DE4338038C1

DE4338038C1 - Verfahren zur Kodierung eines maschinell lesbaren Meßstabes

Info

Publication number: DE4338038C1
Application number: DE4338038A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Guertler
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Trimble Jena GmbH
Priority date: 1993-11-08
Filing date: 1993-11-08
Publication date: 1995-03-16
Anticipated expiration: 2013-11-09
Also published as: US5572009A; CH689874A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kodieren von maschinell lesbaren Maßstäben. Kodierte Maßstäbe finden in der Meßtechnik vielseitige Anwendung. Das Verfahren kann im geodätischen Instrumentenbau zur Herstellung einer digitalen und dadurch maschinell lesbaren Nivellierlatte eingesetzt werden. Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind in der Winkel- und Wegmessung gegeben.

Zur Erfassung der Position einer Marke auf einem Maßstab muß dieser eine geeignete Teilung besitzen, die visuell oder maschinell lesbar ist. Während für eine visuelle Lesung eine Teilung mit entsprechender Zahlenbeschriftung üblich ist, kommen für maschinelle Lesungen die verschiedenen Strichcodes zum Einsatz.

Der Informationsinhalt kann bei Strichcodes in der Farbe, Strich oder kein Strich, in der Ausdehnung der Striche bzw. Lücken oder in Farbe und Ausdehnung verschlüsselt sein. Dabei kann die Kodierung in Längsrichtung (DE 37 39 664, DE 34 24 806), in Querrichtung (EP 0290140, JP 60-25413) oder in einer Kombination von Längs- und Querrichtung auf dem Maßstab angebracht sein.

Die Kodierung kann durch Anwendung ausgewählter Generatorpolynome pseudostochastische Bitfolgen erzeugt werden. Eine herausragende Eigenschaft dieser Folgen ist, daß innerhalb ihrer Periodizität jede mögliche Zahl nur einmal vorkommen kann.

Eine weitere Steigerung des Informationsgehaltes einer pseudostochastischen Kodierung ist durch eine Umsetzung dieser Kodierung in eine Kodierung mittels Biphasekode möglich, wie sie in der DE 37 39 664 angegeben ist. Dabei wird z. B. jedem 1 Bit ein Intervall auf dem Maßstab der Länge l mit einheitlicher Färbung und jedem 0-Bit 2 Intervalle von jeweils der Länge l/2 und dunkler und heller Färbung zugeordnet. An jeder Bitgrenze wechselt die Farbe von hell auf dunkel bzw. von dunkel auf hell.

Die Länge des Maßstabes L_M ergibt sich nach der Beziehung

L_M = (2^k + k - 2) L_B (1)

wobei
k die zur Kodierung einer Zahl notwendige Anzahl Bits ist und
L_B die Länge des einzelnen Kodeelements ist.

Wird ein so kodierter Maßstab mittels eines optischen Systems gelesen, so wird der größte und der kleinste mögliche Meßabstand u. a. durch die Brennweite und durch das Auflösungsvermögen des Empfängers bestimmt. Die größte Meßentfernung S_max. ergibt sich nach der Beziehung

S_max = (f · L_B) / (2 · ov · L_P) (2)

wobei
L_P die Größe des Empfängerelementes
f die Brennweite
ov die Overamplingsrate ist.

Bei ov = 1 tritt der Grenzfall der Erfüllung des Samplingtheorems ein.

Die kleinste Meßentfernung S_min ergibt sich nach der Beziehung

S_min = (f · k · L_B) / (N_P · L_P) (3)

N_P - die Anzahl der Empfängerelemente ist.

Das Verhältnis von maximaler Meßentfernung zu minimaler Meßentfernung ergibt sich folglich nach der Beziehung

V_S = N_P / (k · 2 · ov) (4)

Um dieses Verhältnis zu vergrößern, müßte man die Bitzahl verkleinern oder die Anzahl der Empfängerelemente vergrößern. Eine Verringerung der Bitzahl würde nach (1) zu einer Verkürzung des Maßstabes führen. Eine Vergrößerung der Anzahl der Empfängerelemente führt zu einer Vergrößerung des auszuleuchtenden optischen Bildfeldes, was größere optische Glieder und steigende Güteanforderungen bedeutet. Aus der DE 34 24 806 ist bekannt, daß das Verhältnis von maximaler Meßentfernung zu minimaler Meßentfernung durch eine Verletzung des Abtasttheorems erwirkt wird. Die Bitlängen werden so klein gewählt, daß sich eine hinreichend kleine Meßentfernung ergibt. Da diese kleinen Striche bei maximaler Meßentfernung nicht mehr eindeutig aufgelöst werden können, wird die Codelesung durch eine integrale Vergleichsoperation des abgebildeten Maßstabes auf dem Empfänger mit einem im Auswertegerät gespeicherten Vorrat von Maßstabsbildern in Abhängigkeit von Meßentfernung und Maßstabsausschnitt durchgeführt.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß einerseits eine Vorinformation über die Meßentfernung, die aus der Stellung des Fokussiertriebes gewonnen wird, notwendig ist und andererseits ein Maßstabsausschnitt abgebildet werden muß, der größer als die eigentliche Länge eines Codes sein muß.

In der EP 0441963 ist ein Verfahren zur Erzeugung von pseudostochastischen Zufallsfolgen für codierte Maßstäbe beschrieben. Die pseudostochastische Codierung erfolgt durch einen CCD- oder ähnlichen Sensor bei festem Abbildungsmaßstab und ist somit nicht geeignet für die Anwendung bei geodätischen Geräten.

Das WO 84/01027 beschreibt eine pseudostochastische Zufallsfolge als Codierung für einen Maßstab mit dem Ziel, bei Messungen die Auflösung kleiner als ein Codeelement zu erreichen. Dazu sind einem Codeelement auf dem Maßstab mehrere Empfangselemente des Empfangssensors fest zugeordnet. Auch hier wird lediglich eine Interpolation bei konstanten Abbildungsverhältnissen vorgenommen.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Kodieren eines maschinell lesbaren Maßstabes anzugeben, mit dem es möglich ist, daß ein nach diesem Verfahren kodierter Maßstab für unterschiedliche Meßentfernungen eingesetzt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Kodieren eines maschinell lesbaren Maßstabes anzugeben, bei der die Kodierung bei unterschiedlichen Meßentfernungen exakt maschinell gelesen werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Verhältnis von maximaler zu minimaler Meßentfernung bei Einhaltung des Abtasttheorems vergrößert wird, indem man die Bitlänge in Abhängigkeit von der Meßentfernung verändert, das erfolgt derart, daß auf einen Maßstab mit einer biphasecodierten pseudostochastischen Kodierung (BP-Code) eine zusätzliche pseudostochastische Kodierung für Messungen im Nahbereich integriert wird. Dabei wird die Bitlänge im nahen Meßbereich verkürzt, was eine Verkürzung der Codelänge einer Zahl und damit eine Verringerung von S_min zur Folge hat.

Damit dies nach (1) nicht zur Verkürzung des Maßstabes führt, muß die Bitzahl bei dieser zusätzlichen pseudostochastischen Kodierung für den nahen Meßbereich um 1 erhöht werden. Die Verhältnisverbesserung von maximaler zu minimaler Meßentfernung ergibt sich somit zu

Die minimale Meßentfernung ergibt sich damit zu

Dieser zusätzliche Code entsteht dabei dadurch, daß die Halbbits eines BP-Codes der aus einem pseudostochastischen Code der Länge k entstanden ist, mit den Bits eines pseudostochastischen Kodes (P-Code) der Länge k+1 in ihrer Farbe verglichen werden und je nach Übereinstimmung oder Nichtübereinstimmung in der Farbe, alternativ in der Mitte des jeweiligen Halbbits ein zusätzlicher Strich kürzerer Länge in der Komplementärfarbe des jeweiligen Halbbits gesetzt wird.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigt

Tabelle 1 Bitfolge eines 4 Bit langen P-Codes,

Tabelle 2 Bitfolge eines 5 Bit langen P-Codes,

Fig. 1 die jeweilige Umsetzung der Darstellungen gemäß Tabelle 1 und Tabelle 2 in einen Maßstab,

Fig. 2 Umsetzungen des 4 Bit langen P-Codes in einen BP-Code,

Fig. 3 Maßstab mit resultierender pseudostochastischer Kodierung.

Nachdem eine Festlegung der Farben zu den Bitwertigkeiten eines P-Codes der Länge k+1 und eine Festlegung der Zuordnung der Bitlänge zu den Bitwertigkeiten eines BP-Codes, der aus einem P-Code der Länge k entstanden ist, getroffen ist, werden die Bits mit den Nummern n des BP-Codes der Länge k den Bit mit den Nummern 2n des P-Codes gegenübergestellt und in ihren Farben verglichen.

Stimmt die Farbe des linken Halbbits des BP-Codes der Länge k mit der Farbe des Bits des P-Codes der Länge k+1 überein, so wird an die Stelle 2n des resultierenden Codes ein Bit der Länge l/2 des BP-Codes der Länge k gesetzt. Stimmt die Farbe des linken Halbbits des BP-Codes der Länge k mit der Farbe des Bits des P-Codes der Länge k+1 nicht überein, so wird an die Stelle 2n des resultierenden Kodes ein Bit der Länge l/2 des BP-Codes der Länge k und der Farbe des linken Halbbits des BP- Codes der Länge k gesetzt, wobei in der Mitte dieses neuen Bits ein Strich der komplementären Farbe angebracht wird.

Das Verfahren ist danach mit allen rechten Halbbits der Bits mit den Nummern n des BP-Codes der Länge k und den Bit mit den Nummern 2n+1 des P-Codes der Länge k+1 analog durchzuführen. Das bei dieser Gegenüberstellung entstehende Bit wird an die Stelle 2n+1 des resultierenden Codes gesetzt.

Das Verfahren kann auch alternativ angewendet werden, so daß bei Farbübereinstimmung in der Mitte dieses neuen Bits ein Strich der komplementären Farbe angebracht wird.

Es ist vorteilhaft, die Generatorpolynome des BP-Codes der Länge k und des P-Codes der Länge k+1 aus der Menge der gültigen Generatorpolynome so auszuwählen, daß die Maßstabsabschnitte, auf denen kein zusätzlicher Strich in Komplementärfarbe gesetzt wird, klein sind.

Dadurch entsteht eine maximale Stichdichte, was zu einer Erhöhung des Informationsgehaltes führt.

Die Strichdichte des resultierenden Codes kann dabei so gewählt werden, daß die maximale Meßentfernung für den resultierenden Code etwas über der minimalen Meßentfernung des BP-Codes der Länge k liegt, so daß ein Überlappungsbereich entsteht. Bei Meßentfernungen, die größer sind als die minimale Meßentfernung des BP-Codes der Länge k, liegen die Striche des resultierenden Codes unter der Auflösungsgrenze eines Empfängers.

In der Tabelle 1 ist ein 4 Bit langer P-Code mit dem Generatorpolynom y = 1x¹+x⁴ mit der Bitfolge und den Codewerten dargestellt.

In der Tabelle 2 ist ein 5 Bit langer P-Code mit dem Generatorpolynom y = 1+x¹+x³+x⁴+x⁵ mit der Bitfolge und den Codewerten dargestellt. Im Bild 1 sind die in den Tabellen 1 und 2 dargestellten Bitfolgen in einem Maßstab umgesetzt.

Jedem Bit der Wertigkeit 0 wird eine helle Färbung und jedem Bit der Wertigkeit 1 eine dunkle Färbung zugeordnet.

Im 5-Bit-Code beträgt dabei die Bitlänge l/2.

In Fig. 2 ist der 4 Bit lange pseudostochastische Code in einen BP-Code umgewandelt, wobei Bits der Wertigkeit 0 ein Halbbit mit heller und ein Halbbit mit dunkler Färbung zugeordnet ist und an jeder Bitgrenze die Farbe wechselt. Einem Bit der Wertigkeit 1 werden durch Vollbits der Länge l in heller und dunkler Färbung dargestellt.

In Fig. 3 ist der resultierende Code angegeben, der sich aus dem Farbvergleich des Halbbits des BP-Codes der Länge k mit den Bits des P-Codes der Länge k+1 ergibt.

Claims

1. Verfahren zum Kodieren eines maschinell lesbaren Maßstabes, bei dem ein aus einem P-Code der Länge k enstandener BP-Code, dessen Halbbits und Vollbits abwechselnd mit heller und dunkler Färbung versehen sind, eine zusätzliche Kodierung

- durch halbbitweisen Vergleich der Farben der Halbbits des BP-Codes der Länge k
- mit den Farben der Bits eines P-Codes der Länge k+1, bei dem den Bits entsprechend ihrer Wertigkeit eine helle oder dunkle Färbung zugeordnet ist
- wobei je nach Übereinstimmung oder Nichtübereinstimmung in der Farbe alternativ in der Mitte des jeweiligen Halbbits des BP-Codes der Länge k ein zusätzlicher Strich mit der Komplementärfarbe des jeweiligen Halbbits des BP-Codes der Länge k gesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Farbübereinstimmung in der Mitte des jeweiligen Halbbits des BP-Codes der Länge k ein zusätzlicher Strich mit der Komplementärfarbe des jeweiligen Halbbits des BP-Codes der Länge k gesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Nichtübereinstimmung in der Mitte des jeweiligen Halbbits des BP-Codes der Länge k ein zusätzlicher Strich mit der Komplementärfarbe des jeweiligen Halbbits des BP-Codes der Länge k gesetzt wird.