用于光学代码辨识的图像传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于光学代码辨识系统中的代码读取器的CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器合并数字处理电路(7)，所述数字处理电路(7)将计算处理应用于作为通过所述传感器的顺序读出电路(4)获取的所述数据的捕捉图像数据(DATA)，以便从捕捉图像数据计算宏图像(宏数据)，所述宏图像(宏数据)对应于捕捉图像中的代码(一个或多个)的位置信息，并且在捕捉图像数据之后，在图像帧(DATA‑OUT)中将该宏图像发送到该帧的页脚中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光学代码辨识的图像传感器
本专利技术涉及包含光学代码辨识装置中所用的有源像素(光敏元件像素结构和控制晶体管)的CMOS类型的矩阵图像传感器。存在条形码，条形码是符号化的线性代码(1D条形码)或矩阵代码(QR码、数据矩阵、Aztec等)。所述代码例如被印刷(标签、票据、海报)或被刻在工业或零售产品、医疗或实验产品、或书籍上，或者它们被作为图像显示在智能电话上，例如(电子码)。它们被用于一系列应用，诸如可追溯性(制造、分发、医疗保健)、销售、库存管理、票务(运输、博物馆)，以及更一般地，对于支付服务的访问、或者要不然提供到附加内容(网页)的链接。将被辨识的代码也可以是印刷或压印在硬拷贝文档或匾牌(牌照)上的字母数字串(一个或多个)，所涉及的应用，具体地说，是安全访问管理和/或付费访问服务，诸如，举例来说，当通过传递养路费时牌照的辨识、或进入停车场。
技术介绍
光学代码辨识系统确保两个功能：图像的捕捉和通过数字图像处理的、代码(一个或多个)的辨识或读取，所述数字图像处理使得所述光学代码辨识系统能够关联对产品、信息内容、服务……等的辨识的代码。图像被集成到读取器(代码读取器)中的图像传感器捕捉，所述读取器还集成了照明系统(与光学组件(反光镜、透镜)相关联的光源，诸如来自LED和/或激光束的光源)和电子控制系统，所述电子控制系统一在外部被激活(通过机械手段(诸如按钮或触发器)或电子手段(诸如存在检测系统))，就控制目标物体的照明，并且触发传感器拍摄图像。还可以提供激光指针(具有中心焦点)。每个图像被发送给外部数字处理系统，所述外部数字处理系统对所述图像进行分析，以便通过适配的数字处理软件检测(定位)并且辨识(解码)所述图像中包含的一个代码或多个代码，并且触发相关联的应用功能。该系统必须能够快速地辨识所述一个代码或多个代码，并且为了这个目的，使用硬件图像分析资源(存储器、DSP宏处理器)，以便实现各种不同的复杂的处理算法、以及定位、代码类型研究(几何准则)、破译方向中的重新定向、解密。几个图像对于这可能是必要的，取决于图像质量，特别是关于对比度的图像质量：所述系统然后激活读取器，改变所述处理中的图像捕捉参数，诸如曝光时间、照明和增益。利用包括有源像素的CMOS图像传感器，处理系统还可以指定感兴趣区域中的一个或多个，使得可以限制这些特定区域中的图像数据的获取。光学代码辨识系统的基本特征是它们的处理速度。所述处理速度取决于图像质量，图像质量可以根据图像被拍摄的环境(照明、曝光时间)、目标物体本身(支持特性：平面度、反射质量、条纹等)、以及物体面对传感器相机的相对位置而改变。图像对比度可以通过数字处理(增强)或者通过请求使用更多或更少的照明的新的图像捕捉来改进。还可以调整曝光时间，以获得更好的图像直方图(所述图像中的灰阶密度曲线)和/或转换增益。然而，处理速度还取决于将被处理的数字数据的量，即，捕捉图像的大小。然而，目前的趋势是使用高分辨率CMOS图像传感器，这特别是使得可以放宽捕捉距离约束(捕捉平面和目标物体之间的距离)，并且具有高编码动态，例如，8位、10位或12位。提供几兆位数据的输出图像的图像传感器因此被使用。一个问题是，就材料资源(计算能力和存储器容量)的尺寸(和消耗)和处理时间这二者来说，它直接影响数字处理系统。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是改进光学代码辨识系统的性能，特别是为了减小它们的消耗(计算能力、存储器)和改进它们的响应时间。改进一种方法是允许所述系统集中于被发送的捕捉图像中包含的有用信息。所述有用信息(所述一个代码或多个代码)对应于捕捉图像的小部分，换句话说，所述图像中的一个或多个感兴趣区域。计算能力预示可以集中于这些区域上。以下技术问题因此已经得到解决：集成到图像传感器功能中以用于为输出、此外还有捕捉图像数据和补充数据提供足够的置信度指数(准确的数据)，所述补充数据将是代码位置信息；并且以对于传感器的最低成本这样做，即，不影响图像递送时间帧，并且不影响传感器的大小(紧凑性——集成到传感器芯片中)。所述代码的共同特征是，根据所述代码和它们在所述图像中的方位，它们的图像在一个或多个方向上包含大量高频空间信息(黑/白对比度)，与代码周围的图像区域相反。该特征此外还被用来用于辨识的轮廓检测算法中。在本专利技术中提出了通过至少一次计算每个图像捕捉点处的卷积结果、该结果的幅值(其绝对值)和二进制阈值来在图像传感器本身中提取高频信息，或者，更一般地，表示空间代码特征的信息，以便能够将寻求的信息与所述图像中的噪声分开，以便获得关于值0或1是代码位置信息的信息：值1意味着像素可能在代码区域中。在一个例子中，卷积计算是梯度的计算，我们感兴趣的是所述梯度的幅值(即，其绝对值)，因为其指示位置信息。这涉及以最低的成本，在实际的传感器内提取该信息。具体地说，后者不可以影响捕捉图像数据的获取或发送的速度。换句话说，提取需要在获取捕捉图像的期间时间内进行，并且承载位置信息的数据必须被集成到捕捉图像的朝向外部代码辨识系统的发送帧中。这不应该需要大量的材料资源，要么是，诸如图像存储器，要么是复杂的专用处理器。必须可以集成所需的材料资源，以便在CMOS图像传感器内的集成电路芯片内实现该提取功能，有利地以可编程的或可配置的方式，使得可以容易地适应(灵活性)不同的代码和光学辨识应用。最后，提取的且发送的信息必须是极其可靠的，以便使得它可以被外部辨识系统直接使用，以便能够优化其计算能力和改进其处理速度。对于这些各种技术约束的解决方案在本专利技术中通过合并数字处理块的CMOS图像传感器来实现，所述数字处理块对于拍摄的每个捕捉图像，在像素矩阵中的行选择信号(读取)上是同步的，并且被配置为在所述信息被像素获取的时间(像素的曝光时间和逐行的顺序读取)内计算宏图像，以便在捕捉图像数据之后，在捕捉图像帧的页脚中提供它。宏图像的每个点对应于捕捉的图像的点块，宏图像的每个点的值涉及指示捕捉的图像中的对应的点块中的代码位置的信息。因此，本专利技术涉及一种CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器被配置为受到外部控制时，执行图像的拍摄，并且向光学代码辨识系统输出对应的图像帧中的捕捉图像数据，所述图像传感器被集成到同一集成电路芯片中，像素矩阵包括N行M列和所述矩阵的N行像素的顺序读取电路。根据本专利技术，所述传感器此外还被集成到数字处理电路中，所述数字处理电路被配置为：随着顺序读取电路获取所述捕捉图像数据，并且以同步的方式，将计算处理应用于所述捕捉图像数据，以便由与所述捕捉图像中的代码位置信息相对应的捕捉图像数据来飞速地计算二进制宏图像；并且在所述捕捉图像数据之后，将它发送给所述图像帧的页脚，所述宏图像使得每个宏图像点对应于所述捕捉图像的点块，所述宏图像的所述计算处理至少包括：-对于所述矩阵的每个像素：-计算由卷积掩码的系数定义的至少一个滤波器的第一阶段，所述滤波器为所述像素建立第一数值，所述第一数值对应于从所述像素的所述捕捉图像数据提取的高频空间信息，并且建立由以所述像素为中心本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器被配置为根据外部命令(Trig)执行图像的捕捉，并且朝向光学代码辨识系统输出对应的图像帧(DATA-OUT)内的捕捉图像数据，所述图像传感器被集成到同一集成电路芯片中，像素矩阵(1)包括N行M列和所述矩阵的N行像素的顺序读取电路(4)，其特征在于，所述传感器还包括数字处理电路(7)，所述数字处理电路(7)被配置为：随着顺序读取电路(4)获取所述捕捉图像数据，并且以同步的方式，将计算处理(100)应用于所述捕捉图像数据，以便由与所述捕捉图像中的代码位置信息相对应的捕捉图像数据来飞速地计算宏图像；并且在所述捕捉图像数据之后，将其发送给所述图像帧(DATA-OUT)的页脚，所述宏图像使得每个宏图像点对应于所述捕捉图像的点块(B)，所述宏图像的所述计算处理至少包括：/n-对于所述矩阵的每个像素：/n-计算由卷积掩码的系数定义的至少一个滤波器(F

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181106 FR 18602141.一种CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器被配置为根据外部命令(Trig)执行图像的捕捉，并且朝向光学代码辨识系统输出对应的图像帧(DATA-OUT)内的捕捉图像数据，所述图像传感器被集成到同一集成电路芯片中，像素矩阵(1)包括N行M列和所述矩阵的N行像素的顺序读取电路(4)，其特征在于，所述传感器还包括数字处理电路(7)，所述数字处理电路(7)被配置为：随着顺序读取电路(4)获取所述捕捉图像数据，并且以同步的方式，将计算处理(100)应用于所述捕捉图像数据，以便由与所述捕捉图像中的代码位置信息相对应的捕捉图像数据来飞速地计算宏图像；并且在所述捕捉图像数据之后，将其发送给所述图像帧(DATA-OUT)的页脚，所述宏图像使得每个宏图像点对应于所述捕捉图像的点块(B)，所述宏图像的所述计算处理至少包括：
-对于所述矩阵的每个像素：
-计算由卷积掩码的系数定义的至少一个滤波器(FCV)的第一阶段(101)，所述滤波器为所述像素建立第一数值(VF)，所述第一数值(VF)对应于从所述像素的所述捕捉图像数据提取的高频空间信息，并且建立由以所述像素为中心的卷积掩码划定的相邻窗口中的相邻像素，随着顺序读取电路(4)对所考虑的像素和相邻像素的所述捕捉图像数据的获取，飞速地进行计算，所述第一数值使用与所述捕捉图像数据相同的位数(r)编码；
-对所述第一数值进行二值化(BIN1)的第二阶段(102)，所述第二阶段(102)对所述矩阵的每个像素建立第一二进制值(VB1)；并且
-对于所述矩阵的每个像素块(B)：
-通过在Q＝b1+b2个输出位的累加寄存器中将所涉及的块中的像素的所述第一二进制值(VB1)相加来计算第二数值(V∑)的第三阶段(103)，其中b1和b2定义所述块的像素行的数量n＝2b1和所述块的像素列的数量m＝2b2，n和m大于1。


2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第二数值是使用q个位编码的值(V∑q)，其中q＝1至Q。


3.根据权利要求1或2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：布鲁诺·迪亚斯帕拉，蒂埃里·利戈扎特，罗曼·吉盖，加雷斯·鲍威尔，杰罗姆·万鲁姆比克，阿诺·富歇，
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