CN107167092A - 一种基于多目图像识别的定日镜面形检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于多目图像识别的定日镜面形检测系统及方法，包括多目图像采集器阵列、支架和计算机，所述的多目图像采集器阵列安装在支架，使得每个图像采集器的主光轴相互平行，并且指向定日镜，多目图像采集器阵列通过数据线与计算机相连，将采集的图像数据传输到计算机完成定日镜面形的解算。本发明的系统结构简单、设计合理，通过非接触式的检测，不与定日镜表面相互作用，能够同时保证高精度、高效率的定日镜面形检测，根据表面的特征信息解算定日镜面形，对连续型和离散型定日镜都能进行有效的面形检测，适用范围广。

Description

一种基于多目图像识别的定日镜面形检测系统及方法
【技术领域】
本发明涉及一种基于多目图像识别的定日镜面形检测系统及方法，属于定日镜面形检测 技术领域。
【背景技术】
在塔式太阳能热发电站中，定日镜将照射至其表面的太阳光反射并汇聚至吸热器，然后通过吸热器获取太阳能量用于发电。为了在吸热器表面汇聚更多的能量，每台定日镜的面形都是具有汇聚特性的高精度离散曲面。在定日镜的实际制造过程中会存在多种误差，使得面形的精度降低，影响太阳光的汇聚效果，最终影响吸热器获得的有效能量。因此，需要对定日镜的面形进行精确测量以保证塔式太阳能热发电站发电效率。
目前的面形检测技术主要分为接触式和非接触式。接触式的面形检测方法基于位移传感器或者探针，不适用于精密的光学镜面，并且检测时会对镜面产生作用力，容易影响检测精度。现有的一种非接触式检测技术方案是基于条纹投影，是将条纹直接投影到被测物表面，通过条纹的弯曲变化解算定日镜面形。该方法适用于表面为漫反射面的物体，而当被测物表面反射率较高时图像采集器难以获取有效的条纹图像，甚至无法完成面形检测。另一种非接触式检测技术是将条纹投影至屏幕，然后调节定日镜和屏幕的相对位置，最后通过图像采集器拍摄定日镜表面的条纹像解算定日镜面形。该方法每次检测前需要根据定日镜调节图像采集器、定日镜和屏幕间的相对位置，以便于获得完整的条纹图像，同时对检测环境要求较高，被测定日镜镜面易受到杂散光的干扰，影响条纹图像的对比度和正确性。因此，需要一种高精度、高效率的检测方法用于能够检测具有高反射特性的定日镜面形。
【发明内容】
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种非接触式的基于多目图像识别的定日镜面形检测系统及方法，不与定日镜表面相互作用，能够同时保证高精度、高效率的定日镜面形检测。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明所述的一种基于多目图像识别的定日镜面形检测系统，其特征在于：包括多目图像采集器阵列、支架和计算机，所述的多目图像采集器阵列安装在支架，使得每个图像采集器的主光轴相互平行，并且指向定日镜，多目图像采集器阵列通过数据线与计算机相连，将采集的图像数据传输到计算机完成定日镜面形的解算。
在本发明中：所述的多目图像采集器阵列的图像采集器等间距稳定地安装在支架上，多目图像采集器阵列中图像采集器的数量根据被测定日镜的外形尺寸确定，并可以模块的形式进行安装。
在本发明中：所述多目图像采集器阵列中图像采集器的个数为至少2个。
一种基于多目图像识别的定日镜面形检测方法，其特征在于：通过测量每个子镜的俯仰角和滚转角重建待测定日镜的三维面形，包括如下步骤：
（1）、根据定日镜的外形尺寸确定定日镜至支架的距离和多目图像采集器阵列中图像采集器的个数（至少2个）；
（2）、将多目图像采集器阵列稳定地安装在支架上，调节每个图像采集器，使得它们的主光轴相互平行并对准定日镜；
（3）、多目图像采集器阵列采集相应视场的定日镜图像后分别传输给计算机；
（4）、通过图像识别技术中的特征识别技术对采集所得的图像数据进行特征匹配，确定多个图像采集器公共视场中的相应特征点；即定日镜的一个特征点在多目图像采集器阵列对应的每个图像采集器上都会有一个实像；
（5）、同一特征点在多个图像采集器中的实像在图像坐标系中与图像中心的偏差为，其中i表示图像采集器编号；以多目图像采集器阵列的中心点为多目测量坐标系（满足右手定则）原点，Z轴指向定日镜；各个图像采集器中心坐标为，图像采集器间距为（单位：m）；所以，各个实像点的多目测量坐标系坐标为；
（6）、已知多目图像采集器阵列的焦距为，则各个图像采集器等效镜头中心的坐标为；等效镜头中心点与相应实像所在三维直线方程为
（1）；
（7）、根据式（1），定日镜的单个特征点可以多目图像采集器阵列中建立多个三维直线方程，联列上述方程可求得直线交点在多目测量坐标系中的相对坐标，即为定日镜的单个特征点的相对坐标；
（8）、重复上述过程，可获得定日镜镜面在多目测量坐标系中的相对位置信息，从而解算定日镜的面型。
采用上述结构后，本发明有益效果为：
1.本发明的系统结构简单、设计合理，通过非接触式的检测，不与定日镜表面相互作用，能够同时保证高精度、高效率的定日镜面形检测；
2.本发明通过多目测距的原理解算被测面的相对位置信息，对被测物表面反射率特性不敏感；
3.本发明根据表面的特征信息解算定日镜面形，对连续型和离散型定日镜都能进行有效的面形检测，适用范围广；
4. 通过基于多目的图像采集器阵列拼接获得足够的视场以检测整个定日镜镜面面形，对外形尺寸相似的定日镜只需要进行第一次标定，即可完成多种面形的批量检测，易于操作实施，提高检测效率；通过多目图像采集器阵列直接拍摄被测定日镜表面，不易受杂散光影响，抗干扰性好。
【附图说明】
此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是本发明的检测系统示意图；
图2是本发明中多目图像采集器阵列示意图；
图3是本发明多目成像示意图；
图4是本发明同一特征点在多个图像采集器中的实像在图像坐标系中与图像中心的偏差示意图。
图中：1.多目图像采集器阵列；2.支架；3. 计算机；4.定日镜；5.实像。
【具体实施方式】
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1-4所示，一种基于多目图像识别的定日镜面形检测系统，包括多目图像采集器阵列1、支架2和计算机3，所述的多目图像采集器阵列1安装在支架2，使得每个图像采集器的主光轴相互平行，并且指向定日镜4，多目图像采集器阵列1通过数据线与计算机3相连，将采集的图像数据传输到计算机3完成定日镜面形的解算。所述的多目图像采集器阵列1的图像采集器等间距稳定地安装在支架2上，多目图像采集器阵列1中图像采集器的数量根据被测定日镜4的外形尺寸确定，并可以模块的形式进行安装；所述多目图像采集器阵列1中图像采集器的个数为至少2个。
一种基于多目图像识别的定日镜面形检测方法，通过测量每个子镜的俯仰角和滚转角重建待测定日镜的三维面形，包括如下步骤：
（1）、如图1所示，根据定日镜4的外形尺寸确定定日镜4至支架2的距离和多目图像采集器阵列1中图像采集器的个数（至少2个）；
（2）、将多目图像采集器阵列1稳定地安装在支架2上，调节每个图像采集器，使得它们的主光轴相互平行并对准定日镜4；
（3）、多目图像采集器阵列1采集相应视场的定日镜图像后分别传输给计算机3；
（4）、通过图像识别技术中的特征识别技术对采集所得的图像数据进行特征匹配，确定多个图像采集器公共视场中的相应特征点；如图3所示，定日镜4的一个特征点在多目图像采集器阵列1对应的每个图像采集器上都会有一个实像5；
（5）、如图4所示，同一特征点在多个图像采集器中的实像5在图像坐标系中与图像中心的偏差为，其中i表示图像采集器编号；以多目图像采集器阵列1的中心点为多目测量坐标系（满足右手定则）原点，Z轴指向定日镜；各个图像采集器中心坐标为，图像采集器间距为（单位：m）；所以，各个实像点的多目测量坐标系坐标为；
（6）、已知多目图像采集器阵列1的焦距为，则各个图像采集器等效镜头中心的坐标为；等效镜头中心点与相应实像5所在三维直线方程为
（1）；
（7）、根据式（1），定日镜4的单个特征点可以多目图像采集器阵列1中建立多个三维直线方程，联列上述方程可求得直线交点在多目测量坐标系中的相对坐标，即为定日镜4的单个特征点的相对坐标；
（8）、重复上述过程，可获得定日镜4镜面在多目测量坐标系中的相对位置信息，从而解算定日镜4的面型。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (4)

1.一种基于多目图像识别的定日镜面形检测系统，其特征在于：包括多目图像采集器阵列（1）、支架（2）和计算机（3），所述的多目图像采集器阵列（1）安装在支架（2），使得每个图像采集器的主光轴相互平行，并且指向定日镜（4），多目图像采集器阵列（1）通过数据线与计算机（3）相连，将采集的图像数据传输到计算机（3）完成定日镜面形的解算。
2.根据权利要求1所述一种基于多目图像识别的定日镜面形检测系统，其特征在于：所述的多目图像采集器阵列（1）的图像采集器等间距稳定地安装在支架（2）上，多目图像采集器阵列（1）中图像采集器的数量根据被测定日镜（4）的外形尺寸确定，并可以模块的形式进行安装。
3.根据权利要求1所述的一种基于多目图像识别的定日镜面形检测系统，其特征在于：所述多目图像采集器阵列（1）中图像采集器的个数为至少2个。
4.一种基于多目图像识别的定日镜面形检测方法，其特征在于：通过测量每个子镜的俯仰角和滚转角重建待测定日镜的三维面形，包括如下步骤：
（1）、根据定日镜（4）的外形尺寸确定定日镜（4）至支架（2）的距离和多目图像采集器阵列（1）中图像采集器的个数（至少2个）；
（2）、将多目图像采集器阵列（1）稳定地安装在支架（2）上，调节每个图像采集器，使得它们的主光轴相互平行并对准定日镜（4）；
（3）、多目图像采集器阵列（1）采集相应视场的定日镜图像后分别传输给计算机（3）；
（4）、通过图像识别技术中的特征识别技术对采集所得的图像数据进行特征匹配，确定多个图像采集器公共视场中的相应特征点；即定日镜（4）的一个特征点在多目图像采集器阵列（1）对应的每个图像采集器上都会有一个实像（5）；
（5）、同一特征点在多个图像采集器中的实像（5）在图像坐标系中与图像中心的偏差为，其中i表示图像采集器编号；以多目图像采集器阵列（1）的中心点为多目测量坐标系（满足右手定则）原点，Z轴指向定日镜；各个图像采集器中心坐标为，图像采集器间距为（单位：m）；所以，各个实像点的多目测量坐标系坐标为；
（6）、已知多目图像采集器阵列（1）的焦距为，则各个图像采集器等效镜头中心的坐标为；等效镜头中心点与相应实像（5）所在三维直线方程为
（1）；
（7）、根据式（1），定日镜（4）的单个特征点可以多目图像采集器阵列（1）中建立多个三维直线方程，联列上述方程可求得直线交点在多目测量坐标系中的相对坐标，即为定日镜（4）的单个特征点的相对坐标；
（8）、重复上述过程，可获得定日镜（4）镜面在多目测量坐标系中的相对位置信息，从而解算定日镜（4）的面型。
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