專利名稱：一種適用于數(shù)字水準儀的編碼系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬光學儀器領域，特別是一種適用于數(shù)字水準儀的編碼系統(tǒng)，主要應用于光學測 繪儀器和光學傳感領域。
背景技術：
在工程建設和大型設備的安裝調試中，廣泛使用數(shù)字水準儀作為測量工具。數(shù)字水準儀 以儀器本身作為原點，建立水平面，通過移動測量標尺，對被測量點距儀器的距離及高度偏 移量進行測量。高度偏移量就是標尺偏離儀器光軸的量。數(shù)字水準儀利用圖像處理技術，通 過對標尺上的編碼系統(tǒng)的識別，獲得距離和偏軸量信息。因此，標尺上的編碼系統(tǒng)的特性在 本質上決定著測量系統(tǒng)的特性。
由于數(shù)字水準儀要測量近到約l.S米，遠至約100米的區(qū)域，其圖像系統(tǒng)在近處只能看 到測量標尺上幾十毫米的區(qū)域，而在遠處可看到幾米的區(qū)域。在近處和遠處，圖像系統(tǒng)的分 辨率差的很大。這就要求刻劃在測量標尺上的編碼系統(tǒng)必須在很小的區(qū)域上給出標尺上各點 的絕對位置信息，而在遠處系統(tǒng)低分辨率的工作狀態(tài)下能給出高的圖像質量。要想再小的區(qū) 域上給出絕對位置信息，編碼系統(tǒng)中碼的寬度就必須小，而要在遠處有高的圖像質量，根據(jù) 采樣定理碼的寬度就必須寬，這是一對矛盾。目前已提出的編碼系統(tǒng)的實現(xiàn)思路都是采用同 一組碼進行遠處和近處的測量，通過改變碼的寬度或距離信息，標識碼的絕對位置信息。如 美國專利5887354、 5537200、 4715714 。目前提出的編碼思路由于要兼顧很近和很遠兩種極 端測量情況，必須對編碼系統(tǒng)的特性進行折中，這就造成數(shù)字水準儀獲得的圖像信號質量差、 影響測量精度。本發(fā)明的目的是提出一種適用于數(shù)字水準儀的用于距離和偏軸量測量的新編 碼系統(tǒng)，其特點是編碼系統(tǒng)由一組粗碼和一組細碼融合而成，其中細碼用于近距離的測量， 粗碼用于遠距離的測量。這就使每組碼的適用的測量區(qū)域變小，可根據(jù)各自的測量區(qū)域優(yōu)化 兩組碼，大幅提高數(shù)字水準儀獲得的圖像信號的質量，從而提高測量精度和測量距離。

發(fā)明內容
本發(fā)明的技術方案是編碼系統(tǒng)A由粗碼B和細碼C融合而成；粗碼B由沿直線等間 距排列的條形碼組成，條形碼的寬度可以取多個值，每個值代表條形碼所在位置的一種位置 編碼狀態(tài)，多個條形碼位置編碼狀態(tài)的組合表示每個條形碼的絕對位置信息，將條形碼存在 的區(qū)域由l表示，其它區(qū)域由0表示，粗碼B可表示成0和1兩個灰度值的一維信號；細碼 C由按一定規(guī)律排列的碼元組成，碼元有多種結構，細碼C可表示成0和1兩個灰度值的一 維信號；粗碼B和細碼C以下列方式融合成編碼系統(tǒng)A:若粗碼B-1、細碼C-1，則編碼系 統(tǒng)A-0;若粗碼B-1、細碼C-0，則編碼系統(tǒng)A-1;若粗碼B-0、細碼Ol，則編碼系統(tǒng)A-1; 若粗碼B-0、細碼C-0，則編碼系統(tǒng)A-0。
本發(fā)明的的其它技術特征為-
細碼C的第一個實現(xiàn)方案是，碼元沿直線等間距排列，間距為粗碼B中條形碼間距的一半；所說的碼元由兩個子條形碼組成，兩個子條形碼的對稱中心為碼元的中心；子條形碼存 在的區(qū)域由l表示，其它區(qū)域由0表示；兩個子條碼的寬度及間距可以取多個值，不同的值 代表碼元所在位置的不同的位置編碼狀態(tài)，兩個相鄰的碼元中的絕對位置編碼狀態(tài)的組合用 于表示每個碼元的絕對位置信息。
細碼C的第二個實現(xiàn)方案是，碼元沿直線等間距排列，間距為粗碼B中條形碼間距的一 半；所說的碼元由3個或3個以上的子條形碼組成，其中位于邊緣的兩個子條形碼的對稱中 心為碼元的中心，位于邊緣的兩個子條形碼的中心距離保持不變；子條形碼存在的區(qū)域由1 表示，其它區(qū)域由0表示；各子條形碼的寬度及位于中間的子條形碼到邊緣子條形碼的間距 可以取多個值，不同的值代表碼元所在位置的不同的位置編碼狀態(tài)，每個碼元中這些編碼狀 態(tài)值的組合用于表示碼元的絕對位置信息。
細碼C的第三個實現(xiàn)方案是，碼元沿直線等間距排列，間距為粗碼B中條形碼間距的一
半；所說的碼元有兩種結構，這兩種碼結構交替設置，其中一種碼元由2個或2個以上的子
條形碼組成，位于邊緣的兩個子條形碼的對稱中心為碼元的中心；各子條形碼的寬度及之間 的間距可以取多個值，另一種碼元為單一的條形碼，其寬度可以取多個值，不同的值代表碼 元所在位置的不同的位置編碼狀態(tài)；條形碼或子條形碼存在的區(qū)域由1表示，其它區(qū)域由0 表示;可以由單個碼元的編碼狀態(tài)給出每個碼元的絕對位置，也可以由相鄰兩個碼元的編碼 狀態(tài)的組合表示每個碼元的絕對位置。
細碼C的第四個實現(xiàn)方案是，碼元中的奇數(shù)序列碼元或偶數(shù)序列碼元沿直線等間距排列， 間距與粗碼B中條形碼的間距相同，另一個序列的碼元的位置是變化的，設置在粗碼B中分 隔兩個相鄰條形碼的區(qū)域上；所說的碼元由兩個子條形碼組成，兩個子條形碼的對稱中心為 碼元的中心；子條形碼存在的區(qū)域由1表示，其它區(qū)域由0表示；所說的兩個子條形碼的間
距及寬度可以取多個值，不同的值代表碼元所在位置的不同的位置編碼狀態(tài)，兩個相鄰的碼 元中的編碼狀態(tài)信息的組合用于表示每個碼元的絕對位置。
細碼c的第五個實現(xiàn)方案是，碼元中的奇數(shù)序列碼元或偶數(shù)序列碼元沿直線等間距排列， 間距與粗碼B中條形碼的間距相同，另一個序列的碼元的位置是變化的，設置在粗碼B中分 隔兩個相鄰條形碼的區(qū)域上；所說的碼元由3個或3個以上的子條形碼組成，其中位于邊緣 的兩個子條形碼的對稱中心為碼元的中心，位于邊緣的兩個子條形碼的中心距離保持不變； 子條形碼存在的區(qū)域由1表示，其它區(qū)域由0表示；所說的各子條形碼的寬度及位于中間的 子條形碼到邊緣條碼的間距可以取多個值，不同的值代表碼元所在位置的不同的位置編碼狀 態(tài)，每個碼元中這些位置編碼狀態(tài)值的組合用于表示碼元的絕對位置信息。
細碼C的第六個實現(xiàn)方案是,碼元中的奇數(shù)序列碼元或偶數(shù)序列碼元沿直線等間距排列， 間距與粗碼B中條形碼的間距相同，另一個序列的碼元的位置是變化的，設置在粗碼B中分 隔兩個相鄰條形碼的區(qū)域上；所說的碼元有兩種結構，這兩種碼結構交替設置，其中一種碼 元由2個或2個以上的子條形碼組成，位于邊緣的兩個子條形碼的對稱中心為碼元的中心； 各子條形碼的寬度及之間的間距可以取多個值；另一種碼元為單一的條形碼，其寬度可以取多個值；不同的值代表碼元所在位置的不同的位置編碼狀態(tài)；條形碼或子條形碼存在的區(qū)域 由1表示，其它區(qū)域由0表示；可以由單個碼元的位置編碼狀態(tài)給出每個碼元的絕對位置， 也可以由相鄰兩個碼元的位置編碼狀態(tài)的組合表示每個碼元的絕對位置。
細碼C中碼元的中心與粗碼B中間距相同的條形碼的中心重合。
本發(fā)明提出的適用于數(shù)字水準儀的編碼系統(tǒng)，可使兩組碼得到優(yōu)化，大幅提高測量信號 的質量，從而提高測量精度和測量距離。


圖1A是粗碼B的一種黑白兩灰度表示的結構圖 圖1B是圖1A所示粗碼B的沿垂直條碼方向的一維表示 圖2A是細碼C的第一種黑白兩灰度表示的結構圖 圖2B是圖2A所示細碼C的沿垂直條碼方向的一維表示
圖3A是圖1A所示粗碼B和圖2A所示細碼C融合后形成的編碼系統(tǒng)A的一種黑白兩 灰度表示的結構圖
圖3B是圖3A所示編碼系統(tǒng)A的沿垂直條碼方向的一維表示
圖4是細碼C的第二種結構圖沿垂直條碼方向的一維表示
圖5是圖1B所示粗碼B和圖4所示細碼C融合后形成的編碼系統(tǒng)A的一維表示
圖6是細碼C的第三種結構圖沿垂直條碼方向的一維表示
圖7是圖1B所示粗碼B和圖6所示細碼C融合后形成的編碼系統(tǒng)A的一維表示
圖8是細碼C的第四種結構圖沿垂直條碼方向的一維表示
圖9是圖1B所示粗碼B和圖8所示細碼C融合后形成的編碼系統(tǒng)A的一維表示
圖10是細碼C的第五種結構圖沿垂直條碼方向的一維表示
圖11是圖IB所示粗碼B和圖10所示細碼C融合后形成的編碼系統(tǒng)A的一維表示 圖12是細碼C的第六種結構圖沿垂直條碼方向的一維表示
圖13是圖IB所示粗碼B和圖12所示細碼C融合后形成的編碼系統(tǒng)A的一維表示
圖14是用于確定細碼碼元位置的圖示
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明
圖1A是按本發(fā)明所提出的粗碼B的實施方案給出的一種黑白兩灰度表示的結構圖，圖 1B是圖1A所示粗碼B的沿垂直條碼方向的一維表示。其中黑色單一條碼用1表示，黑色條 碼等間距排列。圖中表示的黑色條碼的碼條寬度有三個不同的值，連續(xù)的多個條媽的寬度狀 態(tài)組合起來表示各條碼的絕對位置信息，條碼中心間距作為測量基準。就圖中表示的條碼片 斷，絕對位置信息按下列方式給出碼寬最窄的條碼作為碼頭，用于識別幾個連續(xù)的用于位 置編碼的條碼，碼寬最寬的條碼狀態(tài)表示位置編碼1，另一個寬度的條碼狀態(tài)表示位置編碼0，
6在圖中，緊接碼頭的連續(xù)7個碼元給出1001011的絕對位置碼，即在128個絕對編碼序列中 的第107號，進一步，這個碼組中每個條碼在具體位置就可確定。
圖2A是按本發(fā)明所提出的細碼C的第一種實施方案給出的一種黑白兩灰度表示的結構 圖，圖2B是圖2A所示細碼C的沿垂直條碼方向的一維表示。其中兩個黑色細條碼表示碼元, 兩條碼的對稱中心為碼元的中心，碼元的中心等間距排列，間距為圖1所示粗碼B中條形碼 間距的一半，作為測量基準。這種碼元中，子條碼的寬度和間距是可變的，兩個碼元聯(lián)合起 來形成一個兩位的多進制的絕對位置編碼。假設每個碼元中子條碼間距和寬度有IO種變化， 兩個碼元結合就可以給出100個絕對編碼位。
圖3A是圖1A所示粗碼B和圖2A所示細碼C融合后形成的編碼系統(tǒng)A的一種黑白兩 灰度表示的結構圖，圖3B是圖3A所示編碼系統(tǒng)A的沿垂直碼條方向的一維表示。
圖4是按本發(fā)明所提出的細碼C的集二種實施方案給出的細碼C的一種結構圖沿垂直碼 條方向的一維表示。其中碼元由三個子條碼表示，位于邊緣的兩個子條碼的對稱中心為碼元 的中心，位于邊緣的兩個子條碼的中心距不變，用作測量基準。碼元的中心等間距排列，間 距為圖1所示粗碼B中條形碼間距的一半。這種碼元中，子條碼的寬度和中間子條碼到邊緣 子條碼的間距是可變的，每個碼元的這些狀態(tài)信息用于絕對位置編碼。假如每個碼元的中間 子碼的寬度取3個值，中間子碼到邊緣子條碼的間距取30個值，則每個碼元可以提供90個 絕對位置編碼，考慮到與粗碼融合后形成的編碼系統(tǒng)的陰陽碼結構，可以提供180個絕對位 置編碼。
圖5是圖1B所示粗碼B和圖4所示細碼C融合后形成的編碼系統(tǒng)A的一維表示。
圖6是按本發(fā)明所提出的細碼C的第三種實施方案給出的細碼C的一種結構圖沿垂直碼 條方向的一維表示。其中碼元有兩種結構，第一種碼元由兩個子條碼表示，兩個子條碼的對 稱中心為碼元的中心，第二種碼元為單一條碼。這兩種碼元等間距交替設置，間距為圖1所 示粗碼B中條形碼間距的一半，用作測量基準。第一種碼元中子條碼的寬度和間距是可變的， 第二種條碼的寬度也可以取多個值。絕對位置編碼的第一種方法是只用第一種碼元進行絕對 位置編碼，第二種方法是用第一種碼元和第二種碼元聯(lián)合進行絕對位置編碼。假如第一個碼 元的子碼的寬度取2個值，子條碼的間距取30個值，第二個碼元的的寬度取2個值，兩個碼 元聯(lián)合起來可以提供120個絕對位置編碼。
圖7是圖1B所示粗碼B和圖6所示細碼C融合后形成的編碼系統(tǒng)A的一維表示。
圖8是按本發(fā)明所提出的細碼C的第四種實施方案給出的細碼C的沿垂直碼條方向的一 維表示。其中碼元由兩個黑色細條碼表示，兩條碼的對稱中心為碼元的中心。奇數(shù)序列的碼 元等間距排列，間距與圖1所示粗碼B中條形碼的間距相同。偶數(shù)序列的碼元中心設置在兩 個相鄰粗碼碼元中間區(qū)域的中心位置上。這種碼元中，子條碼的寬度和間距是可變的，兩個 碼元聯(lián)合起來形成一個兩位的多進制的絕對位置編碼。假設每個碼元中子條碼間距和寬度有 IO種變化，兩個碼元結合就可以給出IOO個絕對編碼位。
圖9是圖1B所示粗碼B和圖8所示細碼C融合后形成的編碼系統(tǒng)A的一維表示。圖10是按本發(fā)明所提出的細碼c的第五種實施方案給出的細碼c的一種結構圖沿垂直
碼條方向的一維表示。其中碼元由三個子條碼表示，位于邊緣的兩個子條碼的對稱中心為碼
元的中心，位于邊緣的兩個子條碼的中心距不變，用作測量基準。細碼c中奇數(shù)序列的碼元
的中心等間距排列，間距與圖1所示粗碼B中條形碼的間距相同。偶數(shù)序列的碼元中心設置 在兩個相鄰粗碼碼元中間區(qū)域的中心位置上。這種碼元中，子條碼的寬度和中間子條碼到邊 緣子條碼的間距是可變的，每個碼元的這些狀態(tài)信息用于絕對位置編碼。假如每個碼元的中 間子碼的寬度取3個值，中間子碼到邊緣子條碼的間距取30個值，則每個碼元可以提供90 個絕對位置編碼，考慮到與粗碼融合后形成的編碼系統(tǒng)的陰陽碼結構，可以提供180個絕對 位置編碼。
圖11是圖1B所示粗碼B和圖10所示細嗎C融合后形成的編碼系統(tǒng)A的一維表示。
圖12是按本發(fā)明所提出的細碼C的第六種實施方案給出的細碼C的一種結構圖沿垂直 碼條方向的一維表示。其中碼元有兩種結構，第一種碼元由兩個子條碼表示，兩個子條碼的 對稱中心為碼元的中心，第二種碼元為單一條碼。這兩種碼元交替設置。其中第一種碼元序 列等間距排列，間距與圖1所示粗碼B中條形碼的間距的相等。第二種碼元設置在兩個相鄰 粗碼碼元中間區(qū)域的中心位置上。第一種碼元中子條碼的寬度和間距可變，第二種碼元中條 碼的寬度也可以取多個值。第一種絕對位置編碼方法是只用第一種碼元進行絕對位置編碼， 第二種絕對位置編碼方法是用第一種碼元和第二種碼元聯(lián)合進行絕對位置編碼。假如第一個 碼元的子碼的寬度取2個值，子條碼的間距取30個值，第二個碼元的的寬度取2個值，兩個 碼元聯(lián)合起來可以提供120個絕對位置編碼。
圖13是圖1B所示粗碼B和圖12所示細碼C融合后形成的編碼系統(tǒng)A的一維表示。
細碼C的后三種實施方案與前三種實施方案相比，差異在于前三種方案中碼元等間距排 列，而后三種方案中偶數(shù)或奇數(shù)序列中的碼元不是等間距排列。后三種實施方案的設置方法 中一個碼序列中碼元的位置與粗碼B相關，其好處是在測量中細碼對兩個相鄰粗碼的影響相 同，但是細碼的位置須存儲起來，增加識別過程中的信號處理量。
在上述粗碼和細碼的融合過程中，粗碼B和細碼C的融合規(guī)律為若粗碼B=l、細碼 C-l，則碼A-O;若粗碼B-1、細碼C-O，則碼組A爿;若粗碼B-O、細碼Ol，則碼組A-1; 若粗碼B-O、細碼OO，則碼組A-O。并且，細碼C中間距與粗碼B中條形碼間距相同的碼 元的中心與粗碼B中條形碼的中心重合。顯然，細碼C以陰陽碼的狀態(tài)鑲嵌在粗碼B中。這 種融合帶來的一個好處是將細碼中用于絕對編碼的兩個碼元自動區(qū)分開來，明確了兩個碼元 的相對關系。此外，這種編碼系統(tǒng)中粗碼間距大，碼條寬，用于遠距離的測量，細碼碼條細， 間距小，用于近處的測量。在后面的實施例中我們會進一步看到，由于粗碼和細碼特征明顯， 在識別過程中很容易分離，粗碼和細碼間基本可以做到互不影響。
在本發(fā)明提出的細碼的第四、第五和第六種實施方案中，細碼中的一個序列的碼元的位 置由相鄰的兩個粗碼的碼寬決定，圖14給出了確定細碼碼元位置關系的示意圖。圖中以P表
示粗碼的間距，以D!表示左邊相鄰粗碼碼寬，以D2表示右邊相鄰粗碼碼寬，以Dc表示細碼到左邊相鄰粗碼的位置，Dc可由下列關系求得-
Dc=P/2+Di/4-D2/4。 (1) 下面結合上述實施方案，給出一些具體的編碼系統(tǒng)設計實例。
本發(fā)明的第一個實施例給出一種用于數(shù)字水準儀測量標尺的編碼系統(tǒng)的結構和參數(shù)。在 本實施例中，粗碼B按圖1給出的實施方案實現(xiàn)，碼元間距設計為38毫米，碼寬取ll、 18、 24三個值。將碼寬為11的碼元作為碼頭，用于識別位置編碼序列的起始位，將碼寬為18的 碼元作為位置編碼的0狀態(tài)，將碼寬為24的碼元作為位置編碼的1狀態(tài)。用一個碼頭和5個 連續(xù)的碼元組成絕對位置編碼單元。每個編碼單元所占的空間位置約為190毫米，5個碼元 組成的編碼單元可以給出32個絕對位置，可以形成的編碼區(qū)域位6080毫米。在本實施例中 細碼C采用圖2所示細碼的第一實施方案的結構，碼元等間距排列，碼元間距設計為19毫 米。碼元由兩個子條碼組成，編碼信息由碼元中兩個子碼的中心距表示。設子碼寬2毫米， 子碼間距變化為0.3毫米，子碼間距取值為2.5、 2.8、 3.1、 3.4、 3.7、 4、 4.3、 4.6、 4.9、 5.2、 5.5、 5.8、 6.1、 6.4、 6.7、 7，共16個狀態(tài)。兩位碼共可形成256個絕對位置，可以對4864 毫米的空間進行絕對位置編碼。為了便于識別，本實施例中粗碼和細碼都是按由小到大的順 序連續(xù)編碼。粗碼和細碼融合后可以對約4864毫米的空間進行絕對位置編碼。由于融合后形
成陰陽碼結構，細碼的兩個編碼位被自動加以區(qū)分。用于數(shù)字水準儀的標尺的碼系統(tǒng)可以從 本編碼系統(tǒng)中按標尺的長度，任意截取一個區(qū)域。
本發(fā)明的第二個實施例給出一種用于數(shù)字水準儀測量標尺的編碼系統(tǒng)的結構和參數(shù)。在 本實施例中粗碼B按圖l給出的實施方案實現(xiàn)，碼元的間距設計為74毫米，碼寬取24、 34、 44三個值。將碼寬為24的碼元作為碼頭，用于識別位置編碼序列的起始位，將碼寬為34的 碼元作為位置編碼的0狀態(tài)，將碼寬為44的碼元作為位置編碼的1狀態(tài)。用一個碼頭和4個 連續(xù)的碼元組成絕對位置編碼單元。每個編碼單元所占的空間位置約為296毫米，4個碼元 組成的編碼單元可以給出16個絕對位置，可以形成的編碼區(qū)域位4736毫米。本實施例中細 碼C采用圖4所示細碼的第二實施方案的結構，碼元等間距排列，碼元間距設計為37毫米。 碼元由三個子碼條組成，兩個邊緣子碼的間距為20毫米，作為測量基準，邊緣子碼寬度為2 毫米。編碼信息由中間子碼到一個邊子碼的距離和中間子碼寬度聯(lián)合表示。將中間子碼寬取 2、 3毫米。子碼寬取2時碼間距取值從3到13.2，間距為0.3，共35個狀態(tài)。子碼寬取3時 碼間距取值從4到14.2，間距為0.3，共35個狀態(tài)?？紤]到陰陽結構，共可形成140個絕對 位置，可以對5180毫米的區(qū)域進行絕對位置編碼。粗碼和細碼融合后可以對約4736毫米的 空間進行絕對位置編碼。用于數(shù)字水準儀的標尺的碼系統(tǒng)可以從本編碼系統(tǒng)中按標尺的長度， 任意截取一個區(qū)域。
本發(fā)明的第三個實施例給出一種用于數(shù)字水準儀測量標尺的編碼系統(tǒng)的結構和參數(shù)。在 本實施例中，粗碼B按圖1給出的實施方案實現(xiàn)，碼元的間距設計為40毫米，碼寬取12、 20、 32三個值。將碼寬為12的碼元作為碼頭，用于識別位置編碼序列的起始位，將碼寬為 20的碼元作為位置編碼的0狀態(tài)，將碼寬為32的碼元作為位置編碼的1狀態(tài)。用一個碼頭和5個連續(xù)的碼元組成絕對位置編碼單元。每個編碼單元所占的空間位置約為200毫米，5 個碼元組成的編碼單元可以給出32個絕對位置，可以形成的編碼區(qū)域位6400毫米。本實施 例中細碼C采用圖6所示細碼的第三實施方案的結構，碼元等間距排列，碼元間距設計為20 毫米。這種細碼有兩種碼元結構，第一種碼元由兩個子碼條組成，第二種碼元時一個單一條 碼。將第一種碼元中碼條的寬度分別取為1、 1. 5和2毫米，當碼條寬度為1毫米時，兩個子 碼的間距從1.5毫米變化到7.3毫米，間隔0.2毫米，共30個狀態(tài)；當碼條寬度為1.5毫米 時，兩個子碼的間距從2毫米到7.8毫米，間隔0.2毫米，共30個狀態(tài)；當碼條寬度為2毫 米時，兩個子碼的間距從2.5毫米到8.3毫米，間隔0.2毫米，共30個狀態(tài)。將第二種碼元 中碼條的寬度分別取為1、 1.5和2毫米。兩種碼元聯(lián)合可以形成270個絕對位置，可以對 5400毫米的區(qū)域進行絕對位置編碼。粗碼和細碼融合后可以對約5400毫米的空間進行絕對 位置編碼。用于數(shù)字水準儀的標尺的碼系統(tǒng)可以從本編碼系統(tǒng)中按標尺的長度，任意截取一 個區(qū)域。
本發(fā)明的第四個實施例給出一種用于數(shù)字水準儀測量標尺的編碼系統(tǒng)的結構和參數(shù)。在 本實施例中，粗碼B按圖1給出的實施方案實現(xiàn)，碼元的間距設計為40毫米，碼寬取12、 20、 32三個值。將碼寬為12的碼元作為碼頭，用于識別位置編碼序列的起始位，將碼寬為 20的碼元作為位置編碼的0狀態(tài)，將碼寬為32的碼元作為位置編碼的1狀態(tài)。用一個碼頭 和5個連續(xù)的碼元組成絕對位置編碼單元。每個編碼單元所占的空間位置約為200毫米，5 個碼元組成的編碼單元可以給出32個絕對位置，可以形成的編碼區(qū)域位6400毫米。本發(fā)明 的第四個實施例中細碼C采用圖12所示細碼的第六實施方案的結構。這種細碼有兩種碼元 結構，第一種碼元由兩個子碼條組成，第二種碼元時一個單一條碼。將第一種碼元中碼條的 寬度分別取為1、 1. 5和2毫米，當碼條寬度為1毫米時，兩個子碼的間距從1. 5毫米變化到 7.3毫米，間隔0.2毫米，共30個狀態(tài)；當碼條寬度為1.5毫米時，兩個子碼的間距從2毫 米到7.8毫米，間隔0.2毫米，共30個狀態(tài)；當碼條寬度為2毫米時，兩個子碼的間距從 2.5毫米到8.3毫米，間隔0.2毫米，共30個狀態(tài)。將第二種碼元中碼條的寬度分別取為1、 1.5和2毫米。這些碼元中，第一種碼元等間距排列，間距為40毫米。第二種碼元的設置， 取決于兩個相鄰粗碼元的寬度，按公式(1)計算。在本例中，若某細碼元左邊粗碼寬度為 12，右邊粗碼寬度為20，則該細碼元到左邊粗碼的中心間距為18;若某細碼元左邊粗碼寬度 為20，右邊粗碼寬度為12,則該細碼元到左邊粗碼的中心間距為22;若某細碼元左邊粗碼 寬度為12，右邊粗碼寬度為32，則該細碼元到左邊粗碼的中心間距為15;若某細碼元左邊 粗碼寬度為32，右邊粗碼寬度為12，則該細碼元到左邊粗碼的中心間距為25;若某細碼元 左邊粗碼寬度為20，右邊粗碼寬度為32，則該細碼元到左邊粗碼的中心間距為17;若某細 碼元左邊粗碼寬度為32，右邊粗碼寬度為20，則該細碼元到左邊粗碼的中心間距為23;若 某細碼元左右兩邊粗碼寬度相等，則細碼元到左邊粗碼的中心間距為20。按該方法計算出的 細碼的位置需以表的形式保存，在編碼系統(tǒng)識別過程中作為測量基準。兩種碼元聯(lián)合可以形 成270個絕對位置，可以對5400毫米的區(qū)域進行絕對位置編碼。粗碼和細碼融合后可以對約
5400毫米的空間進行絕對位置編碼。用于數(shù)字水準儀的標尺的碼系統(tǒng)可以從本編碼系統(tǒng)中按
10標尺的長度，任意截取一個區(qū)域。
從上面四個實施例給出的參數(shù)可以看出，本發(fā)明給出的編碼系統(tǒng)中，細碼得寬度要遠小 于粗碼的寬度，又由于陰陽狀態(tài)的標識，使得用于近處測量的細碼和用于遠處測量的粗碼很 容易分離，這對于編碼系統(tǒng)參數(shù)的識別是非常有益的。
權利要求
1.一種適用于數(shù)字水準儀的編碼系統(tǒng)，其特征是編碼系統(tǒng)A由粗碼B和細碼C融合而成；粗碼B由沿直線等間距排列的條形碼組成，條形碼的寬度可以取多個值，每個值代表條形碼所在位置的一種位置編碼狀態(tài)，多個條形碼位置編碼狀態(tài)的組合表示每個條形碼的絕對位置信息，將條形碼存在的區(qū)域由1表示，其它區(qū)域由0表示，粗碼B可表示成0和1兩個灰度值的一維信號；細碼C由按一定規(guī)律排列的碼元組成，碼元有多種結構，細碼C可表示成0和1兩個灰度值的一維信號；粗碼B和細碼C以下列方式融合成編碼系統(tǒng)A若粗碼B＝1、細碼C＝1，則編碼系統(tǒng)A＝0；若粗碼B＝1、細碼C＝0，則編碼系統(tǒng)A＝1；若粗碼B＝0、細碼C＝1，則編碼系統(tǒng)A＝1；若粗碼B＝0、細碼C＝0，則編碼系統(tǒng)A＝0。
2. 根據(jù)權利要求1所述的細碼C，其特征是所說的碼元沿直線等間距排列， 間距為粗碼B中條形碼間距的一半；所說的碼元由兩個子條形碼組成，兩 個子條形碼的對稱中心為碼元的中心；子條形碼存在的區(qū)域由l表示，其它區(qū)域由0表示；兩個子條碼的寬度及間距可以取多個值，不同的值代表碼元所在位置的不同的位置編碼狀態(tài)，兩個相鄰的碼元中的絕對位置編碼 狀態(tài)的組合用于表示每個碼元的絕對位置信息。
3. 根據(jù)權利要求1所述的細碼C，其特征是所說的碼元沿直線等間距排列， 間距為粗碼B中條形碼間距的一半；所說的碼元由3個或3個以上的子條 形碼組成，其中位于邊緣的兩個子條形碼的對稱中心為碼元的中心，位于 邊緣的兩個子條形碼的中心距離保持不變;子條形碼存在的區(qū)域由l表示， 其它區(qū)域由0表示；各子條形碼的寬度及位于中間的子條形碼到邊緣子條形碼的間距可以取多個值，不同的值代表碼元所在位置的不同的位置編碼 狀態(tài)，每個碼元中這些編碼狀態(tài)值的組合用于表示碼元的絕對位置信息。
4. 根據(jù)權利要求1所述的細碼C，其特征是所說的碼元沿直線等間距排列， 間距為粗碼B中條形碼間距的一半；所說的碼元有兩種結構，這兩種碼結 構交替設置，其中一種碼元由2個或2個以上的子條形碼組成，位于邊緣 的兩個子條形碼的對稱中心為碼元的中心；各子條形碼的寬度及之間的間 距可以取多個值，另一種碼元為單一的條形碼，其寬度可以取多個值，不 同的值代表碼元所在位置的不同的位置編碼狀態(tài)；條形碼或子條形碼存在的區(qū)域由l表示，其它區(qū)域由0表示；可以由單個碼元的編碼狀態(tài)給出每個碼元的絕對位置，也可以由相鄰兩個碼元的編碼狀態(tài)的組合表示每個碼 元的絕對位置。
5. 根據(jù)權利要求1所述的細碼C，其特征是所說的碼元中的奇數(shù)序列碼元或 偶數(shù)序列碼元沿直線等間距排列，間距與粗碼B中條形碼的間距相同，另 一個序列的碼元的位置是變化的，設置在粗碼B中分隔兩個相鄰條形碼的區(qū)域上；所說的碼元由兩個子條形碼組成，兩個子條形碼的對稱中心為碼 元的中心；子條形碼存在的區(qū)域由l表示，其它區(qū)域由0表示；所說的兩 個子條形碼的間距及寬度可以取多個值，不同的值代表碼元所在位置的不 同的位置編碼狀態(tài)，兩個相鄰的碼元中的編碼狀態(tài)信息的組合用于表示每 個碼元的絕對位置。
6. 根據(jù)權利要求1所述的細碼C，其特征是所說的碼元中的奇數(shù)序列碼元或 偶數(shù)序列碼元沿直線等間距排列，間距與粗碼B中條形碼的間距相同，另 一個序列的碼元的位置是變化的，設置在粗碼B中分隔兩個相鄰條形碼的 區(qū)域上；所說的碼元由3個或3個以上的子條形碼組成，其中位于邊緣的 兩個子條形碼的對稱中心為碼元的中心，位于邊緣的兩個子條形碼的中心 距離保持不變；子條形碼存在的區(qū)域由1表示，其它區(qū)域由0表示；所說 的各子條形碼的寬度及位于中間的子條形碼到邊緣條碼的間距可以取多 個值，不同的值代表碼元所在位置的不同的位置編碼狀態(tài)，每個碼元中這 些位置編碼狀態(tài)值的組合用于表示碼元的絕對位置信息。
7. 根據(jù)權利要求1所述的細碼C，其特征是所說的碼元中的奇數(shù)序列碼元或 偶數(shù)序列碼元沿直線等間距排列，間距與粗碼B中條形碼的間距相同，另 一個序列的碼元的位置是變化的，設置在粗碼B中分隔兩個相鄰條形碼的 區(qū)域上；所說的碼元有兩種結構，這兩種碼結構交替設置，其中一種碼元 由2個或2個以上的子條形碼組成，位于邊緣的兩個子條形碼的對稱中心 為碼元的中心；各子條形碼的寬度及之間的間距可以取多個值；另一種碼 元為單一的條形碼，其寬度可以取多個值；不同的值代表碼元所在位置的 不同的位置編碼狀態(tài)；條形碼或子條形碼存在的區(qū)域由1表示，其它區(qū)域 由0表示；可以由單個碼元的位置編碼狀態(tài)給出每個碼元的絕對位置，也 可以由相鄰兩個碼元的位置編碼狀態(tài)的組合表示每個碼元的絕對位置。
8. 根據(jù)權利要求1所述的粗碼B和細碼C的融合，其特征是所說的細碼C 中碼元的中心與粗碼B中間距相同的條形碼的中心重合。
全文摘要
本發(fā)明提出一種適用于數(shù)字水準儀的編碼系統(tǒng)。編碼系統(tǒng)A由粗碼B和細碼C融合而成；粗碼B和細碼C可表示成0和1兩個灰度值的一維信號；粗碼B和細碼C以下列方式融合成編碼系統(tǒng)A若粗碼B＝1、細碼C＝1，則編碼系統(tǒng)A＝0；若粗碼B＝1、細碼C＝0，則編碼系統(tǒng)A＝1；若粗碼B＝0、細碼C＝1，則編碼系統(tǒng)A＝1；若粗碼B＝0、細碼C＝0，則編碼系統(tǒng)A＝0。該編碼系統(tǒng)的特點是細碼用于近距離的測量，粗碼用于遠距離的測量。這就使每組碼的適用的測量區(qū)域變小，可根據(jù)各自的測量區(qū)域優(yōu)化兩組碼，從而提高數(shù)字水準儀獲得的圖像信號的質量。
文檔編號G01C9/00GK101672662SQ200810150848
公開日2010年3月17日 申請日期2008年9月8日 優(yōu)先權日2008年9月8日
發(fā)明者強 方 申請人:強 方