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潮高新科技|朝向工业生产条形码阅读软件运用的成本低高性能

潮高新科技 | 朝向工业生产条形码阅读软件运用的成本低高性能图像传感器

创刊词:文中来源于微信公众平台“MEMS”,创作者Teledyne-e2v 企业杰出营销推广技术工程师Gareth Powell,全文题型《面向工业条形码阅读器应用的低成本高性能图像传感器》,36kr经受权公布,略微删剪。

引言

随着着现如今更成本低和高些性能的工业相机的发展趋势,对CMOS图像传感器也明确提出了高些的规定,必须根据设计方案系统软件级集成ic来完成这一总体目标。为完成该总体目标,需根据三d集成ic堆栈和背照式技术性,把好几个图象处理每日任务集成化到单一元器件中。在未来可能出現具备高精密的深度学习和特有的智能计算集成ic融合图象获取功能的解决方法,造就出紧凑型的髙速计算视觉识别系统。但是在完成全新的大中型技术性集成化以前,必不可少清扫2个关键发展趋势阻碍—集成ic的发热量管理方法和功能损耗。如今,优秀的前照式CMOS感应器集成化了仿真模拟和数据功能,完成了成本费和效率兼顾的解决方法。可以达到这种总体目标,关键所在把有益于系统软件效率及置入到图像传感器SOC等多种要素的恰当隔开。这里,隔开图象系统应用及其例如CPU、FPGA和DSP等现有图象处理元器件的人物角色是关键要素,因功能重覆会造成成本增加。而开发设计一个可以为总体目标应用商店出示行得通计划方案,以做到规模性批量生产的规范图象SOC商品,事先必须2个控制模块的深层次会话。终端设备照相机商品的关键的销售市场参加者,包含硬件配置、手机软件、系统软件创设者和光学工程师,及其一个多范围的图像传感器开发设计团队,都会奉献着分别在半导体材料高新科技和终端设备照相机商品技术性和运用的专业知识,找寻自主创新的商品解决方法。文中将详细介绍一款朝向条形码读码器和其他内嵌式视觉效果运用的CMOS图像传感器产品系列、他们的运用案例,及其一些将来发展趋向。

条形码 – 现如今最时兴的编号系统软件及其有关阅读文章技术性概述

在以国家法定假日及周期性消費零售和网络购物的制造行业中,运输物流、生产制造和批發等制造行业每天扫描仪逾50亿次条形码。伴随着1970时代全世界首例条形码在一包泡泡糖上出現,如今它显而易见是最时兴的可写编号系统软件,而且持续发展趋势新的运用范畴。

一维条形码是首例出現的条形码,而它依然是流行技术性,由此可见于零售、运送和货运物流以及它制造行业的UPC运用。

二维条形码有多种的规格型号,出示相较一维码大量的可编程控制器数据信息:一维码较大 可加载20-25标识符,且在于条形码种类;二维码较大 能够 载入超出2000字符。除开一般的载入商品信息和清单功能外,二维条形码也载入校验和及其其他校准技术性,以保证对印刷错误或损坏的条形码有更大的容错机制工作能力。二维码在一些特殊制造行业已得到很多运用,如自动化技术生产制造制造行业,零件的立即构件标识等。二维条形码阅读文章产品升级大概在十五年前刚开始,因为它可以另外阅读文章二维码和一维码,并变成现如今的销售市场流行。

图1:条形码案例

图2:并不一定二维码阅读软件都是有一样的功能

并不一定二维码阅读软件都是有一样的功能

条形码认证和编解码系统软件已经迅速发展趋势并不断完善,以出示更快、更紧凑型、更低价钱和更强劲的阅读文章功能。

尽管根据激光器的一维阅读软件依然在产和应用,阅读系统最明显的技术性发展确是来源于二维阅读软件。二维阅读软件根据图像传感器,促使它可以出示明显的运算工作能力,产生以前不太可能出現的额外功能。这种功能包含拍攝相片和入取视頻,及其添加大量优秀功能,普遍事例包含文件扫描、电子光学标识符识别、物品分辨、规格度量,及其大量其他功能。Teledyne-e2v的图像传感器是一款朝向这一销售市场上的与众不同商品,出示了各种各样二维感应器选择项之外的大量优点。在其中一个关键缘故是它经设计方案专业用以条形码阅读文章,而不是一般朝向多功能、消费性或车配销售市场的商品。这代表着一种精准强劲的解决方法,可以考虑领跑销售市场的条形码阅读软件商品的一切规定。Teledyne-e2v最近开发设计出一小清晰度低噪音全局性快门速度CMOS图像传感器产品系列,有着与众不同功能,可以为全自动数据收集系统软件和全自动识别行业应用产生明显成本费节约及/或性能提高的计划方案。在这里一销售市场区段,尽管感应器模块成本费是最重要的要素,但例如照明灯具 / 光学镜头的降成本费计划方案也必须一并考虑到。

图3:Snappy是用以工业生产条形码阅读软件的CMOS图象传感的一种自主创新朝向运用方式

性能

二维码阅读系统规定十分迅速的帧获得图象以防止拖影状况。这必须尽量短的快门速度。另一方面,要得到较大 景深效果(depth of field ,DOF) 或扫描仪范畴,通常会应用十分小电子光学直径(一般时F/8或更小)的眼镜片。可以进到图像传感器清晰度的十分小钱的光子美容融合很短的集成化時间,代表着能够 在低色度运用中开展条形码阅读文章(见图5)。而全局性快门速度也有益于阅读文章挪动的条形码。危害终端设备阅读软件性能的关键感应器主要参数因此非常适用条形码阅读文章运用。图 4 列举了一些关键的感应器/条形码阅读文章性能规定,并展现出Snappy感应器系列产品做为专业运用CMOS图像传感器案例的优点。

图 | MEMS

图16:Snappy朝向条形码扫描仪功能的关键规格型号

图5:Snappy感应器的低色度频率稳定度为减少系统软件照明灯具电子光学耗能和成本费出示优点

升温的危害

假如细心一点观查在25°C的溫度下,各种各样组成噪音主要参数的部件中间的差别,及其这种部件在>65°C升温时的情况,一些部件的主要参数主要表现有局限,在感应器挑选全过程中应予以考虑升温的危害。室内空间队伍固定不动的读取噪音是条形码阅读文章的在其中一个非常关键主要参数。充分考虑固定不动方式噪音的样子与平行线和水平线类似,他们非常容易与条形码造成搞混,或会在图象中的条形码载入时添加不正确的信息内容。Snappy系列产品图像传感器应用优秀的半导体材料加工工艺,在25°C时仅有极少数暗数据信号光子美容,而就算在65°C也只测到每秒钟77个光子美容。这有利于列和行的嵌入固定不动方式噪音清除优化算法,就算在高操作温度,也可以完成仅有好多个百分数的固定不动方式噪音。非常低的读取噪音典型性标值为三个光子美容。就算在高溫自然环境下也不会恶变。假如感应器在高溫下性能降低,那代表着必须大量的照明灯具,介绍提升了系统软件成本费。特有的黑与白 彩色清晰度ps滤镜方式—融合黑与白和彩色清晰度的低亮高灵敏数据信息的优点

感应器能够 应用有彩色清晰度便于于添加额外的目标/标识识别功能,出示大量安全性功能以防止仿冒(spoofing)或条形码自身不可以阅读文章的状况。但是,由于彩色感应器的有机化学彩色ps滤镜的较低传输特点,及其必须融合绿红蓝三色清晰度来生产制造“彩色”清晰度,这代表着对比于纯色的图像传感器,彩色禅观棋有较低空间分辨率和较低敏感度。

Teledyne-e2v的Jade图像传感器是一个趣味的自主创新,它应用纯色清晰度,但在每四个纯色清晰度添加一个彩色清晰度。那样就能储存阅读文章条形码尤为重要的空间分辨率和敏感度,另外让较低分辨率的彩色图象被另外获取。

图6:自主创新色感测运用不用对阅读文章性能做出折中

自主创新嵌入式应用特有功能

完成迅速(Snappy) 条形码阅读文章不单单是帧读取率的結果。尽管固定不动噪音是一个限定要素, 但Snappy感应器没有因此做出让步。该感应器出示8 bit位深贴近每秒钟120帧的优异性能。特有的接电源方式保证元器件在频率稳定度规格型号下获取第一个图象(或迅速自曝出亚图象)时已处在接电源或候命情况。

这并并不是一般车月手或朝向其他运用的全局性快门速度CMOS感应器的规范功能,由于这代表着在彻底平稳和做到数据分析表标出的频率稳定度功能标值前,系统软件必不可少废置好几个全帧图象。这一特有的接电源后首帧语言表达能力可以为照相机出示多元化要素,完成最髙速条形码阅读文章,向终端产品用户出示“快拍”式扫描仪,为公司完成更增产能。

下列將介绍在Snappy 傳传感器系列产品中,Teledyne-e2v 显像精英团队创造发明的2个最具创新能力的专利权功能:他们经设计方案用以 终端设备扫描仪的快速条形码阅读文章、分辨调解碼运用。1. 迅速自曝出(Fast Self Exposure,FSE) 方式(用以Snappy 2MP 和 5CP CMOS 感应器):

迅速自曝出方式容许在转变光源下提升快门速度 (见图7)。相比于传统式的全自动曝出方式,FSE产生大量结合時间和强劲功能的优点,包含彻底使用人程序编写并向终端产品用户出示平稳快速阅读训练优点,响应式一切灯源或动态性灯源自然环境,并且对帧数基本上沒有危害。

图7:用以条形码阅读文章和全部机器视觉技术运用的新式上面全自动曝出方式

专利权的FSE方式应用了好几个上面构件完成下列功能:

(a) 特有的竖向数模转换芯片(ADC)容许在持续的行段设置4个不一样的曝出时间段,随后在全部列阵反复,造成4个具备不一样曝出标值的低分辨率图象。这一功能还可以作为一种强劲的高动态范围影象获取功能。

(b) 横着增加量亚取样,最高值1/64线

(c)  上面数据统计包括饱和状态清晰度标值,并另外出示一个16-bin条形图輸出,能够 在图象诠释立即载入打开中的帧或地区的数据信息

(d) 采景对话框(ROI)方式可适用FSE子帧,多地区,及其地区中地区

(e) 细致操纵可应用条形图标值、均值和二者的组成

(f) 可编程油压缓冲器提供形象化的使用人控制和设置这种作用为终端设备运用产生扫描仪速度的优点,由于FSE模式一般只应用低于10%的帧时间段。别的CMOS感应器的传统式内嵌式全自动曝出控制(AEC)应用渐行技术性,防止闪动(flashing)并提供总体目标图象,促使图像融合速度比较慢。在全部全过程会消耗很多帧幅,促使速度不可以相互配合条码阅读文章运用的规定。

2. 智能化采景对话框(Smart ROI)模式 (用以Snappy  5CP 感应器):

智能化采景对话框(Smart ROI) 应用上面优化算法来侦侧照片上的一个或好几个条码。而条码编解码图象处理系统软件必须把乘载条码的范畴与其他的部分各自出去,进而对有效的一部分开展解决。这一工作中一般是在FPGA或CPU上开展,由于这一每日任务必须很多的闸/实时时钟(RTC)和解决工作能力,造成附加的高成本费,及其挑选解决模块时需碰到繁杂技术性限定。

图8:运用智能化采景对话框(Smart_ROI)功能检测光学镜头上好几个挪动中的条码

把这一条码探测作用置入感应器中,可以完成总体成本费节约,这不光是由于解决层面的花销明显减少,也有是因为每日任务在感应器内进行,不用根据其他模拟信号端生产加工解决,完成系统软件特性和可靠性优点。在合理帧中探测到的一维码或二维码在可能以区块链方式,并再加X/Y座标做为图象诠释地区(不由此可见)的可写信息内容的一部分。感应器可另外探测好几个地区(或条码),还可以探测其他编号,比如是在电子光学文本识别运用(OCR)中阅读文章包装印刷标识符。就算是在条码/目标/照相机已经挪动的运用中,这一作用依然可以合理工作中。明显的成本费节约和系统软件简单化是关键的优点。5CP感应器关键用以高档条码运用,这是由于它需很大的摄像镜头和更强的解决工作能力相互配合去开展5CP即时图象处理/编解码工作中,冲抵了更大扫描仪范畴或总面积所提供的关键优点。但是, Snappy系列产品感应器的小清晰度及其由上面智能化采景对话框产生的解决花销节约,可以完成更小系统软件级成本费。因为其低能耗与在单帧幅识别好几个条码标记的工作能力,促使该商品正变成高像素感应器的销售市场驱动力,在电子商务物流制造行业也是显著的优点。迅速自曝出和智能化采景对话框作用能够 另外在Snappy 5CP感应器上工作中,以保证在自然环境光源持续转变的自然环境下,依然可以提供迅速强劲的操作技能。Snappy感应器系列产品历经设计方案提升,考虑成本低,低能耗的系统软件要求。前文也曾谈及的感应器上面解决数据信息,工作中特性可明显提升。尽管不但考虑条码阅读文章运用和销售市场,另外考虑其他种类的机器视觉技术(MV)运用,包含检查、精确测量、电子光学标识符识别这些,还可以根据Snappy 感应器的特性和内嵌式作用获利。其他应用领域包含内嵌式视觉识别系统、物联网技术边沿机器设备、无人飞机、增强现实技术、生物学特性系统软件这些。

图9:Snappy感应器系列产品适用其他机器视觉技术、智能物联网和其他工业生产测算视觉效果运用

Snappy感应器集成化摄像镜头和优秀根据微型马达的对焦提供额外使用价值

消費级照相机电子光学控制模块并不适感用以B2B工业生产运用的苛刻长期办公环境。此外,举个事例,用以条码阅读文章的摄像镜头一般有专业的特性和电子光学特点,必须较大 的工作中间距,而例如电子光学调配变换涵数(MTF)等电子光学像差必须降到最低,便于于合理地对特点规格比奈奎斯特頻率也要小的条码开展编解码。集成化了强劲的Snappy光学镜头和性能卓越摄像镜头的MIPI电子光学控制模块(MOM) 可以提升系统软件的使用价值并节约开发设计時间和成本费。

图10:应用集成化定焦镜头和Snappy 感应器的MIPI电子光学控制模块(MOM)

MIPI电子光学控制模块 是内嵌式视觉效果运用的理想化解决方法,它容许某水平上应用定制摄像镜头,为20毫米 x 20毫米的中小型控制模块提供优异的特性和协调能力。Teledyne-e2v 如今向终端产品用户提供首例2MP MIPI电子光学控制模块试品,而且方案发布5CP版本号,及其强劲而轻巧、根据微型马达技术性的2MP 对焦版本号。

对焦的较大 优点取决于相较聚焦光学电子系统,它容许应用更大电子光学直径来完成平级或更优的扫描仪范畴或工作中间距,但必须显碰地小的照明灯具功能损耗。将来的2MP MIPI电子光学控制模块将为工业生产显像运用提供大量特性/或成本费改善。新品的详尽內容将于今年中发布。

但是如今现有一个应用全新开环传递函数‘多焦’作用的评定服务平台,可以提供较大 工作中范畴和较大 帧数,并具备可用以現存Snappy 2MP示范性模块的MEMS对焦部件。

电子商务的爆发式成才产生的新发展趋势和转型

电商的爆发式成才产生的极大二位数年年复合增长率(CAGR)总体目标(每一年超过25%) ,不光为物流配送中心经营产生转型,也为传统式的实体线零售点提供确保。零售销售市场已经应对极大变化,必须提供更强的用户体验并根据应用没有人全自动‘自助式扫描仪’系统软件来减少结帐時间。

这种系统软件的取得成功重要不光取决于靠谱的条码识别和编解码工作能力,也有是必须大量应用五颜六色显像元器件的更细致的目标分辨每日任务。

图11:电商的爆发式成才促使了对CMOS感应器规定和作用的新发展趋势和转型

如要全面实施高成才发展潜力,前提条件是要完成高些速度或更增产能的扫描机和照相机。具备宽界面的更高像素感应器将容许迅速的阅读文章速度并完成更大面积读码(在同一图象包括好几个包囊和条码),以致在未来在单独感应器遮盖全部库房地区。有关光学镜头,大家见到软性传感技术运用的优点,它可以减少外界电子光学部件的多元性并简省例如眼镜片绕射極限等目前有关小清晰度的一些限定。这一发展趋势可提供 2个优点,一是简单化并节约电子光学本,二是容许2.5µ下列的小清晰度不用减少MTF依然做到眼镜片电子光学绕射極限。 在库房运用中,针对一个包包的及其扫描仪包包上的条码的要求,通常来源于持续提高的电子商务派发管理中心的高效率总体目标。每一平方厘米的储存和运输室内空间必须完成利润最大化运用。要对国际包裹完成全部运输和供应链管理的三维规格监管,以致于根据二维码阅读文章有关编号/文本标识,现必须应用2个独立的照相机,一个用以三维(绝大多数应用构造灯源或根据三维技术的系统化视觉效果),而另一个则应用非互连的二维照相机。如今的科学研究重中之重取决于产品研发一个二维和三维兼顾的CMOS感应器,能够 另外提供传统式的二维影象和三维云数据(point cloud)。Teledyne-e2v致力于为这种新销售市场范畴提供顶尖领导干部技术性,并已制定可以相互配合下世世代代照相机和显像系统软件的将来产品路线图和专利权,促使有关技术性够聚焦点运用特有要求,坚信无需好长时间,便可预见到新的商品面世.

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