在受控照明条件下使用连续视频帧的自动曝光方法技术

本发明专利技术涉及在受控照明条件下使用连续视频帧的自动曝光方法。一种用于数字图像捕获和处理系统中的适应性选通照明控制过程。该过程包括：(i)采用在一对连续视频图像帧之内的多个不同选通照明脉冲来照明视场中的物体；(ii)检测被照明物体的数字图像；以及(iii)解码处理数字图像以读取其中被图形化编码的编码符号。第一实施例中，在读取第一和第二图像的一个中被图形化编码的编码符号失败时，数字图像被实时分析，并基于分析结果，在后续图像帧期间自动调节曝光时间。第二实施例中，在读取第一和第二图像的一个中被图形化编码的编码符号失败时，数字图像被实时分析，并基于分析结果，在后续图像帧期间自动调节选通照明的能量水平。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及数字图像捕获和处理系统，其在操作的连续视频图像捕获模式期间使用自动照明(illumination)控制的改进方法。
技术介绍
在成像装置中使用的自动曝光方法典型地包括步骤(a)获取具有特定曝光时间的图像，(b)分析所获取的图像和(C)确 定曝光期是否需要被设置，以及(d)重复这些步骤直至图像曝光质量符合预定阈值。在成像条形码扫描器的情况下，有时成像器在视频模式中运行。因此，如果先前的曝光时间不正确，当计算机仍然分析第一个已获取的图像时，视频中的后续帧被废弃，因为其是采用相同的曝光时间而取得。产生的效果是消耗时间的自动曝光方法以及至少ー个视频帧被废弃。美国专利第7，841，533号公开了在数字成像应用中，在自动照明和曝光控制方面采用了改进的可手持(hand-supportable)数字成像编码符号读取装置。然而，尽管在自动照明和曝光控制方面提供了改进，这样的技术还可受益于创新的适应性測量(adaptivemeasure)，其用于使得基于数字成像的编码符号读取系统在苛刻的成像环境中更加易感应。因而，在本
中极大需要避免了现有技术方法和设备的缺陷和不足的改进的方法和设备，其用于使用物体(object)照明和成像技术来读取编码符号。
技术实现思路
因此，本公开的主要目标是提供新的数字图像捕获和处理系统以及方法，其避免了现有技术方法和设备的缺陷和不足。另ー个目标是提供具有数字图像形成和检测子系统的数字图像捕获和处理系统，支持连续视频图像捕获模式，具有可变的频闪脉冲(stroboscopically-pulsed)照明(即，选通(strobe)照明)持续时间，与每个图像曝光期同步，以便有助于在确保高质量的图像捕获性能时提供改进水平的响应性。另ー个目标是提供这样ー种数字图像捕获和处理系统，其中它的基于LED的照明子系统具有LED阵列，在与每个图像捕获帧的曝光期同步时，从LED阵列输送频闪脉冲(即，选通)照明至视场(FOV)。另ー个目标是提供这样ー种数字图像捕获和处理系统，其中数字图像形成和检测子系统使用光学带通滤波器，其被设计为在照明透射和收集操作期间通过基于LED的选通照明的光学带宽，而遮蔽位于LED选通照明的光学带宽之外的环境光的光学组件，从而减少图像的动态范围，也改善基于先前图像的曝光估计的准确度。另一目标是提供ー种数字图像捕获和处理系统，其中在检测视场中的物体时(即，手动地或自动地)，系统通过产生频闪脉冲照明(即，选通照明)的LED阵列来开始其视频图像获取周期，对于前两个数字图像帧，所述频闪脉冲照明具有明显不同的能量水平，使得第一选通照明在亮度上是第二选通照明的两倍，以及在视频图像流中第一数字图像在亮度上是第二数字图像的两倍；随后这些数字图像被处理以读取ー个或多个其中被图形化表示的编码符号；并且如果成功，系统返回其初始检测物体状态。另一目标是提供ー种数字图像捕获和处理系统，其中，依据第一示例性实施例，如果由系统捕获的第一数字图像和第二数字图像都不能被成功解码以读取条形码符号，则具有不同亮度水平的两个数字图像被分析(实时)以基于(即，根据)所述第一和第二数字图像是否都太暗、太亮，或者ー个数字图像太亮而另ー个数字图像太暗，而为后续的视频帧确定优选的曝光时间。另一目标是提供一数字图像捕获和处理系统，其中，依据第二示例性实施例，如果由系统捕获的第一数字图像和第二数字图像都不能被成功解码以读取条形码符号，则具有不同亮度水平的两个数字图像被分析(实时)以基于(即，根据)所述第一和第二数字图像是否都太暗或太亮，或者ー个数字图像太亮而另ー个数字图像太暗，而确定新的选通照 明能量水平以实现其中被图形化表示的编码符号的读取，而不需要在后续图像捕获帧期间重新设置曝光时间。这些和其它目标在下文以及所附的权利要求中将变得明白。附图说明为了更加完整地理解怎样实施目标，示例性实施例的以下详细描述可结合附图(简要描述如下)来阅读。图I是本公开的可手持数字图像捕获和处理系统的示例性实施例的透视图，其中其自动物体运动检测和分析子系统在其物体检测模式期间投射(project)基于IR的照明光束在系统的FOV之内，以及其中其基于LED的照明子系统也使用发光二极管(LED)阵列来照明位于系统的工作距离之内任意位置的物体；图2A是图I中所示出的示例性实施例的可手持数字图像捕获和处理系统的第一透视分解图，并示出其PC板组装件，该PC板组装件布置在系统外壳的前部和后部之间，具有铰接基座(该基座经由轴结构被枢转地连接至系统外壳的后部)；图2B是图I中示出的本专利技术的示例性实施例的可手持数字图像捕获和处理系统的第二透视/分解图；图3是用于在图I至2B中示出的可手持数字图像捕获和处理系统的示意系统框图；图4是依据本公开的适应性选通照明和曝光控制过程的原理，当在其视场(FOV)中的物体被频闪照明所照明并且数字视频图像被捕获时，在其视频操作模式中采用的图像检测阵列的操作的示意性表示；图5A至合起来提供了流程图，阐明在执行第一示例性实施例的适应性选通照明控制过程中包括的步骤，包括(i)在一对连续图像帧内用多个不同选通(即频闪的)照明脉冲照明视场(FOV)中的物体，(ii)检测在这些连续图像帧内的被照明物体的数字图像，(iii)解码处理数字图像以读取其中被图形化编码的编码符号，并在这样做失败时(iv)分析这些数字图像，并基于此实时图像分析的结果，依据本公开的适应性选通照明和曝光控制过程的原理，在后续图像帧期间(即图像获取周期)自动调节曝光时间(即光集成(photonic integration)时间间隔)；以及图6A至6D合起来提供了流程图，阐明在执行第二示例性实施例的适应性选通照明控制过程中包括的步骤，包括(i)在一对连续图像帧内用多个不同选通(即频闪的)照明脉冲照明视场(FOV)中的物体，(ii)检测在这些连续图像帧内的被照明物体的数字图像，(iii)解码处理数字图像以读取其中被图形化编码的编码符号，并在这样做失败时(iv)分析这些数字图像，并基于此实时图像分析的结果，依据本公开的适应性选通照明和曝光控制过程的原理，在后续图像帧期间(即图像获取周期)自动调节选通照明的能量水平。具体实施例方式參考附图中的图，基于数字成像的条形码符号读取系统的示例性实施例将被详细描述，其中相似的元件将使用相似的标号指示。 通常，基于数字成像的条形码符号读取系统的两个示例性实施例在下文中被描述。在每个示例性实施例中，适应性选通照明和曝光控制过程被支持，这有助于提供改进的水平的系统性能的敏捷性和/或响应。如图1，2A和2B中所示，示例性实施例I的基于数字成像的条形码符号读取系统包括可手持的外壳2,具有(i)其中安装了窗ロ光圈6和成像窗ロ面板3的前外壳部分2B ；以及(ii)后外壳部分2A。如所不出的,基于单ー PC板的光具座8 (具有安装于其上的光学子组装件)被支承在前外壳部分2A和后外壳部分3B之间(当前和后外壳部分合在一起时形成组装单元)。基座部分4通过枢转轴结构131被连接至该组装单元,该枢转轴结构131穿过成像器外壳的底部和所述基座部分，使得可手持的外壳和基座部分能够相对于彼此旋转。主机/成像器接ロ电缆10穿过形成在外壳后部的后部中的端ロ 132，以及具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.02.03 US 13/020,0441.ー种数字图像捕获和处理系统，包括 具有透光光圈的外壳； 图像形成和检测子系统，布置在所述外壳中，且具有图像形成光学器件，用于投射视场(FOV)穿过所述透光光圈并投射在将被成像的物体之上；以及图像检测阵列，用于在视频图像捕获模式中的照明操作期间检测物体所反射的成像光，在所述视频图像捕获模式中所述图像检测阵列上的至少多行像素被启用； 照明子系统，布置在外壳，并使用光源阵列通过实现在所述外壳中的窄带透射型滤光器来产生和投射窄带选通照明域，使得基于窄带的所述选通照明从被照明物体反射，且透射通过所述窄带透射型滤光器，并由所述图像检测阵列在所述视频图像捕获模式期间检测，而环境光的所有其它分量基本上被拒绝； 自动照明控制子系统，布置在所述外壳中，用于控制所述照明子系统的照明操作以便以自动方式来执行适应性选通照明控制过程； 图像捕获和缓冲子系统，用于捕获和缓冲由所述图像形成和检测子系统检测到的2-D图像； 数字图像处理子系统，布置在所述外壳中，用于处理由图像捕获和缓冲子系统捕获并缓冲的图像，并且读取其中所表示的编码符号，并产生表示被读取的所述编码符号的符号特征数据；以及 输入/输出子系统，布置在所述外壳中，用于向主系统输出所述符号特征数据； 其中所述适应性选通照明控制过程包括 (i)在所述视频图像捕获模式期间在至少ー对连续图像帧内，所述照明子系统以多个不同的选通照明脉冲照明所述FOV中的所述物体； ( )所述图像形成和检测子系统检测在这些连续图像帧内的被照明物体的数字图像； (iii)所述数字图像处理子系统解码处理数字图像以读取其中被图形化编码的ー个或多个编码符号。2.如权利要求I的数字图像捕获和处理系统，其中所述自动照明控制子系统进一歩包括，提供用于控制所述图像形成和检测子系统的所述曝光时间即光集成时间间隔以便以自动方式执行适应性选通照明和曝光控制过程；且其中(iv)在读取所述数字图像中的ー个或多个的ー个或多个编码符号失败时，实时分析所述数字图像，并基于所述实时图像分析的結果，自动调节曝光时间，并在后续数字图像帧期间重复所述子步骤(i)，(ii)和(iii)。3.如权利要求I的数字图像捕获和处理系统，其中所述照明子系统是使用LED阵列的基于LED的照明子系统。4.如权利要求I的数字图像捕获和处理系统，其中所述图像检测阵列从由区域型图像检测阵列和线型图像检测阵列组成的组中选择；且其中所述编码符号是从由ID条形码符号体系，2D条形码符号体系，以及数据矩阵符号体系组成的组中选择的编码符号。5.如权利要求I的数字图像捕获和处理系统，其中所述窄带透射型滤光器使用被布置在其所述透光光圈处的红色波长高通反射窗滤波器元件和在所述图像检测阵列之前的低通滤波器而实现在所述外壳中。6.ー种在数字图像捕获和处理系统中适应性控制选通照明过程的方法，所述数字图像捕获和处理系统支持改进水平的图像获取响应性，所述方法包括步骤 (a)提供数字图像捕获和处理系统，其包括具有透光光圈的外壳，还包括具有采用视频图像捕获模式的图像检...

【专利技术属性】
技术研发人员：X·朱，Y·P·王，
申请(专利权)人：计量仪器公司，
类型：发明
国别省市：