二维码标尺及其识读方法

专利名称：二维码标尺及其识读方法
技术领域：
本发明涉及一种测绘辅助器件，尤其是一种数字式测绘仪器的标 尺改进，同时还涉及其识读方法，属于测绘仪器技术领域。
技术背景据申请人了解，目前数字式电子水准仪之类测试仪器的解码原理主要有相关法、几何法和相位法。相关法的典型代表是瑞士的Leica 仪器，其外在特征是标尺直接以二进制进行明暗编码；几何法的典型 代表是Trimble仪器，其外在特征是标尺采用双相位二进制进行编码; 相位法的典型代表是日本的T0PC0N和S0KKIA的仪器，其外在特征是 标尺条码由若干组编码宽度受不同周期的正弦调制的码序组成。为了实现数字式电子水准仪的国产化进程，国内也开展了这方面 的工作。如专利申请号03153286.1的中国专利公开了等距码码宽正 弦调制编码法，专利申请号200510019465.2的中国专利爿>开了相位 调制载码相位法，等等。上述各种现有用于数字式电子水准仪的条码均只有一维，主要通 过一维码元的码宽按预定规律变化蕴藏对应高度信息，测量时直接从 一维码得到读数。其结果，不仅使得码元的规律日趋复杂，解码程序 曰渐繁瑣，而且对码元的制造精度要求^f艮高。此外，为了保证在有限 长度范围内具有足够多的宽度变化码元，最小码元宽度往往不得不小 到只有2毫米。当测距较大或者外界干扰光线较强时，容易导致误读。 发明内容本发明要解决技术问题是针对以上现有技术存在的缺点，提出 一种识读容易、解码快捷、可以有效避免误读的二维编码标尺，同时 纟合出其i口、读方法。为了解决以上技术问题，本发明的二维编码标尺包括尺杆，所述 尺杆长度方向标有由等宽基本码元上下循环排列构成的主编码，所述 基本码元由明暗交替的条紋构成，其改进之处在于所述主编码一侧 为预定进制码上下排列构成的辅编码，相邻两预定进制码为一对，分 属不同类别， 一类是分组循环的顺序码，同组顺序码由下至上按序排 布，另一类是组別码，与同组各顺序码配对的组别码相同，不同组顺 序码对应的组别码由下至上按组递增，每对预定进制码的边界分别与 相邻基本码元的边界对齐。测量时，当高度标线落定在主编码的某一基础码元中后，识读时 的步骤为1) 识读高度标线所在基础码元对应的辅编码中的组别码，以该组别 码对应的数值与各组循环码的码数之积乘以基本码元的宽度得到第 一高度；2) 识读高度标线所在基础码元对应的辅编码中的顺序码，以该顺序 码对应的数值乘以基本码元的宽度得到第二高度；3) 识读高度标线所在基础码元的相对高度位置，以直读方法得出高 度标线至该基础码元下边界的距离作为第三高度；4) 以上述第一、第二和第三高度数据之和作为测量识读结果。以上步骤3 )中高度标线在勤出码中的相对高度位置直接识读方 法很多。最常用的是微分直读，即用一阶微分法确定明暗边缘，从而 直接读出高度标线与基础码元边界的距离。此外也可以采用中值直读 等其它方法解码识读。本发明的进一步完善是，所述的主编码和辅编码之间还设有分割 线。这样可以使主编码和辅编码的边界分明，更便于识读。而预定进 制宜选择二进制。不难看出，本发明与现有技术相比，具有以下显著优点1、 主编码和辅编码的有机结合可以保证足够的测量精度；2、 主编码和辅编码均可采用简单的身见律编排，回避了诸如相关法 的二维(此处的"二维"为数学算法，与本发明的二维编码无 关)相关、相位法的傅立叶变换等复杂运算，解码快捷精准；3、 码元宽度无需按规律精确变化，因此识别精度要求不高，从而 明显降低了数字式电子水准仪之类测量仪器的成本；4、 主编码和辅编码的码元宽度均匀，宽度相对于一维码的最小宽 度显著加宽，因此即使远距离测量，也能得到准确的结果。


下面结合附图对本发明作进一步的说明。 图1为本发明实施例一的结构示意图。 图2为本发明实施例二的结构示意图。 图3为本发明实施例三的结构示意图。 图4为水准;〖见距测量示意图。以上图中圆圈中序号的含义分别为l.基本码元黑条紋；2.基本 码元白条紋；3. 二进制组别码部分；4. 二进制顺序码部分；5.分割线； 6. 二进制组别码对应lt值；7. 二进制顺序码对应数值；8.高度标线； 9.条码标尺；10.水准仪水平高度标线；ll.水准仪物镜；12.水准仪 影像传感器。图5为微分直读的数学原理图。图6为中值直读的数学原理图。
具体实施方式
实施例一 本实施例的二维编码标尺如图1所示，尺杆长度方向左侧标有由 等宽基本码元上下循环排列构成的主编码(也叫精码)，每个基本码元由等宽的黑条紋1和白条紋2交替构成，基本码元的宽度等于黑条 紋1和白条紋2宽度之和，即c=a+b, a=b。主编码的右侧为二进制 码上下排列构成的辅编码(也叫粗码)，黑色表示0，白色表示l。相 邻两二进制码为一对，分属不同类别，相对靠下的是分组循环的顺序 码，同组顺序码由下至上按序排布，共14个；另一类是组别码，与 同组各顺序码配对的组别码相同，不同组顺序码对应的组别码由下至 上按组递增，共有14个，即顺序码共有14组。每对预定进制码的边 界分别与相邻基本码元的边界对齐。辅编码总计共有14*14=196个。本实施例主编码的条紋宽度a=20 鹏，基本码元宽为40mm,最短视距可达2m,最长视距可达140m,全 尺总长为196*40=7840mm。也可以预定a-13 mm ，基本码宽26mm，最 短视距可达l. 5m,最长视距可达100m，全尺总长为196*26=5096mm, 完全可满足水准尺5000mm的要求。主编码和辅编码之间设置暗色或明色分割线，这样可以4吏主编码 和辅编码的边界分明，更便于识读。实际测量时的情形如图4所示，将上述标尺9竖立在目标地点，. 水准仪水平高度标线10透过水准仪物镜11投射到水准仪影像传感器 (CCD) 12上。当高度标线落定在图1所示主编码基础码元的黑色条紋1中后， 水准仪识读时的步骤为1)识读高度标线所在基础码元对应的辅编码中的组别码，以该组别 码对应的数值2与各组循环码的码数14之积乘以基本码元的宽度40 得到第一高度2*14*40=1120mm; 2) 识读高度标线所在基础码元对应的辅编码中的顺序码，以该顺序 码对应的数值11乘以基本码元的宽度40得到第二高度440ram;3) 识读高度标线所在基础码元的相对高度位置，以微分直读方法得 出高度标线至该基础码元下边界的距离作为第三高度g-26iMi;4) 以上述第一、第二和第三高度数据之和1586薩作为测量识读结果。由于基本码元宽度一定且已知，因此基本码元在水准仪影像传感 器上的成像宽度可以测出。而水准仪望远镜的焦距是一定值，所以根 据相似三角形的比例关系就可以求出^L距。以上步骤3)中微分直读的原理是由于水准仪影像传感器的光 学系统分辨率受限，故黑白条紋边界经过光学系统成〗象后不明显，而 呈一明暗过渡的带宽，即边界面存在一定斜率，无法准确确定明暗边 界的位置。用一阶微分得到图5最下边的微分曲线就可以消除边界面 的斜率，即可精密确定明暗边界的位置，从而得到高度标线至该基础 码元下边界的准确距离g。由于采用本实施例的二维码后，辅编码宽度比现有一维码的码元 宽很多，因此容易分辩，可以避免误读，可靠性高，尤其当远距离测 量，优越性更明确。同时由于主编码、辅编码分开，编码规律简单直 接，可以回避复杂算法，解码十分速度快、精度高。并且基于该编码 的标尺结构简单，相应数字式电子水准仪光学系统的要求降低，制造 成本显著下降。 实施例二本实施例的基本情况与实施例一类同，不同之处在于基本码元中 的黑白条紋a〉b,如图2所示。此外，识读步骤3)的识读方法采用 中值直读，即用平均明暗中点对应的点为分界点，确定分界线，即可 精密确定明暗边界的位置，从而得到高度标线至该基础码元下边界的 距离g (参见图6)。 实施例三本实施例的基本情况也与实施例 一类同，不同之处在于 一个基本 码元由两对黑白条紋构成，如图3所示。即基本码元中的条紋宽度a、 b还可再分a=al+a2, b-bl+b2 。其中可以有以下各种变化 al=a2, bl=b; al〉a2, bl-b2; al〉a2, bl〉b2; al〈a2, bl=b2; al=a2, bl〉b2。 除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。例如，预定进 制也可以采用除二进制之外的其它进制。凡采用等同替换或等效变换 形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
权利要求
1.一种二维编码标尺，包括尺杆，所述尺杆长度方向标有由等宽基本码元上下循环排列构成的主编码，所述基本码元由明暗交替的条纹构成，其特征在于所述主编码一侧为预定进制码上下排列构成的辅编码，相邻两预定进制码为一对，分属不同类别，一类是分组循环的顺序码，同组顺序码由下至上按序排布，另一类是组别码，与同组各顺序码配对的组别码相同，不同组顺序码对应的组别码由下至上按组递增，每对预定进制码的边界分别与相邻基本码元的边界对齐。
2. 根据权利要求1所述二维编码标尺，其特征在于所述主编 码和辅编码之间还"i殳有分割线。
3. 4艮据权利要求2所述二维编码标尺，其特征在于所述基本 码元的明暗条紋宽度相等，所述预定进制码为二进制码。
4. 根据权利要求3所述二维编码标尺，其特征在于所述基本 码元由两对以上的明暗条紋构成。
5. 根据权利要求l所述二维编码标尺的识读方法，其特征在于 当高度标线落定在主编码的某一基础码元中后，识读时的步骤为1) 识读高度标线所在基础码元对应的辅编码中的組别码，以该组别 码对应的数值与各组循环码的码数之积乘以基本码元的宽度得到 第一高度；2) 识读高度标线所在基础码元对应的辅编码中的顺序码，以该顺序 码对应的数值乘以基本码元的宽度得到第二高度；3) 识读高度标线所在基础码元的相对高度位置，以直读方法得出高 度标线至该基础码元下边界的距离作为第三高度； 4)以上述第一、第二和第三高度数据之和作为测量识读结果。
6. 根据权利要求5所述二維编码标尺的识读方法，其特征在于: 所述步骤3)中的直读方法为微分直读。
7. 根据权利要求5所述二维编码标尺的识读方法，其特征在于: 所述步骤3)中的直读方法为中值直读。
全文摘要
本发明涉及一种二维码标尺及其识读方法，属于测绘仪器技术领域。该标尺的尺杆长度方向标有由等宽基本码元上下循环排列构成的主编码，基本码元由明暗交替的条纹构成，主编码一侧为预定进制码上下排列构成的辅编码，相邻两预定进制码为一对，分属不同类别，一类是分组循环的顺序码，同组顺序码由下至上按序排布，另一类是组别码，与同组各顺序码配对的组别码相同，不同组顺序码对应的组别码由下至上按组递增，每对预定进制码的边界分别与相邻基本码元的边界对齐。采用本发明后，主编码和辅编码规律简单，信息量大，可靠性高，由于回避了复杂运算，所以解码可以十分快捷，精度高，即使远距离测量，也能得到准确的结果，制造成本明显降低。
文档编号G01C5/00GK101131331SQ200710132030
公开日2008年2月27日 申请日期2007年9月10日 优先权日2007年9月10日
发明者樊小鹏 申请人:王源仁