CN101923634B - 具有数据压缩的成像终端 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有数据压缩的成像终端。在一个实施例中描述了具有包括在其中的图像传感器像素阵列的标识读取终端，其中该终端操作来解码可解码的标识，并提供图像数据的彩色帧以便存储或传输。一个实施例中的成像终端可包括具有混合黑白色和彩色图像传感器像素阵列的图像传感器，该阵列包括第一子集的黑白色像素和第二子集的彩色像素。提供了用于处理来自混合图像传感器像素阵列的图像数据的数据压缩电路和/或方法的实施例。

Description

具有数据压缩的成像终端
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年6月11日申请的，名为“Imaging Terminal HavingData Compression”的申请号为No.12/482,979的美国专利申请的优先权。要求上述申请的优先权，并且通过引用将其全部并入此处。
技术领域
一般而言，本申请涉及数据终端，特别地涉及用于成像数据终端的数据压缩。
背景技术
在工业数据采集应用中，所熟知的是使用基于图像传感器的终端。为了对条形码符号中编码的信息进行解码，基于图像传感器的标识读取终端已经使用了很多年。为了对条形码符号进行解码，使用基于图像传感器的终端所捕获的图像受到通一个或多个条形码解码算法的应用程序的处理。最近，通过在自动识别及数据捕获(AIDC)业界中使用彩色图像传感器，能够捕获并存储高质量彩色图像/视频以符合扫描仪客户日益增长的需求。
发明内容
在一个实施例中描述了其中包括图像传感器像素阵列的标识读取终端，其中该终端操作来解码可解码的标识，并提供图像数据的彩色帧用于存储，显示或传输。一个实施例中的成像终端可包括具有混合黑白色(monochrome)和彩色图像传感器像素阵列的图像传感器，该阵列包括第一子集的黑白色像素和第二子集的彩色像素。该终端可操作来捕获图像数据帧，该图像数据包括代表入射在黑白色像素上的光的黑白色图像数据和代表入射在彩色像素上的光的彩色图像数据。该终端可以操作来激活处理模块，其能够从混合黑白色和彩色图像传感器像素阵列中压缩数据。
附图说明
参照下面的图，会更好地理解此处所述的特征。图不必按比例绘出，而是通常加以强调从而说明本发明的原理。在图中，使用同样的数字指示各个视图中的相同部分。
图1是说明一个实施例中成像终端的示意图；
图2是说明示例性混合黑白色和彩色图像传感器像素阵列的示意图，该像素阵列具有第一子集的黑白色像素和第二子集的彩色像素；
图3是说明一个实施例中成像终端的框图；
图4是具有手持外壳的示例性成像终端的外观透视图；
图5是说明根据本申请的图像压缩模块的示例性实施例的框图；
图6是说明根据本申请的图像流压缩模块的示例性实施例的框图；
图7是说明根据本申请的图像解压缩模块的示例性实施例的框图；
图8是说明根据本申请的图像流解压缩模块的示例性实施例的框图；
图9是说明根据本申请的包括多个成像终端的示例性系统的示意图；
图10A是说明示例性彩色图像(以黑和白显示)的图，图10B是说明根据本申请的实施例示例性重构彩色图像的图(以黑和白显示)。
具体实施方式
参照图1，提供了成像终端1000，其具有混合黑白色和彩色图像传感器像素阵列10，其中该图像传感器像素阵列具有第一子集的黑白色像素和第二子集的彩色像素。终端1000还可包括用于配置终端1000以操作在标识解码操作模式中的标识解码模块30，以及用于配置终端1000操作在图片提取模式中的图片提取模块40。
参照图2，成像终端1000的混合黑白色和彩色图像传感器像素阵列10可包括以多个行像素排列的像素，并可包括缺少滤色器元件的第一子集的黑白色像素12和具有滤色器元件的第二子集的彩色像素14。这种彩色敏感的像素可置于图像传感器像素阵列10的隔开的位置，并且可以均匀地或基本均匀地置于遍及图像传感器像素阵列10的各个位置。在一个实施例中，图像传感器阵列的隔开的彩色像素，尽管被隔开，仍可以遵循根据拜耳图样(Bayer pattern)的图样。例如，其中Red＝R，Green＝G，Blue＝B，行141中所示的彩色像素具有图样...GRGRGRG...，该图样重复用于行145和143。行142的像素可具有图样...BGBGBGB...，该图样重复用于行144。所述的关于行141，142，143，144，145的图样可以重复于整个图像传感器像素阵列10。可选地，依照本发明的原理可以使用彩色像素的不同图样。使用具有彩色和黑白色像素的彩色图像传感器像素阵列10所捕获的图像数据的彩色帧可包括黑白色像素图像数据和彩色像素图像数据。如图2所示，图像传感器8可以被封装进图像传感器集成电路。成像终端1000使用的各种额外的特征在2005年6月30日申请的，申请号为No.11/174,447，名为“Digital Picture Taking Optical Reader Having HybridMonochrome And Color Image Sensor Array”的美国专利申请中进行了公开，通过引用并入此处。
如图2所示，图像传感器阵列的多数像素是第一子集的黑白色像素。第二子集的彩色敏感像素位于隔开位置，并可以被均匀地或基本均匀地分布到整个图像传感器阵列中。彩色敏感像素可以以均匀分布的特定图样分布到阵列中，例如周期P＝4，对于阵列的每隔三个像素行，每隔三个像素是彩色敏感像素，如图2所示。可选地，可以使用其他分布方式，例如周期P＝2，其中图像传感器阵列的每隔一行的每隔一个像素是彩色敏感像素。
在一个实施例中说明成像终端1000的框图如图3所示。成像终端1000可包括图像传感器8，其具有图像传感器电路1032，该电路包括多个像素图像传感器像素阵列10，该像素阵列具有排列为行和列像素的像素，及相关的列电路1034和行电路1035。与图像传感器电路1032相关联的可以是放大器电路1036，及模数转换器1037，其能将从图像传感器电路像素阵列10读取的模拟信号形式的图像信息转换为数字信号形式的图像信息。图像传感器电路1032还具有相关的定时控制电路1038，用于控制例如图像传感器电路1032的曝光周期，施加于放大器电路1036的增益。组成图像传感器8的所述电路部件1032，1036，1037和1038或部件1032，1036，1037，1038的子集可以封装成为普通的图像传感器集成电路。在一个实例中，通过可从Micron Technology公司获取的黑白色MT9V022图像传感器集成电路来提供图像传感器8，对其修改以包括置于图像传感器像素阵列10的像素子集之上的滤色器，以便限定如此处所述的混合黑白色和彩色图像传感器像素阵列。
在终端1000操作期间，可从图像传感器电路1032读取图像信号，由放大器电路1036放大，由数模转换器1037转换，并存储在系统存储器中，例如RAM1080。终端1000的存储器1085包括RAM 1080，例如可由EPROM提供的非易失性存储器1082，及例如可由闪存或硬盘驱动存储器提供的存储器存储设备1084。在一个实施例中，终端1000包括CPU 1060，其适于读取已存储的图像数据(例如，存储器1085)，并使这种图像数据经受各种图像处理算法。终端1000可包括直接存储器存取单元(DMA)1070，用于路由读取自图像传感器像素阵列10的图像信息，其已经受到RAM 1080的转换。在另一个实施例中，终端1000可使用提供总线仲裁机制的系统总线(例如PCI总线)，从而消除对中央DMA控制器的需求。技术人员能够理解，提供在图像传感器电路1032，存储器1085和/或CPU 1060之间的高效数据传输的系统总线结构和/或直接存储器存取部件的其他实施例处于本申请的范围和精神之中。
参考终端1000的另外的方面，透镜组件100可适用于将对象1250上的、位于视场1240内的可解码标识15的图像聚焦于图像传感器像素阵列10上。成像光线可以被传输以撞击阵列10，例如围绕成像轴25。透镜组件100可适用于能够具有多个焦距及多个最佳对焦距离。
终端1000还可包括照射图样光源组1204和相关联的用于生成基本对应于终端1000的视场1240的照射图样1260的光成形光学器件1205。组1204和光学器件1205的组合可以认为是照射图样生成器1206。终端1000还可包括对准图样光源组1208和相关联的用于在对象1250上生成对准图样1270的光成形光学器件1209。组1208和光学器件1209的组合可以认为是对准图样生成器1210。在使用中，终端1000可由操作者相对于带有可解码标识15的对象1250以将对准图样1270投影到可解码标识15上的方式来进行定向。在图3的示例中，由一维条形码符号提供可解码标识15。也可以由二维条形码符号或光学字符识别(OCR)字符提供可解码标识15。
照射图样光源组1204和对准图样光源组1208每个都可包括一个或多个光源。可使用透镜组件控制单元1120来控制透镜组件100。可使用照射图样光源控制电路1220来控制照射图样光源组1204。可使用对准图样光源组控制电路1222来控制对准图样光源组1208。透镜组件控制单元1120能输出信号，用于控制透镜组件100，例如，用于改变透镜组件100的焦距和/或最佳对焦距离(光学焦距平面)。照射图样光源组控制电路1220输出信号，用于控制照射图样光源组1204，例如，用于改变照射图样光源组1204所输出的照射水平。对准图样光源组控制电路1222能向对准图样光源组1208输出信号，例如，用于改变对准图样光源组1208输出的照射水平。
终端1000还可包括多个外围设备，包括触发器3408，其可用于激活触发信号，该信号用于激活帧读出和/或特定解码操作。调整终端1000适用于使得触发器3408的动作激活触发信号并启动读取尝试。例如，终端1000可操作来使得响应于触发信号的激活，可通过从图像传感器像素阵列10中读取图像信息来捕获一系列帧，并在转换进存储器1085(例如，能在给定时间缓冲一个或多个该系列帧的存储器1080)之后对图像信息进行存储。CPU 1060能操作来使一个或多个该系列帧经受读取(例如，解码)尝试。为了试图读取条形码符号，CPU1060能处理对应于一排像素位置(例如，一列像素位置，一行像素位置，或对角线像素位置)的帧的图像数据，以确定明暗单元的空间图样，并可将已确定的每个明暗像素单元图样通过查表转换为字符或字符串，以确定并输出消息(例如，显示)。通过操作来处理帧(例如图像数据的帧)来试图解码可解码的标识，可以认为终端1000包括标识解码操作模式。在标识解码操作模式激活的情况下下操作时，终端1000能够操作来处理图像数据帧，用于解码该帧，并能进一步操作来输出解码后的消息。
终端1000可包括各种接口电路，用于将各种外围设备耦合到系统地址/数据总线(系统总线)1500，以便与也可以耦合到系统总线1500的CPU 1060通信。终端1000可包括用于将图像传感器定时和控制电路1038耦合到系统总线1500的接口电路1028，用于将透镜组件控制单元1120耦合到系统总线1500的接口电路1118，用于将光源组控制电路1220耦合到系统总线1500的接口电路1218，用于将对准光源组控制电路1222耦合到系统总线1500的接口电路1224，及用于将触发器3408耦合到系统总线1500的接口电路3406。
终端1000还包括显示器3420及指示机构3416，所述显示器3420通过接口3418耦合到系统总线1500并与CPU1060通信，所述指示机构3416通过连接到系统总线1500的接口3414与CPU 1060通信。
另一方面，成像终端1000包括通信接口3430，其可包括类似能使得终端1000能够与其他隔开的设备150通信(例如，使用有线，无线或光学连接)的机构那样的任何收发器。通信接口3430包括射频(RF)通信接口3432和I/O通信接口3434。射频通信接口3432可包括一个或多个无线电收发机，例如一个或多个802.11无线电收发机，蓝牙无线电收发机，GSM/GPS无线电收发机或WIMAX(802.16)无线电收发机。射频通信接口3432促进成像终端1000和隔开的设备1500之间的数据无线通信。I/O通信接口3434包括一个或多个促进与隔开的设备150的通信的串行或并行硬连线通信接口，例如一个或多个以太网通信接口，通用串行总线(USB)接口，或RS-232通信接口。
如图4视图中所示的终端1000可包括手持外壳1014，其支持并密封标明在图3的边界1014内的终端1000的图像传感器8，透镜组件100及其它组件。
在一个实施例中，终端1000可具有第一操作者激活的图片提取模式和第二操作者激活的标识解码模式。操作终端1000以便对触发器3408的操作者的致动作出响应地激活图像捕获及处理，无论是激活了图片提取模式还是激活了标识解码模式的。但是，操作终端1000可操作来使得由终端1000执行的图像数据处理被加以区别，这取决于是激活了图片提取模式还是激活了标识解码模式。
通过选择终端1000的显示器3420上的显示按钮3442，激活图片提取模式。通过选择终端1000的显示器3420上的显示按钮3444，激活标识解码模式。终端1000可操作来使用终端1000的指示器机构3416来选择按钮3442和/或按钮3444。终端1000还可操作来使得通过触发器3408的致动激活图像捕获及处理，而不考虑激活的是图片提取模式还是标识解码模式。例如，在触发器3408致动后可操作默认模式，或者在触发器3408致动后可选择感测到的情况。
可被捕获并经受在终端1000中进行所述处理的图像数据的一系列帧可能是全帧(例如，包括对应于在图像传感器像素阵列预定区域上的每个像素的像素值)。可被捕获并经受所述处理(例如，帧质量评估处理)的图像数据的一些列帧也可以是“窗口帧(windowed frame)”，其包含这样的像素值，该像素值对应于小于在图像传感器像素阵列10的预定区域上的每个像素，在一些情况下，小于50％，一些情况下，小于25％，一些情况下小于图像传感器像素阵列10的像素的10％。可被捕获并经受所述处理的图像数据的一系列帧也可以包括全帧和窗口帧的组合。通过选择性地为读出对应于全帧的图像传感器像素阵列10的像素进行寻址来捕获全帧。通过选择性地为读出对应于窗口帧的图像传感器像素阵列10的像素进行寻址来捕获窗口帧。
终端1000可以以熟知为帧速率的速率捕获图像数据帧。典型的帧速率是每秒60帧(FPS)，转化为帧时间(帧周期)是16.6ms。另一种典型的帧速率是每秒30帧(FPS)，转化为帧时间(帧周期)是33.3ms每帧。可选地，可以使用其它帧速率。
如此处所述，成像终端1000配备有包括第一子集的黑白色像素和第二子集的彩色像素的CMOS彩色传感器或单色(monocolor)传感器。例如，在图片提取模式中，成像终端1000可使用单色传感器捕获单个单色图像或单色视频。对于864×640的示例性单色传感器像素阵列来说，图像尺寸可为552k，大约16M字节可以用于存储以30fps记录的一秒钟的视频。此处将描述增加成像终端1000的图像存储精度和/或能力的系统，装置，和/或方法的实施例。
表1中示出了可用于单色传感器的示意性像素阵列。例如，混合黑白色和彩色图像传感器阵列10能实现根据表1的单色传感器。来自示意性像素阵列的数据包括彩色像素数据(例如，RGB)和黑白色像素数据(例如，M)。在一个实施例中，黑白色像素M可包括多于图像传感器中50％的像素。可选地，黑白色像素M可包括图像传感器中的像素的大约75％和图像传感器中的彩色像素大约的25％。在一个实施例中，彩色像素可以少于图像传感器中像素的10％，剩余的像素是黑白色像素M。如表1所示，标示了示意性8×8框中的像素，这些像素包括一个蓝色像素(B1)，两个绿色像素(G1，G2)，一个红色像素(R1)和60个黑白色像素(M2-M4，M6-M32，M34-M36，M38-M64)。
表1
B1 M2 M3 M4 G1 M6 M7 M8 B2 M M M G2
M9 M10 M11 M12 M13 M14 M15 M16 M M M M M
M17 M18 M19 M20 M21 M22 M23 M24 M M M M M
M25 M26 M27 M28 M29 M30 M31 M32 M M M M M
G3 M34 M35 M36 R1 M38 M39 M40 G4 M M M R2
M41 M42 M43 M44 M45 M46 M47 M48 M M M M M
M49 M50 M51 M52 M53 M54 M55 M56 M M M M M
M57 M58 M59 M60 M61 M62 M63 M64 M M M M M
B3 M M M G5 M M M B4 M M M G6
M M M M M M M M M M M M M
M M M M M M M M M M M M M
M M M M M M M M M M M M M
G7 M M M R3 M M M G8 M M M R4
图5是说明根据本申请的单色图像压缩模块的示例性实施例特征的框图。参照图5，示例性单色图像压缩模块500可包括提取器510，CSet编码器515，黑白色插值器(interpolator)520，黑白色编码器525和组合器530。
将来自单色传感器(例如，图像传感器8)的单色传感器图像数据501(例如，表1中所示)可以输入到提取器510。示例性RGBW滤色器阵列(CFA)可以是8×8像素的CFA，其具有第一子集的四个彩色像素和第二子集的60个黑白色像素，以生成表1(例如，混合黑白色和彩色图像传感器像素阵列10)。在提取器510中，可提取单色传感器图像的彩色信息以形成单色图像彩色数据(例如，CSet数据集)，并且可提取黑白色信息以形成单色图像黑白色数据(例如，MSet数据)。
提取器510可使用本领域技术人员熟知的电路/方法从单色传感器图像中提取彩色数据和/或黑白色数据。例如，分别基于彩色和黑白色像素的规定像素位置来确定或分隔单色图像彩色数据和/或单色图像黑白色数据。可选地，格式化的单色传感器图像数据包括可用于识别已接收的格式化单色传感器图像数据中的彩色像素数据和黑白色像素数据的规定数据(例如，标题数据)。
表2示出从表1中提取的一部分示例性CSet数据。表3示出从表1中提取的一部分示例性MSet数据。
表2
B1 G1 B2 G2
G3 R1 G4 R2
B3 G5 B4 G6
G7 R3 G8 R4
表3
M2 M3 M4 M6 M7 M8
M9 M10 M11 M12 M13 M14 M15 M16
M17 M18 M19 M20 M21 M22 M23 M24
M25 M26 M27 M28 M29 M30 M31 M32
M34 M35 M36 M38 M39 M40
M41 M42 M43 M44 M45 M46 M47 M48
M49 M50 M51 M52 M53 M54 M55 M56
M57 M58 M59 M60 M61 M62 M63 M64
CSet编码器515可从提取器510接收单色图像彩色数据(例如，CSet数据)。CSet编码器515可以是压缩该彩色数据(例如，RGB，彩色数据)的子编码器电路。
CSet编码器515能操作来输出压缩的彩色数据(例如，压缩的CSet数据)。在一个实施例中，CSet编码器515可以对应于特定应用的需求或响应于用户选择/输入来使用有损压缩方案或无损压缩方案。无损数据压缩方案使用允许从已压缩的数据中重构精确原始数据的数据压缩方法。相反地，有损数据压缩方案不允许从已压缩的数据中重构精确的原始数据。
在一个实施例中，CSet编码器515能实现多个有损压缩方案和多个无损压缩方案。在一个实施例中，多个有损和/或无损方案是可选的(例如，基于可检测的条件，当前条件或用户输入)。例如，一些图像文件格式，如PNG，仅仅使用无损压缩，而其他格式如TIFF和MNG(多图像网络图形)可以使用无损压缩或有损压缩。JPEG是有损图像文件格式。彩色量化可以认为是有损数据压缩，但是从已量化的数据(第一次压缩)中重构彩色图像，然后重新量化已重构的图像(第二次压缩)通常不会产生相对于原始彩色量化(第一次压缩)的额外数据损失。
黑白色插值器520能从提取器510接收黑白色数据(例如，MSet数据)。黑白色插值器520能插值接收到的MSet数据以形成黑白色图像的数据(例如，用于后续的压缩)。例如，黑白色插值器能确定表3中丢失信息的黑白色像素数据。可以使用本领域技术人员所熟知的插值方法/电路。因此，在黑白色图像数据输出到黑白色编码器525之前，就可以确定来自MSet数据的丢失的黑白色像素数据。在一个实施例中，可以输出黑白色图像503用于显示或存储。
可使用黑白色编码器525压缩已插值的黑白色图像的数据。黑白色编码器525可以是压缩黑白色图像的子编码器电路。黑白色编码器525可使用有损压缩方案或无损压缩方案来压缩黑白色图像。在一个实施例中，可压缩来自黑白色像素的数据——其包含用于大多数自然图像的相对大量的冗余数据——以达到高数据压缩率。
组合器530可接收CSet编码器515和黑白色编码器525的输出，用于分别组合成单色压缩文件(MCF)505，其可以是输出的压缩文件或最终压缩文件。不管黑白色编码器525和CSet编码器515使用的是相同或不同类型的压缩(例如，有损或无损)，组合器530都能生成MCF 505。不管黑白色编码器525和CSet编码器515使用相同或不同的数据压缩方案，组合器530都能生成MCF505。
可以从图像终端1000传输MCF 505(例如，传输到隔开的设备150)，或将其存储于图像终端1000的存储器1085中。在一个实施例中，MCF 505的尺寸明显小于原始输出的单色传感器图像(例如，2x，5x，10x，20x或更小)。在一个实施例中，增加了已重构图像的精确度(例如，相对于使用相关技术方法的图像的压缩文件)。在一个实施例中，MCF 505可包括标题，压缩的彩色像素数据，压缩的黑白色像素数据。进一步地，可以控制图像压缩率和/或重构图像精度之间的平衡。例如，基于彩色分辨率的示例性保真需求，对于彩色数据可以选择无损压缩，当图像传感器像素阵列中的彩色像素的实际数量小或有限时，MCF505的总的尺寸不会受到显著影响。
图6是说明根据本申请的示例性单色流压缩模块特征的框图。参照图6，示例性单色流压缩模块600的实施例包括提取器610，CSet视频编码器615，黑白色插值器620，黑白色视频编码器625，和组合器630。
可以将来自单色传感器(例如，图像传感器8)的单色传感器流数据601输出到提取器610中。在一个实施例中，单色传感器流数据包括单色视频数据或一系列单色传感器图像。在提取器610中，彩色信息(例如，CSet视频数据)和黑白色信息(例如黑白色视频数据)从单色传感器流中分别提取出来以输出CSet流(例如，彩色数据)和黑白色流(例如，单色数据)。在一个实施例中，通过提取器610从一系列帧中的每一帧提取CSet数据和/或MSet数据以输出CSet流和/或黑白色流。
CSet视频编码器615可以是将CSet流压缩到代表性的(多个)彩色视频中的子编码器电路。在一个实施例中，CSet视频编码器615分别输出多个三个分离的彩色视频。在一个实施例中，在CSet视频编码器615中可以使用已知的视频压缩方案来输出压缩的彩色视频数据(例如，压缩的R视频，压缩的G视频，压缩的B视频)。
黑白色插值器620可以从提取器610处接收黑白色视频数据(例如，黑白色流)。黑白色插值器620能插值接收到的黑白色流数据，以便在黑白色视频603输出到黑白色视频编码器625之前确定丢失的黑白色视频数据(例如，丢失的视频数据，帧数据，和/或像素数据)。在一个实施例中，黑白色插值器620能够将由提取器610所提取丢失的黑白色像素信息插值到一系列帧中的每一帧上，以便输出黑白色视频603。
可以使用黑白色视频编码器625压缩黑白色视频数据。黑白色视频编码器625可以是使用已知黑白色视频压缩方案对黑白色视频数据进行压缩的子编码器电路。
组合器630可以接收CSet视频编码器615和黑白色视频编码器625的输出，用于分别组合成运动单色压缩视频(MMC)605，其可以是输出的压缩视频文件。如上所述，提取器510，提取器610，组合器530和组合器630可以实现为应用程序，硬件或如FPGA的定制固件。
图7是说明根据本申请的单色传感器图像解码器的示例性实施例的特征的框图。参照图7，单色图像解码器模块550可接收压缩的单色图像(例如，MCF505)到分离器560，在此分别提取并输出压缩的CSet图像数据和压缩的黑白色图像数据。分离器560可以实现组合器530的互补功能(例如，反向处理)。
CSet解码器570可以是子解码器电路，其从压缩的CSet数据中提取CSet数据，用于传输给组合器580。类似地，黑白色解码器575可以是子解码器电路，其从压缩的黑白色数据(例如压缩的单色插值帧)中提取单色传感器黑白色数据，以输出到组合器580。进一步地，黑白色解码器575可以输出(例如，并发地)恢复的黑白色图像503’。组合器580能将CSet数据和黑白色数据(例如，来自插值的黑白色图像)恢复到单色传感器图像501’，其能被输出到隔开的设备150，存储于成像终端的存储器1085中，或在成像终端1000的显示器3420上显示。
基于所使用的压缩方案，单色传感器图像501，501’(以及黑白色图像503，503’)的关系会有所不同，但是，实验结果表明，实施例导致501’的精确度在已知技术上相对于至少包括压缩数据的尺寸(代表图像)和/或重新产生的图像质量的特征而言得到提高。
图8是说明根据本申请的单色流解码器模块的示例性实施例的特征的框图。参照图8，单色流解码器模块650可以向分离器660输入压缩的单色流605，在此分别提取及输出压缩的CSet流和压缩的黑白色流。CSet视频解码器670可以是子解码器电路，其从压缩的CSet流中提取CSet视频，用于输出到组合器680。类似地，黑白色视频解码器675是子解码器电路，其从压缩的黑白色流中提取黑白色视频，用于输出到组合器680。进一步地，黑白色视频解码器575可以输出(例如，并行地)恢复的黑白色视频603’。组合器680将CSet视频和恢复的黑白色视频恢复到单色传感器流601’中，其可被输出到隔开的设备150，存储于成像终端的存储器1085中或显示于成像设备1000的显示器3420上。
示出并结合图9描述可以与成像终端1000通信的隔开的设备150的示例。成像终端1000可以是系统145的一部分，并可包含于局域网(LAN)170中，除了成像终端1000之外，该局域网包括如其他便携读取器100，网络接入点174，个人计算机172和中央服务器176之类的隔开的设备，这些设备与成像终端1000的手持外壳是隔开的，所有这些设备可通过主干网177彼此连接。服务器176进而可以与各种另外的隔开的设备150通信，这些隔开的设备与成像终端1000是隔开的，并通过服务器176与成像终端1000通信。服务器176可以通过网关179，180和网络181连接到距离局域网170数英里到数千英里远的第一个遥远的远程局域网185，以及同样距离局域网数英里到数千英里远的第二个遥远的局域网2170。网络170可以位于供应商的仓库。网络2170可以位于投递目的地；网络185可以位于数据处理/数据归档设备处。网络185可以被配置为在服务器184中装配，存储，维护各种使用成像终端1000可进行访问的各种网页，该终端汇总由各种光学读取器100收集的数据。通过专用通信线路190，服务器176可选地或冗余地连接到远程网络185。IP网络181可以是因特网或虚拟专用网络(VPN)。远程局域网185可以包括通过主干网191连接的个人计算机186和远程服务器184。远程局域网185还可以包括无线通信接入点193。远程局域网185还可以包括个人数字助理(PDA)189。远程局域网2170可以包括通过网关2179连接到IP网络181的服务器2176，主干网2177，接入点2174，PC 2172和光学读取器100。可以配置系统145使得配有显示器的设备，例如设备100，172，186，189在接收数据时，能自动在其关联的显示器1504上显示数据，例如接收自成像终端1000的已解码的条形码消息或图像数据的可视显示彩色图像帧。
数据压缩模块1065可包括至少一个单色流解码器模块650，单色图像解码器模块550，单色流编码模块600和/或单色图像解码器模块500。在一个实施例中，数据压缩模块1065可以包含于成像终端1000和隔开的设备150中。因此，成像终端1000能存储压缩的单色数据(例如，MCF，MMC)，稍后其可被传输到隔开的设备150。例如，成像终端1000能周期性地或在接收对压缩的单色数据的请求时传输压缩的单色数据。可选地，成像终端1000或光学读取器100能将未压缩的单色传感器数据(例如501，601)传输到隔开的设备150，以便使用数据压缩模块1065进行远程压缩。进一步地，能够选择性地检索存储于远程隔开的设备150上的已存储的压缩单色传感器数据(例如，MCF，MMC)，并将其传输到提出请求的成像终端1000用于显示。
在一个实施例中，单色流解码器模块650和单色图像解码器模块550能被集成到单个解码器模块中，单色流编码器模块600和单色图像编码器模块500可以是单个编码器模块。在一个实施例中，单色流编码器模块600和单色流解码器模块650可以实现为单个单色流数据模块的，单色图像解码器模块550和单色图像编码器模块500可以实现为单个模块。
实验结果
现在将描述实验结果。在实验中，图10A所示出的测试彩色图像TEST1等效地给予单色测试图像(.bmp)。TEST1具有超过1.6M字节的原始彩色图像尺寸。
为了评估黑白色压缩对重构的彩色图像的图像质量的影响，并且为了评估压缩性能，分别使用示例性无损压缩(即7-zip/PNG/TIFF)和示例性有损压缩方案(JPEG)作为黑白色子编码器(例如，黑白色编码器525)。为了评估CSet压缩对重构的彩色图像的图像质量的影响，并且为了评估压缩性能，分别使用示例性无损压缩(即7-zip/PNG/TIFF)和示例性有损压缩方案(JPEG)作为CSet子编码器(例如，CSet编码器520)。有损CSet编码器如JPEG能够利用自然图像的二维冗余，从而可达到比无损CSet编码器如7-Zip，PNG，TIFF更好的压缩效率。就压缩比率，彩色语义误差(color semantic error，CSE)和可视图像质量而言的TEST1图像的性能结果将被描述。
实验结果表明，根据本申请的单色图像压缩系统的实施例能够使用无损或有损编码器来压缩单色图像，以达到比直接压缩彩色图像更高的压缩比率。单色图像压缩的实施例能获得2.5到30.8之间的数据压缩比率。使用示例性无损压缩的单色图像压缩系统的实施例具有5.5的压缩比率，其显著高于彩色图像的2.5的无损压缩比率。
彩色语义误差(Ec)是一个特征度量，其被设计用来测量彩色融合算法在单个彩色重构上的性能。色卡图像包含24个色标，其可用于将渲染(rendered)的彩色(由彩色融合算法生成)与原始彩色进行对比，并计算累计的彩色插值错误。CSE的值(Ec)反映了重构的彩色与原始彩色的偏差程度。Ec的值为0，则表示重构的彩色匹配色卡图像中打印的原始彩色。单色图像压缩系统的实施例的实验结果包含在170到178之间的Ec值，这与处于172到176之间的彩色图像压缩Ec值类似。
相对于无损CSet编码器，有损CSet编码器压缩比例的实验结果从2.23增长到5.2，增加了133％。如彩色误差度量(CSE)所真实评估及指示的那样，基于无损和有损CSet编码器的重构彩色图像的图像质量是令人满意的，实验示例在视觉上十分接近不用任何压缩使用原始单色图像的重构的彩色图像。图10B中示出了根据本申请实施例的示例性重构彩色图像。
虽然使用了用于单色传感器彩色像素数据的红，绿，蓝三种彩色值来描述实施例，但是可以使用其他彩色值。例如，可以使用用于单色传感器彩色像素数据的青色，深红，及黄色等彩色值。
在单色传感器输出的数据中，彩色像素和黑白色像素都得到了表现。因此，单色传感器图像和/或视频数据包括拍摄对象的不同特征和属性。本申请的实施例能操作来为单色传感器的彩色和黑白色数据集进行不同的寻址，以便使用两个数据集的各自属性(例如，特征冗余)来增加随后的再创造的单色图像和/或视频的准确度，压缩和/或质量。
本申请的实施例能恢复单色图像。本申请的实施例能恢复黑白色图像。本申请的实施例能处理单色数据。本申请的实施例在维持原始图像或视频流的结构和彩色信息的同时，能减少存储空间。
根据本申请的实施例，成像终端数据(例如，来自安全相机的单色图像，视频)在存储之前可以显著减少。进一步地，对来自已存储图像/视频的重构图像/视频的质量可以被可以接受地保持。
根据本申请的实施例，单色图像彩色数据的子集可以用于搜索图像数据库以改善搜索和/或识别。在一个实施例中，CSet数据——与原始图像相比，已经显著减小——可以在对象搜索和目标识别中用作索引图像，以通过动态地减少需要由搜索技术处理的数据量(例如，少于1/10)来改善性能。在一个实施例中，对图像的搜索可以包括接收对应于基于CSet数据的图像特性的一组特征，然后与为多个已存储图像(例如，在数据库中)索引的特征相比较，可基于这种比较产生搜索结果。
示例性单色传感器例如混合黑白色和彩色图像传感器像素阵列10的输出是单个未加工的单色图像或未压缩的单色流(例如，连续的未加工的单色图像，视频)。在一个实施例中，单色传感器的输出可以是格式化为图像数据或格式化的视频数据。可选地，单色图像数据或单色流数据在输出之后随后被格式化。
此处所述的系统方法和装置的小示例如下：
标识读取终端包括：具有混合黑白色和彩色图像传感器像素阵列的图像传感器，该混合黑白色和彩色图像传感器像素阵列具有第一子集的黑白色像素和第二子集的彩色像素；用于将图像聚焦于图像传感器像素阵列上的透镜组件；以及手持外壳，其中该混合黑白色像素阵列置于该手持外壳之中；其中该终端操作于标识解码模式，在该模式中，该终端响应操作者发起的命令，捕获图像数据帧，并对该图像数据帧进行处理以尝试解码可解码的标识表示；其中该终端操作于图片提取模式，在该模式中，该终端响应操作者发起的命令，捕获至少一个单色图像数据帧，并对该至少一个单色图像数据帧进行压缩以输出图像数据的彩色帧；其中在分开压缩之前，所述至少一个单色图像数据帧被分成至少一个插值的黑白色数据帧和至少一个单色图像数据帧的彩色数据。
标识读取终端包括：图像传感器，其包括具有第一子集的黑白色像素和第二子集的彩色像素的图像传感器像素阵列；用于将图像聚焦于图像传感器像素阵列上的透镜组件；以及手持外壳，其中该图像传感器像素阵列置于该手持外壳中；其中该终端操作于图片提取模式，在该模式中，该终端响应操作者发起的命令，捕获单色图像数据并处理所述至少一个图像数据帧，以输出图像数据的彩色帧；图像数据压缩模块，压缩捕获到的图像数据，其中所述图像数据压缩模块包括：分离器电路，其将该图像数据分为代表所述第一子集像素的黑白色图像数据和代表第二子集像素的彩色图像数据；黑白色插值电路，其生成代表图像传感器像素阵列的所有像素的黑白色图像数据的插值集合；黑白色图像数据编码器，其对黑白色图像数据的插值集合进行编码；彩色图像数据编码器，其对彩色图像数据代表进行编码；以及组合器，其接收黑白色图像数据编码器的输出和彩色图像数据编码器的输出，以便输出来自图像传感器像素阵列的至少一个图像数据帧的压缩图像文件。
处理来自单色图像传感器的数据的方法(该单色图像传感器包括第一子集的黑白色像素和第二子集的彩色像素)包括，接收来自单色图像传感器的至少一个单色图像数据帧；压缩所述至少一个单色图像数据帧，其中压缩所述至少一个单色图像数据帧包括，将所述至少一个单色图像数据帧分为单色图像彩色数据和单色图像黑白色数据；将已分隔的单色图像黑白色数据插值到黑白色图像数据帧中；第一压缩单色图像彩色数据；第二压缩插值的黑白色图像数据帧；并从压缩的单色图像彩色数据和压缩的插值黑白色数据中生成单个压缩文件。
虽然已经参照许多特定实施例对本申请进行了描述，但可以理解的是，本申请的精神和范围仅由获得说明书支持的权利要求来确定。进一步地，虽然此处的许多实例中，系统，装置和方法被描述为具有特定数量的元件，但可以理解的是，能够使用少于所述特定数量的元件来实现这种系统，装置和方法。同样地，虽然展示了许多特定实施例，但可以理解，参照每个特定实施例所描述的特征和方面都能够用于每个余下的具体提到的实施例。

Claims (14)

1.一种标识读取终端，包括：
具有混合黑白色和彩色图像传感器像素阵列的图像传感器，该混合黑白色和彩色图像传感器像素阵列具有第一子集的黑白色像素和第二子集的彩色像素；
用于将图像聚焦到该图像传感器像素阵列上的透镜组件；以及
手持外壳，其中该图像传感器像素阵列置于该手持外壳中；
其中，该终端操作于标识解码模式，在该模式中，该终端响应于操作者发起的命令，捕获图像数据帧，并处理该图像数据帧以试图解码可解码的标识表示；
其中，该终端操作于图片提取模式，在该模式中，该终端响应于操作者发起的命令，捕获至少一个单色图像数据帧并压缩所述至少一个单色图像数据帧，用于输出彩色图像数据；
其中所述至少一个单色图像数据帧在其分开压缩前，被分为所述至少一个单色图像数据帧的至少一个插值黑白色数据帧和所述至少一个单色图像数据帧的彩色数据；
黑白色解码器，接收压缩的插值黑白色数据帧以输出恢复的黑白色图像；和
组合器，接收所述插值的黑白色图像和所述彩色数据以输出单色传感器图像。
2.如权利要求1的标识读取终端，其中第一数据压缩对所述至少一个插值的黑白色数据帧进行压缩，第二数据压缩对所述至少一个单色图像数据帧的彩色数据进行压缩，其中并发地执行该第一数据压缩和该第二数据压缩。
3.如权利要求2的标识读取终端，其中该第一数据压缩和第二数据压缩的输出被组合为单色图像压缩文件。
4.如权利要求2的标识读取终端，其中该第一数据压缩被配置为使用第一类型的有损压缩方案或第一类型的无损压缩方案，其中该第二数据压缩被配置为使用第二类型的有损压缩方案或第二类型的无损压缩方案。
5.如权利要求1的标识读取终端，其中该至少一个单色图像数据帧在其被存储到该标识读取终端的存储器之前进行压缩，或者在其从该标识读取终端被传输以远程显示或远程存储之前进行压缩。
6.如权利要求1的标识读取终端，其中该第一子集像素包括缺少滤色器元件的黑白色像素，该第二子集像素包括具有滤色器元件的彩色敏感子集像素，其中该第一子集像素包括混合黑白色和彩色图像传感器像素阵列的15/16。
7.如权利要求1的标识读取终端，其中所述至少一个图像数据帧是以30fps或60fps接收的一系列帧，即单个原始的单色图像数据帧，单个格式化的单色图像数据帧，多个原始的单色图像数据帧，多个格式化的单色图像数据帧，或单色图像数据的视频。
8.一种标识读取终端，包括：
图像传感器，包括具有第一子集黑白色像素和第二子集彩色像素的图像传感器像素阵列；
透镜组件，用于将图像聚焦于该图像传感器像素阵列上；
手持外壳，其中该图像传感器像素阵列置于该手持外壳中；
其中该终端操作于图片提取模式，在该模式中，该终端响应于操作者发起的命令，捕获图像数据帧并处理所述图像数据帧，以输出图像数据的彩色帧；
图像数据压缩模块，其压缩捕获到的图像数据，其中所述图像数据压缩模块包括，
分离器电路，其将图像数据分为代表所述第一子集像素的黑白色图像数据，和代表第二子集像素的彩色图像数据，
黑白色插值电路，其生成代表图像传感器像素阵列的所有像素的黑白色图像数据的插值集，
黑白色图像数据编码器，其对黑白色图像数据的插值集进行编码，
彩色图像数据编码器，其对彩色图像数据进行编码，
黑白色解码器，接收压缩的插值黑白色数据帧以输出恢复的黑白色图像，
彩色图像数据解码器，用于解码所述彩色图像数据，和
组合器，接收该黑白色图像数据解码器的输出和该彩色图像数据解码器的输出，以输出来自图像传感器像素阵列的至少一个图像数据帧的单色传感器图像。
9.如权利要求8的标识读取终端，其中该黑白色图像数据编码器使用第一类型的有损压缩方案或第一类型的无损压缩方案，其中该彩色图像数据编码器使用第二类型的有损压缩方案或第二类型的无损压缩方案。
10.如权利要求8的标识读取终端，其中图像数据压缩模块，在图像数据被存储到该标识读取终端的存储器之前或被从该标识读取终端传输以便远程显示或远程存储之前，对该图像数据进行压缩，其中图像数据在该标识读取终端的显示器上显示，而无需通过图像数据压缩模块进行所述的压缩。
11.如权利要求8的标识读取终端，其中该终端操作于标识解码模式，在该模式中，该终端响应于操作者发起的命令，捕获图像数据帧，并处理该图像数据帧，以试图解码可解码的标识表示。
12.一种处理来自单色图像传感器的数据的方法，该单色图像传感器包括第一子集的黑白色像素和第二子集的彩色像素，该方法包括：
接收来自单色图像传感器的至少一个单色图像数据帧；以及
压缩所述至少一个单色图像数据帧，其中所述压缩至少一个单色图像数据帧包括，
将所述至少一个单色图像数据帧分为单色图像彩色数据和单色图像黑白色数据；
将分割的单色图像黑白色数据插值到黑白色图像数据帧中；
第一压缩单色图像彩色数据；
第二压缩插值的黑白色图像数据帧；以及
从压缩的单色图像彩色数据和压缩的插值黑白色数据中生成单个压缩文件；
存储单个压缩文件；
检索已存储的单个压缩文件；
将检索到的单个压缩文件分为压缩的单色图像彩色数据和压缩的插值黑白色数据；
第一解码压缩的单色图像彩色数据；
第二解码压缩的插值黑白色数据到已解码的插值黑白色图像数据帧中；
将已解码的插值黑白色图像数据帧和已解码的单色彩色数据组合成为重构的单色图像帧；以及
在显示器上显示已重构的单色图像帧；以及
与所述已重构的单色图像帧并发地输出恢复的黑白色图像。
13.如权利要求12的方法，其中该第一压缩使用第一类型的有损压缩方案或第一类型的无损压缩方案，其中该第二压缩使用第二类型的有损压缩方案或第二类型的无损压缩方案，其中第一类型的有损压缩方案和第二类型的有损压缩方案是不同的，并且其中第一类型的无损压缩方案和第二类型的无损压缩方案是不同的。
14.如权利要求12的方法，进一步包括基于单色图像彩色数据使用识别或比较值搜索图像数据的数据库。
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