机器可读符号.pdf

本发明公开了各种形式的机器可读符号、以及用于构造机器可读符号的方法和系统、用于捕捉机器可读符号的方法和系统、和用于对机器可读符号进行解码的方法和系统。

权利要求书
1.   一种用于捕捉机器可读符号的图像的方法，该方法包括：
利用多个照明源来照明该机器可读符号，所述多个照明源与该机器可读符号相对地放置，以定义多个相异的照明几何性；
对于每个照明几何性，获得该机器可读符号的相应原始图像，其中，所述相应原始图像中的至少一个包括暗区段；以及
对来自所述相应原始图像的信息进行组合，以生成该机器可读符号的单一图像。

2.   根据权利要求1的方法，其中，该机器可读符号包括印刷的条形码。

3.   根据权利要求1的方法，其中，对来自所述相应原始图像的信息进行组合的步骤包括：从所述相应原始图像中的每一个选择非最小像素。

4.   根据权利要求1的方法，其中，对来自所述相应原始图像的信息进行组合的步骤包括：将双边滤波器应用于所述相应原始图像中的至少一个。

5.   根据权利要求1的方法，其中，对来自所述相应原始图像的信息进行组合的步骤包括：在所述相应原始图像之中对像素强度求平均值。

6.   根据权利要求1的方法，其中，对来自所述相应原始图像的信息进行组合的步骤包括：对来自所述相应原始图像中每一个的信息进行均匀地加权。

7.   根据权利要求1的方法，其中，对来自所述相应原始图像的信息进行组合的步骤包括：将非均匀加权应用于来自所述相应原始图像的信息。

8.   根据权利要求7的方法，其中，应用非均匀加权的步骤包括：根据用于所述相应原始图像中每一个的质量的确定，来应用该非均匀加权。

9.   根据权利要求1的方法，其中，所述多个照明源定义了平衡的安排，其中所述相应原始图像的照明部分按照互补的方式在照明条件之间变化。

10.   根据权利要求1的方法，其中，对来自所述相应原始图像的信息进行组合的步骤包括：确定其上实例化该机器可读符号的物体的固有特性的估计。

11.   根据权利要求10的方法，其中，对来自所述相应原始图像的信息进行组合的步骤还包括：利用光度立体技术来处理所述相应原始图像，以推导该物体的表面形貌和反射率的测量。

12.   根据权利要求10的方法，其中，该物体的固有特性包括：该物体的伪吸光度。

13.   一种用于捕捉机器可读符号的图像的系统，该系统包括：
多个照明源，与该机器可读符号相对地放置，以定义多个相异的照明几何性；
成像器，布置为对于每个照明几何性，生成该机器可读符号的相应原始图像，其中，所述相应原始图像中的至少一个包括暗区段；以及
计算单元，与该成像器对接，该计算单元包括用于对来自所述相应原始图像的信息进行组合、以生成该机器可读符号的单一图像的指令。

14.   根据权利要求13的系统，其中，该机器可读符号包括印刷的条形码。

15.   根据权利要求13的系统，其中，用于对来自所述相应原始图像的信息进行组合的指令包括：用于从所述相应原始图像中的每一个选择非最小像素的指令。

16.   根据权利要求13的系统，其中，用于对来自所述相应原始图像的信息进行组合的指令包括：用于将双边滤波器应用于所述相应原始图像中的至少一个的指令。

17.   根据权利要求13的系统，其中，用于对来自所述相应原始图像的信息进行组合的指令包括：用于在所述相应原始图像之中对像素强度求平均值的指令。

18.   根据权利要求13的系统，其中，用于对来自所述相应原始图像的信息进行组合的指令包括：用于对来自所述相应原始图像中每一个的信息进行均匀地加权的指令。

19.   根据权利要求13的系统，其中，用于对来自所述相应原始图像的信息进行组合的指令包括：用于将非均匀加权应用于来自所述相应原始图像的信息的指令。

20.   根据权利要求19的系统，其中，用于应用非均匀加权的指令包括：用于根据用于所述相应原始图像中每一个的质量的确定、来应用该非均匀加权的指令。

21.   根据权利要求13的系统，其中，所述多个照明源定义了平衡的安排，其中所述相应原始图像的照明部分按照互补的方式在照明条件之间变化。

22.   根据权利要求13的系统，其中，用于对来自所述相应原始图像的信息进行组合的指令包括：用于确定其上实例化该机器可读符号的物体的固有特性的估计的指令。

23.   根据权利要求22的系统，其中，用于对来自所述相应原始图像的信息进行组合的指令还包括：用于利用光度立体技术来处理所述相应原始图像、以推导该物体的表面形貌和反射率的测量的指令。

24.   根据权利要求22的系统，其中，该物体的固有特性包括：该物体的伪吸光度。

25.   一种用于捕捉机器可读符号的图像的方法，该方法包括：
利用多个照明源来照明该机器可读符号，所述多个照明源具有不同的照明光谱；
采集照明的机器可读符号的图像；以及
对采集的图像的有色分量进行分离。

26.   根据权利要求25的方法，其中，该机器可读符号包括印刷的条形码。

27.   根据权利要求25的方法，其中，与该机器可读符号相对地放置所述多个照明源，以提供多个相异的照明几何性。

28.   根据权利要求27的方法，其中，与该机器可读符号相对地，以不同方位角来放置所述多个照明源中的至少两个。

29.   根据权利要求27的方法，其中，与该机器可读符号相对地，以不同仰角来放置所述多个照明源中的至少两个。

30.   根据权利要求25的方法，其中，对来自所述照明源中至少一个的照明进行偏振，该方法还包括：对采集的图像的偏振分量进行分离。

31.   根据权利要求25的方法，其中，所述照明源中的至少一个提供漫射照明。

32.   根据权利要求25的方法，其中，所述照明源中的至少一个提供实质上有向照明。

33.   根据权利要求25的方法，其中，所述照明源中的至少两个提供具有多个照明波长的光，所述照明源中的两个以不同的相对强度来提供所述多个照明波长。

34.   根据权利要求25的方法，其中，每个照明源提供实质上单色的光。

35.   一种用于捕捉机器可读符号的图像的系统，该系统包括：
多个照明源，具有不同的照明光谱，并且被布置为照明该机器可读符号；
成像器，布置为采集照明的机器可读符号的图像；以及
计算单元，与该成像器对接，该计算单元具有用于对采集的图像的有色分量进行分离的指令。

36.   根据权利要求35的系统，其中，该机器可读符号包括印刷的条形码。

37.   根据权利要求35的系统，其中，与该机器可读符号相对地放置所述多个照明源，以提供多个相异的照明几何性。

38.   根据权利要求37的系统，其中，与该机器可读符号相对地，以不同方位角来放置所述多个照明源中的至少两个。

39.   根据权利要求37的系统，其中，与该机器可读符号相对地，以不同仰角来放置所述多个照明源中的至少两个。

40.   根据权利要求35的系统，其中：
对来自所述照明源中至少一个的照明进行偏振；以及
该计算还包括：用于对采集的图像的偏振分量进行分离的指令。

41.   根据权利要求35的系统，其中，所述照明源中的至少一个提供漫射照明。

42.   根据权利要求35的系统，其中，所述照明源中的至少一个提供实质上有向照明。

43.   根据权利要求35的系统，其中，所述照明源中的至少两个提供具有多个照明波长的光，所述照明源中的这两个以不同的相对强度来提供所述多个照明波长。

44.   根据权利要求35的系统，其中，每个照明源提供实质上单色的光。

45.   一种用于捕捉机器可读符号的图像的方法，该方法包括：
接收利用手持装置拍摄的该机器可读符号的多个原始图像；
对所述多个原始图像进行配准；以及
对来自配准的图像的信息进行组合，以生成该机器可读符号的单一图像。

46.   根据权利要求45的方法，其中，该机器可读符号包括印刷的条形码。

47.   根据权利要求45的方法，其中，该机器可读符号包括直接部分标记。

48.   根据权利要求45的方法，其中，对来自配准的图像的信息进行组合的步骤包括：从配准的图像中的每一个选择非最小像素。

49.   根据权利要求45的方法，其中，对来自配准的图像的信息进行组合的步骤包括：将双边滤波器应用于配准的图像中的至少一个。

50.   根据权利要求45的方法，其中，对来自配准的图像的信息进行组合的步骤包括：在配准的图像之中对像素强度求平均值。

51.   根据权利要求45的方法，其中，对来自配准的图像的信息进行组合的步骤包括：对来自配准的图像中每一个的信息进行均匀地加权。

52.   根据权利要求45的方法，其中，对来自配准的图像的信息进行组合的步骤包括：将非均匀加权应用于来自配准的图像的信息。

53.   根据权利要求52的方法，其中，应用非均匀加权的步骤包括：根据用于配准的图像中每一个的质量的确定来应用该非均匀加权。

54.   一种用于捕捉机器可读符号的图像的手持装置，该手持装置包括：
成像器；以及
处理器，该处理器具有：
用于接收利用该成像器拍摄的该机器可读符号的多个原始图像的指令；
用于对所述多个原始图像进行配准的指令；以及
用于对来自配准的图像的信息进行组合、以生成该机器可读符号的单一图像的指令。

55.   根据权利要求54的手持装置，其中，该手持装置包括移动电话。

56.   根据权利要求54的手持装置，其中，该手持装置包括平板计算机。

57.   根据权利要求54的手持装置，其中，该机器可读符号包括印刷的条形码。

58.   根据权利要求54的手持装置，其中，该机器可读符号包括直接部分标记。

59.   根据权利要求54的手持装置，其中，用于对来自配准的图像的信息进行组合的指令包括：用于从配准的图像中的每一个选择非最小像素的指令。

60.   根据权利要求54的手持装置，其中，用于对来自配准的图像的信息进行组合的指令包括：用于将双边滤波器应用于配准的图像中的至少一个的指令。

61.   根据权利要求54的手持装置，其中，用于对来自配准的图像的信息进行组合的指令包括：用于在配准的图像之中对像素强度求平均值的指令。

62.   根据权利要求54的手持装置，其中，用于对来自配准的图像的信息进行组合的指令包括：用于对来自配准的图像中每一个的信息进行均匀地加权的指令。

63.   根据权利要求54的手持装置，其中，用于对来自配准的图像的信息进行组合的指令包括：用于将非均匀加权应用于来自配准的图像的信息的指令。

64.   根据权利要求63的手持装置，其中，用于应用非均匀加权的指令包括：用于根据对于配准的图像中每一个的质量的确定、来应用该非均匀加权的指令。

65.   一种多模式机器可读符号，包括：
第一机器可读符号，被实例化在物体上的第一位置处，该第一机器可读符号能够通过第一方法进行读取；以及
第二机器可读符号，被实例化在该物体上的与该第一位置重叠的第二位置处，该第二机器可读符号能够通过与该第一方法不同的第二方法进行读取。

66.   根据权利要求65的多模式机器可读符号，还包括：第三机器可读符号，被实例化在该物体上的与该第一和第二位置重叠的第三位置处，该第三机器可读符号能够通过与该第一和第二方法不同的第三方法进行读取。

67.   根据权利要求65的多模式机器可读符号，其中，该第二机器可读符号包括：在该物体的表面中形成的标记的图案。

68.   根据权利要求67的多模式机器可读符号，其中，该第一机器可读符号包括：在该物体的表面上印刷的条形码。

69.   根据权利要求67的多模式机器可读符号，其中，该第一机器可读符号包括：在应用于该物体的表面上的保形层上印刷的条形码。

70.   一种用于对多模式机器可读符号进行解码的方法，该多模式机器可读符号包含：第一机器可读符号，被实例化在物体上的第一位置处；以及第二机器可读符号，被实例化在该物体上的与该第一位置重叠的第二位置处，该方法包括：
捕捉该多模式机器可读符号的图像；
处理该图像，以单独地评估该图像的第一和第二特性，其中，该第一特性由该第一机器可读符号引起，而该第二特性由该第二机器可读符号引起；
应用第一方法，以根据评估的第一特性来对该第一机器可读符号进行解码；以及
应用第二方法，以根据第二评估的特性来对该第二机器可读符号进行解码。

71.   根据权利要求70的方法，其中，该第一和第二方法是不同的。

72.   根据权利要求70的方法，其中：
该第一特性包括：反射率特性；并且
该第二特性包括：形貌特性。

73.   根据权利要求70的方法，其中，处理该图像的步骤包括：将光度立体技术用于该图像。

74.   根据权利要求70的方法，其中：
该多模式机器可读符号还包含：第三机器可读符号，被实例化在该物体上的与该第一和第二位置重叠的第三位置处；并且
处理该图像的步骤包括：单独地评估该图像的第三特性，其中，该第三特性由该第三机器可读符号引起，
该方法还包括：应用第三方法，以根据第三评估的特性来对该第三机器可读符号进行解码。

75.   一种用于对机器可读符号进行解码的方法，该机器可读符号被配置为在物体的表面中形成的标记的集合，标记在单元阵列中每一个单元中的存在或缺少指定了所述每一个单元的二元状态，该方法包括：
捕捉该机器可读符号的图像；
从捕捉的图像中标识该阵列的单元；
根据用于该机器可读符号的参考标准来评估该阵列的参考单元，以标识与标记在该参考单元中的存在或缺少一致的光学特性；
根据标识的光学特性来对该阵列的非参考单元进行归类，以确定标记在所述非参考单元中的存在或缺少；
将所述非参考单元的归类编译为二元网格；以及
对该二元网格进行解码。

76.   根据权利要求75的方法，其中：
捕捉该机器可读符号的图像的步骤包括：利用多个照明源来照明该机器可读符号，所述多个照明源具有不同的照明光谱；
评估该阵列的参考单元和对该阵列的非参考单元进行归类的步骤包括：对捕捉的图像的有色分量进行分离。

77.   根据权利要求76的方法，其中，与该机器可读符号相对地放置所述多个照明源，以提供多个相异的照明几何性。

78.   根据权利要求77的方法，其中，与该机器可读符号相对地，以不同方位角来放置所述多个照明源中的至少两个。

79.   根据权利要求77的方法，其中，与该机器可读符号相对地，以不同仰角来放置所述多个照明源中的至少两个。

80.   根据权利要求76的方法，其中，所述照明源中的至少一个提供漫射照明。

81.   根据权利要求76的方法，其中，所述照明源中的至少一个提供实质上有向照明。

82.   根据权利要求76的方法，其中，每个照明源提供实质上单色的光。

83.   根据权利要求75的方法，其中，评估该阵列的参考单元和对非参考单元进行归类的步骤包括：确定所述单元内像素值的统计测量。

84.   根据权利要求83的方法，其中，该像素值的统计测量包括：所述像素值的均值。

85.   根据权利要求83的方法，其中，该像素值的统计测量包括：所述像素值的标准差。

86.   一种用于对机器可读符号进行解码的系统，该机器可读符号被配置为在物体的表面中形成的标记的集合，标记在单元阵列中每一个单元中的存在或缺少指定该每一个单元的二元状态，该系统包括：
照明源，布置为照明该机器可读符号；
成像器，布置为捕捉照明的机器可读符号的图像；以及
计算单元，与该成像器对接，该计算单元具有：
用于从捕捉的图像中标识该阵列的单元的指令；
用于根据用于该机器可读符号的参考标准来评估该阵列的参考单元、以标识与标记在该参考单元中的存在或缺少一致的光学特性的指令；
用于根据标识的光学特性来对该阵列的非参考单元进行归类、以确定标记在所述非参考单元中的存在或缺少的指令；
用于将所述非参考单元的归类编译为二元网格的指令；以及
用于对该二元网格进行解码的指令。

87.   根据权利要求86的系统，其中：
该照明源包括：多个照明源，具有不同的照明光谱；并且
用于评估参考单元的指令和用于对非参考单元进行归类的指令包括：用于对捕捉的图像的有色分量进行分离的指令。

88.   根据权利要求87的系统，其中，与该机器可读符号相对地放置所述多个照明源，以提供多个相异的照明几何性。

89.   根据权利要求88的系统，其中，与该机器可读符号相对地，以不同方位角来放置所述多个照明源中的至少两个。

90.   根据权利要求88的系统，其中，与该机器可读符号相对地，以不同仰角来放置所述多个照明源中的至少两个。

91.   根据权利要求87的系统，其中，所述照明源中的至少一个提供漫射照明。

92.   根据权利要求87的系统，其中，所述照明源中的至少一个提供实质上有向照明。

93.   根据权利要求87的系统，其中，每个照明源提供实质上单色的光。

94.   根据权利要求86的系统，其中，用于评估参考单元的指令和用于对非参考单元进行归类的指令包括：用于确定所述单元内像素值的统计测量的指令。

95.   根据权利要求94的系统，其中，该像素值的统计测量包括：所述像素值的均值。

96.   根据权利要求94的系统，其中，该像素值的统计测量包括：所述像素值的标准差。

97.   一种防复制符号，包括：
基板；以及
机器可读符号，实例化在该基板上，
其中：
该机器可读符号表示实质信息和加密的安全信息的组合；并且
该加密的安全信息的解密标识出能够通过该防复制符号的光学成像标识的该防复制符号的安全特征。

98.   根据权利要求97的防复制符号，其中，该机器可读符号包括条形码。

99.   根据权利要求97的防复制符号，其中，该基板和/或该机器可读符号包括光学可变材料。

100.   根据权利要求97的防复制符号，其中，该机器可读符号印刷在该基板上。

101.   根据权利要求97的防复制符号，其中，该机器可读符号合并在该基板内。

102.   根据权利要求97的防复制符号，其中，该安全特征包括：该基板包括的或该机器可读符号包括的标识标记。

103.   根据权利要求102的防复制符号，其中，该安全特征包括：该标识标记和该防复制符号包括的参考的角度关系。

104.   根据权利要求102的防复制符号，其中，该安全特征包括：该标识标记和该防复制符号包括的参考之间的空间关系。

105.   根据权利要求97的防复制符号，其中：
通过项目来包括该基板；并且
该实质信息标识该项目。

106.   根据权利要求105的防复制符号，其中，该安全特征包括：在制造该项目期间、在该基板上制成的标记。

107.   根据权利要求106的防复制符号，其中，该标记得自于制造该项目的实质上随机结果。

108.   根据权利要求97的防复制符号，其中，该加密的安全信息根据对称加密算法来进行加密。

109.   根据权利要求97的防复制符号，其中，该加密的安全信息根据非对称加密算法来进行加密。

110.   根据权利要求97的防复制符号，还包括：补充层，与该基板和该机器可读符号相异。

111.   根据权利要求110的防复制符号，其中，该安全特征包括：该补充层包括的标识标记。

112.   一种用于读取防复制符号的方法，该防复制符号具有基板和在该基板上实例化的机器可读符号，该方法包括：
根据该防复制符号来光学地捕捉该机器可读符号；
对该机器可读符号进行解码，以推导消息；
通过将解密密钥应用于该消息的一部分，来对该消息的该部分进行解密；
根据该消息的解密部分来确定安全特征；以及
确认该安全特征在该防复制符号上的物理存在。

113.   根据权利要求112的方法，其中，确认该安全特征的物理存在的步骤包括：光学地确认该安全特征的该物理存在。

114.   根据权利要求112的方法，其中：
根据非对称加密算法来加密该消息的该部分；以及
对该消息的该部分进行解密的步骤包括：将公共可访问的解密密钥应用于该消息的该部分。

115.   根据权利要求112的方法，其中：
根据对称加密算法来加密该消息的该部分；以及
对该消息的该部分进行解密的步骤包括：将安全解密密钥应用于该消息的该部分。

116.   根据权利要求112的方法，还包括：确认该基板和/或该机器可读符号包括光学可变材料。

117.   根据权利要求112的方法，其中，该机器可读符号包括条形码。

118.   根据权利要求112的方法，其中，该机器可读符号印刷在该基板上。

119.   根据权利要求112的方法，其中，该机器可读符号合并在该基板内。

120.   根据权利要求112的方法，其中，该安全特征包括：该基板包括的或该机器可读符号包括的标识标记。

121.   根据权利要求120的方法，其中，该安全特征包括：该标识标记和该防复制符号包括的参考的角度关系。

122.   根据权利要求120的方法，其中，该安全特征包括：该标识标记和该防复制符号包括的参考之间的空间关系。

123.   根据权利要求112的方法，还包括：对该消息的第二部分进行解析，以标识实质信息。

124.   根据权利要求123的方法，其中：
通过项目来包括该基板；并且
该实质信息标识该项目。

125.   根据权利要求124的方法，其中，该安全特征包括：在制造该项目期间、在该基板上制成的标记。

126.   根据权利要求125的方法，其中，该标记得自于制造该项目的实质上随机结果。

127.   一种光学读取器，包括：
照明源，布置为照明呈现的防复制符号；
检测装置，布置为接收从该呈现的防复制符号散射的光；以及
计算单元，与该检测装置对接，并且具有：
用于根据该呈现的防复制符号来光学地捕捉机器可读符号的指令；
用于对该机器可读符号进行解码、以推导消息的指令；
用于通过将解密密钥应用于该消息的一部分来对该消息的该部分进行解密的指令；
用于根据该消息的解密部分来确定安全特征的指令；以及
用于利用该检测装置光学地确认该安全特征在该呈现的防复制符号上的物理存在的指令。

128.   根据权利要求127的光学读取器，其中：
根据非对称加密算法来加密该消息的该部分；以及
用于对该消息的该部分进行解密的指令包括：用于将公共可访问的解密密钥应用于该消息的该部分的指令。

129.   根据权利要求127的光学读取器，其中：
根据对称加密算法来加密该消息的该部分；以及
用于对该消息的该部分进行解密的指令包括：用于将安全解密密钥应用于该消息的该部分的指令。

130.   根据权利要求127的光学读取器，其中，该计算单元还具有：用于确认该呈现的防复制符号包括光学可变材料的指令。

131.   根据权利要求127的光学读取器，其中，该机器可读符号包括条形码。

132.   根据权利要求127的光学读取器，其中，该机器可读符号印刷在该呈现的防复制符号所包括的基板上。

133.   根据权利要求127的光学读取器，其中，该机器可读符号合并在该呈现的防复制符号包括的基板内。

134.   根据权利要求127的光学读取器，其中，该安全特征包括：该呈现的防复制符号包括的标识标记。

135.   根据权利要求134的光学读取器，其中，该安全特征包括：该标识标记和该防复制符号包括的参考的角度关系。

136.   根据权利要求134的光学读取器，其中，该安全特征包括：该标识标记和该防复制符号包括的参考之间的空间关系。

137.   根据权利要求127的光学读取器，该计算单元还具有：用于对该消息的第二部分进行解析、以标识实质信息的指令。

138.   根据权利要求137的光学读取器，其中：
通过项目来包括该防复制符号；并且
该实质信息标识该项目。

139.   根据权利要求138的光学读取器，其中，该安全特征包括：在制造该项目期间、在该项目上制成的标记。

140.   根据权利要求139的光学读取器，其中，该标记得自于制造该项目的实质上随机结果。

说明书机器可读符号
相关申请的交叉引用
本申请是以下临时申请中每一个的非临时申请，并且要求它们中每一个的提交日期的权益：由Robert K.Rowe、Alex Litz、和Ryan Martin在2010年9月20日提交的、标题为“METHODS AND SYSTEMS TO MAKE,IMAGE AND PROCESS BARCODES AND OTHER MACHINE READABLE DATA”的美国临时专利申请第61/384,579号；由Robert K.Rowe和Ryan Martin在2010年10月13日提交的、标题为“OPTICAL MULTIPLEXING FOR BARCODE ACQUISITION”的美国临时专利申请第61/392,874号；由Robert K.Rowe在2010年10月28日提交的、标题为“METHOD OF STATISTICAL INTERPRETATION OF BARCODE IMAGES”的美国临时专利申请第61/407,840号；以及由Robert K.Rowe在2011年1月5日提交的、标题为“COPY‑RESISTANT TOKENS”的美国临时专利申请第61/429,977号。通过引用而将这些临时申请中每一个的全部公开完整地合并于此。
技术领域
本申请一般地涉及机器可读符号（machine‑readable symbol）。更具体地，本申请涉及用于构建（fabricating）、捕捉、和处理机器可读符号的方法和系统。
背景技术
自从条形码和其他类型的机器可读符号在20世纪40年代末期产生以来，它们已经变得无处不在。它们被使用在广范围的应用中，以按照各种装置可以理解的方式来标识项目。也许，最常见的示例是使用条形码，以利用全球贸易项目编号（“GTIN”）或通用产品代码（“UPC”）符号表示（symbology）来标识零售产品。这些系统是以下示例，其中使用机器可读符号，从而利用按照条形码编码以标识正在销售产品的特性的信息，来一般地标识出用于销售的可替代（fungible）产品，该特性包括诸如项目编号、产品的重量、产品的价格等信息。将用于标识产品归类的其他条形码符号表示的使用实现在任何数目的基于库存（inventory）的系统中，诸如在使用条形码来跟踪零部件供应并且在某些零部件的供应接近耗竭时自动追加订购的工厂中。
其他类型的系统向项目分配唯一条形码，而不是向项目组分配条形码。这些系统中更加重要的一个系统是GS1供应链系统，其实现了被设计为改善供应链管理的一系列标准。与其他标准相结合，在此系统中颁布了条形码标准，以允许在制造和其他情景中唯一地标识产品。航空运输协会（“AITA”）实现了航空登机牌上的条形码系统，即与安保和安全应用紧密相关的系统，并且在管理娱乐活动的进入权限时使用条形码也已经变得越来越普遍。
条形码还用于生物的唯一标识，尤其是在生物研究中，其中利用条形码来向动物添加标签，以特别是在大种群环境中，单独地跟踪各个动物的行为，在该大种群环境中难以按照其他方式来对动物进行单独标识（诸如，用于跟踪蜜蜂在蜂巢中的行为）。条形码还已经用于诸如在医疗环境中标识人类，在该医疗环境中部署了手环，该手环具有用于对患者信息进行编码的符号。
尽管通过利用印刷的条形码将标签附加到项目上、而实现机器可读符号的许多部署，但是存在其他实现，其中将符号直接地合并到正在标记的部分上。这可以通过诸如激光刻蚀、化学刻蚀、点刻（dot peen）、浇铸（casting）、机械加工、和其他操作之类的这种技术来实现，并且特别常见于供应链应用。
机器可读符号的高度普遍性意味着，存在其中可能难以可靠地读取符号的许多不同情形：除了其他原因之外，这可能是因为符号本身具有低劣质量；因为它所实例化的物体的形状、颜色、或构形（configuration）提出成像挑战；或者因为其中要对它进行读取的环境提出挑战。尽管已经开发出众多处理技术来应对这样的困难，但是这些处理技术中的许多处理技术在各种条件下保持无效，使得在本领域中仍然需要改善的捕捉技术。
另外，用于机器可读符号的许多应用引入了各种类型欺诈的风险。在因特网上和通过其他商业途径两者都可以广泛地获得软件，其允许个人生成可能被不恰当附标到项目的条形码符号表示。还可以通过复制条形码并将它们不适当地附加到项目、使得故意对项目进行错误标识，来进行欺诈。而且，这种复制不限于对要附加到项目的条形码的复制，而可以通过检查并不恰当地重新产生直接合并到项目上的直接部分标记，利用所述标记来进行。这种欺诈不但可能具有严重的经济后果，而且可能具有干扰供应链监控的影响，并且甚至可以设想以下场景，其中这种复制被用于通过故意错误标记药物、医疗配件、和甚至患者本身，来对个人进行伤害（battery）和其他身体犯罪。相应地，在本领域中还需要增强机器可读符号的安全性。
发明内容
本发明的实施例针对各种形式的机器可读符号、用于构造机器可读符号的方法和系统、用于捕捉机器可读符号的方法和系统、和用于对机器可读符号进行解码的方法和系统。
在实施例的第一集合中，提供了用于捕捉机器可读符号的图像的方法和系统。利用多个照明源来照明该机器可读符号，所述多个照明源与该机器可读符号相对地放置，以定义多个相异的照明几何性。对于每个照明几何性，获得该机器可读符号的相应原始图像。所述相应原始图像中的至少一个包括暗区段。对来自所述相应原始图像的信息进行组合，以生成该机器可读符号的单一图像。
在这些实施例中的一些实施例中，该机器可读符号包括印刷的条形码，但是在替换实施例中，可以采用其他形式。
存在各种方法，其中可以对来自所述相应原始图像的信息进行组合。例如，可以从所述相应原始图像中的每一个选择非最小像素。可以将双边滤波器应用于所述相应原始图像中的至少一个。可以在所述相应原始图像之中对像素强度求平均值。在不同实施例中，可以诸如通过根据用于所述相应原始图像中每一个的质量的确定应用非均匀加权，来对来自所述相应原始图像的信息进行均匀地或非均匀地加权。可以诸如通过利用光度立体技术处理所述原始图像、以推导其上实例化该机器可读符号的物体的表面形貌和反射率的测量，来估计该物体的固有特性。
在某些实施例中，所述照明源定义了平衡的安排，其中所述相应原始图像的照明部分按照互补的方式在照明条件之间变化。
在实施例的第二集合中，同样提供了用于捕捉机器可读符号的图像的方法和系统。利用多个照明源来照明该机器可读符号，所述多个照明源具有不同的照明光谱。采集照明机器可读符号的图像，并且对采集的图像的有色分量进行分离。
在一些实施例中，该机器可读符号可以包括印刷的条形码，但是也可以采用其他形式。
可以诸如通过使得与该机器可读符号相对地，以不同方位角和/或仰角放置所述多个照明源中的至少两个，来与该机器可读符号相对地放置所述多个照明源，以提供多个相异的照明几何性。
在一些实例中，对来自所述照明源中至少一个的照明进行偏振，使得该方法还包括：对采集的图像的偏振分量进行分离。
在不同实施例中，所述照明源还可以采用不同形式。在一个实施例中，所述照明源中的至少一个提供漫射照明，而在另一实施例中，所述照明源中的至少一个提供实质上有向照明。所述照明源还可以提供多个照明波长，但是其中不同的照明源以不同的相对强度来提供所述照明波长。在另一实施例中，相反地，每个照明源是实质上单色的。
实施例的第三集合提供了一种用于利用手持装置来捕捉机器可读符号的图像的手持装置和方法。接收利用该手持装置拍摄的该机器可读符号的多个原始图像。对所述多个原始图像进行配准，并且对来自配准的图像的信息进行组合，以生成该机器可读符号的单一图像。
在这些实施例中的一些实施例中，该机器可读符号包括印刷的条形码，而在其他实施例中，它包括直接部分标记。可以在各个实施例中执行来自图像的信息的各种类型的组合。除了其他之外，该手持装置可以包括：移动电话或平板计算机。
实施例的第四集合提供了一种多模式机器可读符号。将第一机器可读符号在第一位置中实例化在物体上，并且该第一机器可读符号能够通过第一方法进行读取。将第二机器可读符号在与该第一位置重叠的第二位置中实例化在该物体上，并且该第二机器可读符号能够通过与该第一方法不同的第二方法进行读取。
在一些实例中，将第三机器可读符号在与该第一和第二位置重叠的第三位置中实例化，并且该第三机器可读符号能够通过与该第一和第二方法不同的第三方法进行读取。
在特定实施例中，该第二机器可读符号包括：在该物体的表面中形成的标记的图案。该第一机器可读符号可以包括：在该物体的表面上或在应用于该物体的表面上的保形层上印刷的条形码。
在实施例的第五集合中，提供了用于对机器可读符号进行解码的方法和系统，该机器可读符号被配置为在物体的表面中形成的标记的集合。标记在单元阵列中每一个单元中的存在或缺少指定了该单元的二元状态。捕捉该机器可读符号的图像。从捕捉的图像中标识该阵列的单元。根据用于该机器可读符号的参考标准来评估该阵列的参考单元，以标识与标记在该参考单元中的存在或缺少一致的光学特性。根据标识的光学特性来对该阵列的非参考单元进行归类，以确定标记在所述非参考单元中的存在或缺少。将所述非参考单元的归类编译为二元网格，然后对该二元网格进行解码。
在一些实施例中，可以通过利用多个照明源照明该机器可读符号，来捕捉该机器可读符号的图像，所述多个照明源具有不同的照明光谱，通过对捕捉的图像的有色分量进行分离，来评估所述参考单元和对所述非参考单元进行归类。在一些情况下，诸如通过具有不同的方位角或仰角，来与该机器可读符号相对地放置所述照明源，以提供多个相异的照明几何性。所述照明源还可以提供漫射或有向照明，并且可以是实质上单色的。
可以通过确定所述单元内像素值的统计测量（诸如，所述像素值的均值或标准差），来评估所述参考单元和对非参考单元进行归类。
在实施例的第六集合中，提供了一种防复制符号，该防复制符号被提供为在基板上实例化的机器可读符号。该机器可读符号表示实质信息和加密的安全信息的组合。该加密的安全信息的解密标识出能够通过该防复制符号的光学成像标识的该防复制符号的安全特征。
该基板或该机器可读符号可以包括光学可变材料，并且可以将该机器可读符号印刷在该基板上或合并在该基板内。该安全特征可以包括：该基板包括的或该机器可读符号包括的标识标记。例如，该安全特征可以包括：该标识标记和该防复制符号包括的参考的角度关系，或者可以包括：该标识标记和该防复制符号包括的参考之间的空间关系。
该加密的安全信息可以根据对称或非对称加密算法来进行加密。在一些实施例中，该防复制符号还包括：补充层，与该基板和该机器可读符号相异，其中该安全特征包括：该补充层包括的标识标记。
可以通过根据该防复制符号光学地捕捉该机器可读符号，并且对它进行解码，以推导消息，来读取这种防复制符号。可以通过应用解密密钥，来对该消息的一部分进行解密，并且根据该消息的解密部分来确定安全特征。然后，可以确认该安全特征在该防复制符号上的物理存在。
附图说明
可以通过参考说明书和附图的剩余部分来实现对本发明性质和优点的进一步理解，其中贯穿若干附图，使用类似的附图标记来提及相似的组件。在一些实例中，在附图标记之后跟随有用连字符连接的子标签；仅仅对于标签主部分的引用意欲统一地提及具有相同主标签、但具有不同子标签的所有附图标记。
专利或申请文件包含彩色绘制的至少一幅图。基于请求和必要费用的支付，当局将提供具有彩色附图的本专利或专利申请公布的副本。
图1是用于符号的机器读取的、可以在本发明实施例中使用的一种类型光学读取器的示意图示；
图2提供了具有三个照明源的光学读取器的透视图（彩色）；
图3图示了与有色分束器组合的多个单色成像器的使用；
图4图示了在不同照明几何性（geometry）中标称上单色照明器的使用（彩色）；
图5示出了具有重叠通带的典型拜耳滤色器阵列的结构（彩色）；
图6A是可以实施本发明的移动通信装置的一个示例的示意图示；
图6B是可以实施本发明的移动通信装置的内部结构的示意图示；
图6C是概括了使用移动通信装置来捕捉机器可读符号的图像的方法的流程图。
图7A示出了通过使用处于八个不同方位角的照明所成像的条形码；
图7B示出了在经历逐个像素分类和重新显示之后根据图7A的图像生成的图像；
图8演示了将平衡捕捉应用于条形码图像的效果；
图9示出了使用应用于图7A中图像的小波平滑化函数所生成的、图7A的图像的估计照明分布；
图10示出了根据图7A中原始图像和图9的估计照明分布所生成的反射率图像；
图11示出了根据图10所示图像生成的log(反射率)或伪吸光度；
图12示出了用于图5和11中左上图像的原始强度和伪吸光度图像；
图13图示了双模式条形码的分量的图示；
图14示出了点刻式机器可读符号的红色、绿色、和蓝色平面；
图15是根据图14所示三原色平面生成的彩色图像；
图16示出了建立有单元（cell）定位的点刻式机器可读符号（彩色）；
图17是图16中一部分的特写，其示出了漫射（红色）照明和两个不同直接（蓝色、绿色）照明的表现是彼此完全不同的（彩色）；
图18是点刻式机器可读符号的图像，其示出了包含或不包含点刻的参考单元的区别（彩色）；
图19示出了将归类方法应用于点刻式机器可读符号的未知单元的结果（彩色）；
图20示出了来自工业条形码的红色、绿色、和蓝色平面；
图21是根据图20所示三原色平面生成的彩色图像；
图22是图21所示条形码中间部分的特写（彩色）；
图23示出了用于随后归类的图20中工业条形码的参考单元（彩色）；
图24示出了将统计归类技术应用于图20中工业条形码的结果（彩色）；
图25是概括了根据一些实施例的用于读取防复制机器可读符号的本发明方法的流程图；
图26提供了如何在采用二维条形码形式的机器可读符号内对信息进行编码的示意图示；
图27A提供了全息基板的示例，在该全息基板上可以如图27B所图示地印刷非全息机器可读符号（彩色）；
图28提供了使用在非全息基板上印刷的全息机器可读符号的符号表示的示例（彩色）；以及
图29A和29B提供了可用作根据本发明实施例特征的防复制机器可读符号的元素之间空间关系的示例（彩色）。
具体实施方式
1．引言
本发明的实施例针对“机器可读符号”，所述“机器可读符号”是包括一个或多个标记的符号，所述一个或多个标记能够通过成像系统进行捕捉，其中所得到的图像通过计算系统进行解译。条形码是机器可读符号的示例，并且尽管为了说明的目的，在本公开中有时具体地对条形码做出提及，但是要理解，本发明的实施例关联到任何类型的机器可读符号。此外，在其中使用条形码的实现中，本发明不受到在生成条形码时使用的符号表示的限制，并且本发明可以适用任何符号表示。这种符号表示的示例包括一维符号表示，诸如Codabar、代码（Code）11、代码（Code）128、代码（Code）32、代码（Code）39、代码（Code）93、EAN‑13、EAN‑8、EAN‑99、EAN‑速度（EAN‑Velocity）、工业（Industrial）2of5、交织（Interleaved）2of%、ISBN、UPC‑A、UPC‑E、和其他符号表示。进一步的示例包括二维符号表示，诸如Aztec代码（Code）、代码（Code）16K、PDF417、紧凑（Compact）PDF417、微（Micro）PDF417、宏（Macro）PDF417、数据矩阵（DataMatrix）、QR代码（Code）、Semacode、和其他格式。本发明还可以适用单色和彩色条形码符号表示两者，其例如包括高容量彩色条形码（“HCCB”）符号表示。在条形码符号表示中包括颜色是使用非空间维度来编码信息的多维条形码的更加一般归类的一个示例，并且使用非空间维度的其他这种多维条形码也适用于本发明的实施例。
可以在本发明实施例中使用的机器可读符号的其他示例包括：机器可读文本、经受光学字符识别（“OCR”）技术以用于其机器解译的人可读文本、根据在国际标准化组织（“ISO”）公布ISO1004:1995中描述的磁墨字符识别（“MICR”）格式书写的磁墨字符、和其他相似类型的符号。
尽管实例化的形式经常取决于基板的材料和其中符号要与项目相关联的方式，而在不同实施例中采用各种形式，但是一般地在基板上对机器可读符号进行实例化。考虑以下这些实例，其中要通过将符号直接合并到项目上来将该符号与该项目相关联。如果项目包括其上将附着油墨的表面，则使用传统用于这种表面的任何印刷技术来将符号印刷在项目上。替换地，可以通过使用诸如激光刻蚀、化学刻蚀、点刻、浇铸、机械加工等这种技术修改项目的表面来将符号合并为项目的一部分。还可以在通过使用单独标签将符号与项目相关联时使用这种技术，该单独标签可以附标或附加到项目，或者在一些实施例中，该单独标签可以按照使得关联清楚的方式而与项目不同地定位。这种实例的示例将是条形码标签，该条形码标签被附标到项目居于其上的搁架。
基板和机器可读符号的结合还可以伴随有补充层，该附随层的示例包括层压板、涂覆层或其他覆盖层，其一般与符号共同延伸，然而，还可以在一些实施例中提供非共同延伸的层。
从机器可读符号捕捉信息的传统方式通过使用成像器捕捉包含该符号的物体区域的数字图像而开始，该成像器通常是互补金属氧化物半导体（“CMOS”）成像器或电荷耦合装置（“CCD”）。在一些情况下，在图像捕捉期间，辅助光照也用于对该物体进行照明。
一般地，然后，通过执行多任务的专门软件来处理符号的数字图像。首先，该软件分析图像，以确定机器可读符号是否存在。如果存在，则该软件确定符号的精确位置和定向。然后，该软件可以将各种空间变换、图像增强和其他处理应用于该符号，在此之后，对符号的各个元素（其经常是二元的）进行提取和解码。尽管许多符号具有内建其中的错误校正，但是所述技术可能因为整体图像质量低劣而仍然无法处理和解码该符号。
应对低劣质量符号图像的一种方式使用在多个光学条件下的（具体地通过使用多照明角度和/或成像角度的）多幅图像捕捉。然后，分析每一幅图像，以找出好到足以解码的图像。但是在一些状况（其一个示例发生在将符号实例化到圆形物体上时）中，没有一个照明条件足以能够对整个符号进行照明，使得没有一个符号图像足以用于解码。
另一变型使用从不同角度照明或成像的机器可读符号两个图像的捕捉，其中镜面反射的区域在不同照明的图像之间改变。此技术试图适用于以下情况，即镜面反射可能使得局部符号特征模糊。然后，通过执行逐像素最小操作来合成所得到的图像。尽管这种技术可以产生其中每一单独符号图像不可读的可读图像，但是该过程需要在整个区段上对全部两个图像进行足够地照明，使得应用于如此处理的两个图像之一上暗区段的“最小”操作将导致所得到图像中的暗区段。
进一步的变型依赖于在不同照明或成像条件下采集多个符号图像，使得在试图推导出单一可读符号时，一起地提取和拼合符号图像的子集。此方法需要恰当地确定符号位置，使得可以提取、处理和分析符号特征的邻近子集，以确定它们的可读性，并且将可读子集组合为然后有望整体可读的拼合条形码。各个符号元素的处理在计算上集中且专门用于每种类型的条形码或遇到的其他机器可读符号。如同先前方法一样，仅仅使用单一的原始图像，以定义合成图像的每个点或条形码元素，这使得该方法对于以下情况敏感，其中在符号的某些部分中，没有一个原始图像具有足够的信号。
可以通过使用单一的成像器，在多个成像条件下采集机器可读符号的多个图像，以采集一连串图像，其每一图像在不同的条件（诸如，利用不同的照明角度）下进行照明。这种顺序采集对于快速移动物体而言可能是有问题的。如果可能真的能够对准这样的图像，那么所需要的图像处理可能也是极为复杂、耗时、和易错的。替换地，可以利用不同的成像特性（诸如，不同的成像角度）使用多个成像器来捕捉多个同时的图像。由于多个成像子系统，所以这种配置可能是庞大且昂贵的。此外，这种系统限于单一集合的照明条件，其用于在如此地捕捉多个图像时照明物体。
由于多个照明条件，所以可以使用用于采集图像的单一彩色成像器，在多个照明条件下同时地采集机器可读符号的多个图像。每个照明条件对应于不同的单色波长，该单色波长继而对应于不同的颜色通道。照这样，这种现有技术教导了在照明几何性与单一颜色通道之间建立一一对应关系。
除了上面提供的“机器可读符号”之外，根据确切定义而在这里使用某些术语。
“方位角”指代在与成像轴垂直的平面中的角度。根据一些定义的点来测量该方位角，如果没有陈述，则该测量点可以是任意的，但是两个或多个点之间的相对方位角可以是可操作的。
“仰角”指代在包含成像轴的平面中的角度。从成像轴来测量该角度。根据情景，与测量相关联的180°模糊性可以是明显的，或者如果对于特定参考是关键的，则可以进一步定义该180°模糊性。
“全息图”指代所有类型的传统全息图，包括白光全息图。该术语还指代其他材料和材料结构，其依照照明或成像角度来改变光学属性。例如，“全息图”包括光变油墨，其依照照明和/或成像角度来改变颜色。该术语还涵盖了各种衍射和折射结构，其依照照明和/或成像角度来改变光谱特性。该术语还涵盖了偏振敏感材料，其反射性依照在其上入射光的偏振角和/或通过其来观看材料的偏振角而改变。
“照明几何性”指代照明光的空间特性。在其中光是高度有向的情况下，“照明几何性”指代照明光束的仰角和方位角。这种光可以具有接近零度（或180°）的仰角，这有时也称为正处于“轴上”。这种有向光也可以具有与零度（或180°）实质上不同的仰角，在此情况下，方位角还用于指明照明几何性。可以对有向光进行照准（collimate），使得光束分布之中的照明角度实质上相同。替换地，该有向光可以正在相对于照明轴会聚或发散。此外，有向光可以包括具有相同或不同照明角度的、照准、会聚、和发散光束的一些加权组合。替换地，该光可以是无向的或漫射的，而没有优选的方向性。该光可以在照明方向、空间分布、和强度之间具有一些复杂关系。在宽带或多频带（即，多个不同离散波长）照明光的情况下，照明方向、空间分布、和强度之间的关系也可以依照波长而变化。在诸如透明或半透明物体之类的一些情况下，可以在与被成像一侧相对的物体一侧上提供光照。光的所有这种特性同样落入术语“照明几何性”的范围之内，对于有向和漫射光照的任何混合同样如此。
“多成像”传感器指代以下传感器，其包括至少一个单一成像器和结构，用于在不同光学条件下，在单一测量时段期间，采集物体的多个图像。不同的光学条件可以是不同的照明角度、不同的照明漫射度（即，有向光照对漫射光）、不同的照明波长、不同的照明偏振条件、不同的成像角度、不同的成像偏振、不同的成像曝光时间、和其他此类不同。一个或多个成像器可以是单色的，或者它们可以合并滤色器阵列或其他已知机构，以同时地采集不同波长的图像。因而，在本发明的范围内，可以使用滤色器阵列和其他这种复用技术，来同时地采集多个图像。
“照明光谱”指代用于对物体进行照明的光的波长特性和/或其他特性。在具体照明光谱中波长的分布可以包括多个相异波长或连续的波长。如果波长在第一照明光谱中的相对强度可测量得不同于在第二照明光谱中的相对强度，那么将来自两个不同照明源的照明光谱称为是相异的。因而，即使光的相同波长的一些部分（或全部）存在于两个光谱中，两个照明光谱也是相异的。相似地，如果两个照明光谱的其他光学特性可测量得不同（例如，偏振、空间分布、角度分布等），那么也将这两个光谱称为是相异的，而不管照明波长的相对强度是否相同。
“光学复用”传感器指代多成像传感器，其能够通过按照某种方式耦合两个光学参数，在不同光学条件下，在单一测量时段期间采集物体的多个图像。例如，可以将不同照明几何性与不同照明光谱耦合，使得彩色成像器（其固有地在不同光谱之间进行区别）能够被用作用于在不同照明几何性之间进行区别的机构。按照相似的方式，可以将偏振与照明光谱进行耦合，以使得能够基于不同光谱特性而在不同偏振条件之间进行区别。同样处于本发明范围内的是，可以通过将诸如照明光谱、照明几何性等的另一特性耦合到偏振态，来将偏振敏感成像器用于光学复用。光学特性的其他相似耦合和检测同样落入本发明的范围内。
“光学可变”材料指代以下材料，其对应于随着光学属性上的可测量改变的照明特性上的改变。因而，光学可变材料的示例包括全息材料、合并有衍射光栅的材料、光学可变油墨和染料、荧光涂料等。
“安全特征”指代对标记进行标识，并且可以采用文字、符号、图案、颜色、纹理、框标（fiducial mark）、表面光洁度等形式。在一些实例中，安全特征对于与机器可读符号相关联的项目是唯一的。具体地，当项目包括基板、使得作为在用于制作该项目的制造处理中随机结果的结果而在该项目上产生标识标记时，情况可能如此。但是，即使当制造处理在产生特征中具有可预测的结果时，也可以将这种特征用作安全特征。
2．捕捉
a．光学复用的捕捉
可以通过根据本发明不同实施例的多个不同成像装置来读取上面定义类型的机器可读符号。在图1中示意性地图示了一个这种装置。
图1所示的成像装置100包括光学窗口102，通过该光学窗口102，数字成像系统118可以采集机器可读符号的图像，以用于成像。在此配置中，成像系统118的焦平面实质上与光学窗口102的外表面相重合。在一些实施例中，可以省略光学窗口102，或者窗口的位置可以从焦平面进行位移。利用图2和4提供了装置的示例，其中省略了该光学窗口。可以将照明系统110提供为用于采集图像的机构的一部分。在所图示的实施例中，照明系统110包括光源108和光学器件，其与数字成像系统119的光学器件进行交互。可以方便地选择照明源108的数目，以实现某些级别的照明，以满足封装要求，并且以满足成像装置100的其他结构约束。
在操作中，照明从光源108穿过照明光学器件106，其用于将照明整形为诸如泛光、光线、光点等形式中的期望形式。光源108可以是窄带源，诸如，单色LED或激光二极管，或者可以是宽带源，诸如白光LED或白炽源。在其中光源108包括一系列源的情况下，所述一系列源可以具有相同波长或不同波长。可以完全一致地配置不同源108，或者它们可以彼此不同。
为了方便，将照明光学器件106示出为由透镜组成，但是它可以更一般地包括一个或多个透镜、一个或多个反射镜、光学窗口、和/或其他光学元件的任何组合。照明光学器件106还可以包括扫描仪机构或空间光调制器（未示出），用于以特定的一维或二维图案来扫描照明光。照明光学器件还可以包括可变焦元件，诸如液体透镜、可变形反射镜、和其他这种装置，以适用不同的物距。光源108可以包括点源、线源、面源，或者可以在不同实施例中包括一系列这种源。
在光穿过照明光学器件106之后，它穿过窗口102，以照明机器可读符号，使得将反射光导向数字成像系统118，其包括检测光学器件114，该检测光学器件114适于将从该符号反射的光聚焦到阵列上。例如，检测光学器件114可以包括透镜（包括液体透镜和其他可变焦透镜）、反射镜（包括可变形反射镜和其他可变焦反射镜）、针孔、或者这种光学元件或本领域技术人员已知的其他光学元件的组合。在一些实施例中，检测光学器件114可以使用在本领域中已知的自动聚焦方法来提供焦平面的可变位置。
另外，照明系统110和数字成像系统118两者还可以包括光学偏振器104和112。偏振器104和112可以是线性或圆形的，或者是两者的组合。
数字成像系统118还可以包括滤色器阵列116，在一些实例中，可以将该滤色器阵列116合并为相机120的一部分。滤色器阵列116可以方便地包括公知的拜耳图案或其他图案中的红绿蓝滤波器阵列。在一些实例中，过滤元件可以用来传送与标准红绿蓝波长不同的波长，可以包括额外的波长，和/或可以在与拜耳图案不同的图案中进行安排。
可以有利地选择成像装置布局和组件，以使得到直接成像系统118中的照明的直接反射最小化。在一个实施例中，通过相对地定向照明和检测光学器件、使得检测到的直接反射光的数量最小化，来减少这种直接反射。例如，可以按照角度来安置照明光学器件110和检测光学器件118的光轴，使得在屏幕102上安置的反射镜不会将显著数量的照明光导向检测系统118中。
可以将相机120电耦合到计算系统的元件，其辅助处理成像装置110采集的图像。具体地，可以经由总线134来电耦合这种计算系统的硬件元件，并所述硬件元件可以包括处理器124、存储装置128、诸如DSP或特定用途处理器之类的处理加速单元236、和存储器240。通信系统114可以另外地提供在一些实施例中，其中该成像装置110装备有网络以用于通信。在包括通信系统114的实施例中，它可以包括有线、无线、调制解调器、和/或其他类型的对接连接，并且许可利用网络来交换数据。
将软件元素示出为当前正被定位在工作存储器140内，其包括操作系统124和其他代码148，诸如被设计为实现本发明方法的程序。对于本领域技术人员而言明显的是，可以根据特定需求来使用实质的变型。例如，还可以使用定制的硬件，和/或可以在硬件、软件（包括便携式软件，诸如小应用程序）、或两者中实现具体的元素。此外，可以采用到其他计算装置（诸如，网络输入/输出装置）的连接。
在具体实施例中，图1所示的通用结构采用诸如图2所图示的光学复用多成像传感器的形式。例如，这种传感器200可以包括多个不同的照明器204，其利用不同的照明光谱来对符号212进行照明。彩色成像器208可以用于在利用不同照明器照明的时候，同时地采集符号的图像。彩色成像器208可以包括诸如拜耳滤色器阵列之类的滤色器阵列，其用于将入射光分离为红色、绿色和蓝色分量。三个照明器204以三种相异的不同照明光谱来发射光。一般地，这三种光谱可以与滤色器阵列的通带不同，并且所述光谱中的一些或所有可能严重地影响颜色通道中的两个或更多。例如，照明器204可以显现为白色、橙色和凫蓝。同样处于本发明范围内的是，所述照明器204中的任何或所有可以包含成像器208也可检测到的紫外线和/或红外线频带中的波长。
如图2所示，可以以关于成像器208或符号212的不同方位角、和/或以不同仰角来定位具有相异照明光谱的这些照明器204。所述照明器204中的一个或多个还可以是漫射照明器、环形照明器、日光照明器、暗场照明器、或该归类的其他照明几何性。成像器208可以包括滤色器阵列，用于允许它同时地采集符号212的不同图像。成像器208可以包括处于一个或多个颜色通道中的偏振器。例如，成像器208可以在一个或多个颜色通道中合并线性偏振器或圆形偏振器。一个或多个照明器204还可以合并偏振器（线性、圆形等）。
在一些实施例中，传感器可以利用三种不同照明条件来捕捉单一图像：具有不同方位角的两个有向照明器和单一漫射照明器。这种实施例中的每个照明器可以以不同和相异波长或波长频带来提供光。当机器可读符号包括印刷的条形码时，不同的照明光谱可以提供增强的信息内容，以便检测和/或解码该条形码，但是该配置可以用于对包括直接部分标记的任何机器可读符号进行成像。
不同的照明变型可以是有向的或漫射的，并且可以在方位角和/或仰角上进行变化。代替照明几何性或除了照明几何性之外，光学复用方法还可以用于对偏振和其他光学变型进行复用。例如，一些照明器可以具有合并在光路中的线性或圆形偏振器。一些或所有成像器通道可以具有合并在光路中的线性或圆形偏振器。在一些情况下，可以将用于具体照明器的偏振器的光轴定向为平行于具体成像通道中的偏振器。在其他情况下，可以将用于具体照明器的偏振器的光轴定向为垂直于具体成像通道中的偏振器。代替拜耳滤色器阵列或除了拜耳滤色器阵列之外，还可以使用替换的滤色器阵列，诸如四色阵列（例如，CYMW）、垂直滤色器等。替换地，可以使用与有色分束器组合的多个单色成像器。在图3中提供了此示例，该图3示出了二维条形码形式的机器可读符号、和一系列波束分类器304。第一图像源自于与第一分束器304‑1的交互，该第一分束器304‑1对具有小于第一阈值波长w1的波长λ的光进行重新导向；第二图像源自于与第二分束器304‑2的交互，该第二分束器304‑2对具有小于第二阈值波长w2的波长λ的光进行重新导向；第三图像源自于与第三分束器304‑3的交互，该第三分束器304‑3对具有小于第三阈值波长w3的波长λ的光进行重新导向；并且第四图像源自于波束的其余部分，其剩余有大于第三阈值波长w3的波长。
在一些实施例中，可以使用两个或更多照明源，其彼此不同，并且不同地影响成像器的两个或更多颜色通道。这图示在一般地与图2相似的图4中，该图4具有三个照明器404和成像器408，用于对机器可读符号412进行照明和成像，但是其被单独地产生，以强调不同的照明特性。例如，此实施例中的照明器404可以包括宽带光，诸如白光或宽光谱有色光。例如，一般使用白光LED或某种白炽源来生成宽带照明。可以使用光学通带滤波器、短通滤波器、长通滤波器等，按照某种方式来对（多个）宽带源进行滤波。这样，具有可测量的不同照明光谱的两个宽带照明器可以用于在两种不同照明几何性下对机器可读符号412进行照明。然后，彩色成像器408可以对如此照明的符号412进行成像，得到了光学复用的图像。
在另一实施例中，照明光谱可以包括多个离散照明波长。例如，每个照明器可以包括红绿蓝三合透镜（triplet）。然后，可以调整向三合透镜中每个LED供应的电流，以实现红色、绿色和蓝色光的不同相对强度，使得根据已知的颜色添加原理，混合看起来具有不同颜色。根据本发明，可以通过向三合透镜中红色、绿色和蓝色LED中的每一个供应不同的电流，来将与不同照明几何性对应的照明器中的每一个设置为可测量得不同的视在（apparent）颜色。在此情况下，即使每个照明器包括相同的三种波长，通过改变波长强度的比率，每个三合透镜也可以不同地影响彩色成像器的通道。
在此外的实施例中，与不同照明几何性对应的每个照明器可以是标称上单色且相异的，如图2所一般图示的。在本领域中已知的是，典型拜耳滤色器的红色、绿色和蓝色元素的通带是宽广且重叠的，如图5所图示的。在其中将红色、绿色和蓝色LED用于照明的情况下，如该图中右面板中的曲线图中的黑色箭头所指示的，可以看出，每个单色LED将严重地影响两个或更多颜色通道。在此具体图示中，例如，蓝色LED将影响蓝色和绿色通道；绿色LED将影响全部三个颜色通道；而红色LED将影响全部三个颜色通道。根据本发明，可以使用全部三个LED，这是由于它们中的每一个可以不同地影响三个颜色通道。这与现有技术中的以下暗示是相反的，即期望省略绿色LED，以避免任何光谱重叠，并且将照明限于仅仅使用蓝色和红色LED。
有利地，且根据本发明，单色LED或其他源的波长不需要对应于具体颜色通道的峰值波长。假设仅在选定的波长按照与其他选择的LED可测量得不同的方式影响多个颜色通道的情况下，可以根据诸如可用性、标价、亮度和其他考虑之类的其他实用准则，来选定用于光学复用的LED。
b．手持成像器
一般地，将上述用于捕捉机器可读符号图像的装置提供为固定装置，其中通过使用固定照明器和成像器来实现不同的成像条件，使得可以通过适当地使用固定照明器和成像器来实现照明角度、成像角度等上的变化。在其他实施例中，可以相反地将符号捕捉装置提供为非固定装置，其可以实施为包括成像能力的各种手持装置的形式。例如，现代移动电话和平板计算机包括可用作成像器的相机，并且可以通过在手持装置上包括适当应用，根据以下描述来实行处理。
为了图示的目的，图6A和6B提供了典型移动装置600的结构和功能示意图，利用该典型移动装置600，用户可以通过触摸屏606、以及通过在该装置上提供的其他按钮612来进行交互，可以从该触摸屏606访问多个应用608。根据本发明的实施例，可以将所述应用608之一配置为用于捕捉机器可读符号。
图6B的功能图示也意欲为示范性的。尽管该图示标识出若干特定功能组件，但是要理解的是，替换装置可以缺少这些特定组件中的一些组件，并且有时可以包括未特别描述的其他组件。图6B的图示包括通过总线642而与装置600的其他组件耦接的电池628，其中利用附图标记620来统一地标识使得能够在装置600与用户之间进行交互的这些组件，并且这些组件包括一个或多个显示器624、一个或多个触摸传感器632、硬件按钮636、和相机626。
可以通过除了其他模块之外而提供的相机模块180来操作相机626，所述其他模块用于装置的其他功能，包括音频模块672、GPS模块684、加速度计模块676、输入/输出模块668、天线664、和通信模块660。特意描绘了这些模块的结构及其与系统的交互，以回顾图1所示的结构，其中软件元素定位在工作存储器640内，其包括该装置的操作系统644和其他代码648，以操作不同模块并实现本发明的方法。各个模块和软件可以使得通过与存储模块656进行交互的处理器652来协调它们的操作。可以将处理器652实施为一个或多个特定用途集成电路（“ASIC”）、一个或多个现场可编程门阵列（“FPGA”）、或者一个或多个通用用途处理器，其操作为按照代码形式来执行机器可读指令。而且，处理器652可以包括数字信号处理器（“DSP”）或特定用途处理器形式中的处理加速。
图6A和6B的手持装置600可以用于使用图6C的流程图所概述的方法来捕捉机器可读符号的图像。在块690中，用户在第一位置中定位该手持装置，使得在块692中可以使用相机，以在块692中采集机器可读符号的图像。对于手持装置600的多个位置重复此操作，如与块694相关联的循环所指示的。尽管这提供了现成的方法用于从不同成像定向来捕捉图像，但是注意到，通过将装置的屏幕606用作照明源，装置600还可以用于提供不同的照明定向，并且可以在一些实例中用于提供不同的照明光谱质量。可以利用具有适当照明源作为屏幕606一部分的装置来实现良好的光谱控制，其中利用LED进行照明的装置能够提供实质上的单色照明、多色照明、漫射照明、和诸如可以在下面描述的各种处理方法中使用的其他形式照明。利用手持装置600的某些实施例还利用相机626变更其焦点的能力，使得在块692中采集的图像包括具有不同焦点、并故此具有不同放大倍率的图像。
一般地期望，与对于图1‑4的固定装置相比，对于图6A和6B的手持装置，在照明精确度和/或成像条件上的控制级别较小，但是可以在块696中通过图像配准来做出补偿。在本领域已知各种技术，用于通过将不同数据集变换到公共坐标系上来进行配准，由此在使用该手持装置600时补偿用户的不精确度。可以在不同实施例中使用基于强度和基于特征两者的图像配准方法。各种变换模块也可以用于实行配准，该配准包括线性变换，其应用平移、旋转、缩放比例、和其他仿射变换的线性变换。在一些实施例中，还可以对于图像的局部翘曲应用弹性变换，包括使用径向基函数和大变形模型。
一旦已经配准了采集的图像，就可以在块698中，如在这里其他地方描述的一样对它们进行组合或处理，以读取该机器可读符号。
b．伪像
在一些情形中，机器可读符号可能存在于潜在地引发某些成像伪像的表面上。例如，可以在诸如某种塑料之类的光滑基板上产生印刷的条形码。替换地，该符号可以包括使用喷丸（peen）、切割、浇铸、化学刻蚀、激光刻蚀、或另一这种方法，以玻璃、金属、或一些其他光滑材料制成的直接部分标记。
在这些情况下，可以通过闪烁、镜面反射、不良照明区域、和其他照明和/或成像伪像，整体地或部分地使得符号的图像模糊。具体地，符号的照明变化可以使得符号的图像整体地或部分地模糊。结合图7‑12，对于一维条形码图示了用于本发明此方面的原理，但是将明显的是，相同的原理作用于其他类型的机器可读符号，包括二维和彩色条形码、以及直接部分标记和其他。图7A示出了利用处于八个不同方位角的照明光所采集的并且通过静止成像器所成像的一维条形码的八幅图像。在此情况下，照明处于（从成像器的光轴测量的）近似75°的仰角以及0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、和315°的方位角处。成像器是CMOS成像器，并且光源是具有400nm中心波长的LED。如从该图中可以看出的，由于表面形貌而导致的亮和暗强度的区域根据照明定向而改变。
根据本发明的实施例，可以按照各种方式来处理这种图像的集合，以减少或消除这种照明变化。例如，应用了八幅图像的逐个像素归类，该操作导致图7B所示的八幅新图像，其中图像被重新显示为从低归类值（左上）到高归类值（第三行、第二列）的图像。这样，通过组合来自八幅原始图像的信息，来生成更加一致的、高对比度的单一图像。尽管在此示例中使用了八个照明源，但是在可以用于不同实施例中的照明源的数目上没有约束。
注意到，图8的左上图像对应于八幅原始图像之中的逐像素最小值，如现有技术中有时做出的一样。商用在线解码器无法恰当地读取该最小像素值条形码。相反地，某些其他归类图像能够被恰当地读取和解码，具体地是第六、第七、和第八高的值，其对应于第二行、第三列的图像以及第三行中的两幅图像。
此归类操作仅仅是根据本发明实施例所应用的处理变换的更加一般集合的示例。例如，在另一示例中，使用通过不同方法（诸如，梯度的中值）所生成的边缘信息，将双边滤波器应用于一个或多个图像（或者应用于所述图像的合成）。在一些情况下，有利地按照某种方式来组合所有的图像。用于这么做的方法可以包括根据本征分析、独立分量分析、张量分析等、或者对于原始图像或原始图像的一些派生物所执行的其他这种操作来生成一个或多个因子。
在一些实例中，简单的求平均值运算足以组合原始图像，并且将图像伪像减少到可接受的级别。具体地，在其中存在在不同照明条件下拍摄的相对大量原始图像和/或照明条件近似平衡的情况下，可以实行求平均值。“平衡的”照明指代照明条件的集合，其中图像的照明部分按照互补的方式在照明条件之间变化。例如，在其中照明在方位角上对称的情况下，即在180°对称性的情况下，所得到的图像显示可以通过求平均值来减少的互补伪像。图9示出了利用平衡系统来求平均值的益处的示例。在该图中，左边的图像是对图7B所示的八幅图像求平均值的结果。该系统是平衡的，其中光源处于相等的仰角（近似为75°）处，并且在围绕该物体的整圆中通过45°的方位角来分隔。为了演示平衡照明系统的益处，中间的图像示出了仅仅对四幅原始图像求平均值的结果：编号1、3、5和7，它们均匀地以90°间隔，并且跨越0–360°的方位角。相反地，最右边的图像得自于对未平衡的四幅原始图像求平均值的结果：编号1、2、3和4，它们以45°分隔，并且跨越0–180°的方位角。如可以从该图中看出的，与从平衡照明系统生成的相等数目的图像的平均值相比，未平衡求平均值的结果保留有更多的照明伪像。
在一些情况下，可以在通过求平均值或其他运算进行组合时，均匀地对原始图像进行加权。在其他情况下，可以在求平均值或其他运算之前，将非均匀加权应用于所述图像。例如，可以通过包括对比度、噪声、条形码质量、条形码可检测性、条形码可读取性、镜面反射量、照明可变性等的各种准则，来明确每个原始图像的质量，其中所得到的质量测量用于对正在求平均值的图像进行加权；可以比低质量图像更高地对高质量图像进行加权。
在一些情况下，期望根据原始图像来确定物体的关键固有特性的估计，并且使用这种估计来处理机器可读符号，而不是试图对原始图像自身进行解码。这是因为通过影响一个或多个固有物体特性（诸如，反射率、吸光度（或者伪吸光度或反射率）、纹理、表面轮廓、颜色、色度和其他这种参数）来在物体上安置机器可读图像。但是原始图像是物体和符号与照明系统以及成像系统交互的结果。原始图像包含所有这些不同效应的交互的表示，它们之中仅仅一些对于该物体或符号而言是固有的。在一些情况下，有利的是，试图将原始图像分离为固有和外在效应，并然后将推导出的该物体和符号的（多个）固有特性用于随后的处理和解码。通过使用各种光度立体方法来处理原始图像、以推导表面形貌以及反照率（albedo）或反射率的测量，来说明此方式的一个示例。下面，进一步讨论此方式。
可以根据原始图像估计的固有物体特性的另一示例是物体的反射率或log(反射率)（也称为伪吸光度）。为了估计反射率，应该估计用于每个原始图像的照明特性。如果是恒定的或以其他方式地是可应用的，则可以单独地校准照明系统和/或成像系统的这种特性，然后将其应用于原始图像。通过对原始图像进行平滑化来提供用于根据原始图像估计照明特性的一种方法，假设与符号和/或物体或成像系统的其他特性相比，照明变化具有较低的空间频率。可以应用诸如小波平滑化或本领域中已知的另一类型平滑化之类的平滑化。在图9中示出了当将小波平滑化应用于图7B的数据时此操作的结果的示例。
可以将图9中的估计照明分布用作用于作为下式来估计物体反射率的分母