专利名称：数字水准仪的制作方法
技术领域：
该发明属于测量仪器制造领域。
背景技术：
发明专利200410061193. 8 (本人发明)和98125342. 3分别以比例调制编码法和宽度调制编码法非常巧妙地实现了快速解码，然而从实际生成的产品的性能看，其视距适应 力指标仍然存在需要提升的空间。比例调制编码法以20mm码元按4级码调制实现的视距比为120米/2米=60倍(博飞DAL数字水准仪的实测数据)，宽度调制编码法以16mm码元按6级码调制所实现的视距比为100米/1. 6米=62. 5倍(SDL30数字水准仪的指标数据)。这当然也是数字水准仪在最短视距指标上普遍不如传统光学水准仪的客观反映，因为数字水准仪是靠读取一段条码信息来实现解码，当距离太短时，标尺条码影象被放得太大，望远镜视场有限，所读取的条码码元个数太少，信息量太少，保证不了解码的唯一性，此时必须关闭测量以确保不出现错误結果。但如果将码元宽度缩短的确可以让最短视距更小却又顾及不了远距离图象分辨力，远视距指标必然也縮小，对视距比指标并无意义。这当然是传统光学水准仪不存在的技术瓶颈。虽然理论上讲，这ニ种编码方式都可以通过增加码的调制级数来増加单个码元所承载的信息量，进而实现更近的距离更短的码段可以解码，同时不影响远距离解码。但从实际实施的效果来看，要使单个码元承载的信息量提高一倍必然要求调制级数増加一倍，加之最窄条纹的宽度和最宽条纹宽度实际都是受限的(为确保百米视距条件下的条纹图象压缩太小时而不被淹没，最窄小条纹的宽度取值不能太小，通常取5_左右，以确保百米视距时有至少有ー个像素当量，最宽条纹宽度自然又因为码元间距和最窄条纹而受限)。这样条纹宽度变化或宽度比例变化的空间实际是十分有限的。对于比例调制编码法而言，以4级比例码为例，要使单个码元承载的信息量提高一倍则原来是4级码元要改为8级不同比例的码元。若码元宽度20mm，最窄条纹5mm，最宽条纹15mm，则需要在IOmm的差异之间设置8个不同的比例级数。对于宽度调制编码法而言，以6级宽度码为例，要使单个码元承载的信息量提高一倍则原来用6级码元要改为12级不同宽度的码元,若码元中心间距16mm,最窄码元4mm,最宽码元12_，则需要在8_的差异之间设置12个不同的宽度的级数。在短短的IOmm或8mm的宽度内要区分这么多微小差异的条纹，这对于标尺的设计、生产、检验来说简直太麻烦的事情，而且差异太小加之存在加工误差的原因，对解码可靠性甚至反而可能会带来不利。就是说，増加调制级数实现单个码元承载更多的信息已经没有潜力了。同时，由于现有数字水准仪几乎都完全包含有传统光学水准仪的全部部件，加上额外增加的电子部件成本，数字水准仪成本大大高于传统光学水准仪，不利于数字水准仪的推广普及，部件太多也不利于产品的可靠性。发明内容本实用新型为了解决以上矛盾，提供一种改进的数字水准仪，简单而有效。针对近距离时信息量偏少的缺陷，本专利提出了扩充编码技木。即在上述ニ种编码方式的基础上，将码元中按约定的规则加入细窄条纹码实现扩充编码，这种细窄条纹码在近距离时很容易被图象传感器分辨，使得近距离时码元承载的信息量大大提高，最短视距指标将下降，视距比将提高，同时短视距时的信息剰余量加大，检核条件增多，解码更可靠；而在远距离时因为图象传感器无法分辨这种细条纹，自然不会影响原有的远距离的解码能力。针对数字水准仪部件太多成本太高的缺陷，本专利利用数字水准仪已有的数码摄像系统直接取代原来的光学目镜监视系统，只需要使用面阵图象传感器和具有图象显示能力的屏幕即可，屏幕既显示图象也显示数据，节省了目镜、分划板、分光棱镜等部件。降低了 成本，结构变得更简单，便于设计生产，提高了可靠性。本实用新型的技术方案是ー种数字水准仪，包括主机和条码标尺，其特征是条码标尺的条形码由扩充比例码码元按约定的规则(比如伪随机序列)排列而成，即每个基本比例码码元由ー对明暗条纹组成，每个码元宽度相等，通过改变明暗条纹宽度比例实现基本编码，然后在此基础上按约定的规则(如有无，多少，宽窄、位置等)加入明或暗的细窄条纹得到扩充比例码，以扩充近距离时的条码图象信息量。ー种数字水准仪，包括主机和条码标尺，其特征是条码标尺的条形码由扩充宽度码码元按约定的规则(比如伪随机序列)排列而成，即每个基本宽度码码元由ー个暗(或明)条纹组成，相邻码元的中心距相等，通过改变码元的暗(或明)条纹的宽度来实现基本编码，然后在此基础上按约定的规则(如有无，多少，宽窄、位置等)加入明或暗的细窄条纹得到扩充宽度码，以扩充近距离时的条码图象信息量。ー种数字水准仪，包括主机和条码标尺，其特征在于其主机由物镜、调焦镜、光学补偿器、面阵图像传感器、电子测量系统、显示屏幕和机身构成，面阵图像传感器既是测量传感器也是照准监视传感器，电子屏幕既是数据显示屏，也是照准监视屏。其主机没有人工照准用的目镜、没有光学分划板、没有分光棱镜，而将面阵图象传感器安置于原来分划板的位置，直接用电子屏幕的显示图象实现照准监视。降低了成本，结构变得更简单，便于设计生产，提高了可靠性。如上所述的数字水准仪，其特征在于所述细窄条纹位于码元的正中心。如上所述的数字水准仪，其特征在于通过细窄条纹的有无来实现扩充比例码或扩充宽度码。如上所述的数字水准仪，其特征在于通过细窄条纹的不同位置来实现扩充比例码或扩充宽度码。如上所述的数字水准仪，其特征在于通过细窄条纹宽窄变化来实现扩充比例码或扩充宽度码。如上所述的数字水准仪，其特征在于通过细窄条纹的个数来实现扩充比例码或扩充宽度码。
图I是细窄条纹实现比例调制扩充编码的实施范例。图2是细窄条纹实现宽度调制扩充编码的实施范例。图3是现有数字水准仪的结构原理图。图4是省去目镜、分划板和分 光棱镜后的数字水准仪结构原理图。
具体实施方式
图I是通过细窄条纹的有无来实现扩充比例码的实施范例。码兀宽度为20mm, 4 级黑白宽度比例 5mm/15mm、7. 5mm/12. 5mm、12. 5mm/7. 5mm 和15mm/5mm分别对应的比例码码元约定为0、1、2和3。将Imm宽度的细条纹嵌入到码元的中心使原来的灰度反相则分别对应的扩充比例码约定为4、5、6和7。这样ー个简单的细条纹的使用即把原有的基本码元级数提高了一倍。本范例中将细条纹约定在码元的中心，当然也可以把细条纹设置在其他约定的地方。譬如安置在黑条纹的中心(不是码元中心)或白条纹中心也是可以的，也可以安置在黑白交界处位于黑条纹的ー侧(黑条纹宽度减少Imm)或白条纹的ー侧(白条纹宽度减少1mm)，还可以安置在黑白交界正中心让细条纹在黑白条纹各占一半(黑条纹ー侧的O. 5mm变白，白条纹ー侧的O. 5_变黑)等等，无非是解码软件的设计中要按照先前约定的地方去进行探測而已。本范例中使用Imm细条纹,当然不一定必须绝对等于Imm,只要是满足小小于基础编码中的最窄条纹的宽度(本范例中是5mm)同时又能保证短距离时足够分辨就可以了。本范例中使用细窄条纹的有和无来实现扩充编码，当然还可以通过改变细窄条纹的宽窄实现扩充，譬如0. 5_和Imm ニ种。甚至细窄条纹宽窄变化还可以跟细窄条纹有和无相结合实现进一步扩充,譬如无细条纹、有O. 5mm细条纹和有Imm细条纹三种情况,从而把基础编码的信息量扩大三倍。本范例中使用细窄条纹的有和无来实现扩充编码，当然还可以通过改变细窄条纹的位置实现扩充编码，譬如黑条纹中心和白条纹中心ニ种。甚至细窄条纹位置变化还可以跟细窄条纹有和无相结合实现进一步扩充，譬如无细条纹、黑条纹中心有细条纹和白条纹中心有细条纹三种情况，从而把基础编码的信息量扩大三倍。本范例中使用的是单ー细窄条纹的有无实现扩充编码，当然还可以使用多个条纹。譬如无细条纹、有一根细条纹和有ニ根细条纹三种情况，从而把基础编码的信息量扩大三倍。当然条纹数目不能太多，不能影响基础编码的远距离识别。图2是细窄条纹的有无来实现扩充宽度码的实施范例。码元中心间距为20mm，4级黑条纹宽度5mm、7. 5mm、12. 5mm和15mm分别对应的宽度码码元约定为0、1、2和3。将Imm宽度的细条纹白码嵌入到黑条纹的中心则分别对应的宽度码码元约定为4、5、6和7。这样ー个简单的细条纹的使用即把原有的基本码元级数提
高了一倍。本范例中将细条纹约定在码元(黑条纹)的中心，当然也可以把细条纹设置在其他约定的地方。譬如安置在码元以外的反色条纹(本例为白条纹)中心，也可以安置在相邻码元几何中心间距(本例中为20mm)的对分处。无非是解码软件的设计中要按照先前约定的地方去进行探測而已。本范例中使用Imm细条纹,当然不一定必须绝对等于Imm,只要是满足小小于基础编码中的最窄条纹的宽度(本范例中是5mm)同时又能保证短距离时足够分辨就可以了。本范例中使用细窄条纹的有和无来实现扩充编码，当然还可以通过改变细窄条纹的宽窄实现扩充，譬如0. 5_和Imm ニ种。甚至细窄条纹宽窄变化还可以跟细窄条纹有和无相结合实现进一步扩充,譬如无细条纹、有O. 5mm细条纹和有Imm细条纹三种情况,从而把基础编码的信息量扩大三倍。本范例中使用细窄条纹的有和无来实现扩充编码，当然还可以通过改变细窄条纹的位置实现扩充，譬如码元中心位置和码元间距的对分处ニ种。甚至细窄条纹位置变化还可以跟细窄条纹有和无相结合实现进一步扩充，譬如无细条纹、码元中心位置有细条纹和码元间距的对分处有细条纹三种情况，从而把基础编码的信息量扩大三倍。
本范例中使用的是单ー细窄条纹的有无实现扩充编码，当然还可以使用多个条纹。譬如无细条纹、有一根细条纹和有ニ根细条纹三种情况，从而把基础编码的信息量扩大三倍。当然条纹数目不能太多，不能影响基础编码的远距离识别。总之，利用细窄条纹扩充信息量提高比例码和宽度码的近距离解码能力都属于本发明的创意范围。图3是现有数字水准仪的结构原理图。图4是本专利省去目镜、分划板和分光棱镜后的数字水准仪结构原理图。图象传感器为面阵，显示器为图象显示屏。显然，图4原理更简単，成本更低，可靠性更高。
权利要求1.一种数字水准仪，包括主机和条码标尺，其特征是条码标尺的条形码由扩充比例码码元按约定的规则排列而成，即每个基本比例码码元由一对明暗条纹组成，每个码元宽度相等，通过改变明暗条纹宽度比例实现基本编码，然后在此基础上按约定的规则加入明或暗的细窄条纹得到扩充比例码，以扩充近距离时的条码图象信息量。
2.一种数字水准仪，包括主机和条码标尺，其特征是条码标尺的条形码由扩充宽度码码元按约定的规则排列而成，即每个基本宽度码码元由一个暗或明条纹组成，相邻码元的中心距相等，通过改变码元的暗或明条纹的宽度来实现基本编码，然后在此基础上按约定的规则加入明或暗的细窄条纹得到扩充宽度码，以扩充近距离时的条码图象信息量。
3.如权利要求I或2所述的数字水准仪，其特征在于所述细窄条纹位于码元的正中心。
专利摘要本实用新型的数字水准仪，包括主机和条码标尺，其特征是条码标尺的条形码由比例码或宽度码码元按约定的规则排列而成，然后在此基础上按约定的规则加入明或暗的细窄条纹得到扩充比例码或扩充宽度码，以扩充近距离时的条码图象信息量。从而大大提高近距离测量时的图象信息量，改善数字水准仪的近距离测量特性，同时也不对远距离测量特性产生影响。
文档编号G01C5/00GK202442703SQ20112051834
公开日2012年9月19日 申请日期2011年12月13日 优先权日2011年12月13日
发明者叶晓明 申请人:武汉新川测绘科技有限公司