用于成像的系统和方法

专利名称：用于成像的系统和方法
技术领域：
本发明的领域涉及使用成像器的数据获取和解码系统与器件。
背景技术：
在数据读取器中使用的固态成像器，例如手持和固定安放的光学代码读取器(例如条码读取器)，可用来获得移动目标的图像，即，其中该目标相对于成像器移动或成像器相对于该目标移动。典型的固态成像器含有称为像素的电耦合光敏光电二极管的阵列，该阵列通常为二维网格，该像素将入射光能量转变为电荷包。用来获取移动目标图像的当前固态成像器通常基于下面技术中的一种(1)电荷耦合器件(CCD)，(2)具有全局快门的互补金属氧化物半导体(CM0Q成像器，或C3)具有机械快门和全局复位的CMOS成像器。前述技术普遍用于通过固态成像器从移动目标收集信息，因为每种技术都使成像器的所有像素能够在相同时段期间曝光，从而收集光能并将光能转变为电荷。前述技术也允许所有像素曝光相对短时间，该相对短时间的曝光足以产生移动目标的停止移动图像，即具有清晰特征的图像。因为CXD的专用构造比CMOS成像器的构造更复杂，并且因为可在用于相关技术例如微处理器和芯片组的高产量晶圆制造设施中建造CMOS成像器，所以CMOS成像器比CXD 便宜。除较低成本之外，用来创建CMOS成像器的普通制造工艺允许CMOS像素阵列与其它电子器件例如时钟驱动器、数字逻辑、模/数转换器和其它合适电子器件一起集成在单独电路上。CMOS成像器可能的紧凑结构也可减小空间需求并降低功耗。基于CMOS的成像器通常使用滚动快门来使传感器阵列中的像素曝光。通过滚动快门，多行像素被顺次清除、曝光并读出。在积分期间，一行像素曝露于光能，并且每个像素积累对应于照射该像素的光照量和光波长的电荷。因为这些行被顺次激活并读出，所以在第一行积分时和最后一行积分时之间具有流逝时间。由于在第一行开始积分时和最后一行开始积分时之间的流逝时间，具有滚动快门的CMOS成像器可能获取到如图IA所示倾斜的移动目标图像。本发明人认识到，为了使用当前CMOS成像器获取高速移动的图像而避免移动模糊，需要短曝光时间。此外，本发明人认识到，当使用短时曝光时，需要非常高强度的光源来在像素上提供充足的照明强度。因此，本发明人认识到，具有短时曝光和高强度光源的 CMOS不适合靠近人工操作员的应用或电池供电的应用。用于在相对低的光照条件下获取移动目标图像的具有滚动快门的当前CMOS成像器可能需要相对长的积分时间。相对长的积分时间可能导致模糊的图像，如图2所示。使用CMOS成像器的当前数据读取器可能需要全局快门或具有全局复位的机械快门来获取移动目标的不倾斜、不模糊、高对比度图像。全局快门成像器具有与滚动快门成像器不同的像素结构。在全局快门成像器中，全部像素都在曝光时间期间同时曝光。在曝光时间结束时，由每个像素获取的信号被传递到位于像素区内的存储区(电容器)。在读出期间，所存储的信号被转移。由于全部像素同时曝光，因此可获取移动目标的“快照”。光源仅需要在该短曝光时间期间启用(非常像数字照相机的闪光)，使需要的光强度大大低于常规滚动快门系统需要的光强度。机械快门具有与全局快门基本相同的效果，但机械快门是周期性允许光入射滚动快门CMOS成像器的机械系统，而不是固态器件的一部分。因此，具有机械快门的滚动快门 CMOS成像器可在快门关闭即阻止光入射CMOS的情况下开始使第一行积分。每行的积分时间足够长，从而允许所有的行都在相同时段期间积分。在所有行都积分后，机械快门被短时间打开以使像素曝露于光能。然后机械快门关闭。全局复位可用于同时开始成像器中所有行的曝光的一些滚动快门CMOS成像器。然后机械快门打开和闭合，并且这些行被顺次读出。图像的其它行继续曝光直到它们被读出，但由于机械快门关闭，没有额外的光在这些行上积分。本发明人认识到全局快门和具有全局复位的机械快门都增加了 CMOS成像器的复杂性和成本，因此使CMOS成像器的成本更接近CXD成像器。本发明人也认识到机械快门通常与静物照相机一起使用，仅可偶尔操作，而且该复杂动件易于磨损并且不适合高速成像， 例如关于数据读取器的成像，该数据读取器例如为需要在较长时段连续激活机械快门的光学代码读取器。本发明人因此认识到需要一种使用滚动快门CMOS成像器来获取移动目标图像的改进的数据读取器。

发明内容
本发明涉及使用图像获取器件进行数据读取的系统和方法。在优选配置中，数据读取器包括渐进曝光从而基于滚动获取图像的图像传感器，例如具有滚动快门的CMOS成像器。图像传感器与处理器一起使用，从而检测和量化环境光强度。基于环境光强度，处理器控制CMOS的多行光电二极管的积分时间。处理器也在光源基于环境光强度和光电二极管行的积分时间而发生脉冲时进行协作。另外的方面和优点将通过参考附图进行的以下优选实施例详细描述而变得明显。


图1是在相对高的环境光下用具有滚动快门的CMOS拍摄的静止目标的图像。图IA是在图IA的目标移动时在相对高的环境光下用具有滚动快门成像器的CMOS 拍摄的该目标的图像。图2是在图IA的目标移动并且存在低于图IA的环境光时用具有滚动快门成像器的CMOS拍摄的该目标的图像。图2A是在图2的目标移动时用具有滚动快门成像器的CMOS拍摄的该目标的图像，此时存在覆盖环境光并作为获取图像的主要照明源的光脉冲。图3是在图IA的目标移动时用具有滚动快门成像器的CMOS和具有相对低的环境光的脉冲LED照明拍摄的该目标的图像。图3A是在图3的目标移动时用具有滚动快门成像器的CMOS拍摄的该目标图像， 此时存在覆盖环境光并作为获取图像的主要照明源的光脉冲。图4是数据读取器的示意图。图5是创建光级直方图的流程图。图5A是假想光级直方图的图表。图6是获取移动目标的多个图像的示意时序。图7是示例性目标。图8是获取移动目标的多个图像的示意时序。图9是获取移动目标的多个图像的示意时序。图10是获取移动目标的多个图像的示意时序，其中该移动目标保持与视场中线等距，并且该视场针对每个图像被划分为相同区域。图11是获取移动目标的多个图像的示意时序，其中该移动目标保持与视场中线等距，并且该视场针对每个图像被划分为不同区域。图IlA是二维码的偏移图像的图示。图IlB是图IlA的二维码的第二偏移图像的图示。图IlC是图IlA的二维码的不偏移图像的图示。图12是具有两个CMOS成像器的数据读取器的示意图。图13是机械快门的示意图。图14是可使用来自图像的灰度值切换脉冲控制模式的假想图。
具体实施例方式现在参考附图描述优选实施例。在包括固态成像器并被配置为固定、展示、手持或其它合适数据读取器的数据读取器方面描述优选实施例。优选实施例可克服上面提及的与使用具有电子滚动快门的CMOS成像器件获取移动目标的图像相关的问题，或可具有其它优点。图4针对优选实施例示意性图解说明具有CMOS成像器410和电子滚动复位电路的固态数据读取器400。集成电路415可包括具有多行像素420和多列像素421的CMOS成像器410。集成电路415也可包括与CMOS成像器410 —起操作的电路，例如用于生成表示入射到每个像素上的光的多位信号的增益435、模/数转换器440以及充当缓冲器并为集成电路415提供驱动功率的线驱动器450。可替换地，相关电路可从集成电路415分立。电子滚动快门电路可包括电连接到处理器集成电路465的片上行电路425和定时电路455。定时电路455可包括组件，例如偏置电路、时钟/定时生成电路和/或振荡器。 处理器集成电路465可包括中央处理单元470或其它合适的处理器。行电路425可启用一个或更多个处理和/或操作任务，例如寻址多行像素420、寻址多列像素421、清除多行像素 420上的先前信号电荷、使像素420曝光、解码信号、放大信号、模数信号转换、应用定时、读出和复位信号以及其它合适的处理或任务。数据读取器400可包括经由系统总线485连接到处理器集成电路465的存储器 490、连接到处理器集成电路465的光源460和包括连接到处理器集成电路465的触发器件 480的致动器475。存储器490可以是RAM、EPR0M、闪存存储器或其它合适器件。在被致动时，触发器件480可生成开始光直方图创建处理(在下面描述)和/或数据获取与解码处理的信号。可替换地，直方图、数据获取和解码处理可以连续地循环，这对于固定安放的扫描器件可能是合适的。处理器集成电路465可经编程或另外经配置以执行各种功能，其包括但不限于数据解码和创建光级的直方图(在下面描述)，并可根据存储在存储器490中的软件提供的指令进行操作。照度确定在优选配置中，取决于环境光和积分时间的量，光源可每帧发生脉冲一次或更多次，从而创建移动目标的停止移动图像，其中该停止移动图像适合处理以解码该移动目标表现的数据。例如在低环境光条件下，处理器引导(例如来自一个或更多个LED的)自发照明的短脉冲的发射，其中在CMOS成像器的像素在整个帧时间内积分时该自发照明优选每帧点亮一次，由此促使每行都从LED脉冲接收光。在较明亮环境光条件下，由于在长曝光时间期间成像物体移动可观距离，因此获取的图像优选包括来自LED脉冲的停止移动图像加上来自环境光的模糊图像。优选地，从脉冲照明获取的图像的亮度比从环境光获取的模糊图像的亮度更明亮，由此创建归因于脉冲照明和环境光的被获取图像。与环境光比较更明亮的脉冲照明可创建充足质量的图像，以允许处理图像从而解码信息，例如条码。然而， 在明亮环境光条件下，处理器可促使各行用相对短的积分时间顺次积分，并且不使光源发生脉冲。例如，如果环境光强度足以获取具有可解码信息的图像，则由于CMOS成像器的滚动积分性质，可能获取到移动目标的倾斜图像(例如如图IA所示)。图5图示说明使用CMOS成像器410确定来自环境光的照度的方法的流程图。在一个实施例中，通过停用全部自发照明源例如脉冲LED来测量环境光。在步骤5多行像素 420开始积分时，光照射到像素上，并且创建光电流。在步骤10处理器集成电路465可检测与每个像素相关的光电流。因为存在的光电流的量与照射每个像素的光强度相互关联， 所以处理器集成电路465在步骤15可确定由行420生成的光电流的量，并且在步骤20可确定环境光的照度。例如，参考图6、8和9，在时段506到507,731到706和811到805期间行420积分时，没有源于与数据读取器400相关联的光源的光照射像素。类似地，在时间 707和708、709和710以及711和712之间，没有源于附连到数据读取器400的光源的光照射像素。因此，在与数据读取器400相关联的光源关闭时生成的光电流可归因于环境光。可使用确定环境光照度的可替换合适方式。例如，在从与数据读取器400相关联的光源发射的照度已知时，在光源开启时生成的光电流可用来确定环境光照度。从光源开启时照射像素的总照度减去可归因于光源的照度，从而得出环境光照度。优选地，在步骤25处理器集成电路465基于在步骤10检测的光电流创建光照度直方图。例如，直方图可将光照度分类成若干区(field)，例如高、中和低。更多或更少区可用来分类，例如高、低-高、高-中、中、低-中、高-低和低，或可使用其它合适区。在优选实施例中，由加利福尼亚州San Jose的Aptina Imaging公司制造的MT9M001 1/2英寸兆像素CMOS数字图像传感器可用来检测照度。高区可表示具有500001UX或更低至50001ux强度的光，中区可表示具有49991uX至5001ux强度的光，并且低区可表示具有4991ux至Olux 强度的光。可替换地，高区可表示具有500001uX或更低至150001uX强度的光，低-高区可表示149991ux至50001ux强度的光，高-中区可表示49991ux至20001ux强度的光，中区可表示19991ux至IOOOIux的强度，低-中区可表示9991ux至5001ux强度的光，高-低区可表示4991ux至lOOlux强度的光，并且低区可表示991ux至Olux的强度。CMOS成像器通常将像素亮度记录为数字化电压(转换为数值的电压)。取决于成像器的灵敏度、透镜的光圈数(f数)或其它合适因素，亮度的数值将针对不同CMOS成像器而变化。可由处理器集成电路通过将像素按区分类，即通过在确定来自像素的光强度对应于某个区时增加该区的计数来创建直方图。例如，如果照射一个像素或一行或更多行像素 420的光被确定具有250001UX的照度，则高区中的计数可加1。可替换地，如果照射一个像素或一行或更多行像素420的光被确定具有20001UX的照度，则中区中的计数可加1，或者如果照射一个像素或一行或更多行像素420的光被确定具有501ux的照度，则低区中的计数可加1。直方图可基于来自每个像素、来自每行像素420或可来自少于全部像素或全部行 420的光电流。例如，可使用每一第16行420来创建直方图。使用生成一部分图像的像素的另一示例是读取位于每一第16行420和每一第4列421的每个像素的亮度或饱和度。使用少于全部的像素采样光强度可在提供足够准确的光强度测量以确定光脉冲控制的同时提供更快的处理(在下面描述)。由于光强度在CMOS成像器中被数字化，因此通过处理器计算的直方图可以是数值的直方图。例如，在读取8位像素时，读数0可代表低光响应(黑暗)，并且读数255可代表在成像器的特别设定下的最明亮的可测量响应。比该值更明亮的光强度将记录为相同值(在此情况下为25 。比最高数值更明亮的光强度称为饱和度。可生成对图像中的像素数量进行计数的直方图，该像素数量对应于每个数字化值(在此8位示例中有256个不同的直方图区)。或者，直方图可将多个数字化值结合到相同的区，从而创建更简化的结果。例如，如果四个相邻的数字化值被视为一个直方图区，则在考虑8位数字化值时得到64区直方图而不是256区直方图。减少直方图中区的数量可减少计算该直方图所需要的存储器的量。测量图像亮度以便确定使用何种类型曝光方法(在下面描述)的可替换途径是用非常少的区计算直方图。例如，在具有8位像素深度的系统中，可计算饱和像素的数量，即值为255的像素的数量。也可计算小于目标值的像素的数量，例如数字化为小于32的值的像素的数量。仅通过这两个值(值为255的像素的数量和值小于32的像素的数量)，有可能确定图像是否太明亮或太黑暗。如果相对多的像素例如三分之一的像素饱和(等于255)， 则图像可能太明亮。如果相对多的像素例如三分之一的像素具有小于32的值，则图像可能太黑暗。关于高于预定值和/或低于预定值的像素的数量的信息可供应充足信息，从而如下所述确定是否使用环境光或使用自发照明源的脉冲方法来获取图像。如果计算了一个帧的全部或部分直方图，则在步骤30处理器集成电路465可执行关于直方图的统计分析以确定环境光的照度。参考图5A，为MT9M001 CMOS传感器分析直方图的优选分析包括查看位于最饱和区中像素的数量，并对最饱和区中像素的数量与每个接下来的较不饱和区中像素的数量求和，直到总计数量等于或大于用来创建该直方图的像素的5%。例如，从区63开始(即表现64区直方图的最高像素饱和度)，区63中像素的数量加上区62中像素的数量。产生的数字再加上区61中像素的数量，依此类推，直到总计像素数量等于或大于用来创建该直方图的像素总数的5%。在图5A所示的假想示例中，MT9M001 CMOS 410具有1310720个像素(1280行X 1024列)，并且来自每一第16行和每一第16列的像素被用来创建64区直方图。因此，5120个像素被用来创建该直方图。一旦总计像素数量等于或超过用来创建直方图的像素总数的5%，则可确定环境光照度对应于用来达到该总计像素数量的最低直方图区。在图5A所示的假想示例中，282 个像素被放入区63至21。因此，与区21相关联的照度优选被用来确定环境照度。例如， 区63至0可被映射到Iux数，或区63至0可被分组以使得每组代表一个环境光级。可替换地，环境光照度可按照灰度或用任何其它合适表达方式表达。再例如，如果使用上述高区、中区和低区，并且光电流的55%或更多被分类在高区中，则处理器集成电路465可确定环境光为高等。可替换地，如果光电流的55 %或更多被分类在中区中，则处理器集成电路465可确定环境光为中等，并且如果光电流的55 %或更多被分类在低区中，则处理器集成电路465可确定环境光为低等。其它合适标准(统计的或其他性质的)可用来分析直方图以确定环境光照度是否为高等、中等、低等或落入另一合适区内。处理器集成电路465优选为每一帧创建环境光照度的直方图，并可分析在各帧之间的直方图。处理器集成电路465可基于如下面描述的环境光照度的确定来调整CM0S410、 滚动复位快门和/或光源的操作。高等环境参考图4和图6，其图示说明在高环境光中数据读取器400如固定、展示、手持或其它合适的数据读取器的操作。在图6中，环境光500即来自与数据读取器400无关的光源的光处于高照度或强度。例如，环境光可具有在600001UX或更高的范围内的照度。可替换地，在环境光500的照度足以允许每行像素420的积分时间在约10到1000微秒范围内的时候，可认为环境光500为高等，因此数据读取器400获取移动目标MO的图像，其中图像526、531、536充分清晰以便被数据读取器解码，并具有相对于背景的充足对比度以便由数据读取器解码，例如如图1或图IA所示。在为每个像素执行信号对比度传递函数或其它合适函数例如光传递函数，并且每个像素的信号调制为15%或更大时，可认为图像清晰并具有相对于背景的充足对比度。可通过从最大信号对比度传递函数(表示最饱和像素)减去最小信号对比度传递函数(表示最暗像素)，并用该结果除以最大和最小信号对比度传递函数之和来计算信号调制。表示数据解码的充足清晰度和对比度的信号差百分比可根据数据解码器的不同而变化。可替换地，该百分比可有益于通过尝试处理(解码)图像以确定是否可处理(解码)图像中含有的期望信息来确定(例如条码的)图像的清晰度。在图6中，时间Ttl表示开始时间，例如触发器件480被致动以激活CMOS 410和电子滚动快门时的时间。线条505表示积分时间，其对应于所有行420的曝光时间。因为没有物件阻挡光进入具有滚动快门的CMOS 410的像素，所以积分时间和曝光时间相同。例如，在第一行420开始积分时的时间506之前没有一行420积分。各行420顺次积分，并可在特定行已经曝光了期望数量的行周期(读出每行像素的时间量)之后顺次停止积分。例如，对于具有1280X IOM像素和48MHz像素时钟的传感器，每个行周期约为27微秒。在最高环境光条件下，曝光时间可能仅为一行，或在该示例中为27微秒。在时间507处，最后一行420停止积分。在位置506和507之间的时间是获取移动目标MO的第一图像5 所需要的时间量，即帧时间。处理器集成电路465读取CMOS 410中每个像素的电荷以获取每个像素存储的图像信息。在具有滚动复位快门的CMOS成像器中，读取循环从积分的第一行开始，并可在一个行周期流逝之后到所有行周期流逝之间的任何时间开始。读取循环优选以与行积分相同的速率通过该行进行，因此每行都具有相同的积分时间。读取循环为CMOS 410中像素复位电荷到基区电荷(base charge)，从而该像素准备获取光能。取决于目标540多快地移动通过视场M5，可在时间Ttl和时间Te之间获取目标MO 的若干帧525、530、535等等。例如，时间Te表示停用触发器件以停止激活CMOS 410和电子滚动快门时的结束时间。可替换地，例如在连续获取帧的固定位置数据读取器中，Ttl可表示含有目标的第一帧，并且Te可表示含有目标的最后帧。例如，图6图示说明分别获取从右到左并轻微向下移动通过视场545的目标540的图像526、531、536的三个帧525、530和 535。目标540可以相对于数据读取器400约每秒100英寸的速度移动，但目标540相对于数据读取器400的速度可更慢或更快。参考图7，为了简化，目标540表现为竖条，但目标540可包括机器可读码，例如条码如UPC-A和39码，二维码如PDF 417和DataMatrix，或其它合适代码和/或目标。在506 和507之间的时间表示获取第一帧525，其中移动目标MO的图像526出现在视场M5中的第一位置。在508和509之间的时间表示获取第二帧530，其中移动目标540的图像531 出现在视场讨5中的第二位置。以及，在510和511之间的时间表示获取第三帧535，其中移动目标讨0的图像536出现在视场M5中的第三位置。在每个帧525、530、535中，图像526、531、536分别失真。即，图像526、531、536不是目标540真实外形的精确表现。然而，为了数据解码的目的，即使图像失真，含有目标例如上述机器可读码和其它合适目标的数据仍可被成功解码。例如，通过具有清晰边缘和相对于背景的良好对比度，如图IA所示，图像526、531、536可被解码。可通过上述黑暗/饱和信号差或通过其它合适方式例如尝试解码图像并确定结果是否成功来确定清晰对比度。中等环境参考图4和8，其图示说明在中等环境光中数据读取器400的操作。在图8中，环境光700即来自与数据读取器400无关的光源的光处于中等光级。例如，环境光可具有约 lOOOOlux的照度，并且其照度优选在15000到8001ux的范围内。可替换地，在环境光700 的强度足以允许每行像素420的积分时间约为8. 3毫秒时，可认为环境光700为中等，因此数据读取器400获取移动目标MO的图像，其中当仅存在环境光时该图像模糊，例如如图2 所示。在如上所述的信号差为14%或更小时可认为图像模糊。可替换地，如果从图像中解码信息的尝试不成功，则可认为图像模糊。其它合适考虑可用来确定图像是否模糊。在图8中，时间Ttl表示开始时间，例如致动触发器件480以激活CMOS 410和电子滚动快门时的时间。可替换地，时间Ttl可表示帧第一次包括目标时的时间。线条730表示积分时间，其对应于所有行420的曝光时间。注意在从731到732的帧时间内，行420不是全部同时积分。优选地，对应于1与每帧照明脉冲数量之比的比例的一部分行在照明脉冲期间积分。例如，当存在每帧四个照明脉冲时，优选行420的1/4在每个照明脉冲期间积分。在图8所示的假想示例中，对于每秒30帧的帧频，在第一行420开始积分的时间731之前没有行420积分。例如，各行420顺次积分，并可在针对具有1280X IOM像素和48MHz时钟速度的传感器的情况下特定行已经曝光了约8. 3毫秒之后顺次停止积分。在时间732，最后一行420停止积分。在位置731和732之间的时间是获取移动目标MO的第一图像751 所需要的时间量，即帧时间。线条705表示光源460例如发光二极管、卤素灯或其它合适发光体的激活。光源 460可由处理器集成电路465控制以将每个帧750、780、790划分为例如区域701、702、703 和704。针对每个帧可使用更多或更少的区域。通常，使用较多区域可增加图像751、781、 791的清晰度和背景对比度，并导致区域之间较小的图像偏移。使用较多区域也可通过减少创建图像的曝光时间来减少环境光对图像的影响。换句话说，较多光脉冲可促使该光脉冲覆盖环境光，并且作为获取图像的主要照明源。图2A中图示说明一个示例。通过使用光源460来将帧划分为区域，电子滚动快门可获取移动目标的图像，然后可解码该图像，而不需要全局或机械快门。例如，CMOS 410在时间731开始积分，并在时间731和706之间获取图像部分755。在用中等环境光操作时，由于各行420的积分时间， 图像部分755可能是模糊的。然而，在时间706和707之间，处理器集成电路465激活光源 460，并且到达CMOS 410的光暂时处于高光级。优选地，光脉冲持续时间等于整数个时钟循环，其中一个时钟循环是一个行420的积分时间。因为少于全部的行420在光脉冲706/707期间积分，所以仅一部分目标540被获取为图像部分752。由于在时间706和707之间的光脉冲的相对短的持续时间，所产生的图像部分752可具有清晰边缘和良好的背景对比度，并且不失真。光源460的强度优选在图像部分752和背景之间以及在图像部分752和图像部分755之间创建充足对比度，从而允许解码器解码图像部分752及图像部分753和754，以及图像781和791 (在下面描述)。在时间707和708之间，CMOS 410继续积分并获取图像部分756。在用中等环境光操作时，由于各行420的积分时间，图像部分756可能是模糊的。然而，在时间708和709 之间，处理器集成电路465激活光源460，并且到达CMOS 410的光暂时处于高光级。由于在时间708和709之间的光脉冲的相对短的持续时间，所产生的图像部分753可具有清晰边缘和良好的背景对比度，并且不失真。在时间709和710之间，CMOS 410继续积分并获取图像部分757。在用中等环境光操作时，由于各行420的积分时间，图像部分757可能是模糊的。然而，在时间710和711 之间，处理器集成电路465激活光源460，并且到达CMOS 410的光暂时处于高光级。由于在时间710和711之间的光脉冲的相对短的持续时间，所产生的图像部分7M可具有清晰边缘和良好的背景对比度，并且不失真。因为目标540不延伸到区域704，所以在时间711和732之间没有目标MO的图像部分被CMOS 410获取。参考帧780，其示出获取目标MO的模糊图像部分和清晰图像部分的相同过程。在帧748中，目标540延伸通过全部四个区域701-704，导致获取到模糊图像部分786、787、788和789并获取到清晰图像部分782、783、784和785。在帧790中，目标 540延伸通过区域702-704，导致在区域701中没有图像部分。针对每个帧750、780和790，处理器集成电路465读取CMOS 410中每个像素的电荷，从而以类似于上述方式获取每个像素存储的图像信息。读取循环在一个或更多个像素行积分之后开始，并优选以与积分通过该行进行的相同速率通过该行进行。在读取每行之后，电子滚动快门为CMOS 410中的像素复位电荷到基区电荷，从而该像素准备获取光能。
取决于目标540多快地移动通过视场747，可在时间Ttl和时间Te之间获取目标MO 的若干帧750、780、790等等。例如，时间Te表示停用触发器件以停止激活CMOS 410和电子滚动快门时的结束时间。可替换地，Te可表示其中出现目标图像的最后帧。例如，图8图示说明分别获取从右到左移动通过视场747的目标540的图像751、781、791的三个帧750、 780和790。目标540可以相对于数据读取器400每秒80英寸的速度移动，并且目标540 相对于数据读取器400的速度优选在每秒60到120英寸的范围内。
在731和732之间的时间表示获取第一帧750，其中移动目标540的图像751出现在帧747中的第一位置。在733和734之间的时间表示获取第二帧780，其中移动目标540 的图像781出现在帧747中的第二位置。以及，在735和736之间的时间表示获取第三帧 790，其中移动目标MO的图像791出现在帧747中的第三位置。在每个帧750、780、790中，图像751、781、791在区域701-704之间分别具有图像偏移。换句话说，因为图像751、781、791具有目标540没有的间断，所以图像751、781、791 不是目标540真实外形的准确表现。然而，为了数据解码的目的，即使图像偏移，也可成功解码光学代码例如条码如UPC-A和39码，二维码如PDF417和DataMatrix，或其它合适代码和/或目标。例如，通过具有清晰边缘和相对于背景及模糊图像部分的良好对比度，例如在如上所述的黑暗/饱和信号差为15%或更大时，图像部分752-754、782-785和792-794可被缝合和解码，例如在美国专利No. 6，454，168中所描述，其全部内容通过引用合并于此。 可替换地，目标可以足够小以完全适配在区域701、702、703或704内并可因此被解码。低等环境参考图4到9，其图解了在低环境光中数据读取器400，例如固定、展示、手持或其它合适数据读取器的操作。在图9中，环境光800，即源自除数据读取器400之外的光源的光处于低光级。例如，环境光可具有在500到Olux范围内的照度，并且其照度优选在100 到IOlux范围内。可替换地，在环境光800的强度足以促使每行像素420的积分时间在约 31到32微秒范围内时，可认为环境光800为低，因此数据读取器400获取移动目标MO的图像，其中例如该图像模糊和/或具有不良对比度，如在图2和3中图解的。在图9中，时间Ttl表现开始时间，例如致动触发器件480从而激活CM0S410和电子滚动快门时的时间。线条810表示行420中全部的对应曝光时间的积分时间。例如，没有行420积分，直到第一行420开始积分时的时间811。行420顺次积分，并可在特定行曝光约32毫秒之后顺次停止积分。在时间812，最后行420停止积分。在位置811和812之间的时间是获取移动目标讨0的第一图像822需要的时间量，即帧时间。脉冲805/806和807/808表示光源460例如发光二极管、卤素灯或其它合适发光体的激活。光源460可受处理器集成电路465控制，从而保持每个帧820、830为一个区域， 或可使每个帧820、830分为多区域(未图解)。在成像器件的帧频大于人可注意到闪烁的速率时，优选使用每帧一个脉冲。例如，每帧一个脉冲与具有每秒60帧或更高帧频的成像器件优选一起使用。通过使用光源460获取图像821、831，成像器可使用电子滚动快门从而获取移动目标MO的图像，可解码该图像而不需要全局或机械快门。例如，CMOS 410在时间811开始积分，并在时间811和812之间获取图像部分822。因为在用低环境光操作时行420相对长的积分时间，所以图像部分822可能模糊。然而，在时间805和806之间，处理器集成电路465激活光源460，并且到达CMOS 410的光暂时处于高光级。因为在时间805和806之间光脉冲相对短的持续时间，所以产生的图像部分821可具有清晰边缘和与背景的良好对比度，并且不失真。光源460的强度优选在图像部分821和背景之间，并在图像部分821和图像部分822之间创建充足对比度，从而允许解码器解码图像部分821。在图3A中图解例子。处理器集成电路465为每个帧820和830读取CMOS 410中每个像素的电荷，从而以相似于上面描述的方式获取每个像素存储的图像信息。读取循环在一个或更多行像素积分之后开始，并优选以与积分通过该行进行相同的速率通过该行进行。在读取每行之后，电子滚动快门为CMOS 410中像素复位电荷到基区电荷，因此该像素准备获取光能。可在时间Ttl和时间Te之间获取目标MO的若干帧820、830等等，取决于目标540 多快地移动通过视场840。例如，时间Te表现停用触发器件从而停止激活CMOS 410和电子滚动快门时的结束时间。例如，图9图解分别获取从右到左移动通过视场840的目标540 的图像821和831的两个帧820和830。目标540可优选以相对于数据读取器400在每秒 60到120英寸范围内的速度移动。在811和812之间的时间表示获取其中移动目标540的图像821在帧840中第一位置出现的第一帧820。在813和814之间的时间表示获取其中移动目标MO的图像831 在帧840中第二位置出现的第二帧830。由于光脉冲805/806和807/808的短持续时间，在每个帧820、830中，图像821、 831是目标540真实外形的准确表现。例如，如上所述，通过具有清晰边缘和相对于背景并相对于模糊图像部分的良好对比度，图像821和831可被解码。调整操作设定处理器集成电路465可根据环境光级、光源460贡献的相对照度或使用直方图做出的其它合适决定来调整数据读取器400的操作。例如，处理器集成电路465可促使数据读取器400在来自最新近直方图的光条件下操作。在这样的实施例中，例如，如上所述，处理器集成电路465可在存储器490中存储最后确定的环境光级，并促使CMOS、电子滚动快门和/或光源460在最后确定的环境光级下操作。例如，如果数据读取器400若干小时没有使用，并且它最后一次使用是在晴天的室外，则在触发器件480首次被激活时，CMOS和电子滚动快门可如图6所示和上面所述进行操作。在第一帧525之后，处理器集成电路465可创建和分析环境光级直方图，并确定现在环境光为低等。处理器集成电路465可切换CMOS 410、电子滚动快门和光源460的操作以便如图9所示和上面所述在低环境光条件下操作。 例如，成像器拍摄的下个帧可类似于帧820而不是帧530。灰度确定优选用来在多个模式之间切换。参考图5A，可调整灰度以去除光源460 的影响，并优选使用最高6位像素为8位像素创建灰度。灰度范围优选为从0(最暗)到 63 (最亮)。通过使用组合的光源460和环境光来创建灰度，然后减去光源460，集成电路 465可基于光源460对全部图像照明的影响调整操作模式，即每帧脉冲数量和每行的积分时间。例如，当数据读取器在预定时间量例如15分钟内没有使用时，数据读取器400可使光源460初始每帧发生两次脉冲。具有来自光源460的两个脉冲的帧可导致类似于图5A 中示出的直方图，但其中采样像素的5%在区63到45中。下一个帧可使光源460发生三次脉冲，并仍导致类似于图5A中示出的直方图，但其中采样像素的5%在区63到45中。第三帧可使光源460发生四次脉冲，并仍导致类似于图5A中示出的直方图，但其中采样像素的 5%在区63到45中。因为这三个帧的直方图具有来自光源460的增加的照度，但直方图保持相同，所以集成电路465可确定来自光源460的照度贡献可忽略，并且对于随后的帧可停止使光源460发生脉冲。然而，如果先前描述的第三帧的直方图导致像素的5%在区63到48中，则集成电路465可确定来自光源460的照度贡献适中，并可切换到在没有来自光源460的脉冲的一个帧和具有来自光源460的四个脉冲的下一个帧之间交替的模式。可替换地，如果随着脉冲从每帧2个增加到3个到4个，每个帧的直方图导致采样像素的5%在第18区、第25区和第30区中，则集成电路465可确定来自光源460的照度贡献为高，并可切换到在具有来自光源460的四个脉冲的一个帧和具有来自光源460的五个脉冲的下一个帧之间交替的模式。用来触发在脉冲模式之间切换的灰度上的点可取决于许多因素，包括但不限于成像目标、使用的成像器件、使用的光源强度、用来解码图像的电子器件和/或软件以及其它合适因素。在多个模式之间切换的示例性实施例在图14中示出。在图14中，处理器集成电路465可基于环境光被确定为是否从普通起始点(例如每帧六个半脉冲(six and a half pulses per frame))减少或增加而在不同照明脉冲模式之间进行不同切换。每帧半个脉冲表示随着帧进展在两个整数的脉冲之间交替。例如，每帧六个半脉冲可表示一个帧具有六个脉冲，继之以下一个帧具有七个脉冲，然后分别重复具有六个和七个脉冲的帧。在直方图分析指示环境光正在增加、来自光源460的影响正在减小或其它合适的直方图分析时，线条1400表示模式之间的切换在哪里发生，并且线条1410表示光源460关闭的点。在直方图分析指示环境光正在减少、来自光源460的影响正在增大或其它合适的直方图分析时， 线条1405表示模式之间的切换在哪里发生，并且线条1415表示光源460开启的点。在可替换实施例中，处理器集成电路465可促使CMOS 410、电子滚动快门和/或光源460在两种环境光条件下的操作之间交替。例如，如果处理器集成电路465确定环境光级为高，但第一帧的环境光级靠近中等，则CMOS和滚动复位快门可如图6所示和上面所述为第二帧操作，并可如图8所示和上面所述为第三帧操作。类似地，如果处理器集成电路 465确定环境光级为低，但第一帧的环境光级靠近中等，则CMOS和滚动复位快门可如图9所示和上面所述为第二帧操作，并可如图8所示和上面所述为第三帧操作。当数据读取器400 操作期间环境光条件是两个区之间的边界和/或环境光条件改变时，可替换实施例可使用多于三个区来分类环境光级，并且也可促使CMOS 410、电子滚动快门和/或光源460在两个或更多环境光条件下的操作之间交替。图像偏移另一优选配置使光源每帧发生脉冲多于一次。如果发光系统对于操作员是可见的，则希望LED脉冲频率为至少60Hz以避免在观察员察看时刺激照明源的闪烁。本发明人认识到用当前CMOS成像器避免闪烁可能需要CMOS成像器的帧频为至少60Hz。然而，由于成像器的时钟速度的限制或由于图像处理器中的图像获取电路，以60Hz或更高的帧频操
17作CMOS成像器可能是不实际的。本发明人认识到可能希望使LED每帧多次发生脉冲以将 LED脉冲频率增加到到避免闪烁的频率级。优选在许多行积分时使光源发生脉冲，并且积分行的数量少于CMOS中行的总数。在一些实施例中，CMOS成像器中读出的行的总数除以积分行的数量的结果是整数。获取的图像变得分裂为多个区域，其中图像的各部分用来自不同LED脉冲的照明获取。 可替换地，如果物体不移动，则可以设定曝光时间以使得照明造成的任何分裂在被获取的图像中相对不可见。然而，如果物体移动，则被获取的图像将具有截然不同的区域，这是因为被获取的图像的每个部分都受到按时交错的LED脉冲照明。可替换地，在其它实施例中， CMOS成像器中读出的行的总数除以积分行的数量的结果不是整数。在CMOS成像器中行的总数除以积分行的数量的结果是整数时，图像帧被划分为每个帧的相同区域。另一方面，在 CMOS成像器中行的总数除以积分行的数量的结果不是整数时，连续图像帧被划分为不同区域。在用对图像间断敏感的算法处理图像时，将连续图像帧划分为不同区域可提供益处。参考图8和10，尤其对于二维码或其它适当复杂的目标，其图示说明使视场747 一致地划分为相同区域701-704的潜在缺点。在图8中，如有需要，图像部分752-754、782-785 和792-794可被解码和缝合(如上面讨论)，这是因为目标540分别在每个帧750、780和 790的第一、第二和第三位置，这导致目标MO的图像751、781和791在目标540上的不同部位偏移。在一些目标解码应用中，可能重要的是使图像偏移远离目标中心发生以允许解码目标。然而，如果如图10所示目标MO的第一、第二和第三位置与视场747的中线900 等距，则图像911、921和931在目标540上相同部位偏移。当偏移在目标540上相同部位发生时，就不可能解码图像911、921和931。另外，当图像偏移在每帧中相同部位发生时，存在目标位于每个帧中以使图像偏移不允许解码目标的可能性，例如在图像偏移接近二维码的中心发生时(无论该二维码在视场中位于何处)。为减少目标的图像偏移可能在使目标难以或不可能为每帧解码的位置发生的可能性，可能有利的是使帧中图像偏移发生的位置到处移动。使每个帧中图像偏移发生的位置移动使得有可能具有不可解码的一个或更多个帧，其继之以可解码的帧(例如参见图11A-11C)，和/或具有不可独立解码的两个帧，尽管这两个帧在结合时可被解码(例如参见图IlA和图11B)。然而，获取可解码的帧可能是优选的，尤其在目标包括可能费时并难以缝合和解码的二维码时。即使目标MO的位置保持与视场747的中线900等距，使偏移在目标540上不同部位发生的一种方式是在视场747分为区域的位置偏移。即使目标保持与中线900等距， 在视场747分为区域的位置偏移可允许解码目标。例如，光源460可在许多行420 (N行) 积分之后照明，其中行420的总数M除以上述行420的数量N的结果不是整数。如图11所示，区域的数量和位置从帧1010、1020偏移到1030。例如，帧1010可被划分成区域1012、1013和1016。目标540被获取为两个不模糊图像部分1014和1015以及两个模糊图像部分1040和1041。注意如果目标540延伸到帧1010的视场747的区域 1016，则在那里同样获取到模糊和不模糊的图像部分。因为用来触发激活光源460的行420 的数量N不能被行420的总数M整除，所以帧1020具有尺寸和位置不同于帧1010的区域 1012、1013和1016的不同区域1022、1023、10 和1(^8。在帧1020中，目标540被获取为三个不模糊图像部分1025、10 和1027以及三个模糊图像部分1050、1051和1052。因此，即使目标540保持与中线900等距，目标540的图像1021中的偏移也发生在与目标540的图像1011中的偏移不同的部位。同样，帧1030具有不同区域1032、1033和1034，这些不同区域导致目标MO的图像1031在与图像1011和1021不同的部位发生偏移。因为图像1011、1021和1031在不同位置偏移，即使目标540保持与中线900等距， 图像1011、1021和1031也可如上所述被解码和/或被缝合并解码。使图像在不同位置偏移的另一潜在优点是防止图像偏移在被解码目标上的相同部位一致地发生。例如，参考图IlA和11B，在目标上发生图像偏移时，即使使用图像缝合， 二维码也可能难以或不可能解码。然而，即使如图IlA和图IlB所示图像偏移在目标上发生，通过移动在帧中发生图像偏移的位置，下一个帧也可获取目标的可解码图像，如图IlC 所示。因为目标不必需经过数据读取器的视场中心，所以如上所述使图像偏移在不同位置发生可增加获取可解码图像的可能性，无论目标在视场中何处出现。多个图像传感器在另一优选构造中，数据成像器含有多个CMOS成像器并具有多个光源。不同的 CMOS成像器“看见”不同光源，换句话说，通过不同的CMOS成像器检测来自不同光源的光。 本发明人认识到成像器的视场重叠的当前多成像器应用可能需要使成像器同步。使成像器同步可防止在图像中不同位置处发生移动物体的多次曝光(称为伪像)。在多个成像器的视场重叠的应用中，本发明人认识到使脉冲照明同步以便照明的脉冲在基本相同的时刻发生是有益的。使脉冲照明同步可防止伪像而无需使成像器同步。优选地，在CMOS成像器以相对类似的帧频操作并且照明脉冲被同步时，可通过多个CMOS成像器获取相对同步的图像而无需使CMOS成像器同步。例如，一个CMOS成像器可用作主成像器，从而在主CMOS成像器的许多行积分时所有光源发生脉冲。参考图12，其图示说明具有两个CMOS图像传感器1110、1111的成像器1100的示意图。成像器1100可以是例如活检(bioptic)成像器。CMOS成像器1110和1111可在相似帧频下操作，例如但不限于该帧频在相互的+/-10%之内。但CMOS成像器1110和1111不需要具有相同帧频或相互同步以产生基本同步的图像。如同上述单CMOS数据读取器400， 多个CMOS成像器1100可确定环境光级并基于最后确定的环境光级或以其它合适方式为 CMOS成像器1110和1111调整操作参数。根据优选实施例，光源1160和1161都可由处理器集成电路1165控制。例如，一个 CMOS成像器1110可用作主成像器以在光源1160和1161发生脉冲时进行控制。换句话说， 光源1160和1161都可根据使用CMOS 1110做出的环境光确定并在CMOS 1110的N行1120 积分时发生脉冲，无论CMOS 1111的多少行或哪些行1121积分。因此，即使成像器1110和 1111未被同步以使得它们同时开始积分和停止积分，仍可获得基本同步的图像。如果CMOS 成像器1110和1111未被同步，则在图像中产生的偏移可在不同部位发生，但两个图像都可如上所述被解码。机械快门尽管上述优选实施例可使用具有电子滚动快门和光脉冲控制的CMOS成像器来创建移动目标的停止移动图像，但其它优选实施例可使用机械快门。其它优选实施例优选连同具有滚动快门或全局复位的CMOS成像器一起使用机械快门来获取移动目标的停止移动图像。即使发生每帧多个LED脉冲以防止人可见的闪烁时，机械快门也优选允许CMOS成像器在单个LED脉冲期间(在快门打开时)获取图像。因此机械快门优选允许在每帧发生多个光脉冲时获取图像，但多个光脉冲没有影响被获取图像。机械快门优选包括附连到阻止光照射CMOS成像器或其它合适图像传感器的快门的柔性构件。该快门优选附连到线管，该线管具有绕其线轴部分缠绕的导电材料，其中线轴部分背离快门。线管的线轴部分优选接近一个或更多个永磁体。在电流经过绕线轴缠绕的导电材料时，磁场被创建并与来自上述一个或更多个永磁体的磁场相互作用，从而使快门移动到允许光照射CMOS成像器或其它合适图像传感器的位置。参考图13，其图示说明为迅速和频繁移动设计的机械快门1200的示意图。优选由刚性材料制成的底座1205可紧固一个或更多个柔性构件1210。柔性构件1210可以是悬臂梁，并可具有矩形、三角形或适合支撑快门1215的其它形状。柔性构件1210可由柔性材料例如尼龙或其它合适材料制成。柔性构件1210可通过粘合或其它合适附着方式附连到底座 1205。不透明快门1215可优选通过粘合或以其它合适的附着方式附连到一个或更多个柔性构件1210。不透明快门1215可由基本阻塞所有电磁辐射或选择性允许电磁辐射穿过的材料制成。快门1215优选放置成使得快门1215阻塞光到达透镜1220，并因此阻塞光到达CMOS或其它成像器(未示出)。快门1215可附连到线管1225的末端，线管1225具有缠绕它的优选为铝、铜或铜和铝线结合的导电材料的线圈1230。线管1225优选由非导电材料例如塑料制成。与快门1215相反的线管1225的末端优选被永磁体1235包围或接近永磁体 1235。在电流流过线圈1230时，生成磁场。生成的磁场与永磁体1235的磁场相互作用， 由此进一步朝向永磁体1235推动线管1225。柔性构件1210优选被设计成充分弯曲(例如 0. 3英寸)以允许快门1215移动足够远，从而允许光穿过透镜1220并因此传到CMOS或其它合适的成像器。如上所述，CMOS成像器优选用来确定环境光强度。可基于环境光强度确定CMOS的曝光时间。然后可基于在相同时段期间使所有行积分需要多少时间，并且也可基于获取图像所需的曝光时间来确定帧频。电流优选以等于环境光照条件下的帧频的速率施加到线圈 1230，并且该电流被施加足够长时间以达到曝光时间。在可替换实施例中，机械快门可被设计成具有对应于帧频的共振频率。共振频率优选对应于成像器最经常使用的帧频。在可替换实施例中，机械快门可被设计成具有对应于一个帧频的共振频率，并具有对应于其它帧频的正常模式频率。可替换地，上述机械快门可连同上述光脉冲配置一起使用。不透明快门1215可以对宽范围的电磁辐射不透明，或者可以选择性地不透明以允许一些电磁辐射例如红外辐射穿过不透明快门1215。对于本领域技术人员来说，显然可对上述的实施例的详述做出许多改变而不违背本发明的基本原理。因此，仅通过随附权利要求确定本发明的范畴。
权利要求
1.一种数据读取器，其包括图像传感器，其包括互补金属氧化物半导体CMOS，其中所述CMOS包括总数M行传感器像素；电子滚动快门ERS，其用于使每行传感器像素顺次积分并为每行传感器像素复位电荷和读取电荷以获取目标的可解码图像；生成光脉冲的光源；以及处理器，其可操作地连接到并控制所述CMOS、所述ERS和所述光源，从而(1)获取所述目标的第一图像，( 从所述目标的所述第一图像创建光级直方图，(；3)基于所述光级直方图确定环境光强度，以及(4)基于所述环境光强度，使每行传感器像素的积分时间与所述光脉冲协调，以获取所述目标的第二图像。
2.根据权利要求1所述的数据读取器，其中所述光级直方图基于源自小于所述总数M 行传感器像素的图像数据。
3.根据权利要求1所述的数据读取器，其中使用小于所述总数M行传感器像素的多行即N行传感器像素获取所述第一图像，并且其中所述光级直方图基于源自小于所述N行中的全部的图像数据。
4.根据权利要求1所述的数据读取器，其中所述处理器进一步基于所述光级直方图确定所述环境光强度是否为高等、中等或低等；以及(1)在所述处理器确定环境光为高等时，(i)促使所述ERS在复位一行和读取一行之间具有相对短的流逝时间，以及(ii)促使各行顺次积分，以使所述总数M行传感器像素在相同时段期间不积分；(2)在所述处理器确定环境光为中等时，(i)促使所述ERS在复位一行和读取一行之间具有相对短的流逝时间，(ii)促使各行顺次积分，以使所述总数M行传感器像素在相同时段期间不积分，以及(iii)使所述光源以对应于在相同时段期间积分的多行即N行的速率发生脉冲；以及(3)在所述处理器确定环境光为低等时，(i)促使所述ERS在复位一行和读取一行之间具有相对长的流逝时间，(ii)促使各行顺次积分，以使所述总数M行传感器像素在相同时段期间积分，以及(iii)使所述光源在所有行积分时发生脉冲一次。
5.根据权利要求4所述的数据读取器，其中所述处理器进一步确定环境光是否为低-高等、高-中等、低-中等或高-低等；以及在所述处理器确定环境光为低-高等时(1)针对第一图像，⑴促使所述ERS在复位一行和读取一行之间具有相对短的流逝时间，以及(ii)促使各行顺次积分，以使所述总数M行传感器像素在相同时段期间不积分；以及(2)针对第二图像，(i)促使所述ERS在复位一行和读取一行之间具有相对短的流逝时间，( )促使各行顺次积分，以使所述总数M行传感器像素在相同时段期间不积分，以及 (iii)使所述光源以对应于在相同时段期间积分的多行即N行的重复率发生脉冲。
6.根据权利要求5所述的数据读取器，其中在所述处理器确定环境光为高-中等时(1)针对第一图像，(i)促使所述ERS在复位一行和读取一行之间具有相对短的流逝时间，( )促使各行顺次积分，以使所述总数M行传感器像素在相同时段期间不积分，以及(iii)使所述光源以对应于在相同时段期间积分的多行即N行的重复率发生脉冲；以及(2)针对第二图像，⑴促使所述ERS在复位一行和读取一行之间具有相对短的流逝时间，以及(ii)促使各行顺次积分，以使所述总数M行传感器像素在相同时段期间不积分。
7.根据权利要求5所述的数据读取器，其中在所述处理器确定环境光为中-低等时(1)针对第一图像，(i)促使所述ERS在复位一行和读取一行之间具有相对短的流逝时间，( )促使各行顺次积分，以使所述总数M行传感器像素在相同时段期间不积分，以及 (iii)使所述光源以对应于在相同时段期间积分的多行即N行的重复率发生脉冲；以及(2)针对第二图像，(i)促使所述ERS在复位一行和读取一行之间具有相对长的流逝时间，(ii)促使各行顺次积分，以使所述总数M行传感器像素在相同时段期间积分，以及 (iii)使所述光源在所有行积分时发生脉冲一次。
8.根据权利要求5所述的数据读取器，其中在所述处理器确定环境光为低-高等时(1)针对第一图像，(i)促使所述ERS在复位一行和读取一行之间具有相对长的流逝时间，(ii)促使各行顺次积分，以使所述总数M行传感器像素在相同时段期间积分，以及 (iii)使所述光源在所有行积分时发生脉冲一次；以及(2)针对第二图像，(i)促使所述ERS在复位一行和读取一行之间具有相对短的流逝时间，( )促使各行顺次积分，以使所述总数M行传感器像素在相同时段期间不积分，以及 (iii)使所述光源以对应于在相同时段期间积分的多行即N行的重复率发生脉冲。
9.根据权利要求4所述的数据读取器，其中M除以N的结果不是整数。
10.根据权利要求1所述的数据读取器，其进一步包括第二图像传感器，其包括第二互补金属氧化物半导体CM0S2，其中所述CM0S2包括顺次积分以获取图像的多行传感器像素；第二电子滚动快门ERS2，其用于使所述CM0S2的每行传感器像素顺次积分并为所述 CM0S2的每行传感器像素复位电荷和读取电荷；以及第二光源；其中所述处理器可操作地连接到并控制所述CM0S2、所述ERS2和所述第二光源，以使所述CM0S2的每行传感器像素的积分时间与来自所述第二光源的光脉冲协调，从而基于所述环境光强度获取移动目标的可解码图像。
11.根据权利要求10所述的数据读取器，其中所述处理器基于所述直方图进一步确定所述环境光强度是否为高等、中等或低等；以及在所述处理器确定环境光为高等时，(1)促使所述ERS和所述ERS2在复位一行和读取一行之间具有相对短的流逝时间，以及( 促使所述CMOS和所述CM0S2的各行顺次积分， 以使所述总数M行传感器像素在相同时段内不积分；在所述处理器确定环境光为中等时，(1)促使所述ERS和所述ERS2在复位一行和读取一行之间具有相对短的流逝时间，( 促使所述CMOS和所述CM0S2的各行顺次积分，以使所述CMOS的所述总数M行传感器像素在相同时段内不积分，并使所述CM0S2的所有行在相同时段内不积分，以及C3)使所述光源和所述第二光源以对应于在相同时段期间积分的所述CMOS的多行即N行的速率发生脉冲；以及在所述处理器确定环境光为低等时，(1)促使所述ERS和所述ERS2在复位一行和读取一行之间具有相对长的流逝时间，( 促使所述CMOS和所述CM0S2的各行顺次积分，以使所述CMOS的所述总数M行传感器像素在相同时段期间积分，并使所述CM0S2的所有行在相同时段期间积分，以及C3)使所述光源在所述CMOS的所述总数M行传感器像素积分时发生脉冲一次。
12.—种操作数据读取器的方法，其包括以下步骤用图像传感器采集图像，其中所述图像传感器包括具有总数M行传感器像素的互补金属氧化物半导体CMOS ；经由电子滚动快门ERS，(a)使所述CMOS的每行传感器像素顺次积分，(b)为每行传感器像素读取电荷，以及(c)为每行传感器像素复位电荷； 从光源朝向目标生成光脉冲；以及经由可操作地连接到所述CMOS、所述ERS和所述光源的处理器，控制所述CMOS、所述 ERS和所述光源，从而使所述光源每当多行即N行积分时发生脉冲，其中行数N小于总行数 M，并且M除以N的结果不是整数。
13.一种数据读取器，其包括第一成像器，其包括第一互补金属氧化物半导体CM0S1，其中所述CMOSl包括顺次积分以获取目标的第一可解码图像的多行第一传感器像素和总数M行的第一传感器像素；第一电子滚动快门ERSl，其用于使所述CMOSl的每行第一传感器像素顺次积分并为 CMOSl的每行第一传感器像素复位电荷和读取电荷； 生成光脉冲的第一光源；包括第二互补金属氧化物半导体CM0S2的第二成像器，其中所述CM0S2包括顺次积分以获取所述目标的第二可解码图像的多行第二传感器像素；第二电子滚动快门ERS2，其用于使所述CM0S2的每行第二传感器像素顺次积分并为 CM0S2的每行第二传感器像素复位电荷和读取电荷； 生成光脉冲的第二光源；以及处理器，其可操作地连接到并控制所述CM0S1、所述ERS1、所述第一光源、所述CM0S2、 所述ERS2和所述第二光源，从而使所述第一光源和所述第二光源每当多行即N行CMOSl积分时发生脉冲。
14.根据权利要求13所述的数据读取器，其中在相同时段期间积分的CM0S1的行数N 小于CM0S1的总行数M。
15.根据权利要求14所述的数据读取器，其中M除以N的结果不是整数。
16.一种数据读取器，其包括包括互补金属氧化物半导体CMOS的图像传感器，其中所述CMOS包括多行传感器像素和总数M行传感器像素；第一电子滚动快门ERS，其用于使每行传感器像素顺次积分以获取可解码图像并为所述CMOS的每行传感器像素复位电荷和读取电荷； 机械快门，所述机械快门包括(1)插入在至所述CMOS的光路中的阻光元件，所述阻光元件连接到柔性底座，(2)连接到所述阻光元件的线圈，以及(3)磁体，所述磁体被布置成在向所述线圈供应电流时使所述线圈移动；以及处理器，其可操作地连接到并控制所述CMOS、所述ERS和向所述线圈供应的所述电流以向所述线圈供应所述电流，从而在所述总数M行传感器像素积分时使所述阻光元件移出所述光路。
17.根据权利要求16所述的数据读取器，其进一步包括光源；其中所述处理器可操作地连接到所述光源，并进一步被编程以在所述总数M行传感器像素积分时激活所述光源。
18.根据权利要求16所述的数据读取器，其中 所述CMOS以所述CMOS获取图像的帧频操作；所述机械快门具有使所述阻光元件移出所述光路的共振频率；以及所述共振频率接近所述帧频。
19.一种使用包括光源和基于滚动操作的成像器的数据读取系统获取移动目标的图像的方法，所述方法包括以下步骤用所述成像器获取所述移动目标的至少一部分的第一图像； 基于所述第一图像创建光级直方图； 基于所述直方图确定环境光强度；基于所确定的环境光强度为所述成像器调整滚动基准；以及基于所确定的环境光强度和所述成像器的经调整的滚动基准使所述光源发生脉冲。
20.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括用所述成像器获取所述移动目标的至少一部分的第二图像；其中所述第一图像包括在第一位置处的图像偏移；以及其中所述第二图像包括在第二位置并且不在所述第一位置处的图像偏移。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述成像器包括多行即M行传感器像素，并且其中每当多行即N行传感器像素获取图像数据时使所述光源发生脉冲，其中M除以N的结果不是整数。
22.根据权利要求19所述的方法，其中所述数据读取系统包括第二光源和基于滚动操作的第二成像器；其中为所述成像器调整所述滚动基准的步骤进一步包括基于所述第一成像器的所确定的环境光强度为所述第二成像器调整所述滚动基准；以及其中使所述光源发生脉冲的步骤包括基于所述第一成像器的所确定的环境光强度和所述第一成像器的经调整的滚动基准使所述第二光源发生脉冲。
23.根据权利要求19所述的方法，其中确定环境光强度包括确定来自所述光源的照度影响可忽略；为所述成像器调整所述滚动基准包括设定所述成像器以获取移动目标的倾斜图像；以及使所述光源发生脉冲包括在获取目标图像时不使所述光源发生脉冲。
24.根据权利要求19所述的方法，其中确定环境光强度包括确定来自所述光源的照度影响适中；为所述成像器调整所述滚动基准包括设定所述成像器以获取移动目标的倾斜图像；以使所述光源发生脉冲包括在获取目标图像时使所述光源发生脉冲两次或更多次。
25.根据权利要求19所述的方法，其中确定环境光强度包括确定来自所述光源的照度影响为高；为所述成像器调整所述滚动基准包括设定所述成像器以获取移动目标的倾斜图像；以及使所述光源发生脉冲包括在获取目标图像时使所述光源发生脉冲一次或两次。
全文摘要
数据读取器优选包括在滚动复位基础上进行操作以获取移动目标(540)的图像的成像器件。优选分析移动目标(540)的图像以确定环境光强度，并且数据读取器中的处理器(470)基于该环境光强度优选调整成像器和光源(460)的操作。其它数据读取器可使用具有为迅速、频繁操作设计的机械快门(1200)的成像器。
文档编号G06K7/10GK102334128SQ200980157602
公开日2012年1月25日 申请日期2009年12月18日 优先权日2008年12月26日
发明者B·L·奥姆斯特德, W·高 申请人:数据逻辑扫描公司