CN110136206A - 一种塔式太阳能定日镜校正相机的视轴中心标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塔式太阳能定日镜校正相机的视轴中心标定方法，包括以下步骤：S1：选取一面目标定日镜指向校正相机，并将相机的分辨率中心坐标作为视轴中心坐标；S2：调整相机变倍至最大值，并调整相机使视轴中心和目标定日镜中心重合；S3：调整相机变倍至最小值，获取原始图像，并对原始图像进行检测获取图像灰度值；S4：根据图像灰度值对原始图像进行二值化处理，得到边缘坐标；S5：根据边缘坐标求取目标定日镜的目标中心坐标；S6：若目标中心坐标与视轴中心坐标相差小于1个像素值，则视轴中心坐标为准确的视轴中心；反之将目标中心坐标作为视轴中心坐标，重新执行步骤S2至S6。本发明具有操作简单易执行、标定快速精准、成本低的技术特点。

Description

一种塔式太阳能定日镜校正相机的视轴中心标定方法

技术领域

本发明属于塔式太阳能技术领域，尤其涉及一种塔式太阳能定日镜校正相机的视轴中心标定方法。

背景技术

在经济不断发展的同时，能源日趋短缺，传统的不可再生能源日益枯竭，经济发展越来越受制于能源的开发利用，可再生能源的利用受到普遍关注，特别是太阳能利用更受世人的重视。

太阳能热发电是当前太阳能利用的一种主要方式。当前太阳能热发电按照太阳能采集方式可划分为(1)塔式太阳能热发电；(2)槽式太阳能热发电；(3)碟式太阳能热发电。

在太阳能热发电领域，塔式太阳能热发电因具有高光热转换效率，高聚焦温度，控制系统安装调试简单，散热损失少等优势，将成为下一个可商业化运营的新型能源技术。塔式太阳能热发电系统利用实时跟踪太阳的定日镜将太阳光反射到塔架上的吸热器,通过加热其内的吸热工质产生高温高压蒸汽驱动汽轮发电机组发电。

定日镜场是塔式太阳能热发电站系统的重要组成部分，定日镜场通常由成千上万面定日镜组成。由于定日镜机械结构在生产、安装过程中存在一定的偏差，在定日镜安装完成之初难以准确将太阳光线反射到吸热器上，因此需要对定日镜进行校正，现有技术中，校正即利用光斑采集装置采集光斑成像装置上的太阳光斑样本，并通过图像处理算法等进行处理分析，进而不断减小跟踪误差的过程。

定日镜校正通常使用校正相机执行，校正相机在执行校正业务前需要先进行标定工作。校正相机的其中一项标定工作即为相机视轴中心标定。在相机的生产加工过程中，不可避免的会存在安装误差，例如，在理想情况下，分辨率为1080p的相机的视轴中心为(960，540)，即视轴中心和图像像素坐标中心是重合的。在相机进行变焦运动时(为了拍摄不同距离的定日镜)，相机的视轴中心方向的物体的图像像素坐标是不变的，以视轴中心为基准，标定不同区域定日镜的位置，才能得到普适不同距离定日镜的云台参数。所以，获取相机准确的视轴中心坐标对于相机标定和定日镜校正至关重要。

但是在实际情景下，1080p的相机的视轴中心很可能为比如(940，558)，这和图像像素坐标中心坐标(960，540)存在一个随机的差距。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种塔式太阳能定日镜校正相机的视轴中心标定方法，具有操作简单易执行、标定快速精准、成本低的技术特点。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种塔式太阳能定日镜校正相机的视轴中心标定方法，包括以下步骤：

S1：选取一面目标定日镜指向所述校正相机，并将所述校正相机的分辨率中心坐标作为所述校正相机初始的视轴中心坐标；

S2：调整所述校正相机的变倍至最大值，并调整所述校正相机的方位角和高度角，以实现所述视轴中心坐标和所述目标定日镜的中心重合；

S3：调整所述校正相机的变倍至最小值，获取原始图像，并采用Sobel算子对所述原始图像进行检测，获取图像灰度值；

S4：根据所述图像灰度值，对所述原始图像进行二值化处理，得到所述原始图像中所述目标定日镜的边缘坐标；

S5：根据所述目标定日镜的边缘坐标，求取所述原始图像中所述目标定日镜的目标中心坐标；

S6：将所述目标中心坐标与所述视轴中坐标进行比较：若所述目标中心坐标与所述视轴中心坐标相差小于1个像素值，则所述视轴中心坐标为所要寻找的视轴中心；若所述中心坐标与所述视轴中心坐标相差不小于1个像素值，则将所述目标中心坐标作为所述视轴中心坐标，重新执行所述步骤S2至S6，以实现对所述校正相机的视轴中心的迭代标定。

根据本发明一实施例，所述步骤S3中，采用所述Sobel算子对所述原始图像进行检测，获取所述图像灰度值的过程为：

将所述Sobel算子与所述原始图像做卷积运算，具体公式如下：

H_x＝Gy*A，

H_y＝Gy*A，

其中，A代表所述原始图像，Gx和Gy分别为横向、纵向的所述Sobel算子，H_x和H_y分别代表经横向及纵向边缘检测的所述图像灰度值；

计算所述原始图像每一点的所述图像灰度值：

根据本发明一实施例，所述步骤S3中，采用所述Sobel算子对所述原始图像进行检测，获取所述图像灰度值的过程为：

将所述Sobel算子与所述原始图像做卷积运算，具体公式如下：

H_x＝Gx*A，

H_y＝Gy*A，

其中，A代表所述原始图像，Gx和Gy分别为横向、纵向的所述Sobel算子，H_x和H_y分别代表经横向及纵向边缘检测的所述图像灰度值；

采用近似值计算所述原始图像每一点的所述图像灰度值：

H＝|H_x|+|H_y|。

根据本发明一实施例，所述步骤S4具体包括以下步骤：

根据所述图像灰度值，对所述原始图像进行二值化处理：若所述原始图像中某点对应的所述图像灰度值大于阈值，则所述图像灰度值保持原值，反之则所述图像灰度值赋值为0；

根据二值化处理后的所述原始图像的所述图像灰度值，得到所述原始图像中所述目标定日镜的边缘坐标。

根据本发明一实施例，所述步骤S5具体包括以下步骤：

根据所述目标定日镜的边缘坐标，求取所述原始图像中所述目标定日镜的目标中心坐标：

其中，(X₀,Y₀)表示所述原始图像中目标定日镜的中心坐标，N表示所述原始图像中被检测出的所述目标定日镜边缘点的数目，X_i为第i个边缘点的横坐标，Y_i表示第i个边缘点的纵坐标。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

本发明通过选取一面目标定日镜指向校正相机，在太阳光反射下，目标定日镜的亮度要明显高于其他定日镜，由此，可基于易识别的目标定日镜进行校正相机的视轴中心的校正，其中，在校正相机的变倍最大情况下，将校正相机的视轴中心与定日镜中心对准，然后在校正相机的变倍最小情况下，计算目标定日镜的目标中心坐标，若目前确定的视轴中心是不准的，则在变倍最大到变倍最小的过程中，定日镜中心坐标和视轴中心坐标之间会产生偏差，并将目标定日镜的目标中心坐标作为新的视轴中心坐标进行迭代计算，直至计算的目标中心坐标和视轴中心坐标在一个允许误差内，以实现校正相机的视轴中心的标定，本方法无需拆卸校正相机，无需引入其他标定设备，基于现有的定日镜场即可完成校正相机的视轴中心快速精准标定，将校正相机的最小变倍和最大变倍之间的视轴中心误差控制在1个像素值内，达到了操作简单易执行、标定快速精准、成本低的技术效果。

附图说明

图1为本发明的一种塔式太阳能定日镜校正相机的视轴中心标定方法的流程图；

图2为塔式太阳能热发电系统的结构简图；

图3为镜场控制及相机校正系统简图；

图4为本发明的一实施例中相机变倍调至最大的对准图像示意图；

图5为本发明的一实施例中相机变倍调至最小的原始图像示意图。

附图标记说明：

1：校正相机；11：对准图像；12：原始图像；2：太阳；3：目标定日镜；4：定日镜及校正相机控制系统；5：吸热塔塔身；6：吸热器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种塔式太阳能定日镜校正相机的视轴中心标定方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

参看图1，本实施例提供一种塔式太阳能定日镜校正相机的视轴中心标定方法，包括以下步骤：

S1：选取一面目标定日镜3指向校正相机1，并将校正相机1的分辨率中心坐标作为校正相机1初始的视轴中心坐标；

S2：调整校正相机1的变倍至最大值，并调整校正相机1的方位角和高度角，以实现视轴中心坐标和目标定日镜3的中心重合；

S3：调整校正相机1的变倍至最小值，获取原始图像12，并采用Sobel算子对原始图像12边缘进行检测，获取图像灰度值；

S4：根据图像灰度值，对原始图像12进行二值化处理，得到原始图像12中目标定日镜3的边缘坐标；

S5：根据目标定日镜3的边缘坐标，求取原始图像12中目标定日镜3的目标中心坐标；

S6：将目标中心坐标与视轴中坐标进行比较：若目标中心坐标与视轴中心坐标相差小于1个像素值，则视轴中心坐标为所要寻找的视轴中心；若中心坐标与视轴中心坐标相差不小于1个像素值，则将目标中心坐标作为视轴中心坐标，重新执行步骤S2至S6，以实现对校正相机1的视轴中心的迭代标定。

现对本实施例进行详细说明：

参看图2和图3，塔式太阳能热电站通过驱动大量定日镜跟踪太阳光，使太阳光在位于吸热塔塔身5顶端的吸热器6表面聚集，对吸热工质进行加热，使光能转换为热能，进而将热能转化为电能，实现太阳能热发电。

参看图3，由于相机在制造搬运和使用过程中，其视轴中心可能与图像像素中心会出现偏离现象，这会对定日镜的初校正和细校正产生影响，因此在定日镜校正中要加入对该偏离现象的处理，以保证定日镜校正精度。

本实施例提供了一种原理简单且操作度较高的快速寻找相机视轴中心的方法，特别适用于塔式太阳能定日镜校正相机1的标定，也适用于一般相机的视轴中心的标定，只需将本实施例的目标定日镜3替换成其他参照件即可。

S1：选取一面目标定日镜3指向校正相机1，并将校正相机1的分辨率中心坐标作为校正相机1初始的视轴中心坐标：

具体地，参看图4，选取一面距离合适大小适中的定日镜作为目标定日镜3，较优地，在校正相机1变倍调至最大时，相机的对准图像11内只存在目标定日镜3，且目标定日镜3的中心位置在图像中清晰可辨。

具体地，参看图3，通过定日镜及校正相机控制系统4，控制目标定日镜3指向校正相机1，使太阳2的太阳光反射至校正相机1，同时控制校正相机视野内其他定日镜不指向校正相机1，这样使得在校正相机1的图像内目标定日镜3相比于其他定日镜更亮、更易被识别。

具体地，校正相机1初始的视轴中心坐标采用校正相机1的分辨率中心坐标，例如分辨率为1080p的相机而言，其分辨率中心坐标为[960,540]；较优地，校正相机1初始的视轴中心坐标采用上一次视轴中心标定后的视轴中心坐标。

S2：调整校正相机1的变倍至最大值，并调整校正相机1的方位角和高度角，以实现视轴中心坐标和目标定日镜3的中心重合：

具体地，参看图3和图4，通过定日镜及校正相机控制系统4，调整校正相机1的变倍至最大值，并调整校正相机1的方位角和高度角，以实现视轴中心坐标和目标定日镜3的中心重合；其中，当前视轴中心坐标为分辨率中心坐标，即显示图像的正中心，目标定日镜3的中心可以通过定日镜的边缘识别计算获取当前定日镜的中心，也可以直接在目标定日镜3上设定中心识别标志，两者都可以实现视轴中心坐标和目标定日镜3的中心重合。

S3：调整校正相机1的变倍至最小值，获取原始图像12，并采用Sobel算子对原始图像12边缘进行检测，获取图像灰度值：

具体地，参看图3和图5，通过定日镜及校正相机控制系统4调整校正相机1的变倍至最小值，获取原始图像12。

具体地，考虑到图像噪音等问题，在求取图像灰度值梯度之前，对原始图像12进行加权平均然后进行微分，以加强对噪声的一致。

具体地，采用Sobel算子对原始图像12边缘进行检测，获取图像灰度值的过程为：

将Sobel算子与原始图像12做卷积运算，具体公式如下：

H_x＝Gx*A，

H_y＝Gy*A，

其中，A代表原始图像12，Gx和Gy分别为横向、纵向的Sobel算子，H_x和H_y分别代表经横向及纵向边缘检测的图像灰度值；

计算原始图像12每一点的图像灰度值：

较优地，这里为减小计算量，提高计算效率，使用不开平方的近似值作为该点灰度值的大小，即：

H＝|H_x|+|H_y|。

S4：根据图像灰度值，对原始图像12进行二值化处理，得到原始图像12中目标定日镜3的边缘坐标：

具体地，根据图像灰度值，对原始图像12进行二值化处理：若原始图像12中某点对应的图像灰度值大于阈值，则图像灰度值保持原值，反之则图像灰度值赋值为0；

根据二值化处理后的原始图像12的图像灰度值，得到原始图像12中目标定日镜3的边缘坐标。

S5：根据目标定日镜3的边缘坐标，求取原始图像12中目标定日镜3的目标中心坐标：

具体地，根据目标定日镜3的边缘坐标，求取原始图像12中目标定日镜3的目标中心坐标：

其中，(X₀,Y₀)表示原始图像12中目标定日镜3的中心坐标，N表示原始图像12中被检测出的目标定日镜3边缘点的数目，X_i为第i个边缘点的横坐标，Y_i表示第i个边缘点的纵坐标。

S6：将目标中心坐标与视轴中坐标进行比较：若目标中心坐标与视轴中心坐标相差小于1个像素值，则视轴中心坐标为所要寻找的视轴中心；若中心坐标与视轴中心坐标相差不小于1个像素值，则将目标中心坐标作为视轴中心坐标，重新执行步骤S2至S6，以实现对校正相机1的视轴中心的标定。

具体地，以1080p的校正相机1为例，若(X₀,Y₀)与视轴中心坐标的初始迭代值(960,540)相比小于1个像素值，即

|X₀-960|<1

|Y₀-540|<1

则迭代值(960,540)即为所要寻找的视轴中心坐标，若(X₀,Y₀)与视轴中心初始迭代值(960,540)相比不小于1个像素值，则以(X₀,Y₀)为新的迭代点，即将目标中心坐标作为视轴中心坐标，重复步骤S2至S6，直至目标中心坐标和当前迭代循环视轴中心坐标小于1个像素值，则该目标中心坐标即为所要寻找的相机视轴中心点坐标。

具体地，1个像素值为本实施例的一个允许误差值，其值可以上下浮动，以满足不同规格塔式太阳能的校正相机1的设计要求。较优地，对于典型的1080p相机，精度在1个像素以内，一般情况下迭代次数不大于3次，即将目标中心坐标作为视轴中心坐标进行重新标定的次数不大于3次，若迭代次数大于3次，可以认为校正相机1存在本身故障。

本实施例通过选取一面目标定日镜3指向校正相机1，在太阳光反射下，目标定日镜3的亮度要明显高于其他定日镜，由此，可基于易识别的目标定日镜3进行校正相机1的视轴中心的校正，其中，在校正相机1的变倍最大情况下，将校正相机1的视轴中心与定日镜中心对准，然后在校正相机1的变倍最小情况下，计算目标定日镜3的目标中心坐标，若目前确定的视轴中心是不准的，则在变倍最大到变倍最小的过程中，定日镜中心坐标和视轴中心坐标之间会产生偏差，并将目标定日镜3的目标中心坐标作为新的视轴中心坐标进行迭代计算，直至计算的目标中心坐标和视轴中心坐标在一个允许误差内，以实现校正相机1的视轴中心的标定，本方法无需拆卸校正相机1，无需引入其他标定设备，基于现有的定日镜场即可完成校正相机1的视轴中心快速精准标定，将校正相机1的最小变倍和最大变倍之间的位置误差控制在1个像素值内，达到了操作简单易执行、标定快速精准、成本低的技术效果。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种塔式太阳能定日镜校正相机的视轴中心标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：选取一面目标定日镜指向所述校正相机，并将所述校正相机的分辨率中心坐标作为所述校正相机初始的视轴中心坐标；

S2：调整所述校正相机的变倍至最大值，并调整所述校正相机的方位角和高度角，以实现所述视轴中心坐标和所述目标定日镜的中心重合；

S3：调整所述校正相机的变倍至最小值，获取原始图像，并采用Sobel算子对所述原始图像进行检测，获取图像灰度值；

S4：根据所述图像灰度值，对所述原始图像进行二值化处理，得到所述原始图像中所述目标定日镜的边缘坐标；

S5：根据所述目标定日镜的边缘坐标，求取所述原始图像中所述目标定日镜的目标中心坐标；

S6：将所述目标中心坐标与所述视轴中坐标进行比较：若所述目标中心坐标与所述视轴中心坐标相差小于1个像素值，则所述视轴中心坐标为所要寻找的视轴中心；若所述中心坐标与所述视轴中心坐标相差不小于1个像素值，则将所述目标中心坐标作为所述视轴中心坐标，重新执行所述步骤S2至S6，以实现对所述校正相机的视轴中心的迭代标定。

2.根据权利要求1所述的塔式太阳能定日镜校正相机的视轴中心标定方法，其特征在于，所述步骤S3中，采用所述Sobel算子对所述原始图像进行检测，获取所述图像灰度值的过程为：

将所述Sobel算子与所述原始图像做卷积运算，具体公式如下：

H_x＝Gx*A，

H_y＝Gy*A，

其中，A代表所述原始图像，Gx和Gy分别为横向、纵向的所述Sobel算子，H_x和H_y分别代表经横向及纵向边缘检测的所述图像灰度值；

计算所述原始图像每一点的所述图像灰度值：

3.根据权利要求1所述的塔式太阳能定日镜校正相机的视轴中心标定方法，其特征在于，所述步骤S3中，采用所述Sobel算子对所述原始图像进行检测，获取所述图像灰度值的过程为：

将所述Sobel算子与所述原始图像做卷积运算，具体公式如下：

H_x＝Gx*A，

H_y＝Gy*A，

其中，A代表所述原始图像，Gx和Gy分别为横向、纵向的所述Sobel算子，H_x和H_y分别代表经横向及纵向边缘检测的所述图像灰度值；

采用近似值计算所述原始图像每一点的所述图像灰度值：

H＝|H_x|+|H_y|。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的塔式太阳能定日镜校正相机的视轴中心标定方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下步骤：

根据所述图像灰度值，对所述原始图像进行二值化处理：若所述原始图像中某点对应的所述图像灰度值大于阈值，则所述图像灰度值保持原值，反之则所述图像灰度值赋值为0；

根据二值化处理后的所述原始图像的所述图像灰度值，得到所述原始图像中所述目标定日镜的边缘坐标。

5.根据权利要求4所述的塔式太阳能定日镜校正相机的视轴中心标定方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括以下步骤：

根据所述目标定日镜的边缘坐标，求取所述原始图像中所述目标定日镜的目标中心坐标：

其中，(X₀,Y₀)表示所述原始图像中目标定日镜的中心坐标，N表示所述原始图像中被检测出的所述目标定日镜边缘点的数目，X_i为第i个边缘点的横坐标，Y_i表示第i个边缘点的纵坐标。