專利名稱：二維碼標尺及其識讀方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測繪輔助器件，尤其是一種數字式測繪儀器的標 尺改進，同時還涉及其識讀方法，屬于測繪儀器技術領域。
技術背景據申請人了解，目前數字式電子水準儀之類測試儀器的解碼原理主要有相關法、幾何法和相位法。相關法的典型代表是瑞士的Leica 儀器，其外在特征是標尺直接以二進制進行明暗編碼；幾何法的典型 代表是Trimble儀器，其外在特征是標尺采用雙相位二進制進行編碼; 相位法的典型代表是日本的T0PC0N和S0KKIA的儀器，其外在特征是 標尺條碼由若干組編碼寬度受不同周期的正弦調制的碼序組成。為了實現數字式電子水準儀的國產化進程，國內也開展了這方面 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 弦調制編碼法，專利申請?zhí)?00510019465.2的中國專利爿>開了相位 調制載碼相位法，等等。上述各種現有用于數字式電子水準儀的條碼均只有一維，主要通 過一維碼元的碼寬按預定規(guī)律變化蘊藏對應高度信息，測量時直接從 一維碼得到讀數。其結果，不僅使得碼元的規(guī)律日趨復雜，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。當測距較大或者外界干擾光線較強時，容易導致誤讀。 發(fā)明內容本發(fā)明要解決技術問題是針對以上現有技術存在的缺點，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尺，同時 纟合出其i口、讀方法。為了解決以上技術問題，本發(fā)明的二維編碼標尺包括尺桿，所述 尺桿長度方向標有由等寬基本碼元上下循環(huán)排列構成的主編碼，所述 基本碼元由明暗交替的條紋構成，其改進之處在于所述主編碼一側 為預定進制碼上下排列構成的輔編碼，相鄰兩預定進制碼為一對，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 序碼對應的組別碼由下至上按組遞增，每對預定進制碼的邊界分別與 相鄰基本碼元的邊界對齊。測量時，當高度標線落定在主編碼的某一基礎碼元中后，識讀時 的步驟為1) 識讀高度標線所在基礎碼元對應的輔編碼中的組別碼，以該組別 碼對應的數值與各組循環(huán)碼的碼數之積乘以基本碼元的寬度得到第 一高度；2) 識讀高度標線所在基礎碼元對應的輔編碼中的順序碼，以該順序 碼對應的數值乘以基本碼元的寬度得到第二高度；3) 識讀高度標線所在基礎碼元的相對高度位置，以直讀方法得出高 度標線至該基礎碼元下邊界的距離作為第三高度；4) 以上述第一、第二和第三高度數據之和作為測量識讀結果。以上步驟3 )中高度標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 直接讀出高度標線與基礎碼元邊界的距離。此外也可以采用中值直讀 等其它方法解碼識讀。本發(fā)明的進一步完善是，所述的主編碼和輔編碼之間還設有分割 線。這樣可以使主編碼和輔編碼的邊界分明，更便于識讀。而預定進 制宜選擇二進制。不難看出，本發(fā)明與現有技術相比，具有以下顯著優(yōu)點1、 主編碼和輔編碼的有機結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，回避了諸如相關法 的二維(此處的"二維"為數學算法，與本發(fā)明的二維編碼無 關)相關、相位法的傅立葉變換等復雜運算，解碼快捷精準；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 明顯降低了數字式電子水準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，因此即使遠距離測量，也能得到準確的結果。


下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。 圖1為本發(fā)明實施例一的結構示意圖。 圖2為本發(fā)明實施例二的結構示意圖。 圖3為本發(fā)明實施例三的結構示意圖。 圖4為水準;〖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. 二進制組別碼部分；4. 二進制順序碼部分；5.分割線； 6. 二進制組別碼對應lt值；7. 二進制順序碼對應數值；8.高度標線； 9.條碼標尺；10.水準儀水平高度標線；ll.水準儀物鏡；12.水準儀 影像傳感器。圖5為微分直讀的數學原理圖。圖6為中值直讀的數學原理圖。
具體實施方式
實施例一 本實施例的二維編碼標尺如圖1所示，尺桿長度方向左側標有由 等寬基本碼元上下循環(huán)排列構成的主編碼(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。主編碼的右側為二進制 碼上下排列構成的輔編碼(也叫粗碼)，黑色表示0，白色表示l。相 鄰兩二進制碼為一對，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。每對預定進制碼的邊 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2m,最長視距可達140m,全 尺總長為196*40=7840mm。也可以預定a-13 mm ，基本碼寬26mm，最 短視距可達l. 5m,最長視距可達100m，全尺總長為196*26=5096mm, 完全可滿足水準尺5000mm的要求。主編碼和輔編碼之間設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，將上述標尺9豎立在目標地點，. 水準儀水平高度標線10透過水準儀物鏡11投射到水準儀影像傳感器 (CCD) 12上。當高度標線落定在圖1所示主編碼基礎碼元的黑色條紋1中后， 水準儀識讀時的步驟為1)識讀高度標線所在基礎碼元對應的輔編碼中的組別碼，以該組別 碼對應的數值2與各組循環(huán)碼的碼數14之積乘以基本碼元的寬度40 得到第一高度2*14*40=1120mm; 2) 識讀高度標線所在基礎碼元對應的輔編碼中的順序碼，以該順序 碼對應的數值11乘以基本碼元的寬度40得到第二高度440ram;3) 識讀高度標線所在基礎碼元的相對高度位置，以微分直讀方法得 出高度標線至該基礎碼元下邊界的距離作為第三高度g-26iMi;4) 以上述第一、第二和第三高度數據之和1586薩作為測量識讀結果。由于基本碼元寬度一定且已知，因此基本碼元在水準儀影像傳感 器上的成像寬度可以測出。而水準儀望遠鏡的焦距是一定值，所以根 據相似三角形的比例關系就可以求出^L距。以上步驟3)中微分直讀的原理是由于水準儀影像傳感器的光 學系統(tǒng)分辨率受限，故黑白條紋邊界經過光學系統(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，從而得到高度標線至該基礎 碼元下邊界的準確距離g。由于采用本實施例的二維碼后，輔編碼寬度比現有一維碼的碼元 寬很多，因此容易分辯，可以避免誤讀，可靠性高，尤其當遠距離測 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，可以回避復雜算法，解碼十分速度快、精度高。并且基于該編碼 的標尺結構簡單，相應數字式電子水準儀光學系統(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，從而得到高度標線至該基礎碼元下邊界的 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，預定進 制也可以采用除二進制之外的其它進制。凡采用等同替換或等效變換 形成的技術方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。
權利要求
1.一種二維編碼標尺，包括尺桿，所述尺桿長度方向標有由等寬基本碼元上下循環(huán)排列構成的主編碼，所述基本碼元由明暗交替的條紋構成，其特征在于所述主編碼一側為預定進制碼上下排列構成的輔編碼，相鄰兩預定進制碼為一對，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，不同組順序碼對應的組別碼由下至上按組遞增，每對預定進制碼的邊界分別與相鄰基本碼元的邊界對齊。
2. 根據權利要求1所述二維編碼標尺，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艮據權利要求2所述二維編碼標尺，其特征在于所述基本 碼元的明暗條紋寬度相等，所述預定進制碼為二進制碼。
4. 根據權利要求3所述二維編碼標尺，其特征在于所述基本 碼元由兩對以上的明暗條紋構成。
5. 根據權利要求l所述二維編碼標尺的識讀方法，其特征在于 當高度標線落定在主編碼的某一基礎碼元中后，識讀時的步驟為1) 識讀高度標線所在基礎碼元對應的輔編碼中的組別碼，以該組別 碼對應的數值與各組循環(huán)碼的碼數之積乘以基本碼元的寬度得到 第一高度；2) 識讀高度標線所在基礎碼元對應的輔編碼中的順序碼，以該順序 碼對應的數值乘以基本碼元的寬度得到第二高度；3) 識讀高度標線所在基礎碼元的相對高度位置，以直讀方法得出高 度標線至該基礎碼元下邊界的距離作為第三高度； 4)以上述第一、第二和第三高度數據之和作為測量識讀結果。
6. 根據權利要求5所述二維編碼標尺的識讀方法，其特征在于: 所述步驟3)中的直讀方法為微分直讀。
7. 根據權利要求5所述二維編碼標尺的識讀方法，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尺及其識讀方法，屬于測繪儀器技術領域。該標尺的尺桿長度方向標有由等寬基本碼元上下循環(huán)排列構成的主編碼，基本碼元由明暗交替的條紋構成，主編碼一側為預定進制碼上下排列構成的輔編碼，相鄰兩預定進制碼為一對，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，不同組順序碼對應的組別碼由下至上按組遞增，每對預定進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，由于回避了復雜運算，所以解碼可以十分快捷，精度高，即使遠距離測量，也能得到準確的結果，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)先權日2007年9月10日
發(fā)明者樊小鵬 申請人:王源仁