CN105809228B - 一种测量条码、测量码尺及测量系统 - Google Patents

一种测量条码、测量码尺及测量系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测量条码、测量码尺及测量系统，该测量条码是由明条纹和暗条纹组成的一维码；其特征在于：该一维码是由八进制暗条纹编制而成，八进制暗条纹依次为：4、5、7、8、10、11、13、14；在该一维码中，相邻暗条纹的中心距为W；该测量条码由起始条码组和信息条码组成；起始条码组是从上述八进制暗条纹中任选3个组成；信息条码包括N个八进制暗条纹；第i个信息条码、第i‑1个八进制暗条纹、第i‑2个八进制暗条纹组成一个对比码组；自第P‑3个八进制暗条纹开始，向后依次选择3个八进制暗条纹组成参考码组；其中：P为4至i的自然数；每个对比码组中三个八进制暗条纹与参考码组中三个八进制暗条纹的数值差均值最大。

Description

一种测量条码、测量码尺及测量系统
技术领域
本发明涉及测量技术领域，具体而言，涉及一种测量条码、测量码尺及测量系统。
背景技术
目前数字式电子水准仪的解码原理主要有相关法、几何法和相位法。相关法解码原理的典型代表是瑞士的Leica仪器，该仪器的外在特征是标尺直接以二进制进行明暗编码：几何法解码原理的典型代表是日本的Trimble仪器，该仪器的外在特征是标尺采用双相位二进制编码；相位法解码原理的典型代表是日本的TOPCON仪器，该仪器的外在特征是标尺条码由若干组码宽为不同周期且符合正弦调制的条码组成。
但是由于上述几种经典的设备专利权均掌握在外国手中，而国内目前所采用的测量仪器在远距离测量过程中精度不高，解码算法精准度不足，可靠性低等缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种测量条码、测量码尺及测量系统。该专利用于提高远距离测量准确度，提高解码算法精准度，提高可靠性。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种测量条码，该测量条码是由明条纹和暗条纹组成的一维码；该一维码是由八进制暗条纹编制而成，所述八进制暗条纹依次为：4、5、7、8、10、11、13、14；在该一维码中，相邻暗条纹的中心距为W；该测量条码由起始条码组和信息条码组成；所述起始条码组是从上述八进制暗条纹中任选3个组成；所述信息条码包括N个八进制暗条纹；第i个信息条码、第i-1个八进制暗条纹、第i-2个八进制暗条纹组成一个对比码组；自第P-3个八进制暗条纹开始，向后依次选择3个八进制暗条纹组成参考码组；其中：P为4至i的自然数；每个对比码组中三个八进制暗条纹与参考码组中三个八进制暗条纹的数值差均值最大。
进一步：W＝16。
一种测量码尺，包括码尺本体，在该码尺本体上设置有上述测量条码。
一种测量系统，包括上述测量码尺和解码系统。
进一步：上述解码系统为数字水准仪、电子经纬仪或全站仪中的一种。
本发明具有的优点和积极效果是：
通过采用上述技术方案：本发明构建符合4进制和8进制的码元组差异最优的编码尺，利用编码尺符合4进制和8进制这一特性，提高仪器对远距离编码尺的分辨能力，优化远距离的测量速度与测量精度，并且提高测量的稳定性。利用编码尺符合码元组差异最优这一特性，提高整体的测量精度和测量稳定性。
附图说明
图1是本发明优选实施例的部分测量条码；
图2是本发明优选实施例的成像原理图；
图3是本发明优选实施例的测量算法示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1，一种测量条码，该测量条码是由明条纹和暗条纹组成的一维码；该一维码是由八进制暗条纹编制而成，如表1所示：所述八进制暗条纹依次为：4、5、7、8、10、11、13、14；在该一维码中，相邻暗条纹的中心距为W；该测量条码由起始条码组和信息条码组成；所述起始条码组是从上述八进制暗条纹中任选3个组成；所述信息条码包括N个八进制暗条纹；第i个信息条码、第i-1个八进制暗条纹、第i-2个八进制暗条纹组成一个对比码组；自第P-3个八进制暗条纹开始，向后依次选择3个八进制暗条纹组成参考码组；其中：P为4至i的自然数；每个对比码组中三个八进制暗条纹与参考码组中三个八进制暗条纹的数值差均值最大；i为自然数。
表1，四进制暗条纹和八进制暗条纹表
进一步：W＝16。
该测量条码的制作方法为：
步骤101、制作条件：给定的8进制暗条纹，如：4、5、7、8、10、11、13、14
给定的起始条码组(由3个暗条纹组成)，如：8、5、13
给定的暗条纹中心距W，如：16
步骤102、暗条纹生成过程：根据给定的起始条码组、8进制暗条纹及差异度生成后续暗条纹。
如：第4个暗条纹的生成过程：逐一从8进制暗条纹中选择暗条纹，如：4，与前面暗条纹形成新的条码组5、13、4，将其与前面的条码组逐一进行差异度对比(5、13、4与8、5、13对比)，选择8进制暗条纹中形成新条码组差异度最大的暗条纹作为第4个暗条纹，为10，则条码尺变为8、5、13、10；
第5个暗条纹的生成过程：逐一从8进制暗条纹中选择暗条纹，如：4，与前面暗条纹形成新的条码组13、10、4，将其与前面的条码组逐一进行差异度对比(13、10、4与8、5、13对比，13、10、4与5、13、10对比)，选择8进制暗条纹中形成新条码组差异度最大的暗条纹作为第5个暗条纹，为8，则条码尺变为8、5、13、10、8；
第6个暗条纹的生成过程：逐一从8进制暗条纹中选择暗条纹，如：4，与前面暗条纹形成新的条码组10、8、4，将其与前面的条码组逐一进行差异度对比(10、8、4与8、5、13对比，10、8、4与5、13、10对比，10、8、4与13、10、8对比)，选择8进制暗条纹中形成新条码组差异度最大的暗条纹作为第5个暗条纹，为10，则条码尺变为8、5、13、10、8、10；
以此类推生成后续的暗条纹。暗条纹生成完毕，根据暗条纹中心间距W生成整个编码。
步骤103、校验过程：将8进制码对应位置转换为4进制码进行校验，得到4进制编码的编码组最少不重复个数N，若N满足要求，如：6，则编码尺生成完毕，否则重新给定起始条码组，重复步骤102，直至生成符合要求的编码。
下面是依据上述制作方法生成的一组测量条码：
一种测量码尺，包括码尺本体，在该码尺本体上设置有上述优选实施例中的测量条码。
一种测量系统，包括上述优选实施例中的测量码尺和解码系统，所述解码系统的解码方法为上述制作方法的逆运算。下面详述逆运算过程：
图1为部分暗条纹编码，该暗条纹编码的第一个暗条纹中心在标尺的20mm处，后面的暗条纹按照中心距为16排列，形成最终测量用条码标尺。
图2为成像原理图，将上述条编码尺放置在如图2标尺位置，条码尺落在水准仪视线内的部分经过大物镜投射到感光元件CCD上，采集数据并进行后期处理，水准仪解码步骤如下。
1.1.对于测量距离为20米以内时：
根据二次拟合法分析感光元件CCD采集来的数据，得到标尺在CCD面处所成像的暗条纹中心距m及各暗条纹宽度，从而可计算垂直放大率进而可将各暗条纹拉伸到真实8进制编码的暗条纹宽度，然后识别该编码在标尺的具体位置，得到准确的高程值，视距计算，根据对应的几何关系及相距f，可求出物距s＝d*f，即为数字水准仪视距值。
1.2.对于测量距离为20米以外时：
远距离与近距离算法类似，仅将8进制编码改为4进制编码，减少误读，提高可靠性。
2.图3为测量算法示意图，二次拟合法原理：由于CCD像素有限，CCD采集得到的明暗条纹的边界线非人眼所看到的黑白分明，而是有一个如图3所示的过渡带，采用二次拟合法可精确的得到明暗条纹的边界线所在像素位置，从而得到精确的暗条纹中心距m及各暗条纹宽度，保证后续算法的准确性。算法过程：对CCD的原始数据求梯度，利用差分算子替代微分算子，得到梯度函数T(x)，如图3所示，为得到精确的边界线位置，根据距离梯度函数极值最近点xi及xi-1、xi+1三点求二次拟合，将梯度函数还原成亚像素级的连续函数，从而得到极值位置对应的亚像素级精确位置xm，
3.利用二次拟合法，可以超越像素的限制，将分辨率提高到亚像素级别，从而提高测量精度，减小误差，提高可靠性。
综上所述，本编码解码的原理核心是测量码由明暗条纹进行伪随机排列形成，同时采用了4进制和8进制的编码原理，大大提升了远距离测量的准确性与可靠性，解码过程利用二次拟合法将明暗条纹的边界精确的计算出来，进而得到垂直放大率，将CCD测得图形进行缩放，得到与标尺真实比例的图形，根据暗条纹的宽度与真实标尺进行对比，确定图形在标尺上的具体位置，得到数字水准仪的高程值，根据垂直放大率及像距计算得到数字水准仪的视距值。由于采用二次拟合算法，极大地提升了测量的精确度，将分辨率提高到了亚像素级别，提高了测量系统的精度。
本编码同样适用于电子经纬仪及全站仪，但由于结构固定，码盘和CCD之间是一个固定的距离，垂直放大率为一固定值，不存在对图形的缩放，应用起来更加的方便。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (1)

1.一种测量系统，其特征在于：包括测量码尺和解码系统；
所述测量码尺包括码尺本体，在该码尺本体上设置有测量条码；所述测量条码是由明条纹和暗条纹组成的一维码；该一维码是由八进制暗条纹编制而成，所述八进制暗条纹的暗条纹宽度包括：4、5、7、8、10、11、13、14；在该一维码中，相邻暗条纹的中心距为W；W＝16；该测量条码由起始条码组和信息条码组成；上述测量条码的暗条纹宽度依次为：
上述解码系统为数字水准仪；
使用时，测量码尺投影在数字水准仪内的部分经过大物镜投射到感光元件CCD上，感光元件CCD采集数据并进行后期处理，上述水准仪解码步骤如下：
当测量距离为20米以内时；
根据二次拟合法分析感光元件CCD采集来的数据，得到标尺在感光元件CCD面处所成像的暗条纹中心距m及各暗条纹宽度，从而计算垂直放大率W为相邻暗条纹的中心距；进而将各暗条纹拉伸到真实8进制编码的暗条纹宽度，然后识别该编码在标尺的具体位置，得到高程值，根据对应的几何关系及相距f，可求出物距s＝d*f，即为数字水准仪视距值；
当对于测量距离大于20米时；
根据二次拟合法分析感光元件CCD采集来的数据，得到标尺在感光元件CCD面处所成像的暗条纹中心距m及各暗条纹宽度，从而计算垂直放大率进而将各暗条纹拉伸到真实4进制编码的暗条纹宽度，然后识别该编码在标尺的具体位置，得到高程值，根据对应的几何关系及相距f，可求出物距s＝d*f，即为数字水准仪视距值。
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