条形码符号。透光窗口20(在图2中最佳地看出)在桶状部14的前端区域处被安装在外壳16上。读取器10可因此用于手持模式，在该手持模式中读取器10瞄准要被读取的每个目标，继之以手动地按压触发器18以启动读取。图2示意性地描绘了安装在窗口20后面在读取器10中的成像模块或扫描引擎。成像模块包括固态的成像器或图像传感器36，以及成像透镜组件38，该成像透镜组件可具有一个或多个成像透镜，诸如库克三合透镜(Cooketriplet)。传感器3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于成像读取器的控制系统，所述成像读取器具有用于利用照明光照明目标的照明光组件、以及具有用于顺序地曝光像素的阵列的卷帘快门的固态图像传感器以捕捉来自被照明目标的图像，所述控制系统包括：曝光控制器，所述曝光控制器用于控制所述传感器的曝光时间；增益控制器，所述增益控制器用于控制所述传感器的增益；照明控制器，所述照明控制器用于控制所述照明光的输出功率；以及主控制器，所述主控制器可操作地连接到所述曝光控制器、增益控制器以及照明控制器，以用于在所述曝光时间与所述增益中的至少一个超过最小阈值时将所述输出功率维持在最大水平，并用于在所述曝光时间与所述增益中的所述至少一个未超过所述最小阈值时降低所述照明光的所述输出功率，同时伴随地将所述曝光时间与所述增益中的所述至少一个维持恒定在所述最小阈值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.31 US 14/448,5541.一种用于成像读取器的控制系统，所述成像读取器具有用于利用照明光照明目标的照明光组件、以及具有用于顺序地曝光像素的阵列的卷帘快门的固态图像传感器以捕捉来自被照明目标的图像，所述控制系统包括：曝光控制器，所述曝光控制器用于控制所述传感器的曝光时间；增益控制器，所述增益控制器用于控制所述传感器的增益；照明控制器，所述照明控制器用于控制所述照明光的输出功率；以及主控制器，所述主控制器可操作地连接到所述曝光控制器、增益控制器以及照明控制器，以用于在所述曝光时间与所述增益中的至少一个超过最小阈值时将所述输出功率维持在最大水平，并用于在所述曝光时间与所述增益中的所述至少一个未超过所述最小阈值时降低所述照明光的所述输出功率，同时伴随地将所述曝光时间与所述增益中的所述至少一个维持恒定在所述最小阈值。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述读取器具有透光窗口，相对于所述透光窗口所述目标被定位在工作距离的范围内；且其中，当所述曝光时间与所述增益中的所述至少一个未超过所述最小阈值时，所述主控制器通过在朝向所述窗口的方向上减少所述输出功率来降低所述输出功率以实现期望的图像亮度。3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述主控制器在所述曝光时间超过最小曝光时间阈值时将所述输出功率维持在所述最大水平，并在所述曝光时间未超过所述最小曝光时间阈值时降低所述照明光的所述输出功率，同时伴随地将所述曝光时间维持恒定在所述最小曝光时间阈值。4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，当降低所述输出功率时，所述主控制器将所述曝光时间维持在所述最小曝光时间阈值，并且还将所述增益维持在最小增益阈值。5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，当将所述输出功率维持在所述最大水平时，所述主控制器相反地控制所述曝光时间与所述增益。6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主控制器以及所...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·P·戈伦，V·格尔维奇，A·A·高特拉斯奇，F·库瑞什，
申请(专利权)人：讯宝科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US