專利名稱：自動測量的數(shù)字水準(zhǔn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動測量的數(shù)字水準(zhǔn)儀，具體涉及一種能自動跟蹤水準(zhǔn)尺并自動完成測 量的數(shù)字水準(zhǔn)儀。
背景技術(shù)：
水準(zhǔn)測量的基本原理是用水準(zhǔn)儀的水平視線照準(zhǔn)垂直豎立在兩點上的水準(zhǔn)尺讀數(shù)來測定 兩點間的高差。
水準(zhǔn)測量有光學(xué)水準(zhǔn)測量和數(shù)字水準(zhǔn)測量兩種方法。
光學(xué)水準(zhǔn)測量是目前使用的最多、可滿足各種等級的水準(zhǔn)測量方法，測量時使用光學(xué)水 準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺。光學(xué)水準(zhǔn)儀主要由望遠鏡、分劃板、氣泡式水準(zhǔn)器、外殼和基座組成，望遠 鏡由物鏡、調(diào)焦透鏡、目鏡構(gòu)成，自動安平水準(zhǔn)儀還帶有自動安平裝置。分劃板上在垂直方 向平行等間隔刻有三根水平絲，分別稱為上絲、中絲和下絲。光學(xué)水準(zhǔn)測量用的水準(zhǔn)尺是在 尺身上制有等間隔刻劃和對刻劃的高度的數(shù)字標(biāo)注，為了便于識別等間隔刻劃又有幾種不同 的圖案.用光學(xué)水準(zhǔn)儀進行測量時，首先將水準(zhǔn)儀安裝在三腳架上，并根據(jù)氣泡式水準(zhǔn)器調(diào) 平水準(zhǔn)儀，在照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺并調(diào)焦清楚后，根據(jù)水準(zhǔn)儀分劃板上的中絲在水準(zhǔn)尺上的位置，按 數(shù)字標(biāo)注讀取高度的大的讀數(shù)部分(米和分米)，再根據(jù)中絲與水準(zhǔn)尺刻劃的距離讀取小的讀 數(shù)部分(厘米和毫米，以及小于毫米的部分).根據(jù)水準(zhǔn)儀分劃板上的上絲和下絲讀取的讀數(shù) ，按相似三角形的原理即可計算水準(zhǔn)儀與水準(zhǔn)尺的距離。根據(jù)不同位置的水準(zhǔn)尺的中絲的讀 數(shù)就可獲得不同位置高度的差值.光學(xué)水準(zhǔn)測量主要山人工完成讀數(shù)，因此測量的結(jié)果會帶 有觀測者造成的誤差，而且速度較慢。由于測量結(jié)果記錄在紙介質(zhì)上，這樣一方面需要山人 工將數(shù)據(jù)錄入計算機進行計算，這樣費時又費力，而且容易出現(xiàn)記錄差錯。
數(shù)字水準(zhǔn)測量可滿足各種等級的水準(zhǔn)測量，測量時使用數(shù)字水準(zhǔn)儀和條碼水準(zhǔn)尺。數(shù)字 水準(zhǔn)儀主要由望遠鏡、分劃板、氣泡式水準(zhǔn)器、自動安平裝置、圖像采集裝置、計算機、電 源、外殼和基座組成。條碼水準(zhǔn)尺在尺身上制有按某種方案編碼的非等間隔的條碼刻劃，而 且沒有數(shù)字標(biāo)注。用數(shù)字水準(zhǔn)儀進行測量時，首先將水準(zhǔn)儀安裝在三腳架上，并根據(jù)氣泡式 水準(zhǔn)器調(diào)平水準(zhǔn)儀，在照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺并調(diào)焦清楚后，用計算機控制圖像采集裝置獲得視場中的 水準(zhǔn)尺的圖像，根據(jù)獲得的圖像、水準(zhǔn)尺的編碼方案以及相應(yīng)的處理方法求得高度和距離。由于其測量是由機器自動完成的，因此結(jié)果穩(wěn)定，速度較快。
上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處在于現(xiàn)有的水準(zhǔn)儀需要至少兩個人才能完成測量，其中一個 人負責(zé)水準(zhǔn)儀的轉(zhuǎn)向、瞄準(zhǔn)和調(diào)焦等工作，另一人負責(zé)將水準(zhǔn)尺從一點移動至另一點上。在 人工成本日益高漲的今天，研究一種可以實現(xiàn)單人操作自動測量的數(shù)字水準(zhǔn)儀有其重要的價 值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種水準(zhǔn)儀，用于自動跟蹤水準(zhǔn)尺并自動完成測量的 數(shù)字水準(zhǔn)儀。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種自動測量的數(shù)字水準(zhǔn)儀，包括廣角攝像處理 系統(tǒng)，用于在水平旋轉(zhuǎn)基座的驅(qū)動下四周尋找標(biāo)尺，然后計算出標(biāo)尺所在的方位和距離；望 遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)，用于根據(jù)所述標(biāo)尺的方位和距離通過水平旋轉(zhuǎn)基座調(diào)整朝向，對準(zhǔn)標(biāo)尺后自 動調(diào)焦；CCD裝置，用于在調(diào)焦后通過望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)獲取標(biāo)尺的精確圖像；CPU單元，用于 根據(jù)所述標(biāo)尺所在的方位和距離控制水平旋轉(zhuǎn)基座旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度以使望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)對準(zhǔn) 標(biāo)尺，然后驅(qū)動望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)到相應(yīng)的焦距上，并獲取在CCD裝置中形成標(biāo)尺的圖像，最 后計算出該標(biāo)尺的高程及距離，并存儲到存儲器中。
進一步，所述廣角攝像處理系統(tǒng)包括廣角透鏡系統(tǒng)、通過廣角透鏡系統(tǒng)獲取圖像的圖 像傳感器和與圖像傳感器相連的中央處理器；廣角攝像處理系統(tǒng)尋找標(biāo)尺并計算出標(biāo)尺所在 的方位和距離的方法如下所述中央處理器通過圖像傳感器連續(xù)獲取四周圖像，直至所述中 央處理器得到一張外界含有標(biāo)尺的圖像時止；所述中央處理器通過圖像匹配算法找到標(biāo)尺并 得到其在照片中的位置坐標(biāo)
Xl=nl*P，
Yl=n2*P，
其中，P為圖像傳感器的一個像素寬度，則可以計算出標(biāo)尺在水平方向上的方位角即所 述方位e = ((Xl-0. 5*N*P)/ 0. 5*N*P)* a，其中，N是圖像傳感器的水平像素數(shù)，a為廣 角透鏡系統(tǒng)中鏡頭的廣角角度；根據(jù)標(biāo)尺的圖像在照片中的長寬所占的像素n3，n4可以計算 出標(biāo)尺所在的距離L=(H/n3*P>L'，其中H為標(biāo)尺實際高度，L'為攝像機光學(xué)系統(tǒng)的放大 系數(shù)。
進一步，使用的標(biāo)尺上的圖案是黑白相間的條碼；為確保自動測量的進度，CPU單元控 制準(zhǔn)標(biāo)尺調(diào)焦時，CPU單元多次驅(qū)動水平旋轉(zhuǎn)基座及望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)，并在CCD裝置中得到相對應(yīng)的圖像，CPU單元通過比較不同調(diào)焦位置上的圖像中的所述黑白相間的條碼的對比度， 以判斷出最佳的調(diào)焦位置，從而將望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)調(diào)焦到最佳位置。
作為另一種自動測量的數(shù)字水準(zhǔn)儀，使用的標(biāo)尺上設(shè)有用于檢測標(biāo)尺所在位置的GPS接 收機和用于將檢測標(biāo)尺的位置信息以無線信號發(fā)出的無線信號發(fā)射裝置；水準(zhǔn)儀包括用于 接收所述無線信號并得出所述標(biāo)尺的位置信息的無線信號接收器、用于檢測水準(zhǔn)儀所在位置 的GPS接收機、CPU單元、水平旋轉(zhuǎn)基座、望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)和CCD裝置；CPU單元根據(jù)水準(zhǔn)儀所 在位置的信息、所述標(biāo)尺的位置信息，計算出標(biāo)尺相對水準(zhǔn)儀所在的方位和距離，然后根據(jù) 該方位和距離通過水平旋轉(zhuǎn)基座調(diào)整望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)的朝向，然后控制望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)自動 調(diào)焦，并獲取在CCD裝置中形成標(biāo)尺的圖像，最后計算出該標(biāo)尺的高程及距離，并存儲到存 儲器中。其中，使用的標(biāo)尺上的圖案是黑白相間的條碼；CPU單元控制準(zhǔn)標(biāo)尺調(diào)焦時，CPU單 元多次驅(qū)動水平旋轉(zhuǎn)基座及望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)，并在CCD裝置中得到相對應(yīng)的圖像，CPU單元通 過比較不同調(diào)焦位置上的圖像的對比度，以判斷出最佳的調(diào)焦位置，從而將望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng) 調(diào)焦到最佳位置。
作為第三種自動測量的數(shù)字水準(zhǔn)儀，使用的標(biāo)尺上設(shè)有激光反射膜或激光反射涂層；水 準(zhǔn)儀包括設(shè)于水平旋轉(zhuǎn)基座上的激光發(fā)射和接收系統(tǒng)，用于在水平旋轉(zhuǎn)基座旋轉(zhuǎn)時發(fā)射激 光并接收反射光線，以確定標(biāo)尺所在的方位和距離；水準(zhǔn)儀還包括CPU單元、望遠鏡調(diào)焦 系統(tǒng)和CCD裝置；CPU單元根據(jù)所述標(biāo)尺的方位和距離控制水平旋轉(zhuǎn)基座轉(zhuǎn)動至該方位，并控 制望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)自動調(diào)焦，并獲取在CCD裝置中形成標(biāo)尺的圖像，最后計算出該標(biāo)尺的高 程及距離，并存儲到存儲器中。其中，使用的標(biāo)尺上的圖案是黑白相間的條碼；CPU單元控 制準(zhǔn)標(biāo)尺調(diào)焦時，CPU單元多次驅(qū)動水平旋轉(zhuǎn)基座及望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)，并在CCD裝置中得到相 對應(yīng)的圖像，CPU單元通過比較不同調(diào)焦位置上的圖像的對比度，以判斷出最佳的調(diào)焦位置 ，從而將望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)調(diào)焦到最佳位置。
本發(fā)明具有積極的效果(1)本發(fā)明的第一種方案中的水準(zhǔn)儀在使用時，廣角攝像處 理系統(tǒng)在水平旋轉(zhuǎn)基座的驅(qū)動下四周尋找標(biāo)尺，當(dāng)在A位置找到標(biāo)尺后，計算出標(biāo)尺所在的 不精確的位置信息(包括具體方位角和距離參數(shù))。然后通過水平旋轉(zhuǎn)基座調(diào)控制遠鏡調(diào)焦 系統(tǒng)朝向A位置，對準(zhǔn)標(biāo)尺后自動調(diào)焦；CPU單元通過獲取在CCD裝置中形成標(biāo)尺的圖像，計 算出該標(biāo)尺的精確的位置信息(包括高程及距離信息)，并存儲到存儲器中；在將標(biāo)尺移到B位置后，采用同樣的方式獲取標(biāo)尺在B位置的位置信息，最后通過比較A、 B兩點上的相關(guān)數(shù) 據(jù)即可得出兩點間的高差。(2)為得到最佳的調(diào)焦位置，CPU單元多次驅(qū)動水平旋轉(zhuǎn)基座， 以連續(xù)微調(diào)望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)對準(zhǔn)標(biāo)尺的角度，并通過比較不同調(diào)焦位置上的圖像中的所述黑 白相間的條碼的對比度，以判斷出最佳的調(diào)焦位置，如圖4，此時準(zhǔn)標(biāo)尺的圖像在CCD的中央 處成像，從而將測量誤差降至最低。(3)第二種方案中的水準(zhǔn)儀在使用時，通過GPS定位系 統(tǒng)確定水準(zhǔn)儀與標(biāo)尺的相對位置，然后控制遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)對準(zhǔn)標(biāo)尺進行調(diào)焦，最后CPU單元 通過獲取在CCD裝置中形成標(biāo)尺的圖像，計算出該標(biāo)尺的精確的位置信息；該方法適于較大 距離的測量。(4)第二種方案中的水準(zhǔn)儀，利用激光直線傳播的原理，使用的標(biāo)尺上設(shè)有 激光反射膜或激光反射涂層；水準(zhǔn)儀使用時適于同時發(fā)射和接收激光，從而找出標(biāo)尺所在的 大致位置，，然后控制遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)對準(zhǔn)標(biāo)尺進行調(diào)焦，最后CPU單元通過獲取在CCD裝置中 形成標(biāo)尺的圖像，計算出該標(biāo)尺的精確的位置信息。


為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)的具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā) 明作進一步詳細的說明，其中
圖1為實施例中的數(shù)字水準(zhǔn)儀和將A位置的標(biāo)尺移至UB位置，并自動重新照準(zhǔn)、測量、記 錄的示意圖2為實施例中的數(shù)字水準(zhǔn)儀的結(jié)構(gòu)框圖3為實施例中的廣角攝像處理系統(tǒng)的成像示意圖4為實施例中望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)調(diào)焦到最佳位置時在CCD裝置中形成的圖像； 圖5為實施例中的自動測量的數(shù)字水準(zhǔn)儀的高程、距離的計算流程圖； 圖6為實施例中的視距L的計算的參考圖。
具體實施方式
(實施例l)
見圖l-6，本發(fā)明的一種自動測量的數(shù)字水準(zhǔn)儀，包括廣角攝像處理系統(tǒng)l，用于在水 平旋轉(zhuǎn)基座3的驅(qū)動下四周尋找標(biāo)尺a，然后計算出標(biāo)尺a所在的方位和距離；望遠鏡調(diào)焦系 統(tǒng)4，用于根據(jù)所述標(biāo)尺a的方位和距離通過水平旋轉(zhuǎn)基座3調(diào)整朝向，對準(zhǔn)標(biāo)尺a后自動調(diào)焦 ;CCD裝置5，用于在調(diào)焦后通過望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)4獲取標(biāo)尺a的精確圖像；CPU單元2，用于根 據(jù)所述標(biāo)尺a所在的方位和距離控制水平旋轉(zhuǎn)基座3旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度以使望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)4對準(zhǔn)標(biāo)尺a，然后驅(qū)動望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)4到相應(yīng)的焦距上，并獲取在CCD裝置5中形成標(biāo)尺a的圖 像，最后計算出該標(biāo)尺a的高程及距離，并存儲到存儲器中。
所述廣角攝像處理系統(tǒng)l包括廣角透鏡系統(tǒng)、通過廣角透鏡系統(tǒng)獲取圖像的圖像傳感 器和與圖像傳感器相連的中央處理器；廣角攝像處理系統(tǒng)l尋找標(biāo)尺a并計算出標(biāo)尺a所在的 方位和距離的方法如下所述中央處理器通過圖像傳感器連續(xù)獲取四周圖像，直至所述中央 處理器得到一張外界含有標(biāo)尺a的圖像時止；所述中央處理器通過圖像匹配算法找到標(biāo)尺a并 得到其在照片中的位置坐標(biāo)
Xl=nl*P，
Yl=n2*P，
其中，P為圖像傳感器的一個像素寬度，則可以計算出標(biāo)尺a在水平方向上的方位角即所 述方位e = ((Xl-0. 5*N*P)/ 0. 5*N*P)* a ，其中，N是圖像傳感器的水平像素數(shù)，a為廣 角透鏡系統(tǒng)中鏡頭的廣角角度；根據(jù)標(biāo)尺a的圖像在照片中的長寬所占的像素n3，n4可以計算 出標(biāo)尺a所在的距離L=(H/n3*P>L'，其中H為標(biāo)尺實際高度，L'為攝像機光學(xué)系統(tǒng)的放 大系數(shù)。
使用的標(biāo)尺a上的圖案是黑白相間的條碼；CPU單元2控制準(zhǔn)標(biāo)尺a調(diào)焦時，CPU單元2多次 驅(qū)動水平旋轉(zhuǎn)基座3及望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)4，并在CCD裝置5中得到相對應(yīng)的圖像，CPU單元2通過 比較不同調(diào)焦位置上的圖像中的所述黑白相間的條碼的對比度，以判斷出最佳的調(diào)焦位置， 從而將望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)4調(diào)焦到最佳位置。
見圖2，使用時廣角攝像處理系統(tǒng)l可在0.5 500m的范圍識別出水準(zhǔn)儀的標(biāo)尺，并計算 出其所在的位置(包括距離、方位角)，并將位置數(shù)據(jù)傳輸給CPU單元2， CPU單元2輸出信號 ，驅(qū)動水平旋轉(zhuǎn)基座3旋轉(zhuǎn)并對準(zhǔn)水準(zhǔn)儀標(biāo)尺，同時驅(qū)動望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)4到給定的距離上， 此時在CCD裝置5中就會形成標(biāo)尺a的圖像，通過放大器6、模數(shù)轉(zhuǎn)換器7將信號傳輸?shù)紺PU單元 2， CPU單元2可以通過計算多次驅(qū)動水平旋轉(zhuǎn)基座3及望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)(4)以得到最佳的圖 像，然后再計算處標(biāo)尺處的高程及距離存儲到存儲器中。通過比較A、 B兩點上的相關(guān)數(shù)據(jù)即 可得出兩點間的高差，并通過顯示器顯示。
見圖3，廣角攝像機中的圖像，可以根據(jù)此圖像計算出標(biāo)尺a的方位角a及距離L;見圖 4，可以CCD裝置5中的圖像，計算對焦的精度、距離L及高程H。其中，視距計算公式 L=f*H/X+C ，式中，L:儀器至標(biāo)尺的距離；f:水準(zhǔn)儀望遠鏡的焦距；H:條碼的寬度；X :條碼在CCD上的成像寬度；C:修正常數(shù)。(實施例2)
在實施例l的基礎(chǔ)上，本實施例的自動測量的數(shù)字水準(zhǔn)儀具有如下變形 使用的標(biāo)尺a上設(shè)有激光反射膜或激光反射涂層；水準(zhǔn)儀b包括設(shè)于水平旋轉(zhuǎn)基座3上 的激光發(fā)射和接收系統(tǒng)，用于在水平旋轉(zhuǎn)基座3旋轉(zhuǎn)時發(fā)射激光并接收反射光線，以確定標(biāo) 尺a所在的方位和距離；水準(zhǔn)儀b還包括CPU單元2、望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)4和CCD裝置5; CPU單元 2根據(jù)所述標(biāo)尺a的方位和距離控制水平旋轉(zhuǎn)基座3轉(zhuǎn)動至該方位，并控制望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)4自 動調(diào)焦，并獲取在CCD裝置5中形成標(biāo)尺a的圖像，最后計算出該標(biāo)尺a的高程及距離，并存儲 到存儲器中。
其中，使用的標(biāo)尺a上的圖案是黑白相間的條碼；CPU單元2控制準(zhǔn)標(biāo)尺a調(diào)焦時，CPU單 元2多次驅(qū)動水平旋轉(zhuǎn)基座3及望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)4，并在CCD裝置5中得到相對應(yīng)的圖像，CPU單 元2通過比較不同調(diào)焦位置上的圖像中的所述黑白相間的條碼的對比度，以判斷出最佳的調(diào) 焦位置，從而將望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)4調(diào)焦到最佳位置。
(實施例3)
在實施例l的基礎(chǔ)上，本實施例的自動測量的數(shù)字水準(zhǔn)儀具有如下變形
使用的標(biāo)尺a上設(shè)有用于檢測標(biāo)尺a所在位置的GPS接收機和用于將檢測標(biāo)尺a的位置信息 以無線信號發(fā)出的無線信號發(fā)射裝置。
水準(zhǔn)儀b包括用于接收所述無線信號并得出所述標(biāo)尺a的位置信息的無線信號接收器、 用于檢測水準(zhǔn)儀b所在位置的GPS接收機、CPU單元2、水平旋轉(zhuǎn)基座3、望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)4和 CCD裝置5; CPU單元2根據(jù)水準(zhǔn)儀b所在位置的信息、所述標(biāo)尺a的位置信息，計算出標(biāo)尺a相 對水準(zhǔn)儀b所在的方位和距離，然后根據(jù)該方位和距離通過水平旋轉(zhuǎn)基座3調(diào)整望遠鏡調(diào)焦系 統(tǒng)4的朝向，然后控制望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)4自動調(diào)焦，并獲取在CCD裝置5中形成標(biāo)尺a的圖像， 最后計算出該標(biāo)尺a的高程及距離，并存儲到存儲器中。
其中，使用的標(biāo)尺a上的圖案是黑白相間的條碼；CPU單元2控制準(zhǔn)標(biāo)尺a調(diào)焦時，CPU單 元2多次驅(qū)動水平旋轉(zhuǎn)基座3及望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)4，并在CCD裝置5中得到相對應(yīng)的圖像，CPU單 元2通過比較不同調(diào)焦位置上的圖像中的所述黑白相間的條碼的對比度，以判斷出最佳的調(diào) 焦位置，從而將望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)4調(diào)焦到最佳位置。
所述GPS接收機的主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并跟蹤 這些衛(wèi)星的運行。當(dāng)接收機捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號后，就可測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離 和距離的變化率，解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，接收機中的微處理計算機就可按定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時間等 信息。
(實施例4)
在實施例2的基礎(chǔ)上，本實施例的自動測量的數(shù)字水準(zhǔn)儀具有如下變形 作為另一種實施方式，水準(zhǔn)儀b中的CPU單元2可以直接根據(jù)在A位置的標(biāo)尺a發(fā)送來的的
GPS信號和在B位置的標(biāo)尺a發(fā)送來的GPS信號，直接計算出所在位置的GPS信號計算出A、 B兩
點的高差，并通過顯示器顯示。
顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明 的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其 它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明 的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。
權(quán)利要求
1、一種自動測量的數(shù)字水準(zhǔn)儀，其特征在于包括廣角攝像處理系統(tǒng)(1)，用于在水平旋轉(zhuǎn)基座(3)的驅(qū)動下四周尋找標(biāo)尺(a)，然后計算出標(biāo)尺(a)所在的方位和距離；望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)(4)，用于根據(jù)所述標(biāo)尺(a)的方位和距離通過水平旋轉(zhuǎn)基座(3)調(diào)整朝向，對準(zhǔn)標(biāo)尺(a)后自動調(diào)焦；CCD裝置(5)，用于在調(diào)焦后通過望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)(4)獲取標(biāo)尺(a)的精確圖像；CPU單元(2)，用于根據(jù)所述標(biāo)尺(a)所在的方位和距離控制水平旋轉(zhuǎn)基座(3)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度以使望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)(4)對準(zhǔn)標(biāo)尺(a)，然后驅(qū)動望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)(4)到相應(yīng)的焦距上，并獲取在CCD裝置(5)中形成標(biāo)尺(a)的圖像，最后計算出該標(biāo)尺(a)的高程及距離，并存儲到存儲器中。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自動測量的數(shù)字水準(zhǔn)儀，其特征在于所述廣角攝像處理系 統(tǒng)(1)包括廣角透鏡系統(tǒng)、通過廣角透鏡系統(tǒng)獲取圖像的圖像傳感器和與圖像傳感器相 連的中央處理器；廣角攝像處理系統(tǒng)(1)尋找標(biāo)尺(a)并計算出標(biāo)尺(a)所在的方位和距離的方法如下所述中央處理器通過圖像傳感器連續(xù)獲取四周圖像，直至所述中央處理器得到一張外 界含有標(biāo)尺(a)的圖像時止；所述中央處理器通過圖像匹配算法找到標(biāo)尺(a)并得到其在照片中的位置坐標(biāo)Xl=nl*P，Yl=n2*P，其中，P為圖像傳感器的一個像素寬度，，則可以計算出標(biāo)尺(a)在水平方向上的方位角即所述方位<formula>formula see original document page 3</formula>其中，N是圖像傳感器的水平像素數(shù)，a為廣角透鏡系統(tǒng)中鏡頭的廣角角度；根據(jù)標(biāo)尺(a)的圖像在照片中的長寬所占的像素n3，n4可以計算出標(biāo)尺(a)所在的距 離XH/n3補)禮'，其中H為標(biāo)尺實際高度，L'為攝像機光學(xué)系統(tǒng)的放大系數(shù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自動測量的數(shù)字水準(zhǔn)儀，其特征在于 使用的標(biāo)尺(a)上的圖案是黑白相間的條碼；CPU單元(2)控制準(zhǔn)標(biāo)尺(a)調(diào)焦時，CPU單元(2)多次驅(qū)動水平旋轉(zhuǎn)基座(3)及 望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)(4)，并在CCD裝置(5)中得到相對應(yīng)的圖像，CPU單元(2)通過比較不 同調(diào)焦位置上的圖像中的所述黑白相間的條碼的對比度，以判斷出最佳的調(diào)焦位置，從而將 望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)(4)調(diào)焦到最佳位置。
4、 一種自動測量的數(shù)字水準(zhǔn)儀，其特征在于使用的標(biāo)尺(a)上設(shè)有用于檢測標(biāo)尺 (a)所在位置的GPS接收機和用于將檢測標(biāo)尺(a)的位置信息以無線信號發(fā)出的無線信號發(fā)射裝置；水準(zhǔn)儀(b)包括用于接收所述無線信號并得出所述標(biāo)尺(a)的位置信息的無線信 號接收器、用于檢測水準(zhǔn)儀(b)所在位置的GPS接收機、CPU單元(2)、水平旋轉(zhuǎn)基座(3 )、望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)(4)和CCD裝置(5);CPU單元(2)根據(jù)水準(zhǔn)儀(b)所在位置的信息、所述標(biāo)尺(a)的位置信息，計算出 標(biāo)尺(a)相對水準(zhǔn)儀(b)所在的方位和距離，然后根據(jù)該方位和距離通過水平旋轉(zhuǎn)基座( 3)調(diào)整望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)(4)的朝向，然后控制望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)(4)自動調(diào)焦，并獲取在 CCD裝置(5)中形成標(biāo)尺(a)的圖像，最后計算出該標(biāo)尺(a)的高程及距離，并存儲到存 儲器中。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的自動測量的數(shù)字水準(zhǔn)儀，其特征在于 使用的標(biāo)尺(a)上的圖案是黑白相間的條碼；CPU單元(2)控制準(zhǔn)標(biāo)尺(a)調(diào)焦時，CPU單元(2)多次驅(qū)動水平旋轉(zhuǎn)基座(3)及 望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)(4)，并在CCD裝置(5)中得到相對應(yīng)的圖像，CPU單元(2)通過比較不 同調(diào)焦位置上的圖像中的所述黑白相間的條碼的對比度，以判斷出最佳的調(diào)焦位置，從而將 望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)(4)調(diào)焦到最佳位置。
6、 一種自動測量的數(shù)字水準(zhǔn)儀，其特征在于 使用的標(biāo)尺(a)上設(shè)有激光反射膜或激光反射涂層；水準(zhǔn)儀(b)包括設(shè)于水平旋轉(zhuǎn)基座(3)上的激光發(fā)射和接收系統(tǒng)，用于在水平旋 轉(zhuǎn)基座(3)旋轉(zhuǎn)時發(fā)射激光并接收反射光線，以確定標(biāo)尺(a)所在的方位和距離；水準(zhǔn)儀(b)還包括CPU單元(2)、望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)(4)和CCD裝置(5);CPU單元(2)根據(jù)所述標(biāo)尺(a)的方位和距離控制水平旋轉(zhuǎn)基座(3)轉(zhuǎn)動至該方位 ，并控制望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)(4)自動調(diào)焦，并獲取在CCD裝置(5)中形成標(biāo)尺(a)的圖像， 最后計算出該標(biāo)尺(a)的高程及距離，并存儲到存儲器中。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動測量的數(shù)字水準(zhǔn)儀，其特征在于 使用的標(biāo)尺(a)上的圖案是黑白相間的條碼；CPU單元(2)控制準(zhǔn)標(biāo)尺(a)調(diào)焦時，CPU單元(2)多次驅(qū)動水平旋轉(zhuǎn)基座(3)及 望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)(4)，并在CCD裝置(5)中得到相對應(yīng)的圖像，CPU單元(2)通過比較不 同調(diào)焦位置上的圖像中的所述黑白相間的條碼的對比度，以判斷出最佳的調(diào)焦位置，從而將 望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)(4)調(diào)焦到最佳位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能自動跟蹤水準(zhǔn)尺并自動完成測量的數(shù)字水準(zhǔn)儀，其包括廣角攝像處理系統(tǒng)，用于在水平旋轉(zhuǎn)基座的驅(qū)動下四周尋找標(biāo)尺，然后計算出標(biāo)尺所在的方位和距離；望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)，用于根據(jù)所述標(biāo)尺的方位和距離通過水平旋轉(zhuǎn)基座調(diào)整朝向，對準(zhǔn)標(biāo)尺后自動調(diào)焦；CCD裝置，用于在調(diào)焦后通過望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)獲取標(biāo)尺的精確圖像；CPU單元，用于根據(jù)所述標(biāo)尺所在的方位和距離控制水平旋轉(zhuǎn)基座旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度以使望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)對準(zhǔn)標(biāo)尺，然后驅(qū)動望遠鏡調(diào)焦系統(tǒng)到相應(yīng)的焦距上，并獲取在CCD裝置中形成標(biāo)尺的圖像，最后計算出該標(biāo)尺的高程及距離，并存儲到存儲器中。
文檔編號G01C5/02GK101666642SQ20091030780
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月27日
發(fā)明者丁家巍, 陳圣紅 申請人:常州市新瑞得儀器有限公司