專利名稱：水準(zhǔn)標(biāo)尺、用于所述標(biāo)尺的水準(zhǔn)確定設(shè)備、水準(zhǔn)確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于平面測(cè)量、應(yīng)用的測(cè)地電子水準(zhǔn)儀。更具體地，本發(fā)明涉及一種與電子水準(zhǔn)儀相結(jié)合使用的用于自動(dòng)地確定校準(zhǔn)位置(collimated position)的水準(zhǔn)標(biāo)尺(也稱為水準(zhǔn)尺)。該水準(zhǔn)標(biāo)尺包含有在縱向方向上排列的多個(gè)編碼標(biāo)記(symbol)塊，每一個(gè)編碼標(biāo)記塊都以確定的間隔來(lái)表示高度。
背景技術(shù)：
為了消除人類操作者的讀數(shù)誤差和加快測(cè)量過(guò)程，已經(jīng)提出了各種方法，并且進(jìn)行了以不同的方式來(lái)開(kāi)發(fā)機(jī)器可讀的條形碼的嘗試。
例如，專利文獻(xiàn)US-A-5572009公開(kāi)了一種對(duì)條形碼進(jìn)行編碼的方法，其中由具有給定長(zhǎng)度的P代碼形成BP型代碼，并且其半位和整位被交替地設(shè)置有亮標(biāo)記和暗標(biāo)記。
專利文獻(xiàn)US-A-5742378公開(kāi)了具有第一和第二(以及第三)刻度暗標(biāo)記的準(zhǔn)線(alignment)的條形碼水準(zhǔn)標(biāo)尺，沿標(biāo)尺的長(zhǎng)度以恒定間距按順序周期性地形成該準(zhǔn)線。第一和第二標(biāo)記的寬度在不同的循環(huán)周期中是可變的，而第三標(biāo)記具有恒定寬度。
專利文獻(xiàn)US-A-6167629和US-A-5887354公開(kāi)了用于電子水準(zhǔn)測(cè)量的水準(zhǔn)標(biāo)尺，其具有在沿水準(zhǔn)標(biāo)尺的縱向方向上彼此相鄰設(shè)置的多個(gè)條形標(biāo)記。
對(duì)于所有上述的水準(zhǔn)條形碼標(biāo)尺，在近距離測(cè)量中，都可以通過(guò)檢測(cè)條形標(biāo)記的寬度尺寸來(lái)估計(jì)校準(zhǔn)條形碼部分的位置。標(biāo)尺的縱向方向上的條形標(biāo)記的寬度尺寸由多個(gè)整數(shù)表示。如果水準(zhǔn)標(biāo)尺和電子水準(zhǔn)儀之間的距離變大，則圖像接收器上的各個(gè)條形標(biāo)記的圖像變小。結(jié)果，難以辨別條形標(biāo)記的精確尺寸。為此，US-A-5572009、US-A-6167629和US-A-5887354中公開(kāi)的多種條形碼之一應(yīng)該被解釋為用于近距離和遠(yuǎn)距離的整數(shù)的兩種置換。在這些情況下，校準(zhǔn)部分的位置估計(jì)是非常粗糙的。為了確定準(zhǔn)確位置，在大尺寸區(qū)域中仍要求大量的交叉相關(guān)計(jì)算。對(duì)于US-A-5742378，在遠(yuǎn)距離測(cè)量中使用FFT(快速傅里葉變換)來(lái)計(jì)算標(biāo)尺和電子水準(zhǔn)儀之間的距離。此外，通過(guò)檢測(cè)兩個(gè)周期的條形標(biāo)記的相位角來(lái)估計(jì)該校準(zhǔn)部分的高度。為了獲得準(zhǔn)確的位置，也需要交叉相關(guān)計(jì)算。
用于電子水準(zhǔn)測(cè)量的現(xiàn)有條形碼是單色的。在上述條形碼中，通過(guò)條的尺寸或條之間的間隔來(lái)對(duì)高度讀數(shù)進(jìn)行編碼。因此，利用現(xiàn)有的單色條形碼刻度，存在以下的缺點(diǎn)使用簡(jiǎn)單的解碼算法和少量的計(jì)算步驟來(lái)估計(jì)水準(zhǔn)標(biāo)尺上的校準(zhǔn)部分的位置(高度和距離)是非常困難的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供了一種用于水準(zhǔn)確定設(shè)備的水準(zhǔn)標(biāo)尺，該標(biāo)尺具有沿其設(shè)置的由條形碼標(biāo)記表示的多個(gè)位置指示，該水準(zhǔn)標(biāo)尺的特征在于所述條形碼標(biāo)記中的至少一些是彩色條形碼標(biāo)記，該彩色用來(lái)對(duì)所述位置指示進(jìn)行編碼。
在優(yōu)選實(shí)施例中，所述條形碼標(biāo)記被組織為多個(gè)第一條形碼標(biāo)記塊和多個(gè)第二條形碼標(biāo)記塊，每一個(gè)條形碼標(biāo)記塊都提供位置指示；沿該標(biāo)尺被第一塊占據(jù)的長(zhǎng)度小于沿該標(biāo)尺被第二塊占據(jù)的長(zhǎng)度，由此第一塊提供比第二塊更精細(xì)的位置指示。
所述第一條形碼標(biāo)記塊可以由單色和彩色的條形碼標(biāo)記形成。
所述第一塊可以僅包括一個(gè)彩色條形碼標(biāo)記和至少一個(gè)單色條形碼標(biāo)記。
所述第二塊可以完全由彩色條形碼標(biāo)記形成。
形成所述第二塊的彩色條形碼標(biāo)記可以是也用于形成所述第一塊的彩色條形碼標(biāo)記。
第二塊可以由一個(gè)彩色條形碼標(biāo)記形成，該彩色條形碼標(biāo)記來(lái)自多個(gè)第一塊中的每一個(gè)。
所述彩色條形碼標(biāo)記可以具有多個(gè)寬度值，并且所述第二塊可以僅由具有相對(duì)較大寬度值的彩色條形碼標(biāo)記形成。
在優(yōu)選實(shí)施例中，具有相對(duì)較大寬度值的任意三個(gè)連續(xù)的彩色條形碼標(biāo)記構(gòu)成第二塊。
所述彩色條形碼標(biāo)記可以具有兩個(gè)可能的寬度值。
連續(xù)的第一塊之間的間距可以是恒定的。
各個(gè)第二塊可以僅由三個(gè)彩色條形碼標(biāo)記構(gòu)成。
各個(gè)第二塊優(yōu)選地具有彩色條形碼標(biāo)記的唯一彩色序列或排列。
相鄰條形碼標(biāo)記可以間隔從一組四個(gè)不同的固定間距值中選擇的間距值。
任意四個(gè)相鄰的條形碼標(biāo)記可以構(gòu)成第一塊，然后這些條形碼標(biāo)記沿水準(zhǔn)標(biāo)尺形成條形碼標(biāo)記的不間斷序列。
第一塊可以由三個(gè)單色條形碼標(biāo)記和一個(gè)彩色條形碼標(biāo)記構(gòu)成。
單色條形碼標(biāo)記的寬度尺寸可以從寬度值的預(yù)定集合{Wx|下標(biāo)x＝1，2，3，4…}中選擇。
在顏色、寬度和相鄰條形碼標(biāo)記之間的間距方面，各個(gè)第一塊可以具有條形碼標(biāo)記的唯一序列。
各個(gè)第一塊和/或第二塊優(yōu)選地相對(duì)于水準(zhǔn)標(biāo)尺或其倒置的任意其他部分處的塊限定了唯一的圖案，由此提供可由水準(zhǔn)確定設(shè)備檢測(cè)的表示標(biāo)尺是被正常放置還是上下倒置放置的指示。
有利地，彩色條形碼標(biāo)記的顏色選自減色組品紅色、青色、黃色或彩色組紅色、綠色、藍(lán)色，以使得能夠進(jìn)行最大程度的顏色識(shí)別。
條形碼標(biāo)記可以通過(guò)它們的顏色和/或?qū)挾然ハ鄥^(qū)別開(kāi)，條形碼塊可以通過(guò)它們的條形標(biāo)記的顏色排列、條形標(biāo)記的寬度排列以及它們的條形標(biāo)記之間的間距序列互相區(qū)別開(kāi)。
各個(gè)第一塊的長(zhǎng)度優(yōu)選地是恒定值，并且各個(gè)第二塊的長(zhǎng)度優(yōu)選地是更大的恒定值。
所述第二塊的彩色條形碼標(biāo)記之間的間距可以選自第一塊的長(zhǎng)度的整數(shù)倍的集合，以便通過(guò)這些間距的重疊調(diào)制，來(lái)增強(qiáng)這些組合間距的傅里葉分析中出現(xiàn)的頻率線。
包括在第一塊中的彩色條形碼標(biāo)記可以進(jìn)一步提供該塊的“開(kāi)始”和“結(jié)束”的指示。
所述第一塊的尺寸優(yōu)選地被設(shè)置為可由位于預(yù)定距離內(nèi)和位于預(yù)定距離處的水準(zhǔn)確定設(shè)備辨別，并且所述第二塊的尺寸優(yōu)選地被設(shè)置為可由位于所述預(yù)定距離之外的水準(zhǔn)確定設(shè)備辨別。
根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及根據(jù)第一方面的水準(zhǔn)標(biāo)尺的用于獲得高度信息的應(yīng)用，其中水準(zhǔn)標(biāo)尺被大致設(shè)置在垂直面中，由此所述條的相對(duì)位置表示高度值。
根據(jù)第三方面，本發(fā)明涉及一種適于與根據(jù)第一方面的水準(zhǔn)標(biāo)尺一起使用的水準(zhǔn)確定設(shè)備，該水準(zhǔn)確定設(shè)備包括-成像裝置，用于獲得相對(duì)于該成像裝置位于一距離處的水準(zhǔn)標(biāo)尺的一部分的彩色圖像，-處理裝置，用于基于由所述條形碼標(biāo)記產(chǎn)生的彩色信息，沿所述水準(zhǔn)標(biāo)尺識(shí)別所成像部分的位置。
所述處理裝置可用來(lái)選擇性地從所成像部分內(nèi)的第一塊或第二塊識(shí)別所成像部分的位置。
在優(yōu)選實(shí)施例中-所述成像裝置包括接收彩色條形碼圖像的彩色圖像傳感器；并且所述處理裝置包括-標(biāo)記/圖案檢測(cè)部分，用于檢測(cè)所述水準(zhǔn)標(biāo)尺的顏色、間距和一系列條形標(biāo)記；-存儲(chǔ)器部分，用于存儲(chǔ)所述條形標(biāo)記的顏色序列、條形標(biāo)記的寬度序列和所述條形標(biāo)記之間的對(duì)應(yīng)間距序列；以及-計(jì)算部分，用于通過(guò)將來(lái)自所述標(biāo)記檢測(cè)部分的檢測(cè)信號(hào)與存儲(chǔ)器部分中的條形標(biāo)記的序列進(jìn)行比較以找到匹配，來(lái)獲得水準(zhǔn)標(biāo)尺上的校準(zhǔn)部分的位置信息。
所述設(shè)備還可以包括用于在第一模式和第二模式之間選擇性地進(jìn)行操作的裝置，在第一模式中，讀取來(lái)自所成像的第一塊的條形碼信息，在第二模式中，讀取來(lái)自所成像的第二塊的條形碼信息，所讀取的信息被作為讀數(shù)進(jìn)行傳送；于是當(dāng)所成像的第一塊可讀時(shí)，該裝置可以在第一模式下讀取信息，而當(dāng)所成像的第一塊不可讀時(shí)，在第二模式下讀取信息。
所述水準(zhǔn)確定設(shè)備還可以包括-用于存儲(chǔ)第一塊的沿水準(zhǔn)標(biāo)尺的實(shí)際長(zhǎng)度和/或第二塊的沿水準(zhǔn)標(biāo)尺的實(shí)際長(zhǎng)度的裝置，-用于確定所成像的第一塊的圖像的長(zhǎng)度和/或所成像的第二塊的圖像的長(zhǎng)度的裝置，-用于存儲(chǔ)用來(lái)產(chǎn)生所成像的第一塊和/或第二塊的光學(xué)系統(tǒng)的焦距值的裝置，-用于基于所述實(shí)際長(zhǎng)度的值、所成像的長(zhǎng)度和所述焦距來(lái)確定所成像水準(zhǔn)標(biāo)尺到水準(zhǔn)確定設(shè)備的距離的裝置。
根據(jù)第四方面，本發(fā)明涉及一種特別適于與根據(jù)第一方面的水準(zhǔn)標(biāo)尺一起使用的水準(zhǔn)確定方法，該方法包括以下步驟-獲得水準(zhǔn)標(biāo)尺的一部分的彩色圖像；-通過(guò)讀取其中由所成像的第一塊或由所成像的第二塊表示的彩色信息，沿水準(zhǔn)標(biāo)尺識(shí)別所成像部分的相對(duì)位置。
所述方法還可以包括以下步驟根據(jù)第一模式和第二模式選擇性地執(zhí)行所述識(shí)別步驟，在第一模式中，讀取來(lái)自所成像的第一塊的條形碼信息，而在第二模式中，讀取來(lái)自所成像的第二塊的條形碼信息，所讀取的信息被作為讀數(shù)進(jìn)行傳送，以及當(dāng)所成像的第一塊可讀時(shí)，在第一模式下產(chǎn)生讀數(shù)，而當(dāng)所成像的第一塊不可讀取時(shí)，在第二模式下產(chǎn)生讀數(shù)。
優(yōu)選實(shí)施例的目的是提供一種使用顏色對(duì)用于電子水準(zhǔn)測(cè)量的條形碼刻度進(jìn)行編碼的方法，以使得可以通過(guò)簡(jiǎn)單的解碼算法使用該彩色條形碼刻度來(lái)辨別不同的測(cè)量距離，從而得到快速的測(cè)量速度。
優(yōu)選實(shí)施例的另一目的是提供一種用于在不同的測(cè)量距離處精確地進(jìn)行電子水準(zhǔn)測(cè)量的彩色條形碼刻度。
優(yōu)選實(shí)施例的另一目的是提供一種可以使用可減少所需計(jì)算量的簡(jiǎn)單解碼算法來(lái)解碼的彩色條形碼。
在一個(gè)實(shí)施例中，水準(zhǔn)標(biāo)尺具有在沿水準(zhǔn)標(biāo)尺的縱向方向上彼此相鄰設(shè)置的多個(gè)彩色條形標(biāo)記塊，其中該彩色條形碼刻度由2種尺寸的彩色條形碼塊構(gòu)成。小的條形碼塊被嵌入大的條形碼塊中；任意四個(gè)相鄰的條形標(biāo)記構(gòu)成最小的條形碼塊，其中3個(gè)標(biāo)記是黑色的而一個(gè)標(biāo)記是彩色的；一個(gè)最小條形碼塊內(nèi)的3個(gè)黑色條形標(biāo)記的寬度尺寸是可變的；彩色條形標(biāo)記的寬度具有兩個(gè)值寬值和窄值；這些條形標(biāo)記以4個(gè)恒定的間距被交替地設(shè)置；各個(gè)大的彩色條形碼塊都由3個(gè)相鄰的寬彩色條形標(biāo)記構(gòu)成，這些寬彩色條形標(biāo)記選自最小的條形碼塊內(nèi)的彩色條形標(biāo)記；這些彩色條形標(biāo)記的顏色選自減色組(品紅色、青色、黃色)；在一個(gè)大的彩色條形碼塊內(nèi)，兩個(gè)寬彩色標(biāo)記之間的間距是可變的；任意一個(gè)彩色條形碼塊與選自水準(zhǔn)標(biāo)尺上的任意其他條形碼部分的一個(gè)彩色條形碼塊不同；任意一個(gè)彩色條形碼塊與選自倒置的水準(zhǔn)標(biāo)尺上的任意其他條形碼部分的一個(gè)彩色條形碼塊不同。
隨著現(xiàn)在彩色印刷和彩色識(shí)別變得越來(lái)越普及和廉價(jià)，由于該彩色信息，在條形碼標(biāo)記中使用彩色信息是現(xiàn)實(shí)的和有益的。如果適當(dāng)?shù)厥褂?，?huì)有助于增加條形碼的信息密度，使得能夠快速地進(jìn)行解碼并且實(shí)現(xiàn)了條形碼設(shè)計(jì)方面的靈活性。
在短距離測(cè)量中，至少一個(gè)條形碼塊在電子水準(zhǔn)儀的視野(FOV)內(nèi)。在FOV內(nèi)的所有標(biāo)記可以被辨別，以確定校準(zhǔn)部分的位置。對(duì)于更遠(yuǎn)的距離，由于黑色條之間的小間距和電子水準(zhǔn)儀的有限分辯率，而不再能夠以確定的方式分辨小的條形標(biāo)記。相反，對(duì)于較長(zhǎng)的距離，大的條形碼塊設(shè)置有它們的顏色和適于在那些較大距離處辨別的大間距。兩種尺寸的條形碼塊的特性簡(jiǎn)化了在不同距離處的位置辨別。此外，任意一個(gè)彩色條形碼塊與選自正立的或倒置的水準(zhǔn)標(biāo)尺上的任意其他部分條形碼的任意彩色條形碼塊不同的事實(shí)，使得電子水準(zhǔn)儀能夠自動(dòng)地確定水準(zhǔn)標(biāo)尺是被正確地正立還是被倒置。
在優(yōu)選實(shí)施例中，與水準(zhǔn)標(biāo)尺相結(jié)合使用的電子水準(zhǔn)儀包括彩色標(biāo)記檢測(cè)部分，用于檢測(cè)水準(zhǔn)標(biāo)尺上的彩色條形標(biāo)記塊；存儲(chǔ)器部分，用于預(yù)先存儲(chǔ)條形塊信息；以及計(jì)算部分，用于將在接收器上檢測(cè)到的標(biāo)記信號(hào)與存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的彩色標(biāo)記塊進(jìn)行比較，以獲得位置信息。


通過(guò)參照附圖閱讀僅給出非限制性示例的優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，將會(huì)更充分地理解本發(fā)明，并且本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得明顯，在附圖中圖1是示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在不同(長(zhǎng)、短)測(cè)量距離下，彩色條形碼水準(zhǔn)標(biāo)尺和電子水準(zhǔn)儀的設(shè)置；圖2是說(shuō)明性視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的彩色塊條形碼水準(zhǔn)測(cè)量刻度的結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例；圖3是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的具有彩色圖像傳感器的電子水準(zhǔn)儀的基本結(jié)構(gòu)的框圖；以及圖4示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的彩色條形碼水準(zhǔn)標(biāo)尺的電子水準(zhǔn)儀的信號(hào)處理過(guò)程。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)包括水準(zhǔn)標(biāo)尺(也稱為“標(biāo)尺”)1和電子水準(zhǔn)儀2，如圖1至圖3所示。在圖1中，標(biāo)號(hào)1表示根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的水準(zhǔn)標(biāo)尺。術(shù)語(yǔ)“標(biāo)尺”一般指其上可以實(shí)現(xiàn)如下所述的標(biāo)記的任意細(xì)長(zhǎng)的物理支撐件。在使用中，水準(zhǔn)標(biāo)尺1由電子水準(zhǔn)儀2進(jìn)行校準(zhǔn)，以便沿該標(biāo)尺測(cè)量校準(zhǔn)位置的高度“h”。該標(biāo)尺設(shè)置有沿水準(zhǔn)標(biāo)尺的縱向方向設(shè)置的彩色條形碼塊11和12。標(biāo)號(hào)11和12分別指定相對(duì)較大的彩色條形碼塊和相對(duì)較小的彩色條形碼塊。術(shù)語(yǔ)彩色條形碼塊(或彩色塊)是指其中至少一個(gè)標(biāo)記(條)是彩色的條形碼標(biāo)記塊。
沿標(biāo)尺的高度信息由至少兩個(gè)相鄰的條形碼標(biāo)記的塊來(lái)表示，此后稱為“條形塊”或簡(jiǎn)稱為“塊”，對(duì)于給定的塊，該信息由通過(guò)條形進(jìn)行了編碼的數(shù)據(jù)組來(lái)表示，如下面說(shuō)明。以類似于在量尺上以單位間隔標(biāo)記的連續(xù)數(shù)字相同的方式，通過(guò)沿水準(zhǔn)標(biāo)尺或標(biāo)尺的長(zhǎng)度(縱向)方向的條形塊相對(duì)于標(biāo)尺的端部的相對(duì)位置來(lái)表示沿標(biāo)尺的高度信息。
小的彩色條形碼塊12由3個(gè)相鄰的黑色條形標(biāo)記和一個(gè)彩色條形標(biāo)記構(gòu)成，這些條形標(biāo)記以4個(gè)可能的不同固定(預(yù)設(shè))間距值中的任意一個(gè)設(shè)置。在小的條形碼塊內(nèi)，選自預(yù)定寬度值集合(集合{Wx|下標(biāo)x＝1，2，3，4…})的任意3個(gè)相鄰黑色條形寬度的排列可以確定特定的高度讀數(shù)。小的條形碼塊內(nèi)的彩色條形碼標(biāo)記的寬度尺寸具有以下兩個(gè)可能值之一寬的寬度值，被指定為“wc1”；以及窄的寬度值，被指定為“wc2”。該彩色條形標(biāo)記的可能顏色選自減色組品紅色、青色和黃色(用于色調(diào)之間的最大間隔)，或選自其補(bǔ)集(紅色、綠色和藍(lán)色)。小的彩色條形碼塊的長(zhǎng)度是恒定值“Ls”。
大的彩色條形碼塊11由3個(gè)相鄰的寬彩色條形碼標(biāo)記構(gòu)成。一個(gè)大的彩色條形碼塊內(nèi)的兩個(gè)彩色條形碼標(biāo)記之間的間距“L(x)”和“Lb-L(x)”是可變量。大的彩色條形碼塊的長(zhǎng)度是恒定值“Lb”。
電子水準(zhǔn)儀2包括具有自動(dòng)光學(xué)傾斜補(bǔ)償器和聚焦機(jī)構(gòu)21的望遠(yuǎn)鏡、彩色圖像傳感器22、目鏡和標(biāo)線片23、包括具有A/D(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)的微處理器的處理單元24、RAM型存儲(chǔ)器和ROM型存儲(chǔ)器、分束器25、顯示器(液晶顯示器)26以及鍵盤27，如圖3所示。數(shù)字讀數(shù)被打印在水準(zhǔn)標(biāo)尺1的背面，與由這些塊給出的高度指示一致，以便操作者能夠通過(guò)目鏡和標(biāo)線片23用他自己的眼睛讀取該高度值。
如圖3所示，電子水準(zhǔn)儀2設(shè)置有具有自動(dòng)光學(xué)補(bǔ)償器和聚焦裝置21的望遠(yuǎn)鏡。水準(zhǔn)標(biāo)尺1的接收?qǐng)D像由分束器25分束并被發(fā)送給彩色圖像傳感器22。彩色圖像傳感器22將光學(xué)接收的水準(zhǔn)標(biāo)尺的圖像轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，將該電信號(hào)輸出到處理單元24中。該電圖像信號(hào)被A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并存儲(chǔ)在RAM中。該處理單元24識(shí)別條形碼標(biāo)記的顏色。對(duì)于大的彩色條形碼塊，處理單元24檢測(cè)彩色標(biāo)記之間的間距，并確定對(duì)應(yīng)的條形塊。對(duì)于小的彩色條形碼塊，處理單元24檢測(cè)各個(gè)標(biāo)記的寬度，并確定對(duì)應(yīng)的條形塊。處理單元24通過(guò)將條形塊與預(yù)先存儲(chǔ)在ROM中的列表值進(jìn)行比較，來(lái)確定校準(zhǔn)位置的高度“h”。該校準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)包括具有自動(dòng)光學(xué)補(bǔ)償器和聚焦機(jī)構(gòu)21的望遠(yuǎn)鏡、分束器25、目鏡和標(biāo)線片23。該成像光學(xué)系統(tǒng)包括具有自動(dòng)光學(xué)補(bǔ)償器和聚焦機(jī)構(gòu)21的望遠(yuǎn)鏡、以及分束器25和彩色圖像傳感器22。成像光學(xué)系統(tǒng)的光軸和校準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)的光軸被設(shè)置為互相重合，以使得水準(zhǔn)標(biāo)尺1上的校準(zhǔn)位置與成像光學(xué)系統(tǒng)中的校準(zhǔn)位置互相重合。
如圖2所示，以四種恒定間距設(shè)置水準(zhǔn)標(biāo)尺1上的小彩色條形碼塊12內(nèi)的條形標(biāo)記。任意4個(gè)相鄰條形標(biāo)記的組(包括3個(gè)黑色標(biāo)記和一個(gè)彩色標(biāo)記)構(gòu)成一個(gè)小的彩色條形塊。用于這些彩色條形碼標(biāo)記的顏色選自減色組品紅色、青色、黃色；用于彩色條形標(biāo)記的寬度尺寸具有以下兩個(gè)可能的值大的值，被指定為wc1；以及小的值，被指定為wc2。
小的彩色條形碼塊是用于對(duì)高度讀數(shù)進(jìn)行編碼的最小單元。黑色條形標(biāo)記的寬度選自預(yù)定的寬度值集合，其由集合{Wx|下標(biāo)x＝1，2，3，4…}來(lái)標(biāo)識(shí)。這些條形標(biāo)記的序列被設(shè)置為使得選自彩色條形碼刻度的4個(gè)相鄰條形標(biāo)記中的任意一種排列與從水準(zhǔn)標(biāo)尺的任意其他部分提取的4個(gè)相鄰條形標(biāo)記的任意排列不同。
水準(zhǔn)標(biāo)尺1上的大彩色條形碼塊11內(nèi)的條形標(biāo)記包括3個(gè)相鄰的寬彩色條形標(biāo)記。寬彩色條形標(biāo)記之間的間隔“L(x)”和“Lb-L(x)”是可變的。水準(zhǔn)標(biāo)尺上的任意一個(gè)彩色條形碼塊與選自正立或倒置的水準(zhǔn)標(biāo)尺上的條形碼刻度的任意其他部分的任意其他彩色條形碼塊不同。在水準(zhǔn)標(biāo)尺上以單位間隔設(shè)置彩色編碼的高度標(biāo)記塊，以數(shù)字地表示高度。
通過(guò)引入兩種尺寸的彩色條形碼塊，可以在不同的測(cè)量距離下簡(jiǎn)單且有效地進(jìn)行解碼。解碼裝置與上述檢測(cè)器的輸出相連，用于對(duì)所成像的編碼標(biāo)記進(jìn)行解碼，以形成數(shù)字高度信號(hào)。如圖1所示，在短距離“d1”下，在電子水準(zhǔn)儀2的視野(FOV)3內(nèi)僅存在一個(gè)或多個(gè)小的彩色條形碼塊12。對(duì)于FOV 3內(nèi)的小的彩色條形碼塊12，可以在短距離“d1”下辨別條形標(biāo)記的顏色和寬度以及條形標(biāo)記之間的間距。然后，通過(guò)所辨別的小的彩色條形碼塊12，可以確定水準(zhǔn)標(biāo)尺上的校準(zhǔn)部分的位置。參照?qǐng)D3，在長(zhǎng)距離“d2”下，由于電子水準(zhǔn)儀2的有限分辨率，F(xiàn)OV 3內(nèi)的條形標(biāo)記的寬度，甚至小彩色條形標(biāo)記的顏色可能太小或太模糊，而不能彼此區(qū)分開(kāi)來(lái)。在這些情況下，通過(guò)辨別寬的彩色條形標(biāo)記的顏色和寬彩色條形標(biāo)記之間的間距，來(lái)識(shí)別大的顏色條形碼塊。然后，可以確定校準(zhǔn)部分的位置。這些顏色選自減色組，因?yàn)樵陬伾臻g中減色具有最大的識(shí)別度。在通過(guò)高度“h”和距離“d1”或“d2”的估計(jì)值對(duì)校準(zhǔn)部分進(jìn)行初始定位之后，微處理器24將通過(guò)條形碼水準(zhǔn)標(biāo)尺1的檢測(cè)圖像和ROM中的所存儲(chǔ)的基準(zhǔn)條形碼之間的交叉相關(guān)評(píng)估，在細(xì)化的搜索范圍中尋找校準(zhǔn)位置的高度“h”以及水準(zhǔn)標(biāo)尺1和電子水準(zhǔn)儀2之間的距離的精確值。在顯示器26上顯示這些測(cè)量結(jié)果。在圖4的流程圖中示出了該數(shù)據(jù)處理過(guò)程。
該過(guò)程以預(yù)處理步驟S2開(kāi)始，在該過(guò)程中，以數(shù)字形式獲取并組織圖像數(shù)據(jù)。在該步驟之后是彩色識(shí)別步驟S4，其中根據(jù)它們的基本顏色(品紅色、青色、黃色)來(lái)識(shí)別校準(zhǔn)圖像的彩色條形標(biāo)記。
接下來(lái)，該過(guò)程設(shè)法確定(步驟S6)該校準(zhǔn)條形碼塊是否是大的條形碼塊11(參照?qǐng)D2)。
如果該校準(zhǔn)圖像不包含大的條形碼塊11，則該過(guò)程設(shè)法確定(步驟S8)它是否包括小的條形碼塊12，即，確定它是否具有用于對(duì)小的條形碼塊進(jìn)行解碼的可理解的圖像信號(hào)。如果結(jié)果為否定，則該系統(tǒng)確定水準(zhǔn)標(biāo)尺在目標(biāo)或范圍之外(步驟S10)，并進(jìn)行到表示該情況的結(jié)果顯示步驟(步驟S12)。
如果該校準(zhǔn)圖像包括確定的條形碼塊，則系統(tǒng)從用于確定該條形碼塊是否為大的條形碼塊11的步驟S6，或用于確定該條形碼塊是否為小的條形碼塊12的步驟S8，進(jìn)行到執(zhí)行對(duì)該校準(zhǔn)部分的位置的估計(jì)，以確定高度測(cè)量值(步驟S14)。然后，如果有必要，該系統(tǒng)進(jìn)行到交叉相關(guān)尋找確定(步驟S16)，如下面的進(jìn)一步說(shuō)明。
由于在正立的或倒置的水準(zhǔn)標(biāo)尺上，任意一個(gè)彩色條形碼塊都與選自彩色條形碼刻度的任意其他部分的任意一個(gè)彩色條形碼不同，所以通過(guò)在不同的測(cè)量距離下辨別條形標(biāo)記的寬度排列和/或條形標(biāo)記之間的間距，和/或條形標(biāo)記的顏色，可以自動(dòng)地識(shí)別該標(biāo)尺是正立還是倒置。
基于望遠(yuǎn)鏡物鏡的焦距f和用于小的彩色條形碼塊的檢測(cè)恒定長(zhǎng)度Ls，或用于大的彩色條形碼塊的恒定長(zhǎng)度Lb，可以通過(guò)以下方程來(lái)估計(jì)水準(zhǔn)標(biāo)尺1和電子水準(zhǔn)儀2之間的距離d1＝f(Ls/m1)或者d2＝f(Lb/m2) (2)其中m1和m2是恒定塊長(zhǎng)度Ls和Lb的焦平面上的對(duì)應(yīng)圖像長(zhǎng)度。
權(quán)利要求
1.一種用于水準(zhǔn)確定設(shè)備(2)的水準(zhǔn)標(biāo)尺(1)，所述標(biāo)尺具有沿該標(biāo)尺由多個(gè)條形碼標(biāo)記(11，12)表示的多個(gè)位置指示，所述水準(zhǔn)標(biāo)尺的特征在于所述條形碼標(biāo)記中的至少一些是彩色條形碼標(biāo)記，該彩色用來(lái)對(duì)所述位置指示進(jìn)行編碼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺，其中，以第一條形碼標(biāo)記塊和第二條形碼標(biāo)記塊(12，11)來(lái)組織所述條形碼標(biāo)記，每一個(gè)條形碼標(biāo)記塊都提供所述位置指示，其中，沿所述標(biāo)尺(1)被所述第一塊(12)占據(jù)的長(zhǎng)度(Ls)小于沿所述標(biāo)尺被所述第二塊(11)占據(jù)的長(zhǎng)度(Lb)，由此所述第一塊提供比所述第二塊更精細(xì)的位置指示。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺，其中，所述第一條形碼標(biāo)記塊(12)由單色和彩色條形碼標(biāo)記形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺，其中，所述第一塊(12)僅包括一個(gè)彩色條形碼標(biāo)記以及至少一個(gè)單色條形碼標(biāo)記。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中的任意一項(xiàng)所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺，其中，所述第二塊(11)完全由彩色條形碼標(biāo)記形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺，其中，形成所述第二塊(11)的所述彩色條形碼標(biāo)記是也用來(lái)形成所述第一塊(12)的彩色條形碼標(biāo)記。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中的任意一項(xiàng)所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺，其中，所述第二塊(11)由來(lái)自多個(gè)第一塊(12)中的每一個(gè)的一個(gè)彩色條形碼標(biāo)記形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7中的任意一項(xiàng)所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺，其中，所述彩色條形碼標(biāo)記具有多個(gè)寬度值(Wc1，Wc2)，并且其中，所述第二塊(11)僅由具有相對(duì)較大寬度值(Wc1)的彩色條形碼標(biāo)記形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺，其中，具有所述相對(duì)較大寬度值(Wc1)的任意三個(gè)連續(xù)的彩色條形碼標(biāo)記構(gòu)成所述第二塊(11)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任意一項(xiàng)所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺，其中，所述彩色條形碼標(biāo)記具有兩個(gè)可能的寬度值(Wc1，Wc2)。
11.根據(jù)權(quán)利要求2至10中的任意一項(xiàng)所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺，其中，連續(xù)的所述第一塊(12)之間的間距(Ls)是恒定的。
12.根據(jù)權(quán)利要求2至11中的任意一項(xiàng)所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺，其中，各個(gè)所述第二塊(11)僅由三個(gè)彩色條形碼標(biāo)記構(gòu)成。
13.根據(jù)權(quán)利要求2至12中的任意一項(xiàng)所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺，其中，各個(gè)第二塊(11)具有唯一的彩色條形碼標(biāo)記的顏色序列或排列。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中的任意一項(xiàng)所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺，其中，相鄰的所述條形碼標(biāo)記分隔開(kāi)從一組四個(gè)不同的固定間距值中選擇的間距值。
15.根據(jù)權(quán)利要求2至14中的任意一項(xiàng)所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺，其中，任意四個(gè)相鄰的條形碼標(biāo)記構(gòu)成所述第一塊(12)，所述條形碼標(biāo)記沿所述水準(zhǔn)標(biāo)尺形成條形碼標(biāo)記的不間斷序列。
16.根據(jù)權(quán)利要求2至15中的任意一項(xiàng)所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺，其中，所述第一塊(12)由三個(gè)單色條形碼標(biāo)記和一個(gè)彩色條形碼標(biāo)記構(gòu)成。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中的任意一項(xiàng)所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺，其中，所述單色條形碼標(biāo)記的寬度尺寸選自預(yù)定的寬度值集合{wx|下標(biāo)x＝1，2，3，4...}。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中的任意一項(xiàng)所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺，其中，在顏色、寬度和相鄰條形碼標(biāo)記之間的間距方面，各個(gè)第一塊(12)都具有條形碼標(biāo)記的唯一序列。
19.根據(jù)權(quán)利要求2至18中的任意一項(xiàng)所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺，其中，各個(gè)所述第一塊(12)和/或第二塊(11)相對(duì)于所述水準(zhǔn)標(biāo)尺或其倒置的任意其他部分處的塊都限定了唯一的圖案，由此提供所述水準(zhǔn)確定設(shè)備能檢測(cè)的表示所述標(biāo)尺是正常放置還是上下倒置放置的指示。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19中的任意一項(xiàng)所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺，其中，所述彩色條形碼標(biāo)記的顏色選自減色組品紅色、青色、黃色，或者選自彩色組紅色、綠色、藍(lán)色，以使得能夠進(jìn)行最大程度的顏色識(shí)別。
21.根據(jù)權(quán)利要求1至20中的任意一項(xiàng)所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺，其中，條形碼標(biāo)記通過(guò)它們的顏色和/或?qū)挾榷舜藚^(qū)別開(kāi)，而條形碼塊(11，12)通過(guò)它們的條形標(biāo)記的顏色排列、條形標(biāo)記的寬度排列以及它們的條形標(biāo)記之間的間距序列而彼此區(qū)別開(kāi)。
22.根據(jù)權(quán)利要求2至21中的任意一項(xiàng)所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺，其中，各個(gè)第一塊(12)的長(zhǎng)度(Ls)都是恒定值，并且其中，各個(gè)所述第二塊(11)的長(zhǎng)度(Lb)都是更大的恒定值。
23.根據(jù)權(quán)利要求2至22中的任意一項(xiàng)所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺，其中，所述第二塊(11)的彩色條形碼標(biāo)記之間的間距選自所述第一塊(12)的長(zhǎng)度(Ls)的整數(shù)倍的集合，以使得可以通過(guò)所述間距的重疊調(diào)制，來(lái)增強(qiáng)組合間距的傅里葉分析中出現(xiàn)的頻率線。
24.根據(jù)權(quán)利要求2至23中的任意一項(xiàng)所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺，其中，包括在所述第一塊(12)中的彩色條形碼標(biāo)記還提供該塊的“開(kāi)始”和“結(jié)束”的指示。
25.根據(jù)權(quán)利要求1至24中的任意一項(xiàng)所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺，其中，所述第一塊(12)的尺寸被設(shè)置為使得能由位于預(yù)定距離內(nèi)或位于預(yù)定距離處的所述水準(zhǔn)確定設(shè)備辨別，并且其中，所述第二塊(11)的尺寸被設(shè)置為使得能由位于所述預(yù)定距離之外的所述水準(zhǔn)確定設(shè)備辨別。
26.權(quán)利要求1至25中的任意一項(xiàng)所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺(1)的用于獲得高度信息的用途，其中所述水準(zhǔn)標(biāo)尺被大致設(shè)置在垂直面中，由此所述條形的所述相對(duì)位置表示高度值。
27.一種特別適于與根據(jù)權(quán)利要求1至25中的任意一項(xiàng)所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺一起使用的水準(zhǔn)確定設(shè)備，該水準(zhǔn)確定設(shè)備包括-成像裝置(22)，用于獲得相對(duì)于該成像裝置位于一距離(d1，d2)處的所述水準(zhǔn)標(biāo)尺的一部分的彩色圖像，-處理裝置(24)，用于基于由所述條形碼標(biāo)記產(chǎn)生的彩色信息來(lái)識(shí)別所述成像部分沿所述水準(zhǔn)標(biāo)尺的位置。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的水準(zhǔn)確定設(shè)備，其中，所述處理裝置可操作地選擇性地根據(jù)所述成像部分內(nèi)的所述第一塊(12)或所述第二塊(11)識(shí)別所述成像部分的位置。
29.根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的水準(zhǔn)確定設(shè)備，其中-所述成像裝置包括接收所述彩色條形碼圖像的彩色圖像傳感器(22)；并且所述處理裝置(24)包括-標(biāo)記/圖案檢測(cè)部分，用于檢測(cè)所述水準(zhǔn)標(biāo)尺的顏色、間距和一系列條形標(biāo)記；-存儲(chǔ)器部分，用于存儲(chǔ)所述條形標(biāo)記的顏色序列、條形標(biāo)記的寬度序列和所述條形標(biāo)記之間的間距的對(duì)應(yīng)序列；以及-計(jì)算部分，用于通過(guò)將來(lái)自所述標(biāo)記檢測(cè)部分的檢測(cè)信號(hào)與存儲(chǔ)器部分中的條形標(biāo)記的序列進(jìn)行比較以找到匹配，來(lái)獲得所述水準(zhǔn)標(biāo)尺上的校準(zhǔn)部分的位置信息。
30.根據(jù)權(quán)利要求27至29中的任意一項(xiàng)所述的水準(zhǔn)確定設(shè)備，該水準(zhǔn)確定設(shè)備還包括用于在第一模式和第二模式之間選擇性地進(jìn)行操作的裝置(22)，在所述第一模式中，讀取來(lái)自所成像的第一塊(12)的所述條形碼信息，在所述第二模式中，讀取來(lái)自所成像的第二塊(11)的所述條形碼信息，所述讀取的信息被作為讀數(shù)進(jìn)行傳送，當(dāng)所述成像的第一塊可讀時(shí)，所述裝置可操作地在所述第一模式下讀取所述信息，而當(dāng)所述成像的第一塊不可讀時(shí)，所述裝置可操作地在所述第二模式下讀取所述信息。
31.根據(jù)權(quán)利要求27至30中的任意一項(xiàng)所述的水準(zhǔn)確定設(shè)備，該水準(zhǔn)確定設(shè)備還包括-用于存儲(chǔ)第一塊的沿所述水準(zhǔn)標(biāo)尺(1)的實(shí)際長(zhǎng)度(Ls)和/或第二塊的沿所述水準(zhǔn)標(biāo)尺的實(shí)際長(zhǎng)度(Lb)的裝置(24)，-用于確定所成像的第一塊的圖像的長(zhǎng)度(m1)和/或所成像的第二塊的圖像的長(zhǎng)度(m2)的裝置，-用于存儲(chǔ)用來(lái)產(chǎn)生所成像的第一和/或第二塊的光學(xué)系統(tǒng)的焦距值的裝置，-用于基于所述實(shí)際長(zhǎng)度值、所述成像長(zhǎng)度(m1，m2)以及所述焦距來(lái)確定被成像的水準(zhǔn)標(biāo)尺相對(duì)于所述水準(zhǔn)確定設(shè)備的距離的裝置。
32.特別適于與根據(jù)權(quán)利要求1至25中的任意一項(xiàng)所述的水準(zhǔn)標(biāo)尺一起使用的水準(zhǔn)確定方法，該方法包括以下步驟-獲得所述水準(zhǔn)標(biāo)尺的一部分的彩色圖像；-通過(guò)讀取其中由所成像的第一塊(12)或所成像的第二塊(11)表示的彩色信息，識(shí)別所述成像部分沿所述水準(zhǔn)標(biāo)尺的相對(duì)位置。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，該方法還包括以下步驟選擇性地根據(jù)其中讀取來(lái)自所成像的第一塊(12)的所述條形碼信息的第一模式和其中讀取來(lái)自所成像的第二塊(11)的所述條形碼信息的第二模式執(zhí)行所述識(shí)別步驟，所述讀取的信息被作為讀數(shù)進(jìn)行傳送，當(dāng)所述成像的第一塊可讀時(shí)，在所述第一模式下產(chǎn)生所述讀數(shù)，而當(dāng)所述成像的第一塊不可讀時(shí)，在所述第二模式下產(chǎn)生所述讀數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供了水準(zhǔn)標(biāo)尺、用于所述標(biāo)尺的水準(zhǔn)確定設(shè)備、水準(zhǔn)確定方法。用于水準(zhǔn)確定設(shè)備(2)的標(biāo)尺(1)具有沿該標(biāo)尺由條形碼標(biāo)記(11，12)表示的位置指示。所述條形碼標(biāo)記中的至少一些是彩色條形碼標(biāo)記，該彩色用來(lái)編碼所述位置指示。以第一和第二條形碼標(biāo)記塊(12，11)來(lái)組織這些條形碼標(biāo)記，每個(gè)塊都提供位置指示，其中沿標(biāo)尺(1)被第一塊(12)占據(jù)的長(zhǎng)度(Ls)小于沿標(biāo)尺被第二塊(11)占據(jù)的長(zhǎng)度(Lb)，由此，第一塊提供比第二塊更精細(xì)的位置指示。第一條形碼標(biāo)記塊(12)可由單色和彩色條形碼標(biāo)記形成，例如僅一個(gè)彩色條形碼標(biāo)記和至少一個(gè)單色條形碼標(biāo)記，而第二塊(11)可完全由彩色條形碼標(biāo)記形成。本發(fā)明還涉及特別適于上述標(biāo)尺的水準(zhǔn)確定設(shè)備以及使用該標(biāo)尺的方法。
文檔編號(hào)G01D5/249GK1950672SQ200580014375
公開(kāi)日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2005年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月6日
發(fā)明者曾政東, 查爾斯·利奧波德·伊麗莎白·迪穆蘭, 黃振強(qiáng), 周克亮 申請(qǐng)人:萊卡地球系統(tǒng)公開(kāi)股份有限公司