一种条码识别引擎及其降低功耗的控制方法

摘要

本发明实施例公开了一种条码识别引擎及其降低功耗的控制方法，所述条码识别引擎包括光学成像单元、补光单元、瞄准单元、解码单元和引擎单片机；所述解码单元触发解码时，所述光学成像单元采集光信号并转换为图像数据后传输至解码单元解码；光学成像单元根据其内部生成的帧周期信号和引擎单片机输出的电源控制信号控制补光单元的供电状态；光学成像单元在帧周期信号的曝光时间控制补光单元打开补光，在帧周期信号的采样时间控制补光单元关闭；所述补光单元打开时为光学成像单元做补光增强，瞄准单元用于瞄准指示。通过曝光时间来同步调节补光时长，周期性且有规律的开关补光，实现低功耗、低温度的同时且不影响图像成像的质量，使成像更加稳定。

权利要求

1.一种条码识别引擎，其特征在于，包括光学成像单元、补光单元、瞄准单元、解码单元和引擎单片机；

所述解码单元触发解码时，所述光学成像单元采集光信号并转换为图像数据后传输至解码单元解码；光学成像单元根据其内部生成的帧周期信号和引擎单片机输出的电源控制信号控制补光单元的供电状态；光学成像单元在帧周期信号的曝光时间控制补光单元打开补光，在帧周期信号的采样时间控制补光单元关闭；所述补光单元打开时为光学成像单元做补光增强，瞄准单元用于瞄准指示；

所述光学成像单元包括镜头、CMOS图像传感器、补光控制电路和MIPI接口芯片；所述补光单元包括补光灯；

所述CMOS图像传感器将镜头采集的光信号转化为电信号，通过模拟转化为图像数据并输出；

CMOS图像传感器输出成像的帧周期信号，补光控制电路根据所述帧周期信号和所述电源控制信号的高低电平组合来控制补光单元的供电状态；所述条码识别引擎工作时，电源控制信号持续为低电平，补光控制电路在各帧周期信号的曝光时间控制补光单元打开补光，在各帧周期信号的采样时间控制补光单元关闭补光；

CMOS图像传感器在采样时间采集并输出图像数据、经MIPI接口芯片格式转化后传输给解码单元做解码处理。

2.根据权利要求1所述的条码识别引擎，其特征在于，所述补光控制电路包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一电阻和第二电阻；

所述第一三极管的基极连接引擎单片机，第一三极管的发射极连接电源端，第一三极管的集电极连接补光灯的正极和第二三极管的发射极，第二三极管的基极连接第一电阻的一端和CMOS图像传感器的帧曝光输出脚，第一电阻的另一端连接电源端，第二三极管的集电极连接第三三极管的基极，第三三极管的集电极连接补光灯的负极，第三三极管的发射极通过第二电阻接地。

3.根据权利要求2所述的条码识别引擎，其特征在于，所述第一三极管和第二三极管为PNP型三极管，第三三极管为NPN型三极管。

4.根据权利要求2所述的条码识别引擎，其特征在于，所述补光控制电路还包括第一电容，所述第一电容的一端连接电源端和第一三极管的发射极，第一电容的另一端接地。

5.根据权利要求3或4所述的条码识别引擎，其特征在于，所述补光控制电路还包括第三电阻和第四电阻；

所述第三电阻的一端连接第二三极管的基极，第三电阻的另一端连接第一电阻的一端和CMOS图像传感器的帧曝光输出脚，第四电阻的一端连接第二三极管的集电极，第四电阻的另一端连接第三三极管基极。

6.一种采用权利要求1所述的条码识别引擎的降低功耗的控制方法，其特征在于，包括：步骤A、解码单元触发解码时，所述光学成像单元采集光信号并转换为图像数据后传输至解码单元解码；

步骤B、光学成像单元根据其内部生成的帧周期信号和引擎单片机输出的电源控制信号控制补光单元的供电状态；在所述帧周期信号的曝光时间控制补光单元打开补光，在帧周期信号的采样时间控制补光单元关闭；

步骤C、所述补光单元打开时为光学成像单元做补光增强，瞄准单元用于瞄准指示。

7.根据权利要求6所述的条码识别引擎的降低功耗的控制方法，其特征在于，所述步骤B包括：步骤B1、光学成像单元的补光控制电路根据所述帧周期信号和所述电源控制信号的高低电平组合来控制补光单元的供电状态；

步骤B2、所述补光控制电路在各帧周期信号的曝光时间控制补光单元打开补光，在各帧周期信号的采样时间控制补光单元关闭补光。

说明书

一种条码识别引擎及其降低功耗的控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及条码识别技术领域，尤其涉及一种条码识别引擎及其降低功耗的控制方法。

背景技术

[0002] 随着条码应用及移动支付的普及，二维码识别已逐渐应用到社会的各个行业。目前，二维码识别通常采用影像式的识读方式，主流技术是通过CCD (电荷耦合元件，一种半导体器件)/CMOS(互补金属氧化物半导体，由电压控制的一种放大器件)配合合适的镜头来做光学成像，然后由后端的解码部分做图像识别。原始的成像质量对解码的效率至关重要，为获得更好的成像质量，通常会通过额外的补光来提升获得的成像质量。尤其是在暗光环境，为了保证识读的效果及景深，需要使用亮度高的补光来进行补偿，这样不可避免的会带来发热量和功耗的上升。例如，在长时间的高强度工作之后，环境温度较高，器件本身的发热量得不到良好传导的情况下，轻者会影响 CCD/CMOS的成像质量，严重会导致器件损害并停止工作。

发明内容

[0003] 针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种条码识别引擎及其降低功耗的控制方法，以解决现有二维码识别长时间工作导致发热量和功耗的上升、影像成像质量的问题。

[0004] 本发明实施例提供一种条码识别引擎，包括光学成像单元、补光单元、瞄准单元、解码单元和引擎单片机；

[0005] 所述解码单元触发解码时，所述光学成像单元采集光信号并转换为图像数据后传输至解码单元解码；光学成像单元根据其内部生成的帧周期信号和引擎单片机输出的电源控制信号控制补光单元的供电状态；光学成像单元在帧周期信号的其曝光时间控制补光单元打开补光，在帧周期信号的采样时间控制补光单元关闭；所述补光单元打开时为光学成像单元做补光增强，瞄准单元用于瞄准指示。

[0006] 可选地，所述的条码识别引擎中，所述光学成像单元包括镜头、CMOS 图像传感器、补光控制电路和MIPI接口芯片；所述补光单元包括补光灯；

[0007] 所述CMOS图像传感器将镜头采集的光学信号转化为电信号，通过模拟转化转化为图像数据并输出；

[0008] CMOS图像传感器输出成像的帧周期信号，补光控制电路根据所述帧周期信号和所述电源控制信号的高低电平组合来控制补光单元的供电状态；补光控制电路在各帧周期信号的曝光时间控制补光单元打开补光，在各帧周期信号的采样时间控制补光单元关闭补光；

[0009] CMOS图像传感器在采样时间采集并输出图像数据、经MIPI接口芯片格式转化后传输给解码单元做解码处理。

[0010] 可选地，所述的条码识别引擎中，所述补光控制电路包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一电阻和第二电阻；

[0011] 所述第一三极管的基极连接引擎单片机，第一三极管的发射极连接电源端，第一三极管的集电极连接补光灯的正极和第二三极管的发射极，第二三极管的基极连接第一电阻的一端和CMOS图像传感器的帧曝光输出脚，第一电阻的另一端连接电源端，第二三极管的集电极连接第三三极管的基极，第三三极管的集电极连接补光灯的负极，第三三极管的发射极通过第二电阻接地。

[0012] 可选地，所述的条码识别引擎中，所述第一三极管和第二三极管为PNP 型三极管，第三三极管为NPN型三极管。

[0013] 可选地，所述的条码识别引擎中，所述补光控制电路还包括第一电容，所述第一电容的一端连接电源端和第一三极管的发射极，第一电容的另一端接地。

[0014] 可选地，所述的条码识别引擎中，所述补光控制电路还包括第三电阻和第四电阻；

[0015] 所述第三电阻的一端连接第二三极管的基极，第三电阻的另一端连接第一电阻的一端和CMOS图像传感器的帧曝光输出脚，第四电阻的一端连接第二三极管的集电极，第四电阻的另一端连接第三三极管基极。

[0016] 本发明实施例第二方面提供了一种采用所述的条码识别引擎的降低功耗的控制方法，包括：

[0017] 步骤A、解码单元触发解码时，所述光学成像单元采集光信号并转换为图像数据后传输至解码单元解码；

[0018] 步骤B、光学成像单元根据其内部生成的帧周期信号和引擎单片机输出的电源控制信号控制补光单元的供电状态；在所述帧周期信号的曝光时间控制补光单元打开补光，在帧周期信号的采样时间控制补光单元关闭；

[0019] 步骤C、所述补光单元打开时为光学成像单元做补光增强，瞄准单元用于瞄准指示。

[0020] 可选地，所述的条码识别引擎的降低功耗的控制方法中，所述步骤B包括：

[0021] 步骤B1、光学成像单元的补光控制电路根据所述帧周期信号和所述电源控制信号的高低电平组合来控制补光单元的供电状态；

[0022] 步骤B2、所述补光控制电路在各帧周期信号的曝光时间控制补光单元打开补光，在各帧周期信号的采样时间控制补光单元关闭补光。

[0023] 本发明实施例提供的技术方案中，所述条码识别引擎包括光学成像单元、补光单元、瞄准单元、解码单元和引擎单片机；所述解码单元触发解码时，所述光学成像单元采集光信号并转换为图像数据后传输至解码单元解码；光学成像单元根据其内部生成的帧周期信号和引擎单片机输出的电源控制信号控制补光单元的供电状态；光学成像单元在帧周期信号的曝光时间控制补光单元打开补光，在帧周期信号的采样时间控制补光单元关闭；所述补光单元打开时为光学成像单元做补光增强，瞄准单元用于瞄准指示。通过曝光时间来同步调节补光时长，周期性且有规律的开关补光，实现低功耗、低温度的同时且不影响图像成像的质量，使成像更加稳定。

附图说明

[0024] 图1为本发明实施例中条码识别引擎的结构示意图。

[0025] 图2为本发明实施例中条码识别引擎的结构框图。

[0026] 图3为本发明实施例中光学成像单元的结构框图。

[0027] 图4为本发明实施例中CMOS成像周期和补光周期的时序图。

[0028] 图5为本发明实施例中补光控制电路的电路图。

[0029] 图6为本发明实施例中条码识别引擎的降低功耗的控制方法流程图。

具体实施方式

[0030] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0031] 请同时参阅图1、图2和图3，所述条码识别引擎包括光学成像单元1、补光单元2(在光学成像单元1的左右两侧各设置1个补光灯，即21、22)、瞄准单元3、解码单元4和引擎单片机5。在解码单元4触发解码时，所述光学成像单元1采集光信号并转换为图像数据后传输至解码单元4解码。所述补光单元被点亮，用于为光学成像单元1内部的传感器做补光增强，以便条码识别引擎能够应用于弱光环境。瞄准单元3用于瞄准指示，用户使用解码时起到指引作用。这些器件的发热量及功耗的主要来源为补光单元。以补光灯(图3以D代表两个补光灯，对应图1中的21、22)为例，其瞬时功耗接近0.5W，占整个光学器件的功耗比>50％，也是主要的发热源。此为，本实施例利用CMOS图像传感器的成像周期的原理(需要通过周期性的曝光来不断成像)，光学成像单元1根据其内部生成的帧周期信号和引擎单片机5输出的电源控制信号 POWER控制补光单元2的供电状态；光学成像单元1在帧周期信号的曝光时间控制补光单元打开补光，在帧周期信号的采样时间控制补光单元关闭。相对于现有一直打开补光的方式，本实施例通过曝光时间来同步调节补光时长，周期性且有规律的开关补光，实现低功耗、低温度的同时且不影响图像成像的质量，使成像更加稳定。

[0032] 所述光学成像单元1包括镜头11、CMOS图像传感器12、补光控制电路13 和MIPI(Mobile Industry Processor Interface，移动产业处理器接口)接口芯片 14。所述补光单元包括补光灯。所述CMOS图像传感器12将镜头11采集的光信号转化为电信号，通过内部的模拟电路和数字电路将所述电信号转换为对应的图像数据并输出。CMOS图像传感器12输出成像的帧周期信号Strobe；补光控制电路13根据所述帧周期信号和所述电源控制信号的高低电平组合来控制补光单元的供电状态，在各帧周期信号的曝光时间控制补光灯打开补光，在各帧周期信号的采样时间(即停止曝光开始采集图像数据时)控制补光灯关闭补光。CMOS图像传感器12在采样时间采集并输出图像数据Data、经MIPI 接口芯片14格式转化后传输给后端的解码单元4做解码处理。

[0033] 需要理解的是，所述CMOS图像传感器12通过电源VIN_3V3供电，与解码单元4进行I2C通信，输出的时序控制信号Timing(其中包括帧周期信号Strobe 和场同步信号Vsync)给MIPI接口芯片14。此为现有技术，此处不作详述。

[0034] CMOS成像周期CIC和补光周期FLC的时序如图4所示。CMOS图像传感器 12中，一个帧周期信号T包括曝光时间N和采样时间S，所述曝光时间即CMOS 图像传感器12接收电信号并转换为图像数据的时间，采样时间S(非曝光时间) 为CMOS图像传感器对图像数据的采集和传输时间。所述曝光时间的起始时刻为t1，曝光结束的时间为t2，则补光持续的时间为Δt(Δt的时间等于曝光时间 N)。本实施例通过在曝光时间N打开补光，持续Δt，在采样时间关闭补光，持续的周期性的补光更能有效的节省功耗，降低发光器件的热量，提高各器件的使用寿命。

[0035] 请一并参阅图5，所述补光控制电路13包括第一三极管Q1、第二三极管 Q2、第三三极管Q3、第一电阻R1和第二电阻R2；所述第一三极管Q1的基极连接引擎单片机，第一三极管Q1的发射极连接电源端VCC，第一三极管Q1的集电极连接两个补光灯D(此处以D代表两个补光灯)的正极和第二三极管Q2 的发射极，第二三极管Q2的基极连接第一电阻R1的一端和CMOS图像传感器 12的帧曝光输出脚，第一电阻R1的另一端连接电源端VCC，第二三极管Q2的集电极连接第三三极管Q3的基极，第三三极管Q3的集电极连接两个补光灯D 的负极，第三三极管Q3的发射极通过第二电阻R2接地。

[0036] 其中，第一三极管Q1和第二三极管Q2为PNP型三极管，第三三极管Q3为 NPN型三极管。条码识别引擎的引擎单片机控制激光器电源开关的控制引脚输出电源控制信号POWER，其为低电平时打开第一三极管Q1，为高电平时关闭第一三极管Q1。CMOS图像传感器12的帧曝光输出指示引脚输出帧周期信号Strobe，其为低电平时打开第二三极管Q2，为高电平时关闭第二三极管Q2。第三三极管Q3的基极输出高电平时导通，低电平则截止。

[0037] 所述条码识别引擎工作时，电源控制信号POWER持续为低电平，打开第一三极管Q1。第二三极管Q2由帧周期信号Strobe的高低电平进行同步开关。具体为：帧周期信号Strobe为低电平时打开第二三极管Q2，此时第三三极管 Q3的基极输入高电平而导通，控制补光灯D点亮；帧周期信号Strobe为高电平时关闭第二三极管Q2，第三三极管Q3关闭从而控制补光灯D熄灭。这样即可实现补光灯的周期性且精准的亮灭，达到降低功耗，降低器件发热的目的。

[0038] 优选地，所述补光控制电路13还包括第一电容C1，所述第一电容C1的一端连接电源端VCC和第一三极管Q1的发射极，第一电容C1的另一端接地；通过第一电容滤波去噪使输入补光灯的电源电压更加稳定，补光灯的补光效果更佳。

[0039] 优选地，所述补光控制电路13还包括第三电阻R3和第四电阻R4；所述第三电阻R3的一端连接第二三极管Q2的基极，第三电阻R3的另一端连接第一电阻R1的一端和CMOS图像传感器的帧曝光输出脚，第四电阻R4的一端连接第二三极管Q2的集电极，第四电阻R4的另一端连接第三三极管Q3基极。通过第三电阻R3的限流可保护第二三极管Q2，第四电阻R4的限流可保护第三三极管 Q3。

[0040] 优选地，所述补光灯采用LED，可以高频的周期性的亮灭，可靠地满足长时间周期亮灭的需求。实测在亮度保证成像的同时，功耗得到有效的降低。

[0041] 基于上述的条码识别引擎，本发明还提供一种条码识别引擎的降低功耗的控制方法，请参阅图6，所述降低功耗的控制方法包括：

[0042] S10、解码单元触发解码时，所述光学成像单元采集光信号并转换为图像数据后传输至解码单元解码；

[0043] S20、光学成像单元根据其内部生成的帧周期信号和引擎单片机输出的电源控制信号控制补光单元的供电状态；在所述帧周期信号的曝光时间控制补光单元打开补光，在帧周期信号的采样时间控制补光单元关闭；

[0044] S30、所述补光单元打开时为光学成像单元做补光增强，瞄准单元用于瞄准指示。

[0045] 其中，所述步骤S20包括：

[0046] 步骤21、光学成像单元的补光控制电路根据所述帧周期信号和所述电源控制信号的高低电平组合来控制补光单元的供电状态；

[0047] 步骤22、所述补光控制电路在各帧周期信号的曝光时间控制补光单元打开补光，在各帧周期信号的采样时间控制补光单元关闭补光。

[0048] 综上所述，本发明提供一种条码识别引擎及其降低功耗的控制方法，适用于所有通过光学成像来进行条码识别的嵌入式设备。通过获取CMOS图像传感器的曝光和采样的帧周期信号，在曝光时间打开补光，在采样时间关闭补光，周期性的补光在保证补光补偿效果的同时，大大降低了补光灯的功耗和发热量，降低幅度实测达到30％-50％左右，减轻因补光灯发热对 CCD/CMOS的成像影响；同时也间接延长了器件的使用寿命，更能有效的节省功耗，具有低功耗、低成本、能够保证识读引擎长期稳定工作的优点。解决了现有市面上的工业扫描引擎长时间工作不可避免会带来功耗和发热量的增加的问题。

[0049] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。