CN110864666B - 一种二维水准测量标尺及识读方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二维水准测量标尺，包括尺条，尺条长度方向标有并列的精读条码和粗读条码，精读条码与粗读条码起始于尺条的同一位置，粗读条码由多个粗读码段依次沿尺条长度方向相接构成，精读条码由多个精读码段依次沿尺条长度方向相接组成，精读码段与粗读码段等长等宽，每个粗读码段与每个精读码段均由明条纹与暗条纹相间组成；本发明还公开了该二维水准测量标尺的识读方法，首先，获取高粗读数；然后，获取精读数；最后，视线高粗读数与精读数之和即为视线高度测量结果。该二维水准标尺以两排条码来实现对高度的精准测量，解码运算量小，具有识别快速、准确的优点。

Description

一种二维水准测量标尺及识读方法
技术领域
本发明属于测绘仪器制造技术领域，涉及一种二维水准测量标尺，还涉及一种二维水准测量标尺的识读方法。
背景技术
目前数字水准仪条码标尺的解码原理主要有几何法、相关法和相位法。徕卡公司的条码标尺采用伪随机编码，条码由宽度不同的明暗条纹排列组成，是相关法的典型代表。拓普康公司采用三种周期循环码，通过测量码段中码的相位差获得高度信息，通过参考码获得物象比，是相位法的典型代表。蔡司公司采用双相位码结构，通过粗测和精测获取编码信息，是几何法的典型代表。上述原理所对应的标尺条码均为一维条码，各大公司已经形成知识产权保护。其条码种类各异，但均利用一维的条码信息进行解码，解码时运算复杂，所获得的测量精度具有一定的局限性。
专利申请号为201210301985.2，邹涛设计的复合编码水准标尺在尺面横向上设置精码区和读数区，精码区设有间隔相等、大小相同并且单列排布的标示圆，读数区计算各标示圆距离标尺底面的位置。该标尺用以解决现有高精度数字水准标尺对生产工艺要求过高带来的问题。专利申请号为201320703798.7，姜东等人设计的双条码数字水准铟钢尺在尺面纵向并排设置基本分划条码和辅助分划条码，在辅助分划条码的底端设置有标尺常数。该标尺能够有效地防止测量顺序错误，提高数据测量的准确性和测量的工作效率。上述标尺均不局限于一维的条码信息，通过尺面的编码特征解决一维条码存在的实际问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种二维水准测量标尺，实现水准测量标尺通过二维刻度达到精确测量的目的。
本发明的另一目的是提供一种二维水准测量标尺的识读方法。
本发明所采用的第一种技术方案是，一种二维水准测量标尺，包括尺条，尺条长度方向标有并列的精读条码和粗读条码，精读条码与粗读条码起始于尺条的同一位置，粗读条码由多个粗读码段依次沿尺条长度方向相接构成，精读条码由多个精读码段依次沿尺条长度方向相接组成，精读码段与粗读码段等长等宽，每个粗读码段与每个精读码段均由明条纹与暗条纹相间组成。
本发明的第一种技术方案的特点还在于，
精读条码和粗读条码之间有分界。
每个粗读码段由起始条纹和多条等宽条纹组成，多条等宽条纹不全为暗条纹或不全为明条纹，任意两个粗读码段的明条纹及暗条纹排布均不相同。
粗读码段的等宽条纹的数量具体为十二条，十二条等宽条纹的每条宽度均为2.5mm。
每个精读码段均由起始条纹和多条等宽条纹组成，多条等宽条纹暗明相间排列，多条等宽条纹的首位与末位均为暗条纹。
每个起始条纹宽度为10mm。
精读码段的等宽条纹数量具体为三条，三条等宽条纹的每条条纹宽度均为10mm。
粗读码段的等宽条纹的数量小于精读码段的等宽条纹数量。
明条纹为白条纹，暗条纹为黑条纹，起始条纹为明条纹。
本发明所采用的第二种技术方案是，一种二维水准测量标尺的的识读方法，识读对象是一种二维水准测量标尺，具体按照如下步骤实施：
步骤1，视线高粗读数的获取，获取粗读码段内明条纹或暗条纹在面阵CCD图像传感器上所占像素个数分别为d1、d2、d3、d4、d5、d6......di，其中，i≤12，i为明条纹与暗条纹的总个数；同时，获取精读数条码码段内各条纹在面阵CCD图像传感器上所占像素个数分别为d’1、d’1、d’3、d’4；计算精读数条码各条纹像素个数的平均值
Figure GDA0002328814680000031
以d/4为一个二进制位所对应的像素个数，分别将d/4与粗读数条码各条纹像素个数相比，得到对应的二进制位数
Figure GDA0002328814680000032
将二进制位数转换为二进制编码，将二进制编码转换为十进制数，得到该码段距离标尺底部的高度即视线高粗读数；
步骤2，高精读数的获取，计算像素当量e＝10/d，计算视线高位置至起始码d1的像素个数总数d’，即得到视线高精读数为e×d’；
步骤3，视线高粗读数与精读数之和即为视线高度测量结果。
本发明第一种技术方案，一种二维水准测量标尺的有益效果是，包含两排用于不同精度读数的条码，两排条码的排布不同；两排条码处于竖直方向上相同位置，条码码段的宽度相等且处于竖直方向上相同位置；条码的编码方案简单易行，解码时运算量小，识别快速、准确。
本发明第二种技术方案，一种二维水准测量标尺的的识读方法的有益效果是，将精读条码与粗读条码分别识读，然后将其精读读数与粗读读数相加即得高度测量值。该方法解码时运算量小，具有识别快速、准确的优点。
附图说明
图1是本发明一种二维水准测量标尺的结构示意图；
图2是本发明一种二维水准测量标尺的测量示意图；
图3是本发明一种二维水准测量标尺的测距离原理示意图。
图中，1.尺条，2.精读条码，3.粗读条码，4.起始条纹，5.瞄准视线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的二维标尺在纵向设置两排条码，根据编码规则设置条码码段和条纹的宽度特征。根据两排条码中条纹的宽度和明暗参数特征进行调整，确定两列条码的位置信息。条码的读数过程分为粗读数和精读数，两者的读数之和为一次测量结果，具有较高的测量精度。
本发明的第一种技术方案是，一种二维水准测量标尺，如图1所示，包括尺条1，尺条1长度方向标有并列的精读条码2和粗读条码3，精读条码2与粗读条码3起始于尺条1的同一位置，粗读条码3由多个粗读码段依次沿尺条长度方向相接构成，精读条码2由多个精读码段依次沿尺条长度方向相接组成，精读码段2与粗读码段3等长等宽，精读条码2和粗读条码3之间有分界；每个粗读码段由起始条纹4和十二条等宽条纹组成，每条宽度均为2.5mm，十二条等宽条纹不全为暗条纹或不全为明条纹，任意两个粗读码段的明条纹及暗条纹排布均不相同；每个精读码段均由起始条纹4和三条等宽条纹组成，每条条纹(包括起始条纹4)宽度均为10mm，三条等宽条纹暗明相间排列，多条等宽条纹的首位与末位均为暗条纹。
如图1所示，粗读码段的等宽条纹的数量小于精读码段的等宽条纹数量；明条纹为白条纹，暗条纹为黑条纹，起始条纹4为明条纹。
本发明的第二种技术方案，一种二维水准测量标尺的的识读方法，如图2所示，识读对象是一种二维水准测量标尺，该二维水准测量标尺的数字水准测量系统使用面阵CCD图像传感器作为接收元件，测量时将获取的条码图像转换为二值图像，在测量时数字水准测量系统获取的条码图像包含一个完整的条码码段，瞄准视线5位于编码条纹区域内，识读的具体按照如下步骤实施：
步骤1，视线高粗读数的获取，获取粗读码段内明条纹或暗条纹在面阵CCD图像传感器上所占像素个数分别为d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8、d9、d10，多个明条纹连续出现视为一个明条纹，多个暗条纹连续出现视为一个暗条纹；同时，获取精读数条码码段内各条纹在面阵CCD图像传感器上所占像素个数d’1、d’1、d’3、d’4；计算精读数条码各条纹像素个数的平均值
Figure GDA0002328814680000051
以d/4为一个二进制位所对应的像素个数，分别将d/4与粗读数条码各条纹像素个数相比，得到对应的二进制位数
Figure GDA0002328814680000052
Figure GDA0002328814680000053
二进制位数具体为：4、2、1、2、1、1、1、2、1、1，根据条纹明暗关系将二进制位数转换为二进制编码具体为：1111001001010010，其中前四位1111为起始码，将之后的12位二进制数每取四位转换为一个十进制数，即为252，表示该码段距离标尺底部的高度为2520mm，得到该码段距离标尺底部的高度即视线高粗读数；
步骤2，高精读数的获取，计算像素当量e＝10/d(mm/pixel)，计算瞄准视线5至起始码d1的像素个数总数d’，即d’5＝d’1+d’2+d’3，即得到视线高精读数为e×d’5；
步骤3，将视线高粗读数与精读数之和即为视线高度测量结果即2520+e×d’5。
在实际的测量过程中，根据视场中码段的数量，可以通过测量多个码段取平均值来提高精读数的精度。
本发明的一种二维水准测量标尺，不仅可以测高度差，还可以测量距离，其原理如图3所示，根据成像系统的图像传感器像素实际尺寸，例如：e＝4.5μm/pixel，像素个数(d1’+d2’+d3’+d4’)对应的成像宽度为：4.5*(d1’+d2’+d3’+d4’)(μm)，标尺上对应的条纹宽度为40mm。像距近似等于光学系统的焦距，设焦距为f(mm)，根据相似三角形原理，视距＝(40*1000*f)/(4.5*(d1’+d2’+d3’+d4’))。

Claims (5)

1.一种二维水准测量标尺的识读方法，其特征在于，识读对象是一种二维水准测量标尺，包括尺条（1），所述尺条（1）长度方向标有并列的精读条码（2）和粗读条码（3），所述精读条码（2）与所述粗读条码（3）起始于尺条（1）的同一位置，所述粗读条码（3）由多个粗读码段依次沿尺条长度方向相接构成，所述精读条码（2）由多个精读码段依次沿尺条长度方向相接组成，所述精读码段与所述粗读码段等长等宽，每个所述粗读码段与每个所述精读码段均由明条纹与暗条纹相间组成，每个所述粗读码段由起始条纹（4）和多条等宽条纹组成，所述多条等宽条纹不全为暗条纹或不全为明条纹，任意两个所述粗读码段的明条纹及暗条纹排布均不相同，每个所述精读码段均由起始条纹（4）和多条等宽条纹组成，多条所述等宽条纹暗明相间排列，所述多条等宽条纹的首位与末位均为暗条纹，精读码段的所述等宽条纹数量具体为三条，所述三条等宽条纹的每条条纹宽度均为10mm，明条纹为白条纹，所述暗条纹为黑条纹，所述起始条纹（4）为明条纹，具体按照如下步骤实施：
步骤1，视线高粗读数的获取，获取粗读码段内明条纹或暗条纹在面阵CCD图像传感器上所占像素个数分别为
Figure 694744DEST_PATH_IMAGE001
，其中，i≤12，i为明条纹与暗条纹的总个数；同时，获取精读数条码码段内各条纹在面阵CCD图像传感器上所占像素个数分别为
Figure 509117DEST_PATH_IMAGE002
；计算精读数条码各条纹像素个数的平均值
Figure 331579DEST_PATH_IMAGE003
，以d/4为一个二进制位所对应的像素个数，分别将d/4与粗读数条码各条纹像素个数相比，得到对应的二进制位数
Figure 162394DEST_PATH_IMAGE004
，将所述二进制位数转换为二进制编码，将二进制编码转换为十进制数，得到该码段距离标尺底部的高度即视线高粗读数；
步骤2，高精读数的获取，计算像素当量
Figure 361294DEST_PATH_IMAGE005
，计算视线高位置至起始码d 1的像素个数总数
Figure 30173DEST_PATH_IMAGE006
，即得到视线高精读数为
Figure 85854DEST_PATH_IMAGE007
；
步骤3，所述视线高粗读数与所述精读数之和即为视线高度测量结果。
2.如权利要求1所述的一种二维水准测量标尺的识读方法，其特征在于，精读条码（2）和粗读条码（3）之间有分界。
3.如权利要求1所述的一种二维水准测量标尺的识读方法，其特征在于，粗读码段的所述等宽条纹的数量具体为十二条，所述十二条等宽条纹的每条宽度均为2.5mm。
4.如权利要求1所述的一种二维水准测量标尺的识读方法，其特征在于，每个所述起始条纹（4）宽度为10mm。
5.如权利要求1所述的一种二维水准测量标尺的识读方法，其特征在于，粗读码段的所述等宽条纹的数量小于精读码段的所述等宽条纹数量。
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