背景技术：
本公开一般地涉及成像模块与成像读取器以及方法，所述成像模块与成像读取器用于及方法关于读取将由图像捕捉以在离开所述模块/读取器工作距离的延伸范围上基本恒定的分辨率电光地读取的目标(诸如条形码符号)。即，本公开涉及用于由图像捕捉以在工作距离的延伸范围上基本恒定的分辨率读取目标的成像模块与读取器以及方法。
固态成像系统或成像读取器已经长期以来以手持和免提两种操作模式被用在许多行业(诸如零售、制造、仓储、配送、邮政、运输、物流等)中，以电光地读取待解码的目标(诸如一维或二维条形码符号)。已知的成像读取器一般包括：也称为扫描引擎的成像模块，该成像模块安装在外壳中并通常具有用于向目标发射用于从目标反射或散射的照明光的照明系统；以及成像系统，该成像系统具有带光传感器或像素阵列的也称为成像传感器的固态成像器，和用于在视场内捕捉从经照明的目标散射和/或反射的返回照明光和用于将所捕捉的照明光投射到成像器上以发起对每一个目标的图像的捕捉的成像透镜组件。成像器产生由经编程的微处理器或控制器解码和/或处理成涉及正被读取的每一个目标的信息(例如标识每一个目标的解码数据)的电信号。控制器可操作用于经由无线或者有线的链路发送解码数据至远程主机供进一步处理，例如从价格数据库进行价格检索以获得每一个经标识的目标的价格。
已知的成像透镜组件可以是定焦类型的并由多个或一组静态透镜(诸如具有一对侧透镜之间的中心透镜的经典库克三合透镜(cooketriplet))组成。为了对可以在相对于读取器工作距离的延伸范围内定位的目标成像，知道用具有每一个都被设计成聚焦在不同工作距离处的不同焦距的不同的透镜配置来配置定焦读取器。然而，这样的多透镜配置成本很高，并且不容易跨宽应用范围而通用。
已知的成像透镜组件也可以是变焦类型的并由一个或多个可移动透镜组成，可移动透镜由例如音圈电机移动以自动地聚焦在靠近读取器的近工作距离或近距(close-in)工作距离和远离读取器的远程工作距离或远距(far-out)工作距离之间的目标。然而，出于几种原因这种机械透镜移动是不利的。首先，机械透镜移动产生振动，该振动在手持读取器的情况中可通过读取器传播到用户的手，可产生灰尘使透镜模糊，和可产生讨厌的、恼人的、听得见的嗡嗡声。另外，音圈电机非常易受手运动影响，消耗电力，昂贵并众所周知地慢，会是不可靠的，占据空间，并增加读取器的整体重量、尺寸和复杂度。
与已知的成像读取器相关联的另一个问题涉及以其捕捉每一个目标的图像的分辨率或细节。位于远距工作距离的远距目标由带高分辨率的成像器在相对窄的视场上最佳地读取，因为远距目标的表观尺寸相对较小。位于近距工作距离的近距目标由成像器在相对宽的视场上最佳地读取，因为其表观尺寸相对较大，并且由于近距目标的紧密接近而不需要成像器的高分辨率。数百万像素成像器可以为远距目标提供高分辨率，但这样的成像器不但昂贵，而且处理这样的大数量像素减慢成像器的帧率并减慢对待解码和处理的电子信号的处理。这样的时间延迟负面地影响读取器的积极性并可致使其性能在许多应用中太迟缓。
因此，将期望由图像捕捉在工作距离的延伸范围上以基本恒定的分辨率电-光地并迅速地读取目标。
附图说明
附图(其中类同的附图标记在全部单独的视图中表示相同的或功能类似的要素)连同下面的详细描述被纳入于此并形成说明书的一部分，并用来进一步阐述包括所要求保护的发明的构思的实施例，以及解释那些实施例的各种原理和优势。
图1是根据本公开的其中安装成像模块的用于由图像捕捉读取目标的电-光式手持读取器的示例性实施例的立体图。
图2是用于在工作距离的延伸范围上读取目标的图1的读取器内的成像模块上板载的成像、照明和测距系统的部件的图示。
图3是图2的成像器的阵列的放大的前视图，并图解地描绘了位于阵列的中央区域中的像素集，用于根据本公开以预定的分辨率读取远距目标。
图4是图3的成像器的阵列的放大的前视图，并图解地描绘了分组成面元的所有像素，用于根据本公开以基本相同的预定分辨率读取近距目标。
图5是在根据本公开由图像捕捉以在工作距离的延伸范围上基本恒定的分辨率读取目标的方法中执行的步骤的流程图。
本领域技术人员将理解，附图中的要素出于简化和清楚而示出，并且不一定按比例绘制。例如，附图中的一些要素的尺寸和位置可相对于其他要素被放大以帮助提高对本发明实施例的理解。
已在附图中通过常规符号在适当位置对模块、读取器和方法构成进行了表示，所述表示仅示出与理解本发明的实施例有关的那些特定细节以免因得益于本文的描述对本领域技术人员显而易见的细节而混淆本公开。
具体实施方式
根据本公开的一个特征，成像模块操作用于由图像捕捉以在离开模块的工作距离的延伸范围上基本恒定的分辨率电光地读取目标(例如，条形码符号)。模块包括成像系统，该成像系统具有成像传感器(例如，二维的固态设备，诸如电荷耦合器件(ccd)或者互补金属氧化物半导体(cmos)器件)，该成像传感器具有像素阵列，用于感测在相对窄的视场上从位于相对于模块的远距工作距离处的远距目标返回的以及在相对宽的视场上从位于相对于模块的近距工作距离处的近距目标返回的返回光。优选地，像素沿着互相正交的水平轴和垂直轴延伸以用于感测沿着大体垂直于水平轴和垂直轴的成像轴从目标返回的返回光。有利的是，像素是按大体平行于水平轴的预定数量的线性行和大体平行于垂直轴的预定数量的线性列来排列的。
模块还包括操作地连接至成像系统的控制器。控制器仅从位于阵列的中央区域中的像素集处理所感测的来自远距目标的返回光。有利的是，位于阵列的中央区域中的像素集构成少于所述预定数量的行的行数和少于所述预定数量的列的列数。控制器还通过将所有像素分组成面元(每一个面元具有多个像素)并通过从所述面元中的每一个面元处理所感测的来自近距目标的返回光来处理所感测的来自近距目标的返回光。每一个面元构成比每一个个体像素大的单个有效像素。控制器以预定的帧率处理所感测的来自近距目标的返回光，并以比该预定的帧率大的帧率处理所感测的来自远距目标的返回光。优选地，采用测距系统来确定到每一个目标的工作距离。
根据本公开的另一个特征，前述成像模块安装在具有透光窗口的成像读取器的外壳中。成像传感器感测穿过窗口从目标返回的光。外壳优选地实现为便携的、交易点的、枪形的、手持式外壳，但可以实现为手持式的箱形外壳，或包括免提配置的任何其他配置。
根据本公开的又一个特征，由图像捕捉以在离开成像传感器的像素阵列工作距离的延伸范围上基本恒定的分辨率电光地读取目标的方法通过下列被执行：感测在相对窄的视场上从位于相对于阵列的远距工作距离处的远距目标返回的以及在相对宽的视场上从位于相对于阵列的近距工作距离处的近距目标返回的返回光，以及仅从位于阵列的中央区域中的像素集处理所感测的来自远距目标的返回光。该方法还通过下列被执行：通过将所有像素分组成面元(每一个面元具有多个像素)并通过从所述面元中的每一个面元处理所感测的来自近距目标的返回光来处理所感测的来自近距目标的返回光。
现在转向附图，图1中的附图标记30一般地标识用于电光地读取诸如条形码符号或类似标记的目标的手持式成像读取器。读取器30包括外壳32，如以下结合图2详细描述的成像或扫描引擎或成像模块40安装于该外壳中。外壳32包括大体细长的、倾斜的手柄或下握柄部分28，和具有透光窗口26位于其处的前端的桶或上主体部分。手柄28的横截面尺寸和整体大小使得读取器30可以方便地被握持在操作者手中。主体和手柄部分可由重量轻的、有弹性的、抗震的、自支撑的材料(诸如合成塑料材料)构造。塑料外壳32可以是注射模制的，但也可以是真空成型的或者吹模的以形成薄的中空壳，该薄的中空壳限定内容空间的边界，该内容空间的体积足以包含成像模块40。可手动致动的触发器34以移动的关系安装在手柄28上、在读取器30的前向区域中。操作者的食指用来通过按压触发器34来致动读取器30以发起读取。尽管外壳32已经被图示为便携的、交易点的、枪形的手持式外壳，但这只是示例性的，因为外壳也可以实现为手持式的箱形外壳，或以包括免提配置的任何其他配置实现该外壳。
如图2中示意性地示出的，成像模块40包括成像系统，该成像系统具有安装在读取器30中的印刷电路板(pcb)22上的成像传感器或成像器24，以及定位于成像器24前面的成像透镜组件20。成像器24和成像透镜组件20优选地沿中心线或者一般位于外壳32的上主体部分内中心的光学成像轴18对齐。pcb22优选地安装在倾斜的手柄28内。成像器24是固态设备，例如电荷耦合器件(ccd)或者互补金属氧化物半导体(cmos)器件。如以下结合图3-4描述的，成像器24具有按互相正交的行和列排列的可寻址的图像传感器或像素的二维阵列，其平行于所图示的互相正交的水平x-x轴和垂直y-y轴而延伸。成像透镜组件20优选地包括一个或多个可变焦透镜。
还如图2中所示，在操作中，像素阵列感测在相对窄的视场(fov)44上从位于相对于模块40的远距工作距离wd2处的远距目标42返回的和在相对宽的fov48上从位于相对于模块40的近距工作距离wd1处的近距目标46返回的返回光。在优选实施例中，wd1距离窗口26大约半英寸并且wd2距离窗口26大约三十英寸或更多。成像透镜组件20位于远离窗口26，例如大约四十毫米远。返回光从每一个目标在其相应fov上散射和/或反射。成像透镜组件20捕捉沿成像轴18穿过窗口26的返回光，并将所捕捉的返回光投射到像素阵列上。每一个fov一般都是矩形的并沿前述一般垂直于成像轴18的互相正交的水平轴和垂直轴延伸。
照明光系统也可被安装在模块40中并包括照明光源(例如，发光二极管(led)10，优选地安装在pcb22上)以及配置成在待由图像捕捉读取的每一个目标上或沿着该目标有效地生成照明光图案(pattern)的照明透镜组件12。所散射和/或反射的返回光的至少一部分是从每一个目标上和沿着该目标的照明光图案导出的。测距系统也可以被安装在模块40中并包括用于确定到每一个待读取的目标的工作距离的测距仪16。测距仪16可以例如向目标发射激光或光束、或者超声波信号，并通过确定何时接收到返回或回声信号来测量工作距离。
进一步如图2中所示，成像器24、测距仪16和照明led10操作地连接到操作用于控制这些部件的操作的控制器或经编程的微处理器36。存储器14连接到控制器36并可由控制器36访问。在操作中，控制器36发送命令信号以激励测距仪16确定到目标的工作距离，并还激励照明led10达短曝光时间周期比如500微秒或更少，并还激励和暴露成像器24以仅在所述曝光时间周期期间收集来自目标的返回光，例如，照明光和/或环境光。典型的阵列需要大约18-33毫秒来获取整个目标图像并以大约每秒30-60帧的帧率操作。像素产生对应于目标的二维图像的电信号。电信号由控制器36处理成指示正被读取的目标的数据，且数据可存储在存储器14中或上载至远程主机以供进一步处理。控制器22和存储器36可被安装在由模块40支撑的pcb22上。
成像器24的分辨率可以是各种大小的。在优选的实施例中，使用在宽度上沿水平轴2272像素乘以在高度上沿垂直轴1704像素的4百万像素(mp)分辨率，其中每一个像素占据大约2微米的方形区域。因此，这些像素是按沿水平轴的预定数量的线性行和沿垂直轴的预定数量的线性列来排列的。在图3-4中描绘了成像器阵列的互相正交的行和列的简化版本。
如上所述，以其捕捉目标图像的分辨率随工作距离范围而变化。远距目标由具有高分辨率的成像器最佳地读取，而近距目标以低分辨率更好地读取。本公开的一个方面是以在工作距离范围上基本恒定的分辨率读取目标。
为此，控制器36被操作以仅从位于阵列的中央区域50中的像素集处理所感测的来自远距目标42的返回光，如图3中的阴影区域所图解地描绘的。控制器36被操作以忽略或丢弃由位于中央区域50外的像素所感测的返回光。位于中央区域50中的此像素集构成少于前述预定数量的行的行数和少于前述预定数量的列的列数。作为数值示例，如果中央区域50占据4mp成像器的阵列的整个区域的四分之一，那么所捕捉的图像的分辨率是1mp。
控制器36进一步被操作以通过将所有像素分组成面元(bin)来处理所感测到的来自近距目标46的返回光，如图4中的阴影区域52所图解地描绘的。每一个面元52具有多个像素。如图示的，每一个面元52包括4个个体(individual)或原生(native)像素。每一个面元52构成比每一个个体像素大的单个有效像素。控制器36以预定的帧率处理所感测到的来自近距目标46的返回光，并由于与整个阵列中的较大数量的像素相比，中央区域50中的较少数量的像素，而以大于该预定帧率的帧率处理所感测到的来自远距目标42的返回光。控制器36从面元52中的每一个面元处理所感测到的来自近距目标46的返回光。作为数值示例，如果每一个面元52包括2x2或4个原生像素，那么每一个面元都比每一个原生像素有效地大四倍，并且分辨率是4mp成像器的阵列的整个区域的四分之一，在这个情况中，所捕捉的图像的分辨率再一次是1mp。因此，对于远距目标和近距目标两者，分辨率基本是一样的。
如图5的流程图所示，由图像捕捉以在离开成像传感器24的像素阵列的工作距离的延伸范围上基本恒定的分辨率电光地读取目标的方法被执行，通过在决策步骤62中判定目标是否位于远距距离处而在开始步骤60处开始。如果是，那么在于结束步骤66中结束之前，在步骤64中，仅从位于阵列的中央区域50中的像素集处理所感测的来自远距目标42的返回光。如果否，那么在步骤68中所有的像素被分组成面元52，每一个面元52具有多个像素，并且随后在于结束步骤66中结束之前，在步骤70中，从面元52中的每一个面元处理所感测到的来自近距目标46的返回光。
在上述说明书中已经描述了具体实施例。然而，本领域技术人员理解，可做出多种修正和改变而不脱离本发明如下权利要求书记载的范围。因此，说明书和附图被认为是示例性的而非限定性的意义，并且所有这些修正都旨在落在本教义的范围内。
这些益处、优势、问题解决方案以及可能使任何益处、优势或解决方案发生或变得更为突出的任何要素不被解释成任何或所有权利要求的关键、必需或必要特征或要素。本发明单独由所附权利要求书限定，包括在本申请处于未决状态期间做出的任何修改以及出版后这些权利要求的所有等效物。
此外，在该文档中，诸如第一和第二、顶部和底部等等之类的关系项可单独地用来将一个实体或动作与另一实体或动作区别开，而不一定要求或暗示这些实体或动作之间具有任何实际的这种关系或顺序。术语“构成”、“构成有”、“具有”、“具备”、“包括”、“包括有”、“包含”、“含有”或它们的任何其他变型旨在覆盖非排他性包括，以使构成为、具有、包括、包含一要素列表的过程、方法、物品或布置不仅包括那些要素还可包括对该过程、方法、物品或布置未明确列出的或固有的其他要素。以“构成有一”、“具有一”、“包括一”或“包含一”开头的要素，在没有更多约束条件的情形下，不排除在构成有、具有、包括或包含该要素的过程、方法、物品或布置中有另外的相同要素存在。术语“一”和“一个”被定义为一个或多个，除非本文中另有明确声明。术语“基本上”、“本质上”、“近似”、“大约”或这些术语的任何其他版本被定义为接近本领域普通技术人员所理解的那样，并且在一个非限定性实施例中，这些术语被定义为在10％以内，在另一实施例中在5％以内，在另一实施例中在1％以内，而在另一实施例中在0.5％以内。本文中使用的术语“耦合的”被定义为连接的，尽管不一定是直接连接的也不一定是机械方式连接的。以某种方式“配置的”设备或结构至少以该种方式进行配置，但也可以未列出的方式进行配置。
要理解，一些实施例可包括一个或多个通用或专用处理器(或“处理器件”)，例如微处理器、数字信号处理器、定制的处理器和现场可编程门阵列(fpga)以及唯一存储的程序指令(包括软件和固件两者)，所述唯一存储的程序指令控制一个或多个处理器以连同某些非处理器电路实现本文所描述的方法和/或布置的一些、多数或全部功能。替代地，一些或全部功能可由无存储程序指令的状态机实现，或者在一种或多种应用中由专用集成电路(asic)实现，在这类asic中每种功能或某些功能的某些组合被实现为定制逻辑。当然，也可使用这两种方式的组合。
另外，一实施例可被实现为计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质具有存储在其上的计算机可读代码，用于对(例如包含处理器的)计算机编程以执行如本文描述和要求保护的方法。这种计算机可读存储介质的示例包括但不限于硬盘、cd-rom、光存储器件、磁存储器件、rom(只读存储器)、prom(可编程只读存储器)、eprom(可擦除可编程只读存储器)、eeprom(电可擦除可编程只读存储器)以及闪存。此外，预期本领域普通技术人员虽然做出由例如可用时间、当前技术和经济考虑促动的可能显著的努力以及许多设计选择，但在得到本文所公开的构思和原理指导时，将容易地能以最少的试验产生此类软件指令和程序以及ic。
提供本公开的摘要以使读者快速地确定本技术公开的性质。提交该摘要，并且理解该摘要将不用于解释或限制权利要求的范围或含义。此外，在上述详细描述中，可以看出为了使本公开整体化，各个特征在各实施例中被编组到一起。这种公开方法不应被解释为反映要求保护的实施例需要比每一项权利要求中明确陈述的特征更多的特征的意图。相反，如接下来的权利要求所反映，发明主题在于少于单个公开的实施例的全部特征。因此，下面的权利要求在此被纳入详细说明书中，其中每个权利要求独自作为单独要求保护的主题事项。