专利名称：一种水准测量的数字识别方法
技术领域：
本发明涉及一种水准测量的数字识别方法。
背景技术：
目前使用中的水准仪主要有光学水准仪和数字水准仪两种。
光学水准测量系统由带有水准器和分划板的望远镜、自动安平装置组成的水准仪，以及带有数字和特殊刻划的水准尺组成。水准尺是在不易变形的瘦长的平直板材上等间隔的印制上等宽度的条纹，并在条纹旁数字标注。用光学水准仪进行的水准测量是将与水准仪水平视线同等高度的水准尺的部分影像，成像在水准仪目镜附近的分划板上，测量员用眼睛通过望远镜的目镜测量水准仪分划板的水平丝在水准尺上的位置，并根据水准尺上的数字标注，获得大读数(米和分米或厘米)，以及分划板的水平丝与水准尺刻划的几何关系获得小读数(厘米，毫米及小于毫米的部分)，即可获得水准仪水平视线同等高度的水准尺的读数。
数字水准测量系统由带有水准器和分划板的望远镜、自动安平装置、CCD传感器以及计算机系统组成的水准仪，以及带有特殊刻划的水准尺组成。水准尺是在不易变形的瘦长的平直板材上按一定的规律非等间隔的印制上非等宽度的条纹，水准尺上不数字标注。用数字水准仪进行的水准测量是将与水准仪水平视线同等高度的水准尺的部分影像，成像在水准仪目镜附近的分划板和CCD传感器上，计算机控制CCD的采样、处理。根据CCD的采样的图像与水准尺刻划的相对关系，获得水准仪水平视线同等高度的水准尺的读数。
国际上的光学水准测量系统已可满足各等级的水准测量。我国目前生产的水准仪都是光学水准测量系统，生产的各种型号的水准仪和水准尺可满足除一等水准测量以外的各登记水准测量。并在长期的科研和生产中投入了大量的人力和物力，获得了许多成果和规范，并拥有许多生产厂。光学水准测量系统的缺点是没有实现数字化，作业效率低于数字水准测量系统，而且容易出错。
我国目前使用的数字水准测量系统都是进口的(日本，瑞士和德国)，由于其特殊的测量方法，迫使我国必须进行与其相适应的水准测量规范的研究，而且还要投入大量的经费研制与其配套的附件。
保护我国的投资，充分利用现有的资源的最佳方案就是实现光学水准测量系统的数字化。无误识和无拒识数字识别是实现这一目标的关键技术之一。
目前已有的数字识别方法都存在误识和拒识，而水准测量的环境是野外，水准尺难免被划伤或污物遮挡，而水准测量是不允许出现误识和拒识的，这使得现有的数字识别方法无法满足水准测量的无误识和无拒识数字识别的苛刻要求。
发明内容
本发明的目的就是提供一种可靠性强、无误识和无拒识的水准测量数字识别方法，即利用数字识别技术实现水准尺的大读数的自动获取--水准尺上的数字标注的自动识别。
本发明的目的是这样实现的一种水准测量的数字识别方法，首先通过水准仪的望远镜和图像采集系统获得水准尺在水准仪的望远镜视场中的图像，其特征是还包括如下步骤分离数字图像在采样的视场图像中搜索矩形条纹的位置，根据矩形条纹与数字标注的几何关系，以及矩形条纹的位置，确定数字标在采样图像中的位置，从采样图像中分离出数字标注图像，从数字标注图像中分离各位数字的图像；数字识别与合成将分离的各位数字的采样图像与按标准数字图像生成算法生成的参考图像进行相关计算，参考图像像高＝分离的数字图像像高，参考图像数字k＝0-9，相关计算按下式进行Ck(i0,j0)=1m×nΣi=0mΣj=0nCYi-i0,j-j0×CKk,i,j]]>CYi，j采样图像的i行，j列像素，CKi，j参考图像的i行，j列像素，Ck相对于k＝0-9的参考图像的与采样图像的相关计算值，i0相对于采样图像的行零点偏移，j0相对于采样图像的列零点偏移，k对应于数字0-9；根据不同的采样图像的行零点位移i0，采样图像的列零点位移j0，计算相关值Ck，i，j，将最大的相关值Ck，i，j作为Ck；将C0，C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7，C8，C9中的最大值作为最终的识别结果；识别结果检错与纠错对水准尺采样中的多个数字标注进行识别，并进行识别结果的同侧上下相关，对侧上下相关的检验，C1＝对侧上识别结果-1，C2对侧下识别结果+1，C3＝同侧上识别结果-2，C4＝同侧下识别结果+2，C＝本位置识别结果，当C1＝C或C2＝C或C3＝C或C4＝C时，识别结果正确；如发现错误，可根据相关性进行纠错，最终获得无误识和无拒识的数字识别结果；合并分别识别的数字，既获得了水准测量的大读数。
所述的数字识别与合成，按与分离的数字采样图像高度和实际的数字高度，按不同的比例生成参考图像，使得生成的参考图像与采样图像具有相同的大小。
所述的识别结果检错与纠错，根据相邻的数字的数值关系，水准尺同侧上下相邻的数字标注的差值为2或4，对侧上下相邻的数字标注的差值为1或2，进行相邻的数字识别结果的检验与纠错。
现有的数字识别方案，都有误识率和拒识率两项指标，只是数值大小有差别，本方案识别结果为无误识和无拒识的数字识别结果。
本发明运用相关数字识别和识别结果的相关检错与纠错方案，确保了数字识别结果的正确性与可靠性，这对于在野外环境下进行的水准测量，获得无误识和无拒识的数字识别结果，显得尤为重要。
图1为视场中水准尺采样示意图；图2为总体流程图；图3为数字图像分离流程图；图4为数字识别流程图；图5为识别结果检错与纠错流程图；图中1.视场；2.水准尺；3.矩形条纹；4.数字标注；5.水平中丝。
具体实施例方式
一种水准测量的数字识别方法，如图1所示，首先通过水准仪的望远镜和图像采集系统获得水准尺在水准仪的望远镜视场中的图像。在获得的图像中搜索矩形条纹的位置；根据矩形条纹与数字标注的几何关系，以及矩形条纹的位置，确定数字标注所在的区域以完成从获得的图像中分离出数字标注图像块。将分离出的数字标注图像块中的各位数字分离开，获得分离的各位数字的图像块。将分离的各位数字的采样图像与按标准数字图像生成算法生成的参考图像进行相关计算，相关计算按下式进行。
Ck(i0,j0)=1m×nΣi=0mΣj=0nCYi-i0,j-j0×CKk,i,j]]>CYi，j采样图像的i行，j列像素。
CKi，j参考图像的i行，j列像素。
Ck相对于k＝0-9的参考图像的与采样图像的相关计算值。
i0相对于采样图像的行零点偏移。
j0相对于采样图像的列零点偏移。
k对应于数字0-9。
根据采样图像CY的像高和不同的数字(0--9)，按照数字标注的标准图像生成算法，生成不同的参考图像CK。根据相关计算的结果，调整图像行零点偏移和列零点偏移，以最佳匹配结果--最大的相关计算的值作为特定的数字的识别结果。根据不同的采样图像的行零点位移i0，采样图像的列零点位移j0，计算相关值Ck，i，j，将最大的相关值Ck，i，j作为Ck。将C0，C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7，C8，C9中的最大值作为最终的识别结果。由于水准尺相邻的数字标注是相关的，水准尺右侧的数字标注均为奇数(偶数)，则水准尺左侧的数字标注就均为偶数(奇数)，或两侧均为偶数，此为左右相关。同侧上下相邻的数字标注的差值为2或4，对侧上下相邻的数字标注的差值为1或2，一旦选定了水准尺，其相邻的数字标注的关系就确定了。对水准尺采样中的多个数字标注进行识别，并进行识别结果的同侧上下相关，对侧上下相关的检验，C1＝对侧上识别结果-1，C2对侧下识别结果+1，C3＝同侧上识别结果-2，C4＝同侧下识别结果+2，C＝本位置识别结果，当C1＝C或C2＝C或C3＝C或C4＝C时，识别结果正确；如发现错误，可根据相关性进行纠错，最终获得无误识和无拒识的数字识别结果。合并分别识别的数字，既获得了水准测量的大读数。
实际运用本发明运用进行数字识别时，首先将水准尺2垂直放置，通过调焦装置使图像清晰，并使水准尺的图像位于视场1中央。通过图像采集系统获得视场中水准尺的采样图像，在获得的采样图像中确定矩形条纹3的位置；根据矩形条纹与数字标注4的空间关系，确定数字标注所在的区域，将数字标注图像从获得的图像中分离出来。并且将各位数字从分离出的数字标注图像块中分离开，获得分离的各位数字的图像块。将分离的各位数字的采样图像与按标准数字图像生成算法生成的参考图像进行相关计算，对数字识别的结果进行相关检错与纠错，合并识别的数字，既获得正确的数字识别结果--水准尺的大读数。数字识别处理及纠错流程见图2，图3，图4和图5。
权利要求
1.一种水准测量的数字识别方法，首先通过水准仪的望远镜和图像采集系统获得水准尺在水准仪的望远镜视场中的图像，其特征是还包括如下步骤分离数字图像在采样的视场图像中搜索矩形条纹的位置，根据矩形条纹与数字标注的几何关系，以及矩形条纹的位置，确定数字标在采样图像中的位置，从采样图像中分离出数字标注图像，从数字标注图像中分离各位数字的图像；数字识别与合成将分离的各位数字的采样图像与按标准数字图像生成算法生成的参考图像进行相关计算，参考图像像高＝分离的数字图像像高，参考图像数字k＝0-9，相关计算按下式进行Ck(i0,j0)=1m×nΣi=0mΣj=0nCYi-i0,j-j0×CKk,i,j]]>CYi，j采样图像的i行，j列像素，CKi，j参考图像的i行，j列像素，Ck相对于k＝0-9的参考图像的与采样图像的相关计算值，i0相对于采样图像的行零点偏移，j0相对于采样图像的列零点偏移，k对应于数字0-9；根据不同的采样图像的行零点位移i0，采样图像的列零点位移j0，计算相关值Ck，i，j，将最大的相关值Ck，i，j作为Ck；将C0，C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7，C8，C9中的最大值作为最终的识别结果；识别结果检错与纠错对水准尺采样中的多个数字标注进行识别，并进行识别结果的同侧上下相关，对侧上下相关的检验，C1＝对侧上识别结果-1，C2对侧下识别结果+1，C3＝同侧上识别结果-2，C4＝同侧下识别结果+2，C＝本位置识别结果，当C1＝C或C2＝C或C3＝C或C4＝C时，识别结果正确；如发现错误，可根据相关性进行纠错，最终获得无误识和无拒识的数字识别结果；合并分别识别的数字，既获得了水准测量的大读数。
2.根据权利要求1所述的一种水准测量的数字识别方法，其特征是数字识别与合成，按与分离的数字采样图像高度和实际的数字高度，按不同的比例生成参考图像，使得生成的参考图像与采样图像具有相同的大小。
3.根据权利要求1所述的一种水准测量的数字识别方法，其特征是识别结果检错与纠错，根据相邻的数字的数值关系，水准尺同侧上下相邻的数字标注的差值为2或4，对侧上下相邻的数字标注的差值为1或2，进行相邻的数字识别结果的检验与纠错。
全文摘要
本发明涉及一种水准测量的数字识别方法。一种水准测量的数字识别方法，首先通过水准仪的望远镜和图像采集系统获得水准尺在水准仪的望远镜视场中的图像，其特征是还包括如下步骤在获得的采样图像中确定矩形条纹的位置，根据矩形条纹与数字标注的空间关系，确定数字标注所在的区域，将数字标注图像从获得的图像中分离出来；并且将各位数字从分离出的数字标注图像块中分离开，获得分离的各位数字的图像块；将分离的各位数字的采样图像与按标准数字图像生成算法生成的参考图像进行相关计算，对数字识别的结果进行相关检错与纠错，合并识别的数字，既获得正确的数字识别结果——水准尺的大读数。本发明确保了数字识别结果的正确性与可靠性。
文档编号G06T7/00GK1556373SQ20041001263
公开日2004年12月22日 申请日期2004年1月9日 优先权日2004年1月9日
发明者赵珞成, 赵晨 申请人:武汉大学