专利名称：用于在符号体系读取器中采用彩色照明和颜色过滤的系统和方法
技术领域：
本发明涉及机器视觉系统以及采用机器视觉的符号体系读取器，尤 其涉及用于该符号体系读取器的照明器.
背景技术：
机器视觉系统利用了图像获取装置，所述图像获取装置包括照相传 感器，以提供所观察对象的信息.然后该系统根据各种算法对该信息进 行解译，以执行编程决策和/或识别功能.为了通过传感器在可见光以及 近可见光范闺内最有效地获取图像，应当对对象适当照明.
在利用图像传感器进行符号体系读取(通常也称为"条形码"扫描) 的范例中，非常需要适当的照明.符号体系读取需要将图像获取传感器
(CMOS照相机、CCD等)瞄准包含符号("条形码")的目标位置，并 获取该符号的图像.该符号包含一组预定图案，该图案代表一组有序的 字符或形状，附属的数据处理器(例如微型计算机)可以从其导出关于 该目标的有用信息(例如，其序列号、类型、型号、价格等).可以使用 各种形状和尺寸的符号/条形码，在标识和识别对象中最常用的两种符号 类型是所谓的一维条形码和所谓的二维条形码， 一维条形码由宽度和间 距变化的竖直条线构成，二维条形码由点或矩形的二维阵列构成。
作为背景技术，图l示出了适于手持操作的示范性扫描系统100.提 供了一种示范性手持式扫描用具或机头102.其包括握持部分104和主体 部分106.以剖视图示出的成像系统151可以受到控制并可以将图像数据 引导到板上嵌入式处理器109.该处理器可以包括扫描软件应用程序113， 通过该应用程序113来控制光照，获取图像并将图像数据解译成可用信 息(例如从符号(例如图示的二维条形码图像195 )导出的字母数字串). 可以经由电缆lll将解码后的信息引导到具有(例如)显示器114、键盘 116和鼠标118的PC或其他数据存储装置112，在这里可以存储该信息 并使用适当的应用程序121对其进行进一步搮作.替代地，电缆111可以 直接连接到扫描用具中的接口和计算机112中的适当接口.在这种情况
下，基于计算机的应用程序121根据需要执行各种图像解译/解码和光照
控制功能.相对于嵌入式处理器、计算机或其他处理器，手持式扫描用
具的精确布置是高度可变的，例如，可以提供其中没有电缆lll的无线互
连.类似地，图示的微型计算机可以被另一种处理装置取代，包括板上
处理器或诸如个人数字助理或其他小型计算装置的微型化处理单元.
扫描应用程序113可以适于对来自扫描用具102的输入做出响应.
例如，当操作员切换手持式扫描用具102上的触发器122时，内部相机
图像传感器(在成像系统151内部)获取目标105上的关注区131的图
像.示范性的关注区包括可用于识别目标105的二维符号195.身份识別
及其他处理功能由扫描应用程序113基于从手持式扫描用具102传输到
处理器109的图像数据来实现.可以由来自处理器109的信号来对可视
指示器141进行照明，以指示对符号195进行了成功的读取和解码.
在读取符号体系或其他感兴趣目标时，所采用的照明类型是关注点. 在符号体系和/或其他被观察目标是利用对比度高的墨或颜料印刷在平坦
表面上的情况下，漫射型高角度"明场"照明可能会最好地突出传感器的 这些特征.利用高角度，通常表示光几乎垂直地(正交地)照射到目标， 或者以与垂直(正交)于被扫描物体表面相差不超过大约45度的角度照 射目标.这样的照明易于大量反射回传感器。例如，可以在附着于物体 或容器的印刷标签上，或者在物体或容器相对平滑区域中的印刷区域中， 提供主要需要明场照明的条型码及其他目标。
相反，在符号或其他目标形成于更加不规则的表面上时，或者通过 直接在表面上蚀刻或锤击(peening)出图案而生成时，使用高反射性的 明场照明可能就不合适.祐^锤击/烛刻的表面具有二维特性，其易于书L射 明场照明，由此使得所获取的图像模糊.当所观察的目标具有这种明确 的二维表面结构时，可以用暗场照明对其进行最佳照明。这是一种利用 相对于目标表面的特征小角度(例如大约45度或更小)的照明(即，相 对于正交超过大约45度的角度).利用这种低角度暗场照明，可以更加 有效地对比二维表面结构(凹痕表现为亮点，周围表现为阴影)，以获取 更好的图像。
在其他的被应用符号情况下，可以优选采用漫射型直接照明.通常 利用直接投射的照明源(例如，发光二极管(LED))来产生这种照明，其经过漫射体以产生期望的照明效果.
为了充分利用相机图像传感器的多功能性，最好提供明场、暗场和 漫射照明，不过，必需靠近目标提供暗场照明以获得低入射角.相反， 在相对距离处更好产生明场照明以确保整个区域照明，
共同转让的均由Laurens W. Nunnink做出的題为"HAND HELD SYMBOLOGY READER ILLUMINATION DIFFUSER"的美国专利申请 No.11/014478以及题为"LOW PROFILE ILLUMINATION FOR DIRECT PART MARK READERS"的美国专利申请No.11/019763提供了 用于改善明场(高角度)和暗场(低角度)照明的传输的技术，在此通 过引用将其教导明确并入本文.这些技术包括提供直接明场LED的特定 几何布置和/或设置于明场照明器和目标之间以更好地扩散明场光的平坦 漫射体。以上引入的"HAND HELD SYMBOLOGY READER ILLUMINATION DIFFUSER"还教导了使用特定的颜色以改进适用于特 定类型表面的照明。然而，已经观察到，对于很多类型的表面和/或读取 器指向表面的特定角度来说，选择明场、暗场、直接或漫射光对于用户 来说常常并不是直观的。换言之， 一个表面看起来可能用暗场照明是最 佳读取，但是在实践中，尤其是在特定视角，却优选用明场来拾取所需 的细节。类似地，对于手持式读取器来说，表面和表面(部分和部分) 之间的视角决不是非常一样的， 一些视角用明场较好，其他视角可能用 暗场更好.
可以在读取每一部分时，可以引导读取器贯穿各种类型的照明步进， 但是循环开启和关闭每一组照明器以及整合/分析所得图像都将耗费时 间。目前，为了得到被视为有效的读取器，读取过程应当发生在200毫 秒或者更少的时间内。贯穿各种照明类型步进、存储结果、比较并得到 最佳图像可能会超过预期时限.因此，非常希望提供一种技术，其允许 针对所有类型的表面和扫描角度立即采用最佳形式的照明，并且立即采 用从这一照明获得的图像导出有意义的图像数据.
发明内容
本发明通过提供一种用于利用和分析图像的系统和方法克服了现有 技术的缺点，其中，根据所采用的照明的类型采用不同的颜色为所述图
像提供照明.在示范性实施例中，采用彩色图像传多器获取感兴趣的对 象的图像，并且同时(彼此并行地)以能够由所述传感器分立地
(discretely)识别的分立(discrete)照明颜色向所示表面上发射直接明 场、暗场和漫射照明中的每个.例如，直接明场和暗场可以是红色的， 而漫射可以是蓝色的，图像传感器中的具有相同灵敏度的像素(例如， 红色和蓝色的)只接收由该颜色的照明生成的图像。可以采用与具体照 明源(例如LED)对准的适当滤光器，以生成一种或多种分立颜色和/ 或减弱非漫射颜色光向漫射体部分内的非有意的迁移.本发明的读取器 包括处理部件，其独立组合来自红色和蓝色像素地址的图像，从而实际 上创建两幅同时存在的理想地重叠(相对于彼此配准)的图像(一幅图 像是采用组合的暗场和直接明场生成的，另一幅图像是采用漫射照明生 成的)，采用常规图像分析工具确定最佳图像，并由所述最佳图像导出有 意义的数据(例如，读取符号的代码)。在另一实施例中，可以结合一幅 或多幅图像的最佳部分，以导出符号数据。此外，可以采用另一组分立 颜色光发射器(例如，绿色LED)发射直接明场，可以通过图像传感器 内的适当的绿色敏感像素来区分该直接明场，由此导出相对于另两个分 立颜色图像配准的第三分立图像.
本发明的下述说明将参考附图，其中
图1已经介绍过，其是根据现有技术具有集成照明的手持式扫描系 统的透视图2是能够结合本发明的教导使用的手持式扫描系统的側视截面图； 图3是图2的扫描系统的前视图4是用于图2的扫描系统的照明组件和图像传感器的分解图5是根据第一实施例的与图2的扫描系统结合使用的传感器和照
明器组件的略带示意性的側视截面图6是根据笫二实施例的与图2的扫描系统结合使用的传感器和照
明器组件的略带示意性的侧视截面图7是与图2的扫描系统结合使用的三色图像处理装置的方框图； 图8是采用根据本发明的照明和图像处理解析的一组同时存在的图像的图示；以及
图9是用于诸如图2所示读取器的利用颜色聚焦目标的自动聚焦机 构的实施例的示意图.
具体实施例方式
图2示出了根据本发明的读取器200的示例性实施例的截面側视图。 成像器212和照明板214位于外壳206之内的抗冲击底座(未示出)上. 在该示范性实施例中，处理器模块和相关的功能电子元件安装在处理器 板215上。握持部分202和触发器204在功能上与外壳206以及处理器板 215的组件协作。握持部分206包括方便放置的触发器204,可以由用户 的手指启动该触发器，以开始图像获取和解码功能.更具体而言，按下 触发器导致所有类型和颜色的照明(如下文进一步所述)同时祐:投射到 所关注的目标上，并且使成像器相应地获取图像.
简要参考照明器，该照明板214支撑着多个LED 310，在本实施例 中它们是红色的(可以使用多种颜色).LED310向前引导，朝向读取器的 开口。这些LED位于无源光导管244后面，无源光导管244从LED310 的环向前端230内部传输光.在该实施例中，前端230包括斜切的表面 232 。 在Waiiam H. Equitz等人做出的题为"LIGHT PIPE ILLUMINATION SYSTEM AND METHOD"的美国专利申请 No.10/693626中示出和描述了用于读取器或类似应用的光导管的各种范 例，在此通过引用将其教导明确并入本文.
简而言之，光从与LED 310相邻的内端开始通过导管244延伸的主 体传播.该主体由透射/透明物质形成。所述主体由诸如聚甲基丙烯酸甲 酯(PMMA)或聚碳酸酯的可透射/透明物质形成，透射光被光导管244 的带角度/斜切表面232内部反射，从而以低角度朝向中心光轴270出射. 可以用不透明涂料或另一种混合物涂布光导管244的内和/或外壁表面， 以防止光泄漏到导管之内或之外.在该范例中，还沿着光导管的内表面 提供屏蔽250,屏蔽250的一个功能是防止漫射光透射(如下所述)到光 导管中.另一种功能是将从反射器(见下文)透射的光重新引导回到漫 射体中.
在该范例中，LED310的环用于通过来自LED的一些光经过斜切表
面232的折射而与暗场效应一起产生红色直接明场效应.通常，在距表 面短读取距离处(在光导管远(前)端230和表面之间〈25mm )，来自光 导管230的明场照明往往不会与暗场照明相互干扰，不过，对于更大的 读取距离(末端230和表面之间〉25mm)，该明场照明也是可用的.对于 例如黑白印刷标记的易读代码来说这是有用的.在备选实施例中，如下 所述，可以提供独立的明场照明器.实际上，很多可用的成像器包括集 成的红色明场照明器.在备选实施例中，可以提供分立(discrete)颜色 (例如绿色)的独立明场照明器.
注意，提供了一对瞄准LED220 (通常发射绿光)，不过，这些是可 选的。这种瞄准LED可以与本文采用的商业上可获得的成像器集成。
缆线260向读取器200提供电力以及用于编码信息的解码字符串的 通信传输路径，尽管构思的是可将读取器200配置成电池电源以及无线 通信，以实现完全的便携灵活性。
还参考图3，示出了读取器200的前视困.用光导管244周边周围与 远端230 —致定位的一系列相邻X表示向光导管244发光的各LED (或 其他合适的光元件)310的分布和布置.示例的LED放置产生了大致均 勻的光照效果。这里所用的这些光元件和其他元件的放置都是高度可变 的。此外，可以控制光元件的寻址，从而使得在特定时间仅激活特定的 元件，以产生期望的总体暗场照明强度和/或目标上暗场照明效果的偏置 (例如一侧比另一侧亮)，下文中进一步描述了这种可变寻址特征，并且 在上文并入的美国专利申请和其中引用的其他共同转让的美国专利申请 中，更详细地描述了该特征.
现在还参考图4的分解图，该图更详细地示出了关于成像器212的 总体照明组件的部件.如图所示，已将上述的各种照明组件部件分开， 以揭示各个结构细节.成像器212位于视图的左侧.照明板组件214位 于其前方.照明板214和LED 310前方放置的是光导管244的近(或基) 端410，该端接收从LED 310发射的光并在内部将其传输到斜切远端230. 楔形(也不严格地称为"锥形")漫射体280 (还参考图2)嵌套于光导管 244之内，狭窄的近端开口 420与成像器212相邻地提供，展宽的远端开 口 422位于相对末端.在示例性实施例中，可以由内部磨砂的薄(l-3毫 米)聚合物材料制造该漫射体280.如上所述，靠着光导管的内部提供薄
屏蔽250,以阻挡漫射体的透射光进入光导管244.通过这种方式，从漫 射体发射的光不会与光导管的传输混合.由漫射体投射的光由安装在照 明板214的与光管LED310相反的一側上的一组(四个)向后投射的LED 282提供。这些LED (282)将光向后投射到抛物面(或其他形状的)反 射器2卯内，反射器290使反射光遍布漫射体280的整个内表面，从而 使其作为具有充分均匀的分布的直接漫射光出射到感兴趣的表面上.在 这一实施例中，采用带有白色织紋表面的聚合物构造所述反射器，从而 使由其反射的光进一步漫射。其有助于减少用于投射漫射光照明的漫射 光照明LED 282的数量，由此降低制造成本和功耗，而且，在这一实施 例中，漫射光照明LED 282是高输出蓝色LED。可以认识到，在红色 LED (在这一实施例中发射直接的亮场照明和暗场照明)之间存在显著 的波长展开.因而，这一波长展开允许将表面上的漫射光照明与表面上 的暗场/直接明场照明分辨开，在下文中将对其做详细说明.用于每种类 型的照明的具体颜色是高度可变的。但是，非常希望漫射照明在光诿上 与暗场照明充分地间隔开，从而实现两个光波长的足够的分辨率.
为了进一步确保漫射光和暗场光不会在光管或漫射体内混合，提供 半透明的"锥形"滤光器292。滤光器292适于滤除具有更大波长的光，从 而允许更小波长的蓝光通过漫射体并到达表面上，但是防止从表面反射 的任何红光被再次透射，否则的话，这种反射的红光往往会像漫射红光 那样与红色暗场照明一起被再次透射。滤光器292与漫射体的外(暴露) 表面的形状保持一致，可以利用本领域普通技术人员应当清楚的各种回
定技术将其固定或贴附到漫射体表面上.注意，通过利用彩色漫射体(参 见以下图6)来代替该独立的滤光器292，也可以获得类似的效果.应当这
样选择颜色，使得漫射体透射漫射光(在本实施例中为蓝色光)，但是不 反射从光导管传输的暗场光(在本实施例中为红色光).在与本申请在同 一日期提交的Laurens W. Nimnink等人的转让给了共同受让人的名为 "INTEGRATED ILLUMNATION ASSEMBLY FOR S预BOLOGY READER"的美国专利申请中对光管和漫射体的各种改进给出了进一步 的说明，在此明确结合其教导以供参考.
于是，总而言之，根据示例性实施例至少提供了两组分立的照明发 射器(例如LED )，即直接漫射发射器282和暗场发射器310.根据示例
性实施例，每组分立的发射器282和310都产生对应的分立照明颜色. 例如，可以通过蓝色LED产生直接漫射照明，可以通过红色LED产生 暗场(和直接明场).由于文中采用的图像传感器是市面可得的颜色传感 器，因而为传感器的像素阵列中的每一像素分配特定的颜色灵敏度.在 一般布置中，某些传感器像素包括红色像素，某些像素为绿色像素，其 他像素为蓝色像素.对像素就近分组，从而使传感器在传感器上从每一 点接收至少一个红色、 一个绿色和一个蓝色像素数据.其效果产生了以 不同的强度混合的不同强度的红色、绿色和蓝色数据的总连续性，从而 定义了跨越传感器阵列的总彩色图像，创建彩色像素阵列的典型技术是 在单色传感器上应用镶嵌(mosaic)滤色器。该滤色器使特定像素对特性 颜色敏感.作为兴趣点，并且作为额外的背景， 一种普及的像素图案是 所谓的Bayer图案，下面针对阵列的部分给出了图示(其中，R为对红 色敏感的像素，G为对绿色敏感的像素，B为对蓝色敏感的像素)
R G R G
G B G B
R G R G
G B G B
因此，其遵循这样的原理，即，每一分立的像素只感测来自对应的 照明源之一的光。这允许通过将在下文中做进一步说明的方式而区分由 每种类型的照明形成的单色图像.注意，尽管没有采用绿色照明，但是 在备选实施例中也可以发射绿色照明(例如，通过独立的直接明场照明 器)，并通过绿色像素对其进行感测.但是，应当注意，蓝色像素往往对 绿色具有一定的敏感度，红色和蓝色之间的展开对于分辨来自不同分立 照明源的不同图像是最为有效的.
在进一步说明通过根据本发明的读取器对彩色图像所做的新颖的识 别之前，参考图5和图6，图5和图6中的每个均示出了根据本发明的读 取器200的照明组件的具体实施例.图5相对于成像器组件212(和相关 透镜结构240)详细示出了上文给出一般说明的带有光管244的漫射体 280的实现的横截面，该实现提供了与暗场照明结合的直接漫射照明.暗 场照明(光线510)被引导到光管244内，其在斜切远端230处被内反射， 从而以低角度被引导到对象表面520上.在上文结合的William H. Equitz
等人的名为LIGHT PIPE ILLUMINATION SYSTEM AND METHOD的 美国专利申请No. 10/693626中能够找到有关带有选择性地启动的照明以 提供暗场照明的无源光管的基本设计和实现的更为详细的信息.通过反 射器2卯的反射将来自蓝色LED 282的直接照明(光线532)转换为总 体漫射的直接照明，并使其进入并通过本实施例的漫射体280.漫射体 280由此将漫射照明投射到处于视场内的对象表面520上，其中，将所述 视场示为由虚线540界定的区域.在这一实施例中，漫射体280本身是 半透明的，没有颜色色调或滤色效果.应当注意，可以将根据这一实施 例和文中描述的其他实施例的漫射体280构造和布置为以可拆卸方式附 着至手持扫描器具。在一个例子中，可以去除漫射体，从而允许发射器 282作为非漫射直接明场照明工作。或者，漫射体可以设有可移动快门， 其有选择地暴露整个漫射体内的透明(非磨砂/非漫射)窗口。可以通过 在漫射体和光管244中结合允许可拆卸组装的扣接配合间隙和/或特征 (未示出)，来实现漫射体280的可拆卸性.
在这一实施例中(图5),由通过光管244的斜切末端230的光折射 提供直接的非漫射明场照明(箭头530)。在备选实施例中，可以对光管 进行修改，使其包括扁平环(存在于与轴270垂直的平面内).其将允许 把额外的明场光直接发射到表面520上.同样地，在备选实施例中，可 以采用带有形成于其远端的平(未斜切)环的嵌套光管，从而使明场光 沿与所示暗场光管244分离的波导直接传输.在将具有分立颜色的照明 器用于直接明场光的情况下，这种设置可能是有用的.或者，在采用任 选的直接明场发射器的情况下，可以设置所述发射器的位置以通过漫射 体280的透明/透光部分(未示出)投射光.
尽管为简单起见在这一图示中未示出，但是可以假设，可以在漫射 体上应用滤光器(上文的292),以避免乱良射的暗场(和明场)光迁移 到漫射体280内.在下文图6描述的实施例的图示中也省略了这样的滤 光器，但是所述滤光器可以适用于该实施例.
图6示出了与本发明的读取器200和光管244结合使用的锥形/楔形 漫射体610的实现的备选实施例的截面.注意，采用类似的附图标记表 示与图4中出现的类似的部件和特征.在这一实施例中，采用带有颜色 色调的/可透射颜色的材料制作漫射体610，其中所述材料的颜色特性不
同于颜色特定暗场照明510的颜色(例如，红色).因而，漫射体起着滤 色器的作用，因而其允许向后投射LED 282是白色的，而不是特定颜色 (例如，蓝色)的LED,对所得到的传输漫射光进行滤光，从而仅从漫 射体610投射预期颜色.而且，在这一实施例中，带有颜色色调的漫射 体610接收从对象表面520反射的任何散射照明，并且一般避免这样的 反射光作为总体漫射的直接照明经由漫射体受到再次传输，这是因为颜 色是不同的.应当注意，在这一实施例中，LED 282可以发射白光或彩 色光(例如，蓝色).带有颜色色调的漫射体将滤除来自白光LED的除 蓝光之外的所有光，或者将允许来自LED的彩色(蓝色)光通过漫射体 材料，相反，可以将上述单独滤光器(292)与白色LED或者适当的匹 配颜色的LED结合使用。 一般而言，通常希望采用有色LED,因为，与 白色LED(其中，输出谱中的相当大的部分受到衰减)相比，有色LED 允许总体光输出中的更多的光通过漫射体/滤光器传输.
已经描述了根据各个实施例的照明组件的 一般特性和构造，现在将 参考图7，其示意性地示出了根据本发明的实施例的读取器的图像处理功 能700的示意性方框图.通过成像器获取来自三个同时创建的图像(即， 红色暗场图像714、蓝色直接漫射图像712和绿色直接明场图像710)的 光学图像数据。由于成像器的传感器含有对具体的颜色(在这一例子中 为红色、蓝色和绿色)具有不同敏感度的像素，因而传感器能够解析每 一像素处的强度数据，识别该像素是红色敏感像素，蓝色敏感像素，还 是绿色敏感像素.所得的像素数据含有地址或其他本领域技术人员已知 的标识符，可以将其独立解析为红色像素数据DATA(R)、蓝色像素数据 DATA(B)和绿色像素数据DATA(G).将每种形式的数据提供给软件和/ 或硬件图像处理720。最佳的图像处理采用各种已知的图像分析工具，例 如，对比工具，以确定红色或蓝色数据(如Data(G)上的虚线所示，未采 用绿色数据，其是任选的)中的哪个数据在其整个区域上提供了最佳图 像(最清楚，并且最为可读).之后，通过图像处理选择最佳图像，并将 其作为图像数据730提供给本领域的常规图案识别处理740.该处理产生 诸如字母数字代码等的有意义的数据750，该数据可以供用于库存控制等 的下游数据处理装置所使用.
作为图7所示的处理的例子，图8示出了带有敲击点(dot-peened)
的(二维条形码)表面802的示范性图像800.图像810是蓝色(漫射)、 绿色和红色(暗场)照明均起作用的全色困像.这一困像稍徵溪糊，并 且在不采用各种分析工具的情况下难以解码，因而既耗费时间又耗费资
源，
可以由传感器的适当蓝色像素单独解析蓝色(漫射图像)820.这一 图像具有适中的良好对比度.可以预见(就敲击表面而言)，由绿色像素 解析的图像830将显示出最低的对比度，因为其主要源自于蓝光.在这 一实施例中未采用这一绿色图像.但是，在红色像素在红色图像840中 提供了敲击和未敲击表面细节之间的高对比度.所示出的这一图像看起 来就像排他地采用了暗场照明，但是在这种情况下，还存在直接漫射光 照明，只是其未在图像840中解析.这一处理将有可能选择该解析的暗 场图像(840)作为最佳图像，以供分析，并将其提供给图案识别，以供 解码.
显然，文中描述的读取器和处理的显著优点在于，无需选择最佳照 明形式，或者重新定向扫描仪来获得最佳图像.相反，扫描仪立刻自动 应用所有的三种类型的照明，并采用所有类型的照明获取单一图像.由 于获取了一幅图像，因而三种不同颜色得到了理想的对准，从而没有必 要采用复杂的平移功能来重新对准图像.当在备选实施例中，对多个分 立颜色图像进行分析，从而对图案进行解码时，这在部分上是希望的. 在特定图像含有多于一种类型的表面特性时，这一特征可能是希望的. 例如，可以对所感兴趣的表面的一半进行打印，对所i^面的另一半进 行敲击.选择示出了特定区域的最佳对比度的每一图像的部分，从而将 其发送至图案识别处理，由于将这些困像全部配准(每一彩色像素数据 是传感器阵列上的可识别位置)，因而能够按照灰度级图像的方式将带有 其强度值的特定彩色像素数据(每个传感器阵列位置只有一个像素)流 传输至图案识别处理.图案识别处理不必涉及像素的原始颜色，仅涉及 该颜色的强度如何.最佳图像处理选择显示了最佳对比度的像素，并且 仅传输所述像素.
根据其他实施例，可以设想对文中参考例如图7描述的用于彩色照 明和图像过滤的技术进行扩展和修改，以允许消除自铣面表面的反射. 在一种实现当中，可以从不同的方向投射具有不同颜色的照明，但是另
外也可是相同的照明类型.参考图3，光管的四个图示象限320、 322、 324和326中的每个上的LED310均可以采用不同的颜色(例如，红色、 绿色、蓝色， 一种颜色在两个象限上重复)，或者简单地，使两个相邻(或 相对)的象限上具有红色，另两个象限上具有蓝色.在典型的操作实例 中，通过成像器接收一种颜色而非具有另外两种颜色(或三种颜色)的 镜面反射。之后，通过比较每个颜色通道上的图像的清晰度并且选择具 有最好图像的通道，所述处理来滤除反射.注意，可以为每个象限提供 可变的颜色，从而使整个光管能够在需要时投射单一颜色.
同样地，在实施例中，相对的象限(320和324)、 (322和326)可 以设有不同彩色的LED (红色和蓝色)或可变颜色.通过这种方式，能 够消除由对象表面的表面紋理导致的反射.这样需要过滤不清楚的彩色 图像的全部或部分，并选择未经反射的部分进行数据识别.
根据又一实施例，可以采用通过分立的颜色敏感传感器像素过滤分 立颜色的能力，以允许在获取图案的同时进行距离测量和针对距离的镜 头自动聚焦，从而使读取器在初始聚焦之后未必一定要保持固定才能获 取图像，图9示意性地示出了诸如图2所示读取器(200)的读取器的自 动聚焦结构的实现.所述实现采用了照明器组件910,其在结构和操作上 与上文给出了一般^t明的照明器组件类似.聚焦图案投影仪912与照明 器组件集成或者单独安装.聚焦图案投影仪相对于成像器916的视场将 预定图案914投射到表面920上的方便和已知位置，所述图案可以是能 够通过一种颜色定义的任何可接受的图案.将这一颜色称为颜色1，其 可以是红色、蓝色、绿色或者文中描述的其他可解析的颜色.主照明组 件910将具有不同于颜色1的颜色的照明投射到感兴趣的区域(图案 922)上。如上所述，在照明组件910中可以针对各种照明类型，例如， 直接漫射和暗场/直接明场，采用多种颜色.
成像器接收每种分立颜色的图像，并将来自每种颜色的像素数据作 为图像数据传输.尽管获取了整个视场，但是颜色1像素将主要示出聚 焦图案的强度(数据930).同样地，图案数据提供了颜色2 (以及由照 明组件910提供的其他颜色)的强度(数据932 ).通过图案识别处理940 将图像数据932解析为一个或多个可读图像，其中，对所述可读图像进 行解码，以获取其数据内容或其他信息.通过聚焦处理950对聚焦图像 数据930进行分析，所述聚焦处理950可以回送至电子或机电聚焦机构 960，其对成像器进行搮纵(双箭头962 )，以实现对所述表面的期望聚焦. 所述聚焦处理可以执行多个快速迭代周期，从而产生期望聚焦，这时将 获取良好聚焦的图像的图案922.
通过再次总结可知，上述读取器和处理能够提供更为快速的图像分 析、更高的准确度和增加的通用性.其允许正被扫描表面的类型和读取 器相对于所述表面所保持的角度具有更大的灵活性.此外，由于目前彩 色图像传感器变得比具有相同分辨率的灰度级传感器更为廉价，因而根 据本发明的读取器的总制造成本可以降低。
上文给出了本发明示范性实施例的详细说明.在不背离本发明精神 和范围的情况下可以做出各种修改和添加.例如，各种发射器的放置和 颜色是高度可变的。可以为其他照明类型提供其他的光颜色和/或光波长。 尽管针对具体的照明类型采用了红色、绿色和蓝色，但是本领域技术人 员将认识到可以根据所设想的任何实施例采用诸如红色/红外或青色、品 红和黄色的备选颜色特性.可以通过在读取器中设置适当的功能来识别、 读取和处理这些替代上述照明颜色或者除上述照明颜色之外的特殊波 长，此外，尽管文中示出的实施例涉及手持扫描仪，但是可以明确设想 将文中描述的原理应用于固定扫描仪，并且术语"读取器"、"扫描仪，，等 应当被宽泛地视为包括固定单元.而且，可以通过手持读取器、链接计 算装置或其他装置中的元件执行文中描述的任何处理或步骤。此外，尽 管采用有色LED生成预期暗场照明，但是作为替代还可以采用在环形源 内与白色LED结合的滤色器和/或有色调的光管生成颜色.最后，可以明 确设想可以将文中描述的任何处理或步骤实现为硬件、包括在计算机上 执行的程序指令的软件或者硬件和软件的组合。因此，本说明的目的仅 在于举例说明，而不是对本发明的范围做出限制.
权利要求
1.一种用于对表面进行扫描的系统，包括具有图像传感器像素的成像器，每一图像传感器像素获取至少第一图像颜色和第二图像颜色中的每个的图像；照明组件，其被构造和布置为同时提供第一照明颜色的第一照明类型和第二照明颜色的第二照明类型，所述第一照明颜色被所述成像器识别为所述第一图像颜色，所述第二照明颜色被所述成像器识别为所述第二图像颜色；以及最佳图像处理，确定用于图像识别的最佳图像是否以所述第一图像颜色或者所述第二图像颜色的其中一个被提供。
2. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述笫一图像类型包括暗场 照明，所述笫二照明类型包括直接漫射照明.
3. 根据权利要求2所述的系统，其中，所述照明组件包括将所述第 一照明颜色投射到所述表面上的具有斜切末端的光管，和安装在所述光 管内的将所述第二照明颜色投射到所述表面上的漫射体。
4. 根据权利要求3所述的系统，其中，所述漫射体包括滤光器，所 述滤光器避免由其反射所述第 一照明颜色，
5. 根据权利要求4所述的系统，其中，所述第一照明颜色为红色， 所述笫二颜色为蓝色.
6. 根据权利要求4所述的系统，其中，所述笫一照明颜色和所述第 二照明颜色中的每个由多个分别发射所述笫一照明颜色和笫二照明颜色 的相应笫一 LED发射器和笫二 LED发射器生成。
7. 根据权利要求6所述的系统，其中，所述笫一照明颜色和所述笫 二照明颜色中的每个均由作为可见光的波长来定义.
8. 根据权利要求2所述的系统，其中，所述笫一照明颜色和笫二照 明颜色的至少其中之一通过由LED发射的白光形成，并通过滤光器，所 述滤光器分别透射所述第一照明颜色和所述第二照明颜色的至少其中之
9. 根据权利要求l所述的系统，还包括图案识别处理，所述图案识 别处理接收来自所述最佳图像处理的成像器像素数据，并由所述图案识 别处理将所述最佳图像解码成数据.
10. 根据权利要求9所述的系统，其中，所述图案识别处理接收到 的像素数据定义了包括所述笫一图像颜色和所述笫二困像颜色的单一图 像颜色的最佳图像.
11. 根据权利要求9所述的系统，其中，所述图案识别处理接收到 的像素数据定义了包括多个区域的最佳图像，每一区域由所述第一图像 颜色和所述第二图像颜色的分立图像颜色构成.
12. 根据权利要求9所述的系统，其中，所述最佳图像处理至少基 于对比度确定哪些像素提供了最佳图像.
13. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述图像传感器像素每个 均获取至少第三图像颜色的图像，所述照明组件被构造并布置为在提供 所述第一照明颜色和第二照明颜色的同时提供第三照明颜色的第三照明 类型，所述第三照明颜色被所述成像器识别为所述第三图像颜色，所述 最佳图像处理进一步确定用于图案识别的最佳图像是否以所述第一图像 颜色、第二图像颜色或第三图像颜色其中之一提供.
14. 根据权利要求13所述的系统，其中，所述第一照明类型包括暗 场照明，所述第二照明类型包括直接漫射照明，所述第三照明类型包括 直接明场照明.
15. —种用于对表面进行扫描的系统，包括具有图像传感器像素的成像器，每一图像传感器像素获取至少第一 图像颜色和第二图4象颜色中的每个的图像；聚焦器，其相对于所述表面改变所述成像器的焦点，照明组件，其被构造和布置为在所述表面上同时提供至少笫 一照明 颜色的笫一照明类型和投射到所述表面上的聚焦照明颜色的聚焦图案， 其中所述笫 一照明颜色被所述成像器识别为所述笫 一图像颜色，所述聚 焦照明颜色被所述成像器识别为聚焦图像颜色；以及聚焦处理，从所示成像器读取所述聚焦照明颜色的图像像素数据， 并且基于所述聚焦照明颜色的图像像素数据控制所述聚焦器.
16. 根据权利要求15所述的系统，还包括图案识别处理，其从所述 成像器读取至少第 一照明颜色的图像像素数据，并且从所述至少笫 一照 明颜色的图像像素数据解码信息.
17. —种用于对表面进行扫描的方法，包括步骤通过成像器的图像像素获取至少第一困像颜色和第二图像颜色中的每个的图像；同时提供第一照明颜色的笫一照明类型和第二照明颜色的笫二照明 类型，其中所述笫一照明颜色被所述成像器识别为所迷笫一图像颜色， 所述笫二照明颜色被所述成像器识别为所述笫二图像颜色；以及确定像素是通过所述笫 一 图像颜色还是所述第二图像颜色提供了用 于图案识别的最佳图像.
18. 根据权利要求17所述的系统，其中，所述第一照明类型包括暗 场照明，所述第二照明类型包括直接漫射照明.
19. 根据权利要求18所述的方法，还包括通过将所述第一照明颜色 投射到所述表面上的具有斜切末端的光管投射所述第 一照明颜色，通过 安装在所述光管内的将所述第三照明颜色投射到所迷表面上的漫射体投 射所述第二照明颜色.
20. 根据权利要求19所述的方法，还包括结合所述漫射体提供滤光 器，所述滤光器限制所述第一照明颜色的光的反射.
21. 根据权利要求17所迷的方法，其中，所述第一照明颜色为红色， 所述第二照明颜色为蓝色。
22. 根据权利要求17所述的方法，还包括通过多个分别发射所述第 一照明颜色和第二照明颜色的相应第一 LED发射器和第二 LED发射器 生成所述笫一照明颜色和所述第二照明颜色中的每个.
23. 根据权利要求22所述的方法，其中，由作为可见光的波长来定 义所述第一照明颜色和所述第二照明颜色中的每个，
24. 根据权利要求17所述的方法，还包括从所迷确定步骤接收像素 数据，并由其将所述最佳图像解码成数据.
25. 根据权利要求24所述的方法，其中，所述解码步媒接收的像素 数据定义了包括所述笫一图像颜色和所述笫二图像颜色的单一图像颜色 的最佳图像.
26. 根据权利要求24所述的方法，其中，所述解码步骤接收的像素 数据定义了包括多个区域的最佳图像，每一区域由所述第一图像颜色和 所述第二图像颜色的分立图像颜色构成.
27. 根据权利要求17所迷的方法，其中，所述解码步骤至少基于对比度确定哪些像素提供了最佳图像.
28. —种用于扫描表面并由其导出数据的系统，包括成像器，接收至少三种分立闺像颜色的图像数据，所述颜色中的每 个可被解析为分立图像颜色数据流；照明器，同时在所述表面上投射至少两种基本对应于至少两种图像 颜色的照明颜色，所述两种图像颜色中的每个以第一照明类型和第二照 明类型中的每个投射；以及最佳图像处理，从每一分立图像颜色流导出显示最佳图像的图像颜 色流。
29. 根据权利要求28所述的系统，还包括图案识别处理，其接收作 为最佳图像的分立颜色图像流，并将所述分立颜色图像流解码成由所述 表面表示的数据.
30. 根据权利要求28所述的系统，其中，所述第一照明类型和所述 第二照明类型的每个包括被定向成由表面产生反射的照明，所述反射被 互不相同地引导.
31. 根据权利要求30所述的系统，其中，所述第一照明类型和所述 第二照明类型中的每个包括暗场照明。
32. 根椐权利要求28所述的系统，其中，所述第一照明类型包括暗 场照明，所述第二照明类型包括直接漫射照明。
全文摘要
本发明提供了一种用于利用和分析图像的系统和方法，其中，根据所采用的照明类型采用不同的颜色为所述图像提供照明。在示范性实施例中，采用彩色图像传感器获取感兴趣对象的图像，并且向所述表面上同时(彼此并行地)发射能够由所述传感器分立地识别的分立照明颜色的直接明场、暗场和漫射照明中的每个。例如，直接明场和暗场可以是红色的，而漫射可以是蓝色的。图像传感器中的具有相同灵敏度的像素(例如，红色和蓝色的)只接收由该颜色的照明生成的图像。本发明的读取器包括处理部件，其独立组合来自红色和蓝色像素地址的图像，从而实际上创建两幅同时存在的完美重叠(相对于彼此配准)的图像(一幅图像是采用暗场和直接明场的组合生成的，另一幅图像是采用漫射照明生成的)。采用常规图像分析工具确定最佳图像，并由所述最佳图像导出有意义的数据(例如，读取符号的代码)。
文档编号G06K7/10GK101346730SQ200680048946
公开日2009年1月14日 申请日期2006年10月19日 优先权日2005年10月24日
发明者L·W·纳恩尼克 申请人:科格内克斯科技和投资公司