CN103994749A - 一种基于图像处理技术的太阳位置坐标检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于图像处理技术的太阳位置坐标检测装置，包括装置外壳，其中：装置外壳的顶面中心轴向开有使太阳光线通过照射到装置外壳内部的透光孔，该装置外壳中由上至下依次配装有用于减弱太阳光线强度的减光片和通过透光孔摄像获取太阳图像信息的摄像头以及信号处理板，信号处理板将摄像头拍摄的太阳图像信息经内部图像处理后对外输出太阳在图像中的位置坐标数据信号。本发明克服了现有技术中追日精度低的缺陷，具有结构简单，成本低廉的特点，能用于太阳能应用中对追日精度要求很高的自动控制系统中。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能应用技术领域，特别是涉及太阳能应用中自动追日控制的一种太阳位置检测装置，具体地说是一种基于图像处理技术的太阳位置坐标检测装置。
背景技术
太阳能作为一种环保、绿色、可持续的新能源，全世界都在积极的对太阳能的开发利用进行广泛的研究。有理论研究表明，自动追踪式太阳能发电装置与定点式太阳能发电装置相比，可以使太阳能的接收效率提高35%。自动追踪式太阳能发电是当今国际上太阳能发电领域极力推荐的新技术、新产品。要实现自动追踪式的太阳能发电，就必须要得知太阳的实时方位和高度。为了得到太阳的方位和高度的方法很多，一种方法是采用数学计算得出太阳实时的方位和高度，但是这种方法得到的数据没有反馈量，在实际使用中直接受机械结构误差的影响，只能用在对太阳位置精度要求不高的场合；另一种方法是采用光敏电阻进行光学探测来确定太阳的位置，这种方法不受机械结构误差的影响，但是由于光敏电阻本身的特性决定了检测的精度比较粗糙，稳定性也不够好，也只能用在对太阳位置精度要求不高的场合。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，而提供具有结构简单、成本低廉、装配容易且适于在太阳能应用中对追日精度要求高的一种基于图像处理技术的太阳位置坐标检测装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于图像处理技术的太阳位置坐标检测装置，包括装置外壳，其中：装置外壳的顶面中心轴向开有使太阳光线通过照射到装置外壳内部的透光孔，该装置外壳中由上至下依次配装有用于减弱太阳光线强度的减光片和通过透光孔摄像获取太阳图像信息的摄像头以及信号处理板，信号处理板将摄像头拍摄的太阳图像信息经内部图像处理后对外输出太阳在图像中的位置坐标数据信号。
为优化上述技术方案，采取的措施还包括：
上述的装置外壳由柱桶状的外壳主体以及分别盖配在外壳主体上下两端的上盖和下盖组成；上盖开有透光孔，该上盖的内表面与透光孔同轴扩制有用于定位配装减光片的定位槽腔，减光片的面积大于透光孔的面积。
上述的摄像头固定配装在外壳主体中，透光孔的位置恰好位于摄像头镜头的正前方，太阳光线通过透光孔、减光片照射到摄像头的镜头上。
上述的外壳主体的周面上相对靠近下方开有一安装窗口，该安装窗口上固定安装有能防止灰尘和雨水侵入的防水快接插件。
上述的防水快接插件至少具有为信号处理板提供电力所需的电源输入接口和方便信号处理板数据信号输出的数据输出接口，摄像头经信号处理板引入电力。
上述的信号处理板上至少包含有微处理器、接口电路、电源电路和信号输入输出电路；微处理器负责图像信息的运算处理得出太阳在图像中的位置坐标数据。
上述的下盖的内表面制有与外壳主体内周面相套定位配合的定位凸台，该下盖上环绕定位凸台等弧度通透制有方便外部安装的装配孔，并且该下盖的底面制有至少一个定位缺槽。
上述的装置外壳中位于信号处理板的下方设置有用于在装置外壳内部温度低时加热保护内部电子器件免受低温影响的加热器。
上述的下盖沿轴心轴向贯通定位凸台制有用于平衡装置外壳内部与外部环境压力的透气孔。
上述的透气孔中固定安装有固定水分子不可通过的密封纸。
与现有技术相比，本发明在装置外壳的顶面开有使太阳光线通过照射到装置外壳内部的透光孔，装置外壳中由上至下依次配装有用于减弱太阳光线强度的减光片和通过透光孔摄像获取太阳图像信息的摄像头以及信号处理板。摄像头将拍摄的太阳图像信息传递至信号处理板，信号处理板则将摄像头拍摄的太阳图像信息经内部图像处理后对外输出太阳在图像中的位置坐标数据信号，使太阳能追日控制系统能根据本发明输出的太阳位置坐标信息，作出适时的调整，从而保证了太阳能应用中追日系统的精确控制，提高了太阳能的利用效率。本发明能利用图像处理技术精确地输出太阳座标位置数据，满足高精度的追日控制需求，并具有结构简洁、成本低廉，使用维护方便的特点。
附图说明
图1是本发明实施例的爆炸分解结构示意图；
图2是本发明减光片的装配结构示意图；
图3是本发明实施例的应用原理示意图；
图4是本发明摄像头拍摄的分辨率为640*480包含太阳成像的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
图1至图4为本发明的装配及原理示意图。
其中的附图标记为：装置外壳1、外壳主体11、安装窗口11a、上盖12、透光孔12a、定位槽腔12b、下盖13、透气孔13a、定位凸台131、装配孔132、定位缺槽133、减光片2、摄像头3、镜头31、信号处理板4、防水快接插件5、加热器6、密封纸7；太阳Sun。
如图1至图4所示：本发明的一种基于图像处理技术的太阳位置坐标检测装置，包括装置外壳1，装置外壳1的顶面中心轴向开有使太阳光线通过照射到装置外壳1内部的透光孔12a，该装置外壳1中由上至下依次配装有用于减弱太阳光线强度的减光片2和通过透光孔12a用以对太阳Sun进行拍摄以摄像获取太阳图像信息的摄像头3以及信号处理板4，信号处理板4将摄像头3拍摄的太阳图像信息经内部图像处理后对外输出太阳在图像中的位置坐标数据信号。目前在太阳能的应用中，为了提高太阳能的接收效率，使太阳光尽可能的始终垂直与光电转换板，一般采用自动追踪式太阳能。要实现自动追踪式就必须要得知太阳的实时方位和高度。现有技术中，实现自动追踪一是采用数学计算的方法得出太阳实时方位和高度，二是采用光敏电阻进行光学探测的方法来确定太阳位置。但是这两种方法由于机械误差或光敏电阻本身的特性使追日的精度受到影响，只能用在对太阳位置精度要求不高的场合。本发明采用摄像头3对太阳进行摄像，然后通过数据线将获取的太阳图像信息传送至信号处理板4，信号处理板4再根据摄像头3拍摄的太阳图像信息经内部图像处理后得出非常精确的太阳位置数据，对外输出太阳在图像中的位置坐标数据信号，使太阳能追日控制系统能根据本发明输出的太阳位置坐标信息，作出适时的调整，从而保证了太阳能应用中追日系统的精确控制。本发明克服了现有技术中追日精度低的缺陷，具有结构简单，成本低廉的特点，能用于太阳能应用中对追日精度要求很高的自动控制系统中。
实施例中，装置外壳1由柱桶状的外壳主体11以及分别盖配在外壳主体11上下两端的上盖12和下盖13组成；上盖12开有透光孔12a，从图2中我们可以清楚的看到，上盖12的内表面与透光孔12a同轴扩制有用于定位配装减光片2的定位槽腔12b，减光片2的面积大于透光孔12a的面积。
实施例中，摄像头3固定配装在外壳主体11中，为了保证摄像的精度，透光孔12a的位置设在恰好位于摄像头3镜头31的正前方，太阳光线通过透光孔12a、减光片2应能直接照射到摄像头3的镜头31上。
实施例中，外壳主体11的周面上相对靠近下方开有一安装窗口11a，该安装窗口11a上固定安装有能防止灰尘和雨水侵入的防水快接插件5。
防水快接插件5至少具有为信号处理板4提供电力所需的电源输入接口和方便信号处理板4数据信号输出的数据输出接口，防水快接插件5为本发明的外部接口，集成有电源接口和通讯接口，本发明的摄像头3经信号处理板4引入电力。
实施例中，信号处理板4上至少包含有微处理器、接口电路、电源电路和信号输入输出电路；微处理器负责图像信息的运算处理得出太阳在图像中的位置坐标数据。微处理器为本发明的核心处理单元，内部储有图像运算处理程序。
实施例中，下盖13的内表面制有与外壳主体11内周面相套定位配合的定位凸台131，该下盖13上环绕定位凸台131等弧度通透制有方便外部安装的装配孔132，装配孔132方便了本发明安装在外部设备上。并且该下盖13的底面制有至少一个定位缺槽133，定位缺槽133能起到定位作用，提高装配的精度。
实施例中，装置外壳1中位于信号处理板4的下方设置有用于在装置外壳1内部温度低时加热保护内部电子器件免受低温影响的加热器6。
实施例中，下盖13沿轴心轴向贯通定位凸台131制有用于平衡装置外壳1内部与外部环境压力的透气孔13a。
实施例中，透气孔13a中固定安装有固定水分子不可通过的密封纸7。
本发明的原理如图2所示，太阳光线通过装置外壳上的透光孔和减光片进入摄像头中，摄像头内部的图像传感器对进入的光进行成像，成像信息传到信号处理板进行图像处理。如果摄像头按图3所示正对太阳，摄像头成像中就包括太阳的图像信息，采用640*480图像传感器得到的包含太阳图像的示意图如图4所示，信号处理板进行图像处理的时候就可以得到太阳中心位置在图4所示的坐标。
为了说明本发明的太阳位置精度，我们设摄像头的视场为20°，摄像头采用640*480的图像分辨率，太阳位置的水平分辨率是20°/640 = 0.03125°，垂直分辨率是20°/480=0.0417°，如果误差为分辨率的3倍，太阳位置坐标的精度在0.1°左右，如果采用更低角度的视场的摄像头，很容易提高太阳位置坐标的精度。采用本装置，追日系统的实际误差和本装置的误差可以一致，完全满足追日控制的高精度低成本的需求。
Claims (10)
1.一种基于图像处理技术的太阳位置坐标检测装置，包括装置外壳(1)，其特征是：所述的装置外壳(1)的顶面中心轴向开有使太阳光线通过照射到装置外壳(1)内部的透光孔(12a)，所述的装置外壳(1)中由上至下依次配装有用于减弱太阳光线强度的减光片(2)和通过透光孔(12a)摄像获取太阳图像信息的摄像头(3)以及信号处理板(4)，所述的信号处理板(4)将摄像头(3)拍摄的太阳图像信息经内部图像处理后对外输出太阳在图像中的位置坐标数据信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像处理技术的太阳位置坐标检测装置，其特征是：所述的装置外壳(1)由柱桶状的外壳主体(11)以及分别盖配在外壳主体(11)上下两端的上盖(12)和下盖(13)组成；所述的上盖(12)开有透光孔(12a)，该上盖(12)的内表面与透光孔(12a)同轴扩制有用于定位配装减光片(2)的定位槽腔(12b)，所述的减光片(2)的面积大于透光孔(12a)的面积。
3.根据权利要求2所述的一种基于图像处理技术的太阳位置坐标检测装置，其特征是：所述的摄像头(3)固定配装在外壳主体(11)中，所述的透光孔(12a)的位置恰好位于摄像头(3)镜头(31)的正前方，所述的太阳光线通过透光孔(12a)、减光片(2)照射到所述摄像头(3)的镜头(31)上。
4.根据权利要求3所述的一种基于图像处理技术的太阳位置坐标检测装置，其特征是：所述的外壳主体(11)的周面上相对靠近下方开有一安装窗口(11a)，该安装窗口(11a)上固定安装有能防止灰尘和雨水侵入的防水快接插件(5)。
5.根据权利要求4所述的一种基于图像处理技术的太阳位置坐标检测装置，其特征是：所述的防水快接插件(5)至少具有为信号处理板(4)提供电力所需的电源输入接口和方便信号处理板(4)数据信号输出的数据输出接口，所述的摄像头(3)经信号处理板(4)引入电力。
6.根据权利要求5所述的一种基于图像处理技术的太阳位置坐标检测装置，其特征是：所述的信号处理板(4)上至少包含有微处理器、接口电路、电源电路和信号输入输出电路；所述的微处理器负责图像信息的运算处理得出太阳在图像中的位置坐标数据。
7.根据权利要求6所述的一种基于图像处理技术的太阳位置坐标检测装置，其特征是：所述的下盖(13)的内表面制有与外壳主体(11)内周面相套定位配合的定位凸台(131)，该下盖(13)上环绕定位凸台(131)等弧度通透制有方便外部安装的装配孔(132)，并且该下盖(13)的底面制有至少一个定位缺槽(133)。
8.根据权利要求7所述的一种基于图像处理技术的太阳位置坐标检测装置，其特征是：所述的装置外壳(1)中位于信号处理板(4)的下方设置有用于在装置外壳(1)内部温度低时加热保护内部电子器件免受低温影响的加热器(6)。
9.根据权利要求8所述的一种基于图像处理技术的太阳位置坐标检测装置，其特征是：所述的下盖(13)沿轴心轴向贯通定位凸台(131)制有用于平衡装置外壳(1)内部与外部环境压力的透气孔(13a)。
10.根据权利要求9所述的一种基于图像处理技术的太阳位置坐标检测装置，其特征是：所述的透气孔(13a)中固定安装有固定水分子不可通过的密封纸(7)。
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