作为水准测量仪器发展趋势的数字水准仪，因国外技术封锁以及国内某些技术难题没有完全攻克等方面的原因，至今尚无拥有自主专利权的产品面世。这给我国水准测量仪器使用量达到30万台/每年的测绘行业带来了技术的发展瓶颈。 针对这种现状本文重点研究数字水准仪测量系统的两项关键技术：一、突破国外专利权的垄断，提出新的水准标尺条码；二、研究与新码配套的图像处理算法与条码识别技术。具体的研究工作如下： 1、编码方法分析提出并分析了水准标尺条码编码的两种承载信息方式：模拟量编码法和数字式编码法；研究水准标尺选用一维条码编码的原因：通过条码条、空宽度的变化以及纵向的有序排列达到二维条码的作用效果。 2、衡量条码优劣的评价体系构建建立衡量编码优劣的评价指标——条码的最大信息密度、条码图像的分辨率与条码信息的纠错能力：用条码的最大编码容量与一个单元宽度的比值衡量条码的最大信息密度；通过光学系统的点扩散函数研究条码图像的分辨率，得出码元边缘的间距相等时分辨率最高的结论；用条码图像信息序列的相关性或条码编码所用函数本身的规律性来评价条码信息的纠错功能。 3、Nkm条码与G—R条码创新依据上述编码理论创新出两种新码：基于宽度调节法的Nkm条码和基于模块组配法的G—R条码。前者具有充分利用编码信息，达到水准标尺条码总数N、条空宽度比变化种类k与一个码区内的条码单元数m之间的最佳匹配，但它存在信息密度较低、分辨率不高、只有校验没有纠错功能等缺点；后者利用Gray码在任意两个相邻的数之间转换，只有一个数位发生变化的单步特性，以及参考码R固定的条宽有利于求物像比的特点，交替组合而成一种信息密度较高，分辨率较好，纠错能力强的高品质码。 4、G—R条码图像处理算法设计利用中值滤波对于阶跃信号输出能保持输入信号值不变，以及较好得保持图像边缘非线性的优点进行G—R条码图像滤波；针对数学形态学提取的边缘比较平滑、清晰，图像骨架比较连续的特点进行G—R条码图像的边缘检测处理；基于最大类间方差法得到的图像边缘不随光强变化的特点进行G—R条码图像阈值分割；鉴于概率统计细分法算法简单、执行效率高、精度好的特性进行G—R条码图像边缘的精确定位。模拟实验结果表明，所用方法较好地解决噪声干扰对边缘信息提取的影响，提高了检测的分辨率。 5、SMGP(Sequence Matching and Geometric Position—setting)条码识别思想创立根据数字水准仪需将条码的信号与仪器内存的参考信号按一定方式进行比较获得识别的读数原理，以及几何法通过求平均值能消除分化误差的优点，提出信号序列匹配与几何法精测相结合的SMGP识别算法，并成功应用于双正弦码和G—R码的条码识别中。 6、G—R条码应用创新以G—R为编码方式，结合磁敏传感技术提出了一种新型的绝对量编码方法，该方法可以通过调整数值码的位数达到测量任意位移长度的目的，解决了位移测量时存在测量的相对量，以及绝对量时表征长度受到限制等问题。 本文的研究成果为我国开发具有自主知识产权的数字水准仪提供了理论基础和实验依据。