通过用于光学可读代码识别的CMOS型图像传感器采集图像的方法技术

本发明专利技术提出了一种目标代码的图像采集方法，该方法允许CMOS传感器在用于采集目标代码的读取器被触发之后，快速且内部地确定用于拍摄该代码图像所需的曝光时间值Topt。传感器被触发后会激活测量模式Mode_MES，该模式快速采集k个不同的曝光时间值Ti(i＝1至k，k至少等于2)的图像数据，并且该采集仅用于传感器并仅基于直方图H(Ti)快速地定义所需的曝光时间值，所述直方图H(Ti)是基于针对不同的曝光时间采集的图像数据计算出的；该值存储在图像拍摄参数的寄存器中，然后传感器激活标称图像采集模式Mode_ACQ，该模式将由寄存器提供的该所需曝光时间值应用于矩阵的所有像素，所获取的图像DATA‑OUT是传感器作为输出传送的图像，以用于外部系统对代码进行解码/识别。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过用于光学可读代码识别的CMOS型图像传感器采集图像的方法
本专利技术涉及一种通过用于识别光学可读代码的有源像素(像素结构包括光敏元件和控制晶体管)CMOS传感器来控制图像拍摄的方法。这些传感器集成到可识别代码的光电装置中，这些光电装置通常称为条形码读取器。这些读取器通常用于许多商业和工业领域，作为自动收集数据、替代键盘输入的手段，适用于各种应用，例如销售、可追溯性(制造、分销)、商品派发、医疗保健、库存管理、书籍租借等。这些通常印在(以标签的方式贴在)或刻在物体表面的代码通常采用两种颜色的符号，该符号可以是一维线性的(条形码)，也可以是多维的(QR代码、PDF417、数据矩阵等)。每个符号或图案一一对应地表示与贴有代码的物体相关的信息值(或一组值)，例如价格和/或折扣、可追溯性数据(制造、派发、采样的时间、地点等)等等。对代码进行解码可以可靠地获取与所涉及的物体相关的一个或更多个信息值。
技术介绍
包含CMOS矩阵图像传感器的代码读取器包括照明装置，该照明装置包括与光学组件(反射镜、透镜)相关联的光源(例如，LED和/或激光器)，该光源设置为照亮待采集的目标代码。传感器拍摄该目标代码的图像，然后将获取的图像数据发送到外部数字处理系统(该系统通过任意类型的有线或无线通信方式连接到读取器)，并且传感器外部的该系统对代码进行解码。在这种类型的应用中需要的是传感器尽可能快地传送高质量的代码图像(即足够高的质量的代码图像)，以允许对代码进行解码或识别而没有错误。更准确地说，由传感器传送的图像必须很好地位于传感器的有效动态范围内，即，既不能曝光不足，否则信噪比太低；也不能曝光过度，以免丢失太多有用的信息。一旦针对该应用调整了读取器的内部照明源的光功率，则所获取的图像质量取决于传感器的图像拍摄参数，具体地，取决于像素的曝光时间。曝光时间通常由操作员在工厂或现场预设为一个值，该值根据下列的使用的操作条件进行限定：环境光水平(在室外、室内、人造光下使用)；读取器光源的功率，即照亮物体/代码的光源的功率；带有代码的物体的材料类型；固定或手持的读取器。但是，该预设的“默认”值实际上不能够从第一次图像拍摄中直接获取高质量的图像，这是因为存在太多与读取器的人机工程学相关的外部因素，其阻止了实际的图像拍摄条件完全受控。读取器的人体工程学定义了如何对其进行使用。例如，读取器可以是固定的，而目标代码则是手动或机械地放到读取器前面；或者，读取器可以是便携式的，即由操作员持有(手持)或佩戴(佩戴在手臂、头上等)。读取器运行的环境可以利用人工或自然环境光照亮。物体本身(包含代码的表面的相对反射特性)或物体的呈现方式(距离、呈现角度)都是也可能会影响传感器收集的光量的因素。因此，当传感器被触发时，它将采用的图像拍摄参数不一定适合于触发拍摄的时刻的目标代码的图像拍摄条件。由于这些原因，使用了由外部代码识别系统控制的迭代图像拍摄循环，以使图像拍摄参数，尤其是像素的曝光时间适合于实际条件。该循环如下运行：一旦触发，传感器就会定期地采集目标代码的图像，并将其发送到外部系统。对于每次图像拍摄，传感器都应用由传感器的图像拍摄寄存器传送的当前的参数值，从而具体地定义曝光时间值。就其本身而言，系统接收图像，并且对于每个接收到的图像，如果系统判断其质量太低而无法对代码进行解码，即，如果图像曝光不够好，则外部系统确定并发送新的曝光时间值，该值存储在传感器的图像拍摄参数的寄存器中，目的是获取曝光更好的新的图像。仅在下一次图像拍摄时，传感器才会考虑该值。这个迭代的采集和传送循环一直持续到系统验证图像质量并成功解码代码为止。外部系统确定新的曝光时间值使用一种或多种算法，所述算法利用图像的直方图，即像素根据图像灰度级(如果直方图是归一化的，则是概率密度)的分布。如果图像中具有256个编码的灰度级，则直方图表示有多少像素具有0、1、直到255的值。因此，外部系统计算接收到的图像的直方图；基于当前的曝光时间值以及像素的读取链的增益(但是对于这种类型的应用，该增益通常设为1)，这些值与图像数据一起由传感器传送，在适当的情况下，外部系统通过将所获取的直方图的一个或更多个特征值(平均值、具有低于给定灰度级的值的像素的百分比、饱和像素的百分比等)与参考值进行比较，确定新的曝光时间值。如果图像曝光过度，由此确定的新的曝光时间值将低于当前值；相反，如果图像曝光不足，则新的曝光时间值将高于当前值。技术问题实际上，考虑到采集图像并将所述图像传送到外部系统所需的时间，以及确定新的曝光时间值并将该值写入传感器所需的时间，由外部系统基于由传感器传送的第一图像的数据而设定的新的曝光时间值最多将仅应用于在第一次图像拍摄之后的第三次或甚至第四次图像拍摄；系统仍然必须检查该第三或第四图像的质量，然后，只有在该质量良好的情况下，才对代码进行解码。用于确定适合于采集当前目标代码的曝光时间的该迭代外部循环使得代码读取器的响应时间不可忽略，该响应时间对应于接收至少三个或四个图像所需的时间。结果，读取器的响应时间(即读取器被触发的时刻与代码被解码的时刻之间的时间)太长。这种可以察觉的迟钝使对于用户的读取器的人体工程学变差，并且系统的功耗(传感器以及照明源的功耗(LED的闪烁次数))随着拍摄的图像数量的增加而增大。专利申请EP1791074提出，在卷帘快门曝光模式的情况下，通过从覆盖一组行的一个矩阵区域到另一个矩阵区域改变曝光时间，来确定条形码的图像拍摄的最佳曝光时间。在第一次图像拍摄(称为研究图像拍摄)中，在卷帘快门模式下，对5个图像区域应用5个不同的曝光时间，并对每个图像区域进行统计计算，以区分这些区域并确定最佳曝光时间，或者通过两个最佳曝光时间进行推断。然后将由此确定的曝光时间用于新的图像拍摄，该图像为在输出端传送的图像。该方法的缺点是需要两次完整的图像拍摄，并且比较针对不同图像区域计算出的统计数据。
技术实现思路
本专利技术提供了另一种技术，该技术用于确定通过包括有CMOS传感器的代码读取器拍摄目标代码图像的最佳曝光时间，该技术改善了响应时间和作为输出传送的图像的质量。本专利技术所基于的技术方案是一种用于采集目标代码的图像的方法，该方法使传感器在触发读取器以采集目标代码之后，通过标称图像拍摄之前的测量模式，能够快速且内部地(片上)确定该代码的图像拍摄所需的曝光时间值，该测量模式利用在矩阵的行或列上周期性分布的至少两个不同的曝光时间值进行图像数据的快速采集，并且利用这些不同的曝光时间值获取的图像数据只被传感器利用，并仅用来快速地限定所需的曝光时间值。然后该值用于进行标称图像拍摄，并且所获取的图像是作为输出传送的图像，以用于代码的解码/识别。使用这种传感器的代码读取器的响应时间显著减少。该响应时间主要等于采集用于确定所需时间值的图像数据所需的短时间，再加上采集和传送单个标称图像作为输出所需的时间。此外，不同的曝光时间值是周期性地分布在行或实际上是列上的，标称曝光时间是基于统计数据确定的，该统计数据是利用由规则地分布在整个图像上的像素生成的数据计算出的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于采集CMOS电子图像传感器光学可读的一个或更多个代码的图像的方法，该方法在传感器接收到外部触发信号(Trig)时被激活，该方法包括进行测量图像拍摄以确定所需的曝光时间值，然后将所述所需的曝光时间值作为当前曝光时间值应用于矩阵的所有像素，以便进行标称图像拍摄，其特征在于，测量图像拍摄(Mode-Mes)包括：/n-积分阶段(100)，其是像素共有的，并且其中k个不同的曝光时间值(Ti)应用于规则分布在矩阵的行或列上的像素，每个像素与k个不同的曝光时间值中的一个值相关联，k为至少等于2的整数；/n-快速采集阶段(102)，其中以不同的像素曝光时间值快速地采集数字图像数据(DATA(Ti))，并且所述快速采集阶段(102)包括应用矩阵的行的欠采样的快速读取阶段；以及/n-确定阶段(110)，其中通过比较基于快速采集阶段中获取的数字图像数据针对每个不同的曝光时间值而计算出的直方图来确定所需的曝光时间值(Topt)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170901 FR 17580861.一种用于采集CMOS电子图像传感器光学可读的一个或更多个代码的图像的方法，该方法在传感器接收到外部触发信号(Trig)时被激活，该方法包括进行测量图像拍摄以确定所需的曝光时间值，然后将所述所需的曝光时间值作为当前曝光时间值应用于矩阵的所有像素，以便进行标称图像拍摄，其特征在于，测量图像拍摄(Mode-Mes)包括：
-积分阶段(100)，其是像素共有的，并且其中k个不同的曝光时间值(Ti)应用于规则分布在矩阵的行或列上的像素，每个像素与k个不同的曝光时间值中的一个值相关联，k为至少等于2的整数；
-快速采集阶段(102)，其中以不同的像素曝光时间值快速地采集数字图像数据(DATA(Ti))，并且所述快速采集阶段(102)包括应用矩阵的行的欠采样的快速读取阶段；以及
-确定阶段(110)，其中通过比较基于快速采集阶段中获取的数字图像数据针对每个不同的曝光时间值而计算出的直方图来确定所需的曝光时间值(Topt)。


2.根据权利要求1所述的采集方法，将k个曝光时间值(Ti)的周期性分布模式应用于矩阵的列。


3.根据权利要求1或2所述的采集方法，其中，所述快速读取阶段对行进行欠采样，...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·利戈扎特，B·迪亚斯帕拉，S·热塞，G·鲍威尔，
申请(专利权)人：特利丹E二V半导体简化股份公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR