[发明专利]电子水准仪

说明书

本发明涉及一种电子水准仪，该水准仪自动地识别或辨别标记在对准的水准标尺(或塔尺)上的刻度数值，由此得到对准位置。

作为上述类型常规电子水准仪，至今已知，在日本公开的未审查专利申请No.272970/1993中有一种如下类型的电子水准仪。即，该电子水准仪包括：一个用来对准一个水准标尺的望远镜，其中在水准标尺的竖直方向(或纵向)带有以预定间距布置的刻度(或分度)图案，并且其中还有单一种类尺寸的刻度数值，刻度数值对应于刻度图案布置；及一个二维传感器，用来把望远镜对准的水准标尺的图象转换成图象信号。该图象信号与预先存储的图象数据相比较，由此辨别或识别刻度数值。因而自动地得到水准标尺上的对准位置。

在上述的常规电子水准仪中，如果不实现下述过程，就不能进行测量。即，为了在图象信号中测定或定位刻度图案和刻度数值的位置，必须在水准标尺的横向(或侧向)的某一地方设置一个基准位置。然后必须进行对准，从而使该基准位置正确地位于视场的中心。因此，有这样的缺点：水准标尺的对准需要很长时间，并且由于震动等之类的干扰或扰动使测量结果变得不稳定。

此外，在上述的常规电子水准仪中，表示了仅一种尺寸的刻度数值。因此，如果望远镜与水准标尺之间的距离很大，则图象信号中的刻度数值太小而不能辨别。另一方面，如果使要表示在水准标尺上的刻度数值较大，则在望远镜与水准标尺之间的距离很大的情况下没有问题。但是，在望远镜与水准标尺之间的距离很小的情况下，刻度数值将位于视野之外，结果不能辨别刻度数值。

鉴于上述问题，本发明的一个目的在于，提供一种能够辨别刻度数值而与望远镜与水准标尺之间距离无关的电子水准仪。

为了实现以上和其他目的，本发明的电子水准仪包括：一个用来对准水准标尺的望远镜，该水准标尺带有在水准标尺竖直方向上以预定间距布置的刻度图案、和对应于刻度图案布置的刻度数值；一个二维的传感器，用来把那些望远镜对准的水准标尺的图象转换成图象信号；其中把图象信号与预先存储的图象数据相互比较，以辨别刻度数值，由此自动地计算在水准标尺上的对准位置。本发明的特征在于：由图象信号确定刻度图案；及根据刻度图案的位置辨别图象信号中的刻度数值。

根据本发明，当在布置刻度图案的方向上观察图象信号时，注意下述问题。即，对应于刻度图案的信号以预定频率展现，而对应于其中指示刻度数值的区域的信号、以及对应于其余部分的信号的频率较低。根据这些特征，能把对应于刻度图案的信号同对应于其余部分的信号辨别开，由此确定或识别他们。只要对应于刻度图案的信号能如此确定，根据对应于刻度图案的信号就能辨别对应于刻度数值的信号。

作为用来确定对应于刻度图案的信号的具体方法，考虑在布置刻度图案的方向上把图象信号进行傅里叶变换。用傅里叶级数展开能把周期性函数表示为一组基波频率整倍数的正弦波。频谱由此变成不连续谱，并且谱频率的最大值较高。另一方面，非周期性函数的频谱将成为连续谱，并且谱频率的最大值较低。因此，根据频谱中频率的最大值，能把对应于刻度图案的信号同对应于其余部分的信号识别或区分开。

根据本发明的另一个方面，提供了一种电子水准仪，它包括：：一个用来对准水准标尺的望远镜，该水准标尺带有在水准标尺竖直方向上以预定间距布置的刻度图案、和对应于刻度图案布置的刻度数值；一个二维的传感器，用来把那些望远镜对准的水准标尺的图象转换成图象信号；其中把图象信号与预先存储的图象数据相互比较，以识别刻度数值，由此自动地计算在水准标尺上的对准位置。本发明的特征在于：水准标尺已经在其上表示了尺寸彼此不同的多种刻度数值；由图象信号中刻度图案的间距大小计算望远镜与水准标尺之间的距离；及根据该距离确定识别哪一种尺寸的刻度数值。

根据本发明，以预定的恒定间距表示刻度图案。因此，当望远镜与水准标尺之间的距离较大时，图象信号中刻度图案的间距较小。另一方面，当望远镜与水准标尺之间的距离较小时，图象信号中刻度图案的间距较大。那么，如果这样进行布置，从而根据望远镜与水准标尺之间的距离识别或辨别不同尺寸刻度数值中最恰当尺寸的刻度数值，则能识别刻度数值，而与望远镜与水准标尺之间的距离是小还是大无关。