专利名称：一种适用于测量的条码及测量仪器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数字式测绘仪器的条码改进，属于测绘仪器技术领域。
背景技术：
目前数字电子水准仪之类测量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，其外在特征是标尺的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。另外，还有日本S0KKIA的双向随机码，其外在特征是标尺条码的距 离为等距、宽度为不同的多进制编码。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的中国专利公开了等距相位调制载码相位法，专利申请号200810150848. 7 的中国专利公开了一种适用于数字水准仪的编码系统，等等。上述各种现有用于数字式电子水准仪的编码主要的只有一维，通过一维码元的明 或暗条码的宽度按预定规律变化蕴藏对应高度信息，测量时直接从一维条码得到读数。其 结果，不仅使得码元的规律日趋复杂，解码程序日渐繁琐，而且对码元的制造精度要求很 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。但其优点是条 码尺的宽度小，有利于制造。本人于2007年发明了一种二维码标尺及识读方法，其授权公告号为 CN100491927C。该方法虽然编码简单，精测精度高，但粗码识别复杂，故算法复杂，且条码尺 的宽度比一维条码尺的宽度大一倍，不利于条码尺的制造。

发明内容
本发明的目的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 靠、可以有效避免以上缺点，并具有其优点的适用于测量的条码及测量仪器。本发明的技术方案一种适用于测量的条码，每个码元都由一对明暗条纹构成，明 暗顺序一致。如图1所示码元宽度为a，明条纹的宽度为b，暗条纹的宽度为c，a = c+b, 也可以，明条纹的宽度为c，暗条纹的宽度为b，a = c+b。码元的宽度至少有两种，不同宽度 的码元称为宽度码。码元内的暗条纹与明条纹的比例至少有两种，不同比例的码元称为比 例码。每一种码元同时具有宽度码与比例码两种属性，称这种码为混合码。多个混合码的 连续排列，组成一个码元组，表示一个编码，多个不同的码元组按约定的规律排列，构成数 字水准仪的条码尺或电子经纬仪的条码盘，其中的码元组表示了唯一的位值。这种约定的 规律保证在条码上任一段的码元组不重复。其特征在于码元的宽度至少有两种，码元内的 暗条纹与明条纹的比例至少有两种，每一种码元同时具有宽度码与比例码两种属性。
如上所述的一种适用于测量的条码，a = ai; a2, a3,…屮，...an。η为码元的宽度 的个数，Bi为码元的可取宽度值，即，宽度码。如上所述的一种适用于测量的条码，c/b = &，&，&，-Ki,…km。m为码元内的 暗条纹与明条纹比例的个数，或码元内的明条纹与暗条纹比例的个数，Ki为码元内的可取 的明暗条纹比例值，即，比例码。如上所述的一种适用于测量的条码，用码元的宽度的个数和码元内的暗条纹与明 条纹比例的个数共同组成其编码。取&和 中在远距可识别的一部分作为远距时的编码； 取Ki和 中在近距可识别的一部分作为为其近距时的编码。 如图1所示，取η = 2，m = 9。请看实施例一。一种数字水准仪，其特征在于使用了符合上述条码的条码尺。一种电子经纬仪或一种全站仪，其特征在于使用了符合上述条码的条码盘。测量时，当水准仪水平视线落在条码尺中某一码元中，识读时的步骤为1)识读水准仪水平视线所在码元对应的码元组，以该码元组对应的高度值为粗测 值。因码元组是唯一的，故可以查表得到对应的高度值和对应的码元组的实际长度，在CCD 上测得的对应的码元组的长度与对应的码元组的实际长度之比，就是水准仪在这个位值上 的放大率。2)识读水准仪水平视线与所在码元对应的码元组的相对高度，以直读方法得到水 准仪水平视线至该码元组的下边界的距离作为第二高度。在CCD上测得的对应的码元组的 下边界与水准仪水平视线之间的长度乘以以上得到的放大率的倒数就是码元组的相对高度。3)以上述第一、第二高度数据之和作为测量识读结果。视距解算由于识读1)，得到了放大率，又由于水准仪望远镜的焦距是一定值，根 据相似三角形的比例关系就可以求出视距。如图2，图5所示。以上步骤2)水准仪水平视线与所在码元对应的码元组的相对高度直接识读方法 很多。最常用的是微分直读，即用一阶微分法确定明暗边缘，从而直接读出水准仪水平视线 至该码元组的下边界的距离。此外也可以采用中值直读等其它方法解码识读。


下面结合附图对本发明作进一步的说明。图1为本发明码元结构示意图。图2为本发明实施例一、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为本发明实施例四的结构示意图。图5为水准仪测量示意图。图6为微分直读的数学原理图。图7为中值直读的数学原理图。以上图中圆符号中序号的含义分别为1.明条纹；2.暗条纹；3.远距码元组的长 度值；4.近距码元组的长度值；5.近距码元组到水准仪水平视线的相对高度；6.远距码 元组高度值；7.近距码元值；8.远距码元值；9.近距码元组高度值；10.水准仪水平视线高度；11.远距码元组到水准仪水平视线的相对高度；12.水准仪水平视线；13.条码尺； 14.水准仪物镜；15.水准仪影像传感器；16.像距；17.物距；18.比例码；19.宽度码。一 对明暗条纹1和2构成一个码元。
具体实施例方式实施例一本实施例的条码尺，如图1、图2、所示，宽度码有两种，al = 20，a2 = 16，比例码 有 9 种，k0 = 0. 33，kl = 0. 455，k2 = 0. 6，k3 = 0. 78，k4 = 1，k5 = 1. 29，k6 = 1. 67，k7 =2. 2，k8 = 3。选取宽度码al，a2作为远距时的条码，al表示1，a2表示0，即为二进制 条码，选取比例码k0，到k8，作为近距时的条码，k0，到k8，依次表示为0，1，…，7，8，即为9 进制条码。对于远距时的条码用9位二进制，编码总计共有29 = 512个，全尺总长近似为 512*(al+a2)/2 = 9216mm。对于近距时的条码用3位9进制，宽度码a2，Ki只能选取1到7，7种状态，宽度码 al，&可选0到8，9种状态，故条码总计至少有73 = 343个，全尺总长近似为343* (al+a2) /2 =6174mm。对于远距指大于8米，两种宽度码宽度差5mm，在100米时完全可分辨。对于近距 指小于等于8米，k0到k8的差在0. 1以上，完全可分辨，最短可到1. 5米。不论近距与远距，条码方向可按尺长最小到最大进行，最大方向为高位，最小方向 为低位，也可相反。实际测量时的情形如图5所示，将上述的条码尺13竖立在目标地点，水准仪水平 视线12透过水准仪物镜14投射到水准仪影像传感器(CXD) 15上。当水准仪水平视线落定 在图2所示位值时，水准仪识读时的步骤如下所示。对于远距时1)识读水准仪水平视线所在码元对应的码元组，即码元组的编码=180，经查表 得知此码元组对应的高度值，如500mm，查表可得到对应的码元组的实际长度，160mm。在 (XD上测得对应的码元组的长度，进而得出水准仪在这个位值上的放大率B。2)识读水准仪水平视线与所在码元对应的码元组的相对高度，在CCD上测得的对 应的长度L，即相对高度=L/B = 79mm。3)以上述第一、第二高度数据之和作为测量识读结果。即高度=500+79 = 579mm.对于近距时，同理。以上步骤2)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，故黑白条纹边界经过光学系统成像后不明显，而呈现明暗过渡的带宽，即边界面存在一 定斜率，无法准确确定明暗边界的位置。用一阶微分得到如图6所示的最下边的微分曲线 就可以消除边界面的斜率，即可精密确定明暗边界的位置。码元组由于采用本实施例的编码后，条码宽度比现有一维码的码元宽，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。同时由于是一维码，比 用二维编码的条码尺的宽度窄，故条码尺的制造成本显著下降。
实施例二参考图2、图3，本实施例的基本情况与实施例一类同，不同之处在于，选取宽度码 al、a2和比例码& < 1、& > 1，作为远距时的条码。& < 1有k0、kl、k2、k3，& > 1有k5， k6，k7，k8。al表示1，a2表示0，& < 1表示2，& > 1表示3，即为四进制条码。由于& < 1与& > 1差别大于0. 5，故在远处可识别。在近距时，选取比例码k0、kl、k2、k3、k5、 k6、k7、k8为近距时的条码，依次表示为0，1，... 6，7，即八进制。在远距时k0、kl、k2、k3被 识别为小于1，作为远距时的条码2 ；在近距时被识别为k0、kl、k2、k3，作为近距时的条码。 在远距时k5、k6、k7、k8被识别为大于1，作为远距时的条码3 ；在近距时被识别为k5、k6、 k7、k8，作为近距时的条码。选取比例码& < 1、& > 1作为远距时的条码，同样也可选取比例码& < R、Ki > R作为远距时的条码，选取R值，只要在远处能识别即可。远距时的条码用5位四进制，条码总计共有45 = 1024个，全尺总长近似为 1024* (al+a2)/2 = 18432mm。近距时，选用三位八进制，对于宽度码a2，&只有6种取值，故条码总计至少有 63+104 = 320 个，全尺总长近似为 320*(al+a2)/2 = 5760mm。实施例三如图3所示，本实施例的基本情况与实施例一类同，不同之处在于，选取宽度码 al、a2作为远距时的条码。al表示1，a2表示0，即为二进制条码。在近处时，选取有限制 的比例码作为近距时的条码，这种限制就是当码元的宽度码为al时，仅选取& < R的比 例码，有k0到k3种条码，四种状态；当码元的宽度码为a2时仅选取& > R的比例码，有k5 到k7种条码，三种状态。总的近距时的条码可表示为两个4进制，就是8进制。这里，选取 R = 1。对于远距时的条码用9位二进制，总的条码总计共有29 = 512个，全尺总长近似 为 512*(al+a2)/2 = 9216mm。对于近距时的条码用3位8进制，对于宽度码a2，Ki只能选取5到7，3种状态，对 于宽度码al，&可选0到3，4种状态，故条码总计至少有63+104 = 320个，全尺总长近似为 320*(al+a2)/2 = 5760mm。这种码元多了一个校验条件，S卩，识读到al时，如果同时& < 1，才可确定为al。 a2，同理。实施例四如图4所示，参考图2，本实施例的基本情况与实施例一类同，不同之处在于，选取 宽度码a0、al、a2、. . 、a6作为近距时的条码，a0到a6依次表示为0、1、…、5、6，即为七进 制条码。选取有限制的比例码作为远距时的条码，这种限制就是仅选取& < R的比例码， 作为0，对应的比例码有k0到k6种条码，七种状态，这里每一个&都对应于一个宽度码 ， i = 0、1、…、6 ；仅选取& > 1 的比例码，作为1，对应的比例码有k7到kl3种条码，七种状 态，这里每一个&都对应于一个宽度码 _7，i = 7、8、…、13。选取R = 0.75，即满足在远 距能分辨& < 1 与& > R，同样要求在近距时能分辨为&，i = 0、1、…、13。对于远距时的条码用8位二进制，总的条码总计共有28 = 256个，全尺总长近似 为 256*(a0+a6)/2 = 6144mm。
对于近距时的条码用3位7进制，故条码总计有73 = 343个，全尺总长近似为 343* (a0+a6)/2 = 8232mm。在远距识读时，在每一码元中，按&即可判断出0或1，近而得出码元组的编码，因 这个编码是唯一的，故可查表得出码元组对应的高度值和码元组对应的长度。在近距识读时，在每一码元中，因&是唯一的，且每一种宽度码对应小于R和大于 R的二种比例码，可按&判断出& > R或& < R，如& < R，由&查表可得到代表的编 码，i = 0、l、…、6;如&>札由&查表可得到ai_7代表的编码，i = 7、8、…、13。从而得 到码元组的编码，因这个编码是唯一的，故可查表得出码元组对应的高度值和码元组对应 的长度值。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。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。从以上的说明中，不难看出，本发明与现有技术相比，具有以下显著优点1.宽度码与比例码的有机结合，构成的条码选择余地大，可以同时满足近距码和 远距码的要求，故可保证足够的测量精度；2.宽度码与比例码的有机结合，其编码可采用简单的规律编排，回避了诸如相关 法的二维(此处的“二维”为数学算法)相关、相位法的傅立叶变换等复杂运算，解码快捷 精准；3.宽度码与比例码的有机结合，构成的条码选则余地大，还可在每一码元内加入 校验条件，故可保证足够的可靠性，如实例三；4.这种一维码，比二维编码的条码尺的宽度窄，故条码尺的制造成本显著下降。本条码用于电子经纬仪或全站仪时，其中的条码盘和影像传感器之间的距离是固 定的，所以用宽度码与比例码的有机结合，可以方便的构成它们的条码盘。
权利要求
一种适用于测量的条码，每一码元都由一对明暗条纹构成，明暗顺序一致，其特征在于，所述码元的宽度至少有两种，不同宽度的码元称为宽度码，码元内的暗条纹与明条纹的比例至少有两种，不同比例的码元称为比例码，每一种码元同时具有宽度码与比例码两种属性，称这种码为混合码，多个混合码的连续排列，组成一个码元组，表示一个编码，多个不同的码元组按约定的规律排列，构成数字水准仪的条码尺或电子经纬仪的条码盘，这种约定的规律保证在条码上任一段的码元组不重复。
2.根据权利要求1所述的一种适用于测量的条码，其特征在于宽度码作为远距时的 编码，比例码作为近距时的编码。
3.根据权利要求1所述的一种适用于测量的条码，其特征在于宽度码和部分比例码 作为远距时的编码，比例码，至少有M种，M彡2，且按比例c/b小于R和大于R分成两类，比 例码作为远距时的编码仅有两种，即，比例c/b小于R和大于R两种，选取R，只要在远处能 识别即可，全部比例码作为近距时的编码。
4.根据权利要求1所述的一种适用于测量的条码，其特征在于比例码，&至少有M种， M彡2，且按比例c/b小于R和大于R分成两类，选取R，只要在远处能识别这两类即可，宽度 码有2种，只要在远处能识别即可，宽度码作为远距时的编码，选用有限制的比例码作为近 距时的编码，对第一种宽度码，仅选用& < 1 为近距时的编码，对第二种宽度码，仅选用& >R为近距时的编码。
5.根据权利要求1所述的一种适用于测量的条码，其特征在于比例码，&至少有M种， M彡2，且按比例c/b小于R和大于R分成两类，选取R，只要在远处能识别这两类即可，选用 有限制的比例码作为远距时的编码，宽度码有N种，只要在近处能识别即可，宽度码作为近 距时的编码，即，每一种宽度码对应小于R和大于R的二种比例码，M = 2*N。
6.一种数字水准仪，其特征在于使用了符合权利要求1或2或3或4或5的条码特征 的水准仪标尺。
7.一种电子经纬仪或一种全站仪，其特征在于使用了符合权利要求1或2或3或4或 5的条码特征的条码盘。
全文摘要
本发明涉及一种适用于测量的条码及测量仪器，每一码元都由一对明暗条纹构成，明暗顺序一致。码元的宽度至少有两种，不同宽度的码元称为宽度码。码元内的暗条纹与明条纹的比例至少有两种，不同比例的码元称为比例码。每一种码元同时具有宽度码与比例码两种属性，称这种码为混合码。多个混合码的连续排列，组成一个码元组，表示一个编码，多个不同的码元组按约定的规律排列，构成数字水准仪的条码尺或电子经纬仪的条码盘。由于宽度码和比例码的有机结合，使得条码的宽度比现有一维码的码元宽，因此容易分辩，可以避免误读，可靠性高。同时由于是一维码，比用二维编码的条码尺的宽度窄，故条码尺的制造成本显著下降。
文档编号G01C9/02GK101871777SQ20101016675
公开日2010年10月27日 申请日期2010年5月7日 优先权日2010年5月7日
发明者樊小鹏 申请人:樊小鹏