[发明专利]具有全局电子快门控制的条形码读取装置

说明书

相关申请的交叉申请

本PCT申请要求2005年3月11日提交的申请号为11/077,975、主题为“具有全局电子快门控制的条形码读取装置”的美国整理申请案和2005年3月11日提交的、申请号为11/077,976、主题为“自动对焦图像读取器的系统和方法”的优先权。要求每个上述申请的优先权，并且每个上述申请的全部内容结合于此作为参考。

发明领域

本发明总体上涉及图像数据采集，更具体的，涉及具有调整照明和全局快门控制的图像数据采集器。

背景技术

许多传统图像读取器(例如手持和嵌入安装的条形码和机器码读取器)使用基于电荷耦合器件(CCD)的图像传感器。基于CCD的图像传感器包括电耦合的光敏性的光电二极管阵列，光敏二极管将入射光能转换为电荷包。在操作中，电荷包被转移出CCD图像传感器以用于下一步处理。

一些图像读取器使用基于CMOS的图像传感器作为可选的成像技术。与CCD一样，基于CMOS的图像传感器包括光敏性的光电二极管阵列，光敏二极管将入射光能转换为电荷。然而，与CCD不同的是，基于CMOS的图像传感器允许二维阵列中的每个像素被直接寻址。这样的好处之一为，整帧图像数据的子区域能够被单独访问。基于CMOS的图像传感器的另一个好处为通常来讲他们的每个像素的成本更低。这主要是由于CMOS图像传感器由生产例如微处理器等的普通集成电路的大量晶圆生产设备的标准CMOS工艺制造。除了降低成本外，普通制造工艺意味着能够将CMOS像素阵列与诸如时钟驱动器、数字逻辑电路、模/数转换器等其它标准电子装置集成在一个单芯片上。而这样的进一步好处是，减小了空间需求，并且降低了功率消耗。

基于CMOS的图像读取器传统上使用卷帘式快门以曝光传感器阵列中的多个像素。在卷帘式快门机构中，激活多行像素并且依次将其读出。像素的曝光或积分时间在重置像素的时间和读出像素值的时间之间。在图2A中示出了这种概念。图2A中，行a到行n中的每行的曝光由多个线条4a...4n(通常为4)图示。每个线条的水平宽度8设计为对应于一个单独行的曝光时间。每个线条4的水平位移代表时移周期(shifting time period)，在时移周期中，曝光每行像素。从图2A中可以看到，连续行的曝光期是交迭的。图2B中更详细地示出了关于卷帘式快门机构的时序图。该时序图的第二条线12和第三条线16分别表示行a的重置定时信号和读出定时信号。第四条线20和第五条线24分别表示行b的重置定时信号和读出定时信号。如两个图2A、图2B所示，在将行a的值读出之前，开始曝光行b。由于在捕捉数据帧时必须曝光并且读出几百行像素，所以通常地邻近行像素的曝光期基本上交迭。如第一条线28上的照明定时信号所示，具有交迭曝光期的卷帘式快门机构要求，在捕捉数据帧所需的大致上所有时间内，照明源保持开启，因此给所有行提供了照明。

操作中，卷帘式快门机构遭受至少两个不利条件：图像失真和图像模糊。图像失真是是像素的每行在不同时间曝光的典型产物。当视觉记录快速移动的物体时，图像失真的影响最明显。图3中示出了使用卷帘式快门拍摄从左到右经过视野的公共汽车图像像素50的代表图像，示出的图像表明了这种影响。当公共汽车的图像54的顶行早于像素58的底行被拍摄时，并且当公共汽车行驶到左边时，公共汽车的图像像素58的底像素移动到相对于公共汽车像素54的顶行的左边。

图像模糊是图像读取器中卷帘式快门机构中的通常需要长曝光期的典型产物。如上面所指出的，卷帘式快门机构中的照明源必须在捕捉数据帧所需的大致上所有时间内保持开启。由于电池和/或照明源的限制，捕捉整帧数据期间内提供的光对于短曝光时间通常来讲是不够的。没有短曝光时间，导致模糊的影响变得明显。导致模糊影响的常见例子包括例如由于手持图像读取器的手抖动而使图像传感器移动。

图像读取器需要克服现有CMOS图像读取器具有的图像失真和图像模糊的缺点。

发明内容