数字水准仪解码方法初探

　　引　言

　　自1990年瑞士LEICA公司生产出世界第一台数字水准仪以来,德国ZEISS公司、日本TOP-CON公司和日本SOKKIA公司均生产出 了拥有自主知识产权的数字水准仪。虽然现有的解码方法有多种,除相位法有其特殊要求外,其它的解码方法是可以互换的,主要视计算程序而定。但同时也可采用 图像相关法和几何法对TOPCON数字水准仪的条码信息进行处理。

　　表1列出了几种现有数字水准仪的编码方案,但这些方案都存在如下缺陷:1)码区内条码数过多,这将会导致:①最短视距时,较难确定码区的编号, 为此,有些厂家采取了增加水准仪望远镜视场角度的办法解决;②视场内的部分条码被遮挡,在短视距时容易出现数据混乱或测不出数据的情况;③码区编号识别困 难,增加了仪器的测量时间。2)条码的种类、水准标尺上条码总数和码区内条码的个数没有达到最佳匹配,这将导致:①有效信息损失过多;②不同条码种类间的 差异变小,使得远视距时区分条码的种类变得较为困难。因此,设计一种克服上述缺陷的编码方法,有利于缩短数字水准仪的测量时间和提高仪器的可靠性。

　　1　数字水准仪的编码方案

　　数字水准仪的测量原理可以归纳为:依据条码尺的一段条码来确定视准轴的位置。将这个问题分解为:①首先在水准尺上有规律地刻划黑白相间的条码, 该种水准尺称为条码尺;②从条码尺上获取任意一段图像,该图像段与其它相同长度的图像段互不相同,将满足该条件的最小图像段称为码区,为便于数据处理,对 码区进行编号;③在适当的视　距范围内(1.5～100 m),通过对CCD传感器获取的一个或几个码区的条码进行处理后,精确确定水准仪视准轴的位置及条码尺至仪器竖轴的距离。

　　条码由黑白两部分组成,一个完整的条码为:起始边界由白→黑,结束边界由白→黑。可将其宽度比值或条码的黑色部分或白色部分边界、质心等特征值作为该条码的标识符。

　　设在长度为S的水准尺上共刻划N个条码,每个码区有m个条码,则可以组成(N-m+1)个码区。通过调整条码间的顺序,使获得的(N-m+1) 个码区互不相同,该计算过程由计算机完成。由计算机存储这(N-m+1)个码区条码的顺序和第1个条码起始边界所对应的高度值,供确定参考线的粗值使用 [1]。

　　条码种类k、水准尺上条码总数N和码区内条码的个数m之间关系必须满足:

km≥N                                                                                    (1)