CN103743547A - 一种bcs板特征标识方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种BCS板特征标识方法，应用于一塔式太阳能发电系统中，可以准确确定定日镜光斑中心的位置，便于后续的定日镜角度校正以提高定日镜追日精度。包括将一BCS板安装在聚光塔上，在所述BCS板上设立若干标识，确定若干标识上的至少三个第一角点作为特征点;三维的世界坐标系，建立二维的图像坐标系；根据特征点的图像坐标以及世界坐标对图像采集装置进行标定；利用图像采集装置获取一BCS板光斑照片；通过对所述BCS板光斑照片进行处理，得到所述BCS板光斑中心的图像坐标以及所述BCS板中心的图像坐标，变换得到所述BCS板光斑中心的世界坐标。

Description

一种BCS板特征标识方法

技术领域

本发明涉及一特征标识方法，尤其涉及一种应用于塔式太阳能发电系统中太阳能光斑位置的BCS板特征标识方法。

背景技术

塔式太阳能发电系统包括放置在聚光塔（也可称接收塔）上的接收器、聚光塔周围地面上铺设的定日镜、计算机控制系统和跟踪传动机构。计算机控制系统控制定日镜自动跟踪太阳，并将太阳光线反射到位于聚光塔顶部的接收器，使其中的介质沸腾，由此所产生的蒸汽驱动汽轮机，带动发电机发电。只有定日镜精确跟踪太阳位置的变化，才能保证太阳光斑能量准确聚集到接收器上，保证热发电系统具有较高的光热转换效率，进而保障整个塔式太阳能热发电系统的工作效率。因此，精确判断当前时刻太阳的位置和当前时刻定日镜反射的太阳光斑的位置，从而提高定日镜的追日精度是太阳能塔式热发电领域的重要研究课题。目前，如何校验定日镜的追日精度成为了该领域的一个技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种BCS板特征标识方法，可以准确检查定日镜光斑中心和BCS板中心是否一致，便于后续的定日镜角度校正以提高定日镜追日精度。

为了实现上述目的，本发明提供了一种光束特性系统BCS（BeamCharacteristic System）板特征标识方法，应用于一塔式太阳能发电系统中，其特征在于，包括以下步骤：

设立标示步骤，将一BCS板安装在聚光塔上，在所述BCS板上设立若干标识，确定所述若干标识上的至少三个第一角点作为特征点;

建立坐标系步骤，以所述塔式太阳能发电系统中任意一点作为原点建立三维的世界坐标系，以所述图像采集装置采集的图像中任意一点作为原点建立二维的图像坐标系；根据所述特征点的图像坐标以及世界坐标对所述图像采集装置进行标定；

获取照片步骤，利用图像采集装置获取一BCS板光斑照片；

获取光斑中心步骤，通过对所述BCS板光斑照片进行处理，得到所述BCS板光斑中心的图像坐标以及所述BCS板中心的图像坐标，变换得到所述BCS板光斑中心的世界坐标。

较佳地，建立坐标系步骤中对所述图像采集装置进行标定还包括：根据所述特征点的图像坐标以及世界坐标，得出所述图像采集装置相对于实际长度在所述图像坐标系中X方向和Y方向的缩放因式。

较佳地，所述图像采集装置为CCD相机。

较佳地，确定光斑中心步骤中，选取合适的椭圆形状进行拟合，得到该椭圆的中心即为所述BCS板光斑照片中光斑中心的图像坐标（a，b）。

较佳地，设立标示步骤中，在所述BCS板上设立与BCS板中心呈中心对称的偶数个标识。

较佳地，确定光斑中心步骤中，通过在所述标识中确定偶数个第二角点，使之相对于所述BCS板中心呈中心对称，计算出所述BCS板中心在所述BCS板光斑照片中的图像坐标（c，d）。

较佳地，变换得到所述BCS板光斑中心的世界坐标的步骤进一步包括：

a.计算所述BCS板光斑中心图像坐标与所述BCS板中心图像坐标的偏差（X,Y）

b.通过所述缩放因式将（X,Y）转换为所述BCS板光斑中心与所述BCS板中心的实际长度偏差(Δx，Δy)；

c.通过特征点的世界坐标确定所述BCS板的世界坐标平面，得出所述BCS板光斑中心与所述BCS板中心在所述世界坐标系中Z方向上的实际长度偏差Δz；

d.所述BCS板光斑对称中心的世界坐标为：

(x_g,y_g,z_g)=(x_t,y_t,z_t)+(Δx,Δy,Δz)，其中，(x_t,y_t,z_t)为所述BCS板中心的世界坐标。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

（1）本发明通过设立若干标识，以标示的角点作为方便识别定位BCS板的中心。

（2）通过计算光斑中心相对于标识确定的BCS板中心的位置，克服相机偏移和相机抖动的影响，即使图像采集装置因相机发生抖动造成的视野变化时，由于光斑相对标识的位置不会因为相机视野发生变化而改变，因此光斑坐标处理的精度也不会大幅下降；

（3）得到BCS板光斑对称中心的世界坐标，便于后续的定日镜校正以提高定日镜追日精度，简单方便并易于操作，适用于大型塔式太阳能热发电镜场。

附图说明

图1为本发明实施例的BCS板标识示意图；

图2为本发明实施例的BCS板光斑照片二值化后得到的照片；

图3为本发明提供的一种BCS板特征标识方法的流程图。

具体实施方式

下面参照附图和具体实施例来进一步说明本发明。

参见出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。

附图3为本发明一种BCS板特征标识方法的流程图，以下详细描述本发明提供的一种BCS板特征标识方法。

一种BCS板特征标识方法，应用于一塔式太阳能发电系统中，包括以下步骤：

设立标示步骤，将一BCS板1安装在聚光塔上，在BCS板1上设立若干标识，确定若干标识上的至少三个第一角点作为特征点，本实施例中与BCS板中心呈中心对称的四个标识4,5,6,7，以及在四个标识中选取任意的八个角点作为特征点，图1中标识7的角点为9，标识7的顶点为8。

建立坐标系步骤，以塔式太阳能发电系统中任意一点作为原点建立三维的世界坐标系，以图像采集装置采集的图像中任意一像素点作为原点建立二维的图像坐标系；根据特征点的图像坐标以及世界坐标对图像采集装置进行标定，即为根据上述八个特征点的图像坐标以及世界坐标，采用相机标定算法得出图像采集装置得到的图像相对于实际长度在图像坐标系中X方向和Y方向的缩放因式。也可以根据任意三个特征点确定BCS板在世界坐标中的平面。本实施例中世界坐标系中均以毫米为单位，图像坐标系中均以像素为单位，当然不限于此。

获取照片步骤，利用图像采集装置2获取一BCS板光斑照片，本实施例中图像采集装置2采用CCD相机。

获取光斑中心步骤，一般通过一图像处理装置3对BCS板光斑照片进行处理，得到BCS板光斑中心的图像坐标以及BCS板中心的图像坐标，变换得到BCS板光斑中心的世界坐标。其中：

得到BCS板光斑中心的图像坐标步骤包括选取合适的椭圆形状进行拟合，得到该椭圆的中心即为BCS板光斑照片中光斑中心的图像坐标（a，b）。

选用适当的阀值，对采集到的BCS板1的光斑图片上各个像素点的色度进行二值化处理，可以得到一张二值化的BCS板的光斑图片，如图2所示。对二值化后的图片进行轮廓查找，使太阳光斑近似拟合呈椭圆形，通过光斑轮廓的图像坐标求得太阳光斑的轮廓。根据太阳光斑轮廓拟合出一个椭圆，该椭圆的中心即为光斑的中心。至此，已经求出BCS板的光斑的图像坐标（a，b）。

通过确定四个标识中的顶点为第二角点，使之相对于BCS板中心呈中心对称，计算出BCS板中心在BCS板光斑照片中的图像坐标（c，d）。选取与BCS板中心呈中心对称四个标识，确定四个标识中的顶点为第二角点，如图1所示，便于在图像坐标系中计算出BCS板中心的图像坐标，使定位更加精准，本实施例中BCS板的中心位置可通过4个标识中的四个顶点来算出，如图1中的点1,2,3,4，设此四个顶点图像坐标为(x₁,y₁)、(x₂,y₂)、(x₃,y₃)、(x₄,y₄)。

(c,d)=[(x₁,y₁)+(x₂,y₂)+(x₃,y₃)+(x₄,y₄)]/4，（c.，d）为BCS板中心的图像坐标，如此设立标识便于计算出BCS板中心的位置，也可以采用其他设立标识方法，并不限于此。

变换得到BCS板光斑中心的世界坐标的步骤进一步包括：

A，计算BCS板光斑中心图像坐标与BCS板中心图像坐标的偏差（X,Y）=（a，b）-（c，d）；

B，通过缩放因式将（X,Y）转换为BCS板光斑中心与BCS板中心的实际长度偏差(Δx，Δy)，以毫米为单位；

C，通过特征点的世界坐标确定BCS板的世界坐标平面，得出BCS板光斑中心与BCS板中心在世界坐标系中Z方向上的实际长度偏差Δz，单位为毫米；

D，BCS板光斑对称中心的世界坐标为：

(x_g,y_g，z_g)=(x_t,y_t,z_t)+(Δx,Δy,Δz)，其中，(x_t,y_t,z_t)为BCS板中心的世界坐标，由于BCS板相对于世界坐标系为固定不动的，所以BCS板中心的世界坐标为已知的。

得到BCS板光斑对称中心的世界坐标，便于后续的定日镜角度校正以提高定日镜追日精度。

通过计算光斑中心相对于标识确定的BCS板中心的位置，克服相机偏移和相机抖动的影响，即使图像采集装置因相机发生抖动造成的视野变化时，由于光斑相对标识的位置不会因为相机视野发生变化而改变，因此光斑坐标处理的精度也不会大幅下降。

上述公开的仅为本发明的具体实施例，该实施例只为更清楚的说明本发明所用，而并非对本发明的限定，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在保护范围内。

Claims (7)

1.一种光束特性系统BCS板特征标识方法，应用于一塔式太阳能发电系统中，其特征在于，包括以下步骤：

设立标示步骤，将一BCS板安装在聚光塔上，在所述BCS板上设立若干标识，确定所述若干标识上的至少三个第一角点作为特征点;

建立坐标系步骤，以所述塔式太阳能发电系统中任意一点作为原点建立三维的世界坐标系，以所述图像采集装置采集的图像中任意一点作为原点建立二维的图像坐标系；根据所述特征点的图像坐标以及世界坐标对所述图像采集装置进行标定；

获取照片步骤，利用图像采集装置获取一BCS板光斑照片；

确定光斑中心步骤，通过对所述BCS板光斑照片进行处理，得到所述BCS板光斑中心的图像坐标以及所述BCS板中心的图像坐标，变换得到所述BCS板光斑中心的世界坐标。

2.如权利要求1所述的一种BCS板特征标识方法，其特征在于，建立坐标系步骤中对所述图像采集装置进行标定还包括：根据所述特征点的图像坐标以及世界坐标，得出所述图像采集装置相对于实际长度在所述图像坐标系中X方向和Y方向的缩放因式。

3.如权利要求2所述的一种BCS板特征标识方法，其特征在于，所述图像采集装置为CCD相机。

4.如权利要求1所述的一种BCS板特征标识方法，其特征在于，在确定光斑中心步骤中还包括选取合适的椭圆形状进行拟合，得到该椭圆的中心即为所述BCS板光斑照片中光斑中心的图像坐标（a，b）。

5.如权利要求1所述的一种BCS板特征标识方法，其特征在于，设立标示步骤中，在所述BCS板上设立与BCS板中心呈中心对称的偶数个标识。

6.如权利要求1或5所述的一种BCS板特征标识方法，其特征在于，确定光斑中心步骤中，通过在所述标识中确定偶数个第二角点，使之相对于所述BCS板中心呈中心对称，计算出所述BCS板中心在所述BCS板光斑照片中的图像坐标（c，d）。

7.如权利要求2所述的一种BCS板特征标识方法，其特征在于，变换得到所述BCS板光斑中心的世界坐标的步骤进一步包括：

a.计算所述BCS板光斑中心图像坐标与所述BCS板中心图像坐标的偏差（X,Y）；

b.通过所述缩放因式将（X,Y）转换为所述BCS板光斑中心与所述BCS板中心的实际长度偏差(Δx，Δy)；

c.通过特征点的世界坐标确定所述BCS板的世界坐标平面，得出所述BCS板光斑中心与所述BCS板中心在所述世界坐标系中Z方向上的实际长度偏差Δz；

d.所述BCS板光斑对称中心的世界坐标为：

(x_g,y_g,z_g)=(x_t,y_t,z_t)+(Δx,Δy,Δz)，其中，(x_t,y_t,z_t)为所述BCS板中心的世界坐标。

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