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二维条码与图像应用在数据采集终端之二

     光线覆盖条码的程度也是说明阅读器阅读二维条码和其它类型光学字符能力的因素之一。光线的覆盖面积越大,它能够扫描的数据类型也就越多,阅读一维条码的能力也越强。

      要进行图像捕获,通常要求阅读器每帧的扫描线达到240条,而且每秒至少扫描30帧。当扫描的帧数达不到这个要求时,图像会因为手部的抖动而变得模糊或者产生失真。典型的平面图像扫描器的每秒可捕获30帧,每帧480条扫描线。

      与之相比,光栅式激光阅读器每秒可扫描20-25帧,每帧25-30条扫瞄线。覆盖能力好的也仅采用了多帧,这种情况下手部抖动仍然是一个明显的问题。如果过分要求扫描速度就会降低图像的分辨率。速度的提高应该与阅读图像的精确度相匹配。当前,平面图像扫描器的覆盖面积是激光扫描器的25倍。

图5.这是一张使用平面图像阅读器拍摄的卡车车箱的图片,阅读器自动对图像进行了处理,提高图像的可视度,排除昏暗的光线。

图6.在客户的表单上签名可能与条码靠得很近,平面式图像阅读器能够将它们一次拍摄下来。

图7.签名的图像被从图 6 的图像中提取出来,平面图像式阅读器自动纠正了图像的旋转、偏斜和失真。

图8.常见的每秒扫描 560 次的光栅式阅读器每帧发出 26 条扫描线,如上图所示,黑暗的部分就是扫描器覆盖面积的盲区

图9.图8的扫描效果图,光栅式激光扫描器仅仅捕获了签名的一部分

      更高的覆盖面积同样可以提高条码的阅读性能。如图10所示的39码,布满了斑点和孔洞,这是由于打印质量不好造成的。成功阅读这样的条码需要让一条扫描光线通过一个没有斑点和缺损的完整的条码部分,用激光和光栅式扫描器都需要多次扫描才能够完成。有时阅读器要避免出现误码,需要使用多次扫描比较评选出最佳结果,这时甚至要进行更多次的扫描。

图10.带有斑点和脱墨的39码样签

      平面图像扫描器一次就可以发出480条扫描线,可以完整地“看”清楚条码,通过软件算法就可以找到一条优化的路径,因此比激光扫描器更为迅速。

      下面的实验量化了扫描器的阅读速度。把光栅式激光枪和平面图像阅读器同放在距离图10的条码10英寸远处,两只阅读器在30秒内的阅读次数如表3,将两次的阅读结果平均,可知平面图像扫描器的阅读次数是光栅扫描器的两倍。

      扫描器对条码看的越清楚,则译码就越容易。

 

 

 

表3.在30秒内对图1039码的阅读次数

阅读景深

      阅读器的景深常常等同于使用的舒适度。所以它是选择条码阅读器类型的一个重要方面。比较长的阅读距离意味着操作者可以不必过分关心阅读器的位置,使操作人员不必过于紧张。一般来说,激光阅读器的景深最长,因此几乎占据了整个PDT市场。图像技术的发展使其具备了除DOF以外的激光枪的所有优点。

表4.各种扫描器的阅读景深(DOF)技术参数

      表4中的数据直接取自目前市场上4种阅读引擎的技术参数。由于Symbol SE2200和SE3223两款扫描引擎没有说明它们的景深参数,所以我们列出了P300PRO(光栅式激光枪)和M2000(全向式光栅阅读器)的参数。

      图像式阅读引擎IT4250LX在读UPC和PDF417码时的景深和激光枪的景深相当。在分检和跟踪应用中,IT4250LX也能够在33cm远的距离内阅读Maxicode码。

      全向阅读是可操作性中的另一个主要因素,使用者可以不去关心条码的位置,因此减轻了操作员的疲劳。平面图像阅读器同时具备良好的阅读景深和全向扫描两种易操作特性。

      高级的激光枪引擎的阅读距离更适合用尺来度量而不是用寸。例如,SE 1200ALR 扫描引擎阅读100%UPC条码的距离可从19in.(48.3cm)至39in.(99.0cm)。更典型地,一种长景深的阅读引擎能够在2.3ft(0.7m)至9.6ft.(2.9m)的距离阅读55mil(1.4mm)的集装箱的标签,和在10.4ft(3.2m)到30.oft.(9.lm)的距离阅读100mil(2.5mm)的标签

阅读速度

      阅读器的阅读时间也是一个关键因素,更快的阅读速度会增加生产能力并减少操作者的疲劳。

      现在很多产品的技术参数中标出了扫描速率,但这不能明确的说明阅读的时间。扫描速度和译码速度都会影响整个阅读速度,所有的扫描引擎都需要短暂的启动时间。激光扫描引擎的启动时间还要加上振镜从静止启动获得加速的延时。

      图11.说明了这一点。在大约99ms以后,平面图像阅读器已捕获了第一帧有用的数据图像。而光栅式激光阅读器在同样的时间内仅捕获了20%(25行中的5行)的PDF417码。

      因为全向式激光阅读器必须先确定条码的正确角度,再从这个角度开始扫描,所以它甚至要比较长的时间来捕获PDF417码。

图11.在被触发99ms后,光栅阅读器仅扫描了5行PDF417码,相同时间内,平面图像阅读器已经捕获了全部图像。

      我们以典型的100字节的PDF417码做实验,量化了图像式阅读器和光栅式阅读器在阅读时间上的差别。在30秒内两种阅读器者阅读的次数在表5中,平均两次的阅读结果,平面图像扫描器的阅读速度比光栅式激光式扫描器快48%。

表5. 30秒内阅读高质量度PDF417码的次数

耐用性

      既然PDT常常被应用于工业环境,那它们就必须足够坚固,扫描引擎越坚固越好。

      激光扫描器的移动部件使它们在被跌落时变得十分脆弱。激光阅读器的损坏通常都是由振镜偏移或者发光二极管不能发光而引起的。

      与之相比,平面图像阅读器内没有移动部件,照明的LED具有更长的寿命。在一项关于HHPIT4410阅读器的研究中,当问世一年以后,仅有0.02%的扫描器因为阅读引擎失效而进行返修。

      在执行签名捕获方面,图像引擎远比玻璃反射技术更为可靠。

      在行业内,更长的保修期正日渐成为普遍现象。但丛使用持久性的记录上来看,“长时间的保修”和“坚固耐用的设计”二者间存在着本质的区别。跟踪记录便证明了图像引擎的耐用性。

其它因素

      扫描器的振动也会影响扫描器的选择。光栅式阅读器在垂直方向的速度达到最高时,阅读器的机身会有明显的振动,这在实际应用中,容易让操作者感觉到疲劳。

技术趋势

      消费类电子行业三种技术的发展将直接影响图像扫描技术,而同样的发展却不会对激光扫描技术产生多大影响。所以,图像阅读器的性能提升将远远超过激光式阅读器。

      个人数字助理PDA、数字相机、蜂窝式电话等消费类产品发展的关键都在于CPU、图像传感器及无线技术。

      CPU的速度将会越来越快。因为图像式阅读引擎每一帧必须要捕获和和处理大约300,000字节的图像数据,所以它们必将得益于计算能力的提高。未来的图像引擎将采用更高档的CPU以缩短阅读时间和采用功能更强大的软件算法。标准的激光枪每次扫描大约可以捕获100个字节,它的译码速度会比它的扫描速度更快些。更快的CPU可以使激光枪采用更先进的译码算法,但最大的瓶颈却在于系统的扫描速度。

      CPU的集成度也将大大提高,这会减小它们的尺寸、成本和功耗。也使它们在移动应用中更具有吸引力。

      图像传感器在分辨率和感应灵敏度上稳步提高,其体积在逐步缩小。这些会使图像引擎具备更长的景深、更高的分辩率和更小的体积。今天的CMOS图像传感器功耗相对较低,新的技术还将进一步降低它们的功耗。在数据捕获行业之外,没有其他的行业能够预料使激光扫描技术获得发展。

      当前的无线技术能够支持实时的图像传输,而且将面向速度更快、范围更广、功耗更低、安全性更高的趋势发展。将新一代便携设备与无线技术相结合,我们就能够以通过越来越多的途径获得数据。平面图像阅读器将能够向更多的地方传送条码、OCR字符、和图像数据。

结论

      未来应用会因使用堆叠式、复合、矩阵式条码、邮政码、OCR和数字图像捕获而有更高的效率。很多行业已经提出了堆叠式、矩阵式二维条码和复合码的使用标准。即使目的应用也将得益于全向阅读的能力。

      图像技术的发展使它们在阅读景深和光线的清晰度方面具备了与激光扫描器竞争的能力。超长景深的激光阅读器被应用于极远距离的扫描。而在标准距离内,图像阅读器将与激光阅读器扮演同样的角色。

      平面图像阅读引擎在很多方面优于激光引擎。它们是阅读很小的堆叠式二维条码和复合码时用户的首选,而在阅读矩阵式二维条码、OCR和进行图像采集时,它们更是唯一的选择。所有类型的数据都能够被全向的识读。

      测试表明图像阅读器阅读打印质量不好的条码时比激光阅读器更快。平面图像阅读器的光线能够完全覆盖条码表面,意味着阅读器能够获得完整的用于译码的条码图像,所以它能够应用更先进的译码算法。

      实验表明在阅读堆叠式二维条码方面,图像扫描器比激光扫描器的译码速度更快,因为它们捕获数据够的速度更快。

      因为平面图像阅读器内部没有移动部件,所以具有杰出的耐用性能。从一年中HHP公司的IT4410面型图像阅读器的返修记录来看,仅有0.02%的产品因为引擎的故障而维修。

      有三种消费类电子技术的发展将促进移动图像设备的发展,即CPU、图像传感器和无线通讯技术。在数据采集行业之外,却很少有因素能够驱动激光扫描技术的发展。

      图像阅读引擎被期望以其高性能和灵活性在PDT应用中取代激光引擎。


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