CN102261926B - 数字水准仪条码尺的编码和解码方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种数字水准仪条码尺的编码和解码方法，所述编码方法包括：数字水准仪条码尺上的黑白条码依次相间排布，黑、白条码分别具有多种宽度；其中，以一固定宽度的黑条码或白条码为参照码，两个相邻的参照码的同侧边缘或中心之间的区域构成一码区；各码区长度相等，且各码区中的黑、白条码的组合方式唯一。解码时以码区为单位，可以大大减少计算量。同时，具有测量速度较快、硬件成本较低的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种数字水准仪条码尺或测角编码盘的编码和解码方法。
背景技术
根据水准测量的原理，水准仪的主要作用是提供一条水平视线，并能照准水准尺进行读数。因此，水准仪构成主要有望远镜、水准器及基座三部分。
水准仪望远镜主要由物镜、目镜、调焦透镜和十字丝分划板所组成。物镜和目镜多采用复合透镜组，十字丝划板上刻有两条互相垂直的长线，竖直的一条称竖丝，横的一条称为中丝，是为了瞄准目标和读取读数用的。在中丝的上下还对称地刻有两条与中丝平行的短横线，是用来测定距离的，称为视距丝。十字丝分划板是由平板玻璃圆片制成的，平板玻璃片装在分划板座上，分划板座固定在望远镜筒上。十字丝交点与物镜光心的连线，称为视准轴或视线。水准测量是在视准轴水平时，用十字丝的中丝截取水准尺上的读数。
调焦透镜可使不同距离的目标均能成像在十字丝平面上。再通过目镜，便可看清同时放大了的十字丝和目标影像。从望远镜内所看到的目标影像的视角与肉眼直接观察该目标的视角之比，称为望远镜的放大率。
数字水准测量可满足各种等级的水准测量，测量时使用数字水准仪和条码水准尺（即标尺）。数字水准仪主要由望远镜、分划板、气泡式水准器、自动安平装置、图像采集装置、CPU单元、电源、外壳和基座组成。条码水准尺在尺身上置有按某种方案编码的非等间隔的条码刻划，而且没有数字标注。用数字水准仪进行测量时，首先将水准仪安装在三脚架上，并根据气泡式水准器调平水准仪，在照准水准尺并调焦清楚后，由CPU单元控制图像采集装置获得视场中的水准尺的图像，根据获得的图像、水准尺的编码方案以及相应的处理方法求得高度和距离。
目前数字水准仪条码尺的解码原理主要有相关法、几何法和相位法，还有一些其他方法。相关法的典型代表是瑞士的1eica仪器，标尺直接以黑白二进制进行编码，专利号：DE0019530788C1；几何法的典型代表是Trimble仪器，标尺采用双相位二进制编码，专利号：DE0019826873C1；相位法的典型代表是日本TOPCON的专利：93121271．5、01137724．0和日本SOKKIA的专利98104318．6，标尺条码由若干组码宽度不同周期的正弦调制的码序组成；还有一些其他方法的专利如日本SOKKIA的等距码码宽数字调制，专利号98125342．3；杨俊志先生的等距码码宽正弦调制，专利号031S3286．1；赵珞成先生的图像匹配原理，专利号200310111409．2。
纵观现有技术方法，各有利弊，要么条码复杂，标尺制作困难；要么编码解码运算复杂，计算量大且测量速度慢或硬件成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种编码、解码的运算较简单，计算量较小且测量速度较快、硬件成本较低的数字水准仪条码尺的编码和解码方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的数字水准仪条码尺的编码方法，包括：数字水准仪条码尺上的黑白条码依次相间排布，黑、白条码分别具有多种宽度；其中，以一固定宽度的黑条码或白条码为参照码，两个相邻的参照码的同侧边缘或中心之间的区域构成一码区；各码区长度相等，且各码区中的各黑、白条码的组合方式唯一。
进一步，所述参照码为宽度最大或最小的黑条码或白条码。
进一步，所述黑、白条码的宽度包括：5mm、8mm、11mm、14mm和17mm，其中参照条码的宽度为17mm，各码区的长度为60mm。
上述数字水准仪条码尺编码的解码方法，包括：基于测量得的条码图像定位出该条码图像中的所有参照码的位置，根据水准仪中的十字丝在所述条码图像中的位置，找到所述十字丝所在的码区即目标码区，然后根据目标码区内黑、白条码的排列方式对该目标码区进行码区匹配，以找到目标码区在所述条码尺中的位置，然后获取与所述十字丝距离最近的一个参照码的高度值，该高度值即为数字水准仪所测的目标点的粗略高度值；最后根据所述十字丝和所述参照码的间距得出所述目标点的精确高度值。
本发明的上述技术方案与现有的技术相比具有以下优点：本发明的数字水准仪条码尺的编码和解码方法中，编码方式简单、明了易于实现，降低了条码尺和度盘制造的难度；解码时由于参照码是具有固定周期且长度唯一的黑条码或者白条码，可以大大提高识别参照码的准确度，而码区内部的条码仅有固定四种且与参照码具有一定的比例关系，识别过程中可以据此轻易的剔除明显错误的条码，降低错误条码出现的概率。最后由于各码区中的黑、白条码的组合方式唯一，所以只需正确识别出目标区域内部条码排列方式，即可直接定位其在标准条码尺中的位置，这样大大减少了搜寻目标点位置时的计算量，降低了仪器运算时内存的占用率，提高了测量速度，同时可以减少相应的硬件成本的特点。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明的数字水准仪条码尺上的一段条码的结构示意图；
图2为所述数字水准仪条码尺的编码和解码方法中的以码区为单位匹配的示意图。
具体实施方式
（实施例1）
见图1，本实施例的数字水准仪条码尺或测角编码盘的编码方法包括：数字水准仪条码尺或测角编码盘上的黑白条码依次相间排布，黑、白条码分别具有多种宽度；其中，以一固定宽度的黑条码或白条码为参照码，两个相邻的参照码的同侧边缘或中心之间的区域构成一码区；各码区长度相等，且各码区中的各黑、白条码的组合方式唯一。
所述黑、白条码的宽度包括：5mm、8mm、11mm、14mm和17mm，其中参照条码是为宽度17mm的黑条码，各码区的长度为60mm，包括：一个17mm的参照码，3个白色条码，2个黑色条码。变化的5个条码由5mm，8mm，11mm，14mm在保证总长度为43mm的前提下任意挑选5个进行排列。把符合要求的排列组合，在5m条码尺上进行随机排列，并保证任意连续的6个条码唯一。
在测角编码盘的应用中，由于度盘与光学系统、传感器的位置相对固定，对度盘使用比编码方法不必考虑距离问题，应用相对更加简单。
（实施例2）
见图2，实施例1所述的数字水准仪条码尺编码的解码方法，包括：基于测量得的条码图像定位出所有参照码的位置。
在实际测量过程中，条码尺经过光学成像系统后会在CCD成像面上获得图像，目标的大小随着光学系统的焦距和条码尺的距离而变化。获取的测量码在理想状况下是一个经过缩放的条码尺片段，但在实际测量过程中尤其是远距离测量，获得的条码的图像或者信号边缘已经模糊，不能直接获得黑白条码的宽度，需要对获得图像或者信号的边缘进行一定的检测。可以按照不同的距离采用不同的处理方法：
1）、阈值法，其适用于近距离，条码信号质量比较好的情况，条码图像清晰，条码易于识别，其特点是原理简单，运算速度快。
2）、亚像素边缘检测法，其适用于中距离的测量，由于条码密度变高，图像逐步模糊，简单的阈值算出的宽度精度逐步下降，采用边缘检测技术，如一阶微分的边缘检测算子，拉普拉斯算子，基于零交叉点的边缘检测等，这些算法总体效果在中距离测量能达到较高的精度。
3）、重心法，其适用于远距离测量，条码密度进一步加大，相邻边缘相互影响甚至重叠，使得边缘检测法不能正确检测出条码信号的边缘，只能先检测出条码的中黑、白码的重心，再推算条码的边缘，从而实现条码识别。
当对信号中所有的参照码定位后，根据条码图像中十字丝的位置，找到十字丝所在码区即目标码区，然后根据目标码区内黑白条码的排列方式找到其在标准条码尺中的位置，此时定位的位置为不高于十字丝的最邻近一个参照码的高度，即为目标点的粗略值；最后根据此参照码到十字丝的距离得出精确值，当然此处可以多选取几个参照码算取到十字丝的距离，精确结果。把粗读过程得到的粗略值和精确值相加最后得到的就是目标点高度。
在实际测量过程中，为了提高定位的准确度，中远距离以两个或多个码区为单位进行匹配识别；近距离时由于每个码区唯一，选取目标所在码区即可完成识别，不过在近距离时，由于条码尺和仪器相对高度不同，采集到的信号可能并不包含一个完整的周期，此时可以通过任意连续的6个条码唯一而完成识别。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (4)
1.一种数字水准仪条码尺的编码方法，其特征在于：数字水准仪条码尺上的黑、白条码依次相间排布，黑、白条码分别具有多种宽度；
其中，以一固定宽度的黑条码或白条码为参照码，两个相邻的参照码的同侧边缘或中心之间的区域构成一码区；各码区长度相等，且各码区中的各黑、白条码的组合方式唯一。
2.根据权利要求1所述的数字水准仪条码尺的编码方法，其特征在于：所述参照码为宽度最大或最小的黑条码或白条码。
3.根据权利要求2所述的数字水准仪条码尺的编码方法，其特征在于：所述黑、白条码的宽度包括：5mm、8mm、11mm、14mm和17mm，其中参照码的宽度为17mm，各码区的长度为60mm。
4.一种根据权利要求1所述的数字水准仪条码尺编码的解码方法，其特征在于包括：基于测量得的条码图像定位出该条码图像中的所有参照码的位置，根据水准仪中的十字丝在所述条码图像中的位置，找到所述十字丝所在的码区即目标码区，然后根据目标码区内黑、白条码的排列方式对该目标码区进行码区匹配，以找到目标码区在所述条码尺中的位置，然后获取与所述十字丝距离最近的一个参照码的高度值，该高度值即为数字水准仪所测的目标点的粗略高度值；最后根据所述十字丝和所述参照码的间距得出所述目标点的精确高度值。
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