光学测量系统、光学测量方法及光学测量标尺的制作方法
【专利摘要】本发明的实施方式包括多种不同类型的光学测量标尺、光学测量装置和用所述光学测量标尺测量位置的方法。在一个实施方式中，一个光学测量标尺包括一个基底和多个标记单元，每一个标记单元固定于标尺的预定位置。每一个标记单元包括多个光学检测的标记元素，每个标记元素有一个元素值，而且每一个元素值被在标记单元内的标记元素的元素值的排列中的任一组数字定义，每一个单元值对应一个物理量。在基底上设有第一方向。物理量包括沿第一方向的在参考位置和预定位置之间的第一距离。
【专利说明】光学测量系统、光学测量方法及光学测量标尺
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光学测量技术，特别涉及一种光学测量标尺、光学测量装置及使 用所述光学测量标尺的方法。
【背景技术】
[0002] 光学测量技术应用于工业应用中的物理量测量，如一个物体的高度和距离的测 量。以土地测量为例，水平测量杆是由测量设备自动检测条形码上形成确定的高度位置的 调平杆套。为了确保自动读数和测量精度，每一个条码元件的物理尺寸，例如条码的宽度和 间隔，必须被测量设备正确地检测和测量。因此，应用于测量设备中的无论是条码宽度精密 水准仪度和或光学元件的测量精度是有限的。
[0003] 因此，有必要提供一种光学测量标尺、测量方法和使用所述标尺的系统，所述标尺 可用于土地测量和其他相关的可提供准确的和可靠的测量结果的测量。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于，提供一种可提供准确的和可靠的测量结果的光 学测量标尺、光学测量系统及光学测量方法。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
[0006] 本发明实施方式提供了各种不同类型的光学测量标尺、光学测量装置和使用光学 测量标尺测量位置的方法。在一个实施方式中，一个光学测量标尺包括一个基底和多个标 记单元，每一个标记单元固定于标尺的预定位置。每一个标记单元包括多个光学检测的标 记元素，每个标记元素有一个被其光学特性定义的元素值，而且每一个标记单元有一个被 在标记单元内的标记元素的元素值的排列中的任一组数字定义的单元值，每一个单元值对 应一个物理量。在基底上设有第一方向。物理量包括沿第一方向的在参考位置和预定位置 之间的第一距离。
[0007] 在一种光学测量方法中，本发明实施方式中的标尺被放置在一个成像设备的前 面。在标尺上一个第一标记单元的一个光学图像被捕捉，在所述第一标记单元内的每一个 标记元素的元素值被确定，基于所述标记元素的光学特性。基于在所述标记单元内的所有 标记元素的元素值的排列中的任一组数字，一个第一单元值被确定。通过在一个对照表中 所述第一单元值，一个第一物理量被确定。所述第一物理量包括一个在所述基底上的沿所 述第一方向的在所述参考位置和所述预定位置之间的第一距离。
[0008] -个光学测量系统包括一个图像设备和本发明的一个实施方式的标尺。所述图像 设备包括一个光学信号接收器和一个耦合与所述光学信号接收器的处理器。所述光学信号 接收器捕捉所述标尺的光学图像，所述处理器接收所述光学图像以确定在所述光学图像中 的每一个标记元素的元素值，基于每一个标记元素的光学特性。所述处理器进一步确定所 述标记单元的单元值，基于所有单元值的排列中的任一组数字。所述单元值与一个对应的 在对照表中的被图像设备提供的物理量匹配。所述物理量包括一个沿所述第一方向的在所 述参考位置和所述预定位置之间的第一距离。
[0009] 从下面详细的描述可以得出，本发明的其它方面的优点将变得明显，下面以例举 的方式描述本发明的发明构思。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 根据附图将详细描述本发明的内容，其中：
[0011] 图1A是本发明的第一种实施方式的标尺的示意图。
[0012] 图1B是图1A的局部放大图，图示了一个试样标记单元。
[0013] 图2A是本发明的第二种实施方式的标尺的示意图。
[0014] 图2B是图2A的局部放大图，图示了一个试样标记单元。
[0015] 图3A是本发明的第三种实施方式的标尺的示意图。
[0016] 图3B是图3A的局部放大图，图示了一个试样标记单元。
[0017] 图4A是本发明的第四种实施方式的标尺的示意图。
[0018] 图4B是图4A的局部放大图，图示了一个试样标记单元。
[0019] 图4C是一个与图4A中的标尺具有相同的标记元素和标记单元的标尺的示意图， 图4C中的标尺用于一个不同的应用。
[0020] 图4D是一个与图4A中的标尺具有相同的标记元素和标记单元的标尺的示意图， 图4D中的标尺用于另一个不同的应用。
[0021] 图5A是本发明的第五种实施方式的标尺的示意图。
[0022] 图5B是图5A的局部放大图，图示了一个试样标记单元。
[0023] 图5C为图5A中的标尺被当做水平标尺的示意图。
[0024] 图是一个与图5A中的标尺具有相同的标记元素和标记单元的标尺的示意图， 图中的标尺用于一个不同的应用。
[0025] 图5E是一个与图5A中的标尺具有相同的标记元素和标记单元的标尺的示意图， 图5E中的标尺用于一个不同的应用。
[0026] 图6A是本发明的第六种实施方式的标尺的示意图。
[0027] 图6B是图6A的局部放大图，图示了一个试样标记单元。
[0028] 图6C是图6B中的试样标记单元中的单个标记单元的示意图。
[0029] 图6D是图6C中的标记单元对应的单元值的示意图。
[0030] 图6E是图6C中的标记单元对应的坐标的示意图。
[0031] 图6F是图6C中的试样标记单元和对应的单元值的示意图。
[0032] 图6G是图6C中的两个标记单元沿第二方向部分重叠的示意图。
[0033] 图6H是图6C中的五个标记单元与相邻的标记单元沿第二方向部分重叠以形成标 记群的示意图。
[0034] 图61是图6B中的两个标记单元沿第一方向部分重叠的示意图。
[0035] 图6J是图6B中的五个标记单元与相邻的标记单元沿第一方向部分重叠的示意 图。
[0036] 图6K是图6A的试样标记单元的示意图。
[0037] 图6L是图6A中的标尺的标记单元被用于测量在标尺角落的位置的示意图。
[0038] 图6M是图6A中的标尺的标记单元被用于测量在标尺边缘部分的位置的示意图。
[0039] 图6N是一个与图6A中的标尺具有相同的标记元素和标记单元的标尺的示意图， 图6N中的标尺用于一个不同的应用。
[0040] 图7A是根据本发明的一个应用实例使用标尺的光学测量系统的示意图。
[0041] 图7B是图7A中的标尺的一部分放大示意图。
[0042] 图7C是图7B的进一步放大示意图。
[0043] 图7D是图7C中的标记单元的单元值的示意图。
[0044] 图8A是根据本发明的另一个应用实例使用标尺的光学测量系统的示意图。
[0045] 图8B是图8A的部分放大示意图。
[0046] 图9A是根据本发明的另一个应用实例使用标尺的光学测量系统的示意图。
[0047] 图9B是图9A的部分放大示意图。
[0048] 图10A是根据本发明的另一个应用实例使用标尺的光学测量系统的示意图。
[0049] 图10B是图10A的部分放大示意图。
[0050] 图10C是根据本发明的进一步应用实例使用标尺的光学测量系统的示意图。
[0051] 图10D是图10C中的光学测量系统的标记单元的示意图。
[0052] 图10E是图10D的部分放大示意图，图示了一个标尺图像。
[0053] 图10F是图10E的部分放大图，图示了一个标尺重叠于可视目标。
[0054] 图11是本发明的一个实施方式的光学测量方法的流程图。
【具体实施方式】
[0055] 在下面的描述中，许多具体的详细描述是为了对本发明的各种实施例提供一个全 面的理解，然而，对本领域技术人员来说，没有这些全部或部分具体的详细描述，本发明的 实施方式可以实现。在其它的例子中，为了描述实施例中相关的内容而没有详细地描述一 些公知常识。
[0056] 图1A是本发明第一种实施方式的标尺100的示意图。在本实施方式中，所述标尺 用于测量沿特定方向的直线距离。
[0057] 参考图1A，标尺100包括基底100和多个固定于基底100的标记单元120。为了 描述方便，图1A图示了 25个标记单元120(分别被描述为标记单元1201、1202、…、1225)。 根据实际不同的应用，标尺1〇〇可以具有其它数量的标记单元。
[0058] 基底110定义了第一方向和与第一方向相交的第二方向，如，第一方向和第二方 向互相垂直。每一个标记单元120被固定于基底110的一个预先设定的位置。例如，被一 个短划线的框突出显示的第9行的标记单元1209固定于基底110,其中标记单元1209的中 心被点划线的测量线124表示。或者，测量线124也可以被设置为与被标记单元1209定义 的上边线1290a或下边线1209b -致的线。标记单元120可以由本身形成，如通过在独立 的材料，如标签、张贴物或其它不发光但对光源反光的材料，上印刷形成，并粘贴在基底110 合适的位置。或者，标记单元120可以由固定于基底100的光源，如LED，形成。在应用的过 程中，被使用的光源、光线状况，如开或关，和亮度、颜色和或每一个光源的照度级，如每一 个LED，是单独控制的。
[0059] 在本实施方式中，如图1B所示，每一个标记单元，如标记单元1209,包括8个沿第 二方向112排列的标记元素122,第二方向112与第一方向110垂直。每一个标记元素122 有一个被它的光学特性，如颜色、灰度、图案等其它，定义的值122a。为了计算标记元素的基 于其元素值的序列的单元值，随意地，给每一个标记元素确定了一个索引号122b。在本实施 方式中，在黑暗或黑色中的标记元素被指定一个元素值" 1"，同时，在光亮或白色中的标记 元素被指定一个元素值"〇"，如图1B中所示。因此，元素值用二进制数表示。然而，值得注 意的是，元素值可以被标记元素的被发觉的或可见的光学特性，如颜色、形状、灰度、亮度或 者它们中的结合，定义，因此元素值也可以被其它的数字代码系统表示。当光学特性为颜色 和或亮度，而且根据实际的测量应用标记元素的颜色和或亮度也可以被调整以便易侦查。
[0060] 每个标记单元120有一个被每个标记元素120的元素值排列中的任一组数字定义 的单元值。在这种情况下，一个索引号被指定给每一个标记元素，单元值可以根据不同的代 码系统，如在本实施方式中，用十进制数字，表示。例如，每一个标记单元120的单元值由下 面的公式⑴决定：
【权利要求】
1. 一种光学测量标尺，其特征在于，所述光学测量标尺包括： 一个基底，所述基底定义了第一方向； 多个标记单元，每一个所述标记单元设置于所述基底的一个预定位置，每一个所述标 记单元包括多个光学检测的标记元素，每一个所述标记元素有一个被其光学特性定义的元 素值， 其中，每一个所述标记单元有一个被在所述标记单元中的每一个标记元素的元素值的 排列中的任一组数字确定的单元值，每一个所述单元值对应一个物理量， 其中，所述物理量包括沿所述第一方向的在参考位置和所述预定位置之间的第一距 离。
2. 如权利要求1所述的光学测量标尺，其特征在于，所述基底定义一个与所述第一方 向交叉的第二方向，其中在每一个所述标记单元中的至少二个所述标记元素排列于第一对 准行内，所述第一对准行平行于所述第二方向。
3. 如权利要求2所述的光学测量标尺，其特征在于，在每一个所述标记单元中的所有 的所述标记元素排列在所述第一对准行内，所述第一距离由沿所述第一方向的所述参考位 置和所述第一对准行确定。
4. 如权利要求3所述的光学测量标尺，其特征在于，所述基底有一个平面，在所述平面 上的所述第一方向和所述第二方向为直线方向并互相垂直，所述第一距离为沿所述第一方 向的在所述参考位置和所述第一对准行之间的直线距离。
5. 如权利要求3所述的光学测量标尺，其特征在于，所述基底有一个平面，在所述平面 上的所述第一方向为圆周方向，在所述平面上的所述第二方向为径向，所述第一距离为沿 所述圆周方向的在所述参考位置和所述第一对准行之间的角度距离。
6. 如权利要求3所述的光学测量标尺，其特征在于，所述基底有一个旋转面，在所述旋 转面上的所述第一方向为圆周方向，在所述旋转面上的所述第二方向为径向，所述第一距 离为沿所述圆周方向的在所述参考位置和所述第一对准行之间的角度距离。
7. 如权利要求3所述的光学测量标尺，其特征在于，所述多个标记单元沿所述第一方 向排列，且相邻的所述标记单元之间具有相同间距。
8. 如权利要求2所述的光学测量标尺，其特征在于，每一个所述标记单元进一步包括 至少二个沿所述第二方向排列的在第二对准行中的标记元素，所述第二对准行和所述第一 对准行相隔一定的距离。
9. 如权利要求8所述的光学测量标尺，其特征在于，每两个相邻的所述标记单元被至 少一个所述标记元素沿所述第一方向部分重叠。
10. 如权利要求9所述的光学测量标尺，其特征在于，每一个后续标记单元沿所述第一 方向相对于一个与所述后续标记单元相邻的先前标记单元偏离一个标记元素。
11. 如权利要求10所述的光学测量标尺，其特征在于，所述基底有一个平面，在所述平 面上的所述第一方向和所述第二方向为直线方向并互相垂直，所述第一距离为沿所述第一 方向的在所述参考位置和所述第一对准行之间的直线距离。
12. 如权利要求10所述的光学测量标尺，其特征在于，所述基底有一个平面，在所述平 面上的所述第一方向为圆周方向，在所述平面上的所述第二方向为径向，所述第一距离为 沿所述圆周方向的在所述参考位置和所述第一对准行之间的角度距离。
13. 如权利要求10所述的光学测量标尺，其特征在于，所述基底有一个旋转面，在所述 旋转面上的所述第一方向为圆周方向，在所述旋转面上的所述第二方向为径向，所述第一 距离为沿所述圆周方向的在所述参考位置和所述第一对准行之间的角度距离。
14. 如权利要求2所述的光学测量标尺，其特征在于，所述标记单元排列于沿所述第一 方向和所述第二方向的二维矩阵中，其中所述物理量进一步包括一个第二距离，所述第二 距离在所述参考位置和沿所述第二方向的所述预定位置之间。
15. 如权利要求13所述的光学测量标尺，其特征在于，沿所述第一方向的每两个相邻 的所述标记单元被至少一个所述标记元素部分重叠，沿所述第二方向的每两个相邻的所述 标记单元被至少一个所述标记元素部分重叠。
16. 如权利要求15所述的光学测量标尺，其特征在于，每一个后续标记单元沿所述第 一方向相对于一个与所述后续标记单元相邻的先前标记单元偏离一个标记元素，且每一个 后续标记单元沿所述第二方向相对于一个与所述后续标记单元相邻的先前标记单元偏离 一个标记元素。
17. 如权利要求16所述的光学测量标尺，其特征在于，所述基底有一个平面，在所述平 面上的所述第一方向和所述第二方向为直线方向并互相垂直，所述第一距离为沿所述第一 方向的在所述参考位置和所述第一对准行之间的直线距离。
18. 如权利要求16所述的光学测量标尺，其特征在于，所述基底有一个旋转面，在所述 旋转面上的所述第一方向为圆周方向，在所述旋转面上的所述第二方向为径向，所述第一 距离为沿所述圆周方向的在所述参考位置和所述第一对准行之间的角度距离。
19. 如权利要求1所述的光学测量标尺，其特征在于，在每一个所述标记单元内的所述 标记元素沿所述第一方向排列在一个第一对准列内，且所述多个标记单元沿所述第一方向 排列，且相邻的所述标记单元之间具有相同间距。
20. 如权利要求19所述的光学测量标尺，其特征在于，每两个相邻的所述标记单元被 至少一个所述标记元素沿所述第一方向部分重叠。
21. 如权利要求20所述的光学测量标尺，其特征在于，每一个后续标记单元沿所述第 一方向相对于一个与所述后续标记单元相邻的先前标记单元偏离一个标记元素。
22. 如权利要求21所述的光学测量标尺，其特征在于，所述基底有一个平面，所述第一 距离是沿所述第一方向的在所述参考位置和所述第一对准行之间的直线距离。
23. 如权利要求21所述的光学测量标尺，其特征在于，所述基底有一个平面，所述第一 方向为圆周方向，所述第一距离为沿所述圆周方向的在所述参考位置和所述第一对准行之 间的角度距离。
24. 如权利要求21所述的光学测量标尺，其特征在于，所述基底有一个旋转面，所述第 一方向为圆周方向，所述第一距离为沿所述圆周方向的在所述参考位置和所述第一对准行 之间的角度距离。
25. 如权利要求1所述的光学测量标尺，其特征在于，每个标记元素是一个安装于所述 基底上的被动反射镜，其中所述光学特性是形状、颜色、亮度、灰度和图案中的一个或它们 的组合。
26. 如权利要求25所述的光学测量标尺，其特征在于，每一个所述标记元素是一个来 是一个投影机的光学图像，所述基板是一个投影屏幕，用于承载多个所述标记元素中的每 一个所述标记元素的光学图像。
27. 如权利要求1所述的光学测量标尺，其特征在于，每一个所述标记元素是一个固定 于所述基底的光源，其中所述光学特性是颜色、亮度和照度级中的一个或它们的组合。
28. 如权利要求27所述的光学测量标尺，其特征在于，每一个所述标记元素是一个固 定于所述基底的主动的发光体以形成一个显示屏幕，所述标记元素从其发出光信号。
29. -种光学测量方法，其特征在于，所述方法包括： 在一个成像设备的前面设置一个如权利要求1所述的标尺； 捕捉一个在所述标尺上的一个第一标记单元的光学图像； 基于所述标记元素的所述光学特性，确定一个在所述标记单元内的每一个所述标记元 素的元素值； 基于在所述第一单元内的多个所述标记元素的所述元素值的排列中的任一组数字，确 定一个第一单兀值； 匹配所述第一单元值和在一个对照表中的一个第一物理量； 其中，所述第一物理量包括一个在所述基底上的沿所述第一方向的在所述参考位置和 所述预定位置之间的第一距离。
30. 如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述第一物理量包括一个在所述基底上 的沿一个与所述第一方向垂直的第二方向的在所述参考位置和所述预定位置之间的第二 距离。
31. 如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述第一标记单元的所述光学图像在第 一时刻被捕捉，所述方法进一步包括： 在第二时刻，捕捉一个第二标记单元的一个光学图像； 基于所述标记元素的所述光学特性，确定一个在所述第二标记单元内的每一个标记元 素的元素值； 基于在所述第二单元内的多个所述标记元素的所述元素值的排列中的任一组数字，确 定一个第二单元值； 匹配所述第二单元值和在一个对照表中的一个第二物理量；及 基于所述第一物理量、所述第二物理量、所述第一时刻及所述第二时刻，确定所述标尺 的一个运动状态。
32. 如权利要求29所述的方法，其特征在于，进一步包括： 定义一个穿过所述第一标记单元的测量线； 确定一个所述测量线的在所述第一标记单元的上边缘和下边缘之间的相对位置； 基于所述相对位置定义一个速度值； 其中，所述第一物理量包括所述第一距离和所述速度值。
33. -种光学测量系统，其特征在于，所述光学测量系统包括： 一个如权利要求1所述的标尺； 一个成像设备，包括： 一个光信号接收器，用于配置所述标尺的一个光学图像； 一个耦合于所述光信号接收器的处理器，用于接收所述光学图像，其中，所述处理器用 于确定基于所述光学特性的在光学图像内的每一个标记元素的元素值，以确定基于所述元 素值的排列中的任一组数字的所述单元值；及 一个对照表，用于匹配所述单元值和一个对应的物理量的； 其中，所述物理量包括沿所述第一方向的在所述参考位置和所述预定位置之间的第一 距离。
34. 如权利要求33所述的光学测量系统，其特征在于，所述基底进一步包括与所述第 一方向交叉的第二方向，其中所述物理量包括一个沿所述第二方向的在所述参考位置和所 述预定位置之间的第二距离。
35. 如权利要求33所述的光学测量系统，其特征在于，每一个所述标记兀素是一个光 源，其中所述光学特性是颜色、亮度和照度级中的一个或它们的组合，其中，所述系统进一 步包括一个用于独立控制每一个所述标记元素的光线状况的控制器。
36. 如权利要求33所述的光学测量系统，其特征在于，所述光学测量系统进一步包括 一个叠加到所述标尺的屏幕以在所述屏幕上显示一个可视图像，和一个用于引导一束光束 到所述视觉图像以瞄准所述可视图像的校准系统。
37. 如权利要求36所述的光学测量系统，其特征在于，所述光学测量标尺有一个比所 述可视图像的亮度低的亮度。
【文档编号】G01B11/00GK104254755SQ201380009143
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】王勇 申请人:王勇