本发明涉及数字水准仪条码标尺的编码技术领域，特别是涉及一种数字水准仪条码标尺的编码方法及装置。
背景技术：
数字水准仪测量系统由条码标尺和主机两部分构成。其中，条码标尺由宽度相等或不等的黑白条码按照某种编码规则进行有序排列而成，这些黑白条码的排列方法的不同就构成了不同的条码标尺。数字水准仪中的条码标尺在很大程度上影响高程测量的精度，因此，改进数字水准仪条码标尺的编码方法，可以在根本上提高数字水准仪的测试精度。
技术实现要素：
本发明提供一种数字水准仪条码标尺的编码方法，用于解决高程测量时的测量精度不高的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种数字水准仪条码标尺的编码方法，所述方法包括：
步骤一：根据测量要求，确定视距范围、视距段和与所述视距段对应的条码区，并根据所述视距段的视距，计算能成像于图像传感器上的所述条码区的实际高度h、实际宽度d以及图像传感器对于所述条码区的最小分辨尺寸x；
步骤二：根据h、d、x以及条码标尺的总长度，分别确定条码标尺中所述不同宽度范围的条码区中的条码种类个数k、条码值与条码宽度的对应关系、相邻条码间距l、条码区内条码总个数n、每个码区内条码的个数m、码区的个数n-m+1；
步骤三：对每一个所述条码区，分别设定k个条码值，从所述k个条码值中选取m个条码值，所述m个条码值依次所对应的m个条码作为第一个码区；
步骤四：分别根据每一个所述第一个码区，依次生成n-m+1个分别有m个条码的码区，所述码区形成含有n个条码的条码区；其中，所述形成的含有n个条码的条码区构成条码标尺。
本发明的有益效果是：根据测量范围，将视距分段，每段采用不同的码型，既考虑到望远镜视场的条码个数要求又照顾到了远距离测量时对于分辨率的要求，编码方案简单易行。其中，码区作为识别条码视高的最小条码段，连续的m个条码组成一个码区，将这m个条码的条码值之间的顺序作为码区编号，若数字水准仪条码标尺上共有n个条码，连续的m个条码组成一个码区，则码区数量为n-m+1个。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述步骤一，确定视距范围后，还将所述视距范围划分为多个视距段，所述多个视距段分别对应不同宽度范围的条码区，并根据每个所述视距段的最小视距和最大视距以及图像传感器的分辨率，分别计算能成像于图像传感器上的条码标尺上不同宽度范围的条码区的实际高度h和实际宽度d以及图像传感器对于不同宽度范围的条码区的最小分辨尺寸x。
进一步，所述步骤三还将所述m个条码值依次存入数组c，所述第一个码区存入数组code；所述步骤四将数组code中第y-1(2≤y≤n-m+2)个码区的第二个条码至第y-1个码区的最后一个条码依次作为第y个码区的条码，其中，所述第y-1个码区的最后一个条码为第y个码区的第m-1个条码，然后从k种条码中选取一种条码作为第y个码区的第m个条码，得到第y个含有m个条码的码区，将所述码区与数组code中的码区逐一比较，若无相同码区，则将所述码区存入数组code，将所述码区的第m个条码对应的条码值存入数组c，确定数组c中的条码值所对应的条码总数是否达n个，若条码总数为n个，则编码结束，若条码总数不足n个，则重复此步骤，如有相同码区，则重复此步骤，其中，选取每个码区的第m个条码时是按照条码对应的条码值从小到大的顺序进行依次选择。
本发明的进一步有益效果是：对测量范围划分不同的视距段，精确计算每个视距段的最大视距和最小视距所对应的能成像于图像传感器上的条码区的实际高度和实际宽度以及图像传感器对于不同宽度范围的条码区的最小分辨尺寸，并根据这些精确计算的对应每个视距段的条码区的各参数值进行移位编码，提高了条码标尺的精确度，进而提高了高程测量的精度。
进一步，所述条码种类个数为在所述每个条码区内不同宽度的条码的个数；根据所述条码种类个数k，使用k进制对应的整数分别定义不同宽度的条码的条码值。
本发明的进一步有益效果是：由于条码种类越少，越利于码区种类的区分，又每一个码区中的条码数目少，而便于解码，因此在编码时，根据条码种类个数确定进制数，提高了条码标尺的精确度，进而提高了高程测量的精度。
进一步，所述视距范围为2米到100米，分为两个视距段，分别为2～10米和10～100米，所述不同宽度范围的条码区根据所述两个视距段分为第一条码区和第二条码区，所述第一条码区和所述第二条码区分别以所述条码标尺的竖直中心对称分布。
本发明的进一步有益效果是：由于2米和100米相差较远，对2米到10米的视距进行高程测量时采用第一条码区，对10米到100米的视距进行高程测量时采用第二条码区，分别提高了远视距和近视距上高程测量的精度，方便易行。
进一步，所述条码标尺的总长度为3米；所述条码标尺的总宽度为22～26mm，其中，所述条码标尺的外侧设有与所述条码垂直的宽度为1.5～2.5mm的长条，且所述长条与所述第二条码区的所述条码连接。
本发明的进一步有益效果是：设定条码标尺总宽度，以及在条码标尺的左右边缘两侧设有对称的长条，该对称的长条可定义为参考码区，与参考码区相连的为粗条码区，便于快速定位条码区位置以及计算视距。
本发明还提供了一种数字水准仪条码标尺的编码装置，包括：
计算模块，用于根据测量要求，确定视距范围、视距段和与所述视距段对应的条码区，根据所述视距段的视距，计算能成像于图像传感器上的所述条码区的实际高度h、实际宽度d以及图像传感器对于所述条码区的最小分辨尺寸x，并根据h、d、x以及条码标尺的总长度，分别确定条码标尺中所述不同宽度范围的条码区中的条码种类个数k、条码值与条码宽度的对应关系、相邻条码间距l、条码区内条码总个数n、每个码区内条码的个数m、码区的个数n-m+1；
第一编码发生器，用于对每一个所述条码区，分别设定k个条码值，从所述k个条码值中选取m个条码值，所述m个条码值依次所对应的m个条码作为第一个码区；
第二编码发生器，用于分别根据每一个所述第一个码区，依次生成n-m+1个分别有m个条码的码区，所述码区形成含有n个条码的条码区；其中，所述形成的含有n个条码的条码区构成条码标尺。
本发明的有益效果是：根据测量范围，将视距分段，每段采用不同的码型，既考虑到望远镜视场的条码个数要求又照顾到了远距离测量时对于分辨率的要求，编码方案简单易行。
进一步，所述计算模块，用于确定视距范围后，还将所述视距范围划分为多个视距段，所述多个视距段分别对应不同宽度范围的条码区，并根据每个所述视距段的最小视距和最大视距以及图像传感器的分辨率，分别计算能成像于图像传感器上的条码标尺上不同宽度范围的条码区的实际高度h和实际宽度d以及图像传感器对于不同宽度范围的条码区的最小分辨尺寸x。
进一步，所述第一编码发生器还用于将所述m个条码值依次存入数组c，所述第一个码区存入数组code。
进一步，所述第二编码器还用于将数组code中第y-1(y≥2)个码区的第二个条码至第y-1个码区的最后一个条码依次作为第y个码区的条码，其中，所述第y-1个码区的最后一个条码为第y个码区的第m-1个条码，然后从k种条码中选取一种条码作为第y个码区的第m个条码，得到第y个含有m个条码的码区，将所述码区与数组code中的码区逐一比较，若无相同码区，则将所述码区存入数组code，将所述码区的第m个条码对应的条码值存入数组c，确定数组c中的条码值所对应的条码总数是否达n个，若条码总数为n个，则编码结束，若条码总数不足n个，则重复此步骤，如有相同码区，则重复此步骤，其中，选取每个码区的第m个条码时是按照条码对应的条码值从小到大的顺序进行依次选择。
本发明的进一步有益效果是：根据测量范围划分不同的视距段，计算模块精确计算每个视距段的最大视距和最小视距所对应的能成像于图像传感器上的条码区的实际高度和实际宽度以及图像传感器对于不同宽度范围的条码区的最小分辨尺寸，第一编码发生器和第二编码发生器根据精确计算的对应每个视距段的条码区的各参数值进行移位编码，提高了条码标尺的精确度。
附图说明
图1为本发明实施例一所述的一种水准仪条码标尺的编码方法的示意性流程图；
图2为本发明实施例二所述的一种水准仪条码标尺的编码方法的示意性流程图；
图3为图2所示的一种水准仪条码标尺的编码方法中的步骤310和步骤410的流程示意图；
图4为图3所示的步骤310和步骤410的码区示意图；
图5为本发明实施例三所述的一种基于面阵ccd的水准仪条码标尺的编码方法的示意性流程图；
图6为本发明实施例三的一种基于面阵ccd的水准仪条码标尺的编码装置的示意性结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例一
如图1所示，一种水准仪条码标尺的编码方法的示意性流程图，包括：
100，根据测量要求，确定视距范围、视距段和与视距段对应的条码区，并根据视距段的视距，计算能成像于图像传感器上的条码区的实际高度h、实际宽度d以及图像传感器对于条码区的最小分辨尺寸x。
200，根据h、d、x以及条码标尺的总长度，分别确定条码标尺中不同宽度范围的条码区中的条码种类个数k、条码值与条码宽度的对应关系、相邻条码间距l、条码区内条码总个数n、每个码区内条码的个数m、码区的个数n-m+1。
300，对每一个条码区，分别设定k个条码值，从该k个条码值中选取m个条码值，m个条码值依次所对应的m个条码作为第一个码区。
400，分别根据每一个第一个码区，依次生成n-m+1个分别有m个条码的码区，码区形成含有n个条码的条码区；其中，形成的含有n个条码的条码区构成条码标尺。
实施例二
如图2所示，一种水准仪条码标尺的编码方法的示意性流程图，包括：
110，确定视距范围后，还将视距范围划分为多个视距段，多个视距段分别对应不同宽度范围的条码区，并根据每个视距段的最小视距和最大视距以及图像传感器的分辨率，分别计算能成像于图像传感器上的条码标尺上不同宽度范围的条码区的实际高度h和实际宽度d以及图像传感器对于不同宽度范围的条码区的最小分辨尺寸x。
210，根据h、d、x以及条码标尺的总长度，分别确定条码标尺中不同宽度范围的条码区中的条码种类个数k、条码值与条码宽度的对应关系、相邻条码间距l、条码区内条码总个数n、每个码区内条码的个数m、码区的个数n-m+1。
310，对每一个条码区，分别设定k个条码值，从k个条码值中选取m个条码值，该m个条码值依次所对应的m个条码作为第一个码区，将m个条码值依次存入数组c，第一个码区存入数组code。
410，将数组code中第y-1(2≤y≤n-m+2)个码区的第二个条码至第y-1个码区的最后一个条码依次作为第y个码区的条码，其中，第y-1个码区的最后一个条码为第y个码区的第m-1个条码，然后从k种条码中选取一种条码作为第y个码区的第m个条码，得到第y个含有m个条码的码区，将码区与数组code中的码区逐一比较，若无相同码区，则将码区存入数组code，将码区的第m个条码对应的条码值存入数组c，确定数组c中的条码值所对应的条码总数是否达n个，若条码总数为n个，则编码结束，若条码总数不足n个，则重复此步骤，如有相同码区，则重复此步骤，其中，选取每个码区的第m个条码时是按照条码对应的条码值从小到大的顺序进行依次选择。
根据测量范围，将视距分段，精确计算每个视距段的最大视距和最小视距所对应的能成像于图像传感器上的条码区的实际高度和实际宽度，每段采用不同的条码区，并计算图像传感器对于不同宽度范围的条码区的最小分辨尺寸，该分段编码技术既考虑到望远镜视场的条码个数要求又照顾到了远距离测量时对于分辨率的要求，并根据精确计算的对应每个视距段的条码区参数进行移位编码，提高了条码标尺的精确度，编码方案简单易行。其中，条码区内的码区作为识别条码视高的最小条码段，连续的m个条码组成一个码区，将这m个条码的条码值之间的顺序作为码区编号，若数字水准仪条码标尺上共有n个条码，连续的m个条码组成一个码区，则码区数量为n-m+1个，另外，条码区之间，其条码区内的条码的宽度范围不同。
具体的，在该实施例中，步骤310和步骤410可通过计算机编码程序来实现，如图3所示，该编码程序可由步骤310和步骤410的流程示意图来表示。
具体的，在该实施例中，步骤310和步骤410的编码过程为条码区的形成过程，如图4所示，该过程可由步骤310和步骤410的码区示意图来表示。
实施例三
本发明还提供了一种基于面阵ccd的水准仪条码标尺的编码方法的另一实施例，如图5所示，包括：
120，视距范围为2米到100米，分为2米到10米和10米到100米两个视距段，相应地，条码区分为细条码区和粗条码区，根据ccd分辨率和光学成像原理，当视距分别为2米、10米和100米时，计算得到：能成像于ccd上的条码标尺上的实际高度h分别为19.2mm、96mm和960mm以及实际宽度d分别为25.6mm、128mm和1280mm，ccd的最小分辨尺寸x分别为0.032mm、0.16mm和1.6mm。
220，根据计算得到的h、d、x以及条码标尺的总长3米，在细条码区内，确定条码种类个数为4种、每个码区内条码的个数为5个、相邻条码间距为3mm、细条码区内条码总个数为1000个，根据条码种类个数采用四进制，以数字1到4代表条码的条码值，条码宽度对应关系为：1～0.6mm，2～1.2mm，3～1.8mm，4～2.4mm；在粗条码区内，确定条码种类个数为3种、每个码区内条码的个数为5个、相邻条码间距为16mm、粗条码区内条码总个数为187.5个，根据条码种类个数采用三进制，以数字1到3代表条码的条码值，条码宽度对应关系为：1～4mm，2～8mm，3～12mm。
320，对细条码区，首先产生5个条码值，5个条码值对应的5个条码形成细条码区的第一个码区，将对应的5个条码值和第一个码区分别存入数组c和数组code；对粗条码区，首先产生5个条码值，5个条码值对应的5个条码形成粗条码区的第一个码区，将对应的5个条码值和第一个码区分别存入数组c和数组code。
420，对细条码区，从第y-1(2≤y≤996)个码区的第二个条码开始，连续到第y-1(2≤y≤996)个码区的最后一个条码，依次作为下一个码区的条码，其中，最后一个条码为第y(2≤y≤996)个码区的第4个条码，然后从4种条码中选取一个条码作为下一个码区的第5个条码，得到下一个含有5个条码的码区，将该码区与数组code中的码区逐一比较，若无相同码区，则将该码区存入数组code，将条码值存入数组c，确定数组c中的条码总数是否达1000个，若满足，则编码结束，若还不满足，则重复此步骤，如有相同码区，则重复此步骤，其中，选取每个码区的第5个条码时是按照条码对应的条码值从小到大的顺序进行依次选择；对粗条码区，从第y-1(2≤y≤183.5)个码区的第二个条码开始，连续到第y-1(2≤y≤183.5)个码区的最后一个条码，依次作为第y(2≤y≤183.5)个码区的条码，其中，最后一个条码为下一个码区的第2个条码，然后从3种条码中选取一个条码作为下一个码区的第5个条码，得到下一个含有5个条码的码区，将该码区与数组code中的码区逐一比较，若无相同码区，则将该码区存入数组code，将条码值存入数组c，确定数组c中条码总数是否达187.5个，若满足，则编码结束，若还不满足，则重复此步骤，如有相同码区，则重复此步骤，其中，选取每个码区的第5个条码时是按照条码对应的条码值从小到大的顺序进行依次选择。
需要说明的是，在该实施例中，对于细条码区和粗条码区，编码方法是一样的，可以依次先对细条码区进行编码，然后再对粗条码区进行编码，或者先对粗条码区进行编码，然后再对细条码区进行编码。条码种类个数为在每个条码区内不同宽度的条码的个数。ccd为mvc3000ccd摄像机，象元尺寸为3.2μm*3.2μm，分辨率为800*600，望远镜镜头焦距为f＝200mm。
另外，细条码区和粗条码区分别于条码标尺的竖直中心对称分布，用于校正像差，提高测量精度。各条码区内的条码的颜色为黑色，各条码之间为白色长条，采用黑白颜色搭配，易于观察区分。其次，条码标尺的总宽度为24mm，其中，条码标尺的左右两外侧设有与条码垂直的2mm宽的黑色长条，且黑色长条与粗条码区连接，便于在测量时快速定位条码区位置以及计算视距。粗条码区的条码在条码标尺的竖直中心的左右两侧，其长度均为8mm，与粗条码区连接且位于条码标尺的中间位置的为细条码区，细条码区也与条码标尺的竖直中心左右对称，但条码标尺的竖直中心位于细条码区内，细条码区内的每个条码的长度为4mm。
需要说明的是，在步骤120中，光学成像原理为：
在步骤220中，细码区采用4进制码，连续抽取5次形成一个码区，则可形成1024条条码，每两个条码之间的水平间距为3mm，则对于3m长的条码标尺，需要1000条，满足要求。以数字1到4代表条码值，打印出来其条码宽度对应关系为1-0.6mm，2-1.2mm，3-1.8mm，4-2.4mm。在视距最近处，即视距为2米时，ccd在高度方向对应条码标尺的实际高度为19.2mm，由于每个码区有5条条码，每两条条码之间水平间距为3mm,则每个码区的高度为18mm，该实际高度19.2mm大于18mm，故细码区在视场中至少会有5条以上完整的条码，满足要求，宽度方向为25.6mm，大于条码宽度24mm，满足要求；在过渡区，即视距为10m处，通过计算可得在视距为10m时ccd的最小分辨率，并计算可得最窄条码(宽度为0.6mm)所占像素数大于1，也满足要求，其中，最窄条码所占像素数为最窄条码宽度与视距在10m时图像传感器的最小分辨尺寸的比值。
另外，粗码区采用3进制码，连续抽取5次形成一个码区，则可形成243条条码，每两个条码之间的水平间距为16mm，则对于3m长的条码标尺，需要187.5条，满足要求。以数字1到3代表条码值，打印出来其条码宽度对应关系为1-4mm，2-8mm，3-12mm。在粗码最近处，即视距为10m时，ccd在高度方向对应条码标尺的实际高度为96mm，正好是4条条码的高度，故粗码区在ccd视场中至少会有3条以上完整的条码，宽度方向也大于条码宽度24mm，满足要求；在最远处，即视距为100m处，通过计算可得在视距为100m时ccd的最小分辨率，并计算可得最窄条码(宽度为4mm)所占像素数大于1,也满足要求。其中，最窄条码所占像素数为最窄条码宽度与视距在100m时图像传感器的最小分辨尺寸的比值。
由于2米和100米相差较远，对2米到10米的视距进行高程测量时采用细条码区，细条码区的条码中心间距小，保证近距离时视场中有足够的条码个数；对10米到100米的视距进行高程测量时采用粗条码区，粗条码区的条码中心距离大，保证了远距离时ccd的分辨率达标，因此该方法提高了远视距和近视距上高程测量的精度，方便易行。
本发明实施例还提供一种基于图5的编码方法的编码装置，如图6所示，包括：
计算模块，用于根据视距范围为2米到100米，分为2米到10米和10米到100米两个视距段，相应地，条码区分为细条码区和粗条码区，根据ccd分辨率和光学成像原理，当视距分别为2米、10米和100米时，计算得到：能成像于ccd上的条码标尺上的实际高度h分别为19.2mm、96mm和960mm以及实际宽度d分别为25.6mm、128mm和1280mm，ccd的最小分辨尺寸x分别为0.032mm、0.16mm和1.6mm。又根据计算得到的h、d、x以及条码标尺的总长度3米，在细条码区内，确定条码种类个数为4种、每个码区内条码的个数为5个、相邻条码间距为3mm、细条码区内条码总个数为1000个，根据条码种类个数采用四进制，以数字1到4代表条码的码值，条码宽度对应关系为：1～0.6mm，2～1.2mm，3～1.8mm，4～2.4mm；在粗条码区内，确定条码种类个数为3种、每个码区内条码的个数为5个、相邻条码间距为16mm、细条码区内条码总个数为187.5个，根据条码种类个数采用三进制，以数字1到3代表条码的码值，条码宽度对应关系为：1～4mm，2～8mm，3～12mm。
第一编码发生器，对细条码区，用于首先产生4个条码值，4个条码值对应的4个条码形成细条码区的第一个码区，将对应的4个条码值和第一个码区分别存入数组c和数组code；对粗条码区，用于首先产生3个条码值，3个条码值对应的3个条码形成粗条码区的第一个码区，将对应的3个条码值和第一个码区分别存入数组c和数组code。
第二编码发生器，对细条码区，用于从上一个码区的第二个条码开始，连续到上一个码区的最后一个条码，依次作为下一个码区的条码，其中，最后一个条码为下一个码区的第3个条码，然后从4种条码中选取一个条码作为下一个码区的第4个条码，得到下一个含有4个条码的码区，将该码区与数组code中的码区逐一比较，若无相同码区，则将该码区存入数组code，将条码值存入数组c，确定数组c中的条码总数是否达1000个，若满足，则编码结束，若还不满足，则重复此步骤，如有相同码区，则重复此步骤，其中，选取每个码区的第4个条码时是按照条码对应的条码值从小到大的顺序进行依次选择；对粗条码区，用于从上一个码区的第二个条码开始，连续到上一个码区的最后一个条码，依次作为下一个码区的条码，其中，最后一个条码为下一个码区的第2个条码，然后从3种条码中选取一个条码作为下一个码区的第3个条码，得到下一个含有3个条码的码区，将该码区与数组code中的码区逐一比较，若无相同码区，则将该码区存入数组code，将条码值存入数组c，确定数组c中条码总数是否达1000个，若满足，则编码结束，若还不满足，则重复此步骤，如有相同码区，则重复此步骤，其中，选取每个码区的第3个条码时是按照条码对应的条码值从小到大的顺序进行依次选择。
由于2米和100米相差较远，对2米到10米的视距进行高程测量时采用细条码区，细条码区的条码中心间距小，保证近距离测量时视场中有足够的条码个数；对10米到100米的视距进行高程测量时采用粗条码区，粗条码区的条码中心距离大，保证了远距离时ccd的分辨率达标，因此该方法提高了远视距和近视距上高程测量的精度，方便易行。
需要说明的是，本发明按照测量视距的远近，可以将视距段分为3个、4个或更多，相应的条码区会有3个、4个或更多，编码方法同上，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。