卷簾快門條形碼成像的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本公開涉及用于卷簾快門(rolling shutter)條形碼成像的方法、設(shè)備和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]針對(duì)條形碼掃描儀，運(yùn)動(dòng)容限(tolerance)指目標(biāo)條形碼在成功的解碼的圖像捕捉階段期間可以經(jīng)歷的運(yùn)動(dòng)的量。針對(duì)包括在移動(dòng)傳送帶上定位掃描儀的最寬范圍的應(yīng)用，用戶想要可能的最高的運(yùn)動(dòng)容限。
[0003]針對(duì)涉及區(qū)域圖像傳感器(例如，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)或電荷耦合設(shè)備(CCD)圖像傳感器)的二維(2D)掃描儀，卷簾快門設(shè)備不如全局快門成像器昂貴并比其小。在許多應(yīng)用中，它們的使用還可以使能較低的貨架價(jià)格和/或較高的利潤率。
[0004]然而，與卷簾快門傳感器相關(guān)聯(lián)的贗像限制傳感器的運(yùn)動(dòng)容限。例如，一個(gè)目前可用的低成本的卷簾快門掃描儀具有10 cm/s的運(yùn)動(dòng)容限，而目前可用的全局快門掃描儀具有600 cm/s的容限。容限的該缺乏呈現(xiàn)了在條形碼應(yīng)用中利用卷簾快門掃描技術(shù)的問題。
【附圖說明】
[0005]圖1提供了條形碼和它的經(jīng)過條形碼讀取器的可能的運(yùn)動(dòng)以及在條形碼以不同的速度移動(dòng)時(shí)拍攝的多個(gè)條形碼圖像的圖示。
[0006]圖2圖示了基于一維和二維條形碼的像素偏移的變形。
[OOO7 ]圖3圖示了不模糊的(unb I urr e d)圖像、模糊的圖像以及解模糊的條形碼的三個(gè)示例。
[0008]圖4A提供了卷簾快門定時(shí)圖的圖不。
[0009]圖4B圖示了根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的顫動(dòng)(flutter)閃光方法。
[0010]圖5圖示了根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的解模糊的示例。
[0011]圖6圖示了根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的、可以利用的系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0012]本公開的實(shí)施例涉及用于卷簾快門條形碼成像的方法、設(shè)備和系統(tǒng)。為了有效地利用卷簾快門技術(shù)，實(shí)施例必須解決上文討論的問題。
[0013]這樣做時(shí)，存在由使用卷簾快門傳感器來捕捉移動(dòng)對(duì)象而引起的兩個(gè)不同的贗像。第一贗像來自由卷簾快門傳感器捕捉的圖像的每行具有不同的曝光窗的事實(shí)。如本文中使用的那樣，曝光窗是在其期間圖像的行中的像素累積傳入的光的時(shí)段。
[0014]圖1提供了條形碼和它的經(jīng)過條形碼讀取器的可能的運(yùn)動(dòng)以及在條形碼以不同的速度移動(dòng)時(shí)拍攝的多個(gè)條形碼圖像的圖示。如圖1中圖示的那樣，條形碼102可以由條形碼讀取器104掃描并且信息然后可以被傳送到計(jì)算設(shè)備(在讀取器內(nèi)或遠(yuǎn)離讀取器定位)，其中所述信息可以被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中或被用來執(zhí)行指令。當(dāng)條形碼在曝光期間關(guān)于條形碼掃描儀線性地移動(dòng)(如由虛線指示的那樣)時(shí)，結(jié)果是條形碼的歪斜，其中條形碼的豎直線按與條形碼的速度成比例的角度歪斜。
[0015]如可以在圖1的中間和右邊的圖像中看到的那樣，隨著相對(duì)于讀取器的條形碼的速度增加，條形碼變得更成角度(angled)。條形碼還隨著速度增加而變得更模糊。下文將更詳細(xì)地討論該模糊性。
[0016]本領(lǐng)域中對(duì)歪斜的贗像的硬件解決方案包括“利用全局重置的卷簾快門”，其中每行同時(shí)開始曝光但每行不同時(shí)結(jié)束的卷簾快門架構(gòu)。這導(dǎo)致不均勻的曝光和它們本身(intheir own right)成問題的空間變化的效果。
[0017]對(duì)卷簾快門贗像的現(xiàn)有技術(shù)解決方案是全局重置架構(gòu)的使用。在全局重置架構(gòu)中，在傳感器上的所有像素中的電荷被同時(shí)清理，因此所有行的曝光同時(shí)開始。
[0018]這與具有針對(duì)相鄰行的開始之間的固定延遲的、其中行按序開始暴露的卷簾快門架構(gòu)相對(duì)。雖然這部分地解決了歪斜的贗像，但其導(dǎo)致使不同的圖像行的曝光不同并且其未解決模糊問題，如下文討論的那樣。
[0019]圖2圖示了基于一維和二維條形碼的像素偏移的變形。如本文中使用的那樣，可以基于條形碼的一側(cè)關(guān)于條形碼的頂部或底部歪斜的角度來確定歪斜的斜率。在圖2中的左和右側(cè)提供的示例不是實(shí)際的圖像捕捉結(jié)果(中央的圖像是實(shí)際的圖像捕捉)，但已經(jīng)被創(chuàng)建以示出如果某些成像器可以獲得具有高水平的像素偏移的不模糊的圖像，則他們可以由讀取器讀取。然而，捕捉的實(shí)際圖像包含歪斜和模糊的效果兩者。
[0020]在圖2中提供的示例中，因?yàn)榫€(在2D條形碼中的形狀)是離散的，所以讀取器將能夠準(zhǔn)確地讀取該條形碼。然而，當(dāng)圖像開始模糊時(shí)，形狀/線不再離散并且不再可以被準(zhǔn)確的讀取。
[0021]運(yùn)動(dòng)模糊是次要的并且經(jīng)常是由于卷簾快門引起的更成問題的贗像。運(yùn)動(dòng)模糊起因于不存在在其期間圖像的每行被暴露的時(shí)間的事實(shí)，所述事實(shí)意味著不存在單個(gè)的高功率(h i gh-powered)的閃光可以被用來照亮視野的時(shí)間。
[0022]替代地，由于設(shè)備和功率約束，照明以低功率開啟持續(xù)較長的持續(xù)時(shí)間。這導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)模糊，因?yàn)檩^低的照明狀態(tài)不足以使用非常短的曝光時(shí)間。
[0023]圖3圖示了相同條形碼的不模糊的圖像、模糊的圖像以及解模糊的圖像的三個(gè)示例。在這些示例中，左上方的圖像提供了清楚到足以被讀取器讀取的條形碼的示例。在捕捉條形碼圖像的過程中，圖像在照明貫穿整個(gè)捕捉周期一致時(shí)被捕捉。
[0024]在圖3的右上方處的圖像中，圖像根據(jù)原始數(shù)據(jù)被創(chuàng)建并且示出模糊和歪斜兩者。下面的圖像已經(jīng)根據(jù)已經(jīng)使用三個(gè)不同的當(dāng)前可用的解模糊算法被處理的圖像數(shù)據(jù)被創(chuàng)建。
[0025]這些圖像不可以被條形碼讀取器讀取，因?yàn)榧词挂呀?jīng)被解模糊，條形碼的線也沒有離散到足以是可讀取的。通過本公開的實(shí)施例的技術(shù)的使用，條形碼將比僅利用上文的技術(shù)處理圖像時(shí)更可讀取。
[0026]圖4A提供了卷簾快門定時(shí)圖的圖示。在該示例中，在圖示中示出了多個(gè)行(例如，在圖示中存在像素的八個(gè)水平定向的行)。在每行上被示出過程的序列，通過所述過程的序列，行在條形碼讀取器正在嘗試捕捉條形碼的圖像時(shí)進(jìn)展。
[0027]在圖4A和4B中圖示的序列包括重置、曝光、讀出、電荷轉(zhuǎn)移以及閃光*(閃光僅被用在圖4B中圖示的實(shí)施例中)。在圖4A中提供的序列表示當(dāng)前可以被利用的過程并且將使用本公開的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)在圖4B中示出的過程。
[0028]重置過程清除來自像素的行的電荷并且標(biāo)記該行的曝光的開始。在曝光過程期間，電荷在像素被暴露于光時(shí)累積在所述像素中，從而捕捉數(shù)據(jù)以創(chuàng)建圖像。電荷轉(zhuǎn)移取得(take)在曝光期間收集的能量并且將電荷傳遞到具有讀出電路的傳感器的區(qū)域。讀出過程使電荷數(shù)字化并且將其放置到存儲(chǔ)器中用于存儲(chǔ)和/或由計(jì)算設(shè)備的處理器處理。
[0029]然而，如可以從該圖示看出的那樣，不存在每行同時(shí)正在暴露的時(shí)間。這可以是條形碼具有如圖3中上面圖示的不同的特性的原因。
[0030]圖4B圖示了根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的顫動(dòng)閃光方法。為了減少或解決這樣的問題，本公開的實(shí)施例在過程的卷簾快門序列期間以不同次數(shù)利用光的閃光。
[0031]在圖4B中提供的示例實(shí)施例中，過程的序列正在發(fā)生以捕捉創(chuàng)建圖像需要的圖像數(shù)據(jù)并且在卷簾快門過程正在進(jìn)展時(shí)，一系列閃光(光的增加的強(qiáng)度)被提供到將被成像的區(qū)域。在某些實(shí)施例中，閃光可以處于例如一個(gè)短閃光然后一個(gè)長閃光的模式(pattern)中。然而，在特定周期中針對(duì)每行的過程的序列期間使短閃光和/或長閃光發(fā)生是有益的。
[0032]以該方式，在類似的閃光事件期間(例如，長閃光時(shí)段)發(fā)生的序列的那些部分可以被比較并且這樣的比較在對(duì)圖像解模糊中可以是有幫助的。當(dāng)存在長閃光時(shí)段和短閃光時(shí)段兩者時(shí)，可以比較長事件并且可以比較短事件，然后可以比較比較的結(jié)果以幫助解模糊過程。
[0033]下文提供了本公開的示例實(shí)施例。在一種用于卷簾快門條形碼成像的方法中，方法包括通過第一次發(fā)起過程的序列(諸如上文關(guān)于圖4B討論的那些)來發(fā)起條形碼的成像，所述第一次發(fā)起過程的序列用以在像素的第一行被暴露于光時(shí)在所述像素的第一行中累積電荷從而捕捉數(shù)據(jù)以創(chuàng)建條形碼的圖像的第一行