基于傅里叶变换的三正弦码标尺定位算法研究

　　0　引言

　　条形码作为一种易于被机器自动识别的图案,已被广泛应用在销售、仓储、工业、医疗等领域[1].在数字水准测量中,条码标尺被用来取代传统标尺,实现视距和标高读数的自动化[2].测量中条码标尺通过望远镜成像在线阵图像传感器敏感面上,然后由后续信号处理单元进行分析.标尺上的条空图案,以其颜色、或条宽、或条空宽度比作为特征映射为一组互不相同的码字(即数字编码).码字包含特定数目的码元,其作用等同于传统标尺上的数字标识,对应标尺上的离散位置.测量中仪尺距离由物像比计算,同时物像比也是进一步确定标尺高度值的必要因素.条码标高的自动读取分两步实现:1)粗读,即码字识别,解码得到离散位置值;2)准确度,即码字内几何定位,得到视准线在码字内的精确位置.

　　码字识别及几何定位通常依靠边缘检测,一般情况下这些方法可以给出满意的检测结果[3],但当处理高密度条码时,将会由于近距边缘相互作用严重而产生不可靠的检测结果[425].本文针对三正弦码的结构特点和定位原理,采用频域法计算物像比及仪尺距离并据此采用不同方式解码.近视距时采用通常的边缘检测方法容易实现,将不在文中赘述,远视距时利用图像信号相位信息解码.

　　1　三正弦码结构及定位原理

　　三正弦码结构[2]如图1.每个码字包含四种等间隔排列的条码:R码表示参考码,为三条等间距相同宽度的黑色码条;A、B、C码的宽度以不同周期按正弦规律变化.用p(从0开始)表示标尺上码字的序号,则在p小于三种数字周期最小公倍数的情况下,各码字中不存在相同的A、B、C码的组合·设计标尺使第一个码字(p=0)的R码中心(代表码字位置)处于标尺底端位置,那么对任何一个码字,由其序号就可以得到该码字在标尺上的高度值·标尺上某码字的序号由该码字中A、B、C码(相位)的唯一组合来决定.相位值可仅利用该单个码字通过精确提取各周期码实际宽度得到;也可以利用从多个码字中提取的各正弦码等效宽度离散序列通过傅里叶变换方法求得.近距测量时,成像条码个数较少,条码图像空间频率低(如图2(a)),选择前者;远距测量时,成像条码个数多,条码图像空间频率大(如图2(b)),选择后者;远近距离可通过光学系统已知参量设定距离阈值来分辨.求解视距的根本是计算物像比.

　　2　频域法计算物像比

　　计算物像比可以分别在空域和频域进行.最直接的方法是求取标尺上特征尺寸与条码图像中相应尺寸的比值,这里可以取相邻码条中心间距ΔL作为特征尺寸,然而远视距时,特征尺寸提取困难.为此,本文将信号频谱中与特征尺寸对应的谱线作为特征谱线[6],在频域求解物象比.