支持窄域和宽域模式照明和图像捕捉的手持式基于成像的条形码符号阅读器
阅读：231发布：2020-05-16
专利汇可以提供支持窄域和宽域模式照明和图像捕捉的手持式基于成像的条形码符号阅读器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种手持式基于数字成像的 条形码 符号读取装置，包括：基于IR的物体存在和范围检测子系统；有窄域和宽域图像捕捉操作模式的多模式域类型图像形成和检测子系统；有窄域和宽域照明操作模式的多模式基于LED的照明子系统；自动曝光测量和照明控制子系统；图像捕捉和缓存子系统；多模式 图像处理 条形码符号读取子系统；输入/输出子系统；可手动激活的触发 开关 ；系统模式配置参数表；与上述每个子系统结合的系统控制子系统。该条形码读取装置可在许多可编程的系统操作模式下被配置和操作用来以高速方式通过使用先进的捕捉的图像上的图像处理模式自动读取1D和2D的条形码符号。，下面是支持窄域和宽域模式照明和图像捕捉的手持式基于成像的条形码符号阅读器专利的具体信息内容。
1.一种手持式基于数字成像的条形码符号读取装置，包括：
多模式的域类型图像形成和检测子系统，具有用来产生被成像物体上 的视场的图像形成光学装置和CMOS域类型图像传感阵列，该图像传感阵 列用来在图像传感阵列上的一些像素行被激活的图像捕捉模式中检测在 照明操作过程中物体反射的成像光；
具有基于LED照明阵列的基于LED的照明子系统，用于在图像捕捉模 式中生成在图像形成和检测子系统视场范围内的窄带照明的场；
自动物体存在检测子系统，用于在图像形成和检测子系统的视场范围 内生成物体检测场；
自动曝光测量和照明控制子系统，用于自动测量入射到视场中心处的 曝光量，并控制所述基于LED的照明子系统的操作；
图像捕捉和缓存子系统，用于捕获和缓存被图像形成和检测子系统检 测到的2-D图像；
基于图像处理的条形码符号读取子系统，用于处理被所述图像捕捉和 缓存子系统所捕获和缓存的图像并读取所表示的1-D和2-D条形码符号；
输入/输出子系统，用于输出被处理的图像数据到外部主系统或其它 的信息接收或响应装置；和
系统控制子系统，用于激活和控制上述子系统部分；
其中一旦所述CMOS域类型图像传感阵列被所述的系统控制子系统激 活，并且当所述CMOS域类型图像传感阵列中的所有行都处于积分状态时， 所述系统控制子系统会自动地激活所述自动曝光测量和照明控制子系统， 以便以精确的方式来自动驱动与所述基于LED的照明子系统相结合的基于 LED的照明阵列，使得当所述CMOS域类型图像传感阵列中的所有像素行处 于积分状态并且具有共同的积分时间时，使所述CMOS域类型图像传感阵 列中的所有像素行同时暴露于基于LED的照明中，从而激活所述图像捕捉 和缓存子系统来捕捉不依赖于所述手持式基于数字成像的条形码符号读 取装置和物体之间的相关运动的数字图像。
2.如权利要求1中所述的手持式基于数字成像的条形码符号读取装 置，包括一手持式外壳，其中，所述手持式外壳具有成像窗口，并且所述 基于LED的照明子系统包括安置在所述成像窗口处的红光波长反射型高通 透镜元件，并且低通滤波器被安置在所述CMOS域类型图像传感阵列前， 用来形成集成在所述手持式外壳的窄带传输类型的光学滤波系统，并且只 传输包含于照明的窄带中的光的成分，同时环境光的所有其它成分在所述 CMOS域类型图像传感阵列的图像检测前都被充分排除。
3.如权利要求2中所述的手持式基于数字成像的条形码符号读取装 置，其中，所述自动曝光测量和照明控制子系统包括一光会聚镜和排列在 手持式外壳中的光电二极管，并且
其中，入射照明光是通过利用所述光会聚镜从所述视场的中心的所选 部分被会聚的，然后为了检测被反射的照明光的强度和后续由所述自动曝 光测量和照明控制子系统所做的处理被聚焦在光电二极管上，以便控制由 所述基于LED的照明子系统生成的照明光。
4.如权利要求3中所述的手持式基于数字成像的条形码符号读取装 置，其中，照明光是被视场的中心所会聚并自动检测以便生成用于以合适 的强度驱动所述基于LED的照明阵列的控制信号，以便CMOS域类型图像 传感阵列可生成充足亮度的被照射物体的数字图像。
5.如权利要求1中所述的手持式基于数字成像的条形码符号读取装 置，其中，所述CMOS域类型图像传感阵列是在其单帧快门模式中被操作 的，并且使用曝光控制方法来确保所述CMOS域类型图像传感阵列中的所 有像素的行具有共同的积分时间，从而确保所述图像捕捉和缓存子系统在 即使物体处于运动状态时也可以捕捉数字图像。
6.如权利要求5中所述的手持式基于数字成像的条形码符号读取装 置，其中所述曝光控制方法包括：
(a)选择CMOS域类型图像传感阵列的单帧快门操作模式；
(b)利用所述的自动曝光测量和照明控制子系统来从视场某部分持 续会聚照明光，检测被会聚照明光的强度，为后续处理生成对应被检测强 度的模拟电信号；
(c)激活所述CMOS域类型图像传感阵列以便使得其像素的行开始通 过所述图像形成光学装置将响应光学图像构成的光致电流集成到所述 CMOS域类型图像传感阵列；
(d)利用CMOS域类型图像传感阵列来自动地(i)在图像传感阵列中 的所有像素的行都运行于积分状态时生成电子卷动快门数字脉冲信号，并 (ii)提供该电子卷动快门脉冲信号到所述自动曝光测量和照明控制子系 统以便去激活曝光量测量和照明控制功能/操作；
(e)在子系统中曝光量测量和照明控制功能的激活状态下，(i)处理 正持续产生的模拟电信号，(ii)在视场中心部分测量曝光量级别，并且 (iii)生成自动曝光控制信号，用于从所述基于LED的照明阵列中控制可 见照明光的生成；并且
(f)利用自动曝光控制信号来驱动所述基于LED的照明阵列并且在 无论其被配置了何种图像捕捉模式下，都会照明所述CMOS图像传感阵列 的视场，当所述CMOS域类型图像传感阵列中的大部分像素的行正好处于 积分状态时，从而确保所述的CMOS域类型图像传感阵列中的大部分的像 素的行都有共同的积分时间。
7.一种手持式基于数字成像的条形码符号读取装置，其包括：
手持式外壳；
域类型图像形成和检测子系统，具有用于产生被成像物体之上的视场 的图像形成光学装置和CMOS域类型图像传感阵列，该图像传感阵列用于 在图像传感阵列上的像素行被激活的图像捕捉模式中检测在照明操作过 程中物体反射的成像光；
基于LED的照明子系统，用于在图像捕捉模式中生成所述视场范围内 窄带照明的窄和宽域场，以便只有基于LED的可见照明光(i)从所述基于 LED的照明子系统发射的，(ii)从被照明物体散射的和(iii)从集成在手持 式外壳上的窄带传输类型的光学滤波子系统透过的，可以被所述CMOS域 类型图像传感阵列所检测，同时环境光的所有其它成分都被充分排除；
图像捕捉和缓存子系统，用于捕获和缓存被图像形成和检测子系统检 测到的2-D图像；
基于图像处理的条形码符号读取子系统，用于处理被所述图像捕捉和 缓存子系统所捕获和缓存的图像并读取所表示的1D和2D条形码符号；
输入/输出子系统，用于输出被处理的图像数据到外部主系统或其它 的信息接收或响应装置；和
系统控制子系统，用于控制上述子系统；
其中以精确的方式来驱动所述LED照明阵列，使得仅当所述CMOS域 类型图像传感阵列中的全部像素行都处于积分状态并且具有共同的积分 时间时，所述CMOS域类型图像传感阵列的全部像素行被同时暴露于所述 窄带基于LED的照明中。
8.如权利要求7中所述的手持式基于数字成像的条形码符号读取装 置，进一步包括：
物体存在与范围检测子系统，用于在视场范围内生成物体的检测场； 和
自动曝光测量和照明控制子系统，用于自动测量入射到所述视场中心 部分的曝光量，并用于控制所述基于LED的照明子系统的操作。
9.如权利要求7中所述的手持式基于数字成像的条形码符号读取装 置，其中，所述手持式外壳具有前表面和在该前表面上构成的光发射孔； 和
其中所述窄带传输类型的光学滤波子系统只透过由所述窄带照明子 系统生成的可见照明光的620纳米-700纳米的波长的光，并排除了该光 学窄带以外所生成的所有其它光学波长；
其中所述窄带传输类型的光学滤波子系统包括集成在所述光发射孔 内用来透过第一波段的第一光学滤波器，和安置在所述CMOS图像传感阵 列前用来透过第二波段的第二光学滤波器；和
其中第一和第二光学滤波器组合构成所述窄带传输类型的光学滤波 子系统，其透过所述窄带波长。
10.如权利要求9中所述的手持式基于数字成像的条形码符号读取装 置，其中，所述第一光学滤波器元件透过620纳米以下的光学波长，并且 充分阻挡620纳米以上的光学波长，其中所述第二光学滤波器透过700纳 米以上的光学波长并阻挡700纳米以下的光学波长。
11.如权利要求10中所述的手持式基于数字成像的条形码符号读取 装置，其中，所述第二光学滤波器对用户生成红色显示。
12、一种具有预定工作范围的基于数字成像的条形码符号读取装置， 包括：
图像形成和检测子系统，具有用来产生被成像物体上的视场的图像形 成光学装置和域类型图像传感阵列，该图像传感阵列用来在域类型图像传 感阵列上的所有行被激活的图像捕捉模式中检测在照明操作过程中物体 反射的成像光，并且当域类型图像传感阵列上的所有像素行处于积分状态 时，自动产生第一控制激活信号；
基于LED的照明子系统，用于在来自一LED照明阵列的视场内自动产 生基于LED的照明；
自动物体存在和范围检测子系统，用于在所述装置工作范围中自动产 生空间上包围视场的实部的物体检测场，并在所述视场内检测物体的存在 并作为响应产生第二控制激活信号；
自动曝光测量和照明控制子系统，用于自动地测量入射到视场中部的 曝光量，并控制LED照明阵列的操作以作为对第一和第二控制激活信号产 生的响应，以便从所述LED照明阵列产生基于LED的照明并在物体照明和 图像捕捉工作期间照亮所述被检测的物体，从而以精确的方式来驱动所述 LED照明阵列，使得仅当所述域类型图像传感阵列中的全部像素行都处于 积分状态并且具有共同的积分时间时，所述域类型传感检测阵列中的全部 像素行同时暴露于所述基于LED的照明中；
图像捕捉和缓存子系统，用来捕捉和缓存被照亮物体的数字图像；
基于图像处理的条形码符号读取子系统，用来处理被所述图像捕捉和 缓存子系统所捕捉和缓存的数字图像，并读取其中以图形表示的1D和2D 条形码符号；
输入/输出子系统，用于输出被处理的图像数据到外部主系统或其它 的信息接收或响应装置；
系统控制子系统，用于控制和协调所述子系统的工作；以及
外壳，包括所述子系统，并具有带有成像窗口的透光面板，通过该透 光面板所述视场延伸，所述基于LED的照明光被投射，并且所述物体反射 和散射的光被传输。
13、如权利要求12的基于数字成像的条形码符号读取装置，其中所 述LED照明阵列包括两组安装在所述透光面板顶部和底部的没有镜头的 LED光源。
14、如权利要求13的基于数字成像的条形码符号读取装置，其中所 述LED照明阵列还包括两组安装在所述透光面板顶部和底部的具有球面镜 头的LED光源。
15、如权利要求12的基于数字成像的条形码符号读取装置，其中所 述物体检测场和所述视场在空间上沿所述预定工作范围的实部交叠。
16、如权利要求12的基于数字成像的条形码符号读取装置，其中所 述自动的物体存在和范围检测子系统包括基于IR的自动物体存在和范围 检测子系统，在基于IR的自动物体存在和范围检测子系统中物体检测场 是具有近场部分和远场部分的基于IR的物体检测场。
17、如权利要求16的基于数字成像的条形码符号读取装置，其中所 述自动物体存在和范围检测子系统在系统启动时被激活以持续监视物体 的物体检测场并在所述物体检测场近和远的部分内为所述系统控制子系 统提供有关物体状态的信息。
18、如权利要求12的基于数字成像的条形码符号读取装置，其中所 述域类型图像传感阵列包括CMOS域传感阵列。
19、如权利要求12的基于数字成像的条形码符号读取装置，其中所 述外壳为手持式。
20、如权利要求12的基于数字成像的条形码符号读取装置，其中所 述外壳为工作台支撑式。
21、一种具有工作范围的手持式基于数字成像的条形码符号读取装 置，包括：
具有带有成像窗口的透光面板的手持式外壳；
图像形成和检测子系统，具有(i)用于通过成像窗口产生被成像物 体上的视场的图像形成光学装置和(ii)CMOS域类型图像传感阵列，用来 在图像传感阵列上所有像素行被激活的图像捕捉模式中检测在照明操作 过程中物体反射的成像光，并且当所述CMOS域类型图像传感阵列中所有 像素行都处于积分操作状态时，自动产生第一控制激活信号；
基于LED的照明子系统，用于从LED照明阵列自动产生通过所述成像 窗口投射并进入视场的窄带基于LED的照明场；
自动物体存在检测子系统，用于自动产生在工作范围实部上空间覆盖 视场的物体检测场，并在所述物体检测场内自动检测物体的存在并响应地 产生第二控制激活信号；
自动曝光测量和照明控制子系统，其具有(i)用于自动测量入射在 所述视场中部的曝光量的曝光测量电路，和(ii)用于为响应第一和第二 控制激活信号的产生，而控制所述LED照明阵列工作的LED照明驱动电路， 以便以精确方式驱动所述LED照明阵列，从而仅当CMOS域类型图像传感 阵列中全部像素行都处于积分状态并具有共同的积分时间时，使CMOS域 类型图像传感阵列中的全部像素行同时暴露在窄带基于LED的照明中；
图像捕捉和缓存子系统，用来捕捉和缓存被照物体的数字图像，而不 依赖于所述条形码符号读取装置和被照物体间的相对移动；
基于图像处理的条形码符号读取子系统，用来处理被所述图像捕捉和 缓存子系统所捕捉和缓存的数字图像，并读取其中以图形表示的1D和2D 条形码符号；以及
系统控制子系统，用于控制和协调所述子系统的工作。
22、如权利要求21的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置， 该装置还包括：输入/输出子系统，用于输出被处理的图像数据到外部主 系统或其它的信息接收或响应装置。
23、如权利要求21的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置， 其中所述LED照明阵列包括两组安装在所述透光面板顶部和底部的没有镜 头的LED光源。
24、如权利要求23的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置， 其中所述LED照明阵列还包括两组安装在所述透光面板顶部和底部的具有 球面镜头的LED光源。
25、如权利要求21的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置， 其中所述物体检测场是基于IR的物体存在检测场，并且其中该基于IR的 物体存在检测场在所述工作范围的实部空间上覆盖该视场。
26、一种具有工作范围的基于数字成像的条形码符号读取系统，包括：
图像形成和检测子系统，具有用于产生被成像物体上的视场的图像形 成光学装置和CMOS域类型图像传感阵列，该图像传感阵列用来在图像传 感阵列上所有行被激活的图像捕捉模式中检测在照明操作过程中物体反 射的成像光，并且当所述CMOS域类型图像传感阵列中所有像素行都处于 积分操作状态时，自动产生第一控制激活信号；
基于LED的照明子系统，用于在所述图像捕捉模式下从LED照明阵列 在所述视场中自动产生窄带照明场，从而当环境光的所有其他成分被基本 排除时只有(i)从所述基于LED的照明子系统发射的、(ii)该被照物体 反射/散射的、和(iii)通过所述CMOS域类型图像传感阵列前设置的窄 带透过型光学滤波子系统透过的窄带照明光可以被CMOS域类型图像传感 阵列检测到；
自动物体存在检测子系统，用于自动产生在工作范围实部空间上覆盖 视场的物体检测场，并在所述物体检测场内自动检测物体的存在并响应地 产生第二控制激活信号；
自动曝光测量和照明控制子系统，其用于自动测量入射在所述视场中 部上的曝光量，并在物体照明和成像过程中控制所述LED照明阵列的工作， 以便以精确方式驱动所述LED照明阵列，从而仅当CMOS域类型图像传感 阵列中全部像素行都处于积分状态并具有共同的积分时间时，使CMOS域 类型图像传感阵列中全部像素行同时暴露在所述窄带照明中，
其中所述CMOS域类型图像传感阵列暴露在所述窄带照明光中的持续 时间由所述自动曝光测量和照明控制子系统管理的，该自动曝光测量和照 明控制子系统控制所述LED照明阵列产生所述窄带照明场的时间以作为对 所述第一和第二控制激活信号的产生的响应；
图像捕捉和缓存子系统，用来捕捉和缓存被照物体的数字图像，而不 依赖于所述系统和被照物体间的相对移动；
基于图像处理的条形码符号读取子系统，用来处理被所述图像捕捉和 缓存子系统所捕捉和缓存的数字图像，并读取其中以图形表示的1D和2D 条形码符号；
系统控制子系统，用于控制和协调所述子系统的工作；以及
外壳，包括所述子系统，并具有带有成像窗口的透光面板，通过该透 光面板所述视场延伸，所述窄带照明光被投射，并且所述物体反射和散射 的窄带照明光被再次传输到所述CMOS域类型图像传感阵列。
27、如权利要求26的基于数字成像的条形码符号读取系统，其中所 述LED照明阵列包括两组安装在所述透光面板顶部和底部的没有镜头的 LED光源。
28、如权利要求27的基于数字成像的条形码符号读取系统，其中所 述LED照明阵列还包括两组安装在所述透光面板顶部和底部的具有球面镜 头的LED光源。
29、如权利要求26的基于数字成像的条形码符号读取系统，还包括： 输入/输出子系统，用于输出被处理的图像数据到外部主系统或其它的信 息接收或响应装置。
30、如权利要求29的基于数字成像的条形码符号读取系统，其中所 述物体检测场是基于IR的物体检测场，并且其中该基于IR的物体检测场 和所述视场是沿所述系统的工作距离的实部在空间上覆盖该视场的场。
31、如权利要求29的基于数字成像的条形码符号读取系统，其中所 述自动物体存在检测子系统还包括：用于在所述物体检测场的近部或远部 检测被检测物体的范围的装置，并且所述第二控制激活信号包括：(i)表 示被检测的物体在所述物体检测场的近部内被检测的第一类型第二控制 激活信号，和(ii)表示被检测的物体在所述物体检测场的远部被检测的 第二类型第二控制激活信号。
32、如权利要求31的基于数字成像的条形码符号读取系统，其中所 述LED照明阵列包括：第一LED照明阵列，其用于在所述物体检测场的近 部内产生窄带照明场，和第二LED照明阵列，其用于在所述物体检测场的 远部内产生窄带照明场；并且
其中所述自动曝光测量和照明控制子系统响应所述第一控制激活信 号和第一和第二类型的第二控制激活信号以自动地驱动第一或第二LED照 明阵列之一，以便所述CMOS域类型图像传感阵列从所述第一或第二基于 LED的照明阵列暴露在窄带照明光的持续时间通过控制基于LED的照明阵 列产生响应所述第一和第二控制激活信号的窄带照明光的时间来管理。
33、如权利要求26的基于数字成像的条形码符号读取系统，其中所 述外壳为手持式。
34、如权利要求26的基于数字成像的条形码符号读取系统，其中所 述外壳为工作台支撑式。
技术领域
本发明涉及手持式、便携域类型数字条形码阅读器，具有阅读一维 (1D)和二维(2D)条形码符号以及其它图形编码智能形式的数字图像处 理的多种模式。
背景技术
自动识别产业的状态可以从以下几个方面理解：(i)在该产业中发展 并被采用的条形码符号的不同种类；(ii)被发展并且用来阅读在不同用 户环境下的这些条形码符号的设备种类。
通常，有三类主要的条形码符号，即：一维(1D)条形码符号，如 UPC/EAN，码39等；行排式1维条形码符号，如码49、PDF417等；二维 (2D)数据矩阵符号。
一维光学条形码阅读器在本领域中非常著名。此类阅读器的例子包括 计量仪器有限公司生产的Metrologic Voyager系列激光扫描器的阅读 器。这种阅读器包括处理电路，能阅读广泛应用于超市的一维(1D)线性条 形码符号，如UPC/EAN码，码39等。这种一维线性符号的特征在于数据 以条宽和空宽沿着单轴编码，因此假设符号沿着这个轴以足够高的分辨率 成像，那么这种符号可以从沿着这个轴的单次扫描中读出。
为了允许在单条形码符号中编码大量的数据，许多的行排式1D条形 码符号被开发，包括：如在美国专利号4,794,239(Allais)中所描述的码 49；和在美国专利号5,340,786(Pavlidis，等人)中所描述的PDF417。 行排式符号将编码数据分割成多行，每行包括各自的1D条形码模式，其 中所有或者大多数必须被扫描和解码，然后链接在一起形成一个完整的信 息。扫描仅在一维仍然需要相对较高的分辨率，但是需要多线扫描来读出 整个符号。
条形码符号的第三类，被称为2D矩阵符号，提供无方向扫描以及比 1D符号更大的数据密度和容量。在2D矩阵码中，数据在一个规则多边矩 阵内被编码为暗或亮数据单元，伴有图形搜寻器，定向及查询结构。当扫 描2D矩阵码时，数据单元的水平和垂直关系用大约相同的分辨率记录。
为了避免不得不使用不同种类的光学阅读器来读出这些不同种类的 条形码符号，就需要有一种可以可互换地且自动地读出这些种类中任一 种，包括它们各种子类的符号的光学阅读器。尤其地，需要一种可读出所 有上述三种类型的条形码符号的，无需人为干涉的即自动的光学阅读器。 这是时机，要求阅读器能仅基于从符号本身读取的信息自动地辨识和解码 条形码符号。拥有这种能力的阅读器被称为“自动辨识”或有“自动辨识” 能力。
如果自动辨识阅读器仅可以读出1D条形码符号(包括它们各种子类)， 就可被认为有1D自动辨识能力。类似地，如果它仅可以读出2D条形码符 号，可被认为有2D自动辨识能力。如果它可互换地读出1D和2D条形码 符号，可被认为有1D/2D自动辨识能力。然而，阅读器常常被认为有1D/2D 自动辨识能力，即使它不能辨识和解码行排式1D条形码符号。
能自动辨识1D的光学阅读器在本领域中非常著名。这种阅读器的一 个早期例子是由计量仪器有限公司制造的Metrologic’s VoyagerCG激 光扫描器。
能自动辨识1D/2D并且基于使用异步移动1D图像传感器的光学阅读 器，尤其是手持式光学阅读器，在专利号5,288,985和5,354,977的美国 专利中进行了描述，其中请据此引为参考。这种类型的手持式阅读器的其 它例子，基于静态2D图像传感器的使用，描述在专利号为6,250,551、 5,932,862、5,932,741、5,942,741、5,929,418、5,914,476、5,831,254、 5,825,006、5,784,102的美国专利中，这些申请据此引为参考。
光学阅读器，无论是静止的或是移动类型的，通常以固定的扫描率操 作，这意味着阅读器被设计为在一个给定的时间内完成某一固定的扫描次 数。对1D阅读器来说这个扫描率的值通常在30和200扫描/秒之间。在 这种阅读器中，连续扫描的结果被按照它们发生的顺序解码。
基于成像的条形码符号阅读器有优于基于激光扫描的条形码符号阅 读器的大量优点，即：它们更适于读取行排式2D符号，如PDF417符号； 更适于读取矩阵式2D符号，如数据矩阵符号；更适于读取条形码，不管 它们的方向；有更低的制作成本；有在其它应用中使用的潜力，涉及或不 涉及条形码扫描，如OCR、安全系统等。
先有技术的基于成像的条形码符号阅读器具有大量另外的缺点。
大多数先有技术的手持光学读取装置能通过从条形码编程菜单读条 形码或通过在专利号为5,929,418的美国专利中所教导的本地主机处理器 的使用被重编程。然而，在配置到终端用户应用环境之前，这些装置在业 内外通常被限制在已经设计好的模式下操作，。因此，这种先有技术的基 于成像的条形码阅读系统的静态配置特征限制了它们的性能。
具有完整的照明子系统的先有技术的基于成像的条形码符号阅读器 也支持相对较短范围的光学景深。这限制了这种系统读大或高密度条形码 标签的能力。
先有技术的基于成像的条形码符号阅读器通常需要单独的设备来产 生可见瞄准光束，来帮助用户将摄像机的视场瞄准到特定目标物体的条形 码标签。
先有技术的基于成像的条形码符号阅读器通常需要获取条形码符号 图像数据的多个帧，以及用来同步解码过程和这种阅读器中图像捕捉过程 的特殊设备，正如在转让给Welch Allyn有限公司的美国专利号为 5,932,862和5,942,741中所需要的阅读器。
先有技术的基于成像的条形码符号阅读器通常在图像捕捉操作中需 要大的LED阵列来照亮可能存在条形码符号的视野，这时常浪费大量电力， 这些电力在便携式或移动式基于成像的阅读器中是很重要的。
先有技术的基于成像的条形码符号阅读器通常需要处理捕捉图像的 整个像素数据集，来发现并且解码其中存在的条形码符号。另一方面，某 些先有技术成像系统使用传统的CMOS图像传感器中固有的可编程的(像 素)视窗特征来捕捉部分图像帧以减少像素数据集处理并且享有图像处理 速度和成像系统性能的改进。
很多先有技术的基于成像的条形码符号阅读器也需要使用解码算法， 通过发现和分析其中存在的2D条形码符号的代码字来寻找捕捉的图像内 条形码单元的方向。
某些先有技术的基于成像的条形码符号阅读器通常需要使用手动触 发器来启动图像捕捉和它的处理周期。
先有技术的基于成像的条形码符号阅读器通常需要单独的光源，产生 可见瞄准光束和产生用来照亮条形码阅读器视野的可见照明光束。
先有技术的基于成像的条形码符号阅读器通常应用在单独的图像捕 捉和处理周期内，和单独的解码存在于捕捉的图像内的条形码符号的解码 方法。
某些先有技术的基于成像的条形码符号阅读器需要与图像检测阵列 集成的曝光控制电路，来测量在其已选择部分上的曝光级别。
另外，很多基于成像的阅读器也需要捕捉的图像的处理部分来检测其 图像亮度和确定在系统图像检测部分的反射光级别，其后，控制基于LED 光源来达到需要的在图像检测器的图像曝光级别。
先有技术使用集成照明机制的基于成像条形码符号阅读器通过控制 图像传感设备暴露在从成像物体反射的光的时间来控制图像亮度和对比 度。虽然这种方法已经为基于CCD条形码扫描仪所证明，但是，对于需要 更复杂模板机制的基于CMOS图像传感设备并不适用，导致复杂度增加， 可靠性减少并且最终导致更昂贵的条形码扫描系统。
先有技术基于成像条形码符号阅读器通常需要使用标签和条形码菜 单来管理，其解码算法用在任何一种通过从条形码菜单读取条形码符号来 编程的具体系统操作模式内。
最后，由于先有技术基于成像条形码符号阅读器在机械、电学、光学 和软件设计方面的局限性，这种先有技术阅读器通常(i)不能使用户使用 简单的基于激光扫描的条形码符号阅读器读高密度1D条形码和2D符号， 如PDF417和数据矩阵，并且(ii)不能用在OCR和OCV、安全应用等。
因此，本领域迫切需要一种使用避免先有技术方法和装置缺点的图像 捕捉和处理技术的读取条形码符号的改进方法和装置。
通常，有三类主要的条形码符号，即：一维(1D)条形码符号，如 UPC/EAN，码39等；行排式1维条形码符号，如码49、PDF417等；二维 (2D)数据矩阵符号。
一维光学条形码阅读器在本领域中非常著名。此类阅读器的例子包括 计量仪器有限公司生产的Metrologic Voyager系列激光扫描器的阅读 器。这种阅读器包括处理电路，能阅读广泛应用于超市的一维(1D)线性条 形码符号，如UPC/EAN码，码39等。这种一维线性符号的特征在于数据 以条宽和空宽沿着单轴编码，因此假设符号沿着这个轴以足够高的分辨率 成像，那么这种符号可以从沿着这个轴的单次扫描中读出。
为了允许在单条形码符号中编码大量的数据，许多的行排式1D条形 码符号被开发，包括：如在美国专利号4,794,239(Allais)中所描述的码 49；和在美国专利号5,340,786(Pavlidis，等人)中所描述的PDF417。 行排式符号将编码数据分割成多行，每行包括各自的1D条形码模式，其 中所有或者大多数必须被扫描和解码，然后链接在一起形成一个完整的信 息。扫描仅在一维仍然需要相对较高的分辨率，但是需要多线扫描来读出 整个符号。
条形码符号的第三类，被称为2D矩阵符号，提供无方向扫描以及比 1D符号更大的数据密度和容量。在2D矩阵码中，数据在一个规则多边矩 阵内被编码为暗或亮数据单元，伴有图形搜寻器，定向及查询结构。当扫 描2D矩阵码时，数据单元的水平和垂直关系用大约相同的分辨率记录。
为了避免不得不使用不同种类的光学阅读器来读出这些不同种类的 条形码符号，就需要有一种可以可互换地且自动地读出这些种类中任一 种，包括它们各种子类的符号的光学阅读器。尤其地，需要一种可读出所 有上述三种类型的条形码符号的，无需人为干涉的即自动的光学阅读器。 这是时机，要求阅读器能仅基于从符号本身读取的信息自动地辨识和解码 条形码符号。拥有这种能力的阅读器被称为“自动辨识”或有“自动辨识” 能力。
如果自动辨识阅读器仅可以读出1D条形码符号(包括它们各种子类)， 就可被认为有1D自动辨识能力。类似地，如果它仅可以读出2D条形码符 号，可被认为有2D自动辨识能力。如果它可互换地读出1D和2D条形码 符号，可被认为有1D/2D自动辨识能力。然而，阅读器常常被认为有1D/2D 自动辨识能力，即使它不能辨识和解码行排式1D条形码符号。
能自动辨识1D的光学阅读器在本领域中非常著名。这种阅读器的一 个早期例子是由计量仪器有限公司制造的Metrologic’s VoyagerCG激 光扫描器。
能自动辨识1D/2D并且基于使用异步移动1D图像传感器的光学阅读 器，尤其是手持式光学阅读器，在专利号5,288,985和5,354,977的美国 专利中进行了描述，其中请据此引为参考。这种类型的手持式阅读器的其 它例子，基于静态2D图像传感器的使用，描述在专利号为6,250,551、 5,932,862、5,932,741、5,942,741、5,929,418、5,914,476、5,831,254、 5,825,006、5,784,102的美国专利中，这些申请据此引为参考。
光学阅读器，无论是静止的或是移动类型的，通常以固定的扫描率操 作，这意味着阅读器被设计为在一个给定的时间内完成某一固定的扫描次 数。对1D阅读器来说这个扫描率的值通常在30和200扫描/秒之间。在 这种阅读器中，连续扫描的结果被按照它们发生的顺序解码。
基于成像的条形码符号阅读器有优于基于激光扫描的条形码符号阅 读器的大量优点，即：它们更适于读取行排式2D符号，如PDF417符号； 更适于读取矩阵式2D符号，如数据矩阵符号；更适于读取条形码，不管 它们的方向；有更低的制作成本；有在其它应用中使用的潜力，涉及或不 涉及条形码扫描，如OCR、安全系统等。
先有技术的基于成像的条形码符号阅读器具有大量另外的缺点。
大多数先有技术的手持光学读取装置能通过从条形码编程菜单读条 形码或通过在专利号为5,929,418的美国专利中所教导的本地主机处理器 的使用被重编程。然而，在配置到终端用户应用环境之前，这些装置在业 内外通常被限制在已经设计好的模式下操作，。因此，这种先有技术的基 于成像的条形码阅读系统的静态配置特征限制了它们的性能。
具有完整的照明子系统的先有技术的基于成像的条形码符号阅读器 也支持相对较短范围的光学景深。这限制了这种系统读大或高密度条形码 标签的能力。
先有技术的基于成像的条形码符号阅读器通常需要单独的设备来产 生可见瞄准光束，来帮助用户将摄像机的视场瞄准到特定目标物体的条形 码标签。
先有技术的基于成像的条形码符号阅读器通常需要获取条形码符号 图像数据的多个帧，以及用来同步解码过程和这种阅读器中图像捕捉过程 的特殊设备，正如在转让给Welch Allyn有限公司的美国专利号为 5,932,862和5,942,741中所需要的阅读器。
先有技术的基于成像的条形码符号阅读器通常在图像捕捉操作中需 要大的LED阵列来照亮可能存在条形码符号的视野，这时常浪费大量电力， 这些电力在便携式或移动式基于成像的阅读器中是很重要的。
先有技术的基于成像的条形码符号阅读器通常需要处理捕捉图像的 整个像素数据集，来发现并且解码其中存在的条形码符号。另一方面，某 些先有技术成像系统使用传统的CMOS图像传感器中固有的可编程的(像 素)视窗特征来捕捉部分图像帧以减少像素数据集处理并且享有图像处理 速度和成像系统性能的改进。
很多先有技术的基于成像的条形码符号阅读器也需要使用解码算法， 通过发现和分析其中存在的2D条形码符号的代码字来寻找捕捉的图像内 条形码单元的方向。
某些先有技术的基于成像的条形码符号阅读器通常需要使用手动触 发器来启动图像捕捉和它的处理周期。
先有技术的基于成像的条形码符号阅读器通常需要单独的光源，产生 可见瞄准光束和产生用来照亮条形码阅读器视野的可见照明光束。
先有技术的基于成像的条形码符号阅读器通常应用在单独的图像捕 捉和处理周期内，和单独的解码存在于捕捉的图像内的条形码符号的解码 方法。
某些先有技术的基于成像的条形码符号阅读器需要与图像检测阵列 集成的曝光控制电路，来测量在其已选择部分上的曝光级别。
另外，很多基于成像的阅读器也需要捕捉的图像的处理部分来检测其 图像亮度和确定在系统图像检测部分的反射光级别，其后，控制基于LED 光源来达到需要的在图像检测器的图像曝光级别。
先有技术使用集成照明机制的基于成像条形码符号阅读器通过控制 图像传感设备暴露在从成像物体反射的光的时间来控制图像亮度和对比 度。虽然这种方法已经为基于CCD条形码扫描仪所证明，但是，对于需要 更复杂模板机制的基于CMOS图像传感设备并不适用，导致复杂度增加， 可靠性减少并且最终导致更昂贵的条形码扫描系统。
先有技术基于成像条形码符号阅读器通常需要使用标签和条形码菜 单来管理，其解码算法用在任何一种通过从条形码菜单读取条形码符号来 编程的具体系统操作模式内。
最后，由于先有技术基于成像条形码符号阅读器在机械、电学、光学 和软件设计方面的局限性，这种先有技术阅读器通常(i)不能使用户使用 简单的基于激光扫描的条形码符号阅读器读高密度1D条形码和2D符号， 如PDF417和数据矩阵，并且(ii)不能用在OCR和OCV、安全应用等。
因此，本领域迫切需要一种使用避免先有技术方法和装置缺点的图像 捕捉和处理技术的读取条形码符号的改进方法和装置。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提供一种新颖的方法和装置，使用基于图 像捕捉和处理的系统和设备能读取1D和2D条形码符号，避免了现有技术 的方法和装置的缺点。
本发明的另一个目的是提供一种新颖的手持式基于数字成像的条形 码符号阅读器，通过使用达到最新技术发展水平的成像技术和传统激光扫 描条形码符号阅读器达到的速度和可靠性，能够自动阅读1D和2D条形码 符号。
本发明的另一个目的是提供一种新颖的手持式的基于数字成像的条 形码符号阅读器，能够阅读行排式2D符号，如PDF417和数据矩阵。
本发明的另一个目的是提供一种新颖的手持式的基于数字成像的条 形码符号阅读器，能够阅读条形码，而不依赖于条形码相对于阅读器的方 向。
本发明的另一个目的是提供一种新颖的手持式的基于数字成像的条 形码符号阅读器，利用可用于其它应用中的结构，这些应用可能涉及或不 涉及条形码扫描，如OCR、OCV、安全系统等。
本发明的另一个目的是提供一种新颖的手持式的基于数字成像条形 码符号阅读器，能和“飞点(flying-spot)”类激光扫描仪一样简单、高 效地读高密度条形码。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，能以终端用户使用传统激光扫描条形码符号阅读器一样方便的方式读 1D和2D条形码符号。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式条形码符号读取子系统 的手持式基于成像的条形码符号阅读器，其能根据对捕捉的图像执行的实 时处理操作动态重新配置。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像条形码符号阅读器， 具有集成的基于LED的多模式照明子系统，用来产生可见窄域照明光束来 瞄准到目标物体并且在系统的窄域图像捕捉模式下照亮与之对准的1D条 形码符号，之后在系统的宽域图像捕捉模式下照亮目标物体上任意方向的 1D或2D条形码符号。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，使用集成多模式照明子系统，其产生可见窄域照明光束用来瞄准到目 标物体，然后照亮与之对准的1D条形码符号，捕捉其图像，之后产生宽 域照明光束用来照亮物体上的1D或2D条形码符号并且捕捉其图像以及对 其进行处理来读取存其中的条形码。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，在条形码符号成像操作中，使用自动的物体存在和范围检测来控制近 场和远场广域照明光束的生成。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，采用了使用全局曝光控制技术的CMOS类型图像传感阵列。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，使用具有在其手持式外壳内集成的带通光学滤光器子系统的CMOS类 型图像传感阵列，只允许来自多模式照明子系统的窄带照明以曝光CMOS 图像传感阵列。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的自动辨识1D/2D条 形码符号阅读器，使用基于多模式图像处理的条形码符号读取子系统，在 条形码阅读操作中响应实时图像分析进行动态重配置。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，使用连续工作自动曝光测量和照明控制子系统。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，使用多模式的基于LED的照明子系统。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，具有1D/2D自动辨识能力。
本发明的另一个目的是提供一种方法，该方法在既有窄域又有宽域图 像捕捉操作模式的基于成像的条形码符号阅读器中，执行自动辨识1D/2D 条形码符号。
本发明的另一个目的是提供一种设备的方法，在基于成像的条形码符 号阅读器内处理捕捉的图像，以读取(即识别)其内图形表示的条形码符 号。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，采用对捕捉的物体的2D图像螺旋扫描特征提取分析，从其中心索引。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，采用以外向方式对捕捉的具有1D条形码符号的物体的窄域图像应用 的简单图像处理操作。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，采用具有远场和近场照明阵列的集成的基于LED的多模式照明子系统， 该阵列易受控于控制信号，该控制信号是由在系统操作的第一模式期间基 于IR的物体存在和范围检测子系统和在系统操作的第二模式期间的系统 控制子系统产生的。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 系统，采用由易受控于控制激活信号的自动曝光测量和照明控制子系统驱 动的集成的基于LED的多模式照明子系统，该控制激活信号在物体照明和 图像捕捉操作中，由CMOS图像传感阵列和基于IR物的体存在和范围检测 子系统产生。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，使用CMOS图像传感阵列，该阵列激活LED照明驱动电路来使目标物 体暴露在窄调谐的基于LED的照明中，当在所述CMOS图像传感阵列中所 有像素行处在结合的状态时，独立于该条形码阅读器和目标物体间的相对 运动来捕捉高质量图像。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 系统，其中窄带照明在它的CMOS图像传感阵列上的曝光时间通过使用控 制信号控制基于LED照明阵列的照明时间来管理，该控制信号在通过带通 光学滤光器子系统控制其上的窄带照明中，由自动曝光测量和照明控制子 系统以及CMOS图像传感阵列产生。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号读取 系统，采用通过控制照明子系统照亮目标物体的时间来控制图像亮度和对 比度的机制，因此，避免为其内采用的基于CMOS图像传感阵列提供复杂 模板机制的需要。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，使用多模式图像处理条形码符号读取子系统，其在单条形码符号阅读 周期内自动转换其阅读模式，并且在各个阅读模式中应用大量不同的条形 码符号解码算法。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，其中多模式图像处理符号读取子系统具有操作第一多阅读(如：全扫 描/特定ROI)模式，用于高速方式下的适应性处理和解码一个捕捉的高分 辨率图像，适用于适应的学习技术。
本发明的另一个目的是提供这样一种手持式基于成像的条形码符号 阅读器，其带有具有第一多阅读(如：全扫描/特定ROI)操作模式的多模 式图像处理条形码符号读取子系统，其中如果在全扫描操作模式下，与 PDF417条形码符号相关联的编码段在捕捉的(窄或宽)区域图像的ROI 内被检测到，但是其处理并不成功，于是多模式图像处理符号读取子系统 将自动地(i)进入其上述的特定ROI工作模式，然后(ii)在全扫描操作模 式下，在由特征向量分析获得的ROI坐标确定的ROI上，立即开始处理捕 捉的图像。
本发明的另一个目的是提供这样一种手持式基于成像的条形码符号 阅读器，其带有具有第一多阅读(如：全扫描/特定ROI)操作模式的多模 式图像处理条形码符号读取子系统，其提供全扫描操作模式从而开始并随 时快速阅读出现在捕捉图像中的1D条形码符号和各种2D条形码符号，并 且只要PDF417符号被检测到(通过其编码段)，本发明的多模式条形码符 号读取子系统就能自动转换(不工作的)到其特定ROI操作模式从而以特 定ROI来立即处理高分辨率图像数据(在该特定ROI上条形码符号出现具 有的高可能性)。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，其中它的多模式图像处理符号读取子系统具有第二多阅读(如：无探 测器/特定ROI)操作模式，用于在高速方式下适应性处理捕捉的高分辨率 图像，适用于适应性学习技术
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，其中多模式图像处理符号读取子系统有第二多阅读(如：无探测器/ 特定ROI)操作模式，并且其中如果在无探测器操作模式期间，与PDF417 条形码符号相关联的编码段在捕捉的宽域图像内被检测到，但是其解码处 理并不成功，那么多模式图像处理符号读取子系统将自动地(i)进入其上 述特定ROI操作模式，然后(ii)以y坐标确定的ROI来立即开始处理捕 捉的宽域图像，这对应无探测器操作模式期间处理的宽域图像。
本发明的另一个目的是提供这样一种手持式基于成像的条形码符号 阅读器，其中它的多模式图像处理符号读取子系统具有第二多阅读(如： 无探测器/特定ROI)操作模式，并且其中无探测器模式能快速读出随时出 现在条形码符号阅读器中的1D条形码符号，并且只要遇到2D(如：PDF417) 符号，条形码符号阅读器能自动将它的阅读方法转换到特定ROI模式并且 使用从在无探测器模式期间处理的窄(或宽)域图像中收集的特征，以便 在捕捉的宽域图像帧中立刻处理特定的ROI，其上条形码符号出现具有高 可能性，并且在高目标的方式下执行。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，其中多模式图像处理条形码读取子系统具有第三多阅读(如：无探测 器/全扫描/特定ROI)操作模式，用于在高速方式下适应性处理捕捉的高 分辨率图像，适用于适应性学习技术。
本发明的另一个目的是提供这样一种手持式基于成像的条形码符号 阅读器，其中多模式图像处理符号读取子系统具有第三多阅读(如：无探 测器/全扫描/特定ROI)操作模式，并且其中如果在无探测器操作模式下， 与PDF417条形码符号相关联的编码段在被捕捉的窄域图像内被检测到， 但是其处理并不成功，那么图像形成和检测子系统(i)自动捕捉宽域图 像，当多模式图像处理符号读取子系统(ii)自动进入其上述的全扫描操作 模式，然后(iii)在若干平行的空间分离的(如：50像素)虚拟扫描线上， 从无探测器操作模式期间处理的窄域图像中检测到的编码段的x和/或y 坐标确定的起始像素和起始角度开始，立刻开始处理捕捉的宽域图像，； 并且，如果全扫描模式没有成功读出ROI内的条形码符号，那么多模式图 像处理符号读取子系统(i)自动进入其上述的特定ROI操作模式，然后(ii) 以与在全扫描操作模式期间处理的宽域图像中检测到的编码段相对应的 x，y坐标所确定的ROI来立即开始处理被捕捉的宽域图像。。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，其中多模式图像处理符号读取子系统具有第三多阅读(如：无探测器 /全扫描/特定ROI)操作模式，并且其中无探测器模式能很快的得到1D 条形码符号，无论何时它们出现在条形码符号阅读器中，并且只要遇到2D 符号，条形码符号阅读器能自动将它的读取方法转换到全扫描模式，在处 理过的图像数据上收集特征，如果这种读取方法不成功，那么条形码阅读 器能自动将其读取方法转换到特定ROI模式并且使用在全扫描模式中收集 的特征来立刻处理在捕捉的宽域图像帧中的特定ROI，其上条形码符号出 现具有高可能性，并且在高目标的方式下执行。
本发明的一个另目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，其具有集成多模式照明子系统，该子系统支持比传统基于成像的条形 码符号阅读器大的光学景深。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，其对于13.5mil条形码符号具有约为0mm到200mm(面对8″)的景深 (DOF)，其中分辨率作为物距的函数而变化，它能解码某处的5mil编码， 它的光学能解决某处的4mil编码，且它有一个45°的视场。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式基于图像处理条形码符 号读取子系统的基于成像的条形码符号阅读器，其使用一套特征并建立一 个特征向量来确定可能含有条形码的兴趣区。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式基于图像处理条形码符 号读取子系统的基于成像的条形码符号阅读器，它使用多样的、适应性的 门限来确定和标识兴趣区(ROIs)。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式基于图像处理条形码符 号读取子系统的基于成像的条形码符号阅读器，其利用一些图像处理方法 来确定分级配置中的条形码方向。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式基于图像处理条形码符 号读取子系统的基于成像的条形码符号阅读器，其使用一些不同的扫描数 据过滤技术以产生条空计数。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式基于图像处理条形码符 号读取子系统的基于成像的条形码符号阅读器，其使用条形码和空拼接改 正透视和投影变换，并对已损坏的标签进行解码。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式基于图像处理条形码符 号读取子系统的基于成像的条形码符号阅读器，当一幅图像被逐渐得到 时，其使用图像数据的增量处理。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式基于图像处理条形码符 号读取子系统的基于成像的条形码符号阅读器，其使用低层直方图分析来 确定捕捉的图像中的亮点。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式基于图像处理条形码符 号读取子系统的基于成像的条形码符号阅读器，其全方向地检测所有1D 符号和PDF417。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式基于图像处理条形码符 号读取子系统的基于成像的条形码符号阅读器，其全方向地解码UPC/EAN， 1205，C128，C39，C93，CBR。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式基于图像处理条形码符 号读取子系统的基于成像的条形码符号阅读器，其使用低发生率的“错误 报告”。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式基于图像处理条形码符 号读取子系统的基于成像条形码符号阅读器，其对在快照操作模式下存储 在存储器中的图像起作用。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式基于图像处理条形码符 号读取子系统的基于成像的条形码符号阅读器，其对在增量操作模式下逐 渐获得的图像起作用。
本发明的另一个目的是提供一种有多模式基于图像处理条形码符号 读取子系统的基于成像条形码符号阅读器，其在捕捉的具有高分辨率的大 小为32768×32768像素的图片上操作。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像条形码符号阅读器， 使用简单，制作费用低廉，需要元件少，具有尽可能小的版型，不使用移 动元件(即：没有动态聚焦，没有摄像机移动)，使用所有的球面和普通 镜。
本发明的另一个目的是提供一种低成本、高分辨率基于成像的条形码 符号阅读器，用于全方面阅读规则的一维条形码和二维条形码，如PDF417 符号。
本发明的另一个目的是提供这样一种基于成像的条形码符号阅读器， 其旨在于在需要2D条形码阅读来确认时间或其它的便利店、加油站、便 捷超市和酒水商店中销售物品时使用。
本发明的另一个目的是提供一种改进的基于成像的条形码符号阅读 装置，用来集成不同种类信息捕捉和处理系统，如与基站有无线接口的条 形码驱动便携式数据终端(PDT)，反转自动贩卖机，零售条形码驱动亭等。
本发明的另一个目的是提供一种使用CMOS图像传感阵列在基于成像 的条形码符号阅读器中控制全局曝光的新颖的方法和设备。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码读取系统， 其应用一种新颖的在照明和成像操作中能够自动减少由镜面反射引起的 检测的数字图像中的噪音的照明方法。
本发明的另一个目的是提供一种新颖的用于生产一种复合的DOF图， 其完全从理论上刻画了使用在基于成像的条形码符号阅读器中图像构成 光学的景深(DOF)的系统及其方法。
本发明的另一个目的是提供一种手持式数字基于成像的条形码符号 阅读器，支持照明和图像捕捉的窄域和宽域模式。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，有多模式条形码符号图像处理器，其动态可重置以回应捕捉的图像上 实施的实时图像处理操作。
本发明的另一个目的是提供一种手持式半自动基于成像的条形码读 取系统，其中当多模式图像形成和检测(IFD)子系统捕捉其中的对准的 1D条形码符号的窄域图像时，基于LED的照明子系统自动在照明的窄域场 内照亮目标物体；当手动通过触发开关转换到宽域照明和图像捕捉模式 时，在多模式IFD子系统捕捉到其上任意方向的1D或2D码符号的宽域图 像时，基于LED的照明子系统在照明的宽域场内照亮目的物体，。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，使用多模式照明子系统，其在瞄准目标物体时进行窄域照明，在窄域 图像捕捉模式下照亮对准的1D条形码符号，在宽域图像捕捉模式下用宽 域照明照亮任意方向的1D和2D条形码符号。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号的阅 读器，其在条形码符号成像操作中使用自动物体存在和范围检测来控制近 场和远场宽域照明。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，使用全局曝光技术的CMOS类型图像传感器。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，使用带有集成在其手持式外壳内的带通滤光器子系统的CMOS类型图 像传感阵列。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的自动辨识1D/2D条 形码符号阅读器，使用多模式图像处理条形码符号读取子系统，该子系统 有多种根据实施图像分析自动调整的操作模式。
本发明的另一个目的是提供一种手持式多模式基于成像的条形码符 号阅读器，使用自动照明和曝光控制子系统，该子系统自动控制基于LED 的多模式照明子系统的操作以便被检测到的物体可以被充分的照亮，并且 在照明和成像操作中，通过多模式图像形成和检测子系统检测和形成被检 测到物体的高质量数字图像。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，使用三模式基于LED照明子系统。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，使用带有组合的图像处理体系结构的多模式基于图像处理的条形码读 取子系统。
本发明的另一个目的是提供一种在有窄域和宽域图像捕捉操作模式 的半自动手持式基于成像的条形码符号阅读器中对1D/2D条形码符号执行 自动辨识的方法。
本发明的另一个目的是提供一种在半自动手持式基于成像的条形码 符号阅读器内处理物体捕捉的数字图像，以便读取其中图形形式表现的1D 和/或2D条形码符号的装置及方法。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，从参考物体中心对其捕捉的数字图像进行螺旋扫描特征提取分析。
本发明的另一个目的是提供一种自动的手持式基于成像的条形码符 号阅读器，有基于图像处理的条形码读取子系统，该子系统应用以带有1D 条形码符号的物体的捕捉的窄域数字图像中心为参考点向外方式进行简 单解码图像处理操作。
本发明的另一个目的是提供一种基于数字成像的条形码符号读取系 统，使用有远场和近场LED照明阵列的基于LED多模式照明子系统，该阵 列由自动曝光测量和照明控制子系统驱动，响应性地控制由自动物体存在 和范围检测子系统产生的激活信号。
本发明的另一个目的是提供一种基于数字成像的条形码符号阅读器， 使用由自动曝光测量和控制子系统驱动的基于LED的照明子系统，响应性 地控制由域类型图像传感阵列和自动物体存在检测子系统在物体照明和 图像捕捉操作中产生的激活信号。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，使用自动曝光测量和照明控制子系统，该子系统控制LED照明驱动 电路仅当在CMOS图像传感阵列的几乎所有像素的列处于集成状态时将自 动检测到的物体暴露在窄带基于LED照明场内，从而捕捉高质量数字图像， 而不依赖于该条形码符号阅读器和物体间的相对运动。
本发明的另一个目的是提供一种基于数字成像的条形码符号读取系 统，其中CMOS图像传感阵列暴露在来自基于LED的照明阵列的窄带照明 的持续时间通过控制该基于LED的照明阵列产生的窄带照明的时间来管 理，响应控制由CMOS图像传感阵列和在该系统外的自动物体存在检测子 系统产生的激活信号。
本发明的另一个目的是提供一种具有一个子系统的手持式基于数字 成像的条形码符号读取系统，该子系统自动处理捕捉的数字图像，沿着一 组由若干像素偏移距离分隔开的平行的虚拟扫描线，其中该像素偏移距离 与含有条形码符号的捕捉的数字图像中的兴趣区(roi)的最大像素高度 成比例。
本发明的另一个目的是提供一种使用多模式图像处理符号读取子系 统的基于数字成像的条形码符号读取系统，该子系统在单条形码符号读取 周期中转换其读取模式，并且在各读取模式中，自动应用不同的基于图像 处理的条形码符号读取方法。
本发明的另一个目的是提供一种用于确定在基于成像的条形码符号 阅读器中解码分辨率的更低限制的方法和设备。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于数字成像的条形码符号 读取系统，使用一种智能照亮物体的方法，以便于产生其数字图像，该图 像完全摆脱在照明和成像操作中照明脱离该物体的镜面类型反射引起的 噪音。
本发明的另一个目的是提供一种在多层组合的软件平台上实现的手 持式的半自动的基于数字成像的条形码符号读取系统。
本发明的另一目的是提供一种基于数字成像的条形码符号驱动便携 式数据终端系统。
本发明的另一目的是提供一种手持式基于数字成像的条形码符号读 取系统，其中在每个成像周期，当其几乎所有的像素行完全处于集成状态 并有一个共同的集成时间时，一个像素数据的单帧被CMOS域类型图像传 感阵列自动检测到，然后像素数据被从该CMOS域类型图像传感阵列传送 到FIFO缓冲器，并接着被绘制到存储器为随后的图像处理。
本发明的另一个目的是提供一种在具有带有视场的图像传感阵列的 手持式成像器中和基于LED照明子系统中自动照明控制的方法，其中该方 法使用基于软件的图像照明计量程序，该程序涉及分析捕捉图像的空间密 度。
本发明的另一个目的是提供一种手持式的基于数字成像的条形 码符号阅读装置，其包含自动曝光测量和照明控制子系统以及基于软 件照明计量程序，来改进照明控制。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于数字图像处理的条 形码符号读取系统，使用图像裁切域(ICZ)帧和成像后捕捉裁切过 程。
本发明提供一种手持式基于数字成像的条形码符号读取装置，包 括：多模式的域类型图像形成和检测子系统，具有用来产生被成像物 体上的视场的图像形成光学装置和CMOS域类型图像传感阵列，该图 像传感阵列用来在图像传感阵列上的一些像素行被激活的图像捕捉 模式检测在照明操作过程中物体反射的成像光。具有基于LED照明阵 列的基于LED的照明子系统，用于在图像捕捉模式中生成在图像形成 和检测子系统视场范围内的窄带照明的场。自动物体存在检测子系 统，用于在图像形成和检测子系统的视场范围内生成物体检测场。自 动曝光测量和照明控制子系统，用于自动测量入射到视场中心处的曝 光量，并控制所述基于LED的多模式照明子系统的操作。图像捕捉和 缓存子系统，用于捕获和缓存被图像形成和检测子系统检测到的2-D 图像。基于图像处理的条形码符号读取子系统，用于处理被所述图像 捕捉和缓存子系统所捕获和缓存的图像并读取所表示的1-D和2-D条 形码符号。输入/输出子系统，用于输出被处理的图像数据及类似的 信息到外部主系统或其它的信息接收或响应装置。以及系统控制子系 统，用于激活和控制上述子系统部分。其中一旦所述CMOS域类型图 像传感阵列被所述的系统控制子系统激活，并且当所述CMOS域类型 图像传感阵列中的实际上所有行都处于积分状态时，所述系统控制子 系统会自动地激活所述自动曝光量测量和照明控制子系统，以便以精 确的方式来自动驱动与所述基于LED的照明子系统相结合的基于LED 的照明阵列，使得当所述CMOS域类型图像传感阵列中的所有像素行 处于积分状态并且具有共同的积分时间时，使所述CMOS域类型图像 传感阵列全部暴露于基于LED的照明中，从而激活所述图像捕捉和缓 存子系统来捕捉不依赖于所述手持式基于数字成像的条形码符号读 取装置和物体之间的相关运动的高质量的图像。
本发明还提供一种手持式基于数字成像的条形码符号读取装置， 其包括：手持式外壳；域类型图像形成和检测子系统，具有用于产生 被成像物体之上的视场的图像形成光学装置和CMOS域类型图像传感 阵列，该图像传感阵列用于在图像传感阵列上的像素行被激活图像捕 捉模式中检测在照明操作过程中物体反射的成像光；基于LED的照明 子系统，用于在图像捕捉模式中生成所述视场范围内窄带照明的窄和 宽域场，以便只有基于LED的可见照明光(i)从所述基于LED的照明 子系统发射的，(ii)从被照明物体散射的和(iii)从集成在手持式外 壳上的窄带传输类型的光学滤波子系统透过的，可以被所述CMOS域 类型图像传感阵列所检测，同时环境光的所有其它成分都被充分排 除；图像捕捉和缓存子系统，用于捕获和缓存被图像形成和检测子系 统检测到的2-D图像；基于图像处理的条形码符号读取子系统，用于 处理被所述图像捕捉和缓存子系统所捕获和缓存的图像并读取所表 示的1D和2D条形码符号；输入/输出子系统，用于输出被处理的图 像数据到外部主系统或其它的信息接收或响应装置；和系统控制子系 统，用于控制上述子系统；其中以精确的方式来驱动所述LED照明阵 列，使得仅当所述CMOS域类型图像检测阵列中的全部像素行都处于 积分状态并且具有共同的积分时间时，所述CMOS域类型图像检测阵 列被全部暴露于所述窄带基于LED的照明中。
本发明还提供一种具有工作范围的基于数字成像的条形码符号 读取装置，包括：图像形成和检测子系统，具有用来产生被成像物体 上的视场的图像形成光学装置和域类型图像传感阵列，该图像传感阵 列用来在域类型图像传感阵列上的所有行被激活的图像捕捉模式中 检测在照明操作过程中物体反射的成像光，并且当域类型图像传感阵 列上的所有像素行处于积分状态时，自动产生第一控制激活信号；基 于LED的照明子系统，用于在来自一LED照明阵列的视场内自动产生 基于LED的照明；自动物体存在和范围检测子系统，用于在所述装置 工作范围中自动产生空间上包围视场的实部的物体检测场，并在所述 视场内检测物体的存在并作为响应产生所述第二控制激活信号；自动 曝光测量和照明控制子系统，用于自动地测量入射到视场中部的曝光 量，并控制LED照明阵列的操作以作为对第一和第二控制激活信号产 生的响应，以便从所述LED照明阵列产生基于LED的照明并在物体照 明和图像捕捉工作期间照亮所述被检测的物体，从而以精确的方式来 驱动所述LED照明阵列，使得仅当所述域类型图像检测阵列中的全部 像素行都处于积分状态并且具有共同的积分时间时，所述域类型图像 检测阵列全部地暴露于所述窄带基于LED的照明中；图像捕捉和缓存 子系统，用来捕捉和缓存被照亮物体的数字图像；基于图像处理的条 形码符号读取子系统，用来处理被所述图像捕捉和缓存子系统所捕捉 和缓存的数字图像，并读取其中以图形表示的1D和2D条形码符号； 输入/输出子系统，用于输出被处理的图像数据到外部主系统或其它 的信息接收或响应装置；系统控制子系统，用于控制和协调所述子系 统的工作；以及外壳，包括所述子系统，并具有带有成像窗口的透光 面板，通过该透光面板所述视场延伸，所述基于LED的照明光被投射， 并且所述物体反射和散射的光被传输。
本发明还提供一种具有工作范围的手持式基于数字成像的条形 码符号读取装置，包括：具有带有成像窗口的透光面板的手持式外壳； 图像形成和检测子系统，具有(i)用于通过成像窗口产生被成像物 体上的视场的图像形成光学装置和(ii)CMOS域类型图像传感阵列， 用来在图像传感阵列上所有像素行被激活的图像捕捉模式中检测在 照明操作过程中物体反射的成像光，并且当所述CMOS域类型图像传 感阵列中所有像素行都处于积分操作状态时，自动产生第一控制激活 信号；基于LED的照明子系统，用于从LED照明阵列自动产生通过所 述成像窗口投射并进入视场的窄带基于LED的照明场；自动物体存在 检测子系统，用于自动产生在工作范围实部上空间覆盖视场的物体检 测场，并在所述物体检测场内自动检测物体的存在并响应地产生第二 控制激活信号；自动曝光测量和照明控制子系统，其具有(i)用于 自动测量入射在所述视场中部的曝光量的曝光测量电路，和(ii)用 于为响应第一和第二控制激活信号的产生，而控制所述LED照明阵列 工作的LED照明驱动电路，以便以精确方式驱动所述LED照明阵列， 从而仅当CMOS域类型图像传感阵列中全部像素行都处于积分状态并 具有共同的积分时间时，使CMOS域类型图像传感阵列全部暴露在窄 带基于LED的照明中；图像捕捉和缓存子系统，用来捕捉和缓存被照 物体的数字图像，而不依赖于所述条形码符号读取装置和被照物体间 的相对移动；基于图像处理的条形码符号读取子系统，用来处理被所 述图像捕捉和缓存子系统所捕捉和缓存的数字图像，并读取其中以图 形表示的1D和2D条形码符号；以及系统控制子系统，用于控制和协 调所述子系统的工作。
本发明提供一种具有工作范围的基于数字成像的条形码符号读 取系统，包括：图像形成和检测子系统，具有用于产生被成像物体上 的视场的图像形成光学装置和CMOS域类型图像传感阵列，该图像传 感阵列用来在图像传感阵列上所有行被激活的图像捕捉模式中检测 在照明操作过程中物体反射的成像光，并且当所述CMOS域类型图像 传感阵列中所有像素行都处于积分操作状态时，自动产生第一控制激 活信号；基于LED的照明子系统，用于在所述图像捕捉模式下从LED 照明阵列在所述视场中自动产生窄带照明场，从而当环境光的所有其 他成分被基本排除时只有(i)从所述基于LED的照明子系统发射的、 (ii)该被照物体反射/散射的、和(iii)通过所述CMOS域类型图 像传感阵列前设置的窄带透过型光学滤波子系统透过的窄带照明光 可以被CMOS域类型图像传感阵列检测到；自动物体存在检测子系统， 用于自动产生在工作范围实部空间上覆盖视场的物体检测场，并在所 述物体检测场内自动检测物体的存在并响应地产生第二控制激活信 号；自动曝光测量和照明控制子系统，其用于自动测量入射在所述视 场中部上的曝光量，并在物体照明和成像过程中控制所述LED照明阵 列的工作，以便以精确方式驱动所述LED照明阵列，从而仅当CMOS 域类型图像传感阵列中全部像素行都处于积分状态并具有共同的积 分时间时，使CMOS域类型图像传感阵列全部暴露在所述窄带照明中， 其中所述CMOS域类型图像传感阵列暴露在所述窄带照明光中的持续 时间由所述自动曝光测量和照明控制子系统管理的，该子系统控制所 述LED照明阵列产生所述窄带照明场的时间以作为对所述第一和第 二控制激活信号的产生的响应；图像捕捉和缓存子系统，用来捕捉和 缓存被照物体的数字图像，而不依赖于所述系统和被照物体间的相对 移动；基于图像处理的条形码符号读取子系统，用来处理被所述图像 捕捉和缓存子系统所捕捉和缓存的数字图像，并读取其中以图形表示 的1D和2D条形码符号；系统控制子系统，用于控制和协调所述子系 统的工作；以及外壳，包括所述子系统，并具有带有成像窗口的透光 面板，通过该透光面板所述视场延伸，所述窄带照明光被投射，并且 所述物体反射和散射的窄带照明光被再次传输到所述CMOS域类型图 像传感阵列。
本发明还提供一种手持式基于数字图像的条形码符号读取系统， 包括：手持式外壳；图像形成和检测子系统，其具有用于产生处于被 成像物体上的视场的图像形成光学装置和CMOS域类型图像传感阵 列，该CMOS域类型图像传感阵列用于在所述域类型图像传感阵列的 所有像素行被激活并且所述CMOS域类型图像传感阵列的所有像素行 处于积分状态且具有共同的积分时间的图像捕捉模式中自动检测物 体反射的成像窄带照明；基于LED的照明子系统，具有LED照明阵列， 用于在图像捕捉模式中自动产生所述FOV内的窄带照明场，以响应 激活控制信号的产生；自动曝光测量和照明控制子系统，用来自动测 量入射到所述视场中心部分的曝光量，和用来在物体照明和成像操作 过程中控制所述基于LED的照明子系统的操作；图像捕捉和缓存子系 统，用来自动捕捉和缓存被所述图像形成和检测子系统检测到的数字 图像的像素数据；其中，所述图像捕捉和缓存子系统包括：微处理器， 通过FPGA方式实现的先进先出(FIFO)缓存，具有用于缓存与所述 数字图像相关的单帧像素数据的可寻址存储器存储位置的SDRAM，和 可操作地将所述微处理器和所述SDRAM连接的系统总线；其中，所述 CMOS域类型图像传感阵列通过所述FIFO缓存可操作地与所述微处理 器连接；其中，在每一个数字图像捕捉循环过程中，所述单帧像素数 据的字节是自动映射到所述SDRAM的可寻址存储器存储位置的；基于 图像处理的条形码符号读取子系统，用来处理被所述图像捕捉和缓存 子系统所捕捉和缓存的所述数字图像并读取表示的1D和2D条形码符 号；输入/输出子系统，用于输出被处理的图像数据到外部主系统或 其它的信息接收或响应装置；和系统控制子系统，用于控制和协调所 述子系统。
本发明还提供一种手持式基于数字图像的条形码符号读取系统， 包括：手持式外壳；图像形成和检测子系统，其具有用于产生处于被 成像物体上的视场的图像形成光学装置和CMOS域类型图像传感阵 列，该CMOS域类型图像传感阵列用于在所述域类型图像传感阵列的 所有像素行被激活的图像捕捉模式中自动检测物体反射的成像窄带 照明光；基于LED的照明子系统，具有LED照明阵列，用于在图像捕 捉模式中自动产生所述FOV内的窄带照明场，以响应激活控制信号的 产生；自动曝光测量和照明控制子系统，用来自动测量入射到所述视 场中心部分的曝光量，和用来在物体照明和成像操作过程中控制所述 基于LED的照明子系统的操作；图像捕捉和缓存子系统，用来自动捕 捉和缓存被所述图像形成和检测子系统检测到的数字图像的像素数 据；其中，所述图像捕捉和缓存子系统包括：微处理器，通过FPGA 方式实现的先进先出(FIFO)缓存，具有用于缓存与所述数字图像相 关的单帧像素数据的可寻址存储器存储位置的SDRAM，和可操作地将 所述微处理器和所述SDRAM连接的系统总线；其中，所述CMOS域类 型图像传感阵列通过所述FIFO缓存可操作地与所述微处理器连接； 其中，在每一个数字图像捕捉循环过程中，所述单帧像素数据的的字 节自动映射到所述SDRAM的可寻址存储器存储位置；基于图像处理的 条形码符号读取子系统，用来处理被所述图像捕捉和缓存子系统所捕 捉和缓存的所述数字图像并读取表示的1D和2D条形码符号；输入/ 输出子系统，用于输出被处理的图像数据到外部主系统或其它的信息 接收或响应装置；和系统控制子系统，用于控制和协调所述子系统。
本发明提供一种手持式基于数字图像的条形码符号读取装置，支 持照明和图像捕捉的窄域和宽域模式，所述手持式基于数字图像的条 形码符号读取装置包括：具有光发射孔的手持式外壳；多模式域类型 图像形成和检测子系统，其具有用于产生处于被成像物体上的视场 (FOV)的图像形成光学装置和域类型图像传感阵列，该域类型图像 传感阵列用于在所述图像传感阵列上的一些中间像素行被激活的(i) 窄域图像捕捉模式或者所述域类型图像传感阵列上的多数或所有行 被激活的(ii)宽域图像捕捉模式中检测在照明操作过程中物体反射 的成像光；多模式的基于LED的照明子系统，用于分别在窄域和宽域 图像捕捉模式中在所述图像形成和检测子系统的所述视场内产生窄 域和宽域窄带LED照明的场；图像捕捉和缓存子系统，用来捕捉和缓 存被所述图像形成和检测子系统检测到的2-D图像；基于图像处理的 条形码符号读取子系统，用来处理被所述图像捕捉和缓存子系统所捕 捉和缓存的图像并读取表示的1-D和2-D条形码符号；输入/输出子 系统，用于输出被处理的图像数据到外部主系统或其它的信息接收或 响应装置；系统控制子系统，用于控制和协调多个所述子系统。
本发明还提供一种手持式基于数字图像的条形码符号读取装置， 支持照明和图像捕捉的窄域和宽域模式，所述手持式基于数字图像的 条形码符号读取装置包括：手持式外壳；多模式域类型图像形成和检 测子系统，其具有用于产生处于被成像物体上的视场的图像形成光学 装置和域类型图像传感阵列，该域类型图像传感阵列用于在所述图像 传感阵列上的一些中间像素行被激活的(i)窄域图像捕捉模式或者 所述域类型图像传感阵列上的多数或所有的行被激活的(ii)宽域图 像捕捉模式中检测在照明操作过程中物体反射的成像光；多模式的基 于LED的照明子系统，用于分别在窄域和宽域图像捕捉模式中在所述 图像形成和检测子系统的视场(FOV)内产生窄域和宽域的窄带照明 的场；图像捕捉和缓存子系统，用来捕捉和缓存被所述图像形成和检 测子系统检测到的2-D图像；基于图像处理的条形码符号读取子系 统，用来自动处理被所述图像捕捉和缓存子系统所捕捉和缓存的图像 并读取在所述捕捉的图像中表示的1D和2D条形码符号；基于IR的 物体存在检测子系统，用来在图像形成和检测子系统的视场内产生基 于IR的物体检测场；和手动触发器，用来产生所述系统内的触发事 件；和系统控制子系统，用于控制和协调所述根据被控子系统操作方 法的每一个所述子系统部件；其中，一旦自动检测所述基于IR的物 体检测场内的物体，所述基于IR的物体存在检测子系统自动产生物 体检测事件并且对其响应，所述多模式基于LED的照明子系统自动地 产生所述图像形成和检测子系统的FOV内的窄带照明的窄域场；和
(A)其中，一旦通过用户按下所述手动触发器而产生所述触发 事件，以下的操作就自动执行：(i)在所述多模式图像形成和检测子 系统的所述窄域图像捕捉模式中，利用FOV内的所述窄带照明的窄域 场，所述图像捕捉和缓存子系统自动捕捉和缓存物体的窄域数字图 像；和(ii)所述图像处理条形码符号读取子系统自动处理所述1D 数字图像，试图处理所述窄域数字图像，努力读取其中表示的1D条 形码符号，并且一旦成功解码其中的1D条形码符号，就自动产生其 代表的符号特征数据；和
(B)一旦所述多模式图像处理条形码符号读取子系统没有成功 读取在所述窄域数字图像中表示的所述1D条形码符号，那么就自动 执行以下操作：(i)所述多模式基于LED的照明子系统在所述多模式 图像形成和检测子系统的FOV内自动产生窄带照明的宽域场；(ii) 在所述图像捕捉和缓存子系统的宽域图像捕捉模式中，所述图像捕捉 和缓存子系统捕捉和缓存宽域数字图像；和(iii)所述图像处理条 形码符号读取子系统处理所述宽域数字图像，努力读取其中表示的 1D或2D条形码符号，并且一旦成功解码其中的1D或2D条形码符号， 就自动产生其代表的符号特征数据。
本发明提供一种控制手持式图像处理条形码符号阅读器操作的 方法，包括以下步骤：
(a)一旦自动检测到基于IR的物体检测场内的物体，所述基于 IR的物体存在检测子系统自动产生物体检测事件并且对其响应，所 述多模式基于LED的照明子系统自动地产生所述图像形成和检测子 系统的FOV内的窄带照明的窄域场
(b)一旦通过用户按下手动触发器而产生所述触发事件，以下 的操作就自动执行：(i)在所述多模式图像形成和检测子系统的所述 窄域图像捕捉模式中，利用FOV内的所述窄带照明的窄域场，所述图 像捕捉和缓存子系统自动捕捉和缓存物体的窄域数字图像；和(ii) 所述图像处理条形码符号读取子系统自动处理所述1D数字图像，试 图处理所述窄域数字图像，努力读取其中表示的1D条形码符号，并 且一旦成功解码其中的1D条形码符号，就自动产生其代表的符号特 征数据；和
(c)一旦所述多模式图像处理条形码符号读取子系统没有成功 读取在所述窄域数字图像中表示的所述1D条形码符号，那么就自动 执行以下操作：(i)所述多模式基于LED的照明子系统自动产生所述 多模式图像形成和检测子系统的FOV内的窄带照明的宽域场；(ii) 在所述图像捕捉和缓存子系统的宽域图像捕捉模式中，所述图像捕捉 和缓存子系统捕捉和缓存宽域数字图像；和(iii)所述图像处理条 形码符号读取子系统处理所述宽域数字图像，努力读取其中表示的 1D或2D条形码符号，并且一旦成功解码其中的1D或2D条形码符号， 就自动产生其代表的符号特征数据。
本发明还提供一种在包含具有视场的图像传感阵列的手持式成 像器以及基于LED的照明子系统内的自动照明控制方法，该方法包括 以下步骤：
(a)自动测量在所述图像传感阵列的视场的特定部分(如中间) 处的照明等级，和(ii)确定在捕捉的图像中达到希望的空间强度所 需要的照明持续时间(即计时)；
(b)使用计算/确定的照明持续时间以驱动基于LED的照明子系 统并捕捉所述视场中物体的数字图像；
(c)实时分析和测量捕捉的图像的空间强度分布，并且在当前 或随后的图像捕捉循环过程中，当捕捉下一帧或随后帧的图像数据 时，确定是否要求或需要修改的照明持续时间；
(d)用在步骤(c)确定的修改的照明持续时间(计数)重写先 前确定的照明持续时间(用于捕捉被分析的图像)；
(e)使用修改的照明持续时间来驱动所述基于LED的照明子系 统和捕捉随后的系统的视场内的被照明物体的数字图像。
本发明提供一种手持式基于数字图像的条形码符号读取装置，包 括：自动曝光量测量和照明控制子系统；和基于软件的照明测量程序。
本发明提供一种使用图像裁剪区域(ICZ)框架和后图像捕捉裁 剪处理的手持式基于图像处理的条形码符号读取系统，包括以下步 骤：
(a)在宽域照明和图像捕捉操作中，投影出所述系统的FOV内 的图像裁剪区域(ICZ)框架图样；
(b)在所述ICZ框架图样内可视化地对准待成像的物体；
(c)形成和捕捉系统的整个视场的宽域图像，其包括(即空间 上包括)对准被成像物体的所述ICZ框架图样；
(d)使用自动基于软件的图像裁剪算法，从包含在在步骤(c) 捕捉的整体宽域图像帧的那些像素中，自动裁剪由所述ICZ框架图样 确定的空间分界线内的像素；
(e)自动解码处理由在所述ICZ框架图样内的裁剪图像像素表 示的图像，以读取其中以图形表示的1D或2D条形码符号；和
(f)将表示已解码的条形码符号的符号特征数据输出到主机系 统。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，具有多模 式条形码解码处理器，该处理器根据在捕捉的图像上执行的实时解码 处理操作，被动态地重新配置。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号读取系统，具有集 成的基于LED的照明子系统，用于产生可见的窄域照明光束，该照明 光束用于在系统的窄域图像捕捉模式中瞄准目标物体并以此照明对 准的1D条形码符号，以及其后在系统的宽域图像捕捉模式中照明目 标物体上的随机取向的1D或2D条形码符号。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，使用集成 的多模式照明子系统，该系统产生可见的窄域照明光束，该照明光束 用于瞄准目标物体，以此照明对准的1D条形码符号，捕捉其图像， 而且随后产生用于照明物体上的1D或2D条形码符号及为了解码处理 而捕捉图像的宽域照明光束。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，使用自动 物体存在和范围检测，来控制在条形码符号成像操作过程中近场和远 场宽域照明光束的产生。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，使用利用 全局曝光控制技术的CMOS型图像传感器。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，使用具有 集成在其手持式外壳内的带通光滤波器的CMOS型图像传感器。
本发明提供一种手持式基于成像的自动识别1D/2D条形码符号 阅读器，使用在条形码读取操作过程中响应实时图像分析从而可以动 态重新配置的多模式编码符号读取系统。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，使用可连 续操作的自动照明和曝光控制子系统。
本发明提供一种基于成像的条形码符号阅读器，使用多模式基于 LED的照明子系统。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，用于使用 窄域和宽域图像捕捉操作模式来执行1D/2D条形码符号的自动识别。
本发明提供一种在基于成像的条形码符号阅读器中执行1D/2D 条形码符号的自动识别的方法，所述阅读器具有窄域和宽域图像捕捉 操作模式。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，在已捕捉 的物体的2D图像上，以其中心作为参考，使用螺旋式-扫描的特征 提取分析。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，使用以向 外指向的方式应用在包含1D条形码符号的物体的捕捉的窄域图像上 的简单解码图像处理操作。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，使用具有 响应控制信号的远场和近场照明阵列的、集成的基于LED照明子系 统，所述控制信号是在系统操作的第一模式中由基于IR的物体存在 和范围检测子系统、以及在系统操作的第二模式中由系统控制子系统 产生的。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号读取系统，使用响 应控制激活信号的由自动曝光测量和照明控制子系统驱动的集成的 基于LED的照明子系统，所述控制激活信号在物体照明和图像捕捉操 作过程中由CMOS图像传感阵列和基于IR的物体存在和范围检测子系 统产生的。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，使用CMOS 图像传感阵列，该CMOS图像传感阵列在其所有像素行处于积分状态 时，启动LED照明驱动电路，以将目标物体暴露于窄调谐的基于LED 的照明光中，由此捕捉到不依赖于所述条形码阅读器和物体之间相对 运动的高质量图像。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码读取系统，其中，CMOS 图像传感阵列上的窄带照明光的曝光时间通过如下方式管理的：即在 通过带通光学滤波器子系统的方式控制向CMOS图像传感阵列的窄带 照明光的同时，使用由自动曝光测量和照明控制子系统以及CMOS图 像传感阵列产生的控制信号，来控制基于LED的照明阵列的照明时 间。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号读取系统，使用通 过控制照明子系统照明目标物体的时间来控制图像亮度和对比度的 装置，因此，避免了CMOS的图像传感阵列使用复杂的快门机构。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，使用多模 式图像处理条形码符号读取子系统，该子系统在单独条形码符号读取 循环过程中自动转换其读取模式，并且在每一个读取模式中应用多个 不同的条形码符号解码算法。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，其中，多 模式图像处理符号读取子系统具有多读取(如全扫描/ROI-指定)的 操作模式，用于适应性地以高速度的方式处理和解码捕捉的高分辨率 的图像，应用适应学习技术。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，具有包含 多读取(如全扫描/ROI-指定)的操作模式的多模式图像处理符号读 取子系统，其中，如果在全扫描操作模式中，与PDF417条形码符号 相关的代码片段在捕捉的(窄或宽)域图像的ROI内被检测，但是其 解码处理不成功，然后，多模式图像处理符号读取子系统将会自动(i) 进入上述ROI-指定操作模式，并且然后(ii)立即开始处理在ROI 捕捉的图像，所述ROI由在全扫描操作模式过程中通过特征向量分析 获得的ROI坐标确定。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，具有包含 多读取(如全扫描/ROI-指定)的操作模式的多模式图像处理符号读 取子系统，所述操作提供全扫描操作模式，从而无论任何时候，只要 在捕捉的图像中出现，就初始化地和快速地读取1D条形码符号和多 种2D条形码符号，并且无论任何时候，只要PDF417符号被检测(通 过其代码片段)，本发明的多模式条形码符号读取子系统就可以自动 转换(空闲)到ROI-指定操作模式，以立即处理在指定ROI(条形码 符号存在可能性高的地方)的高分辨率图像数据。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，具有包含 多读取(如无探测器/ROI-指定)的操作模式的多模式图像处理符号 读取子系统，用于适应性地以高速度的方式处理捕捉的高分辨率的图 像，应用适应学习技术。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，具有包含 多读取(如无探测器/ROI-指定)的操作模式的多模式图像处理符号 读取子系统，其中，如果在操作的无探测器模式中，与PDF417条形 码符号相应的代码片段在捕捉的宽域图像的ROI内被检测，但是其解 码处理不成功，然后，多模式图像处理符号读取子系统将会自动(i) 进入上述ROI-指定操作模式，并且然后(ii)立即开始处理在ROI 捕捉的宽域图像，所述ROI由在无探测器操作模式过程中根据处理的 宽域图像的y坐标指定。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，具有包含 多读取(如无探测器/ROI-指定)的操作模式的多模式图像处理符号 读取子系统，其中，无论任何时候，只要在条形码符号阅读器中出现， 所述无探测器操作模式就可以快速地读取1D条形码符号，并且然后 无论任何时候，只要遇到2D(如PDF417)符号，条形码符号阅读器 就可以自动转换其读取方法到ROI-指定模式并使用在无探测器模式 过程中从已处理的窄(或宽)域图像收集的特征，以便立即处理在捕 捉的宽域图像帧的指定ROI，在指定ROI处条形码符号存在的可能性 高，并以高对准率的方式实现此目的。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，具有包含 多读取(如无探测器/全扫描/ROI-指定)的操作模式的多模式图像处 理符号读取子系统，用于适应性地以高速度的方式处理和解码捕捉的 高分辨率的图像，应用适应学习技术。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，具有包含 多读取(如无探测器/全扫描/ROI-指定)的操作模式的多模式图像处 理符号读取子系统，其中，如果在操作的无探测器模式中，与PDF417 条形码符号相关的代码片段在捕捉的窄域图像的ROI内被检测，但是 其解码处理不成功，则图像形成和检测子系统(i)自动捕捉宽域图 像，而多模式图像处理符号读取子系统(ii)自动进入所述全扫描操 作模式，并且然后(iii)立即开始处理在多个平行的间隔分离(如 以50个像素)的虚扫描线捕捉的宽域图像，从由代码片段的x和/ 或y坐标指定的起始像素以及起始角度开始，所述代码片段是在无探 测器操作模式过程中被处理的窄域图像中被检测；以及，如果全扫描 模式没有成功地解码ROI内的条形码符号，则，多模式图像处理符号 读取子系统(ii)自动进入所述ROI-指定操作模式，并且然后(iii) 立即开始处理在ROI捕捉的宽域图像，所述ROI由与在全扫描操作模 式过程中被处理的宽域图像中被检测的代码片段相应的x、y坐标指 定。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，具有包含 多读取(如无探测器/全扫描/ROI-指定)的操作模式的多模式图像处 理符号读取子系统，其中，从而无论任何时候，只要在条形码符号阅 读器中出现，所述无探测器模式就可以快速地获得1D条形码符号， 并且然后无论任何时候，只要遇到2D符号，条形码符号阅读器就可 以自动转换其读取方法到全扫描模式，收集已处理图像数据的特征， 并且如果该读取方式不成功，则条形码阅读器可以自动转换其读取方 法到ROI-指定模式并使用在全部扫描模式过程中收集的特征来立即 处理在捕捉的图像帧的指定ROI，在指定ROI处条形码符号存在的可 能性高，并以高对准率的方式实现此目的。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，具有用于 13.5×10-3英寸条形码符号的大约为0mm到200mm(面对8″)的景 深(DOF)，其中，分辨率随着物体距离的函数变化；其中，某些地方 可以解码5×10-3英寸代码；其中，某些地方的光学装置可以解析4 ×10-3英寸的代码；并且此处其具有45°的视场(FOV)。
本发明提供一种用于产生合成的DOF曲线的系统，其可以完全从 理论上描述在基于成像的条形码符号阅读器中使用的图像形成光学 装置的景深(DOF)。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码读取系统，其使用新颖 的照明方法，该方法自动减少了在检测的数字图像中的由在照明和成 像操作中的镜面反射引起的噪声。
本发明提供一种基于成像的条形码符号阅读器，具有响应在捕捉 的图像上执行的实时图像处理操作、可动态地重新配置的多模式条形 码符号图像处理器。
本发明提供一种基于成像的条形码读取系统，具有集成的基于 LED的照明子系统，用于在所述系统的窄域图像捕捉模式中产生对准 目标物体的光束和照明在目标物体排列的1D条形码符号，以及在所 述系统的宽域图像捕捉模式中照明所述目标物体上的随机取向的1D 或2D条形码符号。
本发明提供一种基于成像的条形码符号阅读器，使用结合的多模 式照明子系统，该系统激活用于瞄准目标物体和捕捉排列1D条形码 符号的图像的窄域照明，以及激活用于捕捉1D和2D条形码符号的宽 域照明。
本发明提供一种基于成像的条形码符号阅读器，使用自动物体存 在和范围检测，来控制在条形码符号成像操作过程中近场和远场宽域 照明的产生。
本发明提供一种基于成像的自动识别1D/2D条形码符号阅读器， 使用响应实时图像分析从而可以动态地重新配置的多模式编码符号 解码器。
本发明提供一种基于成像的条形码符号阅读器，使用可连续操作 的自动照明和曝光控制子系统。
本发明提供一种基于成像的条形码符号阅读器，使用三模式基于 LED的照明子系统。
本发明提供一种基于成像的条形码符号读取方法，在捕捉的物体 的2D图像上以其中间作为参考，使用螺旋式扫描的特征提取分析。
本发明提供一种基于成像的条形码符号读取方法，使用以向外指 向的方式应用在包含1D条形码符号的已捕捉的物体的窄域图像上的 简单解码图像处理操作。
本发明提供一种基于成像的条形码符号读取方法，使用具有响应 控制信号的远场和近场照明阵列的、集成的基于LED照明子系统，所 述控制信号是在系统操作的第一模式中由基于IR的物体存在和范围 检测子系统、以及在系统操作的第二模式中由系统控制器产生的。
本发明提供一种基于成像的条形码符号读取方法，使用响应控制 激活信号由自动曝光测量和控制子系统驱动的集成的基于LED的照 明子系统，所述控制激活信号在物体照明和图像捕捉操作过程中由 CMOS图像传感阵列和基于IR的物体存在和范围检测子系统产生的。
本发明提供一种基于成像的条形码符号读取方法，使用CMOS图 像传感阵列，该CMOS图像传感阵列在其所有像素行处于积分状态时， 启动LED照明驱动电路，将目标物体暴露于窄调谐的基于LED的照明 中，由此捕捉到不依赖于所述条形码阅读器和物体之间相对运动的高 质量的图像。
本发明提供一种基于成像的条形码符号读取方法，其中，CMOS 图像传感阵列上的窄带照明光的曝光时间通过如下方式管理的：即在 通过带通光学滤波器子系统的方式控制窄带照明光的同时，使用由自 动曝光测量和照明控制子系统以及CMOS图像传感阵列产生的控制信 号，来控制基于LED的照明阵列的照明时间。
本发明提供一种方法，沿多个扫描数据行来处理图像，所述扫描 数据在存储器中存储，并且由一些与含有条形码符号的图像中的兴趣 区(ROI)的最大像素高度成正比的像素偏移距离分隔。
本发明提供一种基于成像的条形码读取方法，使用多模式图像处 理符号读取子系统，该子系统在单独条形码符号读取循环过程中自动 转换其读取模式，并且在每一个读取模式中应用多个不同的条形码符 号解码算法。
本发明提供一种使用手持式基于成像的条形码阅读器来照明物 体的方法，以使得自动减少了在检测的数字图像中的由在照明和成像 操作中的镜面反射引起的噪声。
本发明提供一种条形码符号阅读器，具有多模式基于图像处理的 条形码符号读取子系统，其利用一组特征而且构成特征向量来确定包 含条形码的兴趣区。
本发明提供一种条形码符号阅读器，具有多模式基于图像处理的 条形码符号读取子系统，该子系统利用多个合适的阈值以确定和标记 兴趣区(ROIs)。
本发明提供一种条形码符号阅读器，具有多模式基于图像处理的 条形码符号读取子系统，该子系统使用多个图像处理方法来确定以分 层方式取向的条形码。
本发明提供一种条形码符号阅读器，具有多模式基于图像处理的 条形码符号读取子系统，该子系统使用多个不同的扫描数据滤波技术 以产生条空计数。
本发明提供一种条形码符号阅读器，具有多模式基于图像处理的 条形码符号读取子系统，该子系统使用用于校正透视和投影转换以及 用于对损坏的标签进行解码的条空缝合技术。
本发明提供一种条形码符号阅读器，具有多模式基于图像处理的 条形码符号读取子系统，该子系统在逐渐获得图像的时候使用图像的 渐增处理。
本发明提供一种条形码符号阅读器，具有多模式基于图像处理的 条形码符号读取子系统，该子系统使用低上升直方图分析来确定捕捉 的图像中的亮点。
本发明提供一种条形码符号阅读器，具有多模式基于图像处理的 条形码符号读取子系统，该子系统全方位检测所有的1D符号和 PDF417。
本发明提供一种条形码符号阅读器，具有多模式基于图像处理的 条形码符号读取子系统，该子系统全方位解码UPC/EAN，1205，C128， C39，C93，CBR。
本发明上述和其他目的将通过下文及所附的权利要求变得更清 晰易懂。
附图说明
结合下述附图的简要说明来阅读下述实施例的具体说明以完全 理解如何实现本发明的目的。
图1A是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号阅读装置的 第一实施例后立体视图；
图1B是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置的 第一实施例主立体视图；
图1C是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置第 一实施例的提高的左视图；
图1D是本发明的手持式数字基于成像的条形码符号读取装置第 一实施例的提高的右视图；
图1E是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置第 一实施例的提高的后视图；
图1F是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置第 一实施例的提高的主视图，示出了与其照明子系统和图像捕捉子系统 联合的组成；
图1G是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置第 一实施例的提高的仰视图；
图1H是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置第 一实施例的顶后视图；
图1I是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置第一实 施例的第一立体分解图；
图1J是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置第一实 施例的第二立体分解图；
图1K是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置第一实 施例的第三立体分解图；
图2A1是图1A到图1L所示的手持式基于数字成像的条形码符号读取 装置的系统设计的结构示意图，其中示出的系统设计包括(1)多模式域类 型图像形成和检测(即照相机)子系统，具有产生在要被成像的物体上的 视场(FOV)的图像形成(照相机)光学装置，和CMOS等域类型图像传感 阵列，该图像传感阵列用来检测在照明操作过程中物体反射的成像光，在 要么以(i)窄域图像捕捉模式，其中在图像传感阵列上，像素的一些中心 行被激活，或以(ii)宽域图像捕捉模式，其中图像传感阵列的所有行都被 激活；(2)多模式基于LED的照明子系统，用于分别在窄域和宽域图像捕 捉模式下，在图像形成和检测子系统的视场内产生窄带照明的窄和宽域 场，因此只有从多模式照明子系统传输，并从被照亮的物体反射，从在手 持式外壳中实现的窄带传输类型光学滤光器(即，使用设置在光传输光圈 的红色波长高通反射窗口滤波器元件和在图像传感器之前的低通滤波器) 穿过的光才被图像传感器检测到，并且周围光线的所有其它部分基本被排 斥；(3)基于IR的物体存在和范围检测子系统，用于在图像形成和检测子 系统的视场内产生基于IR的物体检测场；(4)自动曝光测量和照明控制子 系统，用于控制基于LED的多模式照明子系统的操作；(5)图像捕捉和缓 存子系统，用于捕捉和缓存由图像形成和检测子系统检测到的2-D图像； (6)多模式基于图像处理的条形码读取子系统，用于处理由图像捕捉和缓 存子系统捕捉和缓存的图像，并且读出表示的1D和2D条形码符号；以及 (7)输入/输出子系统，用于将处理的图像数据等输出到外部主系统或其它 信息接收或响应设备，其中各个所述的子系统部件都在附近集成；(8)系 统控制子系统，如图所示；
图2A2是使用图2B中的三层计算平台实现的多模式基于图像处理的 条形码符号阅读系统，；
图2B的是图1A到2A2所示的手持式基于数字成像的条形码符号读取 装置的系统执行的示意图，其中所示的系统执行包含(1)带有实现电子功 能组件的照明板33，该电子功能由多模式基于LED的照明子系统以及自动 曝光测量和照明控制子系统执行；(2)CMOS照相机板，带有高分辨率(1280 ×10248-bit6微米像素大小)CMOS图像传感器阵列，运行在25Mhz主时 钟，7帧/秒，1280×1024分辨率，随机存取兴趣区(ROI)窗口容量，实 现由多模式域类型图像形成和检测子系统执行的电子功能。(3)CPU板(即 计算平台)，包括：(i)Intel Sabinal 32-bit微处理器PXA210，在200Mhz 1.0核心电压，16bit 100Mhz外部总线速度运行，(ii)可扩展的(如8+ 兆字节)Intel J3异步16-bit闪存，(iii)100MHz SDRAM的16兆字节， (iv)Xilinx Spartan II FPGA FIFO 39，以50Mhz时钟频率和60MB/Sec数 据速率运行，被配置以控制照相机计时和驱动图像获得过程，(v)多媒体 卡座，实现该系统的其它子系统，(vi)电压管理模块，为系统总线可调MCU， 和(vii)一对UART(一个用于IRDA端口，一个用于JTAG端口)，(4)接口 板，用于实现由I/O子系统执行的功能，和(5)基于IR的物体存在和范围 检测电路，用于实现基于IR的物体存在和范围检测子系统；
图3A是在窄和宽域图像捕捉操作模式下，在多模式图像形成和检测 子系统的视场中窄带照明的近、远、窄和宽域场之间的空间关系的示意图；
图3B是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置第一实 施例的部分去除立体图，示出了基于LED的多模式照明子系统通过它的窄 带传输类型滤光镜系统来传输可见的窄带照明，并且用这样的窄带照明来 照亮物体；也示出了图像形成光学装置，包括在图像传感阵列前的低通滤 镜，用于收集和聚焦从被照亮的物体反射的光线，以便只用照明的窄带中 包含的光线的光学部分就可以使物体的图像被形成和检测到，同时周围光 线的所有其它部分在图像传感阵列的图像检测之前被充分排斥掉；
图3C是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置第一实 施例中使用的光学部件的几何设计，其中红色波长反射高通透镜部件位于 在该装置的图像形成透镜部件之前的成像窗口，同时低通滤镜被安置在图 像传感器之前，在图形形成部件之间，以便在照明的窄带中只使用光学部 件来在图像传感阵列上来成像物体，同时排斥周围光线的所有其它部件；
图3D是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置第一实 施例中使用的图像形成光学子系统的示意图，其中所有的三个透镜都被制 作的尽可能的小(最大直径12mm)，都具有球形表面，都由普通玻璃制成， 如：LAK2(-LaK9)，ZF10(＝SF8)，LAF2(-LaF3)；
图3E是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置第一实 施例的图像形成光学子系统中使用的透镜支撑部件的示意图，示出了支撑 透镜部件的两片管状结构，以及支撑图像传感阵列的基底结构，其中部件 被配置以便管状结构在基底结构内滑动以便于聚焦部件；
图3F1是在多模式照明子系统中使用的的LED的物理位置侧视的第一 示意图，与图像形成透镜部件相比，其中使用的图像传感阵列(如：摩托 罗拉MCM20027或国家半导体LM9638 CMOS 2-D图像传感阵列，具有1280 ×1024的像素分辨率(1/2”格式)，6微米像素大小，13.5Mhz时钟速率， 随机存取兴趣区窗口容量)；
图3F2是本发明的基于数字成像的条形码读取装置的多模式照明子系 统中使用的LED的物理设计轴向角度示出的第二示意图，与图像形成透镜 部件相比，并且其中应用了图像传感阵列；
图3G是一描述了确定在本发明的条形码读取系统中应用的图像形成 光学部件的景深(DOF)的步骤的流程图；
图4A是在基于数字成像的条形码读取装置的图像形成光学设计中使 用的景深图的图示，其中图像形成透镜分辨率特征相对于图像传感阵列的 像素限制绘制；
图4B是阐明了本发明的基于数字成像的条形码读取装置的图像形成 光学装置的性能的曲线图，相对于图像形成光学装置的MTF值来测绘物体 距离(厘米)；
图4C是阐明了本发明的基于数字成像的条形码读取装置的图像形成 光学装置的景深的图示以毫米测量，并示出了能被在其景深特定范围测量 的最窄条形码元素尺寸；
图4D示出了测绘图像形成光学装置分辨率的景深图，只说明子系统 的光学性能；
图4E图示了如何读出一确定mil大小代码的景深，只考虑图像形成 和检测子系统的图像形成光学装置的光学性能；
图4F3示出了在和固定焦距的阅读器的光学性能曲线(因为它们起物 距功能)一样的轴上测绘的1.4和1.6像素采样限制；
图4G图示出如何确定图像形成和检测子系统的合成景深曲线，对于 1.6像素的情况，同时考虑光学性能和采样限制；
图4H图示出如何读出一确定mil大小的编码的景深，对于1.6像素 的情况，同时考虑光学性能和采样限制；
图4I1到图4I3一起示出了用ZPL(Zemax编程语言)写的且能产生 合成景深图的示例性计算机程序；
图5A1的图示指明窄域照明、近场宽域照明和远场宽域照明的范围， 它们由本发明的手持式基于数字成像的条形码读取装置中应用的基于LED 的多模式照明子系统产生；
图5A2的图表指明每个照明模式的几何性质和特征，这些模式被本发 明的手持式基于数字成像的条形码读取装置中应用的基于LED的多模式照 明子系统所支持；
图5B的图示阐明了与本发明的基于数字成像的条形码读取装置中应 用的窄域照明阵列和近场、远场宽域照明阵列相结合的LED光源的物理排 列，其中在基于数字成像的条形码读取装置的第一实施例中远场宽域照明 阵列中的LED被安置在球面透镜之后，窄域照明阵列中的LED被安置在柱 面透镜之后，近场宽域照明阵列中的LED没有透镜；
图5C1的图示示出了LED的朗伯发射率(Lambertian emittance)和 波长特征，用来实现本发明的多模式照明子系统中的窄域照明阵列；
图5C2的图示示出了LED的朗伯发射率和极角特征，用来实现在本发 明的多模式照明子系统中的窄域照明阵列；
图5C3是用在本发明的基于数字成像的条形码读取装置的窄域(线性) 照明阵列中的LED之前的柱面透镜的图示，其中该柱面透镜的第一表面被 垂直弯曲来产生窄域(即线性)照明图样，该柱面透镜的第二表面被水平 弯曲来控制窄域照明图样的高度以产生窄域(即线性)照明场；
图5C4是一对LED和两个柱面透镜设计的图示，用来实现用本发明的 基于数字成像的条形码读取装置中应用的窄域(线性)照明阵列；
图5C5是窄域(线性)照明场的一组六个照明剖面，由示范性实施例 的基于数字成像的条形码读取装置中应用的窄域(线性)照明阵列产生， 沿着远离基于数字成像的条形码读取装置的成像窗口(即工作距离)的场 的30，40，50，80，120和220毫米取出，表明了窄域照明场的空间亮度 在大约80毫米的地方开始变得基本相同；
图5D1的图示示出了LED的朗伯发射率和波长特征，用来实现本发 明的基于数字成像的条形码读取装置中应用的宽域照明阵列；
图5D2的图示示出了LED的朗伯发射率和极角特征，用来实现本发明 的基于数字成像的条形码读取装置中应用的远场和近场宽域照明阵列；
图5D3是在本发明的远场宽域照明阵列中的LED之前的平凸透镜的图 示；
图5D4是LED的设计和平凸透镜的图示，用来实现本发明的基于数字 成像的条形码读取装置中应用的远和窄宽域照明阵列，其中从那里产生的 照明光束通过在其中应用的近场(和远场)宽域照明阵列中的LED前呈角 度放置透镜被瞄准；
图5D5是近场远域照明场的一组六个照明剖面，由示范性实施例的基 于数字成像的条形码读取装置中应用的近场宽域照明阵列产生，沿着远离 基于数字成像的条形码读取装置的成像窗口(即工作距离)的场的10，20， 30，40，60和100毫米取出，表明了近场宽域照明场的空间亮度在大约 40毫米的地方开始变得基本相同；
图5D6是远场宽域照明场的一组三个照明剖面，由示范性实施例的基 于数字成像的条形码读取装置中应用的远场宽域照明阵列产生，在沿着远 离基于数字成像的条形码读取装置的成像窗口(即工作距离)的场的100， 150和220毫米取出，表明了远场宽域照明场的空间亮度在大约100毫米 的地方开始变得基本相同；
图5D7是一个表阐明了计算远场宽域照明场中心的像素强度值的优选 方法，该照明场从本发明的基于数字成像的条形码读取装置中应用的多模 式照明子系统产生，示出了一个重要的信号强度(大于80DN)；
图6A1的图示示出了基于数字成像的条形码读取装置的手持式外壳中 集成的红色波长反射(高通)成像窗口，以及其中在其CMOS图像传感阵 列之前放置的低通滤光镜，合作形成基本上只传输非常窄的可见照明波长 (如：620-700微毫米)带宽的窄带滤光子系统，，该可见照明从基于数字 成像的条形码读取装置中应用的多模式照明子系统产生，并且排斥掉所有 在这个窄的光带之外的以任何方式产生(即周围的光源)的其它光波长；
图6A2是与低通滤光元件结合的传输特征(能量和波长)的图示，该 低通滤光元件在基于数字成像的条形码读取装置的手持式外壳内放置在 红色波长反射高通成像窗口之后但在其CMOS图像传感阵列之前，示出了 620纳米以下的光波长可被传输而大于620纳米的波长被基本阻隔(如吸 收或反射)；
图6A3是与本发明的基于数字成像的条形码读取装置的手持式外壳内 集成的红色波长反射高通成像窗口相结合的传输特征(能量和波长)的图 示，示出了高于700纳米的光波长可被传输而低于700纳米的波长被基本 阻隔(如吸收或反射)；
图6A4是本发明的手持式基于成像的条形码符号读取装置中集成的基 于窄光谱的滤光子系统传输特征的图示，相对于产生于本发明的示范性实 施例的多模式照明子系统的LED照射的光谱特征测绘的；
图7A的图示示出了与自动曝光测量和照明控制子系统相结合的球状/ 抛物线光反射/收集镜和的光电二极管的几何设计，在示范性实施例中的 手持式基于数字成像的条形码符号读取装置中排列，其中通过球面光收集 镜入射光从系统视场中心的一选择部分被收集，然后聚焦在用于检测反射 照明强度的光电二极管上并接着由自动曝光测量和照明控制子系统进行 处理，以便于控制在本发明的基于数字成像的条形码读取装置中应用的基 于LED的多模式照明子系统所产生的照明；
图7B是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置中应用 的自动曝光测量和照明控制子系统的示意图，其中照明从系统视场中心被 收集并且自动检测以便于产生一个以合适的强度来驱动多模式照明子系 统的窄域照明阵列和远场、窄场宽域照明阵列的控制信号，以便CMOS图 像传感阵列处理被充分照亮的物体的数字图像；
图7C是用于实现本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装 置中应用的图7B的自动曝光测量和照明控制子系统的混合模拟/数字线路 的示意图；
图7D的示意图示出了，根据本发明的原则，使用在示范性实施例的 基于数字成像的条形码读取装置中的CMOS图像传感阵列一旦被系统控制 子系统激活(或直接由触发开关触发)，并当图像传感阵列中所有行都处 于集成操作状态时，自动激活自动曝光测量和照明控制子系统，该子系统 相应地自动激活LED照明驱动电路来自动驱动与多模式照明子系统以一种 精确的方式相结合的合适的LED照明阵列，并且当它所有行的像素处于集 成状态时，整个带有精确调谐的基于LED的照明的CMOS图像检测阵列完 全暴露，因此有一个共同的集成时间，从而不依赖条形码阅读器和物体之 间相对运动来获取高质量图像；
图7E1和7E2一起构成一个流程图，描述了实现本发明示范性实施例 的基于数字成像的条形码读取装置的全局曝光控制方法中的步骤；
图8是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置中应用的 基于IR的自动物体存在和范围检测子系统的示意性的结构图，其中第一 范围指示控制信号根据多模式照明子系统的近场区域内的物体检测而产 生，而且其中第二范围指示控制信号根据多模式照明子系统的远场区域内 的物体检测而产生；
图9是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置的图示， 示出了其CMOS图像传感阵列通过一个FIFO(通过FPGA方式实现)和一个 系统总线与其微处理器可操作地相连，并且其SDRAM也通过系统总线可操 作地与微处理器相连，使得被成像阵列捕捉的像素数据在微处理器的直接 存储器存取(DMA)模块的控制下，映射到SDRAM；
图10的图示示出了在该装置内执行的每个图像捕捉周期内由本发明 的手持基于数字成像的条形码符号读取装置中的CMOS成像阵列捕捉的像 素数据字节是如何映射到其SDRAM的可设定地址的存储器存储位置的；
图11的图示示出了与本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读 取装置的三层软件体系结构相结合的软件模块，即：软件体系结构中应用 层的主任务模块、CodeGate任务模块、窄域照明任务模块、Metroset任 务模块、应用事件管理者模块、用户命令表模块和命令处理者模块；软件 体系结构中系统核心(SCORE)层的任务管理者模块、事件分配者模块、 输入/输出管理者模块、用户命令管理者模块、计时器子系统模块、输入/ 输出子系统模块和存储器控制子系统模块；软件体系结构中Linux操作系 统(OS)层的Linux Kernal模块、Linux文件系统模块和设备驱动程序模 块。
图12A是提供发信号和传递事件到应用事件管理者的事件分配者软件 模块的图示，包括新任务的开始，停止正在运行的任务，作一些事情，或 任何事情都不作以及忽略此事件；
图12B是在本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置中能 发生并且被分配的系统定义事件的示例表，即：SCORE_EVENT_POWER_UP， 其表明系统开始的完成并且不包括任何参数；SCORE_EVENT_TIMEOUT，其 表明逻辑计时器的休息时间并包括参数“计时器id的指针”； SCORE_EVENT_UNEXPECTED_INPUT，其表明意外输入的数据可被得到并包括 参数“连接id的指针”；SCORE_EVENT_TRIG_ON，其表明用户拉动触发开 关，并不包括任何参数；SCORE_EVENT_TRIG_OFF，其表明用户释放触发开 关，并不包括任何参数；SCORE_EVENT_OBJECT_DETECT_ON，其表明物体被 放置在条形码阅读器下，并不包括任何参数； SCORE_EVENT_OBJECT_DETECT_OFF，其表明物体被从条形码阅读器的视场 内移走，并不包括任何参数；SCORE_EVENT_EXIT_TASK，其表明任务执行 结束，包括指针UTID；SCORE_EVENT_ABORT_TASK，其表明任务在执行时被 中断；
图12C是提供执行和停止应用特定任务(即线程)方式的任务管理者 软件模块的图示；
图12D是输入/输出管理者软件模块(即输入/输出子系统)的图示， 其运行在后台并且监视外部设备和用户连接的动作，而且将正确的事件发 信号到检测此类行为的应用层；
图12E1和图12E2组成输入/输出子系统软件模块的图示，其提供一 种创建和删除输入/输出连接，并且与外部系统和设备通信的方式；
图12F1和图12F2组成提供一种创建、删除和利用逻辑计时器的方式 的计时器子系统的图示；
图12G1和图12G2为具有向设备提供管理线程级动态存储器的接口的 存储器控制子系统的图示，，与标准动态存储器功能完全兼容，以及一种 用于缓存收集的数据的方式；
图12H是用户命令管理者的图示，其提供一种输入用户命令、执行处 理该命令的应用模块的标准方法；
图12I是设备驱动程序软件模块的图示，其包括触发开关驱动程序， 用于建立与基于数字成像的条形码读取装置上应用的基于硬件的手动触 发开关连接的软件；图像获得驱动程序，用于实现在基于数字成像的条形 码读取装置上的图像获得功能；以及IR驱动程序，用于实现在基于成像 的条形码符号读取装置上的物体检测功能；
图13A是一个示意性流程图，示出了当用户将条形码阅读器指向条形 码符号时，IR设备驱动器是如何在场内检测到物体，然后唤醒系统核心层 的输入/输出管理者软件模块的；
图13B是一个示意性流程图，示出了当检测一个物体时，输入/输出 管理者是如何将SCORE_OBJECT_DETECT_ON事件传递到事件分配软件模块 的；
图13C是一个示意性流程图，示出了为响应检测一个物体，事件分配 者软件模块是如何将SCORE_OBJECT_DETECT_ON事件传递到应用层的；
图13D是一个示意性流程图，示出了在应用层接收到 SCORE_OBJECT_DETECT_ON事件时，应用事件管理者是如何执行一个处理例 行程序的事件，其激活与多模式照明子系统相结合的窄域照明阵列；并且 执行图13E中描述的CodeGate任务(在通过其中设备已被编程的系统模 式获得时)，或图13M中描述的窄域照明任务(在通过其中设备已被编程 的系统模式获得时)；
图13E是一个示意性流程图，示出了当CodeGate任务在应用层被(激 活和)执行时进行的是何种操作该操作如何被实施；
图13F是一个示意性流程图，示出了当Code任务正在执行且用户拉 动条形码阅读器上的触发开关时，触发设备驱动程序是如何唤醒在系统核 心层的输入/输出管理者的；
图13G是一个示意性流程图，示出了为响应唤醒，输入/输出管理者 是如何将SCORE_TRIGGER-ON事件发送到事件分配者的；
图13H是一个示意性流程图，示出了事件分配者是如何将 SCORE_TRIGGER_ON事件传递到应用层的应用事件管理者的；
图13I1和图13I2一起提出了示意性流程图，示出了应用事件管理者 如何通过在系统核心层的任务管理者内调用处理例行程序来响应 SCORE_TRIGGER_ON事件，其中系统核心层使与多模式照明子系统联合的窄 域照明阵列无效，取消CodeGate任务或窄域照明任务(取决于设备的程 序设置在哪个系统模式)，并且执行主任务；
图13J是一个示意性流程图，示出了当主任务在应用层被(激活和) 执行时，何种操作被实施；
图13K是一个示意性流程图，示出了当在主任务中调用的数据输出过 程在应用层的输入/输出子系统软件模式内被执行时，何种操作被实施；
图13L是一个示意性流程图，示出了解码符号特征数据在系统Linux OS层内被从输入/输出子系统发送到设备驱动器；
图13M是一个示意性流程图，示出了当窄域照明任务在应用层被(激 活和)执行时，何种操作被实施；
图13N1到图N3，一起组成了一个流程图，描述了一种生成宽域照明 的新颖方法，其用在主任务程序中以便于用宽域照明场以充分减弱本发明 的基于数字成像的条形码读取装置内CMOS图像传感阵列的镜面反射的方 式来照亮物体；
图14是列出了由本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装 置中应用的多模式条形码符号读取子系统模式所支持的多种条形码符号 的表格；
图15是列出了多模式条形码符号读取子系统模式能被编程操作的四 种主要模式的表格，这四种主要模式即：自动模式，其中多模式条形码符 号读取子系统被配置来自动处理数字图像数据的被捕捉的帧，以便于以一 种递增方式搜寻其中表现的一个或多个条形码，并且继续搜寻直到整个图 像都被处理；手动模式，其中多模式条形码符号读取子系统被配置来从中 心或用户可能瞄准的条形码阅读器的图像的扫描点开始自动处理数字图 像数据的被捕捉的帧，以便于搜寻(即查找)其中表现的一个或多个的条 形码符号，通过以螺旋方式通过提取的图像特征数据的帧或块进行搜寻和 标记，并且处理相应的原始数字图像数据直到图像数据的捕捉帧中一个条 形码符号被识别/读取；特定ROI模式，其中多模式条形码符号读取子系 统被配置用于自动处理数字图像数据的被捕捉的帧中的特定“兴趣区” (ROI)，以便于搜寻其中表现的一个或多个条形码符号，以响应明确了在 多模式图像形成和检测系统视场内的条形码位置的坐标数据；无探测器模 式，其中多模式条形码符号读取子系统被配置来自动处理数字图像数据的 被捕捉的窄域(线性)帧，无需特征提取和自动和手动模式下使用的标记 操作，以便于读取其中表现的一个或多个条形码符号；全扫描模式，其中 多模式条形码符号读取子系统被配置来沿着任何一条或多条预定的虚扫 描线方向自动处理数字图像数据的被捕捉的帧，而无需特征提取和在自动 和手动模式下使用的标记操作，以便于读取其中表现的一个或多个条形码 符号；
图16是一个示意性流程图，示出了建立和清除名为“多模式基于图 像处理的条形码符号读取子系统”的软件子应用的步骤，从下列的某一 处调用：(i)图13E中描述的命名为“在捕捉的窄域图像中读取条形码” 的块上的CodeGate任务软件模块，或(ii)图13J中描述的命名为“在捕 捉的宽域图像中读取条形码”的块上的主任务软件模块；
图17A是本发明的多模式条形码符号读取子系统在自动操作模式中执 行的解码过程的步骤摘要，其中(1)处理过程的第一个阶段包括通过处理 高分辨率图像数据的被捕捉帧的低分辨率图像搜寻(即寻找)兴趣区 (ROIs)，将低分辨率图像分成N×N块，并使用基于空间导数的图像处理 技术，为每个块生成一个特征向量；(2)处理过程的第二个阶段包括通过 检查高调制的区域的特征向量标识ROI，计算条形码方向并且将条形码的 四个角标记为ROI；以及(3)处理过程的第三个阶段包括通过来回移动条 形码和更新特征向量来读取在ROI内出现的任何条形码符号，检查过滤图 像的零相交，产生条空图样，以及使用传统的解码算法来对条空图样进行 解码；
图17B是多模式条形码符号读取子系统在其自动操作模式中实施的图 像处理方法中包括的步骤的示意性流程图；
图18A的图示表明了在自动操作模式下配置的多模式条形码符号读取 子系统内处理过程的第一发现阶段中，来自原高分辨率图像的包装标签的 低分辨率图像的产生；
图18B的图示表明了在多模式条形码符号读取子系统处于其自动操作 模式期间内处理过程的第一发现阶段期间，包装标签低分辨率图像的分 离，特征向量的计算也如此，和这些对平行线的特征向量的分析；
图18C的图示示出了在多模式条形码符号读取子系统处理过程的第二 标识阶段期间，在低分辨率图像数据的每个块中对特征向量的计算可包括 梯度向量的使用、边缘密度测量、平行边缘向量的数目、边缘的质心、强 度变化和低分辨率图像中捕捉的强度柱状图；
图18D是在多模式条形码符号读取子系统处于其自动操作模式期间内 处理过程的第二标识阶段期间，寻找高边缘密度、大量平行边缘向量和大 量强度变化的特征向量的检查的图示；
图18E和18F是操作在其自动模式下的多模式条形码符号读取子系统 处理过程的第二标识阶段期间的计算条形码方向的图示，其中每个特征向 量块，条形码以不同角度被来回移动(即切片)，这些切片基于“最小均 方差”被相互匹配，正确的方向被确定为与通过捕捉图像中条形码符号的 每个切片的匹配均方差相匹配的角度；
图18F是操作在其自动模式下的多模式条形码符号读取子系统处理过 程的第二标识阶段期间计算条形码方向的图示；
图18G是操作在其自动模式下的多模式条形码符号读取子系统处理过 程的第二标识阶段期间，标识被检测到的条形码符号的四个角的图示，其 中这个标识操作在包的全高分辨率图像上执行，条形码在开始于块中心的 某一个方向来回移动，使用强度变量检测调制范围，条形码四个角的x、y 坐标(像素)从1和2开始检测并且与条形码方向垂直移动，并且通过检 测的在高分辨率内的条形码符号的四个角来定义ROI；
图18H是操作在其自动模式下的多模式条形码符号读取子系统处理过 程的第三阶段期间，升级特征向量的图示，其中特征向量Fv的柱状图成 分在来回移动条形码符号时被更新，黑白传输的估计被计算，并且条形码 符号的窄和宽成分的估计被计算；
图18I是操作在其自动模式下的多模式条形码符号读取子系统处理过 程的第三阶段期间，搜寻零相交的图示，其中高分辨率条形码图像在垂直 于条形码方向的方向上被中间过滤，第二导数零相交定义边缘相交，零相 交数据仅仅被用来检测边缘转换，黑/白传递估计被用来设置捕捉的图像 中表示的条形码符号的条和空的灰度的上限和下限；
图18J是操作在其自动模式下的多模式条形码符号读取子系统处理过 程的第三处理期间，创建条空图样的图示，其中边缘转换被模拟为一个斜 坡函数，边缘转换被假设为1像素宽，边缘转换位置被确定在子像素级别， 以及使用边缘转换数据来收集条和空的数量；
图18K是操作在其自动模式下的多模式条形码符号读取子系统处理过 程的第三阶段期间，解码条空图样的图示，其中条和空数据有边界构成， 并且使用存在的激光扫描条形码解码算法来解码条和空数据；
图19A是本发明的多模式条形码符号读取子系统在自动操作模式中执 行的解码过程的步骤摘要，其中(1)处理过程的第一个阶段包括通过处理 高分辨率图像数据的被捕捉帧的低分辨率图像搜寻(即寻找)兴趣区 (ROIs)，将低分辨率图像分成N×N块，并使用基于空间导数的图像处理 技术，为中间块生成一个特征向量；(2)处理过程的第二个阶段包括通过 检查高调制的区域的特征向量标识ROI和返回到第一阶段为围绕中间块的 其他块来创建特征向量(以螺旋的方式)，计算条形码方向并且将条形码 的四个角标记为ROI；以及(3)处理过程的第三个阶段包括通过来回移动 条形码和更新特征向量来读取在ROI内出现的任何条形码符号，检查过滤 图像的零相交，产生条空图样，以及使用传统的解码算法来对条空图样进 行解码；
图19B是多模式条形码符号读取子系统在其手动操作模式中实施的图 像处理方法中包括的步骤的示意性流程图；
图2OA是多模式条形码符号读取子系统在其无探测器操作模式中执行 的图像处理方法中包括的步骤的摘要，其中解码器模块不使用条形码元素 查找或标识技术(即查找模块和标识模块)，并且从其中间开始直接处理 捕捉的高分辨率图像的窄域部分，检查被过滤图像的零相交，产生条空图 样，然后使用传统的解码算法来解码条空图样；
图20B是多模式条形码符号读取子系统在其无探测器操作模式中实施 的图像处理方法中包括的步骤的示意性流程图；
图21A是多模式条形码符号读取子系统在全扫描操作模式中执行的图 像处理方法的步骤的摘要，其中解码器模块不使用条形码元素查找或标识 技术(即查找模块和标识模块)，假设成像的条形码符号以1∶1的纵横比 放置在捕捉的宽域高分辨率图像的中间，沿着一组平行的空间分隔的(如 50像素)虚拟扫描线直接处理高分辨率图像，沿着虚拟扫描线检查零相交， 产生条空图样，然后解码条空图样，可以沿着与先前处理的虚拟扫描线取 向于不同角度的(如0，30，60，90，120或150度)不同组平行的空间 分隔的虚拟扫描线，来重处理高分辨率图像；
图21B是多模式条形码符号读取子系统在其全扫描操作模式中实施的 图像处理方法中包括的步骤的示意性流程图；
图22A是本发明的多模式条形码符号读取子系统在其“特定ROI”操 作模式中执行的基于图像处理的条形码读取方法中包括的步骤的摘要，被 设计用来与全扫描操作模式结合，其中(1)处理过程的第一阶段包括接收 在全扫描操作模式下(在解码失败之后)获得的兴趣区(ROI)坐标(x1， x2)，将捕捉的低分辨率图像(来自全扫描模式)重分成N×N块，使用基 于空间导数的图像处理技术，为特定ROI兴趣区块生成一个特征向量；(2) 处理过程的第二阶段包括通过检查高调制的区域的特征向量来标识额外 的ROI，返回第一阶段为围绕中间块的其它块来生成特征向量(以螺旋方 式)，计算条形码方向并且将条形码的四个角标识为ROI；(3)处理过程的 第三阶段包括通过来回移动条形码和更新特征向量来读取在ROI内出现的 任何条形码符号，检查过滤图像的零相交，产生条空图样，使用传统的解 码算法来解码条空图样；
图22B是本发明的多模式条形码符号读取子系统在其特定ROI操作模 式中实施的图像处理方法中包括的步骤的示意性流程图；
图23是对处于其第一多读取(全扫描/特定ROI)操作模式下的多模 式条形码符号读取子系统操作的详述；
图24是对处于其第二多读取(无探测器/特定ROI)操作模式下的多 模式条形码符号读取子系统操作的详述；
图25是对处于其第三多读取(无探测器/全扫描/特定ROI)操作模式 下的多模式条形码符号读取子系统操作的详述；
图26A、图26B和图26C一起提供了一个列出了在本发明的手持式基 于数字成像的条形码符号读取装置中初始的条形码读取操作可编程模式 的表格，即：
系统操作编程模式No.1—手动触发单试图1D单读取模式，使用多模 式的条形码读取子系统的无探测器模式；
系统操作编程模式No.2—手动触发多试图1D单读取模式，使用多模 式的条形码读取子系统的无探测器模式；
系统操作编程模式No.3—手动触发单试图1D/2D单读取模式，使用多 模式的条形码读取子系统的无探测器模式和自动或手动模式；
系统操作编程模式No.4—手动触发多试图1D/2D单读取模式，使用多 模式的条形码读取子系统的无探测器模式和自动或手动模式；
系统操作编程模式No.5—手动触发多试图1D/2D多读取模式，使用多 模式的条形码读取子系统的无探测器模式和自动或手动模式；
系统操作编程模式No.6—自动触发单试图1D单读取模式，使用多模 式的条形码读取子系统的无探测器模式；
系统操作编程模式No.7—自动触发多试图1D单读取模式，使用多模 式的条形码读取子系统的无探测器模式；
系统操作编程模式No.8—自动触发多试图1D/2D单读取模式，使用多 模式的条形码读取子系统的无探测器模式和手动和/或自动模式；
系统操作编程模式No.9—自动触发多试图1D/2D多读取模式，使用多 模式的条形码读取子系统的无探测器模式和手动和/或自动模式；
系统操作编程模式No.10—自动触发多试图1D/2D单读取模式，使用 多模式的条形码读取子系统的手动、自动或全扫描模式；
系统操作编程模式No.11—半自动触发单试图1D/2D单读取模式，使 用多模式的条形码读取子系统的无探测器模式和自动或手动模式；
系统操作编程模式No.12—半自动触发多试图1D/2D单读取模式，使 用多模式的条形码读取子系统的无探测器模式和自动或手动模式；
系统操作编程模式No.13—半自动触发多试图1D/2D多读取模式，使 用多模式的条形码读取子系统的无探测器模式和自动或手动模式；
系统操作编程模式No.14—半自动触发多试图1D/2D多读取模式，使 用多模式的条形码读取子系统的无探测器模式和全扫描模式；
系统操作编程模式No.15—连续自动触发多试图1D/2D多读取模式， 使用多模式的条形码读取子系统的自动、手动和/或全扫描模式；
系统操作编程模式No.16—基于成像的条形码阅读器操作的诊断模 式；和
系统操作编程模式No.17—基于成像的条形码阅读器操作的现场录像 模式；
图27A的图示详细说明了照明的四种模式，其产生于在本发明的基于 数字成像的条形码符号读取器的第二实施例中使用的多模式照明子系统， 其支持在多模式图像形成和检测子系统的窄域图像捕捉模式中产生的窄 域照明的近和远场；
图27B的图示详细说明了在近场和远场窄域照明阵列中应用的柱状波 束成形光学装置如何能被容易地制作成产生近和远窄域照明场，其有几何 特征使得(i)在系统视场的远场区域中，扩长的条形码符号的简单读取； 和(ii)优选地在系统操作的“半自动触发”编程模式中，在视场的近场区 域内有高度控制的条形码菜单的简单读取成为可能；
图28的图示表明了与近和远场窄域和宽域照明阵列结合的LED和光 聚焦透镜的物理排列，其中照明阵列使用在本发明的第二实施例的基于数 字成像的条形码符号读取装置中；
图29A是本发明的便携式POS基于数字成像的条形码符号读取装置的 第二实施例的第一个立体图，示出了比第一实施例多样的手持式外壳，并 且被配置来使用在其自动/显示操作模式，支持最初的宽域图像捕捉；
图29B是本发明的便携式POS基于数字成像的条形码符号读取装置的 第二实施例的第二立体图，示出了在其自动/显示操作模式下配置和操作， 支持最初的宽域图像捕捉；
图29C是本发明的便携式基于数字成像条形码读取装置的第二实施例 的第三立体图，示出了在其手持操作模式下配置和操作，支持窄和宽域模 式的图像捕捉；
图30是本发明的基于数字成像的条形码符号读取装置的第三实施例 的立体图，以能被稳定地集成到各种信息收集和处理系统的多模式图像捕 捉和处理引擎的形式实现，包括无线便携式数据终端(PDT)，反转自动贩 卖机、零售产品信息亭等；
图31是嵌入到本发明的基于成像的条形码符号读取引擎的无线条形 码驱动便携式数据终端的图示，所示为在手持模式下被配置和操作；
图32是图31所示的在手持模式下被配置和操作的无线条形码驱动便 携式数据终端的立体图，其中嵌入其中的基于成像的条形码符号读取引擎 被用来读取包装上的条形码符号，并且代表所读取的条形码的符号特征数 据通过RF使能的2路数据通信链的方式，被自动传递给其具有托架 (cradle-providing)的基站；
图33是图31和图32所示的在自动(hands-free)模式下被配置和 操作的无线条形码驱动便携式数据终端的侧视图，其中基于成像的条形码 符号读取引擎在一个宽域图像捕捉操作模式下被配置，适于在销售站点 (POS)环境下的图表类型(presentation-type)的条形码读取；
图34的结构图示出了图31、32和33的无线手持式的条形码驱动便 携式数据终端系统的，与设计模块结合的各种子系统块，示出了与可能的 主系统和/或网络的接口；
图35的结构图代表了根据本发明另一实施例的手持式基于数字成像 的条形码符号读取装置的系统设计，其中系统设计类似于图2A1所示，除 了自动曝光测量和照明控制子系统被适用于测量在CMOS图像传感阵列中 心部分之上的曝光量，和与在多模式基于图像处理的条形码符号读取子系 统中实现的基于软件的照明计量程序合作来控制基于LED的多模式照明子 系统的操作，，包括对捕捉的数字图像就未接收的空间强度分配进行实时 分析；
图35A是在图35中所示的系统的图示，非常详细地示出了由自动曝 光测量和照明控制子系统确定的电流照明持续时间是如何由照明持续时 间自动制服的，该照明持续时间由一在基于图像处理的条形码符号读取子 系统内实施的软件执行、基于图像处理的照明计量程序来计算，并用于控 制在系统捕捉的下一个图像帧中产生的照明，根据本发明的加强的自动照 明控制配置；
图36的流程图阐明了实施图35A所示的加强自动照明控制配置中包 括的步骤；
图37是使用图像裁切区域(ICZ)目标/标示图样的手持式基于图像处 理的条形码符号阅读器的立体图，和自动图像后捕捉裁切方法来抽取ICZ， 在其中成像的目标物体已经在照明和成像操作期间被包含；
图38是图37所示的手持式基于图像处理的条形码符号阅读器的示意 性系统图，示出了在系统控制子系统的控制下使用图像裁切区域(ICZ)照 明目标/标示源；
图39的流程图提出了在图37和图38中所示的条形码符号阅读器中 嵌入的本发明的图像裁切区域目标/标示和图像后捕捉裁切过程的执行中 所包括的步骤；
图40A到图40E图形示意图用来描述在本发明的基于成像的条形码阅 读器中使用调制传递函数(MTF)来设计图像形成(即摄像)光学装置的方 法。
本发明的另一个目的是提供一种新颖的手持式基于数字成像的条形 码符号阅读器，通过使用达到最新技术发展水平的成像技术和传统激光扫 描条形码符号阅读器达到的速度和可靠性，能够自动阅读1D和2D条形码 符号。
本发明的另一个目的是提供一种新颖的手持式的基于数字成像的条 形码符号阅读器，能够阅读行排式2D符号，如PDF417和数据矩阵。
本发明的另一个目的是提供一种新颖的手持式的基于数字成像的条 形码符号阅读器，能够阅读条形码，而不依赖于条形码相对于阅读器的方 向。
本发明的另一个目的是提供一种新颖的手持式的基于数字成像的条 形码符号阅读器，利用可用于其它应用中的结构，这些应用可能涉及或不 涉及条形码扫描，如OCR、OCV、安全系统等。
本发明的另一个目的是提供一种新颖的手持式的基于数字成像条形 码符号阅读器，能和“飞点(flying-spot)”类激光扫描仪一样简单、高 效地读高密度条形码。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，能以终端用户使用传统激光扫描条形码符号阅读器一样方便的方式读 1D和2D条形码符号。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式条形码符号读取子系统 的手持式基于成像的条形码符号阅读器，其能根据对捕捉的图像执行的实 时处理操作动态重新配置。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像条形码符号阅读器， 具有集成的基于LED的多模式照明子系统，用来产生可见窄域照明光束来 瞄准到目标物体并且在系统的窄域图像捕捉模式下照亮与之对准的1D条 形码符号，之后在系统的宽域图像捕捉模式下照亮目标物体上任意方向的 1D或2D条形码符号。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，使用集成多模式照明子系统，其产生可见窄域照明光束用来瞄准到目 标物体，然后照亮与之对准的1D条形码符号，捕捉其图像，之后产生宽 域照明光束用来照亮物体上的1D或2D条形码符号并且捕捉其图像以及对 其进行处理来读取存其中的条形码。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，在条形码符号成像操作中，使用自动的物体存在和范围检测来控制近 场和远场广域照明光束的生成。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，采用了使用全局曝光控制技术的CMOS类型图像传感阵列。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，使用具有在其手持式外壳内集成的带通光学滤光器子系统的CMOS类 型图像传感阵列，只允许来自多模式照明子系统的窄带照明以曝光CMOS 图像传感阵列。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的自动辨识1D/2D条 形码符号阅读器，使用基于多模式图像处理的条形码符号读取子系统，在 条形码阅读操作中响应实时图像分析进行动态重配置。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，使用连续工作自动曝光测量和照明控制子系统。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，使用多模式的基于LED的照明子系统。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，具有1D/2D自动辨识能力。
本发明的另一个目的是提供一种方法，该方法在既有窄域又有宽域图 像捕捉操作模式的基于成像的条形码符号阅读器中，执行自动辨识1D/2D 条形码符号。
本发明的另一个目的是提供一种设备的方法，在基于成像的条形码符 号阅读器内处理捕捉的图像，以读取(即识别)其内图形表示的条形码符 号。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，采用对捕捉的物体的2D图像螺旋扫描特征提取分析，从其中心索引。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，采用以外向方式对捕捉的具有1D条形码符号的物体的窄域图像应用 的简单图像处理操作。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，采用具有远场和近场照明阵列的集成的基于LED的多模式照明子系统， 该阵列易受控于控制信号，该控制信号是由在系统操作的第一模式期间基 于IR的物体存在和范围检测子系统和在系统操作的第二模式期间的系统 控制子系统产生的。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 系统，采用由易受控于控制激活信号的自动曝光测量和照明控制子系统驱 动的集成的基于LED的多模式照明子系统，该控制激活信号在物体照明和 图像捕捉操作中，由CMOS图像传感阵列和基于IR物的体存在和范围检测 子系统产生。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，使用CMOS图像传感阵列，该阵列激活LED照明驱动电路来使目标物 体暴露在窄调谐的基于LED的照明中，当在所述CMOS图像传感阵列中所 有像素行处在结合的状态时，独立于该条形码阅读器和目标物体间的相对 运动来捕捉高质量图像。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 系统，其中窄带照明在它的CMOS图像传感阵列上的曝光时间通过使用控 制信号控制基于LED照明阵列的照明时间来管理，该控制信号在通过带通 光学滤光器子系统控制其上的窄带照明中，由自动曝光测量和照明控制子 系统以及CMOS图像传感阵列产生。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号读取 系统，采用通过控制照明子系统照亮目标物体的时间来控制图像亮度和对 比度的机制，因此，避免为其内采用的基于CMOS图像传感阵列提供复杂 模板机制的需要。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，使用多模式图像处理条形码符号读取子系统，其在单条形码符号阅读 周期内自动转换其阅读模式，并且在各个阅读模式中应用大量不同的条形 码符号解码算法。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，其中多模式图像处理符号读取子系统具有操作第一多阅读(如：全扫 描/特定ROI)模式，用于高速方式下的适应性处理和解码一个捕捉的高分 辨率图像，适用于适应的学习技术。
本发明的另一个目的是提供这样一种手持式基于成像的条形码符号 阅读器，其带有具有第一多阅读(如：全扫描/特定ROI)操作模式的多模 式图像处理条形码符号读取子系统，其中如果在全扫描操作模式下，与 PDF417条形码符号相关联的编码段在捕捉的(窄或宽)区域图像的ROI 内被检测到，但是其处理并不成功，于是多模式图像处理符号读取子系统 将自动地(i)进入其上述的特定ROI工作模式，然后(ii)在全扫描操作模 式下，在由特征向量分析获得的ROI坐标确定的ROI上，立即开始处理捕 捉的图像。
本发明的另一个目的是提供这样一种手持式基于成像的条形码符号 阅读器，其带有具有第一多阅读(如：全扫描/特定ROI)操作模式的多模 式图像处理条形码符号读取子系统，其提供全扫描操作模式从而开始并随 时快速阅读出现在捕捉图像中的1D条形码符号和各种2D条形码符号，并 且只要PDF417符号被检测到(通过其编码段)，本发明的多模式条形码符 号读取子系统就能自动转换(不工作的)到其特定ROI操作模式从而以特 定ROI来立即处理高分辨率图像数据(在该特定ROI上条形码符号出现具 有的高可能性)。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，其中它的多模式图像处理符号读取子系统具有第二多阅读(如：无探 测器/特定ROI)操作模式，用于在高速方式下适应性处理捕捉的高分辨率 图像，适用于适应性学习技术
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，其中多模式图像处理符号读取子系统有第二多阅读(如：无探测器/ 特定ROI)操作模式，并且其中如果在无探测器操作模式期间，与PDF417 条形码符号相关联的编码段在捕捉的宽域图像内被检测到，但是其解码处 理并不成功，那么多模式图像处理符号读取子系统将自动地(i)进入其上 述特定ROI操作模式，然后(ii)以y坐标确定的ROI来立即开始处理捕 捉的宽域图像，这对应无探测器操作模式期间处理的宽域图像。
本发明的另一个目的是提供这样一种手持式基于成像的条形码符号 阅读器，其中它的多模式图像处理符号读取子系统具有第二多阅读(如： 无探测器/特定ROI)操作模式，并且其中无探测器模式能快速读出随时出 现在条形码符号阅读器中的1D条形码符号，并且只要遇到2D(如：PDF417) 符号，条形码符号阅读器能自动将它的阅读方法转换到特定ROI模式并且 使用从在无探测器模式期间处理的窄(或宽)域图像中收集的特征，以便 在捕捉的宽域图像帧中立刻处理特定的ROI，其上条形码符号出现具有高 可能性，并且在高目标的方式下执行。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，其中多模式图像处理条形码读取子系统具有第三多阅读(如：无探测 器/全扫描/特定ROI)操作模式，用于在高速方式下适应性处理捕捉的高 分辨率图像，适用于适应性学习技术。
本发明的另一个目的是提供这样一种手持式基于成像的条形码符号 阅读器，其中多模式图像处理符号读取子系统具有第三多阅读(如：无探 测器/全扫描/特定ROI)操作模式，并且其中如果在无探测器操作模式下， 与PDF417条形码符号相关联的编码段在被捕捉的窄域图像内被检测到， 但是其处理并不成功，那么图像形成和检测子系统(i)自动捕捉宽域图 像，当多模式图像处理符号读取子系统(ii)自动进入其上述的全扫描操作 模式，然后(iii)在若干平行的空间分离的(如：50像素)虚拟扫描线上， 从无探测器操作模式期间处理的窄域图像中检测到的编码段的x和/或y 坐标确定的起始像素和起始角度开始，立刻开始处理捕捉的宽域图像，； 并且，如果全扫描模式没有成功读出ROI内的条形码符号，那么多模式图 像处理符号读取子系统(i)自动进入其上述的特定ROI操作模式，然后(ii) 以与在全扫描操作模式期间处理的宽域图像中检测到的编码段相对应的 x，y坐标所确定的ROI来立即开始处理被捕捉的宽域图像。。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，其中多模式图像处理符号读取子系统具有第三多阅读(如：无探测器 /全扫描/特定ROI)操作模式，并且其中无探测器模式能很快的得到1D 条形码符号，无论何时它们出现在条形码符号阅读器中，并且只要遇到2D 符号，条形码符号阅读器能自动将它的读取方法转换到全扫描模式，在处 理过的图像数据上收集特征，如果这种读取方法不成功，那么条形码阅读 器能自动将其读取方法转换到特定ROI模式并且使用在全扫描模式中收集 的特征来立刻处理在捕捉的宽域图像帧中的特定ROI，其上条形码符号出 现具有高可能性，并且在高目标的方式下执行。
本发明的一个另目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，其具有集成多模式照明子系统，该子系统支持比传统基于成像的条形 码符号阅读器大的光学景深。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，其对于13.5mil条形码符号具有约为0mm到200mm(面对8″)的景深 (DOF)，其中分辨率作为物距的函数而变化，它能解码某处的5mil编码， 它的光学能解决某处的4mil编码，且它有一个45°的视场。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式基于图像处理条形码符 号读取子系统的基于成像的条形码符号阅读器，其使用一套特征并建立一 个特征向量来确定可能含有条形码的兴趣区。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式基于图像处理条形码符 号读取子系统的基于成像的条形码符号阅读器，它使用多样的、适应性的 门限来确定和标识兴趣区(ROIs)。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式基于图像处理条形码符 号读取子系统的基于成像的条形码符号阅读器，其利用一些图像处理方法 来确定分级配置中的条形码方向。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式基于图像处理条形码符 号读取子系统的基于成像的条形码符号阅读器，其使用一些不同的扫描数 据过滤技术以产生条空计数。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式基于图像处理条形码符 号读取子系统的基于成像的条形码符号阅读器，其使用条形码和空拼接改 正透视和投影变换，并对已损坏的标签进行解码。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式基于图像处理条形码符 号读取子系统的基于成像的条形码符号阅读器，当一幅图像被逐渐得到 时，其使用图像数据的增量处理。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式基于图像处理条形码符 号读取子系统的基于成像的条形码符号阅读器，其使用低层直方图分析来 确定捕捉的图像中的亮点。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式基于图像处理条形码符 号读取子系统的基于成像的条形码符号阅读器，其全方向地检测所有1D 符号和PDF417。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式基于图像处理条形码符 号读取子系统的基于成像的条形码符号阅读器，其全方向地解码UPC/EAN， 1205，C128，C39，C93，CBR。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式基于图像处理条形码符 号读取子系统的基于成像的条形码符号阅读器，其使用低发生率的“错误 报告”。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式基于图像处理条形码符 号读取子系统的基于成像条形码符号阅读器，其对在快照操作模式下存储 在存储器中的图像起作用。
本发明的另一个目的是提供一种具有多模式基于图像处理条形码符 号读取子系统的基于成像的条形码符号阅读器，其对在增量操作模式下逐 渐获得的图像起作用。
本发明的另一个目的是提供一种有多模式基于图像处理条形码符号 读取子系统的基于成像条形码符号阅读器，其在捕捉的具有高分辨率的大 小为32768×32768像素的图片上操作。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像条形码符号阅读器， 使用简单，制作费用低廉，需要元件少，具有尽可能小的版型，不使用移 动元件(即：没有动态聚焦，没有摄像机移动)，使用所有的球面和普通 镜。
本发明的另一个目的是提供一种低成本、高分辨率基于成像的条形码 符号阅读器，用于全方面阅读规则的一维条形码和二维条形码，如PDF417 符号。
本发明的另一个目的是提供这样一种基于成像的条形码符号阅读器， 其旨在于在需要2D条形码阅读来确认时间或其它的便利店、加油站、便 捷超市和酒水商店中销售物品时使用。
本发明的另一个目的是提供一种改进的基于成像的条形码符号阅读 装置，用来集成不同种类信息捕捉和处理系统，如与基站有无线接口的条 形码驱动便携式数据终端(PDT)，反转自动贩卖机，零售条形码驱动亭等。
本发明的另一个目的是提供一种使用CMOS图像传感阵列在基于成像 的条形码符号阅读器中控制全局曝光的新颖的方法和设备。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码读取系统， 其应用一种新颖的在照明和成像操作中能够自动减少由镜面反射引起的 检测的数字图像中的噪音的照明方法。
本发明的另一个目的是提供一种新颖的用于生产一种复合的DOF图， 其完全从理论上刻画了使用在基于成像的条形码符号阅读器中图像构成 光学的景深(DOF)的系统及其方法。
本发明的另一个目的是提供一种手持式数字基于成像的条形码符号 阅读器，支持照明和图像捕捉的窄域和宽域模式。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，有多模式条形码符号图像处理器，其动态可重置以回应捕捉的图像上 实施的实时图像处理操作。
本发明的另一个目的是提供一种手持式半自动基于成像的条形码读 取系统，其中当多模式图像形成和检测(IFD)子系统捕捉其中的对准的 1D条形码符号的窄域图像时，基于LED的照明子系统自动在照明的窄域场 内照亮目标物体；当手动通过触发开关转换到宽域照明和图像捕捉模式 时，在多模式IFD子系统捕捉到其上任意方向的1D或2D码符号的宽域图 像时，基于LED的照明子系统在照明的宽域场内照亮目的物体，。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，使用多模式照明子系统，其在瞄准目标物体时进行窄域照明，在窄域 图像捕捉模式下照亮对准的1D条形码符号，在宽域图像捕捉模式下用宽 域照明照亮任意方向的1D和2D条形码符号。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号的阅 读器，其在条形码符号成像操作中使用自动物体存在和范围检测来控制近 场和远场宽域照明。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，使用全局曝光技术的CMOS类型图像传感器。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，使用带有集成在其手持式外壳内的带通滤光器子系统的CMOS类型图 像传感阵列。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的自动辨识1D/2D条 形码符号阅读器，使用多模式图像处理条形码符号读取子系统，该子系统 有多种根据实施图像分析自动调整的操作模式。
本发明的另一个目的是提供一种手持式多模式基于成像的条形码符 号阅读器，使用自动照明和曝光控制子系统，该子系统自动控制基于LED 的多模式照明子系统的操作以便被检测到的物体可以被充分的照亮，并且 在照明和成像操作中，通过多模式图像形成和检测子系统检测和形成被检 测到物体的高质量数字图像。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，使用三模式基于LED照明子系统。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，使用带有组合的图像处理体系结构的多模式基于图像处理的条形码读 取子系统。
本发明的另一个目的是提供一种在有窄域和宽域图像捕捉操作模式 的半自动手持式基于成像的条形码符号阅读器中对1D/2D条形码符号执行 自动辨识的方法。
本发明的另一个目的是提供一种在半自动手持式基于成像的条形码 符号阅读器内处理物体捕捉的数字图像，以便读取其中图形形式表现的1D 和/或2D条形码符号的装置及方法。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，从参考物体中心对其捕捉的数字图像进行螺旋扫描特征提取分析。
本发明的另一个目的是提供一种自动的手持式基于成像的条形码符 号阅读器，有基于图像处理的条形码读取子系统，该子系统应用以带有1D 条形码符号的物体的捕捉的窄域数字图像中心为参考点向外方式进行简 单解码图像处理操作。
本发明的另一个目的是提供一种基于数字成像的条形码符号读取系 统，使用有远场和近场LED照明阵列的基于LED多模式照明子系统，该阵 列由自动曝光测量和照明控制子系统驱动，响应性地控制由自动物体存在 和范围检测子系统产生的激活信号。
本发明的另一个目的是提供一种基于数字成像的条形码符号阅读器， 使用由自动曝光测量和控制子系统驱动的基于LED的照明子系统，响应性 地控制由域类型图像传感阵列和自动物体存在检测子系统在物体照明和 图像捕捉操作中产生的激活信号。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读 器，使用自动曝光测量和照明控制子系统，该子系统控制LED照明驱动 电路仅当在CMOS图像传感阵列的几乎所有像素的列处于集成状态时将自 动检测到的物体暴露在窄带基于LED照明场内，从而捕捉高质量数字图像， 而不依赖于该条形码符号阅读器和物体间的相对运动。
本发明的另一个目的是提供一种基于数字成像的条形码符号读取系 统，其中CMOS图像传感阵列暴露在来自基于LED的照明阵列的窄带照明 的持续时间通过控制该基于LED的照明阵列产生的窄带照明的时间来管 理，响应控制由CMOS图像传感阵列和在该系统外的自动物体存在检测子 系统产生的激活信号。
本发明的另一个目的是提供一种具有一个子系统的手持式基于数字 成像的条形码符号读取系统，该子系统自动处理捕捉的数字图像，沿着一 组由若干像素偏移距离分隔开的平行的虚拟扫描线，其中该像素偏移距离 与含有条形码符号的捕捉的数字图像中的兴趣区(roi)的最大像素高度 成比例。
本发明的另一个目的是提供一种使用多模式图像处理符号读取子系 统的基于数字成像的条形码符号读取系统，该子系统在单条形码符号读取 周期中转换其读取模式，并且在各读取模式中，自动应用不同的基于图像 处理的条形码符号读取方法。
本发明的另一个目的是提供一种用于确定在基于成像的条形码符号 阅读器中解码分辨率的更低限制的方法和设备。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于数字成像的条形码符号 读取系统，使用一种智能照亮物体的方法，以便于产生其数字图像，该图 像完全摆脱在照明和成像操作中照明脱离该物体的镜面类型反射引起的 噪音。
本发明的另一个目的是提供一种在多层组合的软件平台上实现的手 持式的半自动的基于数字成像的条形码符号读取系统。
本发明的另一目的是提供一种基于数字成像的条形码符号驱动便携 式数据终端系统。
本发明的另一目的是提供一种手持式基于数字成像的条形码符号读 取系统，其中在每个成像周期，当其几乎所有的像素行完全处于集成状态 并有一个共同的集成时间时，一个像素数据的单帧被CMOS域类型图像传 感阵列自动检测到，然后像素数据被从该CMOS域类型图像传感阵列传送 到FIFO缓冲器，并接着被绘制到存储器为随后的图像处理。
本发明的另一个目的是提供一种在具有带有视场的图像传感阵列的 手持式成像器中和基于LED照明子系统中自动照明控制的方法，其中该方 法使用基于软件的图像照明计量程序，该程序涉及分析捕捉图像的空间密 度。
本发明的另一个目的是提供一种手持式的基于数字成像的条形 码符号阅读装置，其包含自动曝光测量和照明控制子系统以及基于软 件照明计量程序，来改进照明控制。
本发明的另一个目的是提供一种手持式基于数字图像处理的条 形码符号读取系统，使用图像裁切域(ICZ)帧和成像后捕捉裁切过 程。
本发明提供一种手持式基于数字成像的条形码符号读取装置，包 括：多模式的域类型图像形成和检测子系统，具有用来产生被成像物 体上的视场的图像形成光学装置和CMOS域类型图像传感阵列，该图 像传感阵列用来在图像传感阵列上的一些像素行被激活的图像捕捉 模式检测在照明操作过程中物体反射的成像光。具有基于LED照明阵 列的基于LED的照明子系统，用于在图像捕捉模式中生成在图像形成 和检测子系统视场范围内的窄带照明的场。自动物体存在检测子系 统，用于在图像形成和检测子系统的视场范围内生成物体检测场。自 动曝光测量和照明控制子系统，用于自动测量入射到视场中心处的曝 光量，并控制所述基于LED的多模式照明子系统的操作。图像捕捉和 缓存子系统，用于捕获和缓存被图像形成和检测子系统检测到的2-D 图像。基于图像处理的条形码符号读取子系统，用于处理被所述图像 捕捉和缓存子系统所捕获和缓存的图像并读取所表示的1-D和2-D条 形码符号。输入/输出子系统，用于输出被处理的图像数据及类似的 信息到外部主系统或其它的信息接收或响应装置。以及系统控制子系 统，用于激活和控制上述子系统部分。其中一旦所述CMOS域类型图 像传感阵列被所述的系统控制子系统激活，并且当所述CMOS域类型 图像传感阵列中的实际上所有行都处于积分状态时，所述系统控制子 系统会自动地激活所述自动曝光量测量和照明控制子系统，以便以精 确的方式来自动驱动与所述基于LED的照明子系统相结合的基于LED 的照明阵列，使得当所述CMOS域类型图像传感阵列中的所有像素行 处于积分状态并且具有共同的积分时间时，使所述CMOS域类型图像 传感阵列全部暴露于基于LED的照明中，从而激活所述图像捕捉和缓 存子系统来捕捉不依赖于所述手持式基于数字成像的条形码符号读 取装置和物体之间的相关运动的高质量的图像。
本发明还提供一种手持式基于数字成像的条形码符号读取装置， 其包括：手持式外壳；域类型图像形成和检测子系统，具有用于产生 被成像物体之上的视场的图像形成光学装置和CMOS域类型图像传感 阵列，该图像传感阵列用于在图像传感阵列上的像素行被激活图像捕 捉模式中检测在照明操作过程中物体反射的成像光；基于LED的照明 子系统，用于在图像捕捉模式中生成所述视场范围内窄带照明的窄和 宽域场，以便只有基于LED的可见照明光(i)从所述基于LED的照明 子系统发射的，(ii)从被照明物体散射的和(iii)从集成在手持式外 壳上的窄带传输类型的光学滤波子系统透过的，可以被所述CMOS域 类型图像传感阵列所检测，同时环境光的所有其它成分都被充分排 除；图像捕捉和缓存子系统，用于捕获和缓存被图像形成和检测子系 统检测到的2-D图像；基于图像处理的条形码符号读取子系统，用于 处理被所述图像捕捉和缓存子系统所捕获和缓存的图像并读取所表 示的1D和2D条形码符号；输入/输出子系统，用于输出被处理的图 像数据到外部主系统或其它的信息接收或响应装置；和系统控制子系 统，用于控制上述子系统；其中以精确的方式来驱动所述LED照明阵 列，使得仅当所述CMOS域类型图像检测阵列中的全部像素行都处于 积分状态并且具有共同的积分时间时，所述CMOS域类型图像检测阵 列被全部暴露于所述窄带基于LED的照明中。
本发明还提供一种具有工作范围的基于数字成像的条形码符号 读取装置，包括：图像形成和检测子系统，具有用来产生被成像物体 上的视场的图像形成光学装置和域类型图像传感阵列，该图像传感阵 列用来在域类型图像传感阵列上的所有行被激活的图像捕捉模式中 检测在照明操作过程中物体反射的成像光，并且当域类型图像传感阵 列上的所有像素行处于积分状态时，自动产生第一控制激活信号；基 于LED的照明子系统，用于在来自一LED照明阵列的视场内自动产生 基于LED的照明；自动物体存在和范围检测子系统，用于在所述装置 工作范围中自动产生空间上包围视场的实部的物体检测场，并在所述 视场内检测物体的存在并作为响应产生所述第二控制激活信号；自动 曝光测量和照明控制子系统，用于自动地测量入射到视场中部的曝光 量，并控制LED照明阵列的操作以作为对第一和第二控制激活信号产 生的响应，以便从所述LED照明阵列产生基于LED的照明并在物体照 明和图像捕捉工作期间照亮所述被检测的物体，从而以精确的方式来 驱动所述LED照明阵列，使得仅当所述域类型图像检测阵列中的全部 像素行都处于积分状态并且具有共同的积分时间时，所述域类型图像 检测阵列全部地暴露于所述窄带基于LED的照明中；图像捕捉和缓存 子系统，用来捕捉和缓存被照亮物体的数字图像；基于图像处理的条 形码符号读取子系统，用来处理被所述图像捕捉和缓存子系统所捕捉 和缓存的数字图像，并读取其中以图形表示的1D和2D条形码符号； 输入/输出子系统，用于输出被处理的图像数据到外部主系统或其它 的信息接收或响应装置；系统控制子系统，用于控制和协调所述子系 统的工作；以及外壳，包括所述子系统，并具有带有成像窗口的透光 面板，通过该透光面板所述视场延伸，所述基于LED的照明光被投射， 并且所述物体反射和散射的光被传输。
本发明还提供一种具有工作范围的手持式基于数字成像的条形 码符号读取装置，包括：具有带有成像窗口的透光面板的手持式外壳； 图像形成和检测子系统，具有(i)用于通过成像窗口产生被成像物 体上的视场的图像形成光学装置和(ii)CMOS域类型图像传感阵列， 用来在图像传感阵列上所有像素行被激活的图像捕捉模式中检测在 照明操作过程中物体反射的成像光，并且当所述CMOS域类型图像传 感阵列中所有像素行都处于积分操作状态时，自动产生第一控制激活 信号；基于LED的照明子系统，用于从LED照明阵列自动产生通过所 述成像窗口投射并进入视场的窄带基于LED的照明场；自动物体存在 检测子系统，用于自动产生在工作范围实部上空间覆盖视场的物体检 测场，并在所述物体检测场内自动检测物体的存在并响应地产生第二 控制激活信号；自动曝光测量和照明控制子系统，其具有(i)用于 自动测量入射在所述视场中部的曝光量的曝光测量电路，和(ii)用 于为响应第一和第二控制激活信号的产生，而控制所述LED照明阵列 工作的LED照明驱动电路，以便以精确方式驱动所述LED照明阵列， 从而仅当CMOS域类型图像传感阵列中全部像素行都处于积分状态并 具有共同的积分时间时，使CMOS域类型图像传感阵列全部暴露在窄 带基于LED的照明中；图像捕捉和缓存子系统，用来捕捉和缓存被照 物体的数字图像，而不依赖于所述条形码符号读取装置和被照物体间 的相对移动；基于图像处理的条形码符号读取子系统，用来处理被所 述图像捕捉和缓存子系统所捕捉和缓存的数字图像，并读取其中以图 形表示的1D和2D条形码符号；以及系统控制子系统，用于控制和协 调所述子系统的工作。
本发明提供一种具有工作范围的基于数字成像的条形码符号读 取系统，包括：图像形成和检测子系统，具有用于产生被成像物体上 的视场的图像形成光学装置和CMOS域类型图像传感阵列，该图像传 感阵列用来在图像传感阵列上所有行被激活的图像捕捉模式中检测 在照明操作过程中物体反射的成像光，并且当所述CMOS域类型图像 传感阵列中所有像素行都处于积分操作状态时，自动产生第一控制激 活信号；基于LED的照明子系统，用于在所述图像捕捉模式下从LED 照明阵列在所述视场中自动产生窄带照明场，从而当环境光的所有其 他成分被基本排除时只有(i)从所述基于LED的照明子系统发射的、 (ii)该被照物体反射/散射的、和(iii)通过所述CMOS域类型图 像传感阵列前设置的窄带透过型光学滤波子系统透过的窄带照明光 可以被CMOS域类型图像传感阵列检测到；自动物体存在检测子系统， 用于自动产生在工作范围实部空间上覆盖视场的物体检测场，并在所 述物体检测场内自动检测物体的存在并响应地产生第二控制激活信 号；自动曝光测量和照明控制子系统，其用于自动测量入射在所述视 场中部上的曝光量，并在物体照明和成像过程中控制所述LED照明阵 列的工作，以便以精确方式驱动所述LED照明阵列，从而仅当CMOS 域类型图像传感阵列中全部像素行都处于积分状态并具有共同的积 分时间时，使CMOS域类型图像传感阵列全部暴露在所述窄带照明中， 其中所述CMOS域类型图像传感阵列暴露在所述窄带照明光中的持续 时间由所述自动曝光测量和照明控制子系统管理的，该子系统控制所 述LED照明阵列产生所述窄带照明场的时间以作为对所述第一和第 二控制激活信号的产生的响应；图像捕捉和缓存子系统，用来捕捉和 缓存被照物体的数字图像，而不依赖于所述系统和被照物体间的相对 移动；基于图像处理的条形码符号读取子系统，用来处理被所述图像 捕捉和缓存子系统所捕捉和缓存的数字图像，并读取其中以图形表示 的1D和2D条形码符号；系统控制子系统，用于控制和协调所述子系 统的工作；以及外壳，包括所述子系统，并具有带有成像窗口的透光 面板，通过该透光面板所述视场延伸，所述窄带照明光被投射，并且 所述物体反射和散射的窄带照明光被再次传输到所述CMOS域类型图 像传感阵列。
本发明还提供一种手持式基于数字图像的条形码符号读取系统， 包括：手持式外壳；图像形成和检测子系统，其具有用于产生处于被 成像物体上的视场的图像形成光学装置和CMOS域类型图像传感阵 列，该CMOS域类型图像传感阵列用于在所述域类型图像传感阵列的 所有像素行被激活并且所述CMOS域类型图像传感阵列的所有像素行 处于积分状态且具有共同的积分时间的图像捕捉模式中自动检测物 体反射的成像窄带照明；基于LED的照明子系统，具有LED照明阵列， 用于在图像捕捉模式中自动产生所述FOV内的窄带照明场，以响应 激活控制信号的产生；自动曝光测量和照明控制子系统，用来自动测 量入射到所述视场中心部分的曝光量，和用来在物体照明和成像操作 过程中控制所述基于LED的照明子系统的操作；图像捕捉和缓存子系 统，用来自动捕捉和缓存被所述图像形成和检测子系统检测到的数字 图像的像素数据；其中，所述图像捕捉和缓存子系统包括：微处理器， 通过FPGA方式实现的先进先出(FIFO)缓存，具有用于缓存与所述 数字图像相关的单帧像素数据的可寻址存储器存储位置的SDRAM，和 可操作地将所述微处理器和所述SDRAM连接的系统总线；其中，所述 CMOS域类型图像传感阵列通过所述FIFO缓存可操作地与所述微处理 器连接；其中，在每一个数字图像捕捉循环过程中，所述单帧像素数 据的字节是自动映射到所述SDRAM的可寻址存储器存储位置的；基于 图像处理的条形码符号读取子系统，用来处理被所述图像捕捉和缓存 子系统所捕捉和缓存的所述数字图像并读取表示的1D和2D条形码符 号；输入/输出子系统，用于输出被处理的图像数据到外部主系统或 其它的信息接收或响应装置；和系统控制子系统，用于控制和协调所 述子系统。
本发明还提供一种手持式基于数字图像的条形码符号读取系统， 包括：手持式外壳；图像形成和检测子系统，其具有用于产生处于被 成像物体上的视场的图像形成光学装置和CMOS域类型图像传感阵 列，该CMOS域类型图像传感阵列用于在所述域类型图像传感阵列的 所有像素行被激活的图像捕捉模式中自动检测物体反射的成像窄带 照明光；基于LED的照明子系统，具有LED照明阵列，用于在图像捕 捉模式中自动产生所述FOV内的窄带照明场，以响应激活控制信号的 产生；自动曝光测量和照明控制子系统，用来自动测量入射到所述视 场中心部分的曝光量，和用来在物体照明和成像操作过程中控制所述 基于LED的照明子系统的操作；图像捕捉和缓存子系统，用来自动捕 捉和缓存被所述图像形成和检测子系统检测到的数字图像的像素数 据；其中，所述图像捕捉和缓存子系统包括：微处理器，通过FPGA 方式实现的先进先出(FIFO)缓存，具有用于缓存与所述数字图像相 关的单帧像素数据的可寻址存储器存储位置的SDRAM，和可操作地将 所述微处理器和所述SDRAM连接的系统总线；其中，所述CMOS域类 型图像传感阵列通过所述FIFO缓存可操作地与所述微处理器连接； 其中，在每一个数字图像捕捉循环过程中，所述单帧像素数据的的字 节自动映射到所述SDRAM的可寻址存储器存储位置；基于图像处理的 条形码符号读取子系统，用来处理被所述图像捕捉和缓存子系统所捕 捉和缓存的所述数字图像并读取表示的1D和2D条形码符号；输入/ 输出子系统，用于输出被处理的图像数据到外部主系统或其它的信息 接收或响应装置；和系统控制子系统，用于控制和协调所述子系统。
本发明提供一种手持式基于数字图像的条形码符号读取装置，支 持照明和图像捕捉的窄域和宽域模式，所述手持式基于数字图像的条 形码符号读取装置包括：具有光发射孔的手持式外壳；多模式域类型 图像形成和检测子系统，其具有用于产生处于被成像物体上的视场 (FOV)的图像形成光学装置和域类型图像传感阵列，该域类型图像 传感阵列用于在所述图像传感阵列上的一些中间像素行被激活的(i) 窄域图像捕捉模式或者所述域类型图像传感阵列上的多数或所有行 被激活的(ii)宽域图像捕捉模式中检测在照明操作过程中物体反射 的成像光；多模式的基于LED的照明子系统，用于分别在窄域和宽域 图像捕捉模式中在所述图像形成和检测子系统的所述视场内产生窄 域和宽域窄带LED照明的场；图像捕捉和缓存子系统，用来捕捉和缓 存被所述图像形成和检测子系统检测到的2-D图像；基于图像处理的 条形码符号读取子系统，用来处理被所述图像捕捉和缓存子系统所捕 捉和缓存的图像并读取表示的1-D和2-D条形码符号；输入/输出子 系统，用于输出被处理的图像数据到外部主系统或其它的信息接收或 响应装置；系统控制子系统，用于控制和协调多个所述子系统。
本发明还提供一种手持式基于数字图像的条形码符号读取装置， 支持照明和图像捕捉的窄域和宽域模式，所述手持式基于数字图像的 条形码符号读取装置包括：手持式外壳；多模式域类型图像形成和检 测子系统，其具有用于产生处于被成像物体上的视场的图像形成光学 装置和域类型图像传感阵列，该域类型图像传感阵列用于在所述图像 传感阵列上的一些中间像素行被激活的(i)窄域图像捕捉模式或者 所述域类型图像传感阵列上的多数或所有的行被激活的(ii)宽域图 像捕捉模式中检测在照明操作过程中物体反射的成像光；多模式的基 于LED的照明子系统，用于分别在窄域和宽域图像捕捉模式中在所述 图像形成和检测子系统的视场(FOV)内产生窄域和宽域的窄带照明 的场；图像捕捉和缓存子系统，用来捕捉和缓存被所述图像形成和检 测子系统检测到的2-D图像；基于图像处理的条形码符号读取子系 统，用来自动处理被所述图像捕捉和缓存子系统所捕捉和缓存的图像 并读取在所述捕捉的图像中表示的1D和2D条形码符号；基于IR的 物体存在检测子系统，用来在图像形成和检测子系统的视场内产生基 于IR的物体检测场；和手动触发器，用来产生所述系统内的触发事 件；和系统控制子系统，用于控制和协调所述根据被控子系统操作方 法的每一个所述子系统部件；其中，一旦自动检测所述基于IR的物 体检测场内的物体，所述基于IR的物体存在检测子系统自动产生物 体检测事件并且对其响应，所述多模式基于LED的照明子系统自动地 产生所述图像形成和检测子系统的FOV内的窄带照明的窄域场；和
(A)其中，一旦通过用户按下所述手动触发器而产生所述触发 事件，以下的操作就自动执行：(i)在所述多模式图像形成和检测子 系统的所述窄域图像捕捉模式中，利用FOV内的所述窄带照明的窄域 场，所述图像捕捉和缓存子系统自动捕捉和缓存物体的窄域数字图 像；和(ii)所述图像处理条形码符号读取子系统自动处理所述1D 数字图像，试图处理所述窄域数字图像，努力读取其中表示的1D条 形码符号，并且一旦成功解码其中的1D条形码符号，就自动产生其 代表的符号特征数据；和
(B)一旦所述多模式图像处理条形码符号读取子系统没有成功 读取在所述窄域数字图像中表示的所述1D条形码符号，那么就自动 执行以下操作：(i)所述多模式基于LED的照明子系统在所述多模式 图像形成和检测子系统的FOV内自动产生窄带照明的宽域场；(ii) 在所述图像捕捉和缓存子系统的宽域图像捕捉模式中，所述图像捕捉 和缓存子系统捕捉和缓存宽域数字图像；和(iii)所述图像处理条 形码符号读取子系统处理所述宽域数字图像，努力读取其中表示的 1D或2D条形码符号，并且一旦成功解码其中的1D或2D条形码符号， 就自动产生其代表的符号特征数据。
本发明提供一种控制手持式图像处理条形码符号阅读器操作的 方法，包括以下步骤：
(a)一旦自动检测到基于IR的物体检测场内的物体，所述基于 IR的物体存在检测子系统自动产生物体检测事件并且对其响应，所 述多模式基于LED的照明子系统自动地产生所述图像形成和检测子 系统的FOV内的窄带照明的窄域场
(b)一旦通过用户按下手动触发器而产生所述触发事件，以下 的操作就自动执行：(i)在所述多模式图像形成和检测子系统的所述 窄域图像捕捉模式中，利用FOV内的所述窄带照明的窄域场，所述图 像捕捉和缓存子系统自动捕捉和缓存物体的窄域数字图像；和(ii) 所述图像处理条形码符号读取子系统自动处理所述1D数字图像，试 图处理所述窄域数字图像，努力读取其中表示的1D条形码符号，并 且一旦成功解码其中的1D条形码符号，就自动产生其代表的符号特 征数据；和
(c)一旦所述多模式图像处理条形码符号读取子系统没有成功 读取在所述窄域数字图像中表示的所述1D条形码符号，那么就自动 执行以下操作：(i)所述多模式基于LED的照明子系统自动产生所述 多模式图像形成和检测子系统的FOV内的窄带照明的宽域场；(ii) 在所述图像捕捉和缓存子系统的宽域图像捕捉模式中，所述图像捕捉 和缓存子系统捕捉和缓存宽域数字图像；和(iii)所述图像处理条 形码符号读取子系统处理所述宽域数字图像，努力读取其中表示的 1D或2D条形码符号，并且一旦成功解码其中的1D或2D条形码符号， 就自动产生其代表的符号特征数据。
本发明还提供一种在包含具有视场的图像传感阵列的手持式成 像器以及基于LED的照明子系统内的自动照明控制方法，该方法包括 以下步骤：
(a)自动测量在所述图像传感阵列的视场的特定部分(如中间) 处的照明等级，和(ii)确定在捕捉的图像中达到希望的空间强度所 需要的照明持续时间(即计时)；
(b)使用计算/确定的照明持续时间以驱动基于LED的照明子系 统并捕捉所述视场中物体的数字图像；
(c)实时分析和测量捕捉的图像的空间强度分布，并且在当前 或随后的图像捕捉循环过程中，当捕捉下一帧或随后帧的图像数据 时，确定是否要求或需要修改的照明持续时间；
(d)用在步骤(c)确定的修改的照明持续时间(计数)重写先 前确定的照明持续时间(用于捕捉被分析的图像)；
(e)使用修改的照明持续时间来驱动所述基于LED的照明子系 统和捕捉随后的系统的视场内的被照明物体的数字图像。
本发明提供一种手持式基于数字图像的条形码符号读取装置，包 括：自动曝光量测量和照明控制子系统；和基于软件的照明测量程序。
本发明提供一种使用图像裁剪区域(ICZ)框架和后图像捕捉裁 剪处理的手持式基于图像处理的条形码符号读取系统，包括以下步 骤：
(a)在宽域照明和图像捕捉操作中，投影出所述系统的FOV内 的图像裁剪区域(ICZ)框架图样；
(b)在所述ICZ框架图样内可视化地对准待成像的物体；
(c)形成和捕捉系统的整个视场的宽域图像，其包括(即空间 上包括)对准被成像物体的所述ICZ框架图样；
(d)使用自动基于软件的图像裁剪算法，从包含在在步骤(c) 捕捉的整体宽域图像帧的那些像素中，自动裁剪由所述ICZ框架图样 确定的空间分界线内的像素；
(e)自动解码处理由在所述ICZ框架图样内的裁剪图像像素表 示的图像，以读取其中以图形表示的1D或2D条形码符号；和
(f)将表示已解码的条形码符号的符号特征数据输出到主机系 统。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，具有多模 式条形码解码处理器，该处理器根据在捕捉的图像上执行的实时解码 处理操作，被动态地重新配置。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号读取系统，具有集 成的基于LED的照明子系统，用于产生可见的窄域照明光束，该照明 光束用于在系统的窄域图像捕捉模式中瞄准目标物体并以此照明对 准的1D条形码符号，以及其后在系统的宽域图像捕捉模式中照明目 标物体上的随机取向的1D或2D条形码符号。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，使用集成 的多模式照明子系统，该系统产生可见的窄域照明光束，该照明光束 用于瞄准目标物体，以此照明对准的1D条形码符号，捕捉其图像， 而且随后产生用于照明物体上的1D或2D条形码符号及为了解码处理 而捕捉图像的宽域照明光束。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，使用自动 物体存在和范围检测，来控制在条形码符号成像操作过程中近场和远 场宽域照明光束的产生。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，使用利用 全局曝光控制技术的CMOS型图像传感器。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，使用具有 集成在其手持式外壳内的带通光滤波器的CMOS型图像传感器。
本发明提供一种手持式基于成像的自动识别1D/2D条形码符号 阅读器，使用在条形码读取操作过程中响应实时图像分析从而可以动 态重新配置的多模式编码符号读取系统。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，使用可连 续操作的自动照明和曝光控制子系统。
本发明提供一种基于成像的条形码符号阅读器，使用多模式基于 LED的照明子系统。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，用于使用 窄域和宽域图像捕捉操作模式来执行1D/2D条形码符号的自动识别。
本发明提供一种在基于成像的条形码符号阅读器中执行1D/2D 条形码符号的自动识别的方法，所述阅读器具有窄域和宽域图像捕捉 操作模式。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，在已捕捉 的物体的2D图像上，以其中心作为参考，使用螺旋式-扫描的特征 提取分析。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，使用以向 外指向的方式应用在包含1D条形码符号的物体的捕捉的窄域图像上 的简单解码图像处理操作。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，使用具有 响应控制信号的远场和近场照明阵列的、集成的基于LED照明子系 统，所述控制信号是在系统操作的第一模式中由基于IR的物体存在 和范围检测子系统、以及在系统操作的第二模式中由系统控制子系统 产生的。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号读取系统，使用响 应控制激活信号的由自动曝光测量和照明控制子系统驱动的集成的 基于LED的照明子系统，所述控制激活信号在物体照明和图像捕捉操 作过程中由CMOS图像传感阵列和基于IR的物体存在和范围检测子系 统产生的。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，使用CMOS 图像传感阵列，该CMOS图像传感阵列在其所有像素行处于积分状态 时，启动LED照明驱动电路，以将目标物体暴露于窄调谐的基于LED 的照明光中，由此捕捉到不依赖于所述条形码阅读器和物体之间相对 运动的高质量图像。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码读取系统，其中，CMOS 图像传感阵列上的窄带照明光的曝光时间通过如下方式管理的：即在 通过带通光学滤波器子系统的方式控制向CMOS图像传感阵列的窄带 照明光的同时，使用由自动曝光测量和照明控制子系统以及CMOS图 像传感阵列产生的控制信号，来控制基于LED的照明阵列的照明时 间。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号读取系统，使用通 过控制照明子系统照明目标物体的时间来控制图像亮度和对比度的 装置，因此，避免了CMOS的图像传感阵列使用复杂的快门机构。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，使用多模 式图像处理条形码符号读取子系统，该子系统在单独条形码符号读取 循环过程中自动转换其读取模式，并且在每一个读取模式中应用多个 不同的条形码符号解码算法。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，其中，多 模式图像处理符号读取子系统具有多读取(如全扫描/ROI-指定)的 操作模式，用于适应性地以高速度的方式处理和解码捕捉的高分辨率 的图像，应用适应学习技术。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，具有包含 多读取(如全扫描/ROI-指定)的操作模式的多模式图像处理符号读 取子系统，其中，如果在全扫描操作模式中，与PDF417条形码符号 相关的代码片段在捕捉的(窄或宽)域图像的ROI内被检测，但是其 解码处理不成功，然后，多模式图像处理符号读取子系统将会自动(i) 进入上述ROI-指定操作模式，并且然后(ii)立即开始处理在ROI 捕捉的图像，所述ROI由在全扫描操作模式过程中通过特征向量分析 获得的ROI坐标确定。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，具有包含 多读取(如全扫描/ROI-指定)的操作模式的多模式图像处理符号读 取子系统，所述操作提供全扫描操作模式，从而无论任何时候，只要 在捕捉的图像中出现，就初始化地和快速地读取1D条形码符号和多 种2D条形码符号，并且无论任何时候，只要PDF417符号被检测(通 过其代码片段)，本发明的多模式条形码符号读取子系统就可以自动 转换(空闲)到ROI-指定操作模式，以立即处理在指定ROI(条形码 符号存在可能性高的地方)的高分辨率图像数据。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，具有包含 多读取(如无探测器/ROI-指定)的操作模式的多模式图像处理符号 读取子系统，用于适应性地以高速度的方式处理捕捉的高分辨率的图 像，应用适应学习技术。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，具有包含 多读取(如无探测器/ROI-指定)的操作模式的多模式图像处理符号 读取子系统，其中，如果在操作的无探测器模式中，与PDF417条形 码符号相应的代码片段在捕捉的宽域图像的ROI内被检测，但是其解 码处理不成功，然后，多模式图像处理符号读取子系统将会自动(i) 进入上述ROI-指定操作模式，并且然后(ii)立即开始处理在ROI 捕捉的宽域图像，所述ROI由在无探测器操作模式过程中根据处理的 宽域图像的y坐标指定。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，具有包含 多读取(如无探测器/ROI-指定)的操作模式的多模式图像处理符号 读取子系统，其中，无论任何时候，只要在条形码符号阅读器中出现， 所述无探测器操作模式就可以快速地读取1D条形码符号，并且然后 无论任何时候，只要遇到2D(如PDF417)符号，条形码符号阅读器 就可以自动转换其读取方法到ROI-指定模式并使用在无探测器模式 过程中从已处理的窄(或宽)域图像收集的特征，以便立即处理在捕 捉的宽域图像帧的指定ROI，在指定ROI处条形码符号存在的可能性 高，并以高对准率的方式实现此目的。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，具有包含 多读取(如无探测器/全扫描/ROI-指定)的操作模式的多模式图像处 理符号读取子系统，用于适应性地以高速度的方式处理和解码捕捉的 高分辨率的图像，应用适应学习技术。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，具有包含 多读取(如无探测器/全扫描/ROI-指定)的操作模式的多模式图像处 理符号读取子系统，其中，如果在操作的无探测器模式中，与PDF417 条形码符号相关的代码片段在捕捉的窄域图像的ROI内被检测，但是 其解码处理不成功，则图像形成和检测子系统(i)自动捕捉宽域图 像，而多模式图像处理符号读取子系统(ii)自动进入所述全扫描操 作模式，并且然后(iii)立即开始处理在多个平行的间隔分离(如 以50个像素)的虚扫描线捕捉的宽域图像，从由代码片段的x和/ 或y坐标指定的起始像素以及起始角度开始，所述代码片段是在无探 测器操作模式过程中被处理的窄域图像中被检测；以及，如果全扫描 模式没有成功地解码ROI内的条形码符号，则，多模式图像处理符号 读取子系统(ii)自动进入所述ROI-指定操作模式，并且然后(iii) 立即开始处理在ROI捕捉的宽域图像，所述ROI由与在全扫描操作模 式过程中被处理的宽域图像中被检测的代码片段相应的x、y坐标指 定。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，具有包含 多读取(如无探测器/全扫描/ROI-指定)的操作模式的多模式图像处 理符号读取子系统，其中，从而无论任何时候，只要在条形码符号阅 读器中出现，所述无探测器模式就可以快速地获得1D条形码符号， 并且然后无论任何时候，只要遇到2D符号，条形码符号阅读器就可 以自动转换其读取方法到全扫描模式，收集已处理图像数据的特征， 并且如果该读取方式不成功，则条形码阅读器可以自动转换其读取方 法到ROI-指定模式并使用在全部扫描模式过程中收集的特征来立即 处理在捕捉的图像帧的指定ROI，在指定ROI处条形码符号存在的可 能性高，并以高对准率的方式实现此目的。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码符号阅读器，具有用于 13.5×10-3英寸条形码符号的大约为0mm到200mm(面对8″)的景 深(DOF)，其中，分辨率随着物体距离的函数变化；其中，某些地方 可以解码5×10-3英寸代码；其中，某些地方的光学装置可以解析4 ×10-3英寸的代码；并且此处其具有45°的视场(FOV)。
本发明提供一种用于产生合成的DOF曲线的系统，其可以完全从 理论上描述在基于成像的条形码符号阅读器中使用的图像形成光学 装置的景深(DOF)。
本发明提供一种手持式基于成像的条形码读取系统，其使用新颖 的照明方法，该方法自动减少了在检测的数字图像中的由在照明和成 像操作中的镜面反射引起的噪声。
本发明提供一种基于成像的条形码符号阅读器，具有响应在捕捉 的图像上执行的实时图像处理操作、可动态地重新配置的多模式条形 码符号图像处理器。
本发明提供一种基于成像的条形码读取系统，具有集成的基于 LED的照明子系统，用于在所述系统的窄域图像捕捉模式中产生对准 目标物体的光束和照明在目标物体排列的1D条形码符号，以及在所 述系统的宽域图像捕捉模式中照明所述目标物体上的随机取向的1D 或2D条形码符号。
本发明提供一种基于成像的条形码符号阅读器，使用结合的多模 式照明子系统，该系统激活用于瞄准目标物体和捕捉排列1D条形码 符号的图像的窄域照明，以及激活用于捕捉1D和2D条形码符号的宽 域照明。
本发明提供一种基于成像的条形码符号阅读器，使用自动物体存 在和范围检测，来控制在条形码符号成像操作过程中近场和远场宽域 照明的产生。
本发明提供一种基于成像的自动识别1D/2D条形码符号阅读器， 使用响应实时图像分析从而可以动态地重新配置的多模式编码符号 解码器。
本发明提供一种基于成像的条形码符号阅读器，使用可连续操作 的自动照明和曝光控制子系统。
本发明提供一种基于成像的条形码符号阅读器，使用三模式基于 LED的照明子系统。
本发明提供一种基于成像的条形码符号读取方法，在捕捉的物体 的2D图像上以其中间作为参考，使用螺旋式扫描的特征提取分析。
本发明提供一种基于成像的条形码符号读取方法，使用以向外指 向的方式应用在包含1D条形码符号的已捕捉的物体的窄域图像上的 简单解码图像处理操作。
本发明提供一种基于成像的条形码符号读取方法，使用具有响应 控制信号的远场和近场照明阵列的、集成的基于LED照明子系统，所 述控制信号是在系统操作的第一模式中由基于IR的物体存在和范围 检测子系统、以及在系统操作的第二模式中由系统控制器产生的。
本发明提供一种基于成像的条形码符号读取方法，使用响应控制 激活信号由自动曝光测量和控制子系统驱动的集成的基于LED的照 明子系统，所述控制激活信号在物体照明和图像捕捉操作过程中由 CMOS图像传感阵列和基于IR的物体存在和范围检测子系统产生的。
本发明提供一种基于成像的条形码符号读取方法，使用CMOS图 像传感阵列，该CMOS图像传感阵列在其所有像素行处于积分状态时， 启动LED照明驱动电路，将目标物体暴露于窄调谐的基于LED的照明 中，由此捕捉到不依赖于所述条形码阅读器和物体之间相对运动的高 质量的图像。
本发明提供一种基于成像的条形码符号读取方法，其中，CMOS 图像传感阵列上的窄带照明光的曝光时间通过如下方式管理的：即在 通过带通光学滤波器子系统的方式控制窄带照明光的同时，使用由自 动曝光测量和照明控制子系统以及CMOS图像传感阵列产生的控制信 号，来控制基于LED的照明阵列的照明时间。
本发明提供一种方法，沿多个扫描数据行来处理图像，所述扫描 数据在存储器中存储，并且由一些与含有条形码符号的图像中的兴趣 区(ROI)的最大像素高度成正比的像素偏移距离分隔。
本发明提供一种基于成像的条形码读取方法，使用多模式图像处 理符号读取子系统，该子系统在单独条形码符号读取循环过程中自动 转换其读取模式，并且在每一个读取模式中应用多个不同的条形码符 号解码算法。
本发明提供一种使用手持式基于成像的条形码阅读器来照明物 体的方法，以使得自动减少了在检测的数字图像中的由在照明和成像 操作中的镜面反射引起的噪声。
本发明提供一种条形码符号阅读器，具有多模式基于图像处理的 条形码符号读取子系统，其利用一组特征而且构成特征向量来确定包 含条形码的兴趣区。
本发明提供一种条形码符号阅读器，具有多模式基于图像处理的 条形码符号读取子系统，该子系统利用多个合适的阈值以确定和标记 兴趣区(ROIs)。
本发明提供一种条形码符号阅读器，具有多模式基于图像处理的 条形码符号读取子系统，该子系统使用多个图像处理方法来确定以分 层方式取向的条形码。
本发明提供一种条形码符号阅读器，具有多模式基于图像处理的 条形码符号读取子系统，该子系统使用多个不同的扫描数据滤波技术 以产生条空计数。
本发明提供一种条形码符号阅读器，具有多模式基于图像处理的 条形码符号读取子系统，该子系统使用用于校正透视和投影转换以及 用于对损坏的标签进行解码的条空缝合技术。
本发明提供一种条形码符号阅读器，具有多模式基于图像处理的 条形码符号读取子系统，该子系统在逐渐获得图像的时候使用图像的 渐增处理。
本发明提供一种条形码符号阅读器，具有多模式基于图像处理的 条形码符号读取子系统，该子系统使用低上升直方图分析来确定捕捉 的图像中的亮点。
本发明提供一种条形码符号阅读器，具有多模式基于图像处理的 条形码符号读取子系统，该子系统全方位检测所有的1D符号和 PDF417。
本发明提供一种条形码符号阅读器，具有多模式基于图像处理的 条形码符号读取子系统，该子系统全方位解码UPC/EAN，1205，C128， C39，C93，CBR。
本发明上述和其他目的将通过下文及所附的权利要求变得更清 晰易懂。
附图说明
结合下述附图的简要说明来阅读下述实施例的具体说明以完全 理解如何实现本发明的目的。
图1A是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号阅读装置的 第一实施例后立体视图；
图1B是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置的 第一实施例主立体视图；
图1C是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置第 一实施例的提高的左视图；
图1D是本发明的手持式数字基于成像的条形码符号读取装置第 一实施例的提高的右视图；
图1E是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置第 一实施例的提高的后视图；
图1F是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置第 一实施例的提高的主视图，示出了与其照明子系统和图像捕捉子系统 联合的组成；
图1G是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置第 一实施例的提高的仰视图；
图1H是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置第 一实施例的顶后视图；
图1I是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置第一实 施例的第一立体分解图；
图1J是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置第一实 施例的第二立体分解图；
图1K是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置第一实 施例的第三立体分解图；
图2A1是图1A到图1L所示的手持式基于数字成像的条形码符号读取 装置的系统设计的结构示意图，其中示出的系统设计包括(1)多模式域类 型图像形成和检测(即照相机)子系统，具有产生在要被成像的物体上的 视场(FOV)的图像形成(照相机)光学装置，和CMOS等域类型图像传感 阵列，该图像传感阵列用来检测在照明操作过程中物体反射的成像光，在 要么以(i)窄域图像捕捉模式，其中在图像传感阵列上，像素的一些中心 行被激活，或以(ii)宽域图像捕捉模式，其中图像传感阵列的所有行都被 激活；(2)多模式基于LED的照明子系统，用于分别在窄域和宽域图像捕 捉模式下，在图像形成和检测子系统的视场内产生窄带照明的窄和宽域 场，因此只有从多模式照明子系统传输，并从被照亮的物体反射，从在手 持式外壳中实现的窄带传输类型光学滤光器(即，使用设置在光传输光圈 的红色波长高通反射窗口滤波器元件和在图像传感器之前的低通滤波器) 穿过的光才被图像传感器检测到，并且周围光线的所有其它部分基本被排 斥；(3)基于IR的物体存在和范围检测子系统，用于在图像形成和检测子 系统的视场内产生基于IR的物体检测场；(4)自动曝光测量和照明控制子 系统，用于控制基于LED的多模式照明子系统的操作；(5)图像捕捉和缓 存子系统，用于捕捉和缓存由图像形成和检测子系统检测到的2-D图像； (6)多模式基于图像处理的条形码读取子系统，用于处理由图像捕捉和缓 存子系统捕捉和缓存的图像，并且读出表示的1D和2D条形码符号；以及 (7)输入/输出子系统，用于将处理的图像数据等输出到外部主系统或其它 信息接收或响应设备，其中各个所述的子系统部件都在附近集成；(8)系 统控制子系统，如图所示；
图2A2是使用图2B中的三层计算平台实现的多模式基于图像处理的 条形码符号阅读系统，；
图2B的是图1A到2A2所示的手持式基于数字成像的条形码符号读取 装置的系统执行的示意图，其中所示的系统执行包含(1)带有实现电子功 能组件的照明板33，该电子功能由多模式基于LED的照明子系统以及自动 曝光测量和照明控制子系统执行；(2)CMOS照相机板，带有高分辨率(1280 ×10248-bit6微米像素大小)CMOS图像传感器阵列，运行在25Mhz主时 钟，7帧/秒，1280×1024分辨率，随机存取兴趣区(ROI)窗口容量，实 现由多模式域类型图像形成和检测子系统执行的电子功能。(3)CPU板(即 计算平台)，包括：(i)Intel Sabinal 32-bit微处理器PXA210，在200Mhz 1.0核心电压，16bit 100Mhz外部总线速度运行，(ii)可扩展的(如8+ 兆字节)Intel J3异步16-bit闪存，(iii)100MHz SDRAM的16兆字节， (iv)Xilinx Spartan II FPGA FIFO 39，以50Mhz时钟频率和60MB/Sec数 据速率运行，被配置以控制照相机计时和驱动图像获得过程，(v)多媒体 卡座，实现该系统的其它子系统，(vi)电压管理模块，为系统总线可调MCU， 和(vii)一对UART(一个用于IRDA端口，一个用于JTAG端口)，(4)接口 板，用于实现由I/O子系统执行的功能，和(5)基于IR的物体存在和范围 检测电路，用于实现基于IR的物体存在和范围检测子系统；
图3A是在窄和宽域图像捕捉操作模式下，在多模式图像形成和检测 子系统的视场中窄带照明的近、远、窄和宽域场之间的空间关系的示意图；
图3B是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置第一实 施例的部分去除立体图，示出了基于LED的多模式照明子系统通过它的窄 带传输类型滤光镜系统来传输可见的窄带照明，并且用这样的窄带照明来 照亮物体；也示出了图像形成光学装置，包括在图像传感阵列前的低通滤 镜，用于收集和聚焦从被照亮的物体反射的光线，以便只用照明的窄带中 包含的光线的光学部分就可以使物体的图像被形成和检测到，同时周围光 线的所有其它部分在图像传感阵列的图像检测之前被充分排斥掉；
图3C是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置第一实 施例中使用的光学部件的几何设计，其中红色波长反射高通透镜部件位于 在该装置的图像形成透镜部件之前的成像窗口，同时低通滤镜被安置在图 像传感器之前，在图形形成部件之间，以便在照明的窄带中只使用光学部 件来在图像传感阵列上来成像物体，同时排斥周围光线的所有其它部件；
图3D是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置第一实 施例中使用的图像形成光学子系统的示意图，其中所有的三个透镜都被制 作的尽可能的小(最大直径12mm)，都具有球形表面，都由普通玻璃制成， 如：LAK2(-LaK9)，ZF10(＝SF8)，LAF2(-LaF3)；
图3E是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置第一实 施例的图像形成光学子系统中使用的透镜支撑部件的示意图，示出了支撑 透镜部件的两片管状结构，以及支撑图像传感阵列的基底结构，其中部件 被配置以便管状结构在基底结构内滑动以便于聚焦部件；
图3F1是在多模式照明子系统中使用的的LED的物理位置侧视的第一 示意图，与图像形成透镜部件相比，其中使用的图像传感阵列(如：摩托 罗拉MCM20027或国家半导体LM9638 CMOS 2-D图像传感阵列，具有1280 ×1024的像素分辨率(1/2”格式)，6微米像素大小，13.5Mhz时钟速率， 随机存取兴趣区窗口容量)；
图3F2是本发明的基于数字成像的条形码读取装置的多模式照明子系 统中使用的LED的物理设计轴向角度示出的第二示意图，与图像形成透镜 部件相比，并且其中应用了图像传感阵列；
图3G是一描述了确定在本发明的条形码读取系统中应用的图像形成 光学部件的景深(DOF)的步骤的流程图；
图4A是在基于数字成像的条形码读取装置的图像形成光学设计中使 用的景深图的图示，其中图像形成透镜分辨率特征相对于图像传感阵列的 像素限制绘制；
图4B是阐明了本发明的基于数字成像的条形码读取装置的图像形成 光学装置的性能的曲线图，相对于图像形成光学装置的MTF值来测绘物体 距离(厘米)；
图4C是阐明了本发明的基于数字成像的条形码读取装置的图像形成 光学装置的景深的图示以毫米测量，并示出了能被在其景深特定范围测量 的最窄条形码元素尺寸；
图4D示出了测绘图像形成光学装置分辨率的景深图，只说明子系统 的光学性能；
图4E图示了如何读出一确定mil大小代码的景深，只考虑图像形成 和检测子系统的图像形成光学装置的光学性能；
图4F3示出了在和固定焦距的阅读器的光学性能曲线(因为它们起物 距功能)一样的轴上测绘的1.4和1.6像素采样限制；
图4G图示出如何确定图像形成和检测子系统的合成景深曲线，对于 1.6像素的情况，同时考虑光学性能和采样限制；
图4H图示出如何读出一确定mil大小的编码的景深，对于1.6像素 的情况，同时考虑光学性能和采样限制；
图4I1到图4I3一起示出了用ZPL(Zemax编程语言)写的且能产生 合成景深图的示例性计算机程序；
图5A1的图示指明窄域照明、近场宽域照明和远场宽域照明的范围， 它们由本发明的手持式基于数字成像的条形码读取装置中应用的基于LED 的多模式照明子系统产生；
图5A2的图表指明每个照明模式的几何性质和特征，这些模式被本发 明的手持式基于数字成像的条形码读取装置中应用的基于LED的多模式照 明子系统所支持；
图5B的图示阐明了与本发明的基于数字成像的条形码读取装置中应 用的窄域照明阵列和近场、远场宽域照明阵列相结合的LED光源的物理排 列，其中在基于数字成像的条形码读取装置的第一实施例中远场宽域照明 阵列中的LED被安置在球面透镜之后，窄域照明阵列中的LED被安置在柱 面透镜之后，近场宽域照明阵列中的LED没有透镜；
图5C1的图示示出了LED的朗伯发射率(Lambertian emittance)和 波长特征，用来实现本发明的多模式照明子系统中的窄域照明阵列；
图5C2的图示示出了LED的朗伯发射率和极角特征，用来实现在本发 明的多模式照明子系统中的窄域照明阵列；
图5C3是用在本发明的基于数字成像的条形码读取装置的窄域(线性) 照明阵列中的LED之前的柱面透镜的图示，其中该柱面透镜的第一表面被 垂直弯曲来产生窄域(即线性)照明图样，该柱面透镜的第二表面被水平 弯曲来控制窄域照明图样的高度以产生窄域(即线性)照明场；
图5C4是一对LED和两个柱面透镜设计的图示，用来实现用本发明的 基于数字成像的条形码读取装置中应用的窄域(线性)照明阵列；
图5C5是窄域(线性)照明场的一组六个照明剖面，由示范性实施例 的基于数字成像的条形码读取装置中应用的窄域(线性)照明阵列产生， 沿着远离基于数字成像的条形码读取装置的成像窗口(即工作距离)的场 的30，40，50，80，120和220毫米取出，表明了窄域照明场的空间亮度 在大约80毫米的地方开始变得基本相同；
图5D1的图示示出了LED的朗伯发射率和波长特征，用来实现本发 明的基于数字成像的条形码读取装置中应用的宽域照明阵列；
图5D2的图示示出了LED的朗伯发射率和极角特征，用来实现本发明 的基于数字成像的条形码读取装置中应用的远场和近场宽域照明阵列；
图5D3是在本发明的远场宽域照明阵列中的LED之前的平凸透镜的图 示；
图5D4是LED的设计和平凸透镜的图示，用来实现本发明的基于数字 成像的条形码读取装置中应用的远和窄宽域照明阵列，其中从那里产生的 照明光束通过在其中应用的近场(和远场)宽域照明阵列中的LED前呈角 度放置透镜被瞄准；
图5D5是近场远域照明场的一组六个照明剖面，由示范性实施例的基 于数字成像的条形码读取装置中应用的近场宽域照明阵列产生，沿着远离 基于数字成像的条形码读取装置的成像窗口(即工作距离)的场的10，20， 30，40，60和100毫米取出，表明了近场宽域照明场的空间亮度在大约 40毫米的地方开始变得基本相同；
图5D6是远场宽域照明场的一组三个照明剖面，由示范性实施例的基 于数字成像的条形码读取装置中应用的远场宽域照明阵列产生，在沿着远 离基于数字成像的条形码读取装置的成像窗口(即工作距离)的场的100， 150和220毫米取出，表明了远场宽域照明场的空间亮度在大约100毫米 的地方开始变得基本相同；
图5D7是一个表阐明了计算远场宽域照明场中心的像素强度值的优选 方法，该照明场从本发明的基于数字成像的条形码读取装置中应用的多模 式照明子系统产生，示出了一个重要的信号强度(大于80DN)；
图6A1的图示示出了基于数字成像的条形码读取装置的手持式外壳中 集成的红色波长反射(高通)成像窗口，以及其中在其CMOS图像传感阵 列之前放置的低通滤光镜，合作形成基本上只传输非常窄的可见照明波长 (如：620-700微毫米)带宽的窄带滤光子系统，，该可见照明从基于数字 成像的条形码读取装置中应用的多模式照明子系统产生，并且排斥掉所有 在这个窄的光带之外的以任何方式产生(即周围的光源)的其它光波长；
图6A2是与低通滤光元件结合的传输特征(能量和波长)的图示，该 低通滤光元件在基于数字成像的条形码读取装置的手持式外壳内放置在 红色波长反射高通成像窗口之后但在其CMOS图像传感阵列之前，示出了 620纳米以下的光波长可被传输而大于620纳米的波长被基本阻隔(如吸 收或反射)；
图6A3是与本发明的基于数字成像的条形码读取装置的手持式外壳内 集成的红色波长反射高通成像窗口相结合的传输特征(能量和波长)的图 示，示出了高于700纳米的光波长可被传输而低于700纳米的波长被基本 阻隔(如吸收或反射)；
图6A4是本发明的手持式基于成像的条形码符号读取装置中集成的基 于窄光谱的滤光子系统传输特征的图示，相对于产生于本发明的示范性实 施例的多模式照明子系统的LED照射的光谱特征测绘的；
图7A的图示示出了与自动曝光测量和照明控制子系统相结合的球状/ 抛物线光反射/收集镜和的光电二极管的几何设计，在示范性实施例中的 手持式基于数字成像的条形码符号读取装置中排列，其中通过球面光收集 镜入射光从系统视场中心的一选择部分被收集，然后聚焦在用于检测反射 照明强度的光电二极管上并接着由自动曝光测量和照明控制子系统进行 处理，以便于控制在本发明的基于数字成像的条形码读取装置中应用的基 于LED的多模式照明子系统所产生的照明；
图7B是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置中应用 的自动曝光测量和照明控制子系统的示意图，其中照明从系统视场中心被 收集并且自动检测以便于产生一个以合适的强度来驱动多模式照明子系 统的窄域照明阵列和远场、窄场宽域照明阵列的控制信号，以便CMOS图 像传感阵列处理被充分照亮的物体的数字图像；
图7C是用于实现本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装 置中应用的图7B的自动曝光测量和照明控制子系统的混合模拟/数字线路 的示意图；
图7D的示意图示出了，根据本发明的原则，使用在示范性实施例的 基于数字成像的条形码读取装置中的CMOS图像传感阵列一旦被系统控制 子系统激活(或直接由触发开关触发)，并当图像传感阵列中所有行都处 于集成操作状态时，自动激活自动曝光测量和照明控制子系统，该子系统 相应地自动激活LED照明驱动电路来自动驱动与多模式照明子系统以一种 精确的方式相结合的合适的LED照明阵列，并且当它所有行的像素处于集 成状态时，整个带有精确调谐的基于LED的照明的CMOS图像检测阵列完 全暴露，因此有一个共同的集成时间，从而不依赖条形码阅读器和物体之 间相对运动来获取高质量图像；
图7E1和7E2一起构成一个流程图，描述了实现本发明示范性实施例 的基于数字成像的条形码读取装置的全局曝光控制方法中的步骤；
图8是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置中应用的 基于IR的自动物体存在和范围检测子系统的示意性的结构图，其中第一 范围指示控制信号根据多模式照明子系统的近场区域内的物体检测而产 生，而且其中第二范围指示控制信号根据多模式照明子系统的远场区域内 的物体检测而产生；
图9是本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置的图示， 示出了其CMOS图像传感阵列通过一个FIFO(通过FPGA方式实现)和一个 系统总线与其微处理器可操作地相连，并且其SDRAM也通过系统总线可操 作地与微处理器相连，使得被成像阵列捕捉的像素数据在微处理器的直接 存储器存取(DMA)模块的控制下，映射到SDRAM；
图10的图示示出了在该装置内执行的每个图像捕捉周期内由本发明 的手持基于数字成像的条形码符号读取装置中的CMOS成像阵列捕捉的像 素数据字节是如何映射到其SDRAM的可设定地址的存储器存储位置的；
图11的图示示出了与本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读 取装置的三层软件体系结构相结合的软件模块，即：软件体系结构中应用 层的主任务模块、CodeGate任务模块、窄域照明任务模块、Metroset任 务模块、应用事件管理者模块、用户命令表模块和命令处理者模块；软件 体系结构中系统核心(SCORE)层的任务管理者模块、事件分配者模块、 输入/输出管理者模块、用户命令管理者模块、计时器子系统模块、输入/ 输出子系统模块和存储器控制子系统模块；软件体系结构中Linux操作系 统(OS)层的Linux Kernal模块、Linux文件系统模块和设备驱动程序模 块。
图12A是提供发信号和传递事件到应用事件管理者的事件分配者软件 模块的图示，包括新任务的开始，停止正在运行的任务，作一些事情，或 任何事情都不作以及忽略此事件；
图12B是在本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置中能 发生并且被分配的系统定义事件的示例表，即：SCORE_EVENT_POWER_UP， 其表明系统开始的完成并且不包括任何参数；SCORE_EVENT_TIMEOUT，其 表明逻辑计时器的休息时间并包括参数“计时器id的指针”； SCORE_EVENT_UNEXPECTED_INPUT，其表明意外输入的数据可被得到并包括 参数“连接id的指针”；SCORE_EVENT_TRIG_ON，其表明用户拉动触发开 关，并不包括任何参数；SCORE_EVENT_TRIG_OFF，其表明用户释放触发开 关，并不包括任何参数；SCORE_EVENT_OBJECT_DETECT_ON，其表明物体被 放置在条形码阅读器下，并不包括任何参数； SCORE_EVENT_OBJECT_DETECT_OFF，其表明物体被从条形码阅读器的视场 内移走，并不包括任何参数；SCORE_EVENT_EXIT_TASK，其表明任务执行 结束，包括指针UTID；SCORE_EVENT_ABORT_TASK，其表明任务在执行时被 中断；
图12C是提供执行和停止应用特定任务(即线程)方式的任务管理者 软件模块的图示；
图12D是输入/输出管理者软件模块(即输入/输出子系统)的图示， 其运行在后台并且监视外部设备和用户连接的动作，而且将正确的事件发 信号到检测此类行为的应用层；
图12E1和图12E2组成输入/输出子系统软件模块的图示，其提供一 种创建和删除输入/输出连接，并且与外部系统和设备通信的方式；
图12F1和图12F2组成提供一种创建、删除和利用逻辑计时器的方式 的计时器子系统的图示；
图12G1和图12G2为具有向设备提供管理线程级动态存储器的接口的 存储器控制子系统的图示，，与标准动态存储器功能完全兼容，以及一种 用于缓存收集的数据的方式；
图12H是用户命令管理者的图示，其提供一种输入用户命令、执行处 理该命令的应用模块的标准方法；
图12I是设备驱动程序软件模块的图示，其包括触发开关驱动程序， 用于建立与基于数字成像的条形码读取装置上应用的基于硬件的手动触 发开关连接的软件；图像获得驱动程序，用于实现在基于数字成像的条形 码读取装置上的图像获得功能；以及IR驱动程序，用于实现在基于成像 的条形码符号读取装置上的物体检测功能；
图13A是一个示意性流程图，示出了当用户将条形码阅读器指向条形 码符号时，IR设备驱动器是如何在场内检测到物体，然后唤醒系统核心层 的输入/输出管理者软件模块的；
图13B是一个示意性流程图，示出了当检测一个物体时，输入/输出 管理者是如何将SCORE_OBJECT_DETECT_ON事件传递到事件分配软件模块 的；
图13C是一个示意性流程图，示出了为响应检测一个物体，事件分配 者软件模块是如何将SCORE_OBJECT_DETECT_ON事件传递到应用层的；
图13D是一个示意性流程图，示出了在应用层接收到 SCORE_OBJECT_DETECT_ON事件时，应用事件管理者是如何执行一个处理例 行程序的事件，其激活与多模式照明子系统相结合的窄域照明阵列；并且 执行图13E中描述的CodeGate任务(在通过其中设备已被编程的系统模 式获得时)，或图13M中描述的窄域照明任务(在通过其中设备已被编程 的系统模式获得时)；
图13E是一个示意性流程图，示出了当CodeGate任务在应用层被(激 活和)执行时进行的是何种操作该操作如何被实施；
图13F是一个示意性流程图，示出了当Code任务正在执行且用户拉 动条形码阅读器上的触发开关时，触发设备驱动程序是如何唤醒在系统核 心层的输入/输出管理者的；
图13G是一个示意性流程图，示出了为响应唤醒，输入/输出管理者 是如何将SCORE_TRIGGER-ON事件发送到事件分配者的；
图13H是一个示意性流程图，示出了事件分配者是如何将 SCORE_TRIGGER_ON事件传递到应用层的应用事件管理者的；
图13I1和图13I2一起提出了示意性流程图，示出了应用事件管理者 如何通过在系统核心层的任务管理者内调用处理例行程序来响应 SCORE_TRIGGER_ON事件，其中系统核心层使与多模式照明子系统联合的窄 域照明阵列无效，取消CodeGate任务或窄域照明任务(取决于设备的程 序设置在哪个系统模式)，并且执行主任务；
图13J是一个示意性流程图，示出了当主任务在应用层被(激活和) 执行时，何种操作被实施；
图13K是一个示意性流程图，示出了当在主任务中调用的数据输出过 程在应用层的输入/输出子系统软件模式内被执行时，何种操作被实施；
图13L是一个示意性流程图，示出了解码符号特征数据在系统Linux OS层内被从输入/输出子系统发送到设备驱动器；
图13M是一个示意性流程图，示出了当窄域照明任务在应用层被(激 活和)执行时，何种操作被实施；
图13N1到图N3，一起组成了一个流程图，描述了一种生成宽域照明 的新颖方法，其用在主任务程序中以便于用宽域照明场以充分减弱本发明 的基于数字成像的条形码读取装置内CMOS图像传感阵列的镜面反射的方 式来照亮物体；
图14是列出了由本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装 置中应用的多模式条形码符号读取子系统模式所支持的多种条形码符号 的表格；
图15是列出了多模式条形码符号读取子系统模式能被编程操作的四 种主要模式的表格，这四种主要模式即：自动模式，其中多模式条形码符 号读取子系统被配置来自动处理数字图像数据的被捕捉的帧，以便于以一 种递增方式搜寻其中表现的一个或多个条形码，并且继续搜寻直到整个图 像都被处理；手动模式，其中多模式条形码符号读取子系统被配置来从中 心或用户可能瞄准的条形码阅读器的图像的扫描点开始自动处理数字图 像数据的被捕捉的帧，以便于搜寻(即查找)其中表现的一个或多个的条 形码符号，通过以螺旋方式通过提取的图像特征数据的帧或块进行搜寻和 标记，并且处理相应的原始数字图像数据直到图像数据的捕捉帧中一个条 形码符号被识别/读取；特定ROI模式，其中多模式条形码符号读取子系 统被配置用于自动处理数字图像数据的被捕捉的帧中的特定“兴趣区” (ROI)，以便于搜寻其中表现的一个或多个条形码符号，以响应明确了在 多模式图像形成和检测系统视场内的条形码位置的坐标数据；无探测器模 式，其中多模式条形码符号读取子系统被配置来自动处理数字图像数据的 被捕捉的窄域(线性)帧，无需特征提取和自动和手动模式下使用的标记 操作，以便于读取其中表现的一个或多个条形码符号；全扫描模式，其中 多模式条形码符号读取子系统被配置来沿着任何一条或多条预定的虚扫 描线方向自动处理数字图像数据的被捕捉的帧，而无需特征提取和在自动 和手动模式下使用的标记操作，以便于读取其中表现的一个或多个条形码 符号；
图16是一个示意性流程图，示出了建立和清除名为“多模式基于图 像处理的条形码符号读取子系统”的软件子应用的步骤，从下列的某一 处调用：(i)图13E中描述的命名为“在捕捉的窄域图像中读取条形码” 的块上的CodeGate任务软件模块，或(ii)图13J中描述的命名为“在捕 捉的宽域图像中读取条形码”的块上的主任务软件模块；
图17A是本发明的多模式条形码符号读取子系统在自动操作模式中执 行的解码过程的步骤摘要，其中(1)处理过程的第一个阶段包括通过处理 高分辨率图像数据的被捕捉帧的低分辨率图像搜寻(即寻找)兴趣区 (ROIs)，将低分辨率图像分成N×N块，并使用基于空间导数的图像处理 技术，为每个块生成一个特征向量；(2)处理过程的第二个阶段包括通过 检查高调制的区域的特征向量标识ROI，计算条形码方向并且将条形码的 四个角标记为ROI；以及(3)处理过程的第三个阶段包括通过来回移动条 形码和更新特征向量来读取在ROI内出现的任何条形码符号，检查过滤图 像的零相交，产生条空图样，以及使用传统的解码算法来对条空图样进行 解码；
图17B是多模式条形码符号读取子系统在其自动操作模式中实施的图 像处理方法中包括的步骤的示意性流程图；
图18A的图示表明了在自动操作模式下配置的多模式条形码符号读取 子系统内处理过程的第一发现阶段中，来自原高分辨率图像的包装标签的 低分辨率图像的产生；
图18B的图示表明了在多模式条形码符号读取子系统处于其自动操作 模式期间内处理过程的第一发现阶段期间，包装标签低分辨率图像的分 离，特征向量的计算也如此，和这些对平行线的特征向量的分析；
图18C的图示示出了在多模式条形码符号读取子系统处理过程的第二 标识阶段期间，在低分辨率图像数据的每个块中对特征向量的计算可包括 梯度向量的使用、边缘密度测量、平行边缘向量的数目、边缘的质心、强 度变化和低分辨率图像中捕捉的强度柱状图；
图18D是在多模式条形码符号读取子系统处于其自动操作模式期间内 处理过程的第二标识阶段期间，寻找高边缘密度、大量平行边缘向量和大 量强度变化的特征向量的检查的图示；
图18E和18F是操作在其自动模式下的多模式条形码符号读取子系统 处理过程的第二标识阶段期间的计算条形码方向的图示，其中每个特征向 量块，条形码以不同角度被来回移动(即切片)，这些切片基于“最小均 方差”被相互匹配，正确的方向被确定为与通过捕捉图像中条形码符号的 每个切片的匹配均方差相匹配的角度；
图18F是操作在其自动模式下的多模式条形码符号读取子系统处理过 程的第二标识阶段期间计算条形码方向的图示；
图18G是操作在其自动模式下的多模式条形码符号读取子系统处理过 程的第二标识阶段期间，标识被检测到的条形码符号的四个角的图示，其 中这个标识操作在包的全高分辨率图像上执行，条形码在开始于块中心的 某一个方向来回移动，使用强度变量检测调制范围，条形码四个角的x、y 坐标(像素)从1和2开始检测并且与条形码方向垂直移动，并且通过检 测的在高分辨率内的条形码符号的四个角来定义ROI；
图18H是操作在其自动模式下的多模式条形码符号读取子系统处理过 程的第三阶段期间，升级特征向量的图示，其中特征向量Fv的柱状图成 分在来回移动条形码符号时被更新，黑白传输的估计被计算，并且条形码 符号的窄和宽成分的估计被计算；
图18I是操作在其自动模式下的多模式条形码符号读取子系统处理过 程的第三阶段期间，搜寻零相交的图示，其中高分辨率条形码图像在垂直 于条形码方向的方向上被中间过滤，第二导数零相交定义边缘相交，零相 交数据仅仅被用来检测边缘转换，黑/白传递估计被用来设置捕捉的图像 中表示的条形码符号的条和空的灰度的上限和下限；
图18J是操作在其自动模式下的多模式条形码符号读取子系统处理过 程的第三处理期间，创建条空图样的图示，其中边缘转换被模拟为一个斜 坡函数，边缘转换被假设为1像素宽，边缘转换位置被确定在子像素级别， 以及使用边缘转换数据来收集条和空的数量；
图18K是操作在其自动模式下的多模式条形码符号读取子系统处理过 程的第三阶段期间，解码条空图样的图示，其中条和空数据有边界构成， 并且使用存在的激光扫描条形码解码算法来解码条和空数据；
图19A是本发明的多模式条形码符号读取子系统在自动操作模式中执 行的解码过程的步骤摘要，其中(1)处理过程的第一个阶段包括通过处理 高分辨率图像数据的被捕捉帧的低分辨率图像搜寻(即寻找)兴趣区 (ROIs)，将低分辨率图像分成N×N块，并使用基于空间导数的图像处理 技术，为中间块生成一个特征向量；(2)处理过程的第二个阶段包括通过 检查高调制的区域的特征向量标识ROI和返回到第一阶段为围绕中间块的 其他块来创建特征向量(以螺旋的方式)，计算条形码方向并且将条形码 的四个角标记为ROI；以及(3)处理过程的第三个阶段包括通过来回移动 条形码和更新特征向量来读取在ROI内出现的任何条形码符号，检查过滤 图像的零相交，产生条空图样，以及使用传统的解码算法来对条空图样进 行解码；
图19B是多模式条形码符号读取子系统在其手动操作模式中实施的图 像处理方法中包括的步骤的示意性流程图；
图2OA是多模式条形码符号读取子系统在其无探测器操作模式中执行 的图像处理方法中包括的步骤的摘要，其中解码器模块不使用条形码元素 查找或标识技术(即查找模块和标识模块)，并且从其中间开始直接处理 捕捉的高分辨率图像的窄域部分，检查被过滤图像的零相交，产生条空图 样，然后使用传统的解码算法来解码条空图样；
图20B是多模式条形码符号读取子系统在其无探测器操作模式中实施 的图像处理方法中包括的步骤的示意性流程图；
图21A是多模式条形码符号读取子系统在全扫描操作模式中执行的图 像处理方法的步骤的摘要，其中解码器模块不使用条形码元素查找或标识 技术(即查找模块和标识模块)，假设成像的条形码符号以1∶1的纵横比 放置在捕捉的宽域高分辨率图像的中间，沿着一组平行的空间分隔的(如 50像素)虚拟扫描线直接处理高分辨率图像，沿着虚拟扫描线检查零相交， 产生条空图样，然后解码条空图样，可以沿着与先前处理的虚拟扫描线取 向于不同角度的(如0，30，60，90，120或150度)不同组平行的空间 分隔的虚拟扫描线，来重处理高分辨率图像；
图21B是多模式条形码符号读取子系统在其全扫描操作模式中实施的 图像处理方法中包括的步骤的示意性流程图；
图22A是本发明的多模式条形码符号读取子系统在其“特定ROI”操 作模式中执行的基于图像处理的条形码读取方法中包括的步骤的摘要，被 设计用来与全扫描操作模式结合，其中(1)处理过程的第一阶段包括接收 在全扫描操作模式下(在解码失败之后)获得的兴趣区(ROI)坐标(x1， x2)，将捕捉的低分辨率图像(来自全扫描模式)重分成N×N块，使用基 于空间导数的图像处理技术，为特定ROI兴趣区块生成一个特征向量；(2) 处理过程的第二阶段包括通过检查高调制的区域的特征向量来标识额外 的ROI，返回第一阶段为围绕中间块的其它块来生成特征向量(以螺旋方 式)，计算条形码方向并且将条形码的四个角标识为ROI；(3)处理过程的 第三阶段包括通过来回移动条形码和更新特征向量来读取在ROI内出现的 任何条形码符号，检查过滤图像的零相交，产生条空图样，使用传统的解 码算法来解码条空图样；
图22B是本发明的多模式条形码符号读取子系统在其特定ROI操作模 式中实施的图像处理方法中包括的步骤的示意性流程图；
图23是对处于其第一多读取(全扫描/特定ROI)操作模式下的多模 式条形码符号读取子系统操作的详述；
图24是对处于其第二多读取(无探测器/特定ROI)操作模式下的多 模式条形码符号读取子系统操作的详述；
图25是对处于其第三多读取(无探测器/全扫描/特定ROI)操作模式 下的多模式条形码符号读取子系统操作的详述；
图26A、图26B和图26C一起提供了一个列出了在本发明的手持式基 于数字成像的条形码符号读取装置中初始的条形码读取操作可编程模式 的表格，即：
系统操作编程模式No.1—手动触发单试图1D单读取模式，使用多模 式的条形码读取子系统的无探测器模式；
系统操作编程模式No.2—手动触发多试图1D单读取模式，使用多模 式的条形码读取子系统的无探测器模式；
系统操作编程模式No.3—手动触发单试图1D/2D单读取模式，使用多 模式的条形码读取子系统的无探测器模式和自动或手动模式；
系统操作编程模式No.4—手动触发多试图1D/2D单读取模式，使用多 模式的条形码读取子系统的无探测器模式和自动或手动模式；
系统操作编程模式No.5—手动触发多试图1D/2D多读取模式，使用多 模式的条形码读取子系统的无探测器模式和自动或手动模式；
系统操作编程模式No.6—自动触发单试图1D单读取模式，使用多模 式的条形码读取子系统的无探测器模式；
系统操作编程模式No.7—自动触发多试图1D单读取模式，使用多模 式的条形码读取子系统的无探测器模式；
系统操作编程模式No.8—自动触发多试图1D/2D单读取模式，使用多 模式的条形码读取子系统的无探测器模式和手动和/或自动模式；
系统操作编程模式No.9—自动触发多试图1D/2D多读取模式，使用多 模式的条形码读取子系统的无探测器模式和手动和/或自动模式；
系统操作编程模式No.10—自动触发多试图1D/2D单读取模式，使用 多模式的条形码读取子系统的手动、自动或全扫描模式；
系统操作编程模式No.11—半自动触发单试图1D/2D单读取模式，使 用多模式的条形码读取子系统的无探测器模式和自动或手动模式；
系统操作编程模式No.12—半自动触发多试图1D/2D单读取模式，使 用多模式的条形码读取子系统的无探测器模式和自动或手动模式；
系统操作编程模式No.13—半自动触发多试图1D/2D多读取模式，使 用多模式的条形码读取子系统的无探测器模式和自动或手动模式；
系统操作编程模式No.14—半自动触发多试图1D/2D多读取模式，使 用多模式的条形码读取子系统的无探测器模式和全扫描模式；
系统操作编程模式No.15—连续自动触发多试图1D/2D多读取模式， 使用多模式的条形码读取子系统的自动、手动和/或全扫描模式；
系统操作编程模式No.16—基于成像的条形码阅读器操作的诊断模 式；和
系统操作编程模式No.17—基于成像的条形码阅读器操作的现场录像 模式；
图27A的图示详细说明了照明的四种模式，其产生于在本发明的基于 数字成像的条形码符号读取器的第二实施例中使用的多模式照明子系统， 其支持在多模式图像形成和检测子系统的窄域图像捕捉模式中产生的窄 域照明的近和远场；
图27B的图示详细说明了在近场和远场窄域照明阵列中应用的柱状波 束成形光学装置如何能被容易地制作成产生近和远窄域照明场，其有几何 特征使得(i)在系统视场的远场区域中，扩长的条形码符号的简单读取； 和(ii)优选地在系统操作的“半自动触发”编程模式中，在视场的近场区 域内有高度控制的条形码菜单的简单读取成为可能；
图28的图示表明了与近和远场窄域和宽域照明阵列结合的LED和光 聚焦透镜的物理排列，其中照明阵列使用在本发明的第二实施例的基于数 字成像的条形码符号读取装置中；
图29A是本发明的便携式POS基于数字成像的条形码符号读取装置的 第二实施例的第一个立体图，示出了比第一实施例多样的手持式外壳，并 且被配置来使用在其自动/显示操作模式，支持最初的宽域图像捕捉；
图29B是本发明的便携式POS基于数字成像的条形码符号读取装置的 第二实施例的第二立体图，示出了在其自动/显示操作模式下配置和操作， 支持最初的宽域图像捕捉；
图29C是本发明的便携式基于数字成像条形码读取装置的第二实施例 的第三立体图，示出了在其手持操作模式下配置和操作，支持窄和宽域模 式的图像捕捉；
图30是本发明的基于数字成像的条形码符号读取装置的第三实施例 的立体图，以能被稳定地集成到各种信息收集和处理系统的多模式图像捕 捉和处理引擎的形式实现，包括无线便携式数据终端(PDT)，反转自动贩 卖机、零售产品信息亭等；
图31是嵌入到本发明的基于成像的条形码符号读取引擎的无线条形 码驱动便携式数据终端的图示，所示为在手持模式下被配置和操作；
图32是图31所示的在手持模式下被配置和操作的无线条形码驱动便 携式数据终端的立体图，其中嵌入其中的基于成像的条形码符号读取引擎 被用来读取包装上的条形码符号，并且代表所读取的条形码的符号特征数 据通过RF使能的2路数据通信链的方式，被自动传递给其具有托架 (cradle-providing)的基站；
图33是图31和图32所示的在自动(hands-free)模式下被配置和 操作的无线条形码驱动便携式数据终端的侧视图，其中基于成像的条形码 符号读取引擎在一个宽域图像捕捉操作模式下被配置，适于在销售站点 (POS)环境下的图表类型(presentation-type)的条形码读取；
图34的结构图示出了图31、32和33的无线手持式的条形码驱动便 携式数据终端系统的，与设计模块结合的各种子系统块，示出了与可能的 主系统和/或网络的接口；
图35的结构图代表了根据本发明另一实施例的手持式基于数字成像 的条形码符号读取装置的系统设计，其中系统设计类似于图2A1所示，除 了自动曝光测量和照明控制子系统被适用于测量在CMOS图像传感阵列中 心部分之上的曝光量，和与在多模式基于图像处理的条形码符号读取子系 统中实现的基于软件的照明计量程序合作来控制基于LED的多模式照明子 系统的操作，，包括对捕捉的数字图像就未接收的空间强度分配进行实时 分析；
图35A是在图35中所示的系统的图示，非常详细地示出了由自动曝 光测量和照明控制子系统确定的电流照明持续时间是如何由照明持续时 间自动制服的，该照明持续时间由一在基于图像处理的条形码符号读取子 系统内实施的软件执行、基于图像处理的照明计量程序来计算，并用于控 制在系统捕捉的下一个图像帧中产生的照明，根据本发明的加强的自动照 明控制配置；
图36的流程图阐明了实施图35A所示的加强自动照明控制配置中包 括的步骤；
图37是使用图像裁切区域(ICZ)目标/标示图样的手持式基于图像处 理的条形码符号阅读器的立体图，和自动图像后捕捉裁切方法来抽取ICZ， 在其中成像的目标物体已经在照明和成像操作期间被包含；
图38是图37所示的手持式基于图像处理的条形码符号阅读器的示意 性系统图，示出了在系统控制子系统的控制下使用图像裁切区域(ICZ)照 明目标/标示源；
图39的流程图提出了在图37和图38中所示的条形码符号阅读器中 嵌入的本发明的图像裁切区域目标/标示和图像后捕捉裁切过程的执行中 所包括的步骤；
图40A到图40E图形示意图用来描述在本发明的基于成像的条形码阅 读器中使用调制传递函数(MTF)来设计图像形成(即摄像)光学装置的方 法。
具体实施方式
参考附图中的图示，本发明的手持式基于成像的条形码符号读取系统 的各种实施例将会被详细解释，其中类似的元素将会用类似的参考数字标 明。
本发明的手持式基于数字成像的条形码读取装置的第一实施例
图1A到1K详细描述了本发明第一实施例的手持式基于数字成像的条 形码符号读取装置1，在该示范性实施例中，其包括手持式外壳2，该手 持式外壳2具有一个把手部分2A和一个头部部分2B，该头部部分2B具有 一个光传输窗口3，其有一个在图6A2中描述的光传输特征的高通(红色 波长反射)光滤镜元件4A。之后会详细描述，高通光滤镜元件4A与图 6A1中描述的内置的低通光滤镜元件4B合作，其与高通光滤镜元件4A合 作。这些高和低通光滤镜元件4A和4B合作提供窄带光滤镜系统4，其与 外壳的头部部分集成并且只允许窄带照明(如：633毫微米)在成像操作 期间离开和进入外壳。
如图1I，1J和1K所示，实施例中手持式外壳2包括：左和右半外壳 把手2A1和2A2；足状结构2A3，安置在半把手2A1和2A2之间；触发开 关结构2C，咬合在其中并且置于分隔在外壳每半边的光圈2D1和2D2的轴 承内；光传输窗口面板5，当半把手2A1和2A2被拉到一起时形成一个凹 口，通过该光传输窗口面板5光传输窗口3在其中被形成和支撑，其支持 系统提供的所有LED照明阵列；光具座6，支持电光成分并且可操作的连 接到一个放置在半外壳把手内的正交放置的PC板7；顶部外壳部分2B1， 用来连接外壳半把手2A1和2A2，并且将外壳的头部部分包入其中；光管 透镜元件8，放置在一列发光二极管(LEDs)9之上并且光管结构10放置 在手持式外壳头部部分的尾端内；和前方缓冲器结构2E，当提供一定级别 的震荡保护时支撑顶部外壳部分2B1、左右半把手2A1和2A2以及其间的 光传输窗口面板5。
本发明的如图27到图33所示的其它实施例中，手持式外壳的组成因 素可能会不同。在目前的其它应用中，外壳甚至可以不是手持式的，而可 能设计成在桌面和柜台面上的静止结构，或者应用在商业和工业中。
本发明的手持式基于数字成像的条形码读取装置系统设计模式的示 意性结构功能图
如图2A1所示的系统设计模式，该示范性实施例的手持式基于数字成 像的条形码读取装置1包括：基于IR的物体存在和范围检测子系统12； 多模式域类型图像形成和检测(即摄像)子系统13，其具有图像捕捉的窄 域模式、图像捕捉的近场宽域模式和图像捕捉的远场宽域模式；多模式基 于LED的照明子系统14，其具有照明的窄域模式、照明的近场宽域模式和 照明的远场宽域模式；自动曝光测量和照明控制子系统15；图像捕捉和缓 存子系统16；多模式图像处理条形码符号读取子系统17，其具有五种基 于图像处理的条形码读取的模式，在图2A2表明并且上文有详细描述；输 入/输出子系统18；手动触发开关2C，用于将用户发起的控制激活信号发 送到装置；系统模式配置参数表70；以及系统控制子系统18，其与上述 的各子系统集成。
基于IR的物体存在和范围检测子系统12的主要功能是在多模式图像 形成和检测子系统13的视场内自动产生一基于IR的物体检测场20，在物 体检测场(20A，20B)的预定区域内检测物体的存在，并且产生控制激活 信号A1，该信号被传送给系统控制子系统19用于表明何时何地一个物体 在系统的物体检测场内被检测到。
在第一示范性实施例中，多模式图像形成和检测(即摄像)子系统13 有图像形成(摄像)光学装置21，其用于产生在将要成像的物体上的视场 (FOV)和用于检测在照明和图像获得/捕捉操作中从物体反射的成像光的 CMOS域图像传感阵列22。
在第一示范性实施例中，多模式基于LED的照明子系统14的主要功 能是产生窄域照明场24、近场宽域照明场25和远场宽域照明场25，上述 每个场都有窄的光带宽并且分别在窄域和宽域成像模式下，限制在多模式 图像形成和检测子系统13的视场内。这样的设计是来保证只有传输自多 模式照明子系统14的光和从照亮的物体反射的光最终从窄带传输类型滤 光镜子系统4中完全传输，通过以下来实现(1)高通(即红色波长反射) 滤光镜元件4A，放置在光传输光圈3上面板5之前；(2)低通滤光镜元件 4B，放置在图像传感阵列22之前或者面板5后的任意地方，如图3C所示。 图6A4提出窄带传输光谱滤光镜子系统4的综合传输特征结果，其相对在 多模式照明子系统14中应用的LED阵列中射出的光谱特征来测绘。
窄带集成滤光镜子系统4的主要功能是保证CMOS图像传感阵列22只 接收通过与多模式照明子系统14联合的LED驱动电路30驱动的三组基于 LED的照明阵列27，28和29传输的窄带可见照明，然而，由光收集光学 装置收集的其它周围光的所有部分都完全在图形传感阵列22被排斥，因 此提供改进的SNR，改进系统的性能。
自动曝光测量和照明控制子系统15的主要功能是两部分：(1)实时测 量由系统光学装置在其图形传感阵列22收集的光子能量(即光)的光强 度[焦耳/厘米]，产生表明良好图像形成和检测所需的曝光量的自动曝光 控制信号；(2)与由系统控制子系统19提供的照明阵列选择控制信号相结 合，在多模式照明子系统中自动地驱动和控制选择的LED阵列27，28和/ 或29的输出功率，以便系统视场内的物体最佳地暴露到基于LED的照明， 并且最佳图像在图像传感阵列22被形成和检测。
图像捕捉和缓存子系统16的主要功能是(1)通过系统的图像形成光学 装置21来检测聚焦在2D图像传感阵列22上的全部2-D图像；(2)为捕捉 到的图像帧的被选择的兴趣区或整个被选择图像，产生数字像素数据31 的帧；然后(3)缓冲每个图像被捕捉时图像数据的帧。值得注意的是在示 范性实施例中，一个单2D图像帧(31)在每个图像捕捉和处理周期或在处 理周期的某个特定阶段被捕捉，以便于消除与图像帧重写、图像捕捉和解 码过程同步相结合的问题，可参考在此一起作为参考文献的Welch Allyn 的专利号为5,932,862和5,942,741的美国专利。
多模式基于成像的条形码符号读取子系统17的主要功能是在系统操 作的窄域和宽域照明模式下，处理由图像捕捉和缓冲子系统16捕捉和缓 存的图像。这种图像处理操作包括图14到图25所示的基于图像的条形码 解码方法，在后文中会详细描述。
输入/输出子系统18的主要功能是支持标准的和/或所拥有的与外部 主系统和设备的通信接口，通过这种接口方式将经处理的图像数据等输出 到外部主系统或设备。这种接口和完成类似功能技术的例子在整个作为参 考文献的专利号为6,619,549的美国专利中给出。
系统控制子系统19的主要功能是向所示的每个集成的子系统成分提 供一些预定的控制度或管理信号服务。这个子系统可通过一编程微处理器 的完成，在示范性实施例中，可由图2B所示的计算平台支持的三层软件 体系结构完成，如图11A到图13L所示的，并且在后文中给予详细描述。
与手持式外壳集成的手动触发开关2C的主要功能是使得用户在手动 压下触发开关2C时能够产生一个控制激活信号，并且将该控制激活信号 提供给系统控制子系统19，以用在执行其复杂系统和子系统控制操作中， 后文中会给予详细描述。
系统模式配置参数表70的主要功能是为图26A到图26C所示的可编 程操作模式表中特定的每个可得到的可编程的系统操作模式存储(在非易 失性/持久的存储器中)一组配置参数，在其复杂的操作中可根据要求由 系统控制子系统19进行读取和使用。
每个子系统的详细结构和功能将会在下文详细描述。
本发明的手持式基于数字成像的条形码读取装置的系统执行模式的 示意图
图2B示出了图1A到图1L所示的手持式基于数字成像的条形码符号 读取装置1的系统执行的示意图。如该系统执行所示，条形码符号读取装 置使用大量硬件元素实现，包括：照明板33，带有基于LED多模式照明子 系统14和自动曝光测量和照明控制子系统15执行的实现电功能的元件； CMOS摄像板34，带有高分辨率(1280×10248-bit 6微米像素大小)CMOS 图像传感阵列22，在25Mhz主时钟，7帧/秒1280*1024分辨率，随机存 取兴趣区(ROI)窗口容量上运行，实现由多模式图像形成和检测子系统 13执行的电功能；CPU主板35(即计算平台)包括(i)Intel Sabinal 32-Bit 微处理器PXA210 36，以16bit 100Mhz外部总线速度运行在200mHz 1.0 核心电压上，(ii)可扩容(如：8+兆字节)Inter J3异步16-bit闪存37， (iii)16兆字节100MHz SDRAM 38，(iv)Xilinx Spartan II FPGA FIFO 39， 运行在50Mhz时钟频率和60MB/Sec数据速率下，被配置用来控制摄像计 时和驱动图像捕捉过程，(v)多媒体卡套接字40，用于实现系统的其它子 系统，(vi)电源管理模块41，用在I2C总线可调MCU，和(vii)一对UART 42A和42B(一个用在IRDA端口，另一个用在JTAG端口)；接口主板43， 用于实现由I/0子系统18执行的功能；基于IR的物体存在和范围检测电 路44，用于实现子系统12。
在示范性实施例中，条形码阅读器支持的图像形成光学装置21提供 到物体的标称焦距103mm，大约距条形码阅读器边缘70mm的视场。在到物 体大约10mm的标称焦距，视场(FOV)的最小值是62mm。光学参数的初步 测试如图4B所示(图4B的距离从安置在条形码符号阅读器内距边缘大约 80mm的图像传感阵列22的位置给出)。如图4C所示，图像形成光学装置 的景深大约从每窄模块分辨率5mils的条形码的69mm到每窄模块分辨率 13mils的条形码的181mm变化。
多模式照明子系统14被设计用来利用充足照明来覆盖条形码符号阅 读器的光学视场(FOV)来生成位于距成像窗口短距离和长距离的条形码 的高对比度图像。照明子系统也提供窄域(薄高度)瞄准光束24，其有两 重目的：(a)向用户表明阅读器的光视场在何处；和(b)允许快速扫描图像 的一些线，并且如果条形码正确排列，试图极快速的解码。如果条形码没 有排列好来进行解码线性照明的图像，那么整个视场被宽域照明场25或 26照明，并且整个视场的图像通过图像捕捉和缓存子系统16获得，由多 模式条形码读取子系统17处理，来保证读取其中显示的条形码符号，而 不管其方向。
使用在条形码符号阅读器内的接口主板43为条形码符号阅读器提供 硬件通信接口来与外界通信。在系统中实现的接口基本包括RS232、键盘 楔，和/或USB，或者一些上述物品的结合，以及其它可能的特定应用所需 要或要求的物品。
域类型图像形成和检测(即摄像)子系统在由窄和宽域窄带照明场分 别支持的，其窄域(线性)和宽域成像模式下的详细说明
如图3B到图3E所示，多模式图像形成和检测(IFD)子系统13有一 个窄域图像捕捉模式(即只有一些在图像传感阵列中心周围的像素中心行 被激活)和一个宽域图像捕捉操作模式(即在该处图像传感阵列中的所有 像素都被激活)。在图像形成和检测子系统13中的CMOS图像传感阵列22 有图像形成光学装置21，其提供给图像传感阵列在被照亮和成像的物体上 的视场(FOV)23。如所示该视场由集成在条形码阅读器内的多模式照明 子系统14照亮。
多模式照明子系统14包括三种不同的基于LED的照明阵列27，28和 29，它们位于光传输窗口面板5上，排列在光传输窗口4A周围。每个照 明阵列被设计用来在不同操作模式下照亮条形码阅读器视场的不同部位。 在多模式照明子系统14的窄域(线性)照明模式下，23表明的视场的中 心窄-宽部分由窄域照明阵列27照亮，如图3A所示。在多模式照明子系 统14的近场宽域照明模式下，视场的近场宽域部分被近场宽域照明阵列 28照亮，如图3A所示，该多模式照明子系统14被激活以响应在视场的近 场部分内检测物体的IR物体存在和范围检测子系统12。在多模式照明子 系统14的远场宽域照明模式下，视场的远场宽域部分被远场宽域照明阵 列29照亮，如图3A所示，该多模式照明子系统14的远场宽域照明模式 被激活以响应在视场的远场部分检测物体的IR物体存在和范围检测子系 统12。在图3A中，显示了这些图像形成和检测子系统13的窄带照明和视 场的远和近场部分之间的空间关系。
在图3B中，示出了多模式基于LED的照明子系统14通过其窄带传输 类型的滤光镜子系统4传输可见窄域照明，其在图3C中示出并且集成在 手持式基于数字成像的条形码符号读取装置内。来自多模式照明子系统14 的窄带照明利用图像形成和检测子系统13的图像形成光学装置的视场照 亮物体，从那里反射和发散的光线被通过高通和低通滤光镜4A和4B传输， 最终聚焦到图像传感阵列22来形成其上的聚焦的被检测的图像，同时周 围光线的其它部分都在到达图像传感阵列22的图像检测之前被完全排斥。 值得注意的是在该示范性实施例中，红色波长反射高通滤光镜元件4A被 放置在图像形光学装置21之前的装置的成像窗口上，而低通滤光镜元件 4B被放置在图像传感阵列22之前，图像形成光学装置21的聚焦透镜元件 之间。这形成了集成在条形码阅读器内来保证视场内的物体在图像传感阵 列22上被成像，仅使用从子系统14产生的照明窄带内的光谱分量，同时 排斥在这个窄范围(如15nm)外的周围光线的基本所有其它部分的窄带滤 光镜子系统4。
如图3D所示，在手持式基于成像的条形码读取装置内应用的图像形 成和检测子系统14包括三个透镜21A、21B和21C，每个都做的尽可能小 (最大直径为12mm)，有球面，由普通玻璃制成，如LAK2(-LaK9)， ZF10(＝SF8)，LAF2(-LaF3)。如图3E所示，这些透镜共同结合在透镜支撑 部件45内，并且形成一个沿着条形码阅读器的CMOS图像传感阵列22的 光轴排列的图像形成子系统。
如图3E所示，透镜支撑部件45包括：支撑透镜部件21A、21B和21C 的管状结构45A1、45A2；支撑图像传感阵列22的基底结构45B；其中该 部件被配置以便管状结构45A在基底结构45B内滑动以在生产时聚焦固定 聚焦的透镜部件。
在图3F1和3F2中，透镜支撑部件45和图像传感阵列22沿着系统中 心轴定义的光路径放置。在该示范性实施例中，图像传感阵列22有，如 1280×1024像素分辨率(1/2”格式)、6微米像素大小，有随机存取兴趣 区(ROI)窗口容量。可以理解很多其它种类的图像传感装置(如CCD)能 被用来实现本发明所公开的原理，而不背离本发明的范围和宗旨。
使用调制传递函数(MTF)在本发明的基于成像的条形码阅读器内的设 计图像形成(即摄像)光学装置的方法
在图像形成和检测子系统13内的图像形成(即摄像)光学装置的功 能是尽可能准确地形成和投射在图像传感阵列22上形成的物体的图像。 实际上，在无信息损失的情况下得到绝对完美的物体图像复制是不可能 的，因为图像的质量被各种效果限制。这些效果包括：(i)衍射，甚至是 在最好的透镜上也总是存在；(ii)色差，如果存在只能被最小化，不能被 消除；(iii)到物体的距离变化，尤其如果透镜不能动态调整其焦距等等。 在花费时间和钱财来生产透镜部件之前，需要确定的是本发明的条形码符 号阅读器的一个给定透镜的设计能够执行得足够好以满足应用的需要。因 此其对以下很有帮助：(i)建立一个或多个设计标准来量化透镜性能，和 (ii)围绕这些标准来优化设计直到达到需要的性能。
优选的设计系统中的图像形成光学装置的标准是调制传递函数或 MTF。MTF提供一个物体或图像中存在的对比测量。性质上，对比可以被认 为是物体或图像上亮和暗域之间的差异。物体或图像上两个域的“亮度” 差异越大，对比越大，如下列图形所阐明，对比从左到右增加，如图40A 所示。考虑到图像，是从图像传感器给定的数据，定量处理是可能的。在 普通的8bit规模下，完全黑色的像素被赋值为0，完全饱和白的像素被 赋值为255。因此，如图40B所示的图像可能也由其像素值表现，如图40C 所示。如果这是目标物体的表现，那么结果图像将会不同。即，由于以上 描述的各种效果，对比将不能准确的保存。换句话说，物体特征的间隔越 近，那么物体图像的对比的复制就会越差。因此，物体图像可能会出现一 些如在图40D中出现的图形复制和一些如在图40E中所示的图形复制值。
需要一个数学表达式来量化出现在物体或图像中对比的数量，以便其 通过光学装置成像后的变化可以被估定。一个有用的对比测量可以被定义 为物体中被给定范围的调制M，如下所示：
图像或物体中的对比越大，M的值就越大，最大值为1。另一方面， 在物体或图像中没有对比(即在被讨论的物体的范围内没有可区别的特 征)生成0调制。为确定图像形成光学装置如何完好的保存图像内目标物 体的调制，只需要形成图像调制对物体调制的比率，即MTF：
图像中物体对比的完美复制(实际上不可能)导致MTF为1。图像中 物体对比完全丢失时，MTF为0。
MTF在光学设计上是个有用的概念，因为它同时计算降低图像质量的 任何效果的影响，通常称为不清晰性。如前所述，这些效果包括衍射、色 差(球状、彩色的、彗差、象散、场曲)和物体距离到标称值的偏差。然 而，出于全面性的原因，应该提及MTF不是图像质量的一种单一的完美或 全包围的测量。一个潜在缺点是检查MTF只同时揭示了所有效果的完全影 响，不能区别由一个或另一个缺点引起的不清晰性。如果有必要确定是哪 个效果降低了MTF，以及每个降低到什么程度，那么就必须使用其它方法 和检查其它的标准。另外，有潜在消极图像特征，如失真，其完全不能由 MTF显示。如果光学设计者不够仔细，那么一个带有接近于衍射极限的MTF 的图像，其尽可能好的获得，可能获得较差的失真以至于将来不能使用。
根据本发明的设计方法，在计算一个给定的光学设计的MTF之后，需 要一个额外的标准来说明哪种MTF对正被讨论的应用是足够好的。对于条 形码解码应用，一个有用的经验方法是为了使解码软件在基于成像的条形 码符号阅读器中稳定的工作，需要0.3MTF或更好的。在本发明的基于成 像的条形码符号阅读器上应用的设计策略，作为物体距离的函数，是确定 编码元素的尺寸(毫米)，结果图像的MTF在该编码元素的大小上降落到 0.3。换句话说，在每个物体距离，光学设计者应该确定什么是编码元素 的最小尺寸(毫米)，对于该最小尺寸能很好的成像以至于由本发明的多 模式图像处理条形码读取子系统17读取。在示范性实施例中使用的图像 形成光学装置设计的一个阶段，如图41所示，相对物体距离来测绘最小 的编码元素尺寸。给定了这样一个图，光学设计队需要确定结果条形码阅 读器性能是否满足了将来应用的要求。为帮助做出决定，下述的先进光学 设计方法和工具可以使用并获得很好的结果。
在本发明的基于成像的条形码阅读器中应用的图像形成光学装置 DOF理论特征方法
参考图4D到图4I3，现在描述一种新颖的软件激活设计工具和方法。
通常，软件激活光学设计工具提供一种新颖的方法和手段给完全的理 论特征、图形察看和说明图像形成光学装置的合成DOF(如：在本发明的 基于成像的条形码符号阅读器中应用的21)，以及其它基于成像的光学阅 读器，同时说明光学性能和图像传感器限制，覆盖所有的理想物体距离和 所有理想编码mil尺寸。
给定一个图像形成光学装置21设计的透镜元件的排列，本发明的光 学设计方法包括使用一个基于软件的光学设计工具，如图4I1到图4I3所 示，根据本发明来生成一个合成DOF图表。此光学设计工具所需要的功能 将在下面描述。如图4I1到图4I3中所描述，示范性实施例中的基于软件 的光学设计工具(即计算机程序)使用光学建模软件开发，根据 下面详述的本发明的原则用ZPL(Zemax编程语言)编程。
本发明光学设计工具需要的第一个功能是其必须能够计算从图像形 成光学装置21产生的图像的调制传递函数(MTF)，作为物体距离的函数而 被绘制。通常工业的经验方法是0.3MTF是条形码解码可接受的最小值。 因此，这种基于软件的光学设计工具作为物体距离的函数，必须能够确定 物体空间频率，，在该空间频率上图像的MTF下降到0.3。
本发明光学设计工具需要的第二个功能是其必须能够转变物体空间 频率到编码mi1尺寸，并且这个数据应该相对于物体距离被绘制。一个结 果图显示在图4D中，其中点线曲线显示图像形成光学装置的光学性能， 在一个给定物体距离根据能被解码的最小mil尺寸编码。图4E说明如何 从这个图读取DOF，通过寻找正在讨论的mil尺寸与光学性能曲线的交叉 点。
然而，图像形成光学装置的光学性能并不是确定基于成像的条形码符 号阅读器读取有给定宽度的条形码符号元素的条形码符号惟一的因素。基 于图像处理的条形码符号解码软件需要传感器像素“视场”的某一最小值 来投射到每个最小宽度编码元素，在图像形成光学装置的视场之内。通常 工业的经验方法是对于可接受解码的每窄元素需要1.6像素。根据本发明， 这个规则被扩展到每窄元素1.4到1.6像素的范围，而且被认为限制条形 码阅读器1的最终性能的抽样理论强加的限制，不管其图像形成光学装置 21的个体性能。
因此，本发明的光学设计工具需要的第三个功能是其必须能够作为物 体距离的函数来计算单传感像素视场的大小，，当通过图像形成光学装置 21投影而且进入物体空间(即说明图像形成光学装置21的光学放大)时。 这些线性函数，依照1.4和1.6像素规则，被优选地绘制在与光学性能曲 线相同的轴上，如图4F所示。
在描述了本发明的光学设计工具的主要功能，以及如何产生如图4F 所示的基于成像的条形码符号阅读器的合成DOF图后，现在参照图4G来 描述如何在1.6像素规模下确定准确的合成DOF曲线，说明光学性能和采 样限制。其它系统信息，如透镜焦距、透镜焦距比数等也可以显示在图4G 的合成DOF图中，如在标题块中。
如图4G所示，方法涉及到下列光学性能曲线直到其横断采样极限线。 然后，采样极限线被跟踪直到其重新横断光学性能曲线，在该点上光学性 能曲线是被再一次跟踪。因此，选择的采样极限线表现了系统解码分辨率 的最低限制。参照图4H，显示了一个从图4G的合成图中读取DOF的简单 技术。
优选地，本发明的光学设计工具具有一个简单图形用户界面(GUI)， 其可以是有用的、支持弹出窗口来使得用户简单敲入数字到程序中。另外， 该光学设计工具将优选完成各种方法来允许用户在程序运行时指明某些 需要的数字，反对改变程序文件中的数字。
另一个稍差一点的实现本发明的光学设计方法的可选择方式是，例 如，通过检查MTF数据和存储结果到Exce1来手动建立合成DOF图。然而， 这种方法需要大量劳动并且不能提供在活动中可评估的增加，和图4I1到 图4I3所示的软件激活光学设计工具一样的作用。
在本发明的手持式基于成像的条形码读取系统中应用的多模式基于 LED照明子系统的详细说明
在示范性实施例中，基于LED的多模式照明子系统14包括：窄域照 明阵列27；近场宽域照明阵列28和远场宽域照明阵列29。这三种由子系 统14的三种照明阵列产生的窄带照明的域在图5A1中详细描述。之后会 参照图27和图28详细描述，窄域照明阵列27能被作为两个独立可操作 的阵列实现，即：一个近场窄域照明阵列和一个远场窄域照明阵列，当目 标物体分别在自动基于IR的物体存在和范围检测子系统12的宽域成像操 作模式下的近场和远场被检测到时被激活。然而，为达到照明的目的，本 发明的第一示范性实施例只使用了一个单场窄域(线性)照明阵列，该阵 列被设计来充分照亮系统的全部工作范围，如图5A1所示。
如图5B、5C3和5C4所示，窄域(线性)照明阵列27包括两对分别 具有柱面透镜27B1和27B2的LED光源27A1和27A2，并位于光传输窗口 面板5的左和右部分。在图像形成和检测子系统13的窄域图像捕捉模式 下，窄域(线性)照明阵列27在系统视场内产生窄光带宽的窄域照明场 24。在示范性实施例中，窄域照明场24在远场的高度小于10mm，产生充 分线性或很平坦的照明域的表面。
近场宽域照明阵列28包括两组(平顶的)LED光源28A1-28A6和 28A7-28A13，没有任何透镜放置在光传输窗口面板5的顶部和底部，如图 5B所示。在图像形成和检测子系统13的近场宽域图像捕捉模式下，近场 宽域照明阵列28在系统视场内产生窄光带宽的近场宽域照明场25。
如图5B、5D3和5D4所示，远场宽域照明阵列29包括两组分别具有 球面(即平凸的)透镜29B1-29B6和29B7-29B13的LED光源29A1-29A6 和29A7-29A13，并位于光传输窗口面板5的顶部和底部。在图像形成和检 测子系统13的远场宽域图像捕捉模式下，远场宽域照明阵列29在系统视 场内产生窄光带宽的远场宽域照明光束。
多模式照明子系统中应用的窄域(线性)照明阵列
如图5A1所示，窄域(线性)照明域24在系统的工作范围内从大约 30mm延伸到大约200mm，覆盖了系统的近场和远场。近场宽域照明场25 在系统的工作范围内从大约0mm延伸到大约100mm。远场宽域照明场26 在系统的工作范围内从大约100mm延伸到大约200mm。图5A2所示的表说 明了本发明的多模式基于LED的照明子系统14所支持的每个照明模式的 几何特性和特征。
在多模式基于LED的照明子系统14中应用的窄域照明阵列27被光学 设计用来照亮基于成像的条形码符号阅读器视场(FOV)中心的狭长区域， 被从视场的左边界测量到其右边界，如图5A1所示。后文将会详细描述， 窄域照明场24被多模式基于LED的照明子系统14自动产生以响应自动基 于IR的物体存在和范围检测子系统12的物体检测场内对物体的检测。通 常，基于IR的物体存在和范围检测子系统12的物体检测场和图像形成和 检测子系统13的视场是扩及同空间的，并且物体检测场在空间上和视场 交迭，沿着基于成像的条形码符号阅读器的整个工作距离。根据物体检测 产生的窄域照明场24具有双重的目的：其提供给操作者一个可见的关于 条形码符号阅读器光学视场位置的指示，因此作为一个视场瞄准工具；在 其图像获得模式下，窄域照明光束被用来照亮物体在其中的视场的狭窄区 域，一个物体的窄2-D图像能被快速捕捉(通过图像传感阵列22中一小 部分像素行)，缓存和处理以便读取任何可能在其中显示的线性条形码符 号。
图5C1示出了在多模式照明子系统14中的用来实现窄域照明阵列27 的LED的朗伯发射率和波长特征。图5C2示出了同一LED的朗伯发射率和 极角特征。图5C3示出了在本发明的照明子系统中的窄域(线性)照明阵 列中的LED(633nm InGaAlP)之前使用的柱面透镜。如所示，柱面透镜的 第一表面被垂直弯曲来产生一个窄域(线性)照明模式，柱面透镜的第二 表面被水平弯曲来控制线性照明模式的高度来产生一个窄域照明模式。图 5C4示出了一对LED和用来实现本发明的照明子系统的窄域照明阵列的柱 面透镜的表面。在该示范性实施例中，每个LED在典型条件下产生大约总 共11.7mW的输出功率。图5C5为示范性实施例中的窄域照明阵列产生的 窄域照明场的一组六个照明剖面，沿着远离本发明的条形码阅读器的成像 窗口(即工作距离)的场的30，40，50，80,120和220毫米取出，表明 了域-域照明场的空间亮度在大约80毫米的地方开始变得基本相同。如 所示，窄域照明光束可以在光传输/成像窗口40mm处开始。
在多模式照明子系统中应用的近场宽域照明阵列
在基于LED的多模式照明子系统14中应用的近场宽域照明阵列28被 设计来照亮基于成像的条形码符号阅读器视场(FOV)的近场部分的宽域， 如图5A1所定义的。如在下文将会详细描述的，近场宽域照明场28由基 于LED的多模式照明子系统14自动生成，响应：(1)在系统近场内由基 于IR的物体存在和范围检测子系统12检测到的任何物体；(2)一个或多 个下列事件，包括，如(i)图像处理器未能在窄域照明模式下成功地解码 处理线性条形码符号；(ii)编码元素的检测，如与2-D条形码符号联合的 控制字；和/或(iii)表明物体在聚焦状态下被捕捉到的图像中像素数据的 检测。
通常，基于IR的物体存在和范围检测子系统12的物体检测场以及图 像形成和检测子系统13的视场是扩及同空间的，并且物体检测场从空间 上和视场交迭，沿着基于成像的条形码符号阅读器的整个工作距离。响应 一个或多个上述描述事件产生的近场宽域照明场23，照亮了覆盖基于成像 的条形码符号阅读器视场(FOV)近场部分的宽域，如图5A所定义的，物 体存在其中，并且物体2-D图像能被快速捕捉到(通过图像传感阵列22 的所有像素行)，缓存和解码处理来读取其中可能显示的任何1D或2-D条 形码符号，以任意方向，实质上是任意条形码符号。在物体照明和图像捕 捉操作中的近场宽域照明场强度由与近场宽域照明阵列28联合的LED如 何被多模式照明子系统14电驱动所确定。LED被驱动的程度由自动曝光量 和控制子系统15测量的靠近图像形成平面的反射光的强度所确定。如果 自动曝光测量和照明控制子系统15的图像检测器的反射光强度弱的话， 表明展示低光反射特征的物体和更激烈的照明量将需要由LED生产来确保 在图像传感阵列22上足够的曝光量，那么自动曝光测量和照明控制子系 统15将更激烈地驱动LED(即在更高的操作电流)。
图5D1示出了用来在本发明中的照明子系统中实现宽域照明阵列的 LED的朗伯发射率和波长特征。图5D2示出了用来在多模式照明子系统14 中实现近场宽域照明阵列的LED的朗伯发射率和极角特征。图5D4是用来 实现多模式照明子系统14的窄宽域照明阵列的LED的几何设计，其中从 那里产生的照明光束通过转动多模式照明子系统14的近场宽域照明阵列 内的LED之前的透镜的角度来瞄准。图5D5是由示范性实施例的近场宽域 照明阵列产生的近场远域照明场的一组六个照明剖面，沿着远离基于数字 成像的条形码阅读器的成像窗口(即工作距离)的场的10，20，30，40， 60和100毫米取出，这些图表明了近场宽域照明场的空间亮度在大约40 毫米的地方开始变得基本相同(即中心：边缘＝2：1至多)。
在多模式照明子系统内应用的远场宽域照明阵列
在基于LED的多模式照明子系统14中应用的远场宽域照明阵列26被 设计来照亮覆盖基于成像的条形码符号阅读器视场(FOV)的远场部分的 宽域，如图5A1所定义的。如在下文将会详细描述的，远场宽域照明场26 由基于LED的多模式照明子系统14自动生成，响应：(1)在系统近场内 由基于IR的物体存在和范围检测子系统12检测到的任何物体；(2)一个 或多个下列事件，包括，如(i)图像处理器未能在窄域照明模式下成功地 解码处理线性条形码符号；(ii)编码元素的检测，如与2-D条形码符号联 合的控制字；和/或(iii)表明物体在聚焦状态下被捕捉到的图像中像素数 据的检测。通常，基于IR的物体存在和范围检测子系统12的物体检测场 以及图像检测和形成子系统13的视场23是扩及同空间的，并且物体检测 场20从空间上和视场23交迭，沿着基于成像的条形码符号阅读器的整个 工作距离。响应一个或多个上述描述事件产生的远场宽域照明场26，照亮 了覆盖基于成像的条形码符号阅读器视场(FOV)远场部分的宽域，如图 5A所定义的，物体存在其中，并且物体2-D图像能被快速捕捉到(通过图 像传感阵列22的所有像素行)，缓存和处理来读取其中可能显示的任何1D 或2-D条形码符号，以任意方向，实质上是任意条形码符号。在物体照明 和图像捕捉操作中的远场宽域照明场强度由与远场宽域照明阵列29联合 的LED如何被多模式照明子系统14电驱动(即根据结电流测量)所确定。 LED被驱动的程度由自动曝光量和照明控制子系统15测量的靠近图像形 成平面的反射光的强度所确定。如果自动曝光测量和照明控制子系统15 的图像检测器的反射光强度弱的话，表明展示低光反射特征的物体和更激 烈的照明量将需要由LED生产来确保在图像传感阵列22上足够的曝光量， 那么自动曝光测量和照明控制子系统15将更激烈地驱动LED(即在更高的 操作电流)。
在近和远场宽域照明操作模式下，自动曝光测量和照明控制子系统 (即模式)15测量和控制持续时间，该持续时间是多模式照明子系统14 在图像捕捉/获得过程中将图像传感阵列22曝光到窄带照明(如：633纳 米，约15nm带宽)，并当这种计算持续时间已满时自动停止这种照明的产 生。根据本发明的原则，整个全局曝光控制过程保证每个获得的图像具有 良好的对比并且没有饱和，一致和可靠的条形码读取是两个的必要条件。
图5D1示出了用来在多模式照明子系统14中实现远场宽域照明阵列 29的LED的朗伯发射率和波长特征。图5D2示出了用来实现同样的LED 的朗伯发射率和极角特征。图5D3示出了在多模式照明子系统14的远场 宽域照明阵列中的LED之前使用的平凸的透镜。图5D4示出了LED的几何 设计和用来实现照明子系统的远宽域照明阵列29的平凸透镜，其中从那 里产生的照明光束通过转动多模式照明子系统14的远场宽域照明阵列内 的LED之前的透镜的角度来瞄准。图5D6是示范性实施例的远场宽域照明 阵列产生的远场宽域照明场的一组三个照明剖面，在沿着远离基于成像的 条形码符号阅读器1的成像窗口(即工作距离)的场的100，150和220 毫米取出，表明了远场宽域照明场的空间亮度在大约100毫米的地方开始 变得基本相同。图5D7是一个表阐明了计算远场宽域照明场中心的像素强 度值的优选方法，该照明场多模式照明子系统14产生，示出了一个重要 的信号强度(在远中心域大于80DN)。
在本发明图像的手持式外壳内集成的窄带滤光镜子系统的详细说明
如图6A1所示，本发明的条形码阅读器的手持式外壳已经在其外壳内 集成了窄带滤光子系统4，用于几乎只传输从窄带多模式照明子系统14 产生的波长很窄(例如：620-700纳米)的可见照明，并阻挡所有其它虽 然产生但不在上述窄光波段范围的光波长(也就是周围的光源)。如所示， 窄带滤光子系统4包括：红色波长反射(高通)成像窗口滤光器4A，其集 成在形成于手持式外壳的前表面的光发射孔3内；和位于CMOS图像传感 阵列22之前的低通滤光器4B。这些滤光器4A和4B共同形成用于上述用 途的窄带滤光子系统4。如图6A2所示，与低通滤光器元件4B联合的光传 输特性(能量对波长)显示光波长小于620nm的光波被传输通过，而光波 长大于620nm的光波几乎都被阻挡(例如被吸收或反射)。如图6A3所示， 与高通成像窗口滤光器4A联合的的光传输特性(能量对波长)显示光波 长大于700nm的光波被传输通过，因此给使用者带来红色感官，而光波长 小于700nm的光波被滤光器4A充分地阻挡(例如被吸收或反射)。
系统工作时，光谱带通滤光子系统4极大地降低了在图像捕捉操作中 照射到CMOS图像传感阵列22的周围光的影响。本发明的滤光器的优点在 于，系统中的光学快门机构被免除。实际上，滤光器能阻挡85％以上的额 外的周围光，并且在典型的环境下，LED照明亮度明显地高于CMOS图像传 感阵列22上的周围光。因此，几乎大部分的传统的CMOS成像系统需要光 学快门，而本发明的基于成像的条形码读取系统通过使用由自动曝光测量 和照明控制子系统15和CMOS图像传感阵列22产生的控制信号简单地控 制基于LED的照明阵列27，28和29的照明时间从而有效地管理照射到 CMOS图像传感阵列22的窄带照明的曝光时间，上述的照明是由上述的带 通滤光子系统4控制的。结果是系统设计简单，没有活动部件，并且降低 了生产成本。
所示的带通滤光子系统4包括高通滤光元件4A和低通滤光元件4B， 它们由光元件沿着系统光程在空间上相互分开，子系统4可以被实施为一 个集成的多层滤光结构，其可以安装于图像形成和检测(IFD)模块13的 前部、或安装于其图像传感阵列22之前，而不使用高通窗口滤光器4A， 或用于当建立吸引人的红色保护窗时，安装于基于成像的条形码符号阅读 器内用于模糊视线。优选地，红色窗口滤光器4A具有几乎平坦的表面特 征以避免在成像操作期间的穿过其的光的聚焦或散焦。
本发明的自动曝光测量和照明控制子系统的说明
自动曝光测量和照明控制子系统15的主要功能是通过(i)测量CMOS 图像传感阵列22的图像平面的曝光和(ii)控制多模式照明子系统14使 用从激活的LED照明阵列产生的窄带照明光照明目标物体的持续时间来控 制获得的图像的亮度和对比度。因此，自动曝光测量和照明控制子系统15 免除了需要用于基于CMOS的图像检测阵列22的复杂的光学快门机构。这 个新颖的机构保证了本发明的基于成像的条形码符号阅读器产生具有足 够亮度和对比度的非饱和图像从而保证了终端使用者所需要的快速和可 靠的基于成像的条形码的解码。
当物体被照明时，窄带基于LED的光被目标物体反射(所述目标物体 被手持式条形码阅读器瞄准)并且被CMOS图像传感阵列22积聚。特别地， 物体照明过程必须被在最佳持续时间内完成以便获得的图像画面具有良 好的对比度并且不饱和。对于一致的和可靠的条形码解码操作和性能这种 情况是需要的。自动曝光测量和照明控制子系统15测量从目标物体反射 的光量，计算CMOS图像传感阵列22应被曝露于与多模式照明子系统14 结合的被活跃-驱动的基于LED的照明阵列下的最大时间，然后当计算的 时间期满时自动使照明阵列失活(即失效)。
如图7A所示的说明实施例，自动曝光测量和照明控制子系统15包 括：安装在手持式外壳头部内的抛物线光收集镜55，其用于收集从系统视 场的中心部分反射的窄带基于LED的光，然后所述光被传输通过消除宽带 光谱的干扰的窄带滤光子系统4；安装于光收集镜55的焦点的光检测设备 (例如光二极管)56，用于检测过滤后聚焦于光收集镜55的窄带光信号； 和用于处理由光二极管56产生的可表示在CMOS的图像传感阵列22的焦 平面内检测到的曝光级强度的电信号的电子电路。在曝光量测量操作中， 附带的窄带基于LED的照明由球面光收集镜55从系统的视场中心被收集， 并且由窄带滤光子系统4在强度检测用聚焦光二极管56被聚焦前窄带滤 光。光二极管56将检测的光信号转换为电信号，该电信号的振幅直接与 收集的光信号强度对应。
如图7B所示，系统控制子系统19产生一个照明阵列选择控制信号， 该信号决定哪个LED照明阵列(也就是窄域照明阵列27或远场和窄场宽 域照明阵列28或29)在系统工作时的任何情况下将由自动曝光测量和照 明控制子系统15中的LED阵列驱动电路64被选择驱动。如所示，电子电 路57处理来自光二极管56的电信号并产生用于选择的LED照明阵列的自 动曝光控制信号。其间，所述的自动曝光控制信号和来自系统控制子系统 19的照明阵列选择控制信号被提供给LED阵列驱动电路64，该驱动电路 用于选择和驱动一个或多个LED照明阵列以产生适当强度级和适当持续时 间的可见照明，使CMOS的图像传感阵列22可以自动检测到被照明物体的 具有充分对比度和亮度的数字高分辨率图像，因此获得本发明这里公开的 整体曝光控制的目的。如图7B和7C所示，照明阵列选择控制信号由系统 控制子系统19产生，响应(i)从系统模式配置参数表70读取的系统模 式配置参数，如图2A1所示，其用于将来系统工作的编程模式，和(ii) 检测自动基于IR的物体存在和范围检测子系统12的输出。
特别地，在说明的实施例中，基于LED的照明阵列有三种可能的形 式：27、28和29，它们可以由系统控制子系统19选择激活，并且照明阵 列28和29的上和/或下LED子阵列可以在子阵列乘子阵列的基底上被选 择激活或失活，出于各种目的，包括在宽域图像捕捉模式操作时降低自动 光谱反射噪音。
这些照明阵列中的每个可以根据由电子信号处理电路57产生的自 动曝光控制信号被驱动为不同状态，其通常为可以被用于产生光检测器56 检测到的物体距离、物体表面反射性和周围光条件的函数，并被信号处理 电路57测量。信号处理电路57的工作原理在将下文详细说明。
如图7B所示，由抛物线光聚焦镜55产生的经窄带滤光光信号被聚 焦于光检测器D156上，该光检测器产生了振幅与检测的光信号强度一致 的模拟电信号。这个模拟电信号被提供给信号处理电路57用于处理的不 同阶段。处理的第一步包括将模拟电信号从基于电流的信号转换为基于电 压的信号，该转换是将所述模拟电信号通过由晶体管Q1(58)的一半实现 的恒定电流源缓存器电路获得的。然后这个转换后的电压信号被晶体管Q1 (58)的另一半缓存并被作为第一输入提供给求和点59。如图7C所示， CMOS图像传感阵列22产生，即输出，数字电子旋转快门(ERS)脉冲信号 60，其中ERS脉冲信号60的持续时间设定为系统允许的最大曝光时间。 ERS脉冲信号60通过晶体管Q261被缓存并形成求和点59的另一边。晶 体管Q1和Q2的输出形成求和点59的输入。电容器C5被连接到求和点59 的输出并提供足够降低信号处理电路57的任何电压过冲的最小积分时间。 电容器C5的输出信号被进一步由比较器U162处理。在所述的实施例中， 比较器参考电压信号被设定为1.7伏。这个参考电压信号设定了曝光测量 电路57的最小阈值级。比较器62的输出信号被逆变器U3 63逆变以提供 正逻辑脉冲信号，该信号作为自动曝光控制信号被提供给图7C所示的LED 阵列驱动电路64的输入。
如以下将详细说明的，如图7C所示的LED阵列驱动电路64自动地驱 动激活的LED照明阵列，并且LED阵列驱动电路64的工作取决于多模式 照明子系统14被设置为何种操作模式。而在任何时间被设置为多模式照 明子系统14中的何种操作模式通常取决于(i)物体存在和范围检测子系 统12的工作状态和(ii)使用从图2A1所示的表70读取的系统模式配置 参数对整个基于成像的条形码符号读取系统设置的可编程的操作模式。
如图7C所示，LED阵列驱动电路64包括模拟和数字电路，其接收两 种输入信号：(i)来自信号处理电路57的自动曝光控制信号；和(ii)照 明阵列选择控制信号。LED阵列驱动电路64产生，即输出，数字脉冲宽度 调制(PCM)驱动信号提供给窄域照明阵列27、近场宽域照明阵列28中应 用的上和/或下LED子阵列、和/或远场宽域照明阵列29中应用的上和/或 下LED子阵列中的一种。取决于基于成像的条形码符号阅读器被设置为何 种系统操作模式，在物体照明和成像操作期间，LED阵列驱动电路64将驱 动一个或多个上述LED照明阵列。如以下将详细说明的，当CMOS图像传 感阵列22中所有的像素行处于积分状态时(并且因此有共同的积分时间)， 这样的LED照明阵列被LED阵列驱动电路64按照一定强度自动驱动并用 于通过自动曝光测量和照明控制子系统15进行持续时间计算(用模拟方 式)，这样捕捉的数字图像具有良好对比度和亮度、不依靠周围环境的光 强和目标物体相对基于成像的条形码符号阅读器的运动。
本发明的使用CMOS图像传感阵列完成的整体曝光控制方法
在说明的实施例中，CMOS图像传感阵列22工作于它的单帧快门模式 (也就是非连续帧快门模式)，如图7D所示，并且使用能保证CMOS图像 传感阵列22的所有像素行具有共同的积分时间的新颖的曝光控制方法， 因此甚至当物体在高速运动状态时也可以捕捉高质量图像。本发明的这种 新颖的曝光控制方法被称为“整体曝光控制方法”，并且图7E1和图7E2 的流程图清楚和详细地说明了此方法如何在说明实施例的基于成像的条 形码符号阅读器中实现。整体曝光控制方法现说明如下。
如图7E1的方框A所示，整体曝光控制方法的步骤A包括为由自动曝 光测量和照明控制子系统、多模式照明子系统和系统控制子系统组成的基 于成像的条形码符号读取系统中选择单帧快门操作模式用于CMOS图像检 测阵列，并且图像形成光学装置提供将CMOS图像传感阵列的视场作为将 被成像的物体的显示空间区域。
如图7E1的方框B所示，整体曝光控制方法的步骤B包括使用自动曝 光测量和照明控制子系统连续地采集来自视场部分的照明，检测采集的照 明亮度，并产生与检测的亮度一致的电模拟信号用于处理。
如图7E1的方框C所示，整体曝光控制方法的步骤C包括激活(例如 用系统控制子系统19或直接用触发开关2C)CMOS图像传感阵列使它的像 素行开始产生电负荷的光子积分以响应通过系统的图像形成光学装置在 CMOS图像传感阵列上形成图像。
如图7E1的方框D所示，整体曝光控制方法的步骤D包括CMOS图像 传感阵列22自动地(i)当图像传感阵列的所有像素行工作于积分状态时， 产生旋转快门(ERS)数字脉冲信号，并将此ERS脉冲信号提供给自动曝光 测量和照明控制子系统15以激活其中的曝光量测量和照明控制功能/操 作。
如图7E2的方框E所示，整体曝光控制方法的步骤E包括，当子系统 15的曝光量测量和照明控制功能被激活后，(i)处理其中连续产生的电模 拟信号，(ii)测量在视场23的中心部分的曝光级(由图7A所示的光收 集光学装置55决定)，和(iii)从控制多模式照明子系统14中至少一个 基于LED的照明阵列(27，28和/或29)中产生用于产生照明的可视场的 自动曝光控制信号，其中所述的基于LED的照明阵列是由系统控制子系统 19产生的照明阵列选择控制信号所选择的。
最后，如图7E2的方框F所示，整体曝光控制方法的步骤F包括使用 (i)自动曝光控制信号和(ii)照明阵列选择控制信号，驱动被选择的 基于LED的照明阵列和照明被设置为任何图像捕捉模式的CMOS图像传感 阵列22的视场，更准确地，所述的照明是当CMOS图像传感阵列的所有像 素行处于积分状态时，如图7D所示，从而保证CMOS图像传感阵列的所有 像素行具有共同的积分时间。通过保证了CMOS图像传感阵列22的所有像 素行具有共同的积分时间，能够有效地获得本发明的基于成像的条形码符 号阅读器的高速“整体曝光控制”，并且因此，高质量的图像被捕捉而不 依赖于条形码符号阅读器和目标物体之间的相对运动。
本发明的手持式基于数字成像的条形码读取装置中应用的基于IR的 自动物体存在和范围检测子系统的说明
如图8A所示，基于IR波长的自动物体存在和范围检测模块12以安 装于图1J所示的光具座6的前部分的紧凑光学模块76的形式实现。
如图8所示，说明实施例的物体存在和范围检测模块12包括若干分 元件，即：光具座77，其具有支撑用于实现子系统12的光学或光电元件 的超小台面；安装于光具座77上的至少一个IR激光二极管78，其用于产 生低功率IR激光束79；安装于光具座上的IR光束成形光学装置80，其 用于成形IR激光束(例如成为笔形束的几何形状)并将其指向安装于光 具座77上的由IR光收集/聚焦光学装置81的视场(FOV)定义的物体检 测场20的中心部分；安装于光具座77上的调幅(AM)电路82，其用于在 频率为f0(例如75Mhz)，光学功率为7.5毫瓦处调制IR激光二极管产 生的IR激光束的幅度；安装于IR光收集/聚焦光学装置81的焦点的光学 检测器(例如雪崩型IR光检测器)83，其用于接收物体检测场内的物体 反射的IR光信号并将接收的光信号84转换为电信号85；安装于光具座 77上的放大器和滤波电路86，其用于分离f0信号元素和将其放大；安装 于光具座上的限制放大器87，其用于保持稳定的信号级；安装于光具座 77上的鉴相器88，其用于混合来自AM电路82的参考信号分量f0和接收 的反射自包装上的信号分量f0并产生等于与参考和反射的f0信号的相位 差的余弦成比例的DC电压的结果信号；安装于光具座77上的放大电路89， 其用于放大相位差信号；安装于光具座77上的接收信号强度指示器(RSSI) 90，其用于产生与从目标物体反射的信号的LOG成比例的电压，该电压可 以被用于提供额外的信息；用于阻挡来自微弱信号的信息的反射比级阈值 模拟复用器91；和安装于光具座77上的12比特A/D转换器92，其用于 将来自RSSI电路90的DC电压信号转换为基于时间的范围数据元素{Rn，i} 的序列，取nT个时间离散点，其中每个范围数据元素{Rn，i}提供一个距离 的测量，该距离是涉及的物体从(i)IR激光二极管78至(ii)在物体检 测场20内的物体表面的一个点的距离；和以下说明的范围分析电路93。
一般而言，范围分析电路93的功能是分析来自A/D转换器90的数字 范围数据并产生两个控制激活信号，也就是：(i)控制激活信号A1A的“物 体存在检测”类型用于简单地表示在物体检测场中一个物体是否存在，而 不管多模式照明子系统14可能设置为何种操作模式；和(ii)控制激活 信号A1B的“近场/远场”范围表示类型表示了被检测物体的位置是在物 体检测场的预先定义的近场还是远场部分，所述近场/远场部分对应于多 模式图像形成和检测子系统13的视场的近场和远场部分。
基于IR的物体存在和范围检测子系统12可以用各种类型的模拟和数 字电路设计实现。可选地，这个子系统可以全部地参考美国专利号 6,637,659说明的各种范围检测技术并结合这里的说明而实现。
在说明的实施例中，自动的物体存在和范围检测子系统12工作如下。 在需要自动的物体存在和/或范围检测的系统操作模式下，物体存在和范 围检测子系统12将在系统启动时被激活并在系统工作的所有时间内工作， 通常连续向系统控制子系统19提供有关的基于成像的符号阅读器的物体 检测场20中的远和近部分的物体状态的信息。一般而言，这个子系统检 测存在和范围两种基本状态，并因此具有两种基本的操作状态。在它的第 一个工作状态下，基于IR的自动物体存在和范围检测子系统12自动地检 测在视场20的近场区域的物体，并且相应地产生一个第一控制激活信号， 该信号被提供给系统控制子系统19以表示这个第一个事件的发生。在它 的第二个工作状态下，基于IR的自动物体存在和范围检测子系统12自动 地检测在视场20的近场地区的物体，并且相应地产生一个第二控制激活 信号，该信号被提供给系统控制子系统19以表示这个第二个事件的发生。 如这个专利通篇所详细说明的，这些控制激活信号被系统控制子系统19 在系统控制过程的特殊阶段使用，例如决定(i)是否激活近场和/或远场 LED照明阵列中的一个，和(ii)这些LED照明阵列需要多强的驱动才能 保证曝光于CMOS图像检测阵列22的图像质量。
在微处理器的直接存储器存取(DMA)模块控制下将图像阵列捕捉 的像素数据映射到SDRAM中的说明
如图9所示，被用于基于数字成像的条形码符号读取装置中应用的 CMOS图像传感阵列22可操作地与它的微处理器36通过FIFO39(由FPGA 方式实现)和如图2B所示的系统总线连接。如所示，SDRAM38通过系统总 线方式也可操作地与它的微处理器36连接，从而保证了在微处理器36的 直接存储器存取(DMA)模块控制下将CMOS图像传感阵列22捕捉的像素 数据映射到SDRAM38中。
参考图10，现在详细说明如何在由本发明的手持式基于成像的条形码 读取装置内完成的每个图像捕捉周期期间将CMOS图像传感阵列22捕捉的 像素数据的字节自动地映射(也就是捕捉和存储)到它的SDRAM的可设定 地址的内存存储地点中。
在所说明的实施例的实现中，CMOS图像传感阵列22通过并行数据连 接发送8位灰度级数据字节至使用自己内部的SRAM来实现FIFO的 FPGA39。FIFO39临时存储像素数据并且微处理器36启动DMA用于从FIFO (被映射到地址0X0C000000，芯片选择3)至SDRAM38的转发。一般而言， 现代的微处理器具有内部DMA模块，并且对于优选的微处理器设计，DMA 模块包含32字节缓存器。不用耗费任何CPU周期，DMA模块可以被编程为 从FIFO39中读取数据，将读取的数据字节存储于DMA的缓存器中，随后 将数据写到SDRAM38中。可选地，包含在FPGA39的DMA模块可以直接将 FIFO数据写入SDRAM38。这些通过发送总线请求信号给微处理器36来完 成，因此微处理器36释放总线控制给FPGA39，FPGA39随后接管总线并将 数据写入SDRAM38中。
以下，将简短说明从CMOS图像传感阵列22输出的像素数据被存储于 SDRAM38的何处，以及微处理器(也就是完成解码算法)36如何访问这些 存储的像素数据字节。图10表示了SDRAM38的内存空间。一个1.3MB的 保留的内存空间被用于存储CMOS图像传感阵列22的输出。这个内存空间 是1：1映射来自CMOS图像传感阵列22的像素数据。每个字节代表图像传 感阵列22的一个像素。内存空间是来自图像传感阵列22像素数据的镜像。 因此，当解码程序(36)访问内存时，就好像访问的是图像传感阵列22 的原像素图像。因为条形码阅读器的操作模式保证了微处理器36总是访 问最新数据，所以不需要时间码来跟踪数据，并且像素数据集是最近一次 曝光的真实表现。为防止数据损坏，即当新数据到来时旧数据还在被处理 中，一旦整个帧的像素数据被写入内存，被保留的空间通过禁止进一步的 DMA访问而受到保护。直到微处理器36完成它的内存检查或发生超时，DMA 模块被重新激活。
在图像获取操作中，图像像素被顺序地从图像传感阵列22读出。虽 然有人可能选择对一些CMOS图像传感器按行或按列读取，为不失去通用 性，最好逐行读取数据。像素图像数据集在SDRAM38被顺序地安排，开始 于地址0XA0EC0000。随机访问SDRAM38的任何像素是件很直接的事：在 y1/4行x列的像素的位于地址(OXAOEC0000+yx1280+x)。
因为每个图像帧都有一个从图像传感阵列22输出的帧开始信号，这 个信号可以被用于启动在地址OXAOEC0000的DMA程序，并且其它帧的地 址会连续累加。但是从地址OXAOEC0000开始读取每帧图像是为了避免任 何数据差错。但是明显地，如果微处理器36编程CMOS图像传感阵列22 具有ROI窗口，那么起始地址将被修改为(OXAOEC0000+1280X R1)，其 中R1是ROI左上角的行数。
本发明的手持式基于数字成像的条形码读取装置的三层软件结构的 说明
如图11所示，本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置1 具有三层软件结构，其包括以下软件模块：(1)主任务模块、CodeGate任 务模块、Metroset任务模块、应用事件管理模块、用户命令表模块和命令 处理器模块，它们每个都位于软件结构的应用层；(2)任务管理器模块、 事件分配器模块、输入/输出管理器模块、用户命令管理器模块、计时器 子系统模块、输入/输出子系统模块和存储器控制子系统模块，它们每个 都位于软件结构的系统核心(SCORE)层；和(3)LinuxKernal模块、Linux 文件系统模块、设备驱动程序模块，它们每个都位于软件结构的Linux操 作系统(OS)层。
虽然基于成像的条形码符号阅读器的操作系统层是基于Linux操作系 统，但是可以理解其它操作系统也可以被使用(例如Microsoft Windows， Max OXS，Unix等)，并且主应用软件层和操作系统层最好设计为相互独立， 因此，可以使应用软件层具有被移植到其它平台的可能性。此外，本发明 的系统设计原则通过可扩展的使用共同的软件结构向其它未来产品提供 了系统可扩展性，该原则使这样的产品设计简单、减少了开发时间和保证 了它们的活力。
在说明的实施例中，以上特点是通过完成一个运行于被称为SCORE的 系统核心软件层上的事件驱动的多任务的、潜在的多用户的应用层而获得 的。SCORE层与产品应用软件稳定地连接，因此，所述应用软件运行于应 用级或系统层。SCORE层向应用提供整套服务，因此用这种方式，应用不 需要了解操作系统下面的细节，虽然所有的操作系统APIs当然对应用总 是可用的。SCORE软件层向产品应用提供实时的、事件驱动的、OS独立的 结构的操作。事件驱动结构的完成是通过产生检测事件(通常，但不是必 需，当发生硬件中断时)的方法并向应用发出事件通知以实现实时方式的 处理。事件检测和通知是由SCORE软件层提供的。SCORE层还向产品应用 提供可以同时运行启动和取消软件任务的手段，因此，本发明的软件系统 性质是多任务的。
本发明的基于成像的条形码阅读器中应用的系统软件结构的SCORE 层的软件模块的说明
SCORE层向应用层提供很多服务。
任务管理器提供在产品应用运行期间任何时间执行和取消特殊应用 任务(线程)的手段。
事件分配器提供用于发信号和递送所有类型的内部和外部的同步的 和异步的事件的手段。
当与应用同步或异步的事件发生时，事件分配器发送它们至应用事件 管理器，该管理器按照应用基于当前状态提出的要求处理事件。例如，基 于特殊事件和应用的当前状态，应用事件管理器可以决定开始一个新任 务、或停止目前正在运行的任务、或做其它事、或不做任何事和完全忽略 事件。
输入/输出管理器提供监控输入/输出设备的活动和当这种活动被检 测到时发送有关的事件至应用的手段。
输入/输出管理器软件模块在后台运行并且监控外部设备和用户连接 的活动，并当这种活动被检测到时发送有关的事件至应用层。输入/输出 管理器是高优先级的线程，它和应用并行运行并对从硬件设备异步地传来 的输入/输出信号作出响应，例如串行口、用户触发开关2C、条形码阅读 器、网络连接等。基于这些信号和来自应用的任意的输入/输出要求(或 缺乏)，产生了适当的系统事件，它们如上面的说明通过事件分配器被尽 快地递送至应用事件管理器。
用户命令管理器提供用于管理用户命令、和使用应用提供的用户命令 表、和基于用户输入的数据执行适当的用户命令处理程序的手段。
输入/输出子系统软件模块提供用于新建和删除输入/输出连接和与 外部系统和设备通信的手段。
计时器子系统提供新建、删除和使用所有类型的逻辑计时器的手段。
存储器控制子系统向设备提供用于管理多级动态存储器的接口，该接 口完全与标准的动态存储器管理功能兼容，同时提供用于缓存收集的数据 的手段。存储器控制子系统提供线程级管理动态存储器的手段。存储器控 制子系统的接口完全与标准C存储器管理功能兼容。系统软件结构被设计 为可以向潜在的多用户提供设备的连接，这可能需要在操作设备时具有不 同级的授权。
用户命令管理器提供用户命令输入的标准方式，并执行负责处理该用 户命令的应用模块。用户命令表中说明的每个用户命令是由用户命令管理 器根据用户输入被启动处理的任务，但是上述处理只有当某个用户的权力 与命令的安全级一致时才能进行。
事件分配器软件模块提供发信号和递送事件至应用事件管理器的手 段，包括开始一个新任务、停止目前正在运行的任务、或做或不做一些事 和只是忽略该事件。
图12B提供了系统定义事件的举例列表，这些事件可以在本发明的手 持式基于数字成像的条形码符号读取装置中发生和被发送，也就是： SCORE_EVENT_POWER_UP表示系统启动完成，不包括任何参数； _SCORE_EVENT_TIMEOUT表示逻辑计时器超时，并包括参数“计时器id的 指针”；SCORE_EVENT_UNEXPECTED_INPUT其表示意外输入的数据可被得到 并包括参数“连接id的指针”；SCORE_EVENT_TRIG_ON表示使用者拉动了触 发器并不包括任何参数；SCORE_EVENT_TRIG_OFF表示使用者释放了触发器 并不包括任何参数；SCORE_EVENT_OBJECT_DETECT_ON表示物体被放置在条 形码阅读器下并不包括任何参数；SCORE_EVENT_OBJECT_DETECT_OFF表示 物体从条形码阅读器的视场内移走并不包括任何参数； SCORE_EVENT_EXIT_TASK表示任务执行结束并包括指针UTID；和 SCORE_EVENT_ABORT_TASK表示任务在执行时被中断。
本发明的基于成像的条形码符号阅读器向使用者提供了命令行接口 (CLI)，它可以通过标准通信线工作，例如RS232，条形码阅读器中可用。 CLI主要用于诊断用途，但也可以用于除和MetroSelect编 程功能外的配置用途。使用CLI发送命令给条形码阅读器时，使用者必须 先键入特殊字符而进入用户命令管理器，该字符实际可以是多个和同时按 键的组合，例如Ctrl和S。任何标准和广泛可用的软件通信工具，例如 Window HyperTerminal，可以被用于与条形码阅读器通信。条形码阅读器 通过发送提示，例如“MTLG>”通知使用者它准备好接受命令。使用者现 在可以键入任何有效的应用命令。要退出用户命令管理器和使扫描器返回 正常操作，使用者必须输入另外的特殊字符，该字符实际可以是多个和同 时按键的组合，例如Ctrl和R。
有效的应用命令的例子可以是“Save Image”命令，该命令用于从条 形码阅读器的存储器上传图像至主PC。这个命令有以下CLI形式：
Save[filename[compr]]
其中
(1)save是命令名。
(2)filename是将存的图像的文件名。如果省略，默认文件名为 “image.bmp”。
(3)compr是压缩号，从0至10。如果省略，默认压缩号为0，意思 是没有压缩。压缩号越大，图像压缩比例越高，图像传送越快，但图像变 形也越严重。
在本发明的基于成像的条形码符号阅读器可以有很多命令。所有的命 令都在一个被包括在产品应用软件层的单独的表中说明(图11所示的用 户命令表)。对于每个有效命令，表中相关的记录包括命令名、命令的简 短说明、命令类型和执行命令的函数的地址。
当使用者输入命令时，用户命令管理器在表中寻找命令。如果找到了， 它执行对应的函数，该函数的地址在输入命令的记录中。当从函数返回后， 用户命令管理器向使用者发送提示显示命令已经完成并且用户命令管理 器准备好接收新的命令。
本发明的基于成像的条形码符号阅读器的系统软件结构的应用层的 软件模块的说明
系统中应用的图像处理软件通过定位和识别在包含像素数据的捕捉 的图像的帧中的条形码执行条形码读取功能。图像处理软件的模式设计提 供一组丰富的图像处理函数，它们可以被用于未来的与条形码符号阅读器 有关或无关的应用，例如：光学字符识别(OCR)和校验(OCV)；直接读 取和校验各种表面上的标记符号；面部识别和其它生物统计鉴定等。
CodeGate任务，在无限循环中，执行以下任务。它照明一个在视场 (FOV)中心的“薄的”窄的水平区域并获得该区域的数字图像。然后它 尝试读取捕捉的图像数据帧中表示的条形码符号，利用本发明随后会详细 说明的图像处理条形码符号读取子系统17支持的图像处理软件工具。如 果条形码符号读取成功，则子系统17将解码数据保存于特殊的解码数据 缓存器中。否则，它清除解码数据缓存器。然后，它继续循环。CodeGate 任务永远不会自行退出。当对其它事件发生反应时它可以被其它模块取 消。例如，当使用者拉动触发开关2C时，事件TRIGGER_ON被发送到应用。 应用软件负责处理这个事件，检查CodeGate任务是否正在运行，如果是， 它取消这个任务，然后开始主任务。当CodeGate任务遇到 OBJECT_DETECT_OFF事件时也可以被取消，当使用者移动条形码阅读器离 开物体，或当使用者移动物体离开条形码阅读器时，事件都被发送。当本 发明的照明和成像平台执行“半自动触发(semi-automatic-triggered)” 系统的被编程的操作(图26A系统操作模式Nos.11-14)时，CodeGate任 务程序被激活(用主任务)。
图13M所示的窄域照明任务是一个简单的程序，当本发明的照明和成 像平台执行“手动触发(manually-triggered)”系统的被编程的操作(图 26A系统操作模式Nos.1-5)时，该程序被激活(用主任务)。然而，这个 程序永远不能与CodeGate任务同时被激活。如图13D所示的事件流程图， CodeGate任务或窄域照明任务中的一个被主任务程序激活以完成这里描 述的各种系统操作。
取决于基于成像的条形码符号阅读器的被配置的系统模式，主任务通 常完成不同任务，但在图13J的限制内。例如，当基于成像的条形码符号 阅读器被配置为将在以后详细说明的系统操作第12(也就是半自动触发多 试图1D/2D单读取模式(Semi-Automatic-triggered Multiple-Attempt 1D/2D Single-Read Mode))的可编程模式，主任务先检查解码数据缓存 器是否包含被CodeGate任务解码的数据。如果是，它立即执行数据输出 程序发送数据至使用者并退出。否则，主任务以循环方式做以下事：它照 明视场的整个区域并获得该区域的全帧图像。它试图读取捕获的图像的条 形码符号。如果它成功读取了条形码符号，那么它立即执行数据输出程序 发送数据至使用者并退出。否则，它继续循环。明显地，当成功读取后而 执行数据输出程序之前，主任务分析解码数据用于“阅读器编程”命令或 一系列命令。如果必要，它执行MetroSelect函数。当对其它事件反应时， 主任务可以被系统的其它模块取消。例如，本发明的条形码阅读器可以使 用标准的Metrologic配置方法被重新配置，例如和 MetroSelect函数在主任务期间被执行。
MetroSet函数由特殊的MetroSet任务执行。当Focus RS232软件驱 动器在它的通信线上检测到特殊的空信号，它发送METROSET_ON事件至应 用。负责处理这个事件的应用软件启动MetroSet任务。一旦MetroSet任 务完成，扫描器返回它的正常操作。
(图26A系统操作模式Nos.6-10)可以在本发明的照明和成像平台通 过修改以下软件系统而被容易地执行：(1)自动读取任务程序被加进系统 程序库(其中自动读取任务可以是无限循环程序，其中CodeGate任务和 主任务的主要操作是被一起排序先执行自动窄域照明和图像捕捉和处理， 然后执行自动宽域照明和图像捕捉和处理，并在无限循环中重复宽域操 作，直到物体在一个特殊预先设定的时间段不再被检测到；并且(2)修 改图13D所示的在Object_Detect_On事件处理程序中的查询方框 “CodeGate任务或窄域照明任务被激活了吗？”，进一步问是否“自动读 取任务程序被激活”，并且在“是”控制路线上，提供一个启动“自动读 取任务”的方框，然后使控制返回。
本发明的基于成像的条形码符号阅读器中应用的系统软件结构的应 用层内的操作系统层软件模块
包括触发器驱动器的设备驱动软件模块提供用于建立软件与安装在 基于成像的设备上的基于硬件的手动激活的触发开关2C，基于成像的设备 上用于执行图像获取功能的图像获取驱动器，和基于成像的设备上用于执 行物体检测功能的IR驱动器的连接的手段。
如图12I所示，设备驱动软件模块包括：触发器驱动器，其用于建立 软件与安装在本发明的基于成像的条形码符号阅读器中的基于硬件的手 动激活的触发开关2C的连接；图像获取驱动器，其用于实现基于成像的 条形码符号阅读器中的图像获取功能；IR驱动器，其用于实现基于成像的 条形码符号阅读器中的物体检测功能。
本发明的手持式基于数字成像的条形码读取装置的三层软件结构支 持的基本系统操作
图13A至图13L所示为被本发明的基于成像的条形码读取装置的三层 软件结构支持的基本系统操作的说明。明显地，这些基本操作代表了本发 明的系统结构的功能模块(或结构模块)，使用这里公开的图像获取和处 理平台，它们可以被进行各种组合来执行大量的图23列出的，下面将详 细说明的，系统操作的可编程模式。为了说明目的，以及避免引起对本发 明的困惑，这些基本系统操作将在以下参照系统操作第12的可编程模式： 使用多模式条形码读取子系统17的No_Finder模式和手动或自动模式的 半自动触发多试图1D/2D单读取(Semi-Automatic-triggered Multiple-Attempt 1D/2D Single-Read)模式进行说明。
图13A表示当使用者将条形码阅读器指向物体上的条形码符号时系统 的系统核心层执行的基本操作。这些操作包括由IR设备驱动器激活场内 物体的自动检测，和唤醒输入/输出管理器软件模块。如图13B所示，输 入/输出管理器发送SCORE_OBJECT_DETECT_ON事件至事件分配器软件模块 响应检测到物体的事件。然后如图13C所示，事件分配器软件模块递送 SCORE_OBJECT_DETECT_ON事件至应用层。
在应用层收到SCORE_OBJECT_DETECT_ON事件后，应用事件管理器执 行事件处理程序(如图13D所示)，其激活窄域(线性)照明阵列27(也 就是在窄域照明和图像捕捉模式期间)，然后取决于是否演示模式已经被 选择和系统设置期间是否CodeGate任务或窄域照明模式被激活，这个事 件处理程序执行图13J所示的主任务、图13E所示的CodeGate任务、或 图13M所示的窄域照明任务中的一个。如图13D的流程图所示，系统事件 处理程序先判断是否演示模式已经被选择(也就是被激活)，然后事件处 理程序判断CodeGate任务或窄域照明程序是否被激活(用主任务)。如果 CodeGate任务被激活，应用层启动CodeGate任务。如果窄域照明任务被 激活，应用层启动窄域照明任务，如所示。
如图13E所示，应用层通过先激活多模式图像形成和检测子系统13 中的窄域图像捕捉模式来执行代码门任务(也就是通过激活CMOS传感阵 列22的一些中间像素行)，然后获取/捕捉位于条形码阅读器的视场中心 的窄图像。CodeGate任务使用被选择的可编程的系统操作模式第12激活 无探测器模块在捕捉的窄域图像上执行图像处理操作。如果图像处理方法 的结果是条形码符号读取成功，则CodeGate任务将被解码的符号字符数 据保存于CodeGate数据缓存器中；而如果不成功，任务清除CodeGate 数据缓存器，然后返回任务主方框重新进行图像获取。
如图13F所示，当CodeGate任务正在执行时，使用者拉动了条形码 阅读器上的触发开关2C，OS层的触发开关驱动器自动唤醒系统核心层的 输入/输出管理器。如图13G所示，输入/输出管理器发送 SCORE_TRIGGER_ON事件至也在系统核心层的事件分配器以响应被触发开 关驱动器的唤醒。如图13H所示，事件分配器递送SCORE_TRIGGER_ON事 件至应用层的应用事件管理器。如图13I1和图13I2所示，应用事件管理 器通过启动在系统核心层的任务管理器中的处理程序(事件触发器)对 SCORE_TRIGGER_ON事件进行响应。
如图13I1和图13I2中的流程图所示，程序判断演示模式(也就是可 编程的系统操作模式的第10)是否已经被激活，如果是，程序退出。如果 程序判断演示模式(也就是可编程的系统操作模式的第10)未被激活，它 再判断CodeGate任务是否在运行，如果在运行，它先取消CodeGate任务， 然后使与多模式照明子系统14结合的窄域照明阵列27失活，继而执行主 任务。可是如果程序判断CodeGate任务未在运行，它判断窄域照明任务 是否在运行，如果未运行，那么主任务被启动。可是，如果窄域照明任务 在运行，那么程序增强窄域照明光束至全功率并在系统视场中心获取窄域 图像，然后试图读取捕捉的窄域图像的条形码。如果读取成功，则将解码 (符号字符)数据保存在解码数据缓存器中，窄域照明任务被取消，窄域 照明光束被停止，程序启动主任务，如所示。如果读取不成功，程序清除 解码数据缓存器，窄域照明任务被取消，窄域照明光束被停止，程序启动 主任务，如所示。
如图13M所示，窄域任务程序是无限循环程序，它只是以递归方式保 持窄域照明光束被产生和指向系统的视场的中心(例如通常只需要在运行 CodeGate任务期间产生的全功率窄域照明光束的一般或更少的功率)。
如图13J所示，应用层执行的主任务中的第一步是判断CodeGate数 据目前是否可用(也就是存储在解码数据缓存器中)，如果这些数据可用， 主任务直接执行图13K所示的数据输出程序。可是，如果主任务判断没有 数据可用，它启动读取超时计时器，然后在读取超时计时器允许的时间内 获取被检测物体的宽域图像。明显地，这个宽域图像获取过程包括执行以 下操作，即：(i)首先激活多模式照明子系统14中的宽域照明模式和CMOS 图像形成和检测模块中的宽域捕捉模式；(ii)判断物体是否位于视场的 近场或远场部分(通过基于IR的物体存在和范围检测子系统12进行物体 范围测量)；和(iii)然后通过使用近场照明阵列28或远场照明阵列29 之一(或在特殊程序情况下两者都用)激活近或远场宽域照明阵列以照明 在视场近或远场之一的部分的物体，用由自动曝光测量和照明控制子系统 15决定的亮度和持续时间；并且(iv)按照前面说明的本发明的整体曝光 控制方法检测成像于CMOS图像传感阵列22的图像的空间的光强。然后主 任务用手动、特定ROI或自动操作模式对捕捉的图像执行图像处理操作(虽 然可以理解，本发明的其它的基于图像处理的读取方法，例如自动的或全 扫描(还有其它合适的这里未公开的解码算法/程序)，可以被使用，但其 取决于终端用户选择本发明的基于成像的条形码符号阅读器的哪个系统 操作可编程模式。明显地，如图13J所示的实施例中，每个图像获取/处 理帧的持续时间是由所示的开始读取超时计时器和停止读取超时计时器 块设定的，并且在系统操作可编程模式的第12中，主任务将支持重复(也 就是多次)试图读取单个条形码符号只要触发开关2C被操作员手动压下 而单个条形码还未被读取。当成功地读取一个(单个)条形码符号后，主 任务将执行数据输出程序。明显地，在其它系统操作的可编程模式中，其 激活了试图读取单个条形码符号，主任务将按照能支持这种系统行为被修 改。在这种情况下，一个主任务的替换名字(例如主任务2)被执行以便 在运行时间内激活需要的系统行为。
还应指出的是在这个结合点，在主任务期间可以激活和使用多种不同 类型的符号读取方法，并根据CodeGate任务期间处理的窄域图像，和/或 主任务期间获取/处理其中一幅图像帧或运行周期期间预处理捕捉的宽域 图像而获得的计算结果应用特别的读取方法。这里的基本点是基于图像处 理的条形码读取方法的选择和应用优选是通过有选择地激活在多模式基 于图像处理的条形码符号读取子系统17中可用的不同模式而进行，响应 从捕捉的图像结构中了解表现的图形智能的信息，并且这种动态应按照通 常在先进的图像处理系统中使用的动态适应学习的原则进行，语音理解系 统也一样。这个通用方法与现有技术的基于成像的条形码符号阅读器明显 不同，它们采用的条形码读取方法是由用户从基于静态定义模式的预先选 定的方法中选择，并不能响应从实时捕捉的图像中发现的检测情况。
如图13K所示，主任务中调用的数据输出程序执行的第一步包括判断 由主任务产生的符号字符数据是否是用于条形码阅读器的编程。如果数据 不是用于条形码阅读器的编程，则数据输出程序按照条形码阅读器系统的 配置发出数据，然后对操作人员产生有关的视觉和音频指示，然后退出程 序。如果数据是用于条形码符号阅读器的编程，则数据输出程序设定适当 的条形码阅读器设置(文件)结构的元素并将条形码阅读器配置参数保存 在非变化RAM(例如NOVRAM)。数据输出程序重新配置条形码符号阅读器， 然后对操作人员产生有关的视觉和音频指示，然后退出程序。如图13L所 示，解码数据被从系统核心层的输入/输出模块发送至系统的Linux OS层 的设备驱动器中。
主任务系统控制程序期间的宽域照明控制方法使得用宽域照明照明 物体在某种意义上充分降低了条形码符号阅读器的CMOS图像传感阵列 的镜面类型反射
参考图13N1至图13N3，按照本发明的没有镜面反射的照明物体方法 将被详细说明。这个控制程序可以在主任务程序中获取宽域图像的步骤期 间被调用，如图13J所示。
如图13N1的步骤A所示，照明控制方法的第一步包括使用自动曝光 测量和照明控制子系统15测量在条形码符号读取系统中开始每次照明和 成像周期之前的CMOS图像传感阵列22曝露的周围光级。
如步骤B所示，照明控制方法包括使用自动的基于IR的物体存在 和范围检测子系统12测量物体在系统的视场(FOV)的近或远场部分的存 在和范围。
如步骤C所示，照明控制方法包括使用检测的范围和测量的曝光级 来驱动与近场宽域照明阵列28或远场宽域照明阵列29中的一个结合的上 和下LED照明子阵列。
如步骤D所示，照明控制方法包括使用步骤C中产生的照明场来捕捉 在CMOS图像传感阵列22上的宽域图像。
如步骤E所示，照明控制方法包括迅速处理步骤D中捕捉的宽域图像 以检测在被捕捉的宽域图像中的高空间亮度级的发生，其反映出镜面反射 条件。
如步骤F所示，照明控制方法包括判断是否在处理后的宽域图像中检 测到镜面反射条件，如果有则只驱动与近场或远场宽域照明阵列之一结合 的上LED照明子阵列。如果在处理后的宽域图像是没有检测到镜面反射条 件，则检测的范围和测量的曝光级被用于驱动与近场或远场宽域照明阵列 之一结合的上和下LED照明子阵列。
如步骤G所示，照明控制方法包括使用步骤F产生的照明场捕捉CMOS 图像传感阵列22上的宽域图像。
如步骤H所示，照明控制方法包括迅速处理步骤G中捕捉的宽域图像 以检测在被捕捉的宽域图像中的高空间亮度级的发生，其反映出镜面反射 条件。
如步骤I所示，照明控制方法包括判断是否在处理后的宽域图像中检 测到镜面反射条件，如果有则驱动与近场或远场宽域照明阵列之一结合的 其它LED照明子阵列。如果在处理后的宽域图像中没有检测到镜面反射条 件，则检测的范围和测量的曝光级被用于驱动与近场宽域照明阵列28或 远场宽域照明阵列29之一结合的相同的LED照明子阵列(同步骤C)。
如步骤J所示，照明控制方法包括使用步骤I产生的照明场捕捉在 CMOS图像传感阵列上的宽域图像。
如步骤K所示，照明控制方法包括使用迅速处理步骤J中捕捉的宽域 图像以检测在被捕捉的宽域图像中的高空间强度级的缺失，确认以前检测 的镜面反射条件的消除。
如步骤L所示，照明控制方法包括判断是否在步骤K中处理的宽域图 像中检测不到镜面反射条件，如果没有则使用为多模式图像处理条形码读 取子系统17选择的模式处理宽域图像。如果在处理的宽域图像中还能检 测到镜面反射条件，那么控制程序返回步骤A重复步骤A到K，如以上所 述。
本发明的手持式基于数字成像的条形码读取装置中应用的由多模式 条形码符号读取子系统支持的符号和模式说明
图14列出了本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置中 应用的由多模式条形码符号读取子系统17支持的各种条形码符号。如所 示，这些条形码符号包括：Code 128；Code 39；I2of5；Code 93；Codabar； UPC/EAN；Telepen；UK-Plessey；Trioptic；Matrix2of5；Ariline2of5； Straight2of5；MSI-Plessey；Codell和PDF417。
本发明的多模式条形码符号读取子系统的各种操作模式的说明
如图15所示，本说明的实施例中的多模式基于图像处理的条形码符 号读取子系统17支持五种主要的操作模式，即：自动操作模式；手动操 作模式；特定ROI操作模式；无探测器操作模式；和全扫描操作模式。这 里将详细说明，这些操作模式的不同组合可以被用于本发明的基于图像处 理的条形码读取过程的生命周期。
图16是示范性的流程图表示了在设置和清除名为“多模式基于图像 处理的条形码符号读取子系统17”的软件子应用中包括的步骤，从下列的 某一处调用(i)图13E中描述的命名为“在捕捉的窄域图像中读取条形码” 的块上的CodeGate任务软件模块(ii)图13J中描述的命名为“在捕捉的 宽域图像中读取条形码”的块上的主任务软件模块。
多模式条形码符号读取子系统的自动模式
在这个自动操作模式中，多模式条形码符号读取子系统17被配置为 在完成缓存之前自动开始处理捕捉的数字图像数据帧，搜索一个或更多以 递增方式表现的条形码，并继续搜索直至整个图像被处理。
当事先没有图像表现的位置、或方位、或条形码数量的信息可用时， 这种基于成像的处理使条形码定位和读取成为可能。在这个操作模式中， 多模式条形码符号读取子系统17开始从左上角处理图像并继续直到达到 右下角，读取任何遇到的潜在的条形码。
多模式条形码符号读取子系统的手动模式
在手动操作模式中，多模式条形码符号读取子系统17被配置为自动 地处理捕捉的数字图像数据帧，从使用者可能用条形码阅读器对准的图像 的中心或点开始，搜索(也就是找到)至少一个出现的条形码符号。与自 动模式不同，这是通过螺旋状方式搜索提取的图像特征数据的帧或块而完 成的，然后标出提取的图像特征数据的帧或块并对相应的原数字图像数据 进行图像处理直到在捕捉的图像数据帧中识别到/读取到条形码符号。
当事先知道图像中可以出现的最多数量的条形码及当主要的条形码 的部分具有高概率的靠近图像中心的空间位置时，这种模式的图像处理使 条形码定位和读取成为可能。多模式条形码符号读取子系统17从中心开 始处理图像，并沿着矩形条逐步从中心继续直到整个图像都被处理或设定 的最大数量的条形码已被读取。
多模式条形码符号读取子系统的特定ROI模式
在特定ROI操作模式中，多模式条形码符号读取子系统17被配置为 自动地处理捕捉的数字图像数据帧，从被捕捉的图像的兴趣区(ROI)开 始，该区域由在多模式条形码符号读取子系统17中的前个操作模式获得 的坐标指定。与手动模式不同，这是通过分析接收到的特定ROI坐标来完 成的，该坐标来自以前的无探测器操作模式、自动操作模式、或全扫描操 作模式之一，然后立即开始处理图像特征数据，并且对相应的原数字图像 数据进行处理直到在捕捉的图像数据帧中识别到/读取到条形码符号。这 样，典型地，特定ROI模式被用于与多模式条形码符号读取子系统17的 其它模式联合。
当事先知道图像中可以出现的最多数量的条形码及当主要的条形码 的部分具有高概率的空间位置靠近图像中指定的ROI时，这种模式的图像 处理使条形码定位和读取成为可能。多模式条形码符号读取子系统从这些 最初指定的图像坐标开始处理图像，并逐步从特定ROI区域以螺旋状的方 式继续直到整个图像都被处理或设定的最大数量的条形码已被读取。
多模式条形码符号读取子系统的无探测器模式
在无探测器操作模式中，多模式条形码符号读取子系统17被配置为 自动地处理捕捉的数字图像数据窄域(线性)帧，不使用在自动、手动和 特定ROI模式使用的特征提取和标记，只读取其中出现的一个或多个条形 码符号。
当事先知道图像至多包含一个(一维)条形码符号，该符号的部分具 有空间位置靠近图像中心的高可能性并且已知条形码将在相对于水平轴 零度方向时，这个模式使条形码读取成为可能。明显地，这是当条形码阅 读器被用于手持操作模式的典型情况，其中条形码符号阅读器被手动指向 将被读取的条形码符号。在这个模式中，多模式条形码符号读取子系统17 从图像中心开始，跳过所有的条形码定位步骤，并过滤相对水平轴零(0) 度和180度的图像。使用通过上述过滤步骤产生的“条和空数”数据，它 读取潜在的条形码符号。
多模式条形码符号读取子系统的全扫描模式
在全扫描操作模式中，多模式条形码符号读取子系统17被配置为沿 着任意一个或多个预先确定的虚拟扫描线方向自动地处理捕捉的数字图 像数据帧，而无在自动、手动和特定ROI模式中使用的特征提取和标记， 读取在处理的图像中出现的单个条形码符号。
当事先知道图像至多包含一个(一维)条形码符号，该符号的部分具 有在空间位置靠近图像中心但是可能是任何方向的高可能性时，这个模式 使条形码读取成为可能。多模式条形码符号读取子系统17从图像中心开 始，跳过所有的条形码定位步骤，并在不同的起始像素位置和不同扫描角 度过滤图像。使用通过上述过滤步骤产生的条和空数数据，全扫描模式读 取潜在的条形码符号。
本发明的多模式条形码符号读取子系统在其自动操作模式期间工作 的说明
如图17A所示，由多模式条形码符号读取子系统在它的自动操作模式 期间执行的图像处理方法，包括以下主要操作步骤，即：(1)处理的第一 阶段包括通过处理捕捉的高分辨率图像数据的帧的低分辨率图像来搜索 (即发现)兴趣区，将低分辨率图像分成N×N块，使用基于空间导数的图 像处理技术对每块生成一特征向量(Fv)，通过检查高调制区域的特征向 量来标记ROI；(2)处理的第二阶段包括计算条形码方向，和将条形码的 四个角标记为ROI；(3)处理的第三阶段包括通过遍历条形码图像数据读 取ROI内的任何条形码符号，更新特征向量，检查过滤图像数据的零相交， 建立条空图样以及使用传统的解码算法来对条空间图样进行解码。
如以下将要说明的，这三个在自动操作模式下图像处理步骤中包括的 阶段可以被再分为四个主要处理块(也就是模块)，即：跟踪器模块100、 发现器模块101、标记器模块102和解码器模块103，它们如图2A2所示 并在以下详细说明。当多模式条形码符号读取子系统17的自动模式被调 用时，这四个处理块(也就是模块)被执行，顺序地，和可选递增地，以便 整个图像的矩形子区域经调用可以被处理。
多模式条形码符号读取子系统在其自动操作模式期间基于成像的处 理的第一阶段
在自动操作模式期间，多模式条形码符号读取子系统的处理的第一阶 段包括：(i)如图18A所示，通过处理捕捉的高分辨率图像数据的帧的低 分辨率图像来搜索(也就是发现)兴趣区(ROIs)；(ii)如图18B所示， 将包装标签上的低分辨率图像分成N×N块；(iii)如图18C所示，使用从 低分辨率图像捕捉的梯度向量、边缘密度测量、平行边缘向量数、边缘的 质心、亮度方差和亮度柱状图为每个低分辨率图像数据的块产生特征向量 (Fv)；(iv)如图18D所示，通过高调制、高边缘密度、大量平行边缘向 量和大的亮度方差(使用基于空间导数的图像处理技术)的检测来检查用 于平行线的区域的特征向量；并且(v)标记ROI。一般而言，这个阶段 的处理在所有的全数字图像数据帧的所有线被缓存在存储器之前开始，并 且典型地在读取过程可以开始前，只需要将一个给定(第一)特征块的行 数缓存于存储器。
跟踪器模块的详细说明
如图17B方框A、B、C、C1和XX所示，跟踪器模块100最先启动时 重新设置发现器模块101、标记器模块102和解码器模块103的子元件至 它们的初始状态(如方框A)；它重新设置特征向量Fv(在方框D)和兴趣 区(ROI)数。所有后面的执行设定三个方框中的每个的最大处理行数为 图像的当前的y元。跟踪器模块启动了可选择的返回函数(Pause Checker) 以帮助多模式条形码符号读取子系统17的异常中断或暂停或者在出错时 改变参数。
发现器模块的详细说明
如图17B方框D至Y所示，发现器模块101(处理模块)将图像再分 成N×N块，每个块都有相关的特征向量阵列(Fv)元素。一个Fv元素包 含能识别在图像块中平行线出现的强可能性的一组数字。如方框D至Y所 示，发现器模块101在较低的空间分辨率时处理图像；它处理每个被选择 的行中的每个第n行和每个第n个像素，从而对原始图像每隔n采样执行 计算。对每个被选择的行计算：
其中I(x，y)等于像素位置(x，y)的灰度值
Nx等于补充的(子)图像的x元
如果超过可编程的“背景阈值”，图像行y被定义为前景行并进一 步被发现器模块处理。如果一个像素的灰度值在某一阈值以下则该像素被 定义为背景像素。发现器模块从前景行的最左边像素开始向右遍历，在方 框G中，发现第一像素其强度(灰度值)超过可编程的背景阈值，标记该 像素为线的左边界(xl)。在方框H中，发现器模块从前景行的最右边像素 开始向左遍历，使用同样的方法确定右边界(xr)。在方框I中，对前景行 y发现器模块在方框I中计算：
I1(x，y)＝|I(x+1，y)-I(x-1，y)|+|I(x，y+1)-I(x，y-1)|，其中 xl≤x≤xr...........(2)
如果I1(x，y)超过方框J中的阈值，发现器模块将像素(x，y)标记为 边缘元素或边缘。
为了找到对应于边界(x，y)的边缘向量的方向和大小，发现器模块 在方框K中计算：
其中系数由算子给出：
在方框M中，发现器模块更新边缘元素(x，y)所属的Fv块：
边缘强度：
其中＝边缘元素j的边缘强度，和
n＝在Fv块i的边缘元素数目
边缘方向： 其中
边缘的质心： ………………………………… (9)
其中(xj，yj)是边缘元素的坐标
累积的柱状图： 其中
在方框N，发现器模块仔细检查当前图像部分的所有行并用上面提到 的特征填充Fv阵列。在方框0至U，发现器模块检查所有被处理的行。
在方框V，发现器模块接着检查每个在Fv块中出现几率极大的平行行 的Fv阵列元素。在方框W，当边缘元素数超过阈值、至少一个边缘元素方 向阵列超过阈值时，引起注意的Fv被宣布为兴趣区(ROI)的部分，并且
m-n>C，其中
C＝对比度-阈值....................................(11)
α∈(0，1)
N等于对应于特征向量阵列Fv的图像块中的总像素数
明显地，在方框C、E和T中，发现器模块启动暂停选取回调函数使 扫描应用进行控制。
多模式条形码符号读取子系统在其自动操作模式期间的基于成像的 处理的第二阶段
在自动操作模式期间，多模式条形码符号读取子系统17处理的第二 个阶段包括：(ii)通过分析平行线的特征向量计算条形码方向，和(ii) 根据x，y坐标将条形码的四角标记为ROI。
图18E和图18F说明了多模式条形码符号读取子系统17在其自动操 作模式期间内的处理的第二标记阶段，计算条形码方向，其中在每个特征 向量块中，表示条形码的扫描线数据被从不同角度来回移动(即切片)， 切片基于“最小均方差”彼此进行匹配，并且正确的方向被确定为通过条 形码的每片都匹配最小均方差的那个角度。
图18G说明了在多模式条形码符号读取子系统17自动操作模式期间 处理的第二标记阶段中，标记检测的条形码符号的四角。在这个处理阶段， 这样的标记操作是在包的整个的高分辨率图像上完成的，条形码被从块的 中心向任何一个方向被来回移动，调制范围通过亮度方差被检测，条形码 四角的x，y坐标(像素)通过从1和2开始向与条形码方向垂直的方向移 动而被检测到，这样就通过检测到的在高分辨率图像的条形码符号的四角 最终定义ROI。
标记器模块的详细说明
在图2A2所示的多模式条形码符号读取子系统17中，标记器模块在 图17B的方框Z至方框KK表示，它从发现器模块接到和检查每个ROI以 判断ROI的完全的范围。发现器模块检查ROI质心的位置并将其与存储器 中累积的图像的行数比较。
其中等于ROIi的质心的y坐标
L等于多模式条形码符号读取子系统中显示的任何条形码的最大长度 (像素)
Ny等于累积的图像的y元
如果不等式(12)成立，那么标记器模块延迟计算这个ROI直到图像y 元使不等式不成立。当标记器模块继续处理ROI，它首先判断可能是条形 码的一部分的平行线的方向，通过以下计算：
...........................................................................(13)
产生最小E(β)的角度θ，是被假定与平行线角度的实际方向大致接近。
计算平行线的正确方向后，标记器模块通过逐个沿着线方向和180度 方向来回移动(即扫描)图像从而计算在ROI附近的平行线的最窄和最宽 的宽度(例如使用N×N像素的光点窗口，(例如其中1时针的。等式(14)以β＝θ，θ+180指定 遍历等式。计算线宽度的详细方法将在解码器模块部分说明。
标记器模块用最窄和最宽元素的宽度来确定对任何条形码符号允许 的与最小无噪音区近似的像素数。然后它又用等式(14)遍历图像和计算：
其中mi等于从像素i开始的n个像素的平均值
vl等于从像素I开始的n个像素的方差
如果IVi比阈值小，那么标记器模块假定平行线组以像素i结束(类似 θ+180方向)。从像素i开始用(15)和N×N(例如其中1然后标记器模块用当前的ROI标识符标记所有的包围可能的条形码的 四角范围的Fv块；如果已经存在一个或多个有不同标识符的ROI，那么标 记器挑选完全包围其它ROI的ROI。旧的ROI只有当它们没有被当前的ROI 完全包围时才被保留。
标记器模块也经常启动暂停选择器以使条形码读取应用(运行中)接 管控制。
多模式条形码符号读取子系统在其自动操作模式期间内基于成像的 处理的第三阶段
处理的第三个阶段包括通过来回移动条形码读取ROI内显示的任何条 形码和更新特征向量，检查过滤的图像的零相交，创建条空图样，以及对 条空图样进行解码。
图18H所示为操作在其自动模式下的多模式条形码符号读取子系统处 理的第三个阶段期间，升级特征向量。在这个处理阶段，特征向量Fv的 柱状图成分在来回移动条形码符号时被更新(使用N×N像素的光点窗口 (例如其中1图18I说明在其操作的自动模式下的多模式条形码符号读取子系统处 理的第三阶段期间，搜寻零相交。在该处理阶段，高分辨率条形码图像在 垂直于条形码方向的方向上被中间过滤，第二导数零相交定义边缘相交， 零相交数据仅仅被用来检测边缘转换，黑/白过渡估计被用来设置条和空 的灰度的上限和下限，如图形说明。
图18J是说明在其操作的自动模式下的多模式条形码符号读取子系统 处理的第三个阶段期间，创建条空图样。在该处理阶段中，边缘转换被模 拟为一个斜坡函数，边缘转换被假设为1像素宽，边缘转换位置被确定在 子像素级，并且使用边缘转换数据来收集条和空的数量；
图18K是说明操作在其自动模式下的多模式条形码符号读取子系统处 理的第三阶段期间，生成解码条空图样。在该操作模式中，条和空数据有 边界构成，并且使用存在的激光扫描条形码解码算法来解码条和空数据。
解码器模块的详细说明
如图17B的方框LL至AAA所示，解码器模块从标记器模块接收和检 查每个以前由标记器模块定义的ROI。对每个ROI，解码器模块使用四边 范围坐标{x，y}计算可能的条形码较长(较高)端(接近可能的安静区)。 解码模块计算可能扫描线的最大数为：
其中D等于较长端的长度，n等于每条扫描线的像素偏移量。
明显地，参数n(也就是每条扫描线的像素偏移量)表示解码器模块沿 它的有效扫描方向(平行于以前的有效扫描方向)移动多远和在每个图像 处理周期处理图像。由于任何捕捉的图像将被一定程度的噪音破坏(并当 条形码不能被解码时当然更大级)，解码器模块需要在扫描数据线上执行 它的下个处理周期，该扫描数据线位于离以前的导致解码不成功的扫描数 据线尽可能远，但同时，解码器模块应该使用很多条形码符号提供的固有 的噪声免疫特征。这样，按照本发明，如大多数现有技术系统，每条扫描 线的像素偏移量变量n不是任意选择的，而是通过仔细地(i)决定在考 虑中的ROI的最大像素高度(长度)，和(ii)将这个ROI的最大像素高 度分为许多与ROI的最大像素高度成比例的像素偏移距离来确定的。在优 选实施例中，ROI可以被分成的扫描线的数量或序列用于后面的图像处理 周期，因此定义每条扫描线的像素偏移量，通过公式说明： f(m，n)＝(2m-1)/2n-1，其中n＝1，2....N并且1解码器模块利用方程(14)遍历潜在的条形码，并计算一阶和二阶导 数的近似值：
其中
0.776 0.000 -0.776
wi＝1.000 0.000 -1.000
0.776 0.000 -0.776..........0<θ≤22
1.000 0.776 0.000
wi＝0.776 0.000 -0.776
0.000 -0.776 -1.000 0<θ≤68
0.776 1.000 0.776
wi=0.000 0.000 0.000
-0.776 -1.000 -0.776 0<θ≤113
0.000 0.776 1.000
wi＝-0.776 0.000 0.776
-1.000 -0.776 0.000 0<θ≤158
-0.776 0.000 0.776
wi＝-1.000 0.000 1.000
-0.776 0.000 0.776.........158<θ<180.......................(19)
并且(xj，yj)与方程(15)有关。
解码器模块检查的零相交，并且如果
并且
并且 ...............(20)
其中T=最小导数量值阀值，于是解码器模块推断出“空至条转换” 出现。
如果：
并且
并且 ............................................................(21)
那么，解码器模块推断出“条至空转换”出现。
解码器模块在相邻条/空转换的像素位置感受到区别，并将其增加到 条-空/空-条转换(使用的内插的中点，以确定潜在条形码的各个元 素的宽度。该方法与标记模块使用的计算最窄和最宽的平行线宽度的方法 相同。
计算出各条扫描线的“条空计数一码线m”数据后，解码器模块调用 基于成像的条形码符号阅读器内支持的不同的(能够分离的)符号-解码 器，如图18K所示。每个符号解码器，无论一维或某种二维符号(类似 PDF417)，在试图解码潜在的条形码符号之前检测条和空正确数目以及正 确的开始/停止图样。
如果解码器模块使用当前的“扫描线数据”解码，则其跳过所有其他 的扫描线。如果解码器模块检测到堆栈符号，则其继续收集更多的扫描线 的数据。如果解码失败，则解码器模块渐进地调整扫描线角度(条形码- 方向角度)，并重复该过程。在收集扫描线数据的过程中，解码器模块还 使来自一条扫描线的条和空数据与相邻扫描线的条和空数据相互关联，以 便读取损坏的或者显示差的条形码。对于由解码器模块解码的每一条形 码，回调函数被调用以保存解码的结果。解码器模块频繁地调用暂停检测 器回调函数以使扫描应用得以控制。
在其自动模式中，多模式条形码符号读取装置子系统17对整个图像 以及随意地用于进一步可获得的图像重复整个过程。
本发明的多模式条形码符号读取装置子系统在其操作的手动模式期 间操作的说明
图19A表明多模式条形码符号读取子系统在其操作的手动模式中执行 的过程中所包含的步骤。在该操作的手动模式下，处理的第一个阶段包括 通过处理被捕捉高分辨率图像数据的帧的低分辨率图像搜寻并找到兴趣 区(ROIs)，将低分辨率图像分成N×N块，并使用基于空间导数的图像处 理技术为中间块生成一个特征向量。接着处理的第二个阶段包括通过检查 高调制的区域的特征向量标识ROI和返回到第一阶段为围绕中间块的其他 块来创建特征向量(以螺旋的方式)，计算条形码方向并且将条形码的四 个角标记为ROI；以及(3)处理的第三个阶段包括通过来回移动条形码和 更新特征向量来读取在ROI内出现的任何条形码符号，检查过滤图像的零 相交，产生条空图样，以及对条空图样进行解码。
与自动模式相似，在操作的手动模式的图像处理的这三个(3)阶段 能够被再次分成四个主要的处理块(即模块)，也就是：跟踪器模块、发 现器模块、标记器模块和解码器模块，这些已经在前面作了详细地描述。 当多模式条形码符号读取子系统17的手动模式被调用时，这四个处理块 (即模块)被相继和随意增加地执行，以便每次调用时整个图像的矩形子 区域能够被处理。
图19B表明在多模式条形码符号读取装置子系统17在其操作的手动 模式期间执行的解码过程中的包括的步骤。如块A所示，应用层中的主任 务或CodeGate任务调用跟踪器模块去找到所捕捉图像数据的中心块的中 心坐标，对其而言中心特征向量将是关联的。该图像数据的中心块将与沿 着由基于成像的条形码符号阅读器捕捉的图像帧的中心部分形成的图像 像素相关联。该步骤包括跟踪器模块将发现器模块、标记器模块和解码器 模块子元件重新设置为他们初始的状态；其重新设置特征向量阵列和多个 兴趣区(ROI)。虽然在图19B的流程图中没有显示，但是跟踪器模块在控 制流程内的各个位置调用可选择的回调函数(暂停功能)以推动中断或暂 停多模式条形码符号读取装置子系统17或改变不工作的参数。
如图19B中的块B所示，发现器模块被调用并将图像再分成N×N块， 每个块都有相关的特征向量(Fv)阵列元素。一个Fv元素包含能识别在 图像块中平行线出现的强可能性的一组数字。如上述所描述的，发现器模 块以较低的空间分辨率处理图像；它处理每个被选择的行中的每个第n行 和每个第n个像素，从而对原始图像每隔n采样执行计算。对每个被选择 的行计算。对于块C，子系统17确定是否找到了ROI(限制全部条形码符 号)，并且如果找到了，则调用标记器模块。那么对于块E，子系统17确 定ROI是否已由标记器模块标记，如果标记了，则调用解码器模块并处理 ROI。如果在处于块G的ROI内条形码符号被读取，则对于块H，子系统 17确定是否解码循环的实际数目等于所需的解码循环的数目。如果相等， 则子系统17的操作的手动模式停止，流程返回到应用层。
如果对于图19B中的块C，子系统17确定没有找到ROI，那么子系统 进入块I。如果子系统确定没有检查所有的特征向量，那么子系统沿着通 过图像像素数据集的螺旋路径的轨迹进入到块J，该块J推动中心特征向 量的下一个特征向量柜的分析。接着，对于块B，子系统再次调用发现器 模块以对其上的下一个特征向量进行操作。
如果对于块G，子系统确定解码器模块没有成功的解码ROI中的条形 码符号，则其向前到块I并确定是否没有检查所有的特征向量。
子系统17在由图19B的流程图指定的操作模式中操作，直到在ROI 内读取到单个的条形码符号。发现器模块的每个例子包括对另外像素数据 块的分析(对应于另一特征向量)以努力找到包含可在块C中找到并可在 块G中成功地解码的条形码符号的ROI。像素数据块的顺序分析关于中心 起始点遵循图19B的块A确定的螺旋图样。明显地，在操作的手动模式期 间，子系统利用描述的与上述操作的自动模式有关的图像处理技术。
相对于操作的自动模式来说，操作的手动模式的主要优点在于：当使 用者将条形码阅读器指向将要读取的条形码符号时，在操作的手动模式下 条形码符号阅读器更可能获取图像并处理包含条形码符号的ROI内的像素 数据，与自动模式比较，手动模式是非常快的方式，特别是所述手动模式 实质扫描和处理整个捕捉的图像，其从所捕捉图像数据的大多数块的左上 部开始，并确保手持条形码读取应用的快速响应时间。
本发明的多模式条形码符号读取子系统在其操作的无探测器模式期 间操作的说明
图20A表明由多模式条形码符号读取子系统17在其操作的无探测器 模式期间执行的图像处理中实质包括的图像处理的单独的阶段，不象操作 的自动、手动和特定ROI模式。在该无探测器模式期间，子系统17不使 用跟踪器模式、发现器模式或标记器模式，相反地仅仅调用解码器模块以 (i)直接处理由条形码阅读器捕捉的窄域高分辨率图像，每次扫描数据 的一条线，并从其中心开始，(ii)检查过滤图像的零相交，(iii)从其 中创建条空图样，然后(iv)使用传统的解码算法解码条空图样。如果读 取过程不成功，则子系统17从计算的假设为ROI的恒定最大高度的像素 偏移量n开始遍历所捕捉窄域图像内的扫描数据的另一条线，所述高度认 为是所捕捉窄域图像的像素高度。
图20B表明多模式条形码符号读取子系统17在其操作的无探测器模 式期间执行的图像处理方法中包括的步骤。如图20B中的块A所示，子系 统17首先找到(即计算出)捕捉的窄域图像中的中心像素。然后对于块B， 子系统17调用解码器模块并使用计算的中心像素配置该解码器模块。在 该解码器模块内，子块B1至B8如图20A所示被执行。如块B1所示，解 码器模块从计算的中心点开始水平且向西扫描图像(使用所述N×N像素的 光点窗口(例如其中1如果在图20A中的块B2中，解码器模块没有找到条形码符号的第一 边界，则其进入块B7并确定其是否尝试了所捕捉的窄域图像内的所有可 能的扫描线。如果解码器模块已经尝试处理了通过窄域图像的所有可能的 扫描线，则其进入停止块并终止操作的无探测器模式。如果解码器模块没 有尝试处理通过捕捉的窄域图像的所有扫描线，则其进入块B8，在块B8 中其前移至捕捉的窄域图像中的扫描数据的下一条线条(即通过偏移像素 数量n)，然后返回到块B1，在这里沿着新的扫描线重新开始扫描和处理 (使用所述N×N像素的光点窗口(例如1如果在块B4，没有找到第二条形码边界，则解码器模块进入块B7并 确定是否尝试了通过捕捉的图像的所有扫描线。如果全部尝试了，则子系 统17终止解码器模块并退出其操作的无探测器模式。如果在这个处理阶 段没有尝试所有的扫描线，则解码器模块进入块B8并前移至如上文中所 描述的用于处理的扫描数据的下一条线条。
如果在图20A的块B6中，解码器模块没有在正被处理的扫描数据的 当前线内读取条形码，则其进入块B7，在此处其确定是否已经尝试了扫描 数据的所有线。如果扫描数据的所有线条没有被全部尝试，则在块B8中 解码器模块前移至捕捉的窄域图像中的扫描数据的下一条线(即通过偏移 像素数量n)，然后返回到块B1，在该块B1沿着新的扫描线重新开始扫描 和处理(使用所述N×N像素的光点窗口(例如1本发明的多模式条形码符号读取子系统在其操作的全扫描模式期间 操作的说明
图21A表明由多模式条形码符号读取子系统在其操作的全扫描模式期 间执行的图像处理方法实际包括图像处理的单一的阶段，不象操作的自 动、手动和特定ROI模式。在这个全扫描模式期间，解码器模块不使用跟 踪器模块、发现器模块或标记器模块，相反地直接处理由条形码阅读器捕 捉的窄域高分辨率图像，沿着多个虚拟扫描线的空部分(例如50个像素) 遍历由子系统17捕捉的图像数据的整个二维画面。在操作的全扫描模式 期间，解码器模块假定成像的条形码符号以大约1：1的纵横比(例如1” 高×1”宽)存在于捕捉的宽阔区域高分辨率图像的中心。基于这些假设， 子系统17以第一个预定的角度方向(例如0、30、60、90、120或150度) 开始，然后：(i)沿着一组平行空部分(例如50个像素)虚拟扫描线线 条(使用所述N×N像素的光点窗口(例如1图21B表明多模式条形码符号读取子系统17在其操作的全扫描模式 期间执行的图像处理方法中包括的步骤。如图21B中的块A所示，子系统 17首先找到(即计算出)捕捉的窄域图像中的起始像素和扫描角。然后对 于区块B，子系统17调用解码器模块并使用计算的(i)起始像素和(ii) 起始扫描角来配置该解码器模块。在该解码器模块内，子块B1至B8如图 21B所示被执行。如块B1所示，解码器模块从计算的起始点和起始角开始 使用所述N×N像素的光点窗口(例如其中1如果在图21A中的块B2中，解码器模块没有找到条形码符号的第一 边界，则其进入块B7并确定其是否尝试了所捕捉的窄域图像内结合起始 像素和起始角的所有可能的扫描线。如果在块B7中解码器模块已经尝试 处理了通过窄域图像以起始像素和角结合的所有可能的扫描线，则其进入 “停止”块并终止解码器操作的全扫描模式。如果解码器模块没有尝试处 理通过捕捉的窄域图像以所有像素和角方向的所有扫描线，则其进入块 B8，在块B8中其前移至捕捉的窄域图像中的扫描数据的下一条线条(即 通过偏移像素数量n)，然后返回到块B1，在这里沿着新的扫描线重新开 始扫描和处理(使用所述N×N像素的光点窗口(例如1如果在块B4，没有找到第二条形码边界，则解码器模块进入块B7并 确定是否尝试了通过捕捉的图像的以所有可能起始像素和角度的所有扫 描线。如果全部尝试了，则解码器模块终止其处理并退出操作的全扫描模 式。如果在这个处理阶段没有尝试所有以所有起始像素和角度结合的扫描 线，则解码器模块进入块B8并前移至用于扫描数据图像处理的下一起始 像素和角度，并返回到上述的块B1。
如果在图21A的块G中，解码器模块没有在正被处理的扫描数据的平 行线的当前组内解码条形码，则其进入到块I，在该块I其前移至下一组 平行扫描线(处于起始像素和角度的不同组)，然后返回到块B，在该块B 沿着新的一组平行扫描线重新开始扫描和处理(使用所述N×N像素的光点 窗口(例如1本发明的多模式条形码符号读取子系统在其操作的特定ROI模式期 间操作的说明
图22A表明多模式条形码符号读取子系统在其操作的特定ROI模式期 间执行的图像处理方法中包括的步骤。特别地，操作的特定ROI模式与操 作的手动模式相似，除了其用于自动处理先前在操作的不同模式例如，操 作的无探测器模式或操作的全扫描模式时所捕捉图像的处理期间确定的 特定“兴趣区”(ROI)。
如在图22A中所反映的，在这种操作的特定ROI模式期间，处理的第 一阶段包括接收在其他操作模式(例如全扫描模式、自动扫描模式或无探
测器模式—在出现读取失败后)期间获得的兴趣区(ROI)座标{x，y}，然 后再将捕捉的低分辨率图像(自全扫描模式)分成N×N块，并使用从全扫 描、自动或无探测器模块输入的、且在全扫描、自动或无探测器模块期间 收集的特征，用具体例证说明用于特定ROI块的特征向量(可能利用基于 图像处理技术的附加的空间导数)。处理的第二阶段包括通过检查高调制 (关于原始指定的ROI)的区域的特征向量来标识额外的ROI，返回第一 阶段为围绕中间块的其它块来生成特征向量(以螺旋方式)，计算条形码 方向并且将待解码处理的ROI内包含的条形码的四个角进行标识。处理的 第三阶段通过遍历与条形码有关的像素数据和更新特征向量来读取表示 在ROI内的任何条形码符号，检查过滤图像的零相交、产生条空图样，使 用传统的条形码解码算法解码条空图样。
图22B表明多模式条形码符号读取子系统在其操作的特定ROI模式期 间执行的图像处理方法中包含的步骤。如在块A所示，与全扫描和无探测 器模式有关的解码器模块接收将用具体例证说明的初始特征向量的特定 ROI(至少一部分条形码符号可能存在于其中)的{x.y}座标。然后在块B， 发现器模式被调用，并且在块C，发现器模块确定是否找到了ROI(包含 完全的条形码符号)。如果发现器模块确定找到了包含ROI的条形码，则 发现器模块调用标记器模块，于是在块E，标记器模块确定是否包含ROI 的条形码由标记器模块标记。如果是，则调用解码器模块并处理与ROI有 关的高分辨率像素数据。如果在块G中ROI内的条形码符号被读取，则在 块H，解码器模块确定是否解码的实际数目等于解码循环所需的数目(即 由最终用户设置)。如果相等，则操作的手动模式停止，且流程返回到应 用层。
如果在图22B中的块C，发现器模块确定没有找到ROI(包含完全的 条形码)，则发现器模块进入块I。如果发现器模式确定没有检查所有的特 征向量，那么发现器模式沿着通过图像像素数据集的螺旋状路径的轨迹进 入到块J，该块J推动向距离该特定ROI的特征向量最近的下一特征向量 分析。接着，在块B，发现器模块再次调用其自身以对下一个特征向量进 行操作。
如果在块G，解码器模块没有成功地读取ROI中的条形码符号，则其 进入到块I并确定是否所有的特征向量都没有检查。如果是，则解码器模 块终止操作的特定ROI模式。典型地，子系统17在这种操作模式中持续 直到，例如，单个的条形码符号被在标记为包含完全条形码符号的ROI内 读取为止。发现器模块的每个实例都包括另一个块的像素数据(对应于另 一个特征向量)的分析，以努力找到包含完全条形码符号的ROI，其可在 块C中找到并在块G中成功的读取。像素数据块的顺序分析关于中心起始 点遵循图22B的块A确定的螺旋图样。特别地，在操作的手动模式期间， 子系统利用描述的与上述操作的自动模式有关的图像处理技术。
本发明的多模式条形码符号读取子系统在其第一个多读取(全扫描/ 特定ROI)模式期间操作的说明
图23描述了当多模式条形码符号读取子系统17被驱动至其操作的第 一个多读取模式时(例如全扫描/特定ROI)的操作。在此第一个多读取操 作模式中，使用此处讲解的自适应的学习技术，子系统17自适应地处理 和以高速方式读取捕捉的高分辨率图像。
例如，如图23所示，假定多模式图像处理符号解码子系统被配置为 在其第一个多读取操作模式中(全扫描/特定ROI)操作。在这种情况下， 如果在全扫描的操作模式期间，则与PDF417条形码符号有关的编码段在 捕捉的(窄或宽)区域图像的ROI内被检测到，但是其处理是不成功的， 那么多模式条形码符号读取子系统17将自动地(i)进入其上述所描述的 特定ROI操作模式，然后(ii)在全扫描操作模式下，在由特征向量分析 获得的ROI坐标确定的ROI上，立即开始处理捕捉的图像。在说明实施例 中，子系统17中的模式的转换出现在单个的条形码符号读取周期内，并 且包括使用基于图像处理的条形码读取的至少两种不同的模式(即方法) 来处理捕捉图像，其中，潜在地多个不同的条形码符号解码算法典型地应 用于每个解码周期。
相对于操作的手动模式，操作的多读取(全扫描/特定ROI)模式的一 个潜在优点在于多读取模式提供操作的全扫描模式，以初始快速地读取1D 条形码符号，以及随时出现在捕捉图像中的2D条形码符号，并且无论什 么时候只要PDF417符号被检测到，多模式条形码符号读取子系统17就能 够自动地转换(不工作on-the-fly)至其操作的特定ROI模式，以便在该 特定ROI(此处具有出现条形码符号的高可能性)立即处理高分辨率图像 数据。
本发明的多模式条形码符号读取子系统在其第二个多读取(无探测器 /特定ROI)操作模式期间操作的说明
图24表明多模式条形码符号读取子系统17，当其被驱动至其第二个 多读取(全扫描/特定ROI)操作模式时，以便通过应用自适应的学习技术， 自适应地处理和以高速方式读取捕捉的高分辨率图像。
例如，如图24所示，当处理由系统捕捉的宽域图像时，假定多模式 条形码符号读取子系统17被配置为在其第二个多读取操作模式中(无探 测器/特定ROI)操作。在这种情况下，如果在无探测器操作模式期间，则 与PDF417条形码符号有关的编码段在捕捉的宽域图像内被检测到，但是 其处理是不成功的，那么子系统17将自动地(i)进入其上述所描述的特 定ROI操作模式，然后(ii)立即开始处理与在无探测器操作模式期间处 理的宽域图像相对应的y坐标确定的ROI处捕捉的宽域图像。在说明实施 例中，图像处理条形码符号读取子系统17中的模式的转换出现在单个的 条形码符号读取周期内，并且包括使用基于图像处理的条形码读取(即无 探测器模式和特定ROI)的至少两种不同的模式(即方法)来处理单个的 捕捉图像，其中，潜在地多个不同的条形码符号解码算法典型地应用于每 个解码周期。
作为选择地，当处理由系统捕捉的窄域图像和随后的宽域图像时，假 设子系统17被配置为在其“多读取模式”下操作。在这种情况下，如果 在无探测器操作模式期间，则与PDF417条形码符号有关的编码段在捕捉 的窄域图像内被检测到，但是其处理是不成功的，那么子系统17将自动 地(i)进入其上述所描述的特定ROI操作模式，因为宽域图像由系统自 动地捕捉，然后(ii)立即开始处理与在无探测器操作模式期间处理的窄 域图像相对应的y坐标确定的ROI处捕捉的宽域图像。在说明实施例中， 图像处理条形码符号读取子系统17中的模式的转换出现在单个的条形码 符号读取周期内，并且包括使用基于图像处理的条形码读取(即无探测器 模式和特定ROI)的至少两种不同的模式(即方法)来处理两个的捕捉图 像，对于其中每一个，潜在地多个不同的条形码符号解码算法典型地应用 于每个解码周期。
相对于手动操作模式，不考虑其实现方法，“无探测器/特定ROI”多 模式操作的一个潜在优点在于，无探测器模式能够快速地读取随时出现于 条形码符号阅读器中的1D条形码符号，以及无论何时遇到2D(例如 PDF417)符号，条形码符号阅读器能够自动地将其读取方法转换至特定ROI 模式，使用从在无探测器模式期间处理的窄(或宽)域图像收集的特征， 以便立即处理捕捉的宽域图像帧中的特定ROI，此处具有条形码符号出现 的高可能性，并且以高目标方式去处理。
本发明的多模式条形码符号读取子系统在其第三个多读取(无探测器 /全扫描/特定ROI)操作模式期间操作的说明
图25表明当其被驱动至其第三个多读取(无探测器/全扫描/特定 ROI)操作模式时，以便通过应用自适应的学习技术，自适应地处理和读 取在高速方式下捕捉的高分辨率图像的多模式条形码符号读取子系统17。
例如，如图25所示，当处理由系统捕捉的宽域图像时，假设子系统 17被配置为在其“多读取模式”下操作。在这种情况下，如果在无探测器 操作模式期间，则与PDF417条形码符号有关的编码段在捕捉的窄域图像 内被检测到，但是其解码处理是不成功的，那么图像形成和检测子系统(i) 自动地捕捉宽域图像，而子系统17(ii)自动进入其上述所描述的全扫描 操作模式，然后(iii)立即开始对多个平行的空间间隔(例如50个像素) 虚拟扫描线处捕捉的宽域图像进行处理，开始于由在无探测器操作模式期 间处理的窄域图像中确定的编码段的x和/或y座标指定起始像素和起始 角度。接着，如果全扫描模式没有成功读取ROI内的条形码符号，则子系 统17(ii)自动进入其上述所描述的特定ROI操作模式，然后(iii)立 即开始对在与在操作的全向模式期间处理的宽域图像中检测到的编码段 相对应的x，y坐标确定的ROI的捕捉的宽域图像进行处理。在说明实施例 中，子系统17中的模式的转换出现在单个的条形码符号读取周期内，并 且包括使用基于图像处理的条形码读取(例如无探测器模式、全扫描模式 和特定ROI模式)的至少两种不同的模式(即方法)来处理两个的捕捉图 像帧，其中，潜在地多个不同的条形码符号解码算法典型地应用于每个解 码周期。
相对于手动操作模式，不考虑其实现方法，“无探测器/全扫描/特定 ROI”多读取模式操作的一个潜在优点在于，无探测器模式能够快速地获 取随时出现于条形码符号阅读器中的1D条形码符号，以及无论何时遇到 2D符号，条形码符号阅读器能够自动地将其读取方法转换至全扫描模式， 在处理的图像数据上收集特征，并且如果这种解码方法是不成功的，则条 形码阅读器能够自动地将其读取方式转换至特定ROI模式，且使用在全扫 描模式期间收集的特征以立即处理捕捉图像帧中的特定ROI，此处具有出 现条形码符号的高可能性，并且以高目标方式去处理。
本发明的手持式基于数字成像的条形码读取装置内的条形码读取操 作的程序模式
如图26所示，本发明的基于成像的条形码符号阅读器具有至少17个 可编程的系统操作模式，即：系统操作编程模式No.1—手动触发单试图 1D单读取模式，使用多模式的条形码读取子系统的无探测器模式；系统操 作编程模式No.2—手动触发多试图1D单读取模式，使用多模式的条形码 读取子系统的无探测器模式；系统操作编程模式No.3—手动触发单试图 1D/2D单读取模式，使用多模式的条形码读取子系统的无探测器模式和自 动或手动模式；系统操作编程模式No.4—手动触发多试图1D/2D单读取模 式，使用多模式的条形码读取子系统的无探测器模式和自动或手动模式； 系统操作编程模式No.5—手动触发多试图1D/2D多读取模式，使用多模式 的条形码读取子系统的无探测器模式和自动或手动模式；系统操作编程模 式No.6—自动触发单试图1D单读取模式，使用多模式的条形码读取子系 统的无探测器模式；系统操作编程模式No.7—自动触发多试图1D单读取 模式，使用多模式的条形码读取子系统的无探测器模式；系统操作编程模 式No.8—自动触发多试图1D/2D单读取模式，使用多模式的条形码读取子 系统的无探测器模式和手动和/或自动模式；系统操作编程模式No.9—自 动触发多试图1D/2D多读取模式，使用多模式的条形码读取子系统的无探 测器模式和手动和/或自动模式；系统操作编程模式No.10—自动触发多试 图1D/2D单读取模式，使用多模式的条形码读取子系统的手动、自动或全 扫描模式；系统操作编程模式No.11—半自动触发单试图1D/2D单读取模 式，使用多模式的条形码读取子系统的无探测器模式和自动或手动模式； 系统操作编程模式No.12—半自动触发多试图1D/2D单读取模式，使用多 模式的条形码读取子系统的无探测器模式和自动或手动模式；系统操作编 程模式No.13—半自动触发多试图1D/2D多读取模式，使用多模式的条形 码读取子系统的无探测器模式和自动或手动模式；系统操作编程模式 No.14—半自动触发多试图1D/2D多读取模式，使用多模式的条形码读取 子系统的无探测器模式和全扫描模式；系统操作编程模式No.15—连续自 动触发多试图1D/2D多读取模式，使用多模式的条形码读取子系统的自动、 手动或全扫描模式；系统操作编程模式No.16—基于成像的条形码阅读器 操作的诊断模式；和系统操作编程模式No.17—基于成像的条形码阅读器 操作的现场录像模式。
优选地，这些系统操作模式可通过读取一系列来自程序化菜单的条形 码符号而被程序化，该程序化菜单例如，美国专利号6,565,005中描述的 由计量仪器有限公司研发的、并以名称单线条构造程序化 方法( Single Line Configuration Programming Method) 上市的条形码扫描仪程序化技术。
这些程序化的系统操作模式将在下文详细描述。作为选择， 图形用户界面(GUI)可用于检查和改变使用PC的条形码符号阅读器中的 结构参数。可选择地，命令行接口(CLI)也可用于检查和改变条形码符 号阅读器中的结构参数。
这些条形码阅读器操作的程序化模式的每一种都将参照系统的其他 构成部分详细说明，所述系统的其他部分配置在一起实现与本发明的原理 一致的功能。
基于成像的条形码阅读器启动操作的综述
当条形码阅读器引导时，其FPGA以12.5/50/25兆赫兹时钟固件自动 地程序化，并且所有所需装置的驱动程序也自动安装。操作系统的注册也 自动完成于用户“根(root)”，并且用户被自动地指向于根目录 (/root/directory)。对于使用自动物体检测的几乎所有的程序化的系统 操作模式，IR物体检测软件驱动器被自动安装。同样，对于使用窄域照明 模式的所有程序化的系统操作模式，窄域照明软件驱动器被自动安装，以 致脉冲宽度调制器(PWM)被用于驱动窄域基于LED的照明阵列27。为了 启动条形码阅读器操作，操作系统首先调用临时目录(/tmp/directory) (“cd/tmp”)，然后位于根目录的聚焦应用程序被运行，因为根目录位于 快闪只读存储器(Flash ROM)中，故为了保存捕捉的图像，临时目录应 该是转变至主机中的存储图像的当前目录，该临时目录位于随机存储器 (RAM)中。
在手动触发操作模式下本发明的手持式图像处理的条形码符号阅读 器的操作
如图26A中的No.1至No.5所示，本发明的手持式图像处理条形码符 号阅读器可被程序化，以便操作于许多不同系统操作的“手动触发”模式 中的任何一种。然而，在操作的各个手动触发模式期间，图像处理条形码 符号阅读器依照手动触发操作的广义方法控制和调整其子系统构成部分。
特别地，在基于IR的物体检测场内的物体的自动检测之上，基于IR 的物体存在检测子系统自动地发生物体检测事件，并且响应于此，多模式 的基于LED的照明子系统自动地在所述的图像形成和检测子系统的视场内 产生窄带照明的窄域场。
于是，基于通过用户按下手动激活触发器而发生触发事件，下列的操 作均自动执行：
(i)在所述的多模式图像形成和检测子系统的窄域图像捕捉模式期 间，图像捕捉和缓存子系统使用视场内的窄带照明的窄域场自动地捕捉和 缓冲物体的窄域数字图像；和
(ii)图像处理条形码符号读取子系统自动地处理所述1D数字图像， 尝试处理窄域数字图像，以尽可能读取在其中表示的1D条形码符号，并 且当在其中成功地解码1D条形码符号时，自动地产生其中表示的符号字 符数据。
然后，当所述的多模式图像处理条形码符号读取子系统没有成功地读 取窄域数字图像中表示的1D条形码符号时，下列的操作均自动执行：
(i)多模式的基于LED的照明子系统在多模式图像形成和检测子系 统的视场内自动产生一窄带照明的宽域场，
(ii)在图像捕捉和缓存子系统的宽域图像捕捉期间，图像捕捉和缓 存子系统捕捉和缓冲宽域数字图像，以及
(iii)图像处理条形码符号读取子系统处理宽域数字图像，以尽可 能的读取表示在其中的1D或2D条形码符号，并且当成功地解码其中的1D 或2D条形码符号时，自动地产生其中表示的符号字符数据。
系统操作编程模式No.1—使用多模式的条形码读取子系统的无探测 器模式的手动触发单试图1D单读取模式
系统操作编程模式No.1包括如下的系统配置：使基于IR的物体存在 和范围检测子系统12失效；使手动触发激活、多模式照明子系统14内的 窄域照明模式、图像形成和检测子系统13中的窄域图像捕捉模式和多模 式条形码读取子系统17的无探测器模式的使用生效。
在这种系统操作模式期间，当用户拉动触发开关2C时，系统激活多 模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13的窄域 图像捕捉模式和多模式条形码符号读取子系统17的无探测器模式。接着， 条形码阅读器照亮使用窄域照明来照明目标物体，捕捉目标物体的窄域图 像以及启动多模式条形码符号读取子系统17的无探测器模式。然后使用 无探测器模式处理捕捉的图像。如果程序化图像处理的单个循环导致1D 条形码符号的成功读取，则结果的符号字符数据被送到输入/输出子系统 18以由主系统使用。如果程序化图像处理的单个循环没有导致1D条形码 符号的读取成功，则循环终止，所有的子系统被失活，并且条形码阅读器 返回到其模式的休眠操作，等待触发系统使其进入激活操作的下一个事件 (例如手动拉动触发开关2C)。
系统操作编程模式No.2—使用多模式的条形码读取子系统的无探测 器模式的手动触发多试图1D单读取模式
系统操作编程模式No.2包括如下的系统配置：使基于IR的物体存在 和范围检测子系统12失效；使手动触发激活、多模式照明子系统14内的 窄域照明模式、图像形成和检测子系统13中的窄域图像捕捉模式和多模 式条形码符号读取子系统17的无探测器模式的使用生效。
在这种系统操作模式期间，当用户拉动触发开关2C时，系统激活多 模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13的窄域 图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统17的无探测器模式。接着，条 形码阅读器照亮使用窄域照明来照明目标物体，捕捉目标物体的窄域图像 以及启动多模式条形码读取子系统17的无探测器模式。然后使用无探测 器模式处理捕捉的窄域图像。如果程序化图像处理的单个循环导致1D条 形码符号的成功读取，则结果的符号字符数据被送到输入/输出子系统18 以由主系统使用。如果程序化图像处理的循环没有产生成功的读取，则只 要拉动触发开关2C，系统自动地使相继的照明/捕捉/处理的循环生效，然 后直到系统读取目标物体的捕捉图像内的条形码符号为止；从那以后，或 者当用户释放触发开关2C时，条形码符号阅读器返回到其休眠操作模式， 等待触发系统使其进入激活操作的下一个事件。在说明实施例中，默认的 解码超时设置为500微妙，这个时间可简单地通过编程改变。这种默认的 解码超时设置确保了当用户拉动触发开关2C时，基于成像的条形码符号 阅读器每隔500微妙(至多)重新尝试读取，直到其读取成功或触发开关 2C被手动释放为止。
系统操作编程模式No.3—使用多模式的条形码符号读取子系统的无 探测器模式和自动、手动或特定ROI模式的手动触发单试图1D/2D单读取 模式。
系统操作编程模式No.3包括如下的系统配置：使基于IR的物体存在 和范围检测子系统12失效；使手动触发激活、多模式照明子系统14内的 窄域和宽域照明模式、图像形成和检测子系统13中的窄域和宽域图像捕 捉模式和多模式条形码读取子系统17的无探测器模式和手动、特定ROI 和/或自动模式的使用生效。
在这种可编程系统操作模式期间，条形码阅读器处于空闲状态(处于 其休眠模式)，直到用户朝着具有条形码标签的物体对准条形码阅读器， 然后拉动触发器开关2C为止。当该事件发生时，系统激活多模式照明子 系统14内的窄域照明模式(即驱动窄域照明阵列27)、图像形成和检测子 系统13的窄域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统17的无探测器模 式。接着，条形码阅读器使用窄域照明照亮目标物体，捕捉目标物体的窄 域图像以及启动多模式条形码读取子系统17的无探测器模式。然后使用 无探测器模式处理捕捉的窄域图像。如果程序化图像处理的单个循环的结 果是1D条形码符号的成功读取，则作为结果的符号字符数据被送到输入/ 输出子系统18由主系统使用。如果程序化图像处理的循环没有产生成功 的读取，则系统使多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和 检测子系统13的窄域图像捕捉模式、多模式条形码读取子系统17的无探 测器模式不起作用，然后激活多模式照明子系统14内的宽域照明模式、 图像形成和检测子系统13的宽域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系 统17的手动、特定ROI和/或自动模式。接着条形码阅读器使用近场和远 场宽域照明来照亮目标物体、捕捉目标物体的宽域图像以及启动多模式条 形码符号读取子系统17的手动、特定ROI和自动模式。然后使用手动、 特定ROI和自动模式处理捕捉的宽域图像。如果程序化图像处理的单个循 环的结果是1D或2D条形码符号的成功读取，则作为结果的符号字符数据 被送到输入/输出子系统18由主系统使用。如果这种程序化图像处理的循 环没有产生成功的读取，则子系统19使所有子系统不起作用并返回到休 眠模式，等待促使所述子系统进入使其激活的操作模式的事件。
系统操作编程模式No.4—使用多模式的条形码符号读取子系统的无 探测器模式和自动、手动或特定ROI模式的手动触发多试图1D/2D单读取 模式系统操作编程模式No.4包括如下的系统配置：使基于IR的物体检测 子系统12失效；使手动触发激活、多模式照明子系统14内的窄域和宽域 照明模式、图像形成和检测子系统13中的窄域和宽域图像捕捉模式和多 模式条形码读取子系统17的无探测器模式和手动、特定ROI和/或自动模 式的使用生效。在这种系统操作的编程模式期间，当用户拉动触发开关2C 时，系统激活多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检测 子系统13的窄域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统17的无探测器 模式。接着，条形码阅读器照亮使用窄域照明来照明目标物体，捕捉目标 物体的窄域图像以及启动多模式条形码读取子系统17的无探测器模式。 然后使用无探测器模式处理捕捉的窄域图像。如果程序化图像处理的单个 循环导致1D条形码符号的成功读取，则结果的符号字符数据被送到输入/ 输出子系统18以由主系统使用。如果程序化图像处理的循环没有产生成 功的读取，则系统使多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成 和检测子系统13的窄域图像捕捉模式、多模式条形码读取子系统17的无 探测器模式不起作用，然后激活多模式照明子系统14内的宽域照明模式、 图像形成和检测子系统13的宽域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系 统17的手动和/或自动模式。接着条形码阅读器使用近场和远场宽域照明 来照亮目标物体、捕捉目标物体的宽域图像以及启动多模式条形码符号读 取子系统17的手动(或自动)模式。然后使用条形码符号读取的手动模 式处理捕捉的宽域图像。如果程序化图像处理的单个循环的结果是1D或 2D条形码符号的成功读取，则作为结果的符号字符数据被送到输入/输出 子系统18由主系统使用。如果这种程序化图像处理的循环没有产生成功 单1D或2D条形码符号的读取，则只要触发开关2C拉动，子系统19系统 就自动地使相继的照明/捕捉/处理的循环生效，直到系统读取目标物体的 捕捉图像内的条形码符号为止；从那以后，或者当用户释放触发开关2C 时，条形码符号阅读器返回到其休眠操作模式，并等待触发系统使其进入 激活操作的下一个事件。在说明实施例中，默认的解码超时设置为500微 妙，这个时间可简单地通过编程改变。这种默认的解码超时设置确保了当 用户拉动触发开关2C时，基于成像的条形码符号阅读器每隔500微妙(至 多)重新尝试读取，直到其读取成功或触发开关2C被手动释放为止。
系统操作编程模式No.5—使用多模式的条形码符号读取子系统的无 探测器模式和自动、手动或特定ROI模式的手动触发多试图1D/2D多读 取模式
系统操作编程模式No.5包括如下的系统配置：使基于IR的物体存在 和范围检测子系统12失效；使手动触发激活、多模式照明子系统14内的 窄域和宽域照明模式、图像形成和检测子系统13中的窄域和宽域图像捕 捉模式和多模式条形码读取子系统17的无探测器模式和手动、特定ROI 和/或自动模式的使用生效。
在这种系统操作的编程模式期间，当用户拉动触发开关2C时，系统 激活多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13 的窄域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统的无探测器模式。接着， 条形码阅读器使用窄域照明来照明目标物体，捕捉目标物体的窄域图像以 及启动多模式条形码读取子系统的无探测器模式。然后使用无探测器模式 处理捕捉的窄域图像。如果程序化处理的单个循环导致1D条形码符号的 成功解码，则作为结果的符号字符数据被送到输入/输出子系统以由主系 统使用。如果程序化解码图像处理的循环没有产生成功的读取，则系统使 多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13的窄 域图像捕捉模式、多模式条形码读取子系统17的无探测器模式不起作用， 然后激活多模式照明子系统内的宽域照明模式、图像形成和检测子系统13 的宽域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统17的手动和/或自动模 式。接着条形码阅读器使用近场和远场宽域照明来照亮目标物体、捕捉目 标物体的宽域图像以及启动多模式条形码符号读取子系统17的手动(特 定ROI和/或自动)模式。然后使用读取的手动模式处理捕捉的宽域图像。 如果程序化处理的单个循环的结果是1D或2D条形码符号的成功读取，则 作为结果的符号字符数据被送到输入/输出子系统18由主系统使用。如果 这种程序化图像处理的循环没有产生对一个或多个1D或2D条形码符号的 成功读取，则只要触发开关拉动，系统就自动地使相继的宽域照明/宽域 图像捕捉/图像处理的循环生效，直到系统读取目标物体的捕捉图像内的 一个或多个1D和/或2D条形码符号为止；从那以后，或者当用户释放触 发开关2C时，条形码符号阅读器返回到其休眠操作模式，并等待触发系 统使其进入激活操作的下一个事件。在说明实施例中，默认的解码超时设 置为500ms，这个时间可简单地通过编程改变。这种默认的解码超时设置 确保了当用户拉动触发开关2C时，基于成像的条形码符号阅读器每隔 500ms(至多)重新尝试读取，直到其读取成功或触发开关2C被手动释放 为止。
系统操作编程模式No.6—使用多模式条形码符号读取子系统的无探 测器模式的自动触发单试图1D单读取模式
系统操作编程模式No.6包括如下的系统配置：使手动触发激活的使 用不起作用；并且使基于IR的物体存在和范围检测子系统12、仅在多模 式照明子系统14内的窄域照明模式、仅在图像形成和检测子系统13中的 窄域图像捕捉模式和多模式条形码符号读取子系统17的无探测器模式生 效。
这种系统操作编程模式期间，条形码阅读器处于空闲状态，直到用户 将该阅读器指向具有条形码标签的物体为止。一旦物体处于条形码阅读器 的视场内，并且物体被自动地检测到，条形码阅读器“苏醒(wakesup)”， 并且系统激活多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检测 子系统13的窄域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统17的无探测器 模式。这致使系统去照亮在条形码阅读器的视场(FOV)的中部的目标物 体的“窄(narrow)”水平域，向用户指明条形码阅读器瞄准的区域在哪 里，这样，使用户能够定位和对准目标条形码上的窄域照明光束。然后， 系统捕捉/获取窄域图像，并使用配置在无探测器操作模式下的条形码符 号读取子系统17处理所捕捉/获取的窄域图像。如果这种程序化解码处理 的单个循环导致1D条形码符号的成功读取，则作为结果的符号字符数据 被送到输入/输出子系统18由主系统使用。如果这种程序化图像处理的循 环没有产生成功的读取，则系统使所有子系统不起作用，致使条形码阅读 器返回到休眠操作模式，等待触发系统使其进入激活操作的下一个事件。
系统操作编程模式No.7—使用多模式条形码符号读取子系统的无探 测器模式的自动触发多试图1D单读取模式
系统操作编程模式No.7包括如下的系统配置：使手动触发激活的使 用不起作用；并且使基于IR的物体存在和范围检测子系统12、多模式照 明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13中的窄域图像 捕捉模式和多模式条形码符号读取子系统17的无探测器模式生效。
这种系统操作编程模式期间，条形码阅读器处于空闲状态，直到用户 将该条形码阅读器指向具有条形码标签的物体为止。一旦物体处于条形码 阅读器的视场内，并且物体被自动地检测到，条形码阅读器“苏醒”并且 系统激活多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检测子系 统13的窄域图像捕捉模式和多模式条形码符号读取子系统17的无探测器 模式。这致使系统照亮在条形码阅读器的视场(FOV)的中部的目标物体 的“窄”水平域，向用户指明条形码阅读器瞄准区域在哪里，这样，能够 使用户定位和对准目标条形码上的窄域照明光束。然后，系统捕捉/获取 窄域图像，并使用其无探测器模式处理所捕捉/获取的窄域图像。如果这 种程序化解码处理的单个循环导致1D条形码符号的成功读取，则作为结 果的符号字符数据被送到输入/输出子系统18以由主系统使用。如果这种 程序化图像处理没有产生成功的解码，那么只要拉动触发开关2C，系统就 能够自动地使窄域照明/窄域图像捕捉/处理的相继的循环生效，直到系统 读取目标物体的捕捉图像内的单个的1D条形码符号为止；从那以后，或 者当用户释放触发开关2C时，条形码读取装置返回到其休眠操作模式， 等待触发系统使其进入激活操作的下一个事件。在图示实施例中，默认的 解码超时设置为500ms，这个时间可简单地通过编程改变。这种默认的超 时设置确保了当用户拉动触发器开关时，基于成像的条形码符号阅读器每 隔500ms(至多)将重新尝试读取，直到其读取成功或触发开关2C被手动 释放为止。
系统操作编程模式No.8—使用多模式条形码符号读取子系统的无探 测器模式和手动、特定ROI和/或自动模式的自动触发多试图1D/2D单读 取模式
系统操作编程模式No.8包括如下的系统配置：在系统操作的所有阶 段期间使手动触发激活的使用不起作用；并能够使基于IR的物体存在和 范围检测子系统12、多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成 和检测子系统13中的窄域图像捕捉模式和多模式条形码符号读取子系统 17的无探测器模式和手动、特定ROI和/或自动模式生效。
在这种系统操作编程模式期间，条形码阅读器处于空闲状态，直到用 户将阅读器指向具有条形码标签的物体为止。一旦物体处于扫描仪的视场 内，并且物体被自动地检测到，条形码阅读器“苏醒”，并且系统激活多 模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13的窄域 图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统17的无探测器模式。这致使系 统去照亮在条形码阅读器的视场(FOV)的中部的目标物体的“窄”水平 域，向用户指明条形码阅读器瞄准的区域在哪里，这样，能够使用户定位 和对准目标条形码上的窄域照明光束。然后，系统捕捉/获取窄域图像， 并使用其无探测器操作模式处理所捕捉/获取的窄域图像。如果这种程序 化解码处理的单个循环导致1D条形码符号的成功读取，则作为结果的符 号字符数据被送到输入/输出子系统18以由主系统使用。如果这种程序化 图像处理的循环没有产生成功的读取，则系统使多模式照明子系统14内 的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13的窄域图像捕捉模式和多模 式条形码读取子系统17的无探测器模式不起作用，然后激活多模式照明 子系统14内的宽域照明模式、图像形成和检测子系统13的宽域图像捕捉 模式和多模式条形码读取子系统17的手动、特定ROI和/或自动模式。于 是，条形码符号阅读器使用近场或远场宽域照明(取决于目标物体的检测 范围)照亮目标物体、捕捉目标物体的宽域图像以及启动多模式条形码读 取子系统17的手动、特定ROI或自动模式。然后使用手动读取模式处理 捕捉的宽域图像。如果这种程序化处理的循环导致单个的1D或2D条形码 符号的成功读取，则作为结果的符号字符数据被送到输入/输出子系统18 以由主系统使用。如果这种程序化图像处理的循环没有产生单个的1D或 2D条形码符号的成功读取，则只要检测到目标物体，系统能自动地使宽域 照明/宽域图像捕捉/处理的相继的循环生效，直到系统读取目标物体的捕 捉图像内的一个或多个1D和/或2D条形码符号为止；从那以后，或者当 用户将物体移出条形码阅读器的视场时，条形码阅读器返回到其休眠操作 模式，等待触发系统使其进入激活操作的下一个事件。在图示实施例中， 默认的解码超时设置为500ms，这个时间可简单地通过编程改变。这种默 认的解码超时设置确保了当条形码阅读器检测到物体时，条形码符号阅读 器每隔500ms(至多)将重新尝试读取，直到其读取成功或物体从条形码 阅读器的视场移出为止。
系统操作编程模式No.9—使用多模式条形码符号读取子系统的无探 测器模式和手动、特定ROI和/或自动模式的自动触发多试图1D/2D多读 取模式
系统操作编程模式No.9包括如下的系统配置：在系统操作的所有阶 段期间使手动触发激活的使用不起作用；并能够使基于IR的物体存在和 范围检测子系统12、多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成 和检测子系统13中的窄域图像捕捉模式和多模式条形码符号读取子系统 17的No Finder模式和手动或自动模式生效。
在这种系统操作编程模式期间，条形码阅读器处于空闲状态，直到用 户将阅读器指向具有条形码标签的物体为止。一旦物体处于条形码阅读器 的视场内，并且物体被自动地检测到，条形码阅读器“苏醒”，并且系统 激活多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13 的窄域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统17的无探测器模式。这 致使系统去照亮在条形码阅读器的视场(FOV)的中部的目标物体的“窄” 水平域，向用户指明条形码阅读器瞄准的区域在哪里，这样，能够使用户 定位和对准目标条形码上的窄域照明光束。然后，系统捕捉/获取窄域图 像，并使用其无探测器操作模式处理所捕捉/获取的窄域图像。如果这种 程序化处理的单个循环导致1D条形码符号的成功读取，则作为结果的符 号字符数据被送到输入/输出子系统18以由主系统使用。如果这种程序化 图像处理的循环没有产生成功的读取，则系统使多模式照明子系统14内 的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13的窄域图像捕捉模式和多模 式条形码读取子系统17的无探测器模式不起作用，然后激活多模式照明 子系统14内的宽域照明模式、图像形成和检测子系统13的宽域图像捕捉 模式和多模式条形码读取子系统17的手动和/或自动模式。于是，条形码 阅读器使用近场或远场宽域照明(取决于目标物体的检测范围)照亮目标 物体、捕捉目标物体的宽域图像以及启动多模式条形码读取子系统17的 手动(特定ROI或自动)模式。然后使用手动解码方法处理捕捉的宽域图 像。如果这种程序化处理的循环导致单个的1D或2D条形码符号的成功读 取，则作为结果的符号字符数据被送到输入/输出子系统18以由主系统使 用。如果这种程序化图像处理的循环没有产生单个的1D或2D条形码符号 的成功读取，则只要检测到目标物体，系统能自动地使宽域照明/宽域图 像捕捉/处理的相继的循环生效，直到系统读取目标物体的捕捉图像内的 一个或多个1D和/或2D条形码符号为止；从那以后，或者当用户将物体 移出条形码阅读器的视场时，条形码阅读器返回到其休眠操作模式，等待 触发系统使其进入激活操作的下一个事件。在图示实施例中，默认的解码 超时设置为500ms，这个时间可简单地通过编程改变。这种默认的解码超 时设置确保了当条形码阅读器检测到物体时，条形码符号阅读器每隔 500ms(至多)将重新尝试读取，直到其读取成功或物体从条形码阅读器 的视场移出为止。
系统操作编程模式No.10—使用多模式条形码符号读取子系统的手 动、特定ROI、自动或全扫描模式的自动触发多试图1D/2D单读取模式
系统操作编程模式No.10包括如下的系统配置：在系统操作的所有阶 段期间使手动触发激活的使用不起作用；并能够使基于IR的物体存在和 范围检测子系统12、多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成 和检测子系统13中的窄域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统17的 手动、特定ROI、自动或全扫描模式生效。
在这种系统操作编程模式期间，条形码阅读器处于空闲状态，直到用 户使带有条形码符号的物体出现在条形码阅读器的视场内为止，且物体可 被自动地检测到，条形码阅读器“苏醒”，并且系统激活多模式照明子系 统14内的宽域照明模式、图像形成和检测子系统13的宽域图像捕捉模式 和多模式条形码读取子系统17的手动、特定ROI、自动和全扫描模式之一。 这致使系统在具有远场和近场的宽域照明(取决于目标物体的检测范围) 条形码阅读器的视场(FOV)内的照亮目标物体的宽域，并捕捉/获取宽域 图像，接着使用读取的手动、特定ROI、自动或全扫描方法之一处理所捕 捉/获取的宽域图像。如果这种程序化处理的单个循环导致1D或2D条形 码符号的成功读取(当使用手动、特定ROI和自动方法时)，则作为结果 的符号字符数据被送到输入/输出子系统以由主系统使用。如果这种程序 化图像处理的循环没有产生成功的读取，则只要检测到目标物体，系统能 自动地使宽域照明/宽域图像捕捉/处理的相继的循环生效，直到系统读取 目标物体的捕捉图像内的单个的1D和/或2D条形码符号为止；从那以后， 或者当用户将物体移出条形码阅读器的视场时，条形码阅读器返回到其休 眠操作模式，等待将触发系统使其进入激活操作的下一个事件。在图示实 施例中，默认的解码超时设置为500ms，这个时间可简单地通过编程改变。 这种默认的解码超时设置确保了当物体被条形码阅读器检测时，条形码阅 读器将每隔500ms(至多)重新尝试读取，直到其读取成功或者物体从条 形码阅读器的视场移出为止。
系统操作编程模式No.11—使用多模式条形码符号读取子系统的无 探测器模式和自动、特定ROI或手动模式的半自动触发单试图1D/2D单 读取模式
系统操作编程模式No.11包括如下的系统配置：在系统激活操作阶段 期间使手动触发激活的使用不起作用；并能够使基于IR的物体存在和范 围检测子系统12、多模式照明子系统14内的窄域和宽域照明模式、图像 形成和检测子系统13中的窄域和宽域图像捕捉模式和多模式条形码读取 子系统17的无探测器模式和手动、特定ROI和/或自动模式生效。
在这种系统操作编程模式期间，条形码阅读器处于空闲状态，直到用 户将阅读器指向具有条形码标签的物体为止。一旦物体处于条形码阅读器 的视场内，并且物体被自动地检测到，条形码阅读器“苏醒”，并且系统 激活多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13 的窄域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统17的无探测器模式。这 致使系统去照亮在条形码阅读器的视场(FOV)的中部的目标物体的“窄” 水平域，向用户指明条形码阅读器瞄准的区域在哪里，这样，能够使用户 定位和对准目标条形码上的窄域照明光束。然后，系统捕捉/获取窄域图 像，并使用其无探测器操作模式处理所捕捉/获取的窄域图像。如果这种 程序化图像处理的单个循环导致1D条形码符号的成功读取，则作为结果 的符号字符数据被送到输入/输出子系统18以由主系统使用。如果这种程 序化图像处理的循环没有产生成功的读取，则系统使多模式照明子系统14 内的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13的窄域图像捕捉模式和多 模式条形码读取子系统17的无探测器模式不起作用，然后激活多模式照 明子系统14内的宽域照明模式、图像形成和检测子系统13的宽域图像捕 捉模式和多模式条形码读取子系统17的手动、特定ROI和/或自动模式。 接着，如果用户在窄域照明和图像捕捉期间拉动触发开关2C并持续这样， 那么条形码阅读器使用宽域照明(取决于目标物体的检测范围)自动地照 亮目标物体、捕捉目标物体的宽域图像以及启动多模式条形码符号读取子 系统17的手动、特定ROI或自动模式。接着使用条形码读取的手动、特 定ROI或自动模式/方法来处理捕捉的宽域图像。如果这种程序化处理的 单循环导致单个的1D或2D条形码符号的成功读取，则作为结果的符号字 符数据被送到输入/输出子系统18以由主系统使用。如果这种程序化图像 处理的循环没有产生单个的1D或2D条形码符号的成功读取，则子系统19 自动使所有子系统失活并使条形码阅读器返回到其休眠操作模式，等待触 发系统使其进入激活操作的下一个事件。
系统操作编程模式No.12—使用多模式条形码符号读取子系统的无探 测器模式和自动、特定ROI或手动模式的半自动触发多试图1D/2D单读 取模式
系统操作编程模式No.12包括如下的系统配置：在系统激活的操作阶 段期间使手动触发激活的使用不起作用；并且使基于IR的物体存在和范 围检测子系统12、多模式照明子系统14内的窄域和宽域照明模式、图像 形成和检测子系统13中的窄域和宽域图像捕捉模式和多模式条形码读取 子系统17的无探测器模式和手动、特定ROI和/或自动模式生效。
在这种系统操作编程模式期间，条形码阅读器处于空闲状态，直到用 户将阅读器指向具有条形码标签的物体为止。一旦物体处于条形码阅读器 的视场内，并且物体被自动地检测到，条形码阅读器“苏醒”，并且系统 激活多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13 的窄域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统17的无探测器模式。这 致使系统去照亮在条形码阅读器的视场(FOV)的中部的目标物体的“窄” 水平域，向用户指明条形码阅读器瞄准的区域在哪里，这样，能够使用户 定位和对准目标条形码上的窄域照明光束。然后，系统捕捉/获取窄域图 像，并使用其无探测器操作模式处理所捕捉/获取的窄域图像。如果这种 程序化图像处理的单个循环导致1D条形码符号的成功读取，则作为结果 的符号字符数据被送到输入/输出子系统18以由主系统使用。如果这种程 序化图像处理的循环没有产生成功的读取，则系统使多模式照明子系统14 内的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13的窄域图像捕捉模式和多 模式条形码读取子系统17的无探测器模式不起作用，然后激活多模式照 明子系统内的宽域照明模式、图像形成和检测子系统13的宽域图像捕捉 模式和多模式条形码读取子系统17的手动、特定ROI和/或自动模式。接 着，如果用户在窄域照明和图像捕捉期间拉动触发开关2C并持续这样做， 那么条形码阅读器使用宽域照明自动地照亮目标物体、捕捉目标物体的宽 域图像以及启动多模式条形码读取子系统17的手动、特定ROI或自动模 式。接着使用读取的手动模式来处理捕捉的宽域图像。如果这种程序化处 理的单循环导致单个的1D或2D条形码符号的成功读取，则作为结果的符 号字符数据被送到输入/输出子系统18以由主系统使用。如果这种程序化 图像处理的循环致没有产生单个的1D或2D条形码符号的成功解码，那么 只要拉动触发开关2C，系统能够自动地使宽域照明/宽域图像捕捉/处理的 相继的循环生效，直到系统在目标物体的捕捉图像内读取一个或多个1D 和/或2D条形码符号为止；从那以后，或者当用户释放触发开关2C时， 条形码阅读器返回到其休眠操作模式，等待触发系统使其进入激活操作的 下一个事件。在说明实施例中，默认的解码超时设置为500ms，这个时间 可简单地通过编程改变。这种默认的解码超时设置确保了当用户拉动触发 开关2C时，基于成像的条形码符号阅读器每隔500ms(至多)将重新尝试 读取，直到其读取成功或触发开关2C被手动释放为止。
系统操作编程模式No.12的执行
当聚焦IR模块检测到物体检测场20前方的物体时，其便传递 OBJECT_DETECT_ON事件至应用层。负责处理该事件的应用层软件启动 CodeGate任务。当用户拉动触发开关2C时，TRIGGER_ON事件被传递至应 用。负责处理该事件的应用层软件检查CodeGate任务是否正在运行，如 果运行，其便取消该CodeGate任务，然后开始主任务。当用户释放触发 开关2C时，TRIGGER_OFF事件被传递至应用。负责处理该事件的应用层软 件检查主任务是否正在运行，如果运行，其便取消该主任务。如果物体仍 然在物体检测场20内，则应用层软件再次启动CodeGate任务。
当用户将条形码阅读器移动远离物体(或者物体远离条形码阅读器) 时，OBJECT_DETECT_OFF事件被传递至应用层。负责处理该事件的应用层 软件检查CodeGate任务是否正在运行，如果运行，其便取消该CodeGate 任务。在无限循环中，CodeGate任务做下列工作。其激活照亮视场中部的 “窄”水平域的窄域照明阵列27，然后图像形成和检测子系统13获取窄 域的图像(即COMS图像传感阵列22上的几行像素)，接着试图去读取表 示在图像中的条形码符号。如果读取成功，其便将解码的数据保存在专门 的CodeGate数据缓存器中。否则，其清除CodeGate数据缓存器。然后， 其继续所述循环。CodeGate任务不会自行退出；当对其他事件反应时，该 CodeGate任务可由聚焦软件的其他模块取消。
当用户拉动触发开关2C时，事件TRIGGER_ON传递至应用层。负责处 理该事件的应用层软件检查CodeGate任务是否正在运行，如果运行，其 便取消该CodeGate任务，然后开始主任务。CodeGate任务也可以当用户 将条形码阅读器移动远离物体，或物体远离条形码读取装置时传递的 OBJECT_DETECT_OFF事件而取消。
操作编程模式No.13：使用多模式条形码读取子系统的无探测器模式 和自动、特定ROI或手动模式的半自动触发多试图1D/2D多读取模式
系统操作编程模式No.13包括如下的系统配置：在系统激活的操作阶 段期间使手动触发激活的使用不起作用；并且使基于IR的物体存在和范 围检测子系统12、多模式照明子系统14内的窄域和宽域照明模式、图像 形成和检测子系统13中的窄域和宽域图像捕捉模式和多模式条形码读取 子系统17的无探测器模式和手动、特定ROI和/或自动模式生效。
在这种系统操作编程模式期间，条形码阅读器处于空闲状态，直到用 户将阅读器指向具有条形码标签的物体为止。一旦物体处于条形码阅读器 的视场内，并且物体被物体存在和范围检测子系统12自动地检测到，条 形码阅读器“苏醒”，并且系统激活多模式照明子系统14内的窄域照明模 式、图像形成和检测子系统13的窄域图像捕捉模式和多模式条形码读取 子系统17的无探测器模式。这致使系统去照亮在条形码阅读器的视场 (FOV)的中部的目标物体的“窄”水平域，向用户指明条形码阅读器瞄 准的区域在哪里，这样，能够使用户定位和对准目标条形码上的窄域照明 光束。然后，系统捕捉/获取窄域图像，并使用其无探测器操作模式处理 所捕捉/获取的窄域图像。如果这种程序化图像处理的单个循环导致1D条 形码符号的成功读取，则作为结果的符号字符数据被送到输入/输出子系 统18以由主系统使用。如果这种程序化图像处理的循环没有产生成功的 读取，则系统使多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检 测子系统13的窄域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统17的无探测 器模式不起作用，然后激活多模式照明子系统14内的宽域照明模式、图 像形成和检测子系统13的宽域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统 17的手动和/或自动模式。接着，如果用户在窄域照明和图像捕捉期间拉 动触发开关2C并持续这样做，那么条形码阅读器使用宽域照明自动地照 亮目标物体、捕捉目标物体的宽域图像以及调用多模式条形码读取子系统 17的手动、特定ROI和/或自动模式。接着使用读取的手动、特定ROI或 自动模式来处理捕捉的宽域图像。如果这种程序化处理的单循环导致一个 或多个1D和/或2D条形码符号的成功读取，则作为结果的符号字符数据 被送到输入/输出子系统18以由主系统使用。如果这种程序化解码图像处 理的循环没有产生一个或多个1D和/或2D条形码符号的成功读取，那么 只要拉动触发开关2C，系统能够自动地使宽域照明/宽域图像捕捉/图像处 理的相继的循环生效，直到系统在目标物体的捕捉图像内读取一个或多个 1D和/或2D条形码符号为止；从那以后，或者当用户释放触发开关2C时， 条形码阅读器返回到其休眠操作模式，等待触发系统使其进入激活操作的 下一个事件。在说明实施例中，默认的解码超时设置为500ms，这个时间 可简单地通过编程改变。这种默认的解码超时设置确保了当用户拉动触发 开关2C时，基于成像的条形码符号阅读器每隔500ms(至多)将重新尝试 读取，直到其读取成功或触发开关2C被手动释放为止。
操作编程模式No.14：使用多模式条形码符号读取子系统中的无探测 器模式和全扫描模式的半自动触发多使徒1D/2D多读取模式
系统操作编程模式No.14包括如下的系统配置：在系统激活的操作阶 段期间使手动触发激活的使用不起作用；并且使基于IR的物体存在和范 围检测子系统12、多模式照明子系统14内的窄域和宽域照明模式、图像 形成和检测子系统13中的窄域和宽域图像捕捉模式和多模式条形码读取 子系统17的无探测器模式和全扫描模式生效。
在这种系统操作编程模式期间，条形码阅读器处于空闲状态，直到用 户将阅读器指向具有条形码标签的物体为止。一旦物体处于条形码阅读器 的视场内，并且物体被物体存在和范围检测子系统12自动地检测到，条 形码阅读器“苏醒”，并且系统激活多模式照明子系统14内的窄域照明模 式、图像形成和检测子系统13的窄域图像捕捉模式和多模式条形码读取 子系统17的无探测器模式。这致使窄域照明阵列27去照亮在条形码阅读 器的视场(FOV)的中部的目标物体的“窄”水平域，向用户指明条形码 阅读器瞄准的区域在哪里，这样，能够使用户定位和对准目标条形码上的 窄域照明光束。然后，子系统13捕捉/获取窄域图像，该捕捉/获取的窄 域图像随后被子系统17使用其无探测器模式处理。如果这种程序化图像 处理的单个循环导致1D条形码符号的成功读取，则作为结果的符号字符 数据被送到输入/输出子系统18以由主系统使用，并且系统随后使所有子 系统失活并重新开始其睡眠操作状态。如果这种程序化解码图像处理的循 环没有产生成功读取，其依然会产生一个或多个指示图像中表示的符号的 编码段(例如PDF 417)。这样，系统使多模式照明子系统14中的窄域照 明模式、图像形成和检测子系统13的窄域图像捕捉模式和多模式条形码 读取子系统17的无探测器模式不起作用；并且然后，如果用户这时拉动 触发开关2C，系统就激活多模式照明子系统14中的宽域照明模式、图像 形成和检测子系统的宽域图像捕捉模式以及多模式条形码读取子系统17 的全扫描模式，如果指示在可能处于特殊角度的图像内的2D编码格式的 编码段被找到。然后，条形码阅读器使用宽域照明自动照明目标物体，捕 捉目标物体的宽域图像，并调用多模式条形码读取子系统17的全扫描模 式。所捕捉的宽域图像首先通过全扫描模式和第一处理方向(例如，以0 度)被处理，并继续以不同角度方向(例如，6度方向/方位)提升读取的 全扫描模式直到成功读取单一条形码符号。如果这种程序化解码处理(使 用全扫描模式)的单循环导致单一1D和/或2D条形码符号的成功解码， 则作为结果的符号字符数据被送到输入/输出子系统18以由主系统使用。 如果这种程序化图像处理的循环没有产生单一1D和/或2D条形码符号的 成功读取，那么只要拉动触发开关2C，系统能够自动地使宽域照明/宽域 图像捕捉/处理的相继的循环生效，直到系统在目标物体的捕捉图像内读 取单一1D和/或2D条形码符号为止。从那以后，或者当用户释放触发开 关2C时，系统返回到其休眠操作模式，等待触发系统使其进入激活操作 的下一个事件。在说明实施例中，默认的解码超时设置为500ms，这个时 间可简单地通过编程改变。这种默认的解码超时设置确保了当用户拉动触 发开关2C时，基于成像的条形码符号阅读器每隔500ms(至多)将重新尝 试读取，直到其读取成功或触发开关2C被手动释放为止。
操作编程模式No.15：使用多模式条形码读取子系统中的自动、手动、 特定ROI或全扫描模式的连续自动触发多试图1D/2D多读取模式
系统操作编程模式No.15，典型地用于测试目的，包括如下系统配置： 在系统操作的所有阶段期间使手动触发激活的使用不起作用；并能够使基 于IR的物体存在和范围检测子系统12、多模式照明子系统14内的宽域照 明模式、图像形成和检测子系统13中的宽域图像捕捉模式和多模式条形 码读取子系统17的手动、特定ROI、自动或全扫描模式生效。
在该系统操作的编程模式期间，条形码阅读器继续并连续照明具有远 场和近场宽域照明的条形码阅读器的视场(FOV)中的目标物体的宽域， 并捕捉其宽域图像，然后使用操作的手动、特定ROI、自动或全扫描模式 之一对其进行处理。如果这种程序化图像处理的单循环导致1D或2D条形 码符号的成功读取(当使用了手动、特定ROI和自动模式时)，则作为结 果的符号字符数据被送到输入/输出子系统18以由主系统使用(即典型地 试验计量系统)。如果这种程序化图像处理的循环没有产生成功读取，那 么系统自动地使宽域照明/宽域图像捕捉/处理的相继的循环生效。在说明 实施例中，默认的解码超时设置为500ms，这个时间可简单地通过编程改 变。这种默认的解码超时设置确保了当物体正由条形码阅读器检测时，条 形码符号阅读器每隔500ms(至多)将重新尝试读取，直到其读取成功或 物体被移开条形码阅读器的视场为止。
基于成像的条形码阅读器操作的诊断模式：系统操作编程模式No.16
系统操作编程模式No.16是诊断模式。授权用户可发送特殊命令至条 形码阅读器，以向条形码阅读器加载命令行接口(CLI)。当条形码阅读器 从用户接收这样的请求时，它就发送提示“MTLG>”给用户作为扫描器已 就绪接受用户的指令的握手指示。然后用户可以向条形码阅读器输入任何 有效命令，并可看到其执行结果。要在诊断模式中通过通信线RS232与阅 读器通信，用户可以使用任何标准通信程序，例如Windows HyperTerminal。该操作模式可以被用于测试/调试新引入的特征或观察/ 改变条形码阅读器的设置参数。它还可被用于将图像和/或来自阅读器存 储器的先前解码的条形码数据的备录下载到主计算机。
基于成像的条形码阅读器操作的现场视频模式：系统操作编程模式 No.17
系统操作编程模式No.17可被用于与任何其它支持的成像模式结合。 在该模式中，根据子系统17读取的基于图像处理的条形码符号结果(如 果该结果可用)，条形码阅读器获得的图像被实时传送到主计算机。
本发明的基于数字成像的条形码符号读取装置的第二说明实施例，其 中提供了照明的四种不同模式
在上述第一说明实施例中，多模式照明子系统14具有三个主要照明 模式：(1)窄域照明模式；(2)近场宽域照明模式；和(3)远场宽域照 明模式。
如图27A、图27B和图28所示的本发明的基于数字成像的条形码符号 读取装置的第二可选择实施例中，多模式照明子系统14变为具有四个主 要照明模式：(1)近场窄域照明模式；(2)远场窄域照明模式；(3)近场 宽域照明模式；和(4)远场宽域照明模式。通常，在多模式图像形成和 检测子系统13的窄域图像捕捉模式期间，这些操作的近场和远场窄域照 明模式被执行，并被近场窄域照明阵列27A和远场窄域照明阵列27B支持， 如图28和图2A1所示。在第二说明实施例中，这些照明阵列27A、27B的 每一个被通过至少一对LED实现，这些LED每个都具有柱面透镜，分别以 适当焦距聚焦结果的窄域(即线性)照明光束到系统视场的近场部分24A 和远场部分24B。
使用一对独立的照明阵列在视场的近场和远场部分产生窄域照明场 的一个优点是：可以更紧凑地沿着横向尺寸控制相关“窄”或“窄锥形” 的窄域照明场。例如，如图27B所示，在条形码菜单读取应用程序过程中， 近场窄域照明阵列27A可以被用于产生(覆盖视场的近场部分)沿着横向 和纵向尺寸变窄的照明区域24A，以使用户简单地排列具有单一条形码符 号的照明区域(光束)而从一种或其它条形码菜单中被读取，因此避免两 个或多个条形码符号或简单的错误条形码符号的意外读取。同时，远场窄 域照明阵列27B可以被用于产生(覆盖视场的远场部分)沿着横向尺寸足 够宽的照明区域24B，以使用户简单地通过简单地向远场部分移动物体而 读取在条形码阅读器视场的远场部分中的拉长的条形码符号。
本发明的基于数字成像的条形码符号读取装置的第三说明实施例
可选择地，本发明的基于成像的条形码符号读取装置实质上可以任何 形式存在，可以支持在不同应用环境中的条形码符号的读取。本发明的条 形码读取装置的一种可选择形式如图29A至图29C所示，其中本发明的便 携式基于数字成像的条形码符号读取装置1”以各种立体图被显示，当设 置在显示模式(即设置成编程系统模式No.12)时。
本发明的基于数字成像的条形码符号读取装置
如图30所示，本发明的基于数字成像的条形码读取装置1’、1”也可 以以容易地被集成到各种信息收集和处理系统的基于数字成像的条形码 符号读取装置阅读器100的形式实施。特别地，图30所示的触发开关2C 被设计成适应阅读器外壳，并且可以理解该触发开关2C或具有相等功能 的设备将典型地与总系统外壳结合，装置被嵌入在其中从而用户可以与其 相互作用并驱动它。根据本发明的该装置可以多种形状和尺寸实现，并嵌 入各种需要不同图像捕捉和所述处理功能的系统和设备中。
本发明的无线条形码驱动的便携式数据终端(PDT)系统的说明实施 例
图31、图32和图33示出了根据本发明的无线条形码驱动的便携式数 据终端(PDT)系统140，包括：条形码驱动PDT150，安装在这里所述的 本发明的基于数字成像的条形码符号读取装置100中；和具有支架的基站 155。
如图31和图32所示，基于数字成像的条形码符号读取装置100可以 被用于读取包装上的条形码符号，并且代表所读取的条形码的符号特征数 据可以通过启用RF双通道数据通信链接170自动地被传送到具有支架的 基站155。同时，坚固数据进入并且PDT150提供显示功能以支持各种基于 信息的处理，该处理可使用系统140在零售、工业、教育和其他环境中应 用。
如图32所示，无线条形码驱动的便携式数据终端系统140包括：手 持式外壳151；图30所示的上述基于数字成像的条形码符号读取装置100， 安装在所述手持式外壳151的头部；用户控制台151A；高分辨率彩色LCD 显示板152，和安装在用户控制台151A下部的、与手持外壳结合的驱动器， 用于以实时方式显示所捕捉的图像、被输入系统的数据和由运行在无线 PDT的虚拟机上的终端用户应用程序产生的图形用户界面(多个GUI)；以 及设置在PDT外壳内的PDT计算子系统180，用于根据被本实施例的无线 PDT2B的硬件和软件平台运行的终端用户应用程序需求实行系统控制操 作。
如图34的示意图所示，用于无线手持式条形码驱动便携数据终端系 统140的设计模型如图31、图32所示，并且其具有支架的基站座155与 可能的主系统173和/或网络174连接，包括：与系统总线结合的多个子 系统，即：数据传输电路156，用于实行PDT一侧的基于电磁的无线双通 道数据通信链接170；程序存储器(例如，DRAM)158；非易失性存储器(例 如，SRAM)159；基于数字成像的条形码符号读取装置100，用于光学捕捉 窄域和宽域图像并读取在其中识别的条形码符号；手动数据输入设备，例 如薄膜转换型键盘160；LCD板152；LCD控制器161；LCD背光亮度控制 电路162；以及与系统总线(例如，数据、地址和控制总线)结合的系统 处理器163。而且，提供电池电源供给电路164，其用于向各种子系统提 供稳压电源，以由实现PDT设备的技术确定的特殊电压。
如图34所示，基站155还包括：多个结合的子系统，即：数据接收 器电路165，用于实行基站一侧的基于电磁的无线双通道数据通信链接 170；具有通信控制模块的数据传输子系统171；基站控制器172(例如， 可编程微控制器)，用于控制基站155的操作。如图所示，数据传输子系 统171通过现有技术的USB或RS232通信接口、TCP/IP、AppleTa1k方式 等与主系统173或网络174连接。数据传输和接收电路156和165实施本 发明无线PDT应用的无线电磁双通道数字数据通信链接170。
特别地，无线手持式条形码驱动的便携式数据终端系统140，以及POS 基于数字成像的条形码符号阅读器1”如图29A至图29C所示，每个都具 有两种主要操作模式：(1)操作的手动模式，其中PDT150或POS阅读器1” 从其支架被去除，并作为条形码驱动处理终端或简单的条形码符号阅读 器；以及(2)操作的自动模式，在该模式中PDT150或POS阅读器1”，留 在具有支架的基站155中且如在大多数零售点卖机(POS)环境中要求的 被用于显示型条形码符号阅读器。
在该手动和自动形式的应用程序中，当PDT被定位于如图33所示基 站155中时，本发明的数字成像条形码符号读取装置中应用的触发开关2C 可以容易地被更改和通过适当的独立检测机构增大，其被设计成自动设置 和调用PDT150和其读取装置100进入显示模式(即操作系统模式No.12) 或其它适当的系统模式。然后当PDT150被拾起和从具有支架的基站155 中移除时，如图31和32所示，触发开关2C和独立检测机构的排列能够 自动配置和调用PDT150和其读取装置100进入适当的系统操作(从图26A 和26B所设置的表格中选择)的手动支持模式，以启用操作的手动模式。
相似地，如图29A和29B所示，当阅读器1”停留在工作平台时，POS 数字成像条形码符号读取装置1”中应用的触发开关2C可以被容易地更改 并通过适当的独立检测机构增大，其被设计成自动设置和调用POS阅读器 1”进入显示模式(即操作12的系统模式)或其它适当的系统模式。然后 当POS阅读器1”被移除工作平台时，为了在其操作的手动模式中使用， 触发开关2C和独立检测机构的排列能够自动配置和调用阅读器1”进入适 当的系统操作的手动支持模式，如图29C所示。在该实施例中，该独立检 测机构可应用物理触碰开关、或IR物体传感开关，其启动后设备被移除 工作平台。这样的机构将在这里公开。
应用自动曝光测量和照明控制子系统以及基于软件的照明测量程序 的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置
如图1至图34所示的系统中，由曝光过程的LED照明持续时间的精 确控制提供自动照明控制，从而捕捉具有良好照明的图像。但是，在某些 情况下，可能需要更高的照明控制，对此图35至图36所示方法可能有所 帮助。
在图35至图36中，增强的自动照明控制方案被包含在本发明的手持 图像处理条形码阅读器中。根据该可选择的照明控制方案，所捕捉图像的 照明级是首先(即，最初)由测量图像探测阵列中心部分的实际光照明级 决定，然后基于该测量计算适当的照明持续时间级。然后，在使用该最初 照明级捕捉图像之后，软件照明测量程序被用于分析所捕捉图像的空间亮 度分布并决定是否应该计算用于后来的图像照明和捕捉操作的新照明持 续时间，以提供更多良好调谐的图像。如果呈现在所捕捉的数字图像中光 /照明级被确定为基于软件的照明测量程序可接收的，那么该程序自动(i) 计算由自动曝光测量和照明控制子系统使用的修正的照明持续时间(计 数)，和(ii)向它提供修正照明持续时间。然后在下一个由系统支持的 物体照明和图像捕捉操作期间，自动曝光测量和照明控制子系统使用该修 正的照明持续时间来控制被送至视场(FOV)的照明。通过使用该增强的 自动照明控制方法，本发明的基于图像处理的条形码阅读器具有该能力的 另一特性以实时捕捉具有最佳照明级的良好调谐的图像。
图35显示本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置，其 中基于软件的照明测量程序被用于帮助自动曝光测量和照明控制子系统 控制基于LED多模式照明子系统的操作。图35A更详细地显示该增强的自 动照明控制方法，即当前照明持续时间(由自动曝光测量和照明控制子系 统确定)是如何自动地被基于图像处理的条形码符号读取子系统中的通过 软件实现且基于图像处理的照明测量程序计算的照明持续时间所覆盖。在 系统捕捉下一个图像帧的过程中，结合本发明的增强的自动照明控制方 案，该覆盖的照明持续时间被自动曝光测量和照明控制子系统使用，以控 制产生且传送到CMOS图像检测阵列的LED照明数量。
图36为实施图35A所示增强的自动照明控制方案/方法的第四步骤的 流程图。如图36的方块所示，该方法的第一步骤包括使用自动曝光测量 和照明控制子系统来自动地(i)测量在CMOS图像传感阵列视场中的特定 部分(例如，中间)的照明级，以及(ii)确定在所捕捉图像中达到期望 空间亮度所需要的照明持续时间(即，时间计数)。
如图36的方块B所示，自动曝光测量和照明控制子系统使用该计算 的/确定的照明持续时间来驱动基于LED的照明子系统并捕捉图像形成和 检测子系统的视场中的物体的数字图像。
如图36的方块C所示，在当前或下一个图像捕捉循环过程中，图像 处理条形码读取子系统(例如，图像处理器)实时分析和测量所捕捉图像 的空间亮度分布，并确定当捕捉下一个或连续的图像数据帧时是否需要或 期望修正的照明持续时间。
如图36的方块D所示，在自动曝光测量和照明控制子系统中，先前 决定的照明持续时间(被用于所捕捉和所分析的图像)被自动地由上述方 块C确定的修正的照明持续时间(计数)覆盖。
如图36的方块E所示，自动曝光测量和照明控制子系统然后使用修 正的照明持续时间(由基于软件的照明测量程序计算)来驱动基于LED的 照明子系统并捕捉在系统视场中被照明的物体的下一个数字图像。
如图36所示，方块C至方块E所示步骤可以递归方式、每个图像捕 捉循环而被重复多次，以最终产生具有带有优良图像对比度的最优化的空 间亮度级的数字图像。
使用图像裁切区域(ICZ)取景图样的手持式基于图像处理的条形码 符号阅读器，以及自动后图像捕捉裁切方法
上述手持图像处理条形码符号阅读器使用在系统窄域视场的附近向 用户提供可视方式的窄域照明光束。但是，当在其操作的宽域图像捕捉模 式中操作系统时，其被期望在特定应用程序中以提供系统宽域视场的可视 方式。当现有技术中多种技术提供该瞄准目标/标记功能，一种新颖的方 法将参照图37至图39被描述如下。
图37显示使用图像裁切区域(ICZ)取景图样的手持基于图像处理条 形码符号阅读器以及自动后图像捕捉裁切方法，以提取ICZ，在其中被成 像的目标物体能在物体照明和成像操作过程中被可视地包围。如图38所 示，该手持基于图像处理条形码符号阅读器与上述设计相似，除了包括在 系统控制子系统下操作的一个或多个图像裁切区域(ICZ)照明取景源。 优选地，这些ICZ取景源使用指示ICZ角的四个相关亮度LED，在后图像 捕捉操作过程中其被裁切。可选择地，ICZ取景源可以是VLD，产生通过 光衍射元素(例如，量传送全息图)传送可视激光器二极管，以产生表示 ICZ角的四个光束，或呈现在所捕捉图像中的亮线。通过这样的角点或边 界线(由此形成)创建的ICZ取景可以使用边缘追踪运算法则被定位，然 后ROI的角从所追踪的边界线可以被识别。
参照图39，将说明本发明的ICZ取景和后图像捕捉裁切过程。
如图39的方块A所示，该方法的第一步包括在宽域照明和图像捕捉 操作期间，在系统视场中投影ICZ取景图样。
如图39的方块B所示，该方法的第二步包括用户可视地排列要在ICZ 取景图样(但其可被认识)中被成像的物体。
如图39的方块C所示，该方法的第三步包括图像形成和检测子系统 以及图像捕捉和缓存子系统形成并捕捉系统整个视场中的宽域图像，其包 含(即，空间包围)要被成像的图像的ICZ取景图样。
如图39的方块D所示，该方法的第四步包括使用在图像处理条形码 读取子系统中实现的自动基于软件的图像裁切算法，以自动地从这些包含 在方块B中捕捉的整个宽域图像取景的象素中裁切ICZ定义的空间边界内 的像素。由于事实上图像失真可能存在于所捕捉的ICZ取景图样的图像中， 该裁切成矩形的图像可能部分包含ICZ取景图样本身和一些可能落入ICZ 取景图样外部的周边像素。
如图39的方块E所示，该方法的第五步包括图像处理条形码读取子 系统自动地解码处理ICZ中所裁切的图像显示的像素图像，从而读取图形 表示的1D或2D条形码符号。
如图39的方块F所示，该方法的第六步包括图像处理条形码读取子 系统输出(至主系统)与所解码的条形码符号对应的符号特征数据。
特别地，在现有技术的视场锁定目标的方法中，用户捕捉与他要捕捉 的图像相一致的图像。这种情况与低成本一拍得照相机相似，其中反光镜 的视场和照相机透镜只充分地互相一致。在使用上述ICZ取景和后处理像 素裁切方法的计划方案中，用户捕捉确实取自ICZ图像取景图样的图像。 此系统和现有技术的视场方法相比的优点可类比于相对于一拍得照相机 的SLR照相机的优点，即：准确、可靠。
使用ICZ取景和后处理像素裁切法的另外一个优点是ICZ取景图样 (无论如何实现的)不一定要和图像形成和检测子系统的系统视场重合。 ICZ取景图样也不用必须有平行的光学轴。这种方法的最基本要求仅是， 沿着系统工作距离，ICZ取景图样落入图像形成和检测子系统的视场内。 然而，可以设计ICZ取景图样和系统的光轴角度，以便当ICZ取景图 样没有完全落在相机的视场内时(即，ICZ取景图样，没有落入完整的需 求图像)，这向用户暗示捕捉和裁切的图像超出图像系统的聚焦深度。因 此，映像器会提供一个可视的或者音频反馈给用户，以便该用户可以重新 调整图像获取处理在一个更加合理的距离。
容易想到的一些改变
在本发明的可选择实施例中，在多模式照明子系统14中使用的照明 阵列27，28，29可使用非LED的固态灯源实现，比如，可视激光二极管， 其详情见WIPO公开号：WO 02/43195A2，公开日：2002年5月30，转让 给计量仪器有限公司(metrologic instruments，Inc.，)；在这里引用完 整的作为参考。然而，当在本发明的基于成像的条形码符号阅读器中使用 基于VLD的照明技术时，在物体照明和成像操作中使用一致的照明源时， 必须十分注意消除或者尽量的减少在图像检测阵列22产生的斑点噪声。 WIPO公开号：WO 02/43195A2，提供了使用基于VLD的照明阵列时在图像 形成和检测期间消除或尽量减少斑点噪声的不同的方法和设备。
当CMOS图像传感阵列技术被描述用于本发明的优选实施例中，可以 理解，在可选择实施例中，CCD型图像传感阵列技术以及其它图像检测技 术可被使用。
以上详细地描述条形码阅读器的设计，其可以容易地适用于工业或商 业定位条形码阅读器/映像器，具有通常使用于工业的接口，例如以太网 TCP/IP。通过向系统提供以太网TCP/IP端口，就能激活多个有用的特征， 例如多用户通过互联网访问该条形码读取系统；对网络中来自单一用户应 用程序的多条形码读取系统的控制；在实时视频操作中这样的条形码读取 系统的充分使用；这样的条形码读取系统的网络服务，即控制系统或来自 互联网浏览器的网络；等等。
尽管本发明的说明实施例被结合多种包括1D和2D条形码结构的条形 码符号读取应用程序被描述，可以理解，本发明可以被用于读取(即，识 别)任何机器可读的标记或数据表或智能图形编码形式，包括但不限于条 形码符号结构：文字数字的识别串、手写体和现有技术中的或在将来被发 展的不同的数据形式。以下，术语“码符号”可以被认为包括所有这样具 有结构和其它图形编码的智能形式的信息。
而且，本发明的基于成像的条形码符号阅读器也可以被用于捕捉和处 理多种图形图像，包括相片和印在驾驶执照、许可证、信用卡、借记卡等 上的标记，以不同用户的应用。
可以理解，使用在说明实施例中的条形码符号读取系统的图像捕捉和 处理技术可以多种形式进行修改，对于本领域的技术人员能够容易地理解 所公开的新技术效果。因此所示实施例的所有这些更改和变化都落在本发 明所附的权利要求主张的范围和宗旨内。
本发明的手持式基于数字成像的条形码读取装置的第一实施例
图1A到1K详细描述了本发明第一实施例的手持式基于数字成像的条 形码符号读取装置1，在该示范性实施例中，其包括手持式外壳2，该手 持式外壳2具有一个把手部分2A和一个头部部分2B，该头部部分2B具有 一个光传输窗口3，其有一个在图6A2中描述的光传输特征的高通(红色 波长反射)光滤镜元件4A。之后会详细描述，高通光滤镜元件4A与图 6A1中描述的内置的低通光滤镜元件4B合作，其与高通光滤镜元件4A合 作。这些高和低通光滤镜元件4A和4B合作提供窄带光滤镜系统4，其与 外壳的头部部分集成并且只允许窄带照明(如：633毫微米)在成像操作 期间离开和进入外壳。
如图1I，1J和1K所示，实施例中手持式外壳2包括：左和右半外壳 把手2A1和2A2；足状结构2A3，安置在半把手2A1和2A2之间；触发开 关结构2C，咬合在其中并且置于分隔在外壳每半边的光圈2D1和2D2的轴 承内；光传输窗口面板5，当半把手2A1和2A2被拉到一起时形成一个凹 口，通过该光传输窗口面板5光传输窗口3在其中被形成和支撑，其支持 系统提供的所有LED照明阵列；光具座6，支持电光成分并且可操作的连 接到一个放置在半外壳把手内的正交放置的PC板7；顶部外壳部分2B1， 用来连接外壳半把手2A1和2A2，并且将外壳的头部部分包入其中；光管 透镜元件8，放置在一列发光二极管(LEDs)9之上并且光管结构10放置 在手持式外壳头部部分的尾端内；和前方缓冲器结构2E，当提供一定级别 的震荡保护时支撑顶部外壳部分2B1、左右半把手2A1和2A2以及其间的 光传输窗口面板5。
本发明的如图27到图33所示的其它实施例中，手持式外壳的组成因 素可能会不同。在目前的其它应用中，外壳甚至可以不是手持式的，而可 能设计成在桌面和柜台面上的静止结构，或者应用在商业和工业中。
本发明的手持式基于数字成像的条形码读取装置系统设计模式的示 意性结构功能图
如图2A1所示的系统设计模式，该示范性实施例的手持式基于数字成 像的条形码读取装置1包括：基于IR的物体存在和范围检测子系统12； 多模式域类型图像形成和检测(即摄像)子系统13，其具有图像捕捉的窄 域模式、图像捕捉的近场宽域模式和图像捕捉的远场宽域模式；多模式基 于LED的照明子系统14，其具有照明的窄域模式、照明的近场宽域模式和 照明的远场宽域模式；自动曝光测量和照明控制子系统15；图像捕捉和缓 存子系统16；多模式图像处理条形码符号读取子系统17，其具有五种基 于图像处理的条形码读取的模式，在图2A2表明并且上文有详细描述；输 入/输出子系统18；手动触发开关2C，用于将用户发起的控制激活信号发 送到装置；系统模式配置参数表70；以及系统控制子系统18，其与上述 的各子系统集成。
基于IR的物体存在和范围检测子系统12的主要功能是在多模式图像 形成和检测子系统13的视场内自动产生一基于IR的物体检测场20，在物 体检测场(20A，20B)的预定区域内检测物体的存在，并且产生控制激活 信号A1，该信号被传送给系统控制子系统19用于表明何时何地一个物体 在系统的物体检测场内被检测到。
在第一示范性实施例中，多模式图像形成和检测(即摄像)子系统13 有图像形成(摄像)光学装置21，其用于产生在将要成像的物体上的视场 (FOV)和用于检测在照明和图像获得/捕捉操作中从物体反射的成像光的 CMOS域图像传感阵列22。
在第一示范性实施例中，多模式基于LED的照明子系统14的主要功 能是产生窄域照明场24、近场宽域照明场25和远场宽域照明场25，上述 每个场都有窄的光带宽并且分别在窄域和宽域成像模式下，限制在多模式 图像形成和检测子系统13的视场内。这样的设计是来保证只有传输自多 模式照明子系统14的光和从照亮的物体反射的光最终从窄带传输类型滤 光镜子系统4中完全传输，通过以下来实现(1)高通(即红色波长反射) 滤光镜元件4A，放置在光传输光圈3上面板5之前；(2)低通滤光镜元件 4B，放置在图像传感阵列22之前或者面板5后的任意地方，如图3C所示。 图6A4提出窄带传输光谱滤光镜子系统4的综合传输特征结果，其相对在 多模式照明子系统14中应用的LED阵列中射出的光谱特征来测绘。
窄带集成滤光镜子系统4的主要功能是保证CMOS图像传感阵列22只 接收通过与多模式照明子系统14联合的LED驱动电路30驱动的三组基于 LED的照明阵列27，28和29传输的窄带可见照明，然而，由光收集光学 装置收集的其它周围光的所有部分都完全在图形传感阵列22被排斥，因 此提供改进的SNR，改进系统的性能。
自动曝光测量和照明控制子系统15的主要功能是两部分：(1)实时测 量由系统光学装置在其图形传感阵列22收集的光子能量(即光)的光强 度[焦耳/厘米]，产生表明良好图像形成和检测所需的曝光量的自动曝光 控制信号；(2)与由系统控制子系统19提供的照明阵列选择控制信号相结 合，在多模式照明子系统中自动地驱动和控制选择的LED阵列27，28和/ 或29的输出功率，以便系统视场内的物体最佳地暴露到基于LED的照明， 并且最佳图像在图像传感阵列22被形成和检测。
图像捕捉和缓存子系统16的主要功能是(1)通过系统的图像形成光学 装置21来检测聚焦在2D图像传感阵列22上的全部2-D图像；(2)为捕捉 到的图像帧的被选择的兴趣区或整个被选择图像，产生数字像素数据31 的帧；然后(3)缓冲每个图像被捕捉时图像数据的帧。值得注意的是在示 范性实施例中，一个单2D图像帧(31)在每个图像捕捉和处理周期或在处 理周期的某个特定阶段被捕捉，以便于消除与图像帧重写、图像捕捉和解 码过程同步相结合的问题，可参考在此一起作为参考文献的Welch Allyn 的专利号为5,932,862和5,942,741的美国专利。
多模式基于成像的条形码符号读取子系统17的主要功能是在系统操 作的窄域和宽域照明模式下，处理由图像捕捉和缓冲子系统16捕捉和缓 存的图像。这种图像处理操作包括图14到图25所示的基于图像的条形码 解码方法，在后文中会详细描述。
输入/输出子系统18的主要功能是支持标准的和/或所拥有的与外部 主系统和设备的通信接口，通过这种接口方式将经处理的图像数据等输出 到外部主系统或设备。这种接口和完成类似功能技术的例子在整个作为参 考文献的专利号为6,619,549的美国专利中给出。
系统控制子系统19的主要功能是向所示的每个集成的子系统成分提 供一些预定的控制度或管理信号服务。这个子系统可通过一编程微处理器 的完成，在示范性实施例中，可由图2B所示的计算平台支持的三层软件 体系结构完成，如图11A到图13L所示的，并且在后文中给予详细描述。
与手持式外壳集成的手动触发开关2C的主要功能是使得用户在手动 压下触发开关2C时能够产生一个控制激活信号，并且将该控制激活信号 提供给系统控制子系统19，以用在执行其复杂系统和子系统控制操作中， 后文中会给予详细描述。
系统模式配置参数表70的主要功能是为图26A到图26C所示的可编 程操作模式表中特定的每个可得到的可编程的系统操作模式存储(在非易 失性/持久的存储器中)一组配置参数，在其复杂的操作中可根据要求由 系统控制子系统19进行读取和使用。
每个子系统的详细结构和功能将会在下文详细描述。
本发明的手持式基于数字成像的条形码读取装置的系统执行模式的 示意图
图2B示出了图1A到图1L所示的手持式基于数字成像的条形码符号 读取装置1的系统执行的示意图。如该系统执行所示，条形码符号读取装 置使用大量硬件元素实现，包括：照明板33，带有基于LED多模式照明子 系统14和自动曝光测量和照明控制子系统15执行的实现电功能的元件； CMOS摄像板34，带有高分辨率(1280×10248-bit 6微米像素大小)CMOS 图像传感阵列22，在25Mhz主时钟，7帧/秒1280*1024分辨率，随机存 取兴趣区(ROI)窗口容量上运行，实现由多模式图像形成和检测子系统 13执行的电功能；CPU主板35(即计算平台)包括(i)Intel Sabinal 32-Bit 微处理器PXA210 36，以16bit 100Mhz外部总线速度运行在200mHz 1.0 核心电压上，(ii)可扩容(如：8+兆字节)Inter J3异步16-bit闪存37， (iii)16兆字节100MHz SDRAM 38，(iv)Xilinx Spartan II FPGA FIFO 39， 运行在50Mhz时钟频率和60MB/Sec数据速率下，被配置用来控制摄像计 时和驱动图像捕捉过程，(v)多媒体卡套接字40，用于实现系统的其它子 系统，(vi)电源管理模块41，用在I2C总线可调MCU，和(vii)一对UART 42A和42B(一个用在IRDA端口，另一个用在JTAG端口)；接口主板43， 用于实现由I/0子系统18执行的功能；基于IR的物体存在和范围检测电 路44，用于实现子系统12。
在示范性实施例中，条形码阅读器支持的图像形成光学装置21提供 到物体的标称焦距103mm，大约距条形码阅读器边缘70mm的视场。在到物 体大约10mm的标称焦距，视场(FOV)的最小值是62mm。光学参数的初步 测试如图4B所示(图4B的距离从安置在条形码符号阅读器内距边缘大约 80mm的图像传感阵列22的位置给出)。如图4C所示，图像形成光学装置 的景深大约从每窄模块分辨率5mils的条形码的69mm到每窄模块分辨率 13mils的条形码的181mm变化。
多模式照明子系统14被设计用来利用充足照明来覆盖条形码符号阅 读器的光学视场(FOV)来生成位于距成像窗口短距离和长距离的条形码 的高对比度图像。照明子系统也提供窄域(薄高度)瞄准光束24，其有两 重目的：(a)向用户表明阅读器的光视场在何处；和(b)允许快速扫描图像 的一些线，并且如果条形码正确排列，试图极快速的解码。如果条形码没 有排列好来进行解码线性照明的图像，那么整个视场被宽域照明场25或 26照明，并且整个视场的图像通过图像捕捉和缓存子系统16获得，由多 模式条形码读取子系统17处理，来保证读取其中显示的条形码符号，而 不管其方向。
使用在条形码符号阅读器内的接口主板43为条形码符号阅读器提供 硬件通信接口来与外界通信。在系统中实现的接口基本包括RS232、键盘 楔，和/或USB，或者一些上述物品的结合，以及其它可能的特定应用所需 要或要求的物品。
域类型图像形成和检测(即摄像)子系统在由窄和宽域窄带照明场分 别支持的，其窄域(线性)和宽域成像模式下的详细说明
如图3B到图3E所示，多模式图像形成和检测(IFD)子系统13有一 个窄域图像捕捉模式(即只有一些在图像传感阵列中心周围的像素中心行 被激活)和一个宽域图像捕捉操作模式(即在该处图像传感阵列中的所有 像素都被激活)。在图像形成和检测子系统13中的CMOS图像传感阵列22 有图像形成光学装置21，其提供给图像传感阵列在被照亮和成像的物体上 的视场(FOV)23。如所示该视场由集成在条形码阅读器内的多模式照明 子系统14照亮。
多模式照明子系统14包括三种不同的基于LED的照明阵列27，28和 29，它们位于光传输窗口面板5上，排列在光传输窗口4A周围。每个照 明阵列被设计用来在不同操作模式下照亮条形码阅读器视场的不同部位。 在多模式照明子系统14的窄域(线性)照明模式下，23表明的视场的中 心窄-宽部分由窄域照明阵列27照亮，如图3A所示。在多模式照明子系 统14的近场宽域照明模式下，视场的近场宽域部分被近场宽域照明阵列 28照亮，如图3A所示，该多模式照明子系统14被激活以响应在视场的近 场部分内检测物体的IR物体存在和范围检测子系统12。在多模式照明子 系统14的远场宽域照明模式下，视场的远场宽域部分被远场宽域照明阵 列29照亮，如图3A所示，该多模式照明子系统14的远场宽域照明模式 被激活以响应在视场的远场部分检测物体的IR物体存在和范围检测子系 统12。在图3A中，显示了这些图像形成和检测子系统13的窄带照明和视 场的远和近场部分之间的空间关系。
在图3B中，示出了多模式基于LED的照明子系统14通过其窄带传输 类型的滤光镜子系统4传输可见窄域照明，其在图3C中示出并且集成在 手持式基于数字成像的条形码符号读取装置内。来自多模式照明子系统14 的窄带照明利用图像形成和检测子系统13的图像形成光学装置的视场照 亮物体，从那里反射和发散的光线被通过高通和低通滤光镜4A和4B传输， 最终聚焦到图像传感阵列22来形成其上的聚焦的被检测的图像，同时周 围光线的其它部分都在到达图像传感阵列22的图像检测之前被完全排斥。 值得注意的是在该示范性实施例中，红色波长反射高通滤光镜元件4A被 放置在图像形光学装置21之前的装置的成像窗口上，而低通滤光镜元件 4B被放置在图像传感阵列22之前，图像形成光学装置21的聚焦透镜元件 之间。这形成了集成在条形码阅读器内来保证视场内的物体在图像传感阵 列22上被成像，仅使用从子系统14产生的照明窄带内的光谱分量，同时 排斥在这个窄范围(如15nm)外的周围光线的基本所有其它部分的窄带滤 光镜子系统4。
如图3D所示，在手持式基于成像的条形码读取装置内应用的图像形 成和检测子系统14包括三个透镜21A、21B和21C，每个都做的尽可能小 (最大直径为12mm)，有球面，由普通玻璃制成，如LAK2(-LaK9)， ZF10(＝SF8)，LAF2(-LaF3)。如图3E所示，这些透镜共同结合在透镜支撑 部件45内，并且形成一个沿着条形码阅读器的CMOS图像传感阵列22的 光轴排列的图像形成子系统。
如图3E所示，透镜支撑部件45包括：支撑透镜部件21A、21B和21C 的管状结构45A1、45A2；支撑图像传感阵列22的基底结构45B；其中该 部件被配置以便管状结构45A在基底结构45B内滑动以在生产时聚焦固定 聚焦的透镜部件。
在图3F1和3F2中，透镜支撑部件45和图像传感阵列22沿着系统中 心轴定义的光路径放置。在该示范性实施例中，图像传感阵列22有，如 1280×1024像素分辨率(1/2”格式)、6微米像素大小，有随机存取兴趣 区(ROI)窗口容量。可以理解很多其它种类的图像传感装置(如CCD)能 被用来实现本发明所公开的原理，而不背离本发明的范围和宗旨。
使用调制传递函数(MTF)在本发明的基于成像的条形码阅读器内的设 计图像形成(即摄像)光学装置的方法
在图像形成和检测子系统13内的图像形成(即摄像)光学装置的功 能是尽可能准确地形成和投射在图像传感阵列22上形成的物体的图像。 实际上，在无信息损失的情况下得到绝对完美的物体图像复制是不可能 的，因为图像的质量被各种效果限制。这些效果包括：(i)衍射，甚至是 在最好的透镜上也总是存在；(ii)色差，如果存在只能被最小化，不能被 消除；(iii)到物体的距离变化，尤其如果透镜不能动态调整其焦距等等。 在花费时间和钱财来生产透镜部件之前，需要确定的是本发明的条形码符 号阅读器的一个给定透镜的设计能够执行得足够好以满足应用的需要。因 此其对以下很有帮助：(i)建立一个或多个设计标准来量化透镜性能，和 (ii)围绕这些标准来优化设计直到达到需要的性能。
优选的设计系统中的图像形成光学装置的标准是调制传递函数或 MTF。MTF提供一个物体或图像中存在的对比测量。性质上，对比可以被认 为是物体或图像上亮和暗域之间的差异。物体或图像上两个域的“亮度” 差异越大，对比越大，如下列图形所阐明，对比从左到右增加，如图40A 所示。考虑到图像，是从图像传感器给定的数据，定量处理是可能的。在 普通的8bit规模下，完全黑色的像素被赋值为0，完全饱和白的像素被 赋值为255。因此，如图40B所示的图像可能也由其像素值表现，如图40C 所示。如果这是目标物体的表现，那么结果图像将会不同。即，由于以上 描述的各种效果，对比将不能准确的保存。换句话说，物体特征的间隔越 近，那么物体图像的对比的复制就会越差。因此，物体图像可能会出现一 些如在图40D中出现的图形复制和一些如在图40E中所示的图形复制值。
需要一个数学表达式来量化出现在物体或图像中对比的数量，以便其 通过光学装置成像后的变化可以被估定。一个有用的对比测量可以被定义 为物体中被给定范围的调制M，如下所示：
图像或物体中的对比越大，M的值就越大，最大值为1。另一方面， 在物体或图像中没有对比(即在被讨论的物体的范围内没有可区别的特 征)生成0调制。为确定图像形成光学装置如何完好的保存图像内目标物 体的调制，只需要形成图像调制对物体调制的比率，即MTF：
图像中物体对比的完美复制(实际上不可能)导致MTF为1。图像中 物体对比完全丢失时，MTF为0。
MTF在光学设计上是个有用的概念，因为它同时计算降低图像质量的 任何效果的影响，通常称为不清晰性。如前所述，这些效果包括衍射、色 差(球状、彩色的、彗差、象散、场曲)和物体距离到标称值的偏差。然 而，出于全面性的原因，应该提及MTF不是图像质量的一种单一的完美或 全包围的测量。一个潜在缺点是检查MTF只同时揭示了所有效果的完全影 响，不能区别由一个或另一个缺点引起的不清晰性。如果有必要确定是哪 个效果降低了MTF，以及每个降低到什么程度，那么就必须使用其它方法 和检查其它的标准。另外，有潜在消极图像特征，如失真，其完全不能由 MTF显示。如果光学设计者不够仔细，那么一个带有接近于衍射极限的MTF 的图像，其尽可能好的获得，可能获得较差的失真以至于将来不能使用。
根据本发明的设计方法，在计算一个给定的光学设计的MTF之后，需 要一个额外的标准来说明哪种MTF对正被讨论的应用是足够好的。对于条 形码解码应用，一个有用的经验方法是为了使解码软件在基于成像的条形 码符号阅读器中稳定的工作，需要0.3MTF或更好的。在本发明的基于成 像的条形码符号阅读器上应用的设计策略，作为物体距离的函数，是确定 编码元素的尺寸(毫米)，结果图像的MTF在该编码元素的大小上降落到 0.3。换句话说，在每个物体距离，光学设计者应该确定什么是编码元素 的最小尺寸(毫米)，对于该最小尺寸能很好的成像以至于由本发明的多 模式图像处理条形码读取子系统17读取。在示范性实施例中使用的图像 形成光学装置设计的一个阶段，如图41所示，相对物体距离来测绘最小 的编码元素尺寸。给定了这样一个图，光学设计队需要确定结果条形码阅 读器性能是否满足了将来应用的要求。为帮助做出决定，下述的先进光学 设计方法和工具可以使用并获得很好的结果。
在本发明的基于成像的条形码阅读器中应用的图像形成光学装置 DOF理论特征方法
参考图4D到图4I3，现在描述一种新颖的软件激活设计工具和方法。
通常，软件激活光学设计工具提供一种新颖的方法和手段给完全的理 论特征、图形察看和说明图像形成光学装置的合成DOF(如：在本发明的 基于成像的条形码符号阅读器中应用的21)，以及其它基于成像的光学阅 读器，同时说明光学性能和图像传感器限制，覆盖所有的理想物体距离和 所有理想编码mil尺寸。
给定一个图像形成光学装置21设计的透镜元件的排列，本发明的光 学设计方法包括使用一个基于软件的光学设计工具，如图4I1到图4I3所 示，根据本发明来生成一个合成DOF图表。此光学设计工具所需要的功能 将在下面描述。如图4I1到图4I3中所描述，示范性实施例中的基于软件 的光学设计工具(即计算机程序)使用光学建模软件开发，根据 下面详述的本发明的原则用ZPL(Zemax编程语言)编程。
本发明光学设计工具需要的第一个功能是其必须能够计算从图像形 成光学装置21产生的图像的调制传递函数(MTF)，作为物体距离的函数而 被绘制。通常工业的经验方法是0.3MTF是条形码解码可接受的最小值。 因此，这种基于软件的光学设计工具作为物体距离的函数，必须能够确定 物体空间频率，，在该空间频率上图像的MTF下降到0.3。
本发明光学设计工具需要的第二个功能是其必须能够转变物体空间 频率到编码mi1尺寸，并且这个数据应该相对于物体距离被绘制。一个结 果图显示在图4D中，其中点线曲线显示图像形成光学装置的光学性能， 在一个给定物体距离根据能被解码的最小mil尺寸编码。图4E说明如何 从这个图读取DOF，通过寻找正在讨论的mil尺寸与光学性能曲线的交叉 点。
然而，图像形成光学装置的光学性能并不是确定基于成像的条形码符 号阅读器读取有给定宽度的条形码符号元素的条形码符号惟一的因素。基 于图像处理的条形码符号解码软件需要传感器像素“视场”的某一最小值 来投射到每个最小宽度编码元素，在图像形成光学装置的视场之内。通常 工业的经验方法是对于可接受解码的每窄元素需要1.6像素。根据本发明， 这个规则被扩展到每窄元素1.4到1.6像素的范围，而且被认为限制条形 码阅读器1的最终性能的抽样理论强加的限制，不管其图像形成光学装置 21的个体性能。
因此，本发明的光学设计工具需要的第三个功能是其必须能够作为物 体距离的函数来计算单传感像素视场的大小，，当通过图像形成光学装置 21投影而且进入物体空间(即说明图像形成光学装置21的光学放大)时。 这些线性函数，依照1.4和1.6像素规则，被优选地绘制在与光学性能曲 线相同的轴上，如图4F所示。
在描述了本发明的光学设计工具的主要功能，以及如何产生如图4F 所示的基于成像的条形码符号阅读器的合成DOF图后，现在参照图4G来 描述如何在1.6像素规模下确定准确的合成DOF曲线，说明光学性能和采 样限制。其它系统信息，如透镜焦距、透镜焦距比数等也可以显示在图4G 的合成DOF图中，如在标题块中。
如图4G所示，方法涉及到下列光学性能曲线直到其横断采样极限线。 然后，采样极限线被跟踪直到其重新横断光学性能曲线，在该点上光学性 能曲线是被再一次跟踪。因此，选择的采样极限线表现了系统解码分辨率 的最低限制。参照图4H，显示了一个从图4G的合成图中读取DOF的简单 技术。
优选地，本发明的光学设计工具具有一个简单图形用户界面(GUI)， 其可以是有用的、支持弹出窗口来使得用户简单敲入数字到程序中。另外， 该光学设计工具将优选完成各种方法来允许用户在程序运行时指明某些 需要的数字，反对改变程序文件中的数字。
另一个稍差一点的实现本发明的光学设计方法的可选择方式是，例 如，通过检查MTF数据和存储结果到Exce1来手动建立合成DOF图。然而， 这种方法需要大量劳动并且不能提供在活动中可评估的增加，和图4I1到 图4I3所示的软件激活光学设计工具一样的作用。
在本发明的手持式基于成像的条形码读取系统中应用的多模式基于 LED照明子系统的详细说明
在示范性实施例中，基于LED的多模式照明子系统14包括：窄域照 明阵列27；近场宽域照明阵列28和远场宽域照明阵列29。这三种由子系 统14的三种照明阵列产生的窄带照明的域在图5A1中详细描述。之后会 参照图27和图28详细描述，窄域照明阵列27能被作为两个独立可操作 的阵列实现，即：一个近场窄域照明阵列和一个远场窄域照明阵列，当目 标物体分别在自动基于IR的物体存在和范围检测子系统12的宽域成像操 作模式下的近场和远场被检测到时被激活。然而，为达到照明的目的，本 发明的第一示范性实施例只使用了一个单场窄域(线性)照明阵列，该阵 列被设计来充分照亮系统的全部工作范围，如图5A1所示。
如图5B、5C3和5C4所示，窄域(线性)照明阵列27包括两对分别 具有柱面透镜27B1和27B2的LED光源27A1和27A2，并位于光传输窗口 面板5的左和右部分。在图像形成和检测子系统13的窄域图像捕捉模式 下，窄域(线性)照明阵列27在系统视场内产生窄光带宽的窄域照明场 24。在示范性实施例中，窄域照明场24在远场的高度小于10mm，产生充 分线性或很平坦的照明域的表面。
近场宽域照明阵列28包括两组(平顶的)LED光源28A1-28A6和 28A7-28A13，没有任何透镜放置在光传输窗口面板5的顶部和底部，如图 5B所示。在图像形成和检测子系统13的近场宽域图像捕捉模式下，近场 宽域照明阵列28在系统视场内产生窄光带宽的近场宽域照明场25。
如图5B、5D3和5D4所示，远场宽域照明阵列29包括两组分别具有 球面(即平凸的)透镜29B1-29B6和29B7-29B13的LED光源29A1-29A6 和29A7-29A13，并位于光传输窗口面板5的顶部和底部。在图像形成和检 测子系统13的远场宽域图像捕捉模式下，远场宽域照明阵列29在系统视 场内产生窄光带宽的远场宽域照明光束。
多模式照明子系统中应用的窄域(线性)照明阵列
如图5A1所示，窄域(线性)照明域24在系统的工作范围内从大约 30mm延伸到大约200mm，覆盖了系统的近场和远场。近场宽域照明场25 在系统的工作范围内从大约0mm延伸到大约100mm。远场宽域照明场26 在系统的工作范围内从大约100mm延伸到大约200mm。图5A2所示的表说 明了本发明的多模式基于LED的照明子系统14所支持的每个照明模式的 几何特性和特征。
在多模式基于LED的照明子系统14中应用的窄域照明阵列27被光学 设计用来照亮基于成像的条形码符号阅读器视场(FOV)中心的狭长区域， 被从视场的左边界测量到其右边界，如图5A1所示。后文将会详细描述， 窄域照明场24被多模式基于LED的照明子系统14自动产生以响应自动基 于IR的物体存在和范围检测子系统12的物体检测场内对物体的检测。通 常，基于IR的物体存在和范围检测子系统12的物体检测场和图像形成和 检测子系统13的视场是扩及同空间的，并且物体检测场在空间上和视场 交迭，沿着基于成像的条形码符号阅读器的整个工作距离。根据物体检测 产生的窄域照明场24具有双重的目的：其提供给操作者一个可见的关于 条形码符号阅读器光学视场位置的指示，因此作为一个视场瞄准工具；在 其图像获得模式下，窄域照明光束被用来照亮物体在其中的视场的狭窄区 域，一个物体的窄2-D图像能被快速捕捉(通过图像传感阵列22中一小 部分像素行)，缓存和处理以便读取任何可能在其中显示的线性条形码符 号。
图5C1示出了在多模式照明子系统14中的用来实现窄域照明阵列27 的LED的朗伯发射率和波长特征。图5C2示出了同一LED的朗伯发射率和 极角特征。图5C3示出了在本发明的照明子系统中的窄域(线性)照明阵 列中的LED(633nm InGaAlP)之前使用的柱面透镜。如所示，柱面透镜的 第一表面被垂直弯曲来产生一个窄域(线性)照明模式，柱面透镜的第二 表面被水平弯曲来控制线性照明模式的高度来产生一个窄域照明模式。图 5C4示出了一对LED和用来实现本发明的照明子系统的窄域照明阵列的柱 面透镜的表面。在该示范性实施例中，每个LED在典型条件下产生大约总 共11.7mW的输出功率。图5C5为示范性实施例中的窄域照明阵列产生的 窄域照明场的一组六个照明剖面，沿着远离本发明的条形码阅读器的成像 窗口(即工作距离)的场的30，40，50，80,120和220毫米取出，表明 了域-域照明场的空间亮度在大约80毫米的地方开始变得基本相同。如 所示，窄域照明光束可以在光传输/成像窗口40mm处开始。
在多模式照明子系统中应用的近场宽域照明阵列
在基于LED的多模式照明子系统14中应用的近场宽域照明阵列28被 设计来照亮基于成像的条形码符号阅读器视场(FOV)的近场部分的宽域， 如图5A1所定义的。如在下文将会详细描述的，近场宽域照明场28由基 于LED的多模式照明子系统14自动生成，响应：(1)在系统近场内由基 于IR的物体存在和范围检测子系统12检测到的任何物体；(2)一个或多 个下列事件，包括，如(i)图像处理器未能在窄域照明模式下成功地解码 处理线性条形码符号；(ii)编码元素的检测，如与2-D条形码符号联合的 控制字；和/或(iii)表明物体在聚焦状态下被捕捉到的图像中像素数据的 检测。
通常，基于IR的物体存在和范围检测子系统12的物体检测场以及图 像形成和检测子系统13的视场是扩及同空间的，并且物体检测场从空间 上和视场交迭，沿着基于成像的条形码符号阅读器的整个工作距离。响应 一个或多个上述描述事件产生的近场宽域照明场23，照亮了覆盖基于成像 的条形码符号阅读器视场(FOV)近场部分的宽域，如图5A所定义的，物 体存在其中，并且物体2-D图像能被快速捕捉到(通过图像传感阵列22 的所有像素行)，缓存和解码处理来读取其中可能显示的任何1D或2-D条 形码符号，以任意方向，实质上是任意条形码符号。在物体照明和图像捕 捉操作中的近场宽域照明场强度由与近场宽域照明阵列28联合的LED如 何被多模式照明子系统14电驱动所确定。LED被驱动的程度由自动曝光量 和控制子系统15测量的靠近图像形成平面的反射光的强度所确定。如果 自动曝光测量和照明控制子系统15的图像检测器的反射光强度弱的话， 表明展示低光反射特征的物体和更激烈的照明量将需要由LED生产来确保 在图像传感阵列22上足够的曝光量，那么自动曝光测量和照明控制子系 统15将更激烈地驱动LED(即在更高的操作电流)。
图5D1示出了用来在本发明中的照明子系统中实现宽域照明阵列的 LED的朗伯发射率和波长特征。图5D2示出了用来在多模式照明子系统14 中实现近场宽域照明阵列的LED的朗伯发射率和极角特征。图5D4是用来 实现多模式照明子系统14的窄宽域照明阵列的LED的几何设计，其中从 那里产生的照明光束通过转动多模式照明子系统14的近场宽域照明阵列 内的LED之前的透镜的角度来瞄准。图5D5是由示范性实施例的近场宽域 照明阵列产生的近场远域照明场的一组六个照明剖面，沿着远离基于数字 成像的条形码阅读器的成像窗口(即工作距离)的场的10，20，30，40， 60和100毫米取出，这些图表明了近场宽域照明场的空间亮度在大约40 毫米的地方开始变得基本相同(即中心：边缘＝2：1至多)。
在多模式照明子系统内应用的远场宽域照明阵列
在基于LED的多模式照明子系统14中应用的远场宽域照明阵列26被 设计来照亮覆盖基于成像的条形码符号阅读器视场(FOV)的远场部分的 宽域，如图5A1所定义的。如在下文将会详细描述的，远场宽域照明场26 由基于LED的多模式照明子系统14自动生成，响应：(1)在系统近场内 由基于IR的物体存在和范围检测子系统12检测到的任何物体；(2)一个 或多个下列事件，包括，如(i)图像处理器未能在窄域照明模式下成功地 解码处理线性条形码符号；(ii)编码元素的检测，如与2-D条形码符号联 合的控制字；和/或(iii)表明物体在聚焦状态下被捕捉到的图像中像素数 据的检测。通常，基于IR的物体存在和范围检测子系统12的物体检测场 以及图像检测和形成子系统13的视场23是扩及同空间的，并且物体检测 场20从空间上和视场23交迭，沿着基于成像的条形码符号阅读器的整个 工作距离。响应一个或多个上述描述事件产生的远场宽域照明场26，照亮 了覆盖基于成像的条形码符号阅读器视场(FOV)远场部分的宽域，如图 5A所定义的，物体存在其中，并且物体2-D图像能被快速捕捉到(通过图 像传感阵列22的所有像素行)，缓存和处理来读取其中可能显示的任何1D 或2-D条形码符号，以任意方向，实质上是任意条形码符号。在物体照明 和图像捕捉操作中的远场宽域照明场强度由与远场宽域照明阵列29联合 的LED如何被多模式照明子系统14电驱动(即根据结电流测量)所确定。 LED被驱动的程度由自动曝光量和照明控制子系统15测量的靠近图像形 成平面的反射光的强度所确定。如果自动曝光测量和照明控制子系统15 的图像检测器的反射光强度弱的话，表明展示低光反射特征的物体和更激 烈的照明量将需要由LED生产来确保在图像传感阵列22上足够的曝光量， 那么自动曝光测量和照明控制子系统15将更激烈地驱动LED(即在更高的 操作电流)。
在近和远场宽域照明操作模式下，自动曝光测量和照明控制子系统 (即模式)15测量和控制持续时间，该持续时间是多模式照明子系统14 在图像捕捉/获得过程中将图像传感阵列22曝光到窄带照明(如：633纳 米，约15nm带宽)，并当这种计算持续时间已满时自动停止这种照明的产 生。根据本发明的原则，整个全局曝光控制过程保证每个获得的图像具有 良好的对比并且没有饱和，一致和可靠的条形码读取是两个的必要条件。
图5D1示出了用来在多模式照明子系统14中实现远场宽域照明阵列 29的LED的朗伯发射率和波长特征。图5D2示出了用来实现同样的LED 的朗伯发射率和极角特征。图5D3示出了在多模式照明子系统14的远场 宽域照明阵列中的LED之前使用的平凸的透镜。图5D4示出了LED的几何 设计和用来实现照明子系统的远宽域照明阵列29的平凸透镜，其中从那 里产生的照明光束通过转动多模式照明子系统14的远场宽域照明阵列内 的LED之前的透镜的角度来瞄准。图5D6是示范性实施例的远场宽域照明 阵列产生的远场宽域照明场的一组三个照明剖面，在沿着远离基于成像的 条形码符号阅读器1的成像窗口(即工作距离)的场的100，150和220 毫米取出，表明了远场宽域照明场的空间亮度在大约100毫米的地方开始 变得基本相同。图5D7是一个表阐明了计算远场宽域照明场中心的像素强 度值的优选方法，该照明场多模式照明子系统14产生，示出了一个重要 的信号强度(在远中心域大于80DN)。
在本发明图像的手持式外壳内集成的窄带滤光镜子系统的详细说明
如图6A1所示，本发明的条形码阅读器的手持式外壳已经在其外壳内 集成了窄带滤光子系统4，用于几乎只传输从窄带多模式照明子系统14 产生的波长很窄(例如：620-700纳米)的可见照明，并阻挡所有其它虽 然产生但不在上述窄光波段范围的光波长(也就是周围的光源)。如所示， 窄带滤光子系统4包括：红色波长反射(高通)成像窗口滤光器4A，其集 成在形成于手持式外壳的前表面的光发射孔3内；和位于CMOS图像传感 阵列22之前的低通滤光器4B。这些滤光器4A和4B共同形成用于上述用 途的窄带滤光子系统4。如图6A2所示，与低通滤光器元件4B联合的光传 输特性(能量对波长)显示光波长小于620nm的光波被传输通过，而光波 长大于620nm的光波几乎都被阻挡(例如被吸收或反射)。如图6A3所示， 与高通成像窗口滤光器4A联合的的光传输特性(能量对波长)显示光波 长大于700nm的光波被传输通过，因此给使用者带来红色感官，而光波长 小于700nm的光波被滤光器4A充分地阻挡(例如被吸收或反射)。
系统工作时，光谱带通滤光子系统4极大地降低了在图像捕捉操作中 照射到CMOS图像传感阵列22的周围光的影响。本发明的滤光器的优点在 于，系统中的光学快门机构被免除。实际上，滤光器能阻挡85％以上的额 外的周围光，并且在典型的环境下，LED照明亮度明显地高于CMOS图像传 感阵列22上的周围光。因此，几乎大部分的传统的CMOS成像系统需要光 学快门，而本发明的基于成像的条形码读取系统通过使用由自动曝光测量 和照明控制子系统15和CMOS图像传感阵列22产生的控制信号简单地控 制基于LED的照明阵列27，28和29的照明时间从而有效地管理照射到 CMOS图像传感阵列22的窄带照明的曝光时间，上述的照明是由上述的带 通滤光子系统4控制的。结果是系统设计简单，没有活动部件，并且降低 了生产成本。
所示的带通滤光子系统4包括高通滤光元件4A和低通滤光元件4B， 它们由光元件沿着系统光程在空间上相互分开，子系统4可以被实施为一 个集成的多层滤光结构，其可以安装于图像形成和检测(IFD)模块13的 前部、或安装于其图像传感阵列22之前，而不使用高通窗口滤光器4A， 或用于当建立吸引人的红色保护窗时，安装于基于成像的条形码符号阅读 器内用于模糊视线。优选地，红色窗口滤光器4A具有几乎平坦的表面特 征以避免在成像操作期间的穿过其的光的聚焦或散焦。
本发明的自动曝光测量和照明控制子系统的说明
自动曝光测量和照明控制子系统15的主要功能是通过(i)测量CMOS 图像传感阵列22的图像平面的曝光和(ii)控制多模式照明子系统14使 用从激活的LED照明阵列产生的窄带照明光照明目标物体的持续时间来控 制获得的图像的亮度和对比度。因此，自动曝光测量和照明控制子系统15 免除了需要用于基于CMOS的图像检测阵列22的复杂的光学快门机构。这 个新颖的机构保证了本发明的基于成像的条形码符号阅读器产生具有足 够亮度和对比度的非饱和图像从而保证了终端使用者所需要的快速和可 靠的基于成像的条形码的解码。
当物体被照明时，窄带基于LED的光被目标物体反射(所述目标物体 被手持式条形码阅读器瞄准)并且被CMOS图像传感阵列22积聚。特别地， 物体照明过程必须被在最佳持续时间内完成以便获得的图像画面具有良 好的对比度并且不饱和。对于一致的和可靠的条形码解码操作和性能这种 情况是需要的。自动曝光测量和照明控制子系统15测量从目标物体反射 的光量，计算CMOS图像传感阵列22应被曝露于与多模式照明子系统14 结合的被活跃-驱动的基于LED的照明阵列下的最大时间，然后当计算的 时间期满时自动使照明阵列失活(即失效)。
如图7A所示的说明实施例，自动曝光测量和照明控制子系统15包 括：安装在手持式外壳头部内的抛物线光收集镜55，其用于收集从系统视 场的中心部分反射的窄带基于LED的光，然后所述光被传输通过消除宽带 光谱的干扰的窄带滤光子系统4；安装于光收集镜55的焦点的光检测设备 (例如光二极管)56，用于检测过滤后聚焦于光收集镜55的窄带光信号； 和用于处理由光二极管56产生的可表示在CMOS的图像传感阵列22的焦 平面内检测到的曝光级强度的电信号的电子电路。在曝光量测量操作中， 附带的窄带基于LED的照明由球面光收集镜55从系统的视场中心被收集， 并且由窄带滤光子系统4在强度检测用聚焦光二极管56被聚焦前窄带滤 光。光二极管56将检测的光信号转换为电信号，该电信号的振幅直接与 收集的光信号强度对应。
如图7B所示，系统控制子系统19产生一个照明阵列选择控制信号， 该信号决定哪个LED照明阵列(也就是窄域照明阵列27或远场和窄场宽 域照明阵列28或29)在系统工作时的任何情况下将由自动曝光测量和照 明控制子系统15中的LED阵列驱动电路64被选择驱动。如所示，电子电 路57处理来自光二极管56的电信号并产生用于选择的LED照明阵列的自 动曝光控制信号。其间，所述的自动曝光控制信号和来自系统控制子系统 19的照明阵列选择控制信号被提供给LED阵列驱动电路64，该驱动电路 用于选择和驱动一个或多个LED照明阵列以产生适当强度级和适当持续时 间的可见照明，使CMOS的图像传感阵列22可以自动检测到被照明物体的 具有充分对比度和亮度的数字高分辨率图像，因此获得本发明这里公开的 整体曝光控制的目的。如图7B和7C所示，照明阵列选择控制信号由系统 控制子系统19产生，响应(i)从系统模式配置参数表70读取的系统模 式配置参数，如图2A1所示，其用于将来系统工作的编程模式，和(ii) 检测自动基于IR的物体存在和范围检测子系统12的输出。
特别地，在说明的实施例中，基于LED的照明阵列有三种可能的形 式：27、28和29，它们可以由系统控制子系统19选择激活，并且照明阵 列28和29的上和/或下LED子阵列可以在子阵列乘子阵列的基底上被选 择激活或失活，出于各种目的，包括在宽域图像捕捉模式操作时降低自动 光谱反射噪音。
这些照明阵列中的每个可以根据由电子信号处理电路57产生的自 动曝光控制信号被驱动为不同状态，其通常为可以被用于产生光检测器56 检测到的物体距离、物体表面反射性和周围光条件的函数，并被信号处理 电路57测量。信号处理电路57的工作原理在将下文详细说明。
如图7B所示，由抛物线光聚焦镜55产生的经窄带滤光光信号被聚 焦于光检测器D156上，该光检测器产生了振幅与检测的光信号强度一致 的模拟电信号。这个模拟电信号被提供给信号处理电路57用于处理的不 同阶段。处理的第一步包括将模拟电信号从基于电流的信号转换为基于电 压的信号，该转换是将所述模拟电信号通过由晶体管Q1(58)的一半实现 的恒定电流源缓存器电路获得的。然后这个转换后的电压信号被晶体管Q1 (58)的另一半缓存并被作为第一输入提供给求和点59。如图7C所示， CMOS图像传感阵列22产生，即输出，数字电子旋转快门(ERS)脉冲信号 60，其中ERS脉冲信号60的持续时间设定为系统允许的最大曝光时间。 ERS脉冲信号60通过晶体管Q261被缓存并形成求和点59的另一边。晶 体管Q1和Q2的输出形成求和点59的输入。电容器C5被连接到求和点59 的输出并提供足够降低信号处理电路57的任何电压过冲的最小积分时间。 电容器C5的输出信号被进一步由比较器U162处理。在所述的实施例中， 比较器参考电压信号被设定为1.7伏。这个参考电压信号设定了曝光测量 电路57的最小阈值级。比较器62的输出信号被逆变器U3 63逆变以提供 正逻辑脉冲信号，该信号作为自动曝光控制信号被提供给图7C所示的LED 阵列驱动电路64的输入。
如以下将详细说明的，如图7C所示的LED阵列驱动电路64自动地驱 动激活的LED照明阵列，并且LED阵列驱动电路64的工作取决于多模式 照明子系统14被设置为何种操作模式。而在任何时间被设置为多模式照 明子系统14中的何种操作模式通常取决于(i)物体存在和范围检测子系 统12的工作状态和(ii)使用从图2A1所示的表70读取的系统模式配置 参数对整个基于成像的条形码符号读取系统设置的可编程的操作模式。
如图7C所示，LED阵列驱动电路64包括模拟和数字电路，其接收两 种输入信号：(i)来自信号处理电路57的自动曝光控制信号；和(ii)照 明阵列选择控制信号。LED阵列驱动电路64产生，即输出，数字脉冲宽度 调制(PCM)驱动信号提供给窄域照明阵列27、近场宽域照明阵列28中应 用的上和/或下LED子阵列、和/或远场宽域照明阵列29中应用的上和/或 下LED子阵列中的一种。取决于基于成像的条形码符号阅读器被设置为何 种系统操作模式，在物体照明和成像操作期间，LED阵列驱动电路64将驱 动一个或多个上述LED照明阵列。如以下将详细说明的，当CMOS图像传 感阵列22中所有的像素行处于积分状态时(并且因此有共同的积分时间)， 这样的LED照明阵列被LED阵列驱动电路64按照一定强度自动驱动并用 于通过自动曝光测量和照明控制子系统15进行持续时间计算(用模拟方 式)，这样捕捉的数字图像具有良好对比度和亮度、不依靠周围环境的光 强和目标物体相对基于成像的条形码符号阅读器的运动。
本发明的使用CMOS图像传感阵列完成的整体曝光控制方法
在说明的实施例中，CMOS图像传感阵列22工作于它的单帧快门模式 (也就是非连续帧快门模式)，如图7D所示，并且使用能保证CMOS图像 传感阵列22的所有像素行具有共同的积分时间的新颖的曝光控制方法， 因此甚至当物体在高速运动状态时也可以捕捉高质量图像。本发明的这种 新颖的曝光控制方法被称为“整体曝光控制方法”，并且图7E1和图7E2 的流程图清楚和详细地说明了此方法如何在说明实施例的基于成像的条 形码符号阅读器中实现。整体曝光控制方法现说明如下。
如图7E1的方框A所示，整体曝光控制方法的步骤A包括为由自动曝 光测量和照明控制子系统、多模式照明子系统和系统控制子系统组成的基 于成像的条形码符号读取系统中选择单帧快门操作模式用于CMOS图像检 测阵列，并且图像形成光学装置提供将CMOS图像传感阵列的视场作为将 被成像的物体的显示空间区域。
如图7E1的方框B所示，整体曝光控制方法的步骤B包括使用自动曝 光测量和照明控制子系统连续地采集来自视场部分的照明，检测采集的照 明亮度，并产生与检测的亮度一致的电模拟信号用于处理。
如图7E1的方框C所示，整体曝光控制方法的步骤C包括激活(例如 用系统控制子系统19或直接用触发开关2C)CMOS图像传感阵列使它的像 素行开始产生电负荷的光子积分以响应通过系统的图像形成光学装置在 CMOS图像传感阵列上形成图像。
如图7E1的方框D所示，整体曝光控制方法的步骤D包括CMOS图像 传感阵列22自动地(i)当图像传感阵列的所有像素行工作于积分状态时， 产生旋转快门(ERS)数字脉冲信号，并将此ERS脉冲信号提供给自动曝光 测量和照明控制子系统15以激活其中的曝光量测量和照明控制功能/操 作。
如图7E2的方框E所示，整体曝光控制方法的步骤E包括，当子系统 15的曝光量测量和照明控制功能被激活后，(i)处理其中连续产生的电模 拟信号，(ii)测量在视场23的中心部分的曝光级(由图7A所示的光收 集光学装置55决定)，和(iii)从控制多模式照明子系统14中至少一个 基于LED的照明阵列(27，28和/或29)中产生用于产生照明的可视场的 自动曝光控制信号，其中所述的基于LED的照明阵列是由系统控制子系统 19产生的照明阵列选择控制信号所选择的。
最后，如图7E2的方框F所示，整体曝光控制方法的步骤F包括使用 (i)自动曝光控制信号和(ii)照明阵列选择控制信号，驱动被选择的 基于LED的照明阵列和照明被设置为任何图像捕捉模式的CMOS图像传感 阵列22的视场，更准确地，所述的照明是当CMOS图像传感阵列的所有像 素行处于积分状态时，如图7D所示，从而保证CMOS图像传感阵列的所有 像素行具有共同的积分时间。通过保证了CMOS图像传感阵列22的所有像 素行具有共同的积分时间，能够有效地获得本发明的基于成像的条形码符 号阅读器的高速“整体曝光控制”，并且因此，高质量的图像被捕捉而不 依赖于条形码符号阅读器和目标物体之间的相对运动。
本发明的手持式基于数字成像的条形码读取装置中应用的基于IR的 自动物体存在和范围检测子系统的说明
如图8A所示，基于IR波长的自动物体存在和范围检测模块12以安 装于图1J所示的光具座6的前部分的紧凑光学模块76的形式实现。
如图8所示，说明实施例的物体存在和范围检测模块12包括若干分 元件，即：光具座77，其具有支撑用于实现子系统12的光学或光电元件 的超小台面；安装于光具座77上的至少一个IR激光二极管78，其用于产 生低功率IR激光束79；安装于光具座上的IR光束成形光学装置80，其 用于成形IR激光束(例如成为笔形束的几何形状)并将其指向安装于光 具座77上的由IR光收集/聚焦光学装置81的视场(FOV)定义的物体检 测场20的中心部分；安装于光具座77上的调幅(AM)电路82，其用于在 频率为f0(例如75Mhz)，光学功率为7.5毫瓦处调制IR激光二极管产 生的IR激光束的幅度；安装于IR光收集/聚焦光学装置81的焦点的光学 检测器(例如雪崩型IR光检测器)83，其用于接收物体检测场内的物体 反射的IR光信号并将接收的光信号84转换为电信号85；安装于光具座 77上的放大器和滤波电路86，其用于分离f0信号元素和将其放大；安装 于光具座上的限制放大器87，其用于保持稳定的信号级；安装于光具座 77上的鉴相器88，其用于混合来自AM电路82的参考信号分量f0和接收 的反射自包装上的信号分量f0并产生等于与参考和反射的f0信号的相位 差的余弦成比例的DC电压的结果信号；安装于光具座77上的放大电路89， 其用于放大相位差信号；安装于光具座77上的接收信号强度指示器(RSSI) 90，其用于产生与从目标物体反射的信号的LOG成比例的电压，该电压可 以被用于提供额外的信息；用于阻挡来自微弱信号的信息的反射比级阈值 模拟复用器91；和安装于光具座77上的12比特A/D转换器92，其用于 将来自RSSI电路90的DC电压信号转换为基于时间的范围数据元素{Rn，i} 的序列，取nT个时间离散点，其中每个范围数据元素{Rn，i}提供一个距离 的测量，该距离是涉及的物体从(i)IR激光二极管78至(ii)在物体检 测场20内的物体表面的一个点的距离；和以下说明的范围分析电路93。
一般而言，范围分析电路93的功能是分析来自A/D转换器90的数字 范围数据并产生两个控制激活信号，也就是：(i)控制激活信号A1A的“物 体存在检测”类型用于简单地表示在物体检测场中一个物体是否存在，而 不管多模式照明子系统14可能设置为何种操作模式；和(ii)控制激活 信号A1B的“近场/远场”范围表示类型表示了被检测物体的位置是在物 体检测场的预先定义的近场还是远场部分，所述近场/远场部分对应于多 模式图像形成和检测子系统13的视场的近场和远场部分。
基于IR的物体存在和范围检测子系统12可以用各种类型的模拟和数 字电路设计实现。可选地，这个子系统可以全部地参考美国专利号 6,637,659说明的各种范围检测技术并结合这里的说明而实现。
在说明的实施例中，自动的物体存在和范围检测子系统12工作如下。 在需要自动的物体存在和/或范围检测的系统操作模式下，物体存在和范 围检测子系统12将在系统启动时被激活并在系统工作的所有时间内工作， 通常连续向系统控制子系统19提供有关的基于成像的符号阅读器的物体 检测场20中的远和近部分的物体状态的信息。一般而言，这个子系统检 测存在和范围两种基本状态，并因此具有两种基本的操作状态。在它的第 一个工作状态下，基于IR的自动物体存在和范围检测子系统12自动地检 测在视场20的近场区域的物体，并且相应地产生一个第一控制激活信号， 该信号被提供给系统控制子系统19以表示这个第一个事件的发生。在它 的第二个工作状态下，基于IR的自动物体存在和范围检测子系统12自动 地检测在视场20的近场地区的物体，并且相应地产生一个第二控制激活 信号，该信号被提供给系统控制子系统19以表示这个第二个事件的发生。 如这个专利通篇所详细说明的，这些控制激活信号被系统控制子系统19 在系统控制过程的特殊阶段使用，例如决定(i)是否激活近场和/或远场 LED照明阵列中的一个，和(ii)这些LED照明阵列需要多强的驱动才能 保证曝光于CMOS图像检测阵列22的图像质量。
在微处理器的直接存储器存取(DMA)模块控制下将图像阵列捕捉 的像素数据映射到SDRAM中的说明
如图9所示，被用于基于数字成像的条形码符号读取装置中应用的 CMOS图像传感阵列22可操作地与它的微处理器36通过FIFO39(由FPGA 方式实现)和如图2B所示的系统总线连接。如所示，SDRAM38通过系统总 线方式也可操作地与它的微处理器36连接，从而保证了在微处理器36的 直接存储器存取(DMA)模块控制下将CMOS图像传感阵列22捕捉的像素 数据映射到SDRAM38中。
参考图10，现在详细说明如何在由本发明的手持式基于成像的条形码 读取装置内完成的每个图像捕捉周期期间将CMOS图像传感阵列22捕捉的 像素数据的字节自动地映射(也就是捕捉和存储)到它的SDRAM的可设定 地址的内存存储地点中。
在所说明的实施例的实现中，CMOS图像传感阵列22通过并行数据连 接发送8位灰度级数据字节至使用自己内部的SRAM来实现FIFO的 FPGA39。FIFO39临时存储像素数据并且微处理器36启动DMA用于从FIFO (被映射到地址0X0C000000，芯片选择3)至SDRAM38的转发。一般而言， 现代的微处理器具有内部DMA模块，并且对于优选的微处理器设计，DMA 模块包含32字节缓存器。不用耗费任何CPU周期，DMA模块可以被编程为 从FIFO39中读取数据，将读取的数据字节存储于DMA的缓存器中，随后 将数据写到SDRAM38中。可选地，包含在FPGA39的DMA模块可以直接将 FIFO数据写入SDRAM38。这些通过发送总线请求信号给微处理器36来完 成，因此微处理器36释放总线控制给FPGA39，FPGA39随后接管总线并将 数据写入SDRAM38中。
以下，将简短说明从CMOS图像传感阵列22输出的像素数据被存储于 SDRAM38的何处，以及微处理器(也就是完成解码算法)36如何访问这些 存储的像素数据字节。图10表示了SDRAM38的内存空间。一个1.3MB的 保留的内存空间被用于存储CMOS图像传感阵列22的输出。这个内存空间 是1：1映射来自CMOS图像传感阵列22的像素数据。每个字节代表图像传 感阵列22的一个像素。内存空间是来自图像传感阵列22像素数据的镜像。 因此，当解码程序(36)访问内存时，就好像访问的是图像传感阵列22 的原像素图像。因为条形码阅读器的操作模式保证了微处理器36总是访 问最新数据，所以不需要时间码来跟踪数据，并且像素数据集是最近一次 曝光的真实表现。为防止数据损坏，即当新数据到来时旧数据还在被处理 中，一旦整个帧的像素数据被写入内存，被保留的空间通过禁止进一步的 DMA访问而受到保护。直到微处理器36完成它的内存检查或发生超时，DMA 模块被重新激活。
在图像获取操作中，图像像素被顺序地从图像传感阵列22读出。虽 然有人可能选择对一些CMOS图像传感器按行或按列读取，为不失去通用 性，最好逐行读取数据。像素图像数据集在SDRAM38被顺序地安排，开始 于地址0XA0EC0000。随机访问SDRAM38的任何像素是件很直接的事：在 y1/4行x列的像素的位于地址(OXAOEC0000+yx1280+x)。
因为每个图像帧都有一个从图像传感阵列22输出的帧开始信号，这 个信号可以被用于启动在地址OXAOEC0000的DMA程序，并且其它帧的地 址会连续累加。但是从地址OXAOEC0000开始读取每帧图像是为了避免任 何数据差错。但是明显地，如果微处理器36编程CMOS图像传感阵列22 具有ROI窗口，那么起始地址将被修改为(OXAOEC0000+1280X R1)，其 中R1是ROI左上角的行数。
本发明的手持式基于数字成像的条形码读取装置的三层软件结构的 说明
如图11所示，本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置1 具有三层软件结构，其包括以下软件模块：(1)主任务模块、CodeGate任 务模块、Metroset任务模块、应用事件管理模块、用户命令表模块和命令 处理器模块，它们每个都位于软件结构的应用层；(2)任务管理器模块、 事件分配器模块、输入/输出管理器模块、用户命令管理器模块、计时器 子系统模块、输入/输出子系统模块和存储器控制子系统模块，它们每个 都位于软件结构的系统核心(SCORE)层；和(3)LinuxKernal模块、Linux 文件系统模块、设备驱动程序模块，它们每个都位于软件结构的Linux操 作系统(OS)层。
虽然基于成像的条形码符号阅读器的操作系统层是基于Linux操作系 统，但是可以理解其它操作系统也可以被使用(例如Microsoft Windows， Max OXS，Unix等)，并且主应用软件层和操作系统层最好设计为相互独立， 因此，可以使应用软件层具有被移植到其它平台的可能性。此外，本发明 的系统设计原则通过可扩展的使用共同的软件结构向其它未来产品提供 了系统可扩展性，该原则使这样的产品设计简单、减少了开发时间和保证 了它们的活力。
在说明的实施例中，以上特点是通过完成一个运行于被称为SCORE的 系统核心软件层上的事件驱动的多任务的、潜在的多用户的应用层而获得 的。SCORE层与产品应用软件稳定地连接，因此，所述应用软件运行于应 用级或系统层。SCORE层向应用提供整套服务，因此用这种方式，应用不 需要了解操作系统下面的细节，虽然所有的操作系统APIs当然对应用总 是可用的。SCORE软件层向产品应用提供实时的、事件驱动的、OS独立的 结构的操作。事件驱动结构的完成是通过产生检测事件(通常，但不是必 需，当发生硬件中断时)的方法并向应用发出事件通知以实现实时方式的 处理。事件检测和通知是由SCORE软件层提供的。SCORE层还向产品应用 提供可以同时运行启动和取消软件任务的手段，因此，本发明的软件系统 性质是多任务的。
本发明的基于成像的条形码阅读器中应用的系统软件结构的SCORE 层的软件模块的说明
SCORE层向应用层提供很多服务。
任务管理器提供在产品应用运行期间任何时间执行和取消特殊应用 任务(线程)的手段。
事件分配器提供用于发信号和递送所有类型的内部和外部的同步的 和异步的事件的手段。
当与应用同步或异步的事件发生时，事件分配器发送它们至应用事件 管理器，该管理器按照应用基于当前状态提出的要求处理事件。例如，基 于特殊事件和应用的当前状态，应用事件管理器可以决定开始一个新任 务、或停止目前正在运行的任务、或做其它事、或不做任何事和完全忽略 事件。
输入/输出管理器提供监控输入/输出设备的活动和当这种活动被检 测到时发送有关的事件至应用的手段。
输入/输出管理器软件模块在后台运行并且监控外部设备和用户连接 的活动，并当这种活动被检测到时发送有关的事件至应用层。输入/输出 管理器是高优先级的线程，它和应用并行运行并对从硬件设备异步地传来 的输入/输出信号作出响应，例如串行口、用户触发开关2C、条形码阅读 器、网络连接等。基于这些信号和来自应用的任意的输入/输出要求(或 缺乏)，产生了适当的系统事件，它们如上面的说明通过事件分配器被尽 快地递送至应用事件管理器。
用户命令管理器提供用于管理用户命令、和使用应用提供的用户命令 表、和基于用户输入的数据执行适当的用户命令处理程序的手段。
输入/输出子系统软件模块提供用于新建和删除输入/输出连接和与 外部系统和设备通信的手段。
计时器子系统提供新建、删除和使用所有类型的逻辑计时器的手段。
存储器控制子系统向设备提供用于管理多级动态存储器的接口，该接 口完全与标准的动态存储器管理功能兼容，同时提供用于缓存收集的数据 的手段。存储器控制子系统提供线程级管理动态存储器的手段。存储器控 制子系统的接口完全与标准C存储器管理功能兼容。系统软件结构被设计 为可以向潜在的多用户提供设备的连接，这可能需要在操作设备时具有不 同级的授权。
用户命令管理器提供用户命令输入的标准方式，并执行负责处理该用 户命令的应用模块。用户命令表中说明的每个用户命令是由用户命令管理 器根据用户输入被启动处理的任务，但是上述处理只有当某个用户的权力 与命令的安全级一致时才能进行。
事件分配器软件模块提供发信号和递送事件至应用事件管理器的手 段，包括开始一个新任务、停止目前正在运行的任务、或做或不做一些事 和只是忽略该事件。
图12B提供了系统定义事件的举例列表，这些事件可以在本发明的手 持式基于数字成像的条形码符号读取装置中发生和被发送，也就是： SCORE_EVENT_POWER_UP表示系统启动完成，不包括任何参数； _SCORE_EVENT_TIMEOUT表示逻辑计时器超时，并包括参数“计时器id的 指针”；SCORE_EVENT_UNEXPECTED_INPUT其表示意外输入的数据可被得到 并包括参数“连接id的指针”；SCORE_EVENT_TRIG_ON表示使用者拉动了触 发器并不包括任何参数；SCORE_EVENT_TRIG_OFF表示使用者释放了触发器 并不包括任何参数；SCORE_EVENT_OBJECT_DETECT_ON表示物体被放置在条 形码阅读器下并不包括任何参数；SCORE_EVENT_OBJECT_DETECT_OFF表示 物体从条形码阅读器的视场内移走并不包括任何参数； SCORE_EVENT_EXIT_TASK表示任务执行结束并包括指针UTID；和 SCORE_EVENT_ABORT_TASK表示任务在执行时被中断。
本发明的基于成像的条形码符号阅读器向使用者提供了命令行接口 (CLI)，它可以通过标准通信线工作，例如RS232，条形码阅读器中可用。 CLI主要用于诊断用途，但也可以用于除和MetroSelect编 程功能外的配置用途。使用CLI发送命令给条形码阅读器时，使用者必须 先键入特殊字符而进入用户命令管理器，该字符实际可以是多个和同时按 键的组合，例如Ctrl和S。任何标准和广泛可用的软件通信工具，例如 Window HyperTerminal，可以被用于与条形码阅读器通信。条形码阅读器 通过发送提示，例如“MTLG>”通知使用者它准备好接受命令。使用者现 在可以键入任何有效的应用命令。要退出用户命令管理器和使扫描器返回 正常操作，使用者必须输入另外的特殊字符，该字符实际可以是多个和同 时按键的组合，例如Ctrl和R。
有效的应用命令的例子可以是“Save Image”命令，该命令用于从条 形码阅读器的存储器上传图像至主PC。这个命令有以下CLI形式：
Save[filename[compr]]
其中
(1)save是命令名。
(2)filename是将存的图像的文件名。如果省略，默认文件名为 “image.bmp”。
(3)compr是压缩号，从0至10。如果省略，默认压缩号为0，意思 是没有压缩。压缩号越大，图像压缩比例越高，图像传送越快，但图像变 形也越严重。
在本发明的基于成像的条形码符号阅读器可以有很多命令。所有的命 令都在一个被包括在产品应用软件层的单独的表中说明(图11所示的用 户命令表)。对于每个有效命令，表中相关的记录包括命令名、命令的简 短说明、命令类型和执行命令的函数的地址。
当使用者输入命令时，用户命令管理器在表中寻找命令。如果找到了， 它执行对应的函数，该函数的地址在输入命令的记录中。当从函数返回后， 用户命令管理器向使用者发送提示显示命令已经完成并且用户命令管理 器准备好接收新的命令。
本发明的基于成像的条形码符号阅读器的系统软件结构的应用层的 软件模块的说明
系统中应用的图像处理软件通过定位和识别在包含像素数据的捕捉 的图像的帧中的条形码执行条形码读取功能。图像处理软件的模式设计提 供一组丰富的图像处理函数，它们可以被用于未来的与条形码符号阅读器 有关或无关的应用，例如：光学字符识别(OCR)和校验(OCV)；直接读 取和校验各种表面上的标记符号；面部识别和其它生物统计鉴定等。
CodeGate任务，在无限循环中，执行以下任务。它照明一个在视场 (FOV)中心的“薄的”窄的水平区域并获得该区域的数字图像。然后它 尝试读取捕捉的图像数据帧中表示的条形码符号，利用本发明随后会详细 说明的图像处理条形码符号读取子系统17支持的图像处理软件工具。如 果条形码符号读取成功，则子系统17将解码数据保存于特殊的解码数据 缓存器中。否则，它清除解码数据缓存器。然后，它继续循环。CodeGate 任务永远不会自行退出。当对其它事件发生反应时它可以被其它模块取 消。例如，当使用者拉动触发开关2C时，事件TRIGGER_ON被发送到应用。 应用软件负责处理这个事件，检查CodeGate任务是否正在运行，如果是， 它取消这个任务，然后开始主任务。当CodeGate任务遇到 OBJECT_DETECT_OFF事件时也可以被取消，当使用者移动条形码阅读器离 开物体，或当使用者移动物体离开条形码阅读器时，事件都被发送。当本 发明的照明和成像平台执行“半自动触发(semi-automatic-triggered)” 系统的被编程的操作(图26A系统操作模式Nos.11-14)时，CodeGate任 务程序被激活(用主任务)。
图13M所示的窄域照明任务是一个简单的程序，当本发明的照明和成 像平台执行“手动触发(manually-triggered)”系统的被编程的操作(图 26A系统操作模式Nos.1-5)时，该程序被激活(用主任务)。然而，这个 程序永远不能与CodeGate任务同时被激活。如图13D所示的事件流程图， CodeGate任务或窄域照明任务中的一个被主任务程序激活以完成这里描 述的各种系统操作。
取决于基于成像的条形码符号阅读器的被配置的系统模式，主任务通 常完成不同任务，但在图13J的限制内。例如，当基于成像的条形码符号 阅读器被配置为将在以后详细说明的系统操作第12(也就是半自动触发多 试图1D/2D单读取模式(Semi-Automatic-triggered Multiple-Attempt 1D/2D Single-Read Mode))的可编程模式，主任务先检查解码数据缓存 器是否包含被CodeGate任务解码的数据。如果是，它立即执行数据输出 程序发送数据至使用者并退出。否则，主任务以循环方式做以下事：它照 明视场的整个区域并获得该区域的全帧图像。它试图读取捕获的图像的条 形码符号。如果它成功读取了条形码符号，那么它立即执行数据输出程序 发送数据至使用者并退出。否则，它继续循环。明显地，当成功读取后而 执行数据输出程序之前，主任务分析解码数据用于“阅读器编程”命令或 一系列命令。如果必要，它执行MetroSelect函数。当对其它事件反应时， 主任务可以被系统的其它模块取消。例如，本发明的条形码阅读器可以使 用标准的Metrologic配置方法被重新配置，例如和 MetroSelect函数在主任务期间被执行。
MetroSet函数由特殊的MetroSet任务执行。当Focus RS232软件驱 动器在它的通信线上检测到特殊的空信号，它发送METROSET_ON事件至应 用。负责处理这个事件的应用软件启动MetroSet任务。一旦MetroSet任 务完成，扫描器返回它的正常操作。
(图26A系统操作模式Nos.6-10)可以在本发明的照明和成像平台通 过修改以下软件系统而被容易地执行：(1)自动读取任务程序被加进系统 程序库(其中自动读取任务可以是无限循环程序，其中CodeGate任务和 主任务的主要操作是被一起排序先执行自动窄域照明和图像捕捉和处理， 然后执行自动宽域照明和图像捕捉和处理，并在无限循环中重复宽域操 作，直到物体在一个特殊预先设定的时间段不再被检测到；并且(2)修 改图13D所示的在Object_Detect_On事件处理程序中的查询方框 “CodeGate任务或窄域照明任务被激活了吗？”，进一步问是否“自动读 取任务程序被激活”，并且在“是”控制路线上，提供一个启动“自动读 取任务”的方框，然后使控制返回。
本发明的基于成像的条形码符号阅读器中应用的系统软件结构的应 用层内的操作系统层软件模块
包括触发器驱动器的设备驱动软件模块提供用于建立软件与安装在 基于成像的设备上的基于硬件的手动激活的触发开关2C，基于成像的设备 上用于执行图像获取功能的图像获取驱动器，和基于成像的设备上用于执 行物体检测功能的IR驱动器的连接的手段。
如图12I所示，设备驱动软件模块包括：触发器驱动器，其用于建立 软件与安装在本发明的基于成像的条形码符号阅读器中的基于硬件的手 动激活的触发开关2C的连接；图像获取驱动器，其用于实现基于成像的 条形码符号阅读器中的图像获取功能；IR驱动器，其用于实现基于成像的 条形码符号阅读器中的物体检测功能。
本发明的手持式基于数字成像的条形码读取装置的三层软件结构支 持的基本系统操作
图13A至图13L所示为被本发明的基于成像的条形码读取装置的三层 软件结构支持的基本系统操作的说明。明显地，这些基本操作代表了本发 明的系统结构的功能模块(或结构模块)，使用这里公开的图像获取和处 理平台，它们可以被进行各种组合来执行大量的图23列出的，下面将详 细说明的，系统操作的可编程模式。为了说明目的，以及避免引起对本发 明的困惑，这些基本系统操作将在以下参照系统操作第12的可编程模式： 使用多模式条形码读取子系统17的No_Finder模式和手动或自动模式的 半自动触发多试图1D/2D单读取(Semi-Automatic-triggered Multiple-Attempt 1D/2D Single-Read)模式进行说明。
图13A表示当使用者将条形码阅读器指向物体上的条形码符号时系统 的系统核心层执行的基本操作。这些操作包括由IR设备驱动器激活场内 物体的自动检测，和唤醒输入/输出管理器软件模块。如图13B所示，输 入/输出管理器发送SCORE_OBJECT_DETECT_ON事件至事件分配器软件模块 响应检测到物体的事件。然后如图13C所示，事件分配器软件模块递送 SCORE_OBJECT_DETECT_ON事件至应用层。
在应用层收到SCORE_OBJECT_DETECT_ON事件后，应用事件管理器执 行事件处理程序(如图13D所示)，其激活窄域(线性)照明阵列27(也 就是在窄域照明和图像捕捉模式期间)，然后取决于是否演示模式已经被 选择和系统设置期间是否CodeGate任务或窄域照明模式被激活，这个事 件处理程序执行图13J所示的主任务、图13E所示的CodeGate任务、或 图13M所示的窄域照明任务中的一个。如图13D的流程图所示，系统事件 处理程序先判断是否演示模式已经被选择(也就是被激活)，然后事件处 理程序判断CodeGate任务或窄域照明程序是否被激活(用主任务)。如果 CodeGate任务被激活，应用层启动CodeGate任务。如果窄域照明任务被 激活，应用层启动窄域照明任务，如所示。
如图13E所示，应用层通过先激活多模式图像形成和检测子系统13 中的窄域图像捕捉模式来执行代码门任务(也就是通过激活CMOS传感阵 列22的一些中间像素行)，然后获取/捕捉位于条形码阅读器的视场中心 的窄图像。CodeGate任务使用被选择的可编程的系统操作模式第12激活 无探测器模块在捕捉的窄域图像上执行图像处理操作。如果图像处理方法 的结果是条形码符号读取成功，则CodeGate任务将被解码的符号字符数 据保存于CodeGate数据缓存器中；而如果不成功，任务清除CodeGate 数据缓存器，然后返回任务主方框重新进行图像获取。
如图13F所示，当CodeGate任务正在执行时，使用者拉动了条形码 阅读器上的触发开关2C，OS层的触发开关驱动器自动唤醒系统核心层的 输入/输出管理器。如图13G所示，输入/输出管理器发送 SCORE_TRIGGER_ON事件至也在系统核心层的事件分配器以响应被触发开 关驱动器的唤醒。如图13H所示，事件分配器递送SCORE_TRIGGER_ON事 件至应用层的应用事件管理器。如图13I1和图13I2所示，应用事件管理 器通过启动在系统核心层的任务管理器中的处理程序(事件触发器)对 SCORE_TRIGGER_ON事件进行响应。
如图13I1和图13I2中的流程图所示，程序判断演示模式(也就是可 编程的系统操作模式的第10)是否已经被激活，如果是，程序退出。如果 程序判断演示模式(也就是可编程的系统操作模式的第10)未被激活，它 再判断CodeGate任务是否在运行，如果在运行，它先取消CodeGate任务， 然后使与多模式照明子系统14结合的窄域照明阵列27失活，继而执行主 任务。可是如果程序判断CodeGate任务未在运行，它判断窄域照明任务 是否在运行，如果未运行，那么主任务被启动。可是，如果窄域照明任务 在运行，那么程序增强窄域照明光束至全功率并在系统视场中心获取窄域 图像，然后试图读取捕捉的窄域图像的条形码。如果读取成功，则将解码 (符号字符)数据保存在解码数据缓存器中，窄域照明任务被取消，窄域 照明光束被停止，程序启动主任务，如所示。如果读取不成功，程序清除 解码数据缓存器，窄域照明任务被取消，窄域照明光束被停止，程序启动 主任务，如所示。
如图13M所示，窄域任务程序是无限循环程序，它只是以递归方式保 持窄域照明光束被产生和指向系统的视场的中心(例如通常只需要在运行 CodeGate任务期间产生的全功率窄域照明光束的一般或更少的功率)。
如图13J所示，应用层执行的主任务中的第一步是判断CodeGate数 据目前是否可用(也就是存储在解码数据缓存器中)，如果这些数据可用， 主任务直接执行图13K所示的数据输出程序。可是，如果主任务判断没有 数据可用，它启动读取超时计时器，然后在读取超时计时器允许的时间内 获取被检测物体的宽域图像。明显地，这个宽域图像获取过程包括执行以 下操作，即：(i)首先激活多模式照明子系统14中的宽域照明模式和CMOS 图像形成和检测模块中的宽域捕捉模式；(ii)判断物体是否位于视场的 近场或远场部分(通过基于IR的物体存在和范围检测子系统12进行物体 范围测量)；和(iii)然后通过使用近场照明阵列28或远场照明阵列29 之一(或在特殊程序情况下两者都用)激活近或远场宽域照明阵列以照明 在视场近或远场之一的部分的物体，用由自动曝光测量和照明控制子系统 15决定的亮度和持续时间；并且(iv)按照前面说明的本发明的整体曝光 控制方法检测成像于CMOS图像传感阵列22的图像的空间的光强。然后主 任务用手动、特定ROI或自动操作模式对捕捉的图像执行图像处理操作(虽 然可以理解，本发明的其它的基于图像处理的读取方法，例如自动的或全 扫描(还有其它合适的这里未公开的解码算法/程序)，可以被使用，但其 取决于终端用户选择本发明的基于成像的条形码符号阅读器的哪个系统 操作可编程模式。明显地，如图13J所示的实施例中，每个图像获取/处 理帧的持续时间是由所示的开始读取超时计时器和停止读取超时计时器 块设定的，并且在系统操作可编程模式的第12中，主任务将支持重复(也 就是多次)试图读取单个条形码符号只要触发开关2C被操作员手动压下 而单个条形码还未被读取。当成功地读取一个(单个)条形码符号后，主 任务将执行数据输出程序。明显地，在其它系统操作的可编程模式中，其 激活了试图读取单个条形码符号，主任务将按照能支持这种系统行为被修 改。在这种情况下，一个主任务的替换名字(例如主任务2)被执行以便 在运行时间内激活需要的系统行为。
还应指出的是在这个结合点，在主任务期间可以激活和使用多种不同 类型的符号读取方法，并根据CodeGate任务期间处理的窄域图像，和/或 主任务期间获取/处理其中一幅图像帧或运行周期期间预处理捕捉的宽域 图像而获得的计算结果应用特别的读取方法。这里的基本点是基于图像处 理的条形码读取方法的选择和应用优选是通过有选择地激活在多模式基 于图像处理的条形码符号读取子系统17中可用的不同模式而进行，响应 从捕捉的图像结构中了解表现的图形智能的信息，并且这种动态应按照通 常在先进的图像处理系统中使用的动态适应学习的原则进行，语音理解系 统也一样。这个通用方法与现有技术的基于成像的条形码符号阅读器明显 不同，它们采用的条形码读取方法是由用户从基于静态定义模式的预先选 定的方法中选择，并不能响应从实时捕捉的图像中发现的检测情况。
如图13K所示，主任务中调用的数据输出程序执行的第一步包括判断 由主任务产生的符号字符数据是否是用于条形码阅读器的编程。如果数据 不是用于条形码阅读器的编程，则数据输出程序按照条形码阅读器系统的 配置发出数据，然后对操作人员产生有关的视觉和音频指示，然后退出程 序。如果数据是用于条形码符号阅读器的编程，则数据输出程序设定适当 的条形码阅读器设置(文件)结构的元素并将条形码阅读器配置参数保存 在非变化RAM(例如NOVRAM)。数据输出程序重新配置条形码符号阅读器， 然后对操作人员产生有关的视觉和音频指示，然后退出程序。如图13L所 示，解码数据被从系统核心层的输入/输出模块发送至系统的Linux OS层 的设备驱动器中。
主任务系统控制程序期间的宽域照明控制方法使得用宽域照明照明 物体在某种意义上充分降低了条形码符号阅读器的CMOS图像传感阵列 的镜面类型反射
参考图13N1至图13N3，按照本发明的没有镜面反射的照明物体方法 将被详细说明。这个控制程序可以在主任务程序中获取宽域图像的步骤期 间被调用，如图13J所示。
如图13N1的步骤A所示，照明控制方法的第一步包括使用自动曝光 测量和照明控制子系统15测量在条形码符号读取系统中开始每次照明和 成像周期之前的CMOS图像传感阵列22曝露的周围光级。
如步骤B所示，照明控制方法包括使用自动的基于IR的物体存在 和范围检测子系统12测量物体在系统的视场(FOV)的近或远场部分的存 在和范围。
如步骤C所示，照明控制方法包括使用检测的范围和测量的曝光级 来驱动与近场宽域照明阵列28或远场宽域照明阵列29中的一个结合的上 和下LED照明子阵列。
如步骤D所示，照明控制方法包括使用步骤C中产生的照明场来捕捉 在CMOS图像传感阵列22上的宽域图像。
如步骤E所示，照明控制方法包括迅速处理步骤D中捕捉的宽域图像 以检测在被捕捉的宽域图像中的高空间亮度级的发生，其反映出镜面反射 条件。
如步骤F所示，照明控制方法包括判断是否在处理后的宽域图像中检 测到镜面反射条件，如果有则只驱动与近场或远场宽域照明阵列之一结合 的上LED照明子阵列。如果在处理后的宽域图像是没有检测到镜面反射条 件，则检测的范围和测量的曝光级被用于驱动与近场或远场宽域照明阵列 之一结合的上和下LED照明子阵列。
如步骤G所示，照明控制方法包括使用步骤F产生的照明场捕捉CMOS 图像传感阵列22上的宽域图像。
如步骤H所示，照明控制方法包括迅速处理步骤G中捕捉的宽域图像 以检测在被捕捉的宽域图像中的高空间亮度级的发生，其反映出镜面反射 条件。
如步骤I所示，照明控制方法包括判断是否在处理后的宽域图像中检 测到镜面反射条件，如果有则驱动与近场或远场宽域照明阵列之一结合的 其它LED照明子阵列。如果在处理后的宽域图像中没有检测到镜面反射条 件，则检测的范围和测量的曝光级被用于驱动与近场宽域照明阵列28或 远场宽域照明阵列29之一结合的相同的LED照明子阵列(同步骤C)。
如步骤J所示，照明控制方法包括使用步骤I产生的照明场捕捉在 CMOS图像传感阵列上的宽域图像。
如步骤K所示，照明控制方法包括使用迅速处理步骤J中捕捉的宽域 图像以检测在被捕捉的宽域图像中的高空间强度级的缺失，确认以前检测 的镜面反射条件的消除。
如步骤L所示，照明控制方法包括判断是否在步骤K中处理的宽域图 像中检测不到镜面反射条件，如果没有则使用为多模式图像处理条形码读 取子系统17选择的模式处理宽域图像。如果在处理的宽域图像中还能检 测到镜面反射条件，那么控制程序返回步骤A重复步骤A到K，如以上所 述。
本发明的手持式基于数字成像的条形码读取装置中应用的由多模式 条形码符号读取子系统支持的符号和模式说明
图14列出了本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置中 应用的由多模式条形码符号读取子系统17支持的各种条形码符号。如所 示，这些条形码符号包括：Code 128；Code 39；I2of5；Code 93；Codabar； UPC/EAN；Telepen；UK-Plessey；Trioptic；Matrix2of5；Ariline2of5； Straight2of5；MSI-Plessey；Codell和PDF417。
本发明的多模式条形码符号读取子系统的各种操作模式的说明
如图15所示，本说明的实施例中的多模式基于图像处理的条形码符 号读取子系统17支持五种主要的操作模式，即：自动操作模式；手动操 作模式；特定ROI操作模式；无探测器操作模式；和全扫描操作模式。这 里将详细说明，这些操作模式的不同组合可以被用于本发明的基于图像处 理的条形码读取过程的生命周期。
图16是示范性的流程图表示了在设置和清除名为“多模式基于图像 处理的条形码符号读取子系统17”的软件子应用中包括的步骤，从下列的 某一处调用(i)图13E中描述的命名为“在捕捉的窄域图像中读取条形码” 的块上的CodeGate任务软件模块(ii)图13J中描述的命名为“在捕捉的 宽域图像中读取条形码”的块上的主任务软件模块。
多模式条形码符号读取子系统的自动模式
在这个自动操作模式中，多模式条形码符号读取子系统17被配置为 在完成缓存之前自动开始处理捕捉的数字图像数据帧，搜索一个或更多以 递增方式表现的条形码，并继续搜索直至整个图像被处理。
当事先没有图像表现的位置、或方位、或条形码数量的信息可用时， 这种基于成像的处理使条形码定位和读取成为可能。在这个操作模式中， 多模式条形码符号读取子系统17开始从左上角处理图像并继续直到达到 右下角，读取任何遇到的潜在的条形码。
多模式条形码符号读取子系统的手动模式
在手动操作模式中，多模式条形码符号读取子系统17被配置为自动 地处理捕捉的数字图像数据帧，从使用者可能用条形码阅读器对准的图像 的中心或点开始，搜索(也就是找到)至少一个出现的条形码符号。与自 动模式不同，这是通过螺旋状方式搜索提取的图像特征数据的帧或块而完 成的，然后标出提取的图像特征数据的帧或块并对相应的原数字图像数据 进行图像处理直到在捕捉的图像数据帧中识别到/读取到条形码符号。
当事先知道图像中可以出现的最多数量的条形码及当主要的条形码 的部分具有高概率的靠近图像中心的空间位置时，这种模式的图像处理使 条形码定位和读取成为可能。多模式条形码符号读取子系统17从中心开 始处理图像，并沿着矩形条逐步从中心继续直到整个图像都被处理或设定 的最大数量的条形码已被读取。
多模式条形码符号读取子系统的特定ROI模式
在特定ROI操作模式中，多模式条形码符号读取子系统17被配置为 自动地处理捕捉的数字图像数据帧，从被捕捉的图像的兴趣区(ROI)开 始，该区域由在多模式条形码符号读取子系统17中的前个操作模式获得 的坐标指定。与手动模式不同，这是通过分析接收到的特定ROI坐标来完 成的，该坐标来自以前的无探测器操作模式、自动操作模式、或全扫描操 作模式之一，然后立即开始处理图像特征数据，并且对相应的原数字图像 数据进行处理直到在捕捉的图像数据帧中识别到/读取到条形码符号。这 样，典型地，特定ROI模式被用于与多模式条形码符号读取子系统17的 其它模式联合。
当事先知道图像中可以出现的最多数量的条形码及当主要的条形码 的部分具有高概率的空间位置靠近图像中指定的ROI时，这种模式的图像 处理使条形码定位和读取成为可能。多模式条形码符号读取子系统从这些 最初指定的图像坐标开始处理图像，并逐步从特定ROI区域以螺旋状的方 式继续直到整个图像都被处理或设定的最大数量的条形码已被读取。
多模式条形码符号读取子系统的无探测器模式
在无探测器操作模式中，多模式条形码符号读取子系统17被配置为 自动地处理捕捉的数字图像数据窄域(线性)帧，不使用在自动、手动和 特定ROI模式使用的特征提取和标记，只读取其中出现的一个或多个条形 码符号。
当事先知道图像至多包含一个(一维)条形码符号，该符号的部分具 有空间位置靠近图像中心的高可能性并且已知条形码将在相对于水平轴 零度方向时，这个模式使条形码读取成为可能。明显地，这是当条形码阅 读器被用于手持操作模式的典型情况，其中条形码符号阅读器被手动指向 将被读取的条形码符号。在这个模式中，多模式条形码符号读取子系统17 从图像中心开始，跳过所有的条形码定位步骤，并过滤相对水平轴零(0) 度和180度的图像。使用通过上述过滤步骤产生的“条和空数”数据，它 读取潜在的条形码符号。
多模式条形码符号读取子系统的全扫描模式
在全扫描操作模式中，多模式条形码符号读取子系统17被配置为沿 着任意一个或多个预先确定的虚拟扫描线方向自动地处理捕捉的数字图 像数据帧，而无在自动、手动和特定ROI模式中使用的特征提取和标记， 读取在处理的图像中出现的单个条形码符号。
当事先知道图像至多包含一个(一维)条形码符号，该符号的部分具 有在空间位置靠近图像中心但是可能是任何方向的高可能性时，这个模式 使条形码读取成为可能。多模式条形码符号读取子系统17从图像中心开 始，跳过所有的条形码定位步骤，并在不同的起始像素位置和不同扫描角 度过滤图像。使用通过上述过滤步骤产生的条和空数数据，全扫描模式读 取潜在的条形码符号。
本发明的多模式条形码符号读取子系统在其自动操作模式期间工作 的说明
如图17A所示，由多模式条形码符号读取子系统在它的自动操作模式 期间执行的图像处理方法，包括以下主要操作步骤，即：(1)处理的第一 阶段包括通过处理捕捉的高分辨率图像数据的帧的低分辨率图像来搜索 (即发现)兴趣区，将低分辨率图像分成N×N块，使用基于空间导数的图 像处理技术对每块生成一特征向量(Fv)，通过检查高调制区域的特征向 量来标记ROI；(2)处理的第二阶段包括计算条形码方向，和将条形码的 四个角标记为ROI；(3)处理的第三阶段包括通过遍历条形码图像数据读 取ROI内的任何条形码符号，更新特征向量，检查过滤图像数据的零相交， 建立条空图样以及使用传统的解码算法来对条空间图样进行解码。
如以下将要说明的，这三个在自动操作模式下图像处理步骤中包括的 阶段可以被再分为四个主要处理块(也就是模块)，即：跟踪器模块100、 发现器模块101、标记器模块102和解码器模块103，它们如图2A2所示 并在以下详细说明。当多模式条形码符号读取子系统17的自动模式被调 用时，这四个处理块(也就是模块)被执行，顺序地，和可选递增地，以便 整个图像的矩形子区域经调用可以被处理。
多模式条形码符号读取子系统在其自动操作模式期间基于成像的处 理的第一阶段
在自动操作模式期间，多模式条形码符号读取子系统的处理的第一阶 段包括：(i)如图18A所示，通过处理捕捉的高分辨率图像数据的帧的低 分辨率图像来搜索(也就是发现)兴趣区(ROIs)；(ii)如图18B所示， 将包装标签上的低分辨率图像分成N×N块；(iii)如图18C所示，使用从 低分辨率图像捕捉的梯度向量、边缘密度测量、平行边缘向量数、边缘的 质心、亮度方差和亮度柱状图为每个低分辨率图像数据的块产生特征向量 (Fv)；(iv)如图18D所示，通过高调制、高边缘密度、大量平行边缘向 量和大的亮度方差(使用基于空间导数的图像处理技术)的检测来检查用 于平行线的区域的特征向量；并且(v)标记ROI。一般而言，这个阶段 的处理在所有的全数字图像数据帧的所有线被缓存在存储器之前开始，并 且典型地在读取过程可以开始前，只需要将一个给定(第一)特征块的行 数缓存于存储器。
跟踪器模块的详细说明
如图17B方框A、B、C、C1和XX所示，跟踪器模块100最先启动时 重新设置发现器模块101、标记器模块102和解码器模块103的子元件至 它们的初始状态(如方框A)；它重新设置特征向量Fv(在方框D)和兴趣 区(ROI)数。所有后面的执行设定三个方框中的每个的最大处理行数为 图像的当前的y元。跟踪器模块启动了可选择的返回函数(Pause Checker) 以帮助多模式条形码符号读取子系统17的异常中断或暂停或者在出错时 改变参数。
发现器模块的详细说明
如图17B方框D至Y所示，发现器模块101(处理模块)将图像再分 成N×N块，每个块都有相关的特征向量阵列(Fv)元素。一个Fv元素包 含能识别在图像块中平行线出现的强可能性的一组数字。如方框D至Y所 示，发现器模块101在较低的空间分辨率时处理图像；它处理每个被选择 的行中的每个第n行和每个第n个像素，从而对原始图像每隔n采样执行 计算。对每个被选择的行计算：
其中I(x，y)等于像素位置(x，y)的灰度值
Nx等于补充的(子)图像的x元
如果超过可编程的“背景阈值”，图像行y被定义为前景行并进一 步被发现器模块处理。如果一个像素的灰度值在某一阈值以下则该像素被 定义为背景像素。发现器模块从前景行的最左边像素开始向右遍历，在方 框G中，发现第一像素其强度(灰度值)超过可编程的背景阈值，标记该 像素为线的左边界(xl)。在方框H中，发现器模块从前景行的最右边像素 开始向左遍历，使用同样的方法确定右边界(xr)。在方框I中，对前景行 y发现器模块在方框I中计算：
I1(x，y)＝|I(x+1，y)-I(x-1，y)|+|I(x，y+1)-I(x，y-1)|，其中 xl≤x≤xr...........(2)
如果I1(x，y)超过方框J中的阈值，发现器模块将像素(x，y)标记为 边缘元素或边缘。
为了找到对应于边界(x，y)的边缘向量的方向和大小，发现器模块 在方框K中计算：
其中系数由算子给出：
在方框M中，发现器模块更新边缘元素(x，y)所属的Fv块：
边缘强度：
其中＝边缘元素j的边缘强度，和
n＝在Fv块i的边缘元素数目
边缘方向： 其中
边缘的质心： ………………………………… (9)
其中(xj，yj)是边缘元素的坐标
累积的柱状图： 其中
在方框N，发现器模块仔细检查当前图像部分的所有行并用上面提到 的特征填充Fv阵列。在方框0至U，发现器模块检查所有被处理的行。
在方框V，发现器模块接着检查每个在Fv块中出现几率极大的平行行 的Fv阵列元素。在方框W，当边缘元素数超过阈值、至少一个边缘元素方 向阵列超过阈值时，引起注意的Fv被宣布为兴趣区(ROI)的部分，并且
m-n>C，其中
C＝对比度-阈值....................................(11)
α∈(0，1)
N等于对应于特征向量阵列Fv的图像块中的总像素数
明显地，在方框C、E和T中，发现器模块启动暂停选取回调函数使 扫描应用进行控制。
多模式条形码符号读取子系统在其自动操作模式期间的基于成像的 处理的第二阶段
在自动操作模式期间，多模式条形码符号读取子系统17处理的第二 个阶段包括：(ii)通过分析平行线的特征向量计算条形码方向，和(ii) 根据x，y坐标将条形码的四角标记为ROI。
图18E和图18F说明了多模式条形码符号读取子系统17在其自动操 作模式期间内的处理的第二标记阶段，计算条形码方向，其中在每个特征 向量块中，表示条形码的扫描线数据被从不同角度来回移动(即切片)， 切片基于“最小均方差”彼此进行匹配，并且正确的方向被确定为通过条 形码的每片都匹配最小均方差的那个角度。
图18G说明了在多模式条形码符号读取子系统17自动操作模式期间 处理的第二标记阶段中，标记检测的条形码符号的四角。在这个处理阶段， 这样的标记操作是在包的整个的高分辨率图像上完成的，条形码被从块的 中心向任何一个方向被来回移动，调制范围通过亮度方差被检测，条形码 四角的x，y坐标(像素)通过从1和2开始向与条形码方向垂直的方向移 动而被检测到，这样就通过检测到的在高分辨率图像的条形码符号的四角 最终定义ROI。
标记器模块的详细说明
在图2A2所示的多模式条形码符号读取子系统17中，标记器模块在 图17B的方框Z至方框KK表示，它从发现器模块接到和检查每个ROI以 判断ROI的完全的范围。发现器模块检查ROI质心的位置并将其与存储器 中累积的图像的行数比较。
其中等于ROIi的质心的y坐标
L等于多模式条形码符号读取子系统中显示的任何条形码的最大长度 (像素)
Ny等于累积的图像的y元
如果不等式(12)成立，那么标记器模块延迟计算这个ROI直到图像y 元使不等式不成立。当标记器模块继续处理ROI，它首先判断可能是条形 码的一部分的平行线的方向，通过以下计算：
...........................................................................(13)
产生最小E(β)的角度θ，是被假定与平行线角度的实际方向大致接近。
计算平行线的正确方向后，标记器模块通过逐个沿着线方向和180度 方向来回移动(即扫描)图像从而计算在ROI附近的平行线的最窄和最宽 的宽度(例如使用N×N像素的光点窗口，(例如其中1
标记器模块用最窄和最宽元素的宽度来确定对任何条形码符号允许 的与最小无噪音区近似的像素数。然后它又用等式(14)遍历图像和计算：
其中mi等于从像素i开始的n个像素的平均值
vl等于从像素I开始的n个像素的方差
如果IVi比阈值小，那么标记器模块假定平行线组以像素i结束(类似 θ+180方向)。从像素i开始用(15)和N×N(例如其中1
标记器模块也经常启动暂停选择器以使条形码读取应用(运行中)接 管控制。
多模式条形码符号读取子系统在其自动操作模式期间内基于成像的 处理的第三阶段
处理的第三个阶段包括通过来回移动条形码读取ROI内显示的任何条 形码和更新特征向量，检查过滤的图像的零相交，创建条空图样，以及对 条空图样进行解码。
图18H所示为操作在其自动模式下的多模式条形码符号读取子系统处 理的第三个阶段期间，升级特征向量。在这个处理阶段，特征向量Fv的 柱状图成分在来回移动条形码符号时被更新(使用N×N像素的光点窗口 (例如其中1
图18J是说明在其操作的自动模式下的多模式条形码符号读取子系统 处理的第三个阶段期间，创建条空图样。在该处理阶段中，边缘转换被模 拟为一个斜坡函数，边缘转换被假设为1像素宽，边缘转换位置被确定在 子像素级，并且使用边缘转换数据来收集条和空的数量；
图18K是说明操作在其自动模式下的多模式条形码符号读取子系统处 理的第三阶段期间，生成解码条空图样。在该操作模式中，条和空数据有 边界构成，并且使用存在的激光扫描条形码解码算法来解码条和空数据。
解码器模块的详细说明
如图17B的方框LL至AAA所示，解码器模块从标记器模块接收和检 查每个以前由标记器模块定义的ROI。对每个ROI，解码器模块使用四边 范围坐标{x，y}计算可能的条形码较长(较高)端(接近可能的安静区)。 解码模块计算可能扫描线的最大数为：
其中D等于较长端的长度，n等于每条扫描线的像素偏移量。
明显地，参数n(也就是每条扫描线的像素偏移量)表示解码器模块沿 它的有效扫描方向(平行于以前的有效扫描方向)移动多远和在每个图像 处理周期处理图像。由于任何捕捉的图像将被一定程度的噪音破坏(并当 条形码不能被解码时当然更大级)，解码器模块需要在扫描数据线上执行 它的下个处理周期，该扫描数据线位于离以前的导致解码不成功的扫描数 据线尽可能远，但同时，解码器模块应该使用很多条形码符号提供的固有 的噪声免疫特征。这样，按照本发明，如大多数现有技术系统，每条扫描 线的像素偏移量变量n不是任意选择的，而是通过仔细地(i)决定在考 虑中的ROI的最大像素高度(长度)，和(ii)将这个ROI的最大像素高 度分为许多与ROI的最大像素高度成比例的像素偏移距离来确定的。在优 选实施例中，ROI可以被分成的扫描线的数量或序列用于后面的图像处理 周期，因此定义每条扫描线的像素偏移量，通过公式说明： f(m，n)＝(2m-1)/2n-1，其中n＝1，2....N并且1
其中
0.776 0.000 -0.776
wi＝1.000 0.000 -1.000
0.776 0.000 -0.776..........0<θ≤22
1.000 0.776 0.000
wi＝0.776 0.000 -0.776
0.000 -0.776 -1.000 0<θ≤68
0.776 1.000 0.776
wi=0.000 0.000 0.000
-0.776 -1.000 -0.776 0<θ≤113
0.000 0.776 1.000
wi＝-0.776 0.000 0.776
-1.000 -0.776 0.000 0<θ≤158
-0.776 0.000 0.776
wi＝-1.000 0.000 1.000
-0.776 0.000 0.776.........158<θ<180.......................(19)
并且(xj，yj)与方程(15)有关。
解码器模块检查的零相交，并且如果
并且
并且 ...............(20)
其中T=最小导数量值阀值，于是解码器模块推断出“空至条转换” 出现。
如果：
并且
并且 ............................................................(21)
那么，解码器模块推断出“条至空转换”出现。
解码器模块在相邻条/空转换的像素位置感受到区别，并将其增加到 条-空/空-条转换(使用的内插的中点，以确定潜在条形码的各个元 素的宽度。该方法与标记模块使用的计算最窄和最宽的平行线宽度的方法 相同。
计算出各条扫描线的“条空计数一码线m”数据后，解码器模块调用 基于成像的条形码符号阅读器内支持的不同的(能够分离的)符号-解码 器，如图18K所示。每个符号解码器，无论一维或某种二维符号(类似 PDF417)，在试图解码潜在的条形码符号之前检测条和空正确数目以及正 确的开始/停止图样。
如果解码器模块使用当前的“扫描线数据”解码，则其跳过所有其他 的扫描线。如果解码器模块检测到堆栈符号，则其继续收集更多的扫描线 的数据。如果解码失败，则解码器模块渐进地调整扫描线角度(条形码- 方向角度)，并重复该过程。在收集扫描线数据的过程中，解码器模块还 使来自一条扫描线的条和空数据与相邻扫描线的条和空数据相互关联，以 便读取损坏的或者显示差的条形码。对于由解码器模块解码的每一条形 码，回调函数被调用以保存解码的结果。解码器模块频繁地调用暂停检测 器回调函数以使扫描应用得以控制。
在其自动模式中，多模式条形码符号读取装置子系统17对整个图像 以及随意地用于进一步可获得的图像重复整个过程。
本发明的多模式条形码符号读取装置子系统在其操作的手动模式期 间操作的说明
图19A表明多模式条形码符号读取子系统在其操作的手动模式中执行 的过程中所包含的步骤。在该操作的手动模式下，处理的第一个阶段包括 通过处理被捕捉高分辨率图像数据的帧的低分辨率图像搜寻并找到兴趣 区(ROIs)，将低分辨率图像分成N×N块，并使用基于空间导数的图像处 理技术为中间块生成一个特征向量。接着处理的第二个阶段包括通过检查 高调制的区域的特征向量标识ROI和返回到第一阶段为围绕中间块的其他 块来创建特征向量(以螺旋的方式)，计算条形码方向并且将条形码的四 个角标记为ROI；以及(3)处理的第三个阶段包括通过来回移动条形码和 更新特征向量来读取在ROI内出现的任何条形码符号，检查过滤图像的零 相交，产生条空图样，以及对条空图样进行解码。
与自动模式相似，在操作的手动模式的图像处理的这三个(3)阶段 能够被再次分成四个主要的处理块(即模块)，也就是：跟踪器模块、发 现器模块、标记器模块和解码器模块，这些已经在前面作了详细地描述。 当多模式条形码符号读取子系统17的手动模式被调用时，这四个处理块 (即模块)被相继和随意增加地执行，以便每次调用时整个图像的矩形子 区域能够被处理。
图19B表明在多模式条形码符号读取装置子系统17在其操作的手动 模式期间执行的解码过程中的包括的步骤。如块A所示，应用层中的主任 务或CodeGate任务调用跟踪器模块去找到所捕捉图像数据的中心块的中 心坐标，对其而言中心特征向量将是关联的。该图像数据的中心块将与沿 着由基于成像的条形码符号阅读器捕捉的图像帧的中心部分形成的图像 像素相关联。该步骤包括跟踪器模块将发现器模块、标记器模块和解码器 模块子元件重新设置为他们初始的状态；其重新设置特征向量阵列和多个 兴趣区(ROI)。虽然在图19B的流程图中没有显示，但是跟踪器模块在控 制流程内的各个位置调用可选择的回调函数(暂停功能)以推动中断或暂 停多模式条形码符号读取装置子系统17或改变不工作的参数。
如图19B中的块B所示，发现器模块被调用并将图像再分成N×N块， 每个块都有相关的特征向量(Fv)阵列元素。一个Fv元素包含能识别在 图像块中平行线出现的强可能性的一组数字。如上述所描述的，发现器模 块以较低的空间分辨率处理图像；它处理每个被选择的行中的每个第n行 和每个第n个像素，从而对原始图像每隔n采样执行计算。对每个被选择 的行计算。对于块C，子系统17确定是否找到了ROI(限制全部条形码符 号)，并且如果找到了，则调用标记器模块。那么对于块E，子系统17确 定ROI是否已由标记器模块标记，如果标记了，则调用解码器模块并处理 ROI。如果在处于块G的ROI内条形码符号被读取，则对于块H，子系统 17确定是否解码循环的实际数目等于所需的解码循环的数目。如果相等， 则子系统17的操作的手动模式停止，流程返回到应用层。
如果对于图19B中的块C，子系统17确定没有找到ROI，那么子系统 进入块I。如果子系统确定没有检查所有的特征向量，那么子系统沿着通 过图像像素数据集的螺旋路径的轨迹进入到块J，该块J推动中心特征向 量的下一个特征向量柜的分析。接着，对于块B，子系统再次调用发现器 模块以对其上的下一个特征向量进行操作。
如果对于块G，子系统确定解码器模块没有成功的解码ROI中的条形 码符号，则其向前到块I并确定是否没有检查所有的特征向量。
子系统17在由图19B的流程图指定的操作模式中操作，直到在ROI 内读取到单个的条形码符号。发现器模块的每个例子包括对另外像素数据 块的分析(对应于另一特征向量)以努力找到包含可在块C中找到并可在 块G中成功地解码的条形码符号的ROI。像素数据块的顺序分析关于中心 起始点遵循图19B的块A确定的螺旋图样。明显地，在操作的手动模式期 间，子系统利用描述的与上述操作的自动模式有关的图像处理技术。
相对于操作的自动模式来说，操作的手动模式的主要优点在于：当使 用者将条形码阅读器指向将要读取的条形码符号时，在操作的手动模式下 条形码符号阅读器更可能获取图像并处理包含条形码符号的ROI内的像素 数据，与自动模式比较，手动模式是非常快的方式，特别是所述手动模式 实质扫描和处理整个捕捉的图像，其从所捕捉图像数据的大多数块的左上 部开始，并确保手持条形码读取应用的快速响应时间。
本发明的多模式条形码符号读取子系统在其操作的无探测器模式期 间操作的说明
图20A表明由多模式条形码符号读取子系统17在其操作的无探测器 模式期间执行的图像处理中实质包括的图像处理的单独的阶段，不象操作 的自动、手动和特定ROI模式。在该无探测器模式期间，子系统17不使 用跟踪器模式、发现器模式或标记器模式，相反地仅仅调用解码器模块以 (i)直接处理由条形码阅读器捕捉的窄域高分辨率图像，每次扫描数据 的一条线，并从其中心开始，(ii)检查过滤图像的零相交，(iii)从其 中创建条空图样，然后(iv)使用传统的解码算法解码条空图样。如果读 取过程不成功，则子系统17从计算的假设为ROI的恒定最大高度的像素 偏移量n开始遍历所捕捉窄域图像内的扫描数据的另一条线，所述高度认 为是所捕捉窄域图像的像素高度。
图20B表明多模式条形码符号读取子系统17在其操作的无探测器模 式期间执行的图像处理方法中包括的步骤。如图20B中的块A所示，子系 统17首先找到(即计算出)捕捉的窄域图像中的中心像素。然后对于块B， 子系统17调用解码器模块并使用计算的中心像素配置该解码器模块。在 该解码器模块内，子块B1至B8如图20A所示被执行。如块B1所示，解 码器模块从计算的中心点开始水平且向西扫描图像(使用所述N×N像素的 光点窗口(例如其中1
如果在图20A的块B6中，解码器模块没有在正被处理的扫描数据的 当前线内读取条形码，则其进入块B7，在此处其确定是否已经尝试了扫描 数据的所有线。如果扫描数据的所有线条没有被全部尝试，则在块B8中 解码器模块前移至捕捉的窄域图像中的扫描数据的下一条线(即通过偏移 像素数量n)，然后返回到块B1，在该块B1沿着新的扫描线重新开始扫描 和处理(使用所述N×N像素的光点窗口(例如1
图21A表明由多模式条形码符号读取子系统在其操作的全扫描模式期 间执行的图像处理方法实际包括图像处理的单一的阶段，不象操作的自 动、手动和特定ROI模式。在这个全扫描模式期间，解码器模块不使用跟 踪器模块、发现器模块或标记器模块，相反地直接处理由条形码阅读器捕 捉的窄域高分辨率图像，沿着多个虚拟扫描线的空部分(例如50个像素) 遍历由子系统17捕捉的图像数据的整个二维画面。在操作的全扫描模式 期间，解码器模块假定成像的条形码符号以大约1：1的纵横比(例如1” 高×1”宽)存在于捕捉的宽阔区域高分辨率图像的中心。基于这些假设， 子系统17以第一个预定的角度方向(例如0、30、60、90、120或150度) 开始，然后：(i)沿着一组平行空部分(例如50个像素)虚拟扫描线线 条(使用所述N×N像素的光点窗口(例如1
如果在图21A的块G中，解码器模块没有在正被处理的扫描数据的平 行线的当前组内解码条形码，则其进入到块I，在该块I其前移至下一组 平行扫描线(处于起始像素和角度的不同组)，然后返回到块B，在该块B 沿着新的一组平行扫描线重新开始扫描和处理(使用所述N×N像素的光点 窗口(例如1
图22A表明多模式条形码符号读取子系统在其操作的特定ROI模式期 间执行的图像处理方法中包括的步骤。特别地，操作的特定ROI模式与操 作的手动模式相似，除了其用于自动处理先前在操作的不同模式例如，操 作的无探测器模式或操作的全扫描模式时所捕捉图像的处理期间确定的 特定“兴趣区”(ROI)。
如在图22A中所反映的，在这种操作的特定ROI模式期间，处理的第 一阶段包括接收在其他操作模式(例如全扫描模式、自动扫描模式或无探
测器模式—在出现读取失败后)期间获得的兴趣区(ROI)座标{x，y}，然 后再将捕捉的低分辨率图像(自全扫描模式)分成N×N块，并使用从全扫 描、自动或无探测器模块输入的、且在全扫描、自动或无探测器模块期间 收集的特征，用具体例证说明用于特定ROI块的特征向量(可能利用基于 图像处理技术的附加的空间导数)。处理的第二阶段包括通过检查高调制 (关于原始指定的ROI)的区域的特征向量来标识额外的ROI，返回第一 阶段为围绕中间块的其它块来生成特征向量(以螺旋方式)，计算条形码 方向并且将待解码处理的ROI内包含的条形码的四个角进行标识。处理的 第三阶段通过遍历与条形码有关的像素数据和更新特征向量来读取表示 在ROI内的任何条形码符号，检查过滤图像的零相交、产生条空图样，使 用传统的条形码解码算法解码条空图样。
图22B表明多模式条形码符号读取子系统在其操作的特定ROI模式期 间执行的图像处理方法中包含的步骤。如在块A所示，与全扫描和无探测 器模式有关的解码器模块接收将用具体例证说明的初始特征向量的特定 ROI(至少一部分条形码符号可能存在于其中)的{x.y}座标。然后在块B， 发现器模式被调用，并且在块C，发现器模块确定是否找到了ROI(包含 完全的条形码符号)。如果发现器模块确定找到了包含ROI的条形码，则 发现器模块调用标记器模块，于是在块E，标记器模块确定是否包含ROI 的条形码由标记器模块标记。如果是，则调用解码器模块并处理与ROI有 关的高分辨率像素数据。如果在块G中ROI内的条形码符号被读取，则在 块H，解码器模块确定是否解码的实际数目等于解码循环所需的数目(即 由最终用户设置)。如果相等，则操作的手动模式停止，且流程返回到应 用层。
如果在图22B中的块C，发现器模块确定没有找到ROI(包含完全的 条形码)，则发现器模块进入块I。如果发现器模式确定没有检查所有的特 征向量，那么发现器模式沿着通过图像像素数据集的螺旋状路径的轨迹进 入到块J，该块J推动向距离该特定ROI的特征向量最近的下一特征向量 分析。接着，在块B，发现器模块再次调用其自身以对下一个特征向量进 行操作。
如果在块G，解码器模块没有成功地读取ROI中的条形码符号，则其 进入到块I并确定是否所有的特征向量都没有检查。如果是，则解码器模 块终止操作的特定ROI模式。典型地，子系统17在这种操作模式中持续 直到，例如，单个的条形码符号被在标记为包含完全条形码符号的ROI内 读取为止。发现器模块的每个实例都包括另一个块的像素数据(对应于另 一个特征向量)的分析，以努力找到包含完全条形码符号的ROI，其可在 块C中找到并在块G中成功的读取。像素数据块的顺序分析关于中心起始 点遵循图22B的块A确定的螺旋图样。特别地，在操作的手动模式期间， 子系统利用描述的与上述操作的自动模式有关的图像处理技术。
本发明的多模式条形码符号读取子系统在其第一个多读取(全扫描/ 特定ROI)模式期间操作的说明
图23描述了当多模式条形码符号读取子系统17被驱动至其操作的第 一个多读取模式时(例如全扫描/特定ROI)的操作。在此第一个多读取操 作模式中，使用此处讲解的自适应的学习技术，子系统17自适应地处理 和以高速方式读取捕捉的高分辨率图像。
例如，如图23所示，假定多模式图像处理符号解码子系统被配置为 在其第一个多读取操作模式中(全扫描/特定ROI)操作。在这种情况下， 如果在全扫描的操作模式期间，则与PDF417条形码符号有关的编码段在 捕捉的(窄或宽)区域图像的ROI内被检测到，但是其处理是不成功的， 那么多模式条形码符号读取子系统17将自动地(i)进入其上述所描述的 特定ROI操作模式，然后(ii)在全扫描操作模式下，在由特征向量分析 获得的ROI坐标确定的ROI上，立即开始处理捕捉的图像。在说明实施例 中，子系统17中的模式的转换出现在单个的条形码符号读取周期内，并 且包括使用基于图像处理的条形码读取的至少两种不同的模式(即方法) 来处理捕捉图像，其中，潜在地多个不同的条形码符号解码算法典型地应 用于每个解码周期。
相对于操作的手动模式，操作的多读取(全扫描/特定ROI)模式的一 个潜在优点在于多读取模式提供操作的全扫描模式，以初始快速地读取1D 条形码符号，以及随时出现在捕捉图像中的2D条形码符号，并且无论什 么时候只要PDF417符号被检测到，多模式条形码符号读取子系统17就能 够自动地转换(不工作on-the-fly)至其操作的特定ROI模式，以便在该 特定ROI(此处具有出现条形码符号的高可能性)立即处理高分辨率图像 数据。
本发明的多模式条形码符号读取子系统在其第二个多读取(无探测器 /特定ROI)操作模式期间操作的说明
图24表明多模式条形码符号读取子系统17，当其被驱动至其第二个 多读取(全扫描/特定ROI)操作模式时，以便通过应用自适应的学习技术， 自适应地处理和以高速方式读取捕捉的高分辨率图像。
例如，如图24所示，当处理由系统捕捉的宽域图像时，假定多模式 条形码符号读取子系统17被配置为在其第二个多读取操作模式中(无探 测器/特定ROI)操作。在这种情况下，如果在无探测器操作模式期间，则 与PDF417条形码符号有关的编码段在捕捉的宽域图像内被检测到，但是 其处理是不成功的，那么子系统17将自动地(i)进入其上述所描述的特 定ROI操作模式，然后(ii)立即开始处理与在无探测器操作模式期间处 理的宽域图像相对应的y坐标确定的ROI处捕捉的宽域图像。在说明实施 例中，图像处理条形码符号读取子系统17中的模式的转换出现在单个的 条形码符号读取周期内，并且包括使用基于图像处理的条形码读取(即无 探测器模式和特定ROI)的至少两种不同的模式(即方法)来处理单个的 捕捉图像，其中，潜在地多个不同的条形码符号解码算法典型地应用于每 个解码周期。
作为选择地，当处理由系统捕捉的窄域图像和随后的宽域图像时，假 设子系统17被配置为在其“多读取模式”下操作。在这种情况下，如果 在无探测器操作模式期间，则与PDF417条形码符号有关的编码段在捕捉 的窄域图像内被检测到，但是其处理是不成功的，那么子系统17将自动 地(i)进入其上述所描述的特定ROI操作模式，因为宽域图像由系统自 动地捕捉，然后(ii)立即开始处理与在无探测器操作模式期间处理的窄 域图像相对应的y坐标确定的ROI处捕捉的宽域图像。在说明实施例中， 图像处理条形码符号读取子系统17中的模式的转换出现在单个的条形码 符号读取周期内，并且包括使用基于图像处理的条形码读取(即无探测器 模式和特定ROI)的至少两种不同的模式(即方法)来处理两个的捕捉图 像，对于其中每一个，潜在地多个不同的条形码符号解码算法典型地应用 于每个解码周期。
相对于手动操作模式，不考虑其实现方法，“无探测器/特定ROI”多 模式操作的一个潜在优点在于，无探测器模式能够快速地读取随时出现于 条形码符号阅读器中的1D条形码符号，以及无论何时遇到2D(例如 PDF417)符号，条形码符号阅读器能够自动地将其读取方法转换至特定ROI 模式，使用从在无探测器模式期间处理的窄(或宽)域图像收集的特征， 以便立即处理捕捉的宽域图像帧中的特定ROI，此处具有条形码符号出现 的高可能性，并且以高目标方式去处理。
本发明的多模式条形码符号读取子系统在其第三个多读取(无探测器 /全扫描/特定ROI)操作模式期间操作的说明
图25表明当其被驱动至其第三个多读取(无探测器/全扫描/特定 ROI)操作模式时，以便通过应用自适应的学习技术，自适应地处理和读 取在高速方式下捕捉的高分辨率图像的多模式条形码符号读取子系统17。
例如，如图25所示，当处理由系统捕捉的宽域图像时，假设子系统 17被配置为在其“多读取模式”下操作。在这种情况下，如果在无探测器 操作模式期间，则与PDF417条形码符号有关的编码段在捕捉的窄域图像 内被检测到，但是其解码处理是不成功的，那么图像形成和检测子系统(i) 自动地捕捉宽域图像，而子系统17(ii)自动进入其上述所描述的全扫描 操作模式，然后(iii)立即开始对多个平行的空间间隔(例如50个像素) 虚拟扫描线处捕捉的宽域图像进行处理，开始于由在无探测器操作模式期 间处理的窄域图像中确定的编码段的x和/或y座标指定起始像素和起始 角度。接着，如果全扫描模式没有成功读取ROI内的条形码符号，则子系 统17(ii)自动进入其上述所描述的特定ROI操作模式，然后(iii)立 即开始对在与在操作的全向模式期间处理的宽域图像中检测到的编码段 相对应的x，y坐标确定的ROI的捕捉的宽域图像进行处理。在说明实施例 中，子系统17中的模式的转换出现在单个的条形码符号读取周期内，并 且包括使用基于图像处理的条形码读取(例如无探测器模式、全扫描模式 和特定ROI模式)的至少两种不同的模式(即方法)来处理两个的捕捉图 像帧，其中，潜在地多个不同的条形码符号解码算法典型地应用于每个解 码周期。
相对于手动操作模式，不考虑其实现方法，“无探测器/全扫描/特定 ROI”多读取模式操作的一个潜在优点在于，无探测器模式能够快速地获 取随时出现于条形码符号阅读器中的1D条形码符号，以及无论何时遇到 2D符号，条形码符号阅读器能够自动地将其读取方法转换至全扫描模式， 在处理的图像数据上收集特征，并且如果这种解码方法是不成功的，则条 形码阅读器能够自动地将其读取方式转换至特定ROI模式，且使用在全扫 描模式期间收集的特征以立即处理捕捉图像帧中的特定ROI，此处具有出 现条形码符号的高可能性，并且以高目标方式去处理。
本发明的手持式基于数字成像的条形码读取装置内的条形码读取操 作的程序模式
如图26所示，本发明的基于成像的条形码符号阅读器具有至少17个 可编程的系统操作模式，即：系统操作编程模式No.1—手动触发单试图 1D单读取模式，使用多模式的条形码读取子系统的无探测器模式；系统操 作编程模式No.2—手动触发多试图1D单读取模式，使用多模式的条形码 读取子系统的无探测器模式；系统操作编程模式No.3—手动触发单试图 1D/2D单读取模式，使用多模式的条形码读取子系统的无探测器模式和自 动或手动模式；系统操作编程模式No.4—手动触发多试图1D/2D单读取模 式，使用多模式的条形码读取子系统的无探测器模式和自动或手动模式； 系统操作编程模式No.5—手动触发多试图1D/2D多读取模式，使用多模式 的条形码读取子系统的无探测器模式和自动或手动模式；系统操作编程模 式No.6—自动触发单试图1D单读取模式，使用多模式的条形码读取子系 统的无探测器模式；系统操作编程模式No.7—自动触发多试图1D单读取 模式，使用多模式的条形码读取子系统的无探测器模式；系统操作编程模 式No.8—自动触发多试图1D/2D单读取模式，使用多模式的条形码读取子 系统的无探测器模式和手动和/或自动模式；系统操作编程模式No.9—自 动触发多试图1D/2D多读取模式，使用多模式的条形码读取子系统的无探 测器模式和手动和/或自动模式；系统操作编程模式No.10—自动触发多试 图1D/2D单读取模式，使用多模式的条形码读取子系统的手动、自动或全 扫描模式；系统操作编程模式No.11—半自动触发单试图1D/2D单读取模 式，使用多模式的条形码读取子系统的无探测器模式和自动或手动模式； 系统操作编程模式No.12—半自动触发多试图1D/2D单读取模式，使用多 模式的条形码读取子系统的无探测器模式和自动或手动模式；系统操作编 程模式No.13—半自动触发多试图1D/2D多读取模式，使用多模式的条形 码读取子系统的无探测器模式和自动或手动模式；系统操作编程模式 No.14—半自动触发多试图1D/2D多读取模式，使用多模式的条形码读取 子系统的无探测器模式和全扫描模式；系统操作编程模式No.15—连续自 动触发多试图1D/2D多读取模式，使用多模式的条形码读取子系统的自动、 手动或全扫描模式；系统操作编程模式No.16—基于成像的条形码阅读器 操作的诊断模式；和系统操作编程模式No.17—基于成像的条形码阅读器 操作的现场录像模式。
优选地，这些系统操作模式可通过读取一系列来自程序化菜单的条形 码符号而被程序化，该程序化菜单例如，美国专利号6,565,005中描述的 由计量仪器有限公司研发的、并以名称单线条构造程序化 方法( Single Line Configuration Programming Method) 上市的条形码扫描仪程序化技术。
这些程序化的系统操作模式将在下文详细描述。作为选择， 图形用户界面(GUI)可用于检查和改变使用PC的条形码符号阅读器中的 结构参数。可选择地，命令行接口(CLI)也可用于检查和改变条形码符 号阅读器中的结构参数。
这些条形码阅读器操作的程序化模式的每一种都将参照系统的其他 构成部分详细说明，所述系统的其他部分配置在一起实现与本发明的原理 一致的功能。
基于成像的条形码阅读器启动操作的综述
当条形码阅读器引导时，其FPGA以12.5/50/25兆赫兹时钟固件自动 地程序化，并且所有所需装置的驱动程序也自动安装。操作系统的注册也 自动完成于用户“根(root)”，并且用户被自动地指向于根目录 (/root/directory)。对于使用自动物体检测的几乎所有的程序化的系统 操作模式，IR物体检测软件驱动器被自动安装。同样，对于使用窄域照明 模式的所有程序化的系统操作模式，窄域照明软件驱动器被自动安装，以 致脉冲宽度调制器(PWM)被用于驱动窄域基于LED的照明阵列27。为了 启动条形码阅读器操作，操作系统首先调用临时目录(/tmp/directory) (“cd/tmp”)，然后位于根目录的聚焦应用程序被运行，因为根目录位于 快闪只读存储器(Flash ROM)中，故为了保存捕捉的图像，临时目录应 该是转变至主机中的存储图像的当前目录，该临时目录位于随机存储器 (RAM)中。
在手动触发操作模式下本发明的手持式图像处理的条形码符号阅读 器的操作
如图26A中的No.1至No.5所示，本发明的手持式图像处理条形码符 号阅读器可被程序化，以便操作于许多不同系统操作的“手动触发”模式 中的任何一种。然而，在操作的各个手动触发模式期间，图像处理条形码 符号阅读器依照手动触发操作的广义方法控制和调整其子系统构成部分。
特别地，在基于IR的物体检测场内的物体的自动检测之上，基于IR 的物体存在检测子系统自动地发生物体检测事件，并且响应于此，多模式 的基于LED的照明子系统自动地在所述的图像形成和检测子系统的视场内 产生窄带照明的窄域场。
于是，基于通过用户按下手动激活触发器而发生触发事件，下列的操 作均自动执行：
(i)在所述的多模式图像形成和检测子系统的窄域图像捕捉模式期 间，图像捕捉和缓存子系统使用视场内的窄带照明的窄域场自动地捕捉和 缓冲物体的窄域数字图像；和
(ii)图像处理条形码符号读取子系统自动地处理所述1D数字图像， 尝试处理窄域数字图像，以尽可能读取在其中表示的1D条形码符号，并 且当在其中成功地解码1D条形码符号时，自动地产生其中表示的符号字 符数据。
然后，当所述的多模式图像处理条形码符号读取子系统没有成功地读 取窄域数字图像中表示的1D条形码符号时，下列的操作均自动执行：
(i)多模式的基于LED的照明子系统在多模式图像形成和检测子系 统的视场内自动产生一窄带照明的宽域场，
(ii)在图像捕捉和缓存子系统的宽域图像捕捉期间，图像捕捉和缓 存子系统捕捉和缓冲宽域数字图像，以及
(iii)图像处理条形码符号读取子系统处理宽域数字图像，以尽可 能的读取表示在其中的1D或2D条形码符号，并且当成功地解码其中的1D 或2D条形码符号时，自动地产生其中表示的符号字符数据。
系统操作编程模式No.1—使用多模式的条形码读取子系统的无探测 器模式的手动触发单试图1D单读取模式
系统操作编程模式No.1包括如下的系统配置：使基于IR的物体存在 和范围检测子系统12失效；使手动触发激活、多模式照明子系统14内的 窄域照明模式、图像形成和检测子系统13中的窄域图像捕捉模式和多模 式条形码读取子系统17的无探测器模式的使用生效。
在这种系统操作模式期间，当用户拉动触发开关2C时，系统激活多 模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13的窄域 图像捕捉模式和多模式条形码符号读取子系统17的无探测器模式。接着， 条形码阅读器照亮使用窄域照明来照明目标物体，捕捉目标物体的窄域图 像以及启动多模式条形码符号读取子系统17的无探测器模式。然后使用 无探测器模式处理捕捉的图像。如果程序化图像处理的单个循环导致1D 条形码符号的成功读取，则结果的符号字符数据被送到输入/输出子系统 18以由主系统使用。如果程序化图像处理的单个循环没有导致1D条形码 符号的读取成功，则循环终止，所有的子系统被失活，并且条形码阅读器 返回到其模式的休眠操作，等待触发系统使其进入激活操作的下一个事件 (例如手动拉动触发开关2C)。
系统操作编程模式No.2—使用多模式的条形码读取子系统的无探测 器模式的手动触发多试图1D单读取模式
系统操作编程模式No.2包括如下的系统配置：使基于IR的物体存在 和范围检测子系统12失效；使手动触发激活、多模式照明子系统14内的 窄域照明模式、图像形成和检测子系统13中的窄域图像捕捉模式和多模 式条形码符号读取子系统17的无探测器模式的使用生效。
在这种系统操作模式期间，当用户拉动触发开关2C时，系统激活多 模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13的窄域 图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统17的无探测器模式。接着，条 形码阅读器照亮使用窄域照明来照明目标物体，捕捉目标物体的窄域图像 以及启动多模式条形码读取子系统17的无探测器模式。然后使用无探测 器模式处理捕捉的窄域图像。如果程序化图像处理的单个循环导致1D条 形码符号的成功读取，则结果的符号字符数据被送到输入/输出子系统18 以由主系统使用。如果程序化图像处理的循环没有产生成功的读取，则只 要拉动触发开关2C，系统自动地使相继的照明/捕捉/处理的循环生效，然 后直到系统读取目标物体的捕捉图像内的条形码符号为止；从那以后，或 者当用户释放触发开关2C时，条形码符号阅读器返回到其休眠操作模式， 等待触发系统使其进入激活操作的下一个事件。在说明实施例中，默认的 解码超时设置为500微妙，这个时间可简单地通过编程改变。这种默认的 解码超时设置确保了当用户拉动触发开关2C时，基于成像的条形码符号 阅读器每隔500微妙(至多)重新尝试读取，直到其读取成功或触发开关 2C被手动释放为止。
系统操作编程模式No.3—使用多模式的条形码符号读取子系统的无 探测器模式和自动、手动或特定ROI模式的手动触发单试图1D/2D单读取 模式。
系统操作编程模式No.3包括如下的系统配置：使基于IR的物体存在 和范围检测子系统12失效；使手动触发激活、多模式照明子系统14内的 窄域和宽域照明模式、图像形成和检测子系统13中的窄域和宽域图像捕 捉模式和多模式条形码读取子系统17的无探测器模式和手动、特定ROI 和/或自动模式的使用生效。
在这种可编程系统操作模式期间，条形码阅读器处于空闲状态(处于 其休眠模式)，直到用户朝着具有条形码标签的物体对准条形码阅读器， 然后拉动触发器开关2C为止。当该事件发生时，系统激活多模式照明子 系统14内的窄域照明模式(即驱动窄域照明阵列27)、图像形成和检测子 系统13的窄域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统17的无探测器模 式。接着，条形码阅读器使用窄域照明照亮目标物体，捕捉目标物体的窄 域图像以及启动多模式条形码读取子系统17的无探测器模式。然后使用 无探测器模式处理捕捉的窄域图像。如果程序化图像处理的单个循环的结 果是1D条形码符号的成功读取，则作为结果的符号字符数据被送到输入/ 输出子系统18由主系统使用。如果程序化图像处理的循环没有产生成功 的读取，则系统使多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和 检测子系统13的窄域图像捕捉模式、多模式条形码读取子系统17的无探 测器模式不起作用，然后激活多模式照明子系统14内的宽域照明模式、 图像形成和检测子系统13的宽域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系 统17的手动、特定ROI和/或自动模式。接着条形码阅读器使用近场和远 场宽域照明来照亮目标物体、捕捉目标物体的宽域图像以及启动多模式条 形码符号读取子系统17的手动、特定ROI和自动模式。然后使用手动、 特定ROI和自动模式处理捕捉的宽域图像。如果程序化图像处理的单个循 环的结果是1D或2D条形码符号的成功读取，则作为结果的符号字符数据 被送到输入/输出子系统18由主系统使用。如果这种程序化图像处理的循 环没有产生成功的读取，则子系统19使所有子系统不起作用并返回到休 眠模式，等待促使所述子系统进入使其激活的操作模式的事件。
系统操作编程模式No.4—使用多模式的条形码符号读取子系统的无 探测器模式和自动、手动或特定ROI模式的手动触发多试图1D/2D单读取 模式系统操作编程模式No.4包括如下的系统配置：使基于IR的物体检测 子系统12失效；使手动触发激活、多模式照明子系统14内的窄域和宽域 照明模式、图像形成和检测子系统13中的窄域和宽域图像捕捉模式和多 模式条形码读取子系统17的无探测器模式和手动、特定ROI和/或自动模 式的使用生效。在这种系统操作的编程模式期间，当用户拉动触发开关2C 时，系统激活多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检测 子系统13的窄域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统17的无探测器 模式。接着，条形码阅读器照亮使用窄域照明来照明目标物体，捕捉目标 物体的窄域图像以及启动多模式条形码读取子系统17的无探测器模式。 然后使用无探测器模式处理捕捉的窄域图像。如果程序化图像处理的单个 循环导致1D条形码符号的成功读取，则结果的符号字符数据被送到输入/ 输出子系统18以由主系统使用。如果程序化图像处理的循环没有产生成 功的读取，则系统使多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成 和检测子系统13的窄域图像捕捉模式、多模式条形码读取子系统17的无 探测器模式不起作用，然后激活多模式照明子系统14内的宽域照明模式、 图像形成和检测子系统13的宽域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系 统17的手动和/或自动模式。接着条形码阅读器使用近场和远场宽域照明 来照亮目标物体、捕捉目标物体的宽域图像以及启动多模式条形码符号读 取子系统17的手动(或自动)模式。然后使用条形码符号读取的手动模 式处理捕捉的宽域图像。如果程序化图像处理的单个循环的结果是1D或 2D条形码符号的成功读取，则作为结果的符号字符数据被送到输入/输出 子系统18由主系统使用。如果这种程序化图像处理的循环没有产生成功 单1D或2D条形码符号的读取，则只要触发开关2C拉动，子系统19系统 就自动地使相继的照明/捕捉/处理的循环生效，直到系统读取目标物体的 捕捉图像内的条形码符号为止；从那以后，或者当用户释放触发开关2C 时，条形码符号阅读器返回到其休眠操作模式，并等待触发系统使其进入 激活操作的下一个事件。在说明实施例中，默认的解码超时设置为500微 妙，这个时间可简单地通过编程改变。这种默认的解码超时设置确保了当 用户拉动触发开关2C时，基于成像的条形码符号阅读器每隔500微妙(至 多)重新尝试读取，直到其读取成功或触发开关2C被手动释放为止。
系统操作编程模式No.5—使用多模式的条形码符号读取子系统的无 探测器模式和自动、手动或特定ROI模式的手动触发多试图1D/2D多读 取模式
系统操作编程模式No.5包括如下的系统配置：使基于IR的物体存在 和范围检测子系统12失效；使手动触发激活、多模式照明子系统14内的 窄域和宽域照明模式、图像形成和检测子系统13中的窄域和宽域图像捕 捉模式和多模式条形码读取子系统17的无探测器模式和手动、特定ROI 和/或自动模式的使用生效。
在这种系统操作的编程模式期间，当用户拉动触发开关2C时，系统 激活多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13 的窄域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统的无探测器模式。接着， 条形码阅读器使用窄域照明来照明目标物体，捕捉目标物体的窄域图像以 及启动多模式条形码读取子系统的无探测器模式。然后使用无探测器模式 处理捕捉的窄域图像。如果程序化处理的单个循环导致1D条形码符号的 成功解码，则作为结果的符号字符数据被送到输入/输出子系统以由主系 统使用。如果程序化解码图像处理的循环没有产生成功的读取，则系统使 多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13的窄 域图像捕捉模式、多模式条形码读取子系统17的无探测器模式不起作用， 然后激活多模式照明子系统内的宽域照明模式、图像形成和检测子系统13 的宽域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统17的手动和/或自动模 式。接着条形码阅读器使用近场和远场宽域照明来照亮目标物体、捕捉目 标物体的宽域图像以及启动多模式条形码符号读取子系统17的手动(特 定ROI和/或自动)模式。然后使用读取的手动模式处理捕捉的宽域图像。 如果程序化处理的单个循环的结果是1D或2D条形码符号的成功读取，则 作为结果的符号字符数据被送到输入/输出子系统18由主系统使用。如果 这种程序化图像处理的循环没有产生对一个或多个1D或2D条形码符号的 成功读取，则只要触发开关拉动，系统就自动地使相继的宽域照明/宽域 图像捕捉/图像处理的循环生效，直到系统读取目标物体的捕捉图像内的 一个或多个1D和/或2D条形码符号为止；从那以后，或者当用户释放触 发开关2C时，条形码符号阅读器返回到其休眠操作模式，并等待触发系 统使其进入激活操作的下一个事件。在说明实施例中，默认的解码超时设 置为500ms，这个时间可简单地通过编程改变。这种默认的解码超时设置 确保了当用户拉动触发开关2C时，基于成像的条形码符号阅读器每隔 500ms(至多)重新尝试读取，直到其读取成功或触发开关2C被手动释放 为止。
系统操作编程模式No.6—使用多模式条形码符号读取子系统的无探 测器模式的自动触发单试图1D单读取模式
系统操作编程模式No.6包括如下的系统配置：使手动触发激活的使 用不起作用；并且使基于IR的物体存在和范围检测子系统12、仅在多模 式照明子系统14内的窄域照明模式、仅在图像形成和检测子系统13中的 窄域图像捕捉模式和多模式条形码符号读取子系统17的无探测器模式生 效。
这种系统操作编程模式期间，条形码阅读器处于空闲状态，直到用户 将该阅读器指向具有条形码标签的物体为止。一旦物体处于条形码阅读器 的视场内，并且物体被自动地检测到，条形码阅读器“苏醒(wakesup)”， 并且系统激活多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检测 子系统13的窄域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统17的无探测器 模式。这致使系统去照亮在条形码阅读器的视场(FOV)的中部的目标物 体的“窄(narrow)”水平域，向用户指明条形码阅读器瞄准的区域在哪 里，这样，使用户能够定位和对准目标条形码上的窄域照明光束。然后， 系统捕捉/获取窄域图像，并使用配置在无探测器操作模式下的条形码符 号读取子系统17处理所捕捉/获取的窄域图像。如果这种程序化解码处理 的单个循环导致1D条形码符号的成功读取，则作为结果的符号字符数据 被送到输入/输出子系统18由主系统使用。如果这种程序化图像处理的循 环没有产生成功的读取，则系统使所有子系统不起作用，致使条形码阅读 器返回到休眠操作模式，等待触发系统使其进入激活操作的下一个事件。
系统操作编程模式No.7—使用多模式条形码符号读取子系统的无探 测器模式的自动触发多试图1D单读取模式
系统操作编程模式No.7包括如下的系统配置：使手动触发激活的使 用不起作用；并且使基于IR的物体存在和范围检测子系统12、多模式照 明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13中的窄域图像 捕捉模式和多模式条形码符号读取子系统17的无探测器模式生效。
这种系统操作编程模式期间，条形码阅读器处于空闲状态，直到用户 将该条形码阅读器指向具有条形码标签的物体为止。一旦物体处于条形码 阅读器的视场内，并且物体被自动地检测到，条形码阅读器“苏醒”并且 系统激活多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检测子系 统13的窄域图像捕捉模式和多模式条形码符号读取子系统17的无探测器 模式。这致使系统照亮在条形码阅读器的视场(FOV)的中部的目标物体 的“窄”水平域，向用户指明条形码阅读器瞄准区域在哪里，这样，能够 使用户定位和对准目标条形码上的窄域照明光束。然后，系统捕捉/获取 窄域图像，并使用其无探测器模式处理所捕捉/获取的窄域图像。如果这 种程序化解码处理的单个循环导致1D条形码符号的成功读取，则作为结 果的符号字符数据被送到输入/输出子系统18以由主系统使用。如果这种 程序化图像处理没有产生成功的解码，那么只要拉动触发开关2C，系统就 能够自动地使窄域照明/窄域图像捕捉/处理的相继的循环生效，直到系统 读取目标物体的捕捉图像内的单个的1D条形码符号为止；从那以后，或 者当用户释放触发开关2C时，条形码读取装置返回到其休眠操作模式， 等待触发系统使其进入激活操作的下一个事件。在图示实施例中，默认的 解码超时设置为500ms，这个时间可简单地通过编程改变。这种默认的超 时设置确保了当用户拉动触发器开关时，基于成像的条形码符号阅读器每 隔500ms(至多)将重新尝试读取，直到其读取成功或触发开关2C被手动 释放为止。
系统操作编程模式No.8—使用多模式条形码符号读取子系统的无探 测器模式和手动、特定ROI和/或自动模式的自动触发多试图1D/2D单读 取模式
系统操作编程模式No.8包括如下的系统配置：在系统操作的所有阶 段期间使手动触发激活的使用不起作用；并能够使基于IR的物体存在和 范围检测子系统12、多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成 和检测子系统13中的窄域图像捕捉模式和多模式条形码符号读取子系统 17的无探测器模式和手动、特定ROI和/或自动模式生效。
在这种系统操作编程模式期间，条形码阅读器处于空闲状态，直到用 户将阅读器指向具有条形码标签的物体为止。一旦物体处于扫描仪的视场 内，并且物体被自动地检测到，条形码阅读器“苏醒”，并且系统激活多 模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13的窄域 图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统17的无探测器模式。这致使系 统去照亮在条形码阅读器的视场(FOV)的中部的目标物体的“窄”水平 域，向用户指明条形码阅读器瞄准的区域在哪里，这样，能够使用户定位 和对准目标条形码上的窄域照明光束。然后，系统捕捉/获取窄域图像， 并使用其无探测器操作模式处理所捕捉/获取的窄域图像。如果这种程序 化解码处理的单个循环导致1D条形码符号的成功读取，则作为结果的符 号字符数据被送到输入/输出子系统18以由主系统使用。如果这种程序化 图像处理的循环没有产生成功的读取，则系统使多模式照明子系统14内 的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13的窄域图像捕捉模式和多模 式条形码读取子系统17的无探测器模式不起作用，然后激活多模式照明 子系统14内的宽域照明模式、图像形成和检测子系统13的宽域图像捕捉 模式和多模式条形码读取子系统17的手动、特定ROI和/或自动模式。于 是，条形码符号阅读器使用近场或远场宽域照明(取决于目标物体的检测 范围)照亮目标物体、捕捉目标物体的宽域图像以及启动多模式条形码读 取子系统17的手动、特定ROI或自动模式。然后使用手动读取模式处理 捕捉的宽域图像。如果这种程序化处理的循环导致单个的1D或2D条形码 符号的成功读取，则作为结果的符号字符数据被送到输入/输出子系统18 以由主系统使用。如果这种程序化图像处理的循环没有产生单个的1D或 2D条形码符号的成功读取，则只要检测到目标物体，系统能自动地使宽域 照明/宽域图像捕捉/处理的相继的循环生效，直到系统读取目标物体的捕 捉图像内的一个或多个1D和/或2D条形码符号为止；从那以后，或者当 用户将物体移出条形码阅读器的视场时，条形码阅读器返回到其休眠操作 模式，等待触发系统使其进入激活操作的下一个事件。在图示实施例中， 默认的解码超时设置为500ms，这个时间可简单地通过编程改变。这种默 认的解码超时设置确保了当条形码阅读器检测到物体时，条形码符号阅读 器每隔500ms(至多)将重新尝试读取，直到其读取成功或物体从条形码 阅读器的视场移出为止。
系统操作编程模式No.9—使用多模式条形码符号读取子系统的无探 测器模式和手动、特定ROI和/或自动模式的自动触发多试图1D/2D多读 取模式
系统操作编程模式No.9包括如下的系统配置：在系统操作的所有阶 段期间使手动触发激活的使用不起作用；并能够使基于IR的物体存在和 范围检测子系统12、多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成 和检测子系统13中的窄域图像捕捉模式和多模式条形码符号读取子系统 17的No Finder模式和手动或自动模式生效。
在这种系统操作编程模式期间，条形码阅读器处于空闲状态，直到用 户将阅读器指向具有条形码标签的物体为止。一旦物体处于条形码阅读器 的视场内，并且物体被自动地检测到，条形码阅读器“苏醒”，并且系统 激活多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13 的窄域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统17的无探测器模式。这 致使系统去照亮在条形码阅读器的视场(FOV)的中部的目标物体的“窄” 水平域，向用户指明条形码阅读器瞄准的区域在哪里，这样，能够使用户 定位和对准目标条形码上的窄域照明光束。然后，系统捕捉/获取窄域图 像，并使用其无探测器操作模式处理所捕捉/获取的窄域图像。如果这种 程序化处理的单个循环导致1D条形码符号的成功读取，则作为结果的符 号字符数据被送到输入/输出子系统18以由主系统使用。如果这种程序化 图像处理的循环没有产生成功的读取，则系统使多模式照明子系统14内 的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13的窄域图像捕捉模式和多模 式条形码读取子系统17的无探测器模式不起作用，然后激活多模式照明 子系统14内的宽域照明模式、图像形成和检测子系统13的宽域图像捕捉 模式和多模式条形码读取子系统17的手动和/或自动模式。于是，条形码 阅读器使用近场或远场宽域照明(取决于目标物体的检测范围)照亮目标 物体、捕捉目标物体的宽域图像以及启动多模式条形码读取子系统17的 手动(特定ROI或自动)模式。然后使用手动解码方法处理捕捉的宽域图 像。如果这种程序化处理的循环导致单个的1D或2D条形码符号的成功读 取，则作为结果的符号字符数据被送到输入/输出子系统18以由主系统使 用。如果这种程序化图像处理的循环没有产生单个的1D或2D条形码符号 的成功读取，则只要检测到目标物体，系统能自动地使宽域照明/宽域图 像捕捉/处理的相继的循环生效，直到系统读取目标物体的捕捉图像内的 一个或多个1D和/或2D条形码符号为止；从那以后，或者当用户将物体 移出条形码阅读器的视场时，条形码阅读器返回到其休眠操作模式，等待 触发系统使其进入激活操作的下一个事件。在图示实施例中，默认的解码 超时设置为500ms，这个时间可简单地通过编程改变。这种默认的解码超 时设置确保了当条形码阅读器检测到物体时，条形码符号阅读器每隔 500ms(至多)将重新尝试读取，直到其读取成功或物体从条形码阅读器 的视场移出为止。
系统操作编程模式No.10—使用多模式条形码符号读取子系统的手 动、特定ROI、自动或全扫描模式的自动触发多试图1D/2D单读取模式
系统操作编程模式No.10包括如下的系统配置：在系统操作的所有阶 段期间使手动触发激活的使用不起作用；并能够使基于IR的物体存在和 范围检测子系统12、多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成 和检测子系统13中的窄域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统17的 手动、特定ROI、自动或全扫描模式生效。
在这种系统操作编程模式期间，条形码阅读器处于空闲状态，直到用 户使带有条形码符号的物体出现在条形码阅读器的视场内为止，且物体可 被自动地检测到，条形码阅读器“苏醒”，并且系统激活多模式照明子系 统14内的宽域照明模式、图像形成和检测子系统13的宽域图像捕捉模式 和多模式条形码读取子系统17的手动、特定ROI、自动和全扫描模式之一。 这致使系统在具有远场和近场的宽域照明(取决于目标物体的检测范围) 条形码阅读器的视场(FOV)内的照亮目标物体的宽域，并捕捉/获取宽域 图像，接着使用读取的手动、特定ROI、自动或全扫描方法之一处理所捕 捉/获取的宽域图像。如果这种程序化处理的单个循环导致1D或2D条形 码符号的成功读取(当使用手动、特定ROI和自动方法时)，则作为结果 的符号字符数据被送到输入/输出子系统以由主系统使用。如果这种程序 化图像处理的循环没有产生成功的读取，则只要检测到目标物体，系统能 自动地使宽域照明/宽域图像捕捉/处理的相继的循环生效，直到系统读取 目标物体的捕捉图像内的单个的1D和/或2D条形码符号为止；从那以后， 或者当用户将物体移出条形码阅读器的视场时，条形码阅读器返回到其休 眠操作模式，等待将触发系统使其进入激活操作的下一个事件。在图示实 施例中，默认的解码超时设置为500ms，这个时间可简单地通过编程改变。 这种默认的解码超时设置确保了当物体被条形码阅读器检测时，条形码阅 读器将每隔500ms(至多)重新尝试读取，直到其读取成功或者物体从条 形码阅读器的视场移出为止。
系统操作编程模式No.11—使用多模式条形码符号读取子系统的无 探测器模式和自动、特定ROI或手动模式的半自动触发单试图1D/2D单 读取模式
系统操作编程模式No.11包括如下的系统配置：在系统激活操作阶段 期间使手动触发激活的使用不起作用；并能够使基于IR的物体存在和范 围检测子系统12、多模式照明子系统14内的窄域和宽域照明模式、图像 形成和检测子系统13中的窄域和宽域图像捕捉模式和多模式条形码读取 子系统17的无探测器模式和手动、特定ROI和/或自动模式生效。
在这种系统操作编程模式期间，条形码阅读器处于空闲状态，直到用 户将阅读器指向具有条形码标签的物体为止。一旦物体处于条形码阅读器 的视场内，并且物体被自动地检测到，条形码阅读器“苏醒”，并且系统 激活多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13 的窄域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统17的无探测器模式。这 致使系统去照亮在条形码阅读器的视场(FOV)的中部的目标物体的“窄” 水平域，向用户指明条形码阅读器瞄准的区域在哪里，这样，能够使用户 定位和对准目标条形码上的窄域照明光束。然后，系统捕捉/获取窄域图 像，并使用其无探测器操作模式处理所捕捉/获取的窄域图像。如果这种 程序化图像处理的单个循环导致1D条形码符号的成功读取，则作为结果 的符号字符数据被送到输入/输出子系统18以由主系统使用。如果这种程 序化图像处理的循环没有产生成功的读取，则系统使多模式照明子系统14 内的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13的窄域图像捕捉模式和多 模式条形码读取子系统17的无探测器模式不起作用，然后激活多模式照 明子系统14内的宽域照明模式、图像形成和检测子系统13的宽域图像捕 捉模式和多模式条形码读取子系统17的手动、特定ROI和/或自动模式。 接着，如果用户在窄域照明和图像捕捉期间拉动触发开关2C并持续这样， 那么条形码阅读器使用宽域照明(取决于目标物体的检测范围)自动地照 亮目标物体、捕捉目标物体的宽域图像以及启动多模式条形码符号读取子 系统17的手动、特定ROI或自动模式。接着使用条形码读取的手动、特 定ROI或自动模式/方法来处理捕捉的宽域图像。如果这种程序化处理的 单循环导致单个的1D或2D条形码符号的成功读取，则作为结果的符号字 符数据被送到输入/输出子系统18以由主系统使用。如果这种程序化图像 处理的循环没有产生单个的1D或2D条形码符号的成功读取，则子系统19 自动使所有子系统失活并使条形码阅读器返回到其休眠操作模式，等待触 发系统使其进入激活操作的下一个事件。
系统操作编程模式No.12—使用多模式条形码符号读取子系统的无探 测器模式和自动、特定ROI或手动模式的半自动触发多试图1D/2D单读 取模式
系统操作编程模式No.12包括如下的系统配置：在系统激活的操作阶 段期间使手动触发激活的使用不起作用；并且使基于IR的物体存在和范 围检测子系统12、多模式照明子系统14内的窄域和宽域照明模式、图像 形成和检测子系统13中的窄域和宽域图像捕捉模式和多模式条形码读取 子系统17的无探测器模式和手动、特定ROI和/或自动模式生效。
在这种系统操作编程模式期间，条形码阅读器处于空闲状态，直到用 户将阅读器指向具有条形码标签的物体为止。一旦物体处于条形码阅读器 的视场内，并且物体被自动地检测到，条形码阅读器“苏醒”，并且系统 激活多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13 的窄域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统17的无探测器模式。这 致使系统去照亮在条形码阅读器的视场(FOV)的中部的目标物体的“窄” 水平域，向用户指明条形码阅读器瞄准的区域在哪里，这样，能够使用户 定位和对准目标条形码上的窄域照明光束。然后，系统捕捉/获取窄域图 像，并使用其无探测器操作模式处理所捕捉/获取的窄域图像。如果这种 程序化图像处理的单个循环导致1D条形码符号的成功读取，则作为结果 的符号字符数据被送到输入/输出子系统18以由主系统使用。如果这种程 序化图像处理的循环没有产生成功的读取，则系统使多模式照明子系统14 内的窄域照明模式、图像形成和检测子系统13的窄域图像捕捉模式和多 模式条形码读取子系统17的无探测器模式不起作用，然后激活多模式照 明子系统内的宽域照明模式、图像形成和检测子系统13的宽域图像捕捉 模式和多模式条形码读取子系统17的手动、特定ROI和/或自动模式。接 着，如果用户在窄域照明和图像捕捉期间拉动触发开关2C并持续这样做， 那么条形码阅读器使用宽域照明自动地照亮目标物体、捕捉目标物体的宽 域图像以及启动多模式条形码读取子系统17的手动、特定ROI或自动模 式。接着使用读取的手动模式来处理捕捉的宽域图像。如果这种程序化处 理的单循环导致单个的1D或2D条形码符号的成功读取，则作为结果的符 号字符数据被送到输入/输出子系统18以由主系统使用。如果这种程序化 图像处理的循环致没有产生单个的1D或2D条形码符号的成功解码，那么 只要拉动触发开关2C，系统能够自动地使宽域照明/宽域图像捕捉/处理的 相继的循环生效，直到系统在目标物体的捕捉图像内读取一个或多个1D 和/或2D条形码符号为止；从那以后，或者当用户释放触发开关2C时， 条形码阅读器返回到其休眠操作模式，等待触发系统使其进入激活操作的 下一个事件。在说明实施例中，默认的解码超时设置为500ms，这个时间 可简单地通过编程改变。这种默认的解码超时设置确保了当用户拉动触发 开关2C时，基于成像的条形码符号阅读器每隔500ms(至多)将重新尝试 读取，直到其读取成功或触发开关2C被手动释放为止。
系统操作编程模式No.12的执行
当聚焦IR模块检测到物体检测场20前方的物体时，其便传递 OBJECT_DETECT_ON事件至应用层。负责处理该事件的应用层软件启动 CodeGate任务。当用户拉动触发开关2C时，TRIGGER_ON事件被传递至应 用。负责处理该事件的应用层软件检查CodeGate任务是否正在运行，如 果运行，其便取消该CodeGate任务，然后开始主任务。当用户释放触发 开关2C时，TRIGGER_OFF事件被传递至应用。负责处理该事件的应用层软 件检查主任务是否正在运行，如果运行，其便取消该主任务。如果物体仍 然在物体检测场20内，则应用层软件再次启动CodeGate任务。
当用户将条形码阅读器移动远离物体(或者物体远离条形码阅读器) 时，OBJECT_DETECT_OFF事件被传递至应用层。负责处理该事件的应用层 软件检查CodeGate任务是否正在运行，如果运行，其便取消该CodeGate 任务。在无限循环中，CodeGate任务做下列工作。其激活照亮视场中部的 “窄”水平域的窄域照明阵列27，然后图像形成和检测子系统13获取窄 域的图像(即COMS图像传感阵列22上的几行像素)，接着试图去读取表 示在图像中的条形码符号。如果读取成功，其便将解码的数据保存在专门 的CodeGate数据缓存器中。否则，其清除CodeGate数据缓存器。然后， 其继续所述循环。CodeGate任务不会自行退出；当对其他事件反应时，该 CodeGate任务可由聚焦软件的其他模块取消。
当用户拉动触发开关2C时，事件TRIGGER_ON传递至应用层。负责处 理该事件的应用层软件检查CodeGate任务是否正在运行，如果运行，其 便取消该CodeGate任务，然后开始主任务。CodeGate任务也可以当用户 将条形码阅读器移动远离物体，或物体远离条形码读取装置时传递的 OBJECT_DETECT_OFF事件而取消。
操作编程模式No.13：使用多模式条形码读取子系统的无探测器模式 和自动、特定ROI或手动模式的半自动触发多试图1D/2D多读取模式
系统操作编程模式No.13包括如下的系统配置：在系统激活的操作阶 段期间使手动触发激活的使用不起作用；并且使基于IR的物体存在和范 围检测子系统12、多模式照明子系统14内的窄域和宽域照明模式、图像 形成和检测子系统13中的窄域和宽域图像捕捉模式和多模式条形码读取 子系统17的无探测器模式和手动、特定ROI和/或自动模式生效。
在这种系统操作编程模式期间，条形码阅读器处于空闲状态，直到用 户将阅读器指向具有条形码标签的物体为止。一旦物体处于条形码阅读器 的视场内，并且物体被物体存在和范围检测子系统12自动地检测到，条 形码阅读器“苏醒”，并且系统激活多模式照明子系统14内的窄域照明模 式、图像形成和检测子系统13的窄域图像捕捉模式和多模式条形码读取 子系统17的无探测器模式。这致使系统去照亮在条形码阅读器的视场 (FOV)的中部的目标物体的“窄”水平域，向用户指明条形码阅读器瞄 准的区域在哪里，这样，能够使用户定位和对准目标条形码上的窄域照明 光束。然后，系统捕捉/获取窄域图像，并使用其无探测器操作模式处理 所捕捉/获取的窄域图像。如果这种程序化图像处理的单个循环导致1D条 形码符号的成功读取，则作为结果的符号字符数据被送到输入/输出子系 统18以由主系统使用。如果这种程序化图像处理的循环没有产生成功的 读取，则系统使多模式照明子系统14内的窄域照明模式、图像形成和检 测子系统13的窄域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统17的无探测 器模式不起作用，然后激活多模式照明子系统14内的宽域照明模式、图 像形成和检测子系统13的宽域图像捕捉模式和多模式条形码读取子系统 17的手动和/或自动模式。接着，如果用户在窄域照明和图像捕捉期间拉 动触发开关2C并持续这样做，那么条形码阅读器使用宽域照明自动地照 亮目标物体、捕捉目标物体的宽域图像以及调用多模式条形码读取子系统 17的手动、特定ROI和/或自动模式。接着使用读取的手动、特定ROI或 自动模式来处理捕捉的宽域图像。如果这种程序化处理的单循环导致一个 或多个1D和/或2D条形码符号的成功读取，则作为结果的符号字符数据 被送到输入/输出子系统18以由主系统使用。如果这种程序化解码图像处 理的循环没有产生一个或多个1D和/或2D条形码符号的成功读取，那么 只要拉动触发开关2C，系统能够自动地使宽域照明/宽域图像捕捉/图像处 理的相继的循环生效，直到系统在目标物体的捕捉图像内读取一个或多个 1D和/或2D条形码符号为止；从那以后，或者当用户释放触发开关2C时， 条形码阅读器返回到其休眠操作模式，等待触发系统使其进入激活操作的 下一个事件。在说明实施例中，默认的解码超时设置为500ms，这个时间 可简单地通过编程改变。这种默认的解码超时设置确保了当用户拉动触发 开关2C时，基于成像的条形码符号阅读器每隔500ms(至多)将重新尝试 读取，直到其读取成功或触发开关2C被手动释放为止。
操作编程模式No.14：使用多模式条形码符号读取子系统中的无探测 器模式和全扫描模式的半自动触发多使徒1D/2D多读取模式
系统操作编程模式No.14包括如下的系统配置：在系统激活的操作阶 段期间使手动触发激活的使用不起作用；并且使基于IR的物体存在和范 围检测子系统12、多模式照明子系统14内的窄域和宽域照明模式、图像 形成和检测子系统13中的窄域和宽域图像捕捉模式和多模式条形码读取 子系统17的无探测器模式和全扫描模式生效。
在这种系统操作编程模式期间，条形码阅读器处于空闲状态，直到用 户将阅读器指向具有条形码标签的物体为止。一旦物体处于条形码阅读器 的视场内，并且物体被物体存在和范围检测子系统12自动地检测到，条 形码阅读器“苏醒”，并且系统激活多模式照明子系统14内的窄域照明模 式、图像形成和检测子系统13的窄域图像捕捉模式和多模式条形码读取 子系统17的无探测器模式。这致使窄域照明阵列27去照亮在条形码阅读 器的视场(FOV)的中部的目标物体的“窄”水平域，向用户指明条形码 阅读器瞄准的区域在哪里，这样，能够使用户定位和对准目标条形码上的 窄域照明光束。然后，子系统13捕捉/获取窄域图像，该捕捉/获取的窄 域图像随后被子系统17使用其无探测器模式处理。如果这种程序化图像 处理的单个循环导致1D条形码符号的成功读取，则作为结果的符号字符 数据被送到输入/输出子系统18以由主系统使用，并且系统随后使所有子 系统失活并重新开始其睡眠操作状态。如果这种程序化解码图像处理的循 环没有产生成功读取，其依然会产生一个或多个指示图像中表示的符号的 编码段(例如PDF 417)。这样，系统使多模式照明子系统14中的窄域照 明模式、图像形成和检测子系统13的窄域图像捕捉模式和多模式条形码 读取子系统17的无探测器模式不起作用；并且然后，如果用户这时拉动 触发开关2C，系统就激活多模式照明子系统14中的宽域照明模式、图像 形成和检测子系统的宽域图像捕捉模式以及多模式条形码读取子系统17 的全扫描模式，如果指示在可能处于特殊角度的图像内的2D编码格式的 编码段被找到。然后，条形码阅读器使用宽域照明自动照明目标物体，捕 捉目标物体的宽域图像，并调用多模式条形码读取子系统17的全扫描模 式。所捕捉的宽域图像首先通过全扫描模式和第一处理方向(例如，以0 度)被处理，并继续以不同角度方向(例如，6度方向/方位)提升读取的 全扫描模式直到成功读取单一条形码符号。如果这种程序化解码处理(使 用全扫描模式)的单循环导致单一1D和/或2D条形码符号的成功解码， 则作为结果的符号字符数据被送到输入/输出子系统18以由主系统使用。 如果这种程序化图像处理的循环没有产生单一1D和/或2D条形码符号的 成功读取，那么只要拉动触发开关2C，系统能够自动地使宽域照明/宽域 图像捕捉/处理的相继的循环生效，直到系统在目标物体的捕捉图像内读 取单一1D和/或2D条形码符号为止。从那以后，或者当用户释放触发开 关2C时，系统返回到其休眠操作模式，等待触发系统使其进入激活操作 的下一个事件。在说明实施例中，默认的解码超时设置为500ms，这个时 间可简单地通过编程改变。这种默认的解码超时设置确保了当用户拉动触 发开关2C时，基于成像的条形码符号阅读器每隔500ms(至多)将重新尝 试读取，直到其读取成功或触发开关2C被手动释放为止。
操作编程模式No.15：使用多模式条形码读取子系统中的自动、手动、 特定ROI或全扫描模式的连续自动触发多试图1D/2D多读取模式
系统操作编程模式No.15，典型地用于测试目的，包括如下系统配置： 在系统操作的所有阶段期间使手动触发激活的使用不起作用；并能够使基 于IR的物体存在和范围检测子系统12、多模式照明子系统14内的宽域照 明模式、图像形成和检测子系统13中的宽域图像捕捉模式和多模式条形 码读取子系统17的手动、特定ROI、自动或全扫描模式生效。
在该系统操作的编程模式期间，条形码阅读器继续并连续照明具有远 场和近场宽域照明的条形码阅读器的视场(FOV)中的目标物体的宽域， 并捕捉其宽域图像，然后使用操作的手动、特定ROI、自动或全扫描模式 之一对其进行处理。如果这种程序化图像处理的单循环导致1D或2D条形 码符号的成功读取(当使用了手动、特定ROI和自动模式时)，则作为结 果的符号字符数据被送到输入/输出子系统18以由主系统使用(即典型地 试验计量系统)。如果这种程序化图像处理的循环没有产生成功读取，那 么系统自动地使宽域照明/宽域图像捕捉/处理的相继的循环生效。在说明 实施例中，默认的解码超时设置为500ms，这个时间可简单地通过编程改 变。这种默认的解码超时设置确保了当物体正由条形码阅读器检测时，条 形码符号阅读器每隔500ms(至多)将重新尝试读取，直到其读取成功或 物体被移开条形码阅读器的视场为止。
基于成像的条形码阅读器操作的诊断模式：系统操作编程模式No.16
系统操作编程模式No.16是诊断模式。授权用户可发送特殊命令至条 形码阅读器，以向条形码阅读器加载命令行接口(CLI)。当条形码阅读器 从用户接收这样的请求时，它就发送提示“MTLG>”给用户作为扫描器已 就绪接受用户的指令的握手指示。然后用户可以向条形码阅读器输入任何 有效命令，并可看到其执行结果。要在诊断模式中通过通信线RS232与阅 读器通信，用户可以使用任何标准通信程序，例如Windows HyperTerminal。该操作模式可以被用于测试/调试新引入的特征或观察/ 改变条形码阅读器的设置参数。它还可被用于将图像和/或来自阅读器存 储器的先前解码的条形码数据的备录下载到主计算机。
基于成像的条形码阅读器操作的现场视频模式：系统操作编程模式 No.17
系统操作编程模式No.17可被用于与任何其它支持的成像模式结合。 在该模式中，根据子系统17读取的基于图像处理的条形码符号结果(如 果该结果可用)，条形码阅读器获得的图像被实时传送到主计算机。
本发明的基于数字成像的条形码符号读取装置的第二说明实施例，其 中提供了照明的四种不同模式
在上述第一说明实施例中，多模式照明子系统14具有三个主要照明 模式：(1)窄域照明模式；(2)近场宽域照明模式；和(3)远场宽域照 明模式。
如图27A、图27B和图28所示的本发明的基于数字成像的条形码符号 读取装置的第二可选择实施例中，多模式照明子系统14变为具有四个主 要照明模式：(1)近场窄域照明模式；(2)远场窄域照明模式；(3)近场 宽域照明模式；和(4)远场宽域照明模式。通常，在多模式图像形成和 检测子系统13的窄域图像捕捉模式期间，这些操作的近场和远场窄域照 明模式被执行，并被近场窄域照明阵列27A和远场窄域照明阵列27B支持， 如图28和图2A1所示。在第二说明实施例中，这些照明阵列27A、27B的 每一个被通过至少一对LED实现，这些LED每个都具有柱面透镜，分别以 适当焦距聚焦结果的窄域(即线性)照明光束到系统视场的近场部分24A 和远场部分24B。
使用一对独立的照明阵列在视场的近场和远场部分产生窄域照明场 的一个优点是：可以更紧凑地沿着横向尺寸控制相关“窄”或“窄锥形” 的窄域照明场。例如，如图27B所示，在条形码菜单读取应用程序过程中， 近场窄域照明阵列27A可以被用于产生(覆盖视场的近场部分)沿着横向 和纵向尺寸变窄的照明区域24A，以使用户简单地排列具有单一条形码符 号的照明区域(光束)而从一种或其它条形码菜单中被读取，因此避免两 个或多个条形码符号或简单的错误条形码符号的意外读取。同时，远场窄 域照明阵列27B可以被用于产生(覆盖视场的远场部分)沿着横向尺寸足 够宽的照明区域24B，以使用户简单地通过简单地向远场部分移动物体而 读取在条形码阅读器视场的远场部分中的拉长的条形码符号。
本发明的基于数字成像的条形码符号读取装置的第三说明实施例
可选择地，本发明的基于成像的条形码符号读取装置实质上可以任何 形式存在，可以支持在不同应用环境中的条形码符号的读取。本发明的条 形码读取装置的一种可选择形式如图29A至图29C所示，其中本发明的便 携式基于数字成像的条形码符号读取装置1”以各种立体图被显示，当设 置在显示模式(即设置成编程系统模式No.12)时。
本发明的基于数字成像的条形码符号读取装置
如图30所示，本发明的基于数字成像的条形码读取装置1’、1”也可 以以容易地被集成到各种信息收集和处理系统的基于数字成像的条形码 符号读取装置阅读器100的形式实施。特别地，图30所示的触发开关2C 被设计成适应阅读器外壳，并且可以理解该触发开关2C或具有相等功能 的设备将典型地与总系统外壳结合，装置被嵌入在其中从而用户可以与其 相互作用并驱动它。根据本发明的该装置可以多种形状和尺寸实现，并嵌 入各种需要不同图像捕捉和所述处理功能的系统和设备中。
本发明的无线条形码驱动的便携式数据终端(PDT)系统的说明实施 例
图31、图32和图33示出了根据本发明的无线条形码驱动的便携式数 据终端(PDT)系统140，包括：条形码驱动PDT150，安装在这里所述的 本发明的基于数字成像的条形码符号读取装置100中；和具有支架的基站 155。
如图31和图32所示，基于数字成像的条形码符号读取装置100可以 被用于读取包装上的条形码符号，并且代表所读取的条形码的符号特征数 据可以通过启用RF双通道数据通信链接170自动地被传送到具有支架的 基站155。同时，坚固数据进入并且PDT150提供显示功能以支持各种基于 信息的处理，该处理可使用系统140在零售、工业、教育和其他环境中应 用。
如图32所示，无线条形码驱动的便携式数据终端系统140包括：手 持式外壳151；图30所示的上述基于数字成像的条形码符号读取装置100， 安装在所述手持式外壳151的头部；用户控制台151A；高分辨率彩色LCD 显示板152，和安装在用户控制台151A下部的、与手持外壳结合的驱动器， 用于以实时方式显示所捕捉的图像、被输入系统的数据和由运行在无线 PDT的虚拟机上的终端用户应用程序产生的图形用户界面(多个GUI)；以 及设置在PDT外壳内的PDT计算子系统180，用于根据被本实施例的无线 PDT2B的硬件和软件平台运行的终端用户应用程序需求实行系统控制操 作。
如图34的示意图所示，用于无线手持式条形码驱动便携数据终端系 统140的设计模型如图31、图32所示，并且其具有支架的基站座155与 可能的主系统173和/或网络174连接，包括：与系统总线结合的多个子 系统，即：数据传输电路156，用于实行PDT一侧的基于电磁的无线双通 道数据通信链接170；程序存储器(例如，DRAM)158；非易失性存储器(例 如，SRAM)159；基于数字成像的条形码符号读取装置100，用于光学捕捉 窄域和宽域图像并读取在其中识别的条形码符号；手动数据输入设备，例 如薄膜转换型键盘160；LCD板152；LCD控制器161；LCD背光亮度控制 电路162；以及与系统总线(例如，数据、地址和控制总线)结合的系统 处理器163。而且，提供电池电源供给电路164，其用于向各种子系统提 供稳压电源，以由实现PDT设备的技术确定的特殊电压。
如图34所示，基站155还包括：多个结合的子系统，即：数据接收 器电路165，用于实行基站一侧的基于电磁的无线双通道数据通信链接 170；具有通信控制模块的数据传输子系统171；基站控制器172(例如， 可编程微控制器)，用于控制基站155的操作。如图所示，数据传输子系 统171通过现有技术的USB或RS232通信接口、TCP/IP、AppleTa1k方式 等与主系统173或网络174连接。数据传输和接收电路156和165实施本 发明无线PDT应用的无线电磁双通道数字数据通信链接170。
特别地，无线手持式条形码驱动的便携式数据终端系统140，以及POS 基于数字成像的条形码符号阅读器1”如图29A至图29C所示，每个都具 有两种主要操作模式：(1)操作的手动模式，其中PDT150或POS阅读器1” 从其支架被去除，并作为条形码驱动处理终端或简单的条形码符号阅读 器；以及(2)操作的自动模式，在该模式中PDT150或POS阅读器1”，留 在具有支架的基站155中且如在大多数零售点卖机(POS)环境中要求的 被用于显示型条形码符号阅读器。
在该手动和自动形式的应用程序中，当PDT被定位于如图33所示基 站155中时，本发明的数字成像条形码符号读取装置中应用的触发开关2C 可以容易地被更改和通过适当的独立检测机构增大，其被设计成自动设置 和调用PDT150和其读取装置100进入显示模式(即操作系统模式No.12) 或其它适当的系统模式。然后当PDT150被拾起和从具有支架的基站155 中移除时，如图31和32所示，触发开关2C和独立检测机构的排列能够 自动配置和调用PDT150和其读取装置100进入适当的系统操作(从图26A 和26B所设置的表格中选择)的手动支持模式，以启用操作的手动模式。
相似地，如图29A和29B所示，当阅读器1”停留在工作平台时，POS 数字成像条形码符号读取装置1”中应用的触发开关2C可以被容易地更改 并通过适当的独立检测机构增大，其被设计成自动设置和调用POS阅读器 1”进入显示模式(即操作12的系统模式)或其它适当的系统模式。然后 当POS阅读器1”被移除工作平台时，为了在其操作的手动模式中使用， 触发开关2C和独立检测机构的排列能够自动配置和调用阅读器1”进入适 当的系统操作的手动支持模式，如图29C所示。在该实施例中，该独立检 测机构可应用物理触碰开关、或IR物体传感开关，其启动后设备被移除 工作平台。这样的机构将在这里公开。
应用自动曝光测量和照明控制子系统以及基于软件的照明测量程序 的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置
如图1至图34所示的系统中，由曝光过程的LED照明持续时间的精 确控制提供自动照明控制，从而捕捉具有良好照明的图像。但是，在某些 情况下，可能需要更高的照明控制，对此图35至图36所示方法可能有所 帮助。
在图35至图36中，增强的自动照明控制方案被包含在本发明的手持 图像处理条形码阅读器中。根据该可选择的照明控制方案，所捕捉图像的 照明级是首先(即，最初)由测量图像探测阵列中心部分的实际光照明级 决定，然后基于该测量计算适当的照明持续时间级。然后，在使用该最初 照明级捕捉图像之后，软件照明测量程序被用于分析所捕捉图像的空间亮 度分布并决定是否应该计算用于后来的图像照明和捕捉操作的新照明持 续时间，以提供更多良好调谐的图像。如果呈现在所捕捉的数字图像中光 /照明级被确定为基于软件的照明测量程序可接收的，那么该程序自动(i) 计算由自动曝光测量和照明控制子系统使用的修正的照明持续时间(计 数)，和(ii)向它提供修正照明持续时间。然后在下一个由系统支持的 物体照明和图像捕捉操作期间，自动曝光测量和照明控制子系统使用该修 正的照明持续时间来控制被送至视场(FOV)的照明。通过使用该增强的 自动照明控制方法，本发明的基于图像处理的条形码阅读器具有该能力的 另一特性以实时捕捉具有最佳照明级的良好调谐的图像。
图35显示本发明的手持式基于数字成像的条形码符号读取装置，其 中基于软件的照明测量程序被用于帮助自动曝光测量和照明控制子系统 控制基于LED多模式照明子系统的操作。图35A更详细地显示该增强的自 动照明控制方法，即当前照明持续时间(由自动曝光测量和照明控制子系 统确定)是如何自动地被基于图像处理的条形码符号读取子系统中的通过 软件实现且基于图像处理的照明测量程序计算的照明持续时间所覆盖。在 系统捕捉下一个图像帧的过程中，结合本发明的增强的自动照明控制方 案，该覆盖的照明持续时间被自动曝光测量和照明控制子系统使用，以控 制产生且传送到CMOS图像检测阵列的LED照明数量。
图36为实施图35A所示增强的自动照明控制方案/方法的第四步骤的 流程图。如图36的方块所示，该方法的第一步骤包括使用自动曝光测量 和照明控制子系统来自动地(i)测量在CMOS图像传感阵列视场中的特定 部分(例如，中间)的照明级，以及(ii)确定在所捕捉图像中达到期望 空间亮度所需要的照明持续时间(即，时间计数)。
如图36的方块B所示，自动曝光测量和照明控制子系统使用该计算 的/确定的照明持续时间来驱动基于LED的照明子系统并捕捉图像形成和 检测子系统的视场中的物体的数字图像。
如图36的方块C所示，在当前或下一个图像捕捉循环过程中，图像 处理条形码读取子系统(例如，图像处理器)实时分析和测量所捕捉图像 的空间亮度分布，并确定当捕捉下一个或连续的图像数据帧时是否需要或 期望修正的照明持续时间。
如图36的方块D所示，在自动曝光测量和照明控制子系统中，先前 决定的照明持续时间(被用于所捕捉和所分析的图像)被自动地由上述方 块C确定的修正的照明持续时间(计数)覆盖。
如图36的方块E所示，自动曝光测量和照明控制子系统然后使用修 正的照明持续时间(由基于软件的照明测量程序计算)来驱动基于LED的 照明子系统并捕捉在系统视场中被照明的物体的下一个数字图像。
如图36所示，方块C至方块E所示步骤可以递归方式、每个图像捕 捉循环而被重复多次，以最终产生具有带有优良图像对比度的最优化的空 间亮度级的数字图像。
使用图像裁切区域(ICZ)取景图样的手持式基于图像处理的条形码 符号阅读器，以及自动后图像捕捉裁切方法
上述手持图像处理条形码符号阅读器使用在系统窄域视场的附近向 用户提供可视方式的窄域照明光束。但是，当在其操作的宽域图像捕捉模 式中操作系统时，其被期望在特定应用程序中以提供系统宽域视场的可视 方式。当现有技术中多种技术提供该瞄准目标/标记功能，一种新颖的方 法将参照图37至图39被描述如下。
图37显示使用图像裁切区域(ICZ)取景图样的手持基于图像处理条 形码符号阅读器以及自动后图像捕捉裁切方法，以提取ICZ，在其中被成 像的目标物体能在物体照明和成像操作过程中被可视地包围。如图38所 示，该手持基于图像处理条形码符号阅读器与上述设计相似，除了包括在 系统控制子系统下操作的一个或多个图像裁切区域(ICZ)照明取景源。 优选地，这些ICZ取景源使用指示ICZ角的四个相关亮度LED，在后图像 捕捉操作过程中其被裁切。可选择地，ICZ取景源可以是VLD，产生通过 光衍射元素(例如，量传送全息图)传送可视激光器二极管，以产生表示 ICZ角的四个光束，或呈现在所捕捉图像中的亮线。通过这样的角点或边 界线(由此形成)创建的ICZ取景可以使用边缘追踪运算法则被定位，然 后ROI的角从所追踪的边界线可以被识别。
参照图39，将说明本发明的ICZ取景和后图像捕捉裁切过程。
如图39的方块A所示，该方法的第一步包括在宽域照明和图像捕捉 操作期间，在系统视场中投影ICZ取景图样。
如图39的方块B所示，该方法的第二步包括用户可视地排列要在ICZ 取景图样(但其可被认识)中被成像的物体。
如图39的方块C所示，该方法的第三步包括图像形成和检测子系统 以及图像捕捉和缓存子系统形成并捕捉系统整个视场中的宽域图像，其包 含(即，空间包围)要被成像的图像的ICZ取景图样。
如图39的方块D所示，该方法的第四步包括使用在图像处理条形码 读取子系统中实现的自动基于软件的图像裁切算法，以自动地从这些包含 在方块B中捕捉的整个宽域图像取景的象素中裁切ICZ定义的空间边界内 的像素。由于事实上图像失真可能存在于所捕捉的ICZ取景图样的图像中， 该裁切成矩形的图像可能部分包含ICZ取景图样本身和一些可能落入ICZ 取景图样外部的周边像素。
如图39的方块E所示，该方法的第五步包括图像处理条形码读取子 系统自动地解码处理ICZ中所裁切的图像显示的像素图像，从而读取图形 表示的1D或2D条形码符号。
如图39的方块F所示，该方法的第六步包括图像处理条形码读取子 系统输出(至主系统)与所解码的条形码符号对应的符号特征数据。
特别地，在现有技术的视场锁定目标的方法中，用户捕捉与他要捕捉 的图像相一致的图像。这种情况与低成本一拍得照相机相似，其中反光镜 的视场和照相机透镜只充分地互相一致。在使用上述ICZ取景和后处理像 素裁切方法的计划方案中，用户捕捉确实取自ICZ图像取景图样的图像。 此系统和现有技术的视场方法相比的优点可类比于相对于一拍得照相机 的SLR照相机的优点，即：准确、可靠。
使用ICZ取景和后处理像素裁切法的另外一个优点是ICZ取景图样 (无论如何实现的)不一定要和图像形成和检测子系统的系统视场重合。 ICZ取景图样也不用必须有平行的光学轴。这种方法的最基本要求仅是， 沿着系统工作距离，ICZ取景图样落入图像形成和检测子系统的视场内。 然而，可以设计ICZ取景图样和系统的光轴角度，以便当ICZ取景图 样没有完全落在相机的视场内时(即，ICZ取景图样，没有落入完整的需 求图像)，这向用户暗示捕捉和裁切的图像超出图像系统的聚焦深度。因 此，映像器会提供一个可视的或者音频反馈给用户，以便该用户可以重新 调整图像获取处理在一个更加合理的距离。
容易想到的一些改变
在本发明的可选择实施例中，在多模式照明子系统14中使用的照明 阵列27，28，29可使用非LED的固态灯源实现，比如，可视激光二极管， 其详情见WIPO公开号：WO 02/43195A2，公开日：2002年5月30，转让 给计量仪器有限公司(metrologic instruments，Inc.，)；在这里引用完 整的作为参考。然而，当在本发明的基于成像的条形码符号阅读器中使用 基于VLD的照明技术时，在物体照明和成像操作中使用一致的照明源时， 必须十分注意消除或者尽量的减少在图像检测阵列22产生的斑点噪声。 WIPO公开号：WO 02/43195A2，提供了使用基于VLD的照明阵列时在图像 形成和检测期间消除或尽量减少斑点噪声的不同的方法和设备。
当CMOS图像传感阵列技术被描述用于本发明的优选实施例中，可以 理解，在可选择实施例中，CCD型图像传感阵列技术以及其它图像检测技 术可被使用。
以上详细地描述条形码阅读器的设计，其可以容易地适用于工业或商 业定位条形码阅读器/映像器，具有通常使用于工业的接口，例如以太网 TCP/IP。通过向系统提供以太网TCP/IP端口，就能激活多个有用的特征， 例如多用户通过互联网访问该条形码读取系统；对网络中来自单一用户应 用程序的多条形码读取系统的控制；在实时视频操作中这样的条形码读取 系统的充分使用；这样的条形码读取系统的网络服务，即控制系统或来自 互联网浏览器的网络；等等。
尽管本发明的说明实施例被结合多种包括1D和2D条形码结构的条形 码符号读取应用程序被描述，可以理解，本发明可以被用于读取(即，识 别)任何机器可读的标记或数据表或智能图形编码形式，包括但不限于条 形码符号结构：文字数字的识别串、手写体和现有技术中的或在将来被发 展的不同的数据形式。以下，术语“码符号”可以被认为包括所有这样具 有结构和其它图形编码的智能形式的信息。
而且，本发明的基于成像的条形码符号阅读器也可以被用于捕捉和处 理多种图形图像，包括相片和印在驾驶执照、许可证、信用卡、借记卡等 上的标记，以不同用户的应用。
可以理解，使用在说明实施例中的条形码符号读取系统的图像捕捉和 处理技术可以多种形式进行修改，对于本领域的技术人员能够容易地理解 所公开的新技术效果。因此所示实施例的所有这些更改和变化都落在本发 明所附的权利要求主张的范围和宗旨内。
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