數(shù)字水準(zhǔn)儀自動(dòng)讀數(shù)方法研究

1、.數(shù)字水準(zhǔn)儀自動(dòng)讀數(shù)方法研究2005年第22卷第10期微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)159數(shù)字水準(zhǔn)儀自動(dòng)讀數(shù)方法研究范會(huì)敏李晉惠(西安l丁業(yè)學(xué)院,陜西西安710032)摘要:數(shù)字水準(zhǔn)儀具有精度高,速度快,操作方便等優(yōu)點(diǎn),在測(cè)量,大型X-程施X-建設(shè),X-業(yè)設(shè)備安裝,地殼形變監(jiān)測(cè),科學(xué)研究等需要高精度高程信息的領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用.文章針對(duì)如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)讀數(shù)問(wèn)題,設(shè)計(jì)了基于自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的數(shù)字水準(zhǔn)儀的方案.建立了測(cè)量試驗(yàn)系統(tǒng).完成了編碼水準(zhǔn)尺圖像的識(shí)別,測(cè)量讀數(shù)方法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).關(guān)鍵詞:數(shù)字水準(zhǔn)儀,編碼水準(zhǔn)尺,圖像識(shí)別,讀數(shù).中圖法分類號(hào):TP391.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):10007180(2005)10

2、-15903TheStudyonMethodsofReadingDatawithDigitalLevelsFANHuimin,LIJinhui(SchoolofComputerScienceandEngineering,Xi'anInstituteofTechnology,Xi'an710032China)Abstract:Digitallevelshasbeenadmittedbyagreatdealvirtuesbecauseofitsspeedymeasure,highprecisionandeasyoperation.Ithasbeenfrequentlyusedbym

3、anyhighprecisiondomainsanddepartmentssuchasgeodeticsurvey,large-scaleengineeringconstruction,industrialinstallation,crustaldiastrophicmonitorandscienceresearch.Digitalwa'terlevelisstillintestingandresearchingstageinourcountry.Inthispaper,thedesignplanofhowtoreaddataauto'matieallywithdigitall

4、evelsisgivenandthesystemofmeasureisachieved.Thedesignoftheimageofcodedlevelrulerdetectionandmeansofreaddataareaccomplished.Itisprovedreliableandreasonablebyexperimentation.Keywords:Digitallevel,Codedlevelruler,Imagerecingnition,Readingdata1引言水準(zhǔn)儀是土木工程,路橋鋪設(shè),地質(zhì)勘探,石油鉆井,智能平臺(tái),機(jī)械加工,設(shè)備安裝等領(lǐng)域不可缺少的重要工具傳統(tǒng)光學(xué)水準(zhǔn)儀結(jié)

5、構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)便宜,操作方便.但精度較低,只能人工觀察讀數(shù).數(shù)字水準(zhǔn)儀可實(shí)現(xiàn)水準(zhǔn)測(cè)量的數(shù)據(jù)采集,記錄和處理的自動(dòng)化.具有精度高,速度快,操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn).數(shù)字水準(zhǔn)儀的組成如圖1所示.在傳統(tǒng)的光學(xué)廠I望遠(yuǎn)鏡lI.編碼水準(zhǔn)尺串口圉圓國(guó)圖1數(shù)字水準(zhǔn)儀原理圖收稿日期:20050729基金項(xiàng)目:陜西省教育廳自然科學(xué)基金(03JK171)自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的基礎(chǔ)上,在望遠(yuǎn)系統(tǒng)上加裝分光鏡水準(zhǔn)尺上的編碼圖像經(jīng)望遠(yuǎn)系統(tǒng),調(diào)焦鏡和分光鏡后分成兩路.一路成像在分劃板上,通過(guò)目鏡人工對(duì)水準(zhǔn)尺進(jìn)行照準(zhǔn)和調(diào)焦,另一路在線陣CCD上進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換.信號(hào)的采集和處理由采集板和單片機(jī)完成.數(shù)據(jù)采集程序,處理程序和測(cè)量方法程序等均在PC

6、機(jī)上執(zhí)行CCD選擇日本東芝公司的TCD1206UD,器件自帶驅(qū)動(dòng)電路,有2160像元,像元尺寸14m×14m,采用兩相脈沖驅(qū)動(dòng)水準(zhǔn)尺的編碼由R,A,B三種不同的編碼組成(見圖2),其中R為參考碼,其結(jié)構(gòu)為三條2mm寬的黑色碼條和每?jī)蓚€(gè)黑色碼間lmm寬的白色碼條組成.R碼的周期為30mm.在每組參考碼R的右邊是一條黑色的A碼,左邊是一條黑色的B碼,A,B碼稱為信息碼.包含了水準(zhǔn)測(cè)量的高度信息,A碼條和B碼條的寬度都是在1到9mm之間變化,其中A碼條的周期為330mm,B碼條的周期為300mm,它們的最小公倍數(shù)為3300mm.R,A,B三種不同的碼條沿著一維方向等間距且交替配置.n

7、68;¨¨¨¨¨¨¨¨U160微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)2005年第22卷第l0期圖2水準(zhǔn)尺編碼結(jié)構(gòu)圖2編碼水準(zhǔn)尺的圖像識(shí)別算法2.1編碼水準(zhǔn)尺標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)CCD輸出的水準(zhǔn)尺圖像信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換,圖像預(yù)處理,邊緣提取,編碼識(shí)別后,在編碼標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)里查找高度信息標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)是由行和列組成的二維表.行數(shù)等于水準(zhǔn)尺的長(zhǎng)度除以尺碼的周期30ram.水準(zhǔn)尺的長(zhǎng)度為碼的周期330ram與碼的周期300ram的最小公倍數(shù)3300ram.即行數(shù)為3300/30=110行.列由序號(hào),碼的寬度,碼的寬度,高度值四項(xiàng)組成,其中高度值為A碼與B碼的中心線處2.2水

8、準(zhǔn)尺編碼圖像識(shí)別算法水準(zhǔn)尺編碼的識(shí)別由其編碼結(jié)構(gòu)決定在進(jìn)行水準(zhǔn)尺編碼識(shí)別前.對(duì)CCD輸n的信號(hào)進(jìn)行采集,編碼圖像的邊緣提取后.把編碼圖像變?yōu)槎祱D像后.用"OOH"代表黑編碼象素的灰度值.用"FFH"代表白編碼象素的灰度值.每個(gè)象素用一個(gè)字節(jié)表示.對(duì)2160個(gè)象素值進(jìn)行識(shí)別.獲得中絲所對(duì)應(yīng)位置的A,B編碼寬度值.2160個(gè)象素中應(yīng)至少包含兩組完整的尺碼圖像信息.識(shí)別過(guò)程可描述為:(11取CCD視場(chǎng)中間象素(1080)的值;CCD為倒立實(shí)像.因此CCD上端為水準(zhǔn)尺底端的像.存儲(chǔ)順序與之對(duì)應(yīng)(2)從1080處向前搜索.分別對(duì)"00H"和&

9、quot;FFH"字節(jié)進(jìn)行計(jì)數(shù).并計(jì)算出連續(xù)為"00H"字節(jié)的寬度.同時(shí)進(jìn)行相鄰兩個(gè)黑編碼的寬度比較.若相等.計(jì)數(shù),直到有3個(gè)黑編碼的寬度相等.則認(rèn)為是尺碼.并對(duì)其各黑白碼條所占的象素值進(jìn)行存儲(chǔ).否則結(jié)束識(shí)別.(3)再?gòu)?2)中識(shí)別出的尺碼的下邊緣處向后搜索,用同樣的方法找到另一組尺碼.對(duì)期間的各黑白碼條的象素計(jì)數(shù)值進(jìn)行保存3讀數(shù)計(jì)算讀數(shù)計(jì)算根據(jù)中絲所在位置的,碼寬度值在編碼標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中查找出高度值.此高度值為粗讀數(shù),然后根據(jù)中絲的實(shí)際位置進(jìn)行修正.若中絲在4,日碼中心線之上,粗讀數(shù)須加上A,B碼中心線到中絲的距離;若中絲在,碼中心線之下.粗讀數(shù)須減去,B碼中心線到中

10、絲的距離:最后還需根據(jù)CCD的標(biāo)定值進(jìn)行修正.最終求讀數(shù)值,圖3是讀數(shù)計(jì)算的示意圖.計(jì)算方法如下:線陣CCD編碼水準(zhǔn)尺=ma(45)lma(7)ma(8)ma(9)B碼A碼maI1Ulmaiii;l'1ma(1l32)l.R碼mafl5(14)lj圖3讀數(shù)計(jì)算不意圖注:Rwelzhi為R碼下方白碼條的第一個(gè)象素位置:BAzhong為B,A碼中心線象素位置;1080象素位置附近兩組相鄰R碼的示意圖.(1)經(jīng)過(guò)上述水準(zhǔn)尺編碼圖像識(shí)別算法處理后.ma(i)(i=1,2,15)中依次存放兩組尺碼之間各黑,白碼條所占的象素值,由此可求出,碼中心線象素位置,即:BAzhong=Rweizhi+ma

11、(6)+ma(7)/2+趟巡(2)通過(guò)R碼的周期計(jì)算物像比,R碼的周期為P=-300001xm.它在CCD上成像所占的象素個(gè)數(shù)可由上一步獲得,用Z表示.每個(gè)象素的寬度為141xm,用b表示.則P在CCD線陣上的成像長(zhǎng)度為:L=Zb=Z14(2)所以物像比為:WXB=P=(3)WXB:(4)14xm)(31B,A碼圖像寬度分別為:WBx=(5)l_10O元吣像_=一八一兀像像2005年第22卷第l0期微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)l6lWAx"(ram)(§)f4)求B,A碼的物寬:WB=WXB×W刪(7)WA=WXB×W(8)(5)用組合在編碼水準(zhǔn)尺標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中查出對(duì)應(yīng)高

12、度日(6)是,碼的中心線位置,它與中絲有一偏差.必須進(jìn)行修正.由圖3可以看,高度修正值應(yīng)為:HXZ=(1080-BAzhong)x14(1xm)(9)B,A碼中心線BAzhong在中絲(象素1080處)之上時(shí),HXZ為正;在之下時(shí),HXZ為負(fù).測(cè)量結(jié)果為:Hz=H+HXZ(10)4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析在實(shí)驗(yàn)室條件下.在建立的測(cè)量試驗(yàn)系統(tǒng)中進(jìn)行測(cè)量.使用本文提出的圖像識(shí)別算法和讀數(shù)計(jì)算方法.對(duì)經(jīng)數(shù)據(jù)采集,數(shù)字濾波,邊緣檢測(cè)后形成二值圖像進(jìn)行處理.其結(jié)果見表1.5結(jié)束語(yǔ)數(shù)字水準(zhǔn)儀測(cè)量速度快,讀數(shù)客觀,精度高,測(cè)量數(shù)據(jù)便于輸人計(jì)算機(jī)和容易實(shí)現(xiàn)水準(zhǔn)測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)一體化等優(yōu)點(diǎn).代表了水準(zhǔn)儀的發(fā)展方向.本文設(shè)計(jì)的基

13、于單片機(jī)的數(shù)字水準(zhǔn)儀方案及測(cè)量試驗(yàn)系統(tǒng),編碼水準(zhǔn)尺圖像識(shí)別算法以及測(cè)量讀數(shù)方法,在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行測(cè)量,試驗(yàn)結(jié)果表明.該方法合理,可靠表1實(shí)驗(yàn)結(jié)果A碼寬B碼寬R碼寬計(jì)算物粗瀆高修正后高度度(mm)度(mm)度(mm)像比度(mm)(mm)4.9650350.979022.0275724.995505229522929.0788471.9736841.9736847.048872172517221.0074637.52.0149257.995736187518775.0467297.570O941.96261710.013359759888.41OO423.0l25522.0083688.965

14、929l035l03l69211.90476244524561.0344832.o689652.06896514.778332252198.54217.85714235523663.9852347.5700941.96261720.0267247524872.0930237.3255812.09302324.91694217521702.0833332.0833332.08333329.76191.52553982235.71429142514331.6363642.7272732.18181838.96104233522368.1818191.6363642.18181838.9610476

15、5764參考文獻(xiàn)1】薄志鵬等.數(shù)字水準(zhǔn)儀述評(píng).測(cè)繪通報(bào),1996(2):30.21孫堅(jiān)譯.數(shù)字水準(zhǔn)儀WildNA2000的檢驗(yàn)和測(cè)試.測(cè)繪科技通訊,1993,(11:40.31陳斌,王進(jìn)東,徐銘等.DiNil2數(shù)字水準(zhǔn)儀測(cè)量系統(tǒng)及其應(yīng)用.測(cè)繪通報(bào),2oo1,flO):45.【4】霍宏濤,林小竹,何薇.數(shù)字圖像處理(第1版).北京:北京理工大學(xué)出版.200I2.51郭金運(yùn),徐泮林,曲國(guó)慶.數(shù)字水準(zhǔn)儀的性能比較與分析.測(cè)繪通報(bào),2002,(3):55.61范會(huì)敏,李晉惠.數(shù)字水準(zhǔn)儀的測(cè)量算法概述.西安T業(yè)學(xué)院,2002,(41:318.范會(huì)敏女,(1960一),副教授,碩士.研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)測(cè)控技

16、術(shù)應(yīng)用.(上接第158頁(yè))活性.隨著商業(yè)問(wèn)題的復(fù)雜化,必然需要采用多種數(shù)據(jù)挖掘算法,在多個(gè)模型之中進(jìn)行優(yōu)化組合.因此.如何進(jìn)一步擴(kuò)大該框架的服務(wù)領(lǐng)域.提供更加開放的應(yīng)用模型開發(fā)方式等將是系統(tǒng)完善關(guān)鍵.參考文獻(xiàn)【1】SmythP.BreakingoutoftheBlack2box:ResearchChallengesinDataMining.WorkshoponResearchIssuesinDataMiningandKnowledgeDiscoveryDMKD.2001.【2】朱建秋,蔡偉杰,朱揚(yáng)勇.CIAS:一個(gè)客戶智能分析數(shù)據(jù)挖掘平臺(tái).小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng).2003.124(12).31張旭梅,康大慶.網(wǎng)絡(luò)化集成的客戶關(guān)系管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)研究.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng).20o5.11(3).【4】李升林,烏蘭木其.基于數(shù)據(jù)挖掘的需求分析研究.中國(guó)機(jī)械工程.2003.14(5).【5】HanJW,PeiJ,YinYW.MiningFrequentPatternsw