[发明专利]应用于数字水准仪条码尺的伪随机条码

说明书

技术领域

该技术属于测绘仪器制造技术领域。

背景技术

现有的数字水准仪条码尺的编解码原理主要有相关法、相位法和几何法。相关法的典型代表是leica公司，其标尺直接由宽度不同的白条纹和黑条纹纵向排列构成，不同宽度条纹的组合顺序反应了高度信息，专利号为DE0019530788C1；相位法的典型代表是TOPCON公司，其标尺由三种码构成，通过测量码段中的码相位差获得高度信息，通过参考码获得物象比，专利号为93121271.5和01137724.0；几何法的典型代表是Trimble公司，其标尺采用双相位码结构，专利号为DE0019826871C1。

由于国外各大公司的知识产权保护和产品的垄断，国内获得一种具有自主知识产权的数字水准仪方法迫在眉睫。近些年国内对这方面的研究很多，其中比较典型的有杨俊志先生的等距码码宽正弦调制编码，专利号为03153286.1；叶晓明先生的等宽比列码，专利号为200410061193.8。这些方法在理论上是行得通的，但在实际的测量过程中，很多客观的因素限制了理论成果的获得，还不能实现产品化。

发明内容

本发明目的在于为数字水准仪和电子经纬仪度盘设计一种条码尺及其编解码的方法，具有兼容远近距离测量，可以正向逆向同时测量，标尺制作简单，对硬件系统的要求低，解码运算量小，识别快速、准确的优点。

本发明的应用于数字水准仪条码尺的伪随机条码，其条码由多种宽度的明条纹和暗条纹交替构成，条纹的宽度和明暗变化受多个伪随机序列调制。条码内包含着两种意义的条纹，即由宽度较窄的明条纹和暗条纹交替构成的细码条纹，明条纹和暗条纹的宽度变化各受一个伪随机序列调制；由宽度相对较宽的明条纹和暗条纹构成的粗码条纹，条纹的宽度和明暗变化受一个伪随机序列调制。将粗码条纹有规律地嵌入细码条纹当中就构成了完整的条码，其特征在于多个伪随机序列交错编码，对条纹的宽度和明暗变化都进行调制。

如上所述的应用于数字水准仪条码尺的伪随机条码，其设计思想的特征在于对远近距离测量分别设计条码，然后融合在一起。在数字水准仪的实际应用过程中，当测量距离较近时，视野范围较小，这就要求条码尺在很短的长度上要包含足够多的码元信息才能确定该段条码在整个标尺上的位置；当测量距离较远时，虽然视野范围不会成为条码设计的限制因素，但是由于CCD的分辨率有限，这就要求条纹的宽度要足够宽才能被分辨出来。本发明的特征就在于对远近距离测量分别设计条码，然后融合在一起构成完整的条码。本发明成功地解决了这一设计思想所面临的三个问题：细码的设计，粗码的设计，细码和粗码的融合。

本发明解决的第一个问题是细码的设计。细码设计首先要选择码元，码元是信息的载体，是调制规律的载体。码元可以利用的信息有明暗度和宽度，对于明暗度信息，要想精确识别码元的灰度信息相对比较困难，硬件成本高而且误判率高，所以一般把码元的颜色选为两色(比如黑色和白色)，本发明把两色的条纹分别叫做明条纹和暗条纹；码元宽度的选择与调制规律有直接的联系，在当今，比较成熟的码元设计方法主要有两种：即参考码法和占空比调制法，这两种方法都有一个缺点，即条码的利用率不高。采用参考码方法设计出来的条码的利用率低主要表现在条码的识别过程中，参考码的作用只是为了提取出用来测量的码元，参考码本身对高差的测量没有任何贡献，但是它又要占据标尺上的空间，这增加了近距离测量时的困难。采用占空比调制方法设计的条码同样会有这样的缺点，在条码的识别过程中，为了得到占空比信息，必须精确知道这个码元中明条纹所占的像素个数和暗条纹所占的像素个数，也就是说识别出两个条纹但是只得到一个码元的信息。本发明有效地克服了参考码和占空比设计方式带来的利用率低的缺点，直接把明条纹和暗条纹分离开来，分别进行伪随机序列的宽度调制，调制完成后再融合到一起，使得条纹的利用率达到了百分之百，而且可以正向逆向同时测量。