專利名稱：二維碼標(biāo)尺及其識讀方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測繪輔助器件，尤其是一種數(shù)字式測繪儀器的標(biāo) 尺改進(jìn)，同時還涉及其識讀方法，屬于測繪儀器技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景據(jù)申請人了解，目前數(shù)字式電子水準(zhǔn)儀之類測試儀器的解碼原理主要有相關(guān)法、幾何法和相位法。相關(guān)法的典型代表是瑞士的Leica 儀器，其外在特征是標(biāo)尺直接以二進(jìn)制進(jìn)行明暗編碼；幾何法的典型 代表是Trimble儀器，其外在特征是標(biāo)尺采用雙相位二進(jìn)制進(jìn)行編碼; 相位法的典型代表是日本的T0PC0N和S0KKIA的儀器，其外在特征是 標(biāo)尺條碼由若干組編碼寬度受不同周期的正弦調(diào)制的碼序組成。為了實現(xiàn)數(shù)字式電子水準(zhǔn)儀的國產(chǎn)化進(jìn)程，國內(nèi)也開展了這方面 的工作。如專利申請?zhí)?3153286.1的中國專利公開了等距碼碼寬正 弦調(diào)制編碼法，專利申請?zhí)?00510019465.2的中國專利爿>開了相位 調(diào)制載碼相位法，等等。上述各種現(xiàn)有用于數(shù)字式電子水準(zhǔn)儀的條碼均只有一維，主要通 過一維碼元的碼寬按預(yù)定規(guī)律變化蘊藏對應(yīng)高度信息，測量時直接從 一維碼得到讀數(shù)。其結(jié)果，不僅使得碼元的規(guī)律日趨復(fù)雜，解碼程序 曰漸繁瑣，而且對碼元的制造精度要求^f艮高。此外，為了保證在有限 長度范圍內(nèi)具有足夠多的寬度變化碼元，最小碼元寬度往往不得不小 到只有2毫米。當(dāng)測距較大或者外界干擾光線較強時，容易導(dǎo)致誤讀。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決技術(shù)問題是針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，提出 一種識讀容易、解碼快捷、可以有效避免誤讀的二維編碼標(biāo)尺，同時 纟合出其i口、讀方法。為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的二維編碼標(biāo)尺包括尺桿，所述 尺桿長度方向標(biāo)有由等寬基本碼元上下循環(huán)排列構(gòu)成的主編碼，所述 基本碼元由明暗交替的條紋構(gòu)成，其改進(jìn)之處在于所述主編碼一側(cè) 為預(yù)定進(jìn)制碼上下排列構(gòu)成的輔編碼，相鄰兩預(yù)定進(jìn)制碼為一對，分 屬不同類別， 一類是分組循環(huán)的順序碼，同組順序碼由下至上按序排 布，另一類是組別碼，與同組各順序碼配對的組別碼相同，不同組順 序碼對應(yīng)的組別碼由下至上按組遞增，每對預(yù)定進(jìn)制碼的邊界分別與 相鄰基本碼元的邊界對齊。測量時，當(dāng)高度標(biāo)線落定在主編碼的某一基礎(chǔ)碼元中后，識讀時 的步驟為1) 識讀高度標(biāo)線所在基礎(chǔ)碼元對應(yīng)的輔編碼中的組別碼，以該組別 碼對應(yīng)的數(shù)值與各組循環(huán)碼的碼數(shù)之積乘以基本碼元的寬度得到第 一高度；2) 識讀高度標(biāo)線所在基礎(chǔ)碼元對應(yīng)的輔編碼中的順序碼，以該順序 碼對應(yīng)的數(shù)值乘以基本碼元的寬度得到第二高度；3) 識讀高度標(biāo)線所在基礎(chǔ)碼元的相對高度位置，以直讀方法得出高 度標(biāo)線至該基礎(chǔ)碼元下邊界的距離作為第三高度；4) 以上述第一、第二和第三高度數(shù)據(jù)之和作為測量識讀結(jié)果。以上步驟3 )中高度標(biāo)線在勤出碼中的相對高度位置直接識讀方 法很多。最常用的是微分直讀，即用一階微分法確定明暗邊緣，從而 直接讀出高度標(biāo)線與基礎(chǔ)碼元邊界的距離。此外也可以采用中值直讀 等其它方法解碼識讀。本發(fā)明的進(jìn)一步完善是，所述的主編碼和輔編碼之間還設(shè)有分割 線。這樣可以使主編碼和輔編碼的邊界分明，更便于識讀。而預(yù)定進(jìn) 制宜選擇二進(jìn)制。不難看出，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下顯著優(yōu)點1、 主編碼和輔編碼的有機結(jié)合可以保證足夠的測量精度；2、 主編碼和輔編碼均可采用簡單的身見律編排，回避了諸如相關(guān)法 的二維(此處的"二維"為數(shù)學(xué)算法，與本發(fā)明的二維編碼無 關(guān))相關(guān)、相位法的傅立葉變換等復(fù)雜運算，解碼快捷精準(zhǔn)；3、 碼元寬度無需按規(guī)律精確變化，因此識別精度要求不高，從而 明顯降低了數(shù)字式電子水準(zhǔn)儀之類測量儀器的成本；4、 主編碼和輔編碼的碼元寬度均勻，寬度相對于一維碼的最小寬 度顯著加寬，因此即使遠(yuǎn)距離測量，也能得到準(zhǔn)確的結(jié)果。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。 圖1為本發(fā)明實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本發(fā)明實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為水準(zhǔn);〖見距測量示意圖。以上圖中圓圈中序號的含義分別為l.基本碼元黑條紋；2.基本 碼元白條紋；3. 二進(jìn)制組別碼部分；4. 二進(jìn)制順序碼部分；5.分割線； 6. 二進(jìn)制組別碼對應(yīng)lt值；7. 二進(jìn)制順序碼對應(yīng)數(shù)值；8.高度標(biāo)線； 9.條碼標(biāo)尺；10.水準(zhǔn)儀水平高度標(biāo)線；ll.水準(zhǔn)儀物鏡；12.水準(zhǔn)儀 影像傳感器。圖5為微分直讀的數(shù)學(xué)原理圖。圖6為中值直讀的數(shù)學(xué)原理圖。
具體實施方式
實施例一 本實施例的二維編碼標(biāo)尺如圖1所示，尺桿長度方向左側(cè)標(biāo)有由 等寬基本碼元上下循環(huán)排列構(gòu)成的主編碼(也叫精碼)，每個基本碼元由等寬的黑條紋1和白條紋2交替構(gòu)成，基本碼元的寬度等于黑條 紋1和白條紋2寬度之和，即c=a+b, a=b。主編碼的右側(cè)為二進(jìn)制 碼上下排列構(gòu)成的輔編碼(也叫粗碼)，黑色表示0，白色表示l。相 鄰兩二進(jìn)制碼為一對，分屬不同類別，相對靠下的是分組循環(huán)的順序 碼，同組順序碼由下至上按序排布，共14個；另一類是組別碼，與 同組各順序碼配對的組別碼相同，不同組順序碼對應(yīng)的組別碼由下至 上按組遞增，共有14個，即順序碼共有14組。每對預(yù)定進(jìn)制碼的邊 界分別與相鄰基本碼元的邊界對齊。輔編碼總計共有14*14=196個。本實施例主編碼的條紋寬度a=20 鵬，基本碼元寬為40mm,最短視距可達(dá)2m,最長視距可達(dá)140m,全 尺總長為196*40=7840mm。也可以預(yù)定a-13 mm ，基本碼寬26mm，最 短視距可達(dá)l. 5m,最長視距可達(dá)100m，全尺總長為196*26=5096mm, 完全可滿足水準(zhǔn)尺5000mm的要求。主編碼和輔編碼之間設(shè)置暗色或明色分割線，這樣可以4吏主編碼 和輔編碼的邊界分明，更便于識讀。實際測量時的情形如圖4所示，將上述標(biāo)尺9豎立在目標(biāo)地點，. 水準(zhǔn)儀水平高度標(biāo)線10透過水準(zhǔn)儀物鏡11投射到水準(zhǔn)儀影像傳感器 (CCD) 12上。當(dāng)高度標(biāo)線落定在圖1所示主編碼基礎(chǔ)碼元的黑色條紋1中后， 水準(zhǔn)儀識讀時的步驟為1)識讀高度標(biāo)線所在基礎(chǔ)碼元對應(yīng)的輔編碼中的組別碼，以該組別 碼對應(yīng)的數(shù)值2與各組循環(huán)碼的碼數(shù)14之積乘以基本碼元的寬度40 得到第一高度2*14*40=1120mm; 2) 識讀高度標(biāo)線所在基礎(chǔ)碼元對應(yīng)的輔編碼中的順序碼，以該順序 碼對應(yīng)的數(shù)值11乘以基本碼元的寬度40得到第二高度440ram;3) 識讀高度標(biāo)線所在基礎(chǔ)碼元的相對高度位置，以微分直讀方法得 出高度標(biāo)線至該基礎(chǔ)碼元下邊界的距離作為第三高度g-26iMi;4) 以上述第一、第二和第三高度數(shù)據(jù)之和1586薩作為測量識讀結(jié)果。由于基本碼元寬度一定且已知，因此基本碼元在水準(zhǔn)儀影像傳感 器上的成像寬度可以測出。而水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡的焦距是一定值，所以根 據(jù)相似三角形的比例關(guān)系就可以求出^L距。以上步驟3)中微分直讀的原理是由于水準(zhǔn)儀影像傳感器的光 學(xué)系統(tǒng)分辨率受限，故黑白條紋邊界經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)成〗象后不明顯，而 呈一明暗過渡的帶寬，即邊界面存在一定斜率，無法準(zhǔn)確確定明暗邊 界的位置。用一階微分得到圖5最下邊的微分曲線就可以消除邊界面 的斜率，即可精密確定明暗邊界的位置，從而得到高度標(biāo)線至該基礎(chǔ) 碼元下邊界的準(zhǔn)確距離g。由于采用本實施例的二維碼后，輔編碼寬度比現(xiàn)有一維碼的碼元 寬很多，因此容易分辯，可以避免誤讀，可靠性高，尤其當(dāng)遠(yuǎn)距離測 量，優(yōu)越性更明確。同時由于主編碼、輔編碼分開，編碼規(guī)律簡單直 接，可以回避復(fù)雜算法，解碼十分速度快、精度高。并且基于該編碼 的標(biāo)尺結(jié)構(gòu)簡單，相應(yīng)數(shù)字式電子水準(zhǔn)儀光學(xué)系統(tǒng)的要求降低，制造 成本顯著下降。 實施例二本實施例的基本情況與實施例一類同，不同之處在于基本碼元中 的黑白條紋a〉b,如圖2所示。此外，識讀步驟3)的識讀方法采用 中值直讀，即用平均明暗中點對應(yīng)的點為分界點，確定分界線，即可 精密確定明暗邊界的位置，從而得到高度標(biāo)線至該基礎(chǔ)碼元下邊界的 距離g (參見圖6)。 實施例三本實施例的基本情況也與實施例 一類同，不同之處在于 一個基本 碼元由兩對黑白條紋構(gòu)成，如圖3所示。即基本碼元中的條紋寬度a、 b還可再分a=al+a2, b-bl+b2 。其中可以有以下各種變化 al=a2, bl=b; al〉a2, bl-b2; al〉a2, bl〉b2; al〈a2, bl=b2; al=a2, bl〉b2。 除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。例如，預(yù)定進(jìn) 制也可以采用除二進(jìn)制之外的其它進(jìn)制。凡采用等同替換或等效變換 形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種二維編碼標(biāo)尺，包括尺桿，所述尺桿長度方向標(biāo)有由等寬基本碼元上下循環(huán)排列構(gòu)成的主編碼，所述基本碼元由明暗交替的條紋構(gòu)成，其特征在于所述主編碼一側(cè)為預(yù)定進(jìn)制碼上下排列構(gòu)成的輔編碼，相鄰兩預(yù)定進(jìn)制碼為一對，分屬不同類別，一類是分組循環(huán)的順序碼，同組順序碼由下至上按序排布，另一類是組別碼，與同組各順序碼配對的組別碼相同，不同組順序碼對應(yīng)的組別碼由下至上按組遞增，每對預(yù)定進(jìn)制碼的邊界分別與相鄰基本碼元的邊界對齊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述二維編碼標(biāo)尺，其特征在于所述主編 碼和輔編碼之間還"i殳有分割線。
3. 4艮據(jù)權(quán)利要求2所述二維編碼標(biāo)尺，其特征在于所述基本 碼元的明暗條紋寬度相等，所述預(yù)定進(jìn)制碼為二進(jìn)制碼。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述二維編碼標(biāo)尺，其特征在于所述基本 碼元由兩對以上的明暗條紋構(gòu)成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述二維編碼標(biāo)尺的識讀方法，其特征在于 當(dāng)高度標(biāo)線落定在主編碼的某一基礎(chǔ)碼元中后，識讀時的步驟為1) 識讀高度標(biāo)線所在基礎(chǔ)碼元對應(yīng)的輔編碼中的組別碼，以該組別 碼對應(yīng)的數(shù)值與各組循環(huán)碼的碼數(shù)之積乘以基本碼元的寬度得到 第一高度；2) 識讀高度標(biāo)線所在基礎(chǔ)碼元對應(yīng)的輔編碼中的順序碼，以該順序 碼對應(yīng)的數(shù)值乘以基本碼元的寬度得到第二高度；3) 識讀高度標(biāo)線所在基礎(chǔ)碼元的相對高度位置，以直讀方法得出高 度標(biāo)線至該基礎(chǔ)碼元下邊界的距離作為第三高度； 4)以上述第一、第二和第三高度數(shù)據(jù)之和作為測量識讀結(jié)果。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述二維編碼標(biāo)尺的識讀方法，其特征在于: 所述步驟3)中的直讀方法為微分直讀。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述二維編碼標(biāo)尺的識讀方法，其特征在于: 所述步驟3)中的直讀方法為中值直讀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二維碼標(biāo)尺及其識讀方法，屬于測繪儀器技術(shù)領(lǐng)域。該標(biāo)尺的尺桿長度方向標(biāo)有由等寬基本碼元上下循環(huán)排列構(gòu)成的主編碼，基本碼元由明暗交替的條紋構(gòu)成，主編碼一側(cè)為預(yù)定進(jìn)制碼上下排列構(gòu)成的輔編碼，相鄰兩預(yù)定進(jìn)制碼為一對，分屬不同類別，一類是分組循環(huán)的順序碼，同組順序碼由下至上按序排布，另一類是組別碼，與同組各順序碼配對的組別碼相同，不同組順序碼對應(yīng)的組別碼由下至上按組遞增，每對預(yù)定進(jìn)制碼的邊界分別與相鄰基本碼元的邊界對齊。采用本發(fā)明后，主編碼和輔編碼規(guī)律簡單，信息量大，可靠性高，由于回避了復(fù)雜運算，所以解碼可以十分快捷，精度高，即使遠(yuǎn)距離測量，也能得到準(zhǔn)確的結(jié)果，制造成本明顯降低。
文檔編號G01C5/00GK101131331SQ200710132030
公開日2008年2月27日 申請日期2007年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月10日
發(fā)明者樊小鵬 申請人:王源仁