CN110793494B - 一种提高定日镜初始安装角度精度的方法及装置 - Google Patents

一种提高定日镜初始安装角度精度的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高定日镜初始安装角度精度的方法及装置，该方法包括：S1：设置吸热塔标记并测量标记坐标；S2：将云台摄像头安装在定日镜上，调整定日镜至理论安装角度；S3：计算云台摄像头的高度角和方位角，然后调整云台摄像头；S4：处理器获取摄像头的图像，若吸热塔标记在当前图像中的位置与理论位置重合，则定日镜当前安装角度为理论安装角度；若吸热塔标记在当前图像中的位置与理论位置不重合，则利用吸热塔标记在当前图像中的位置与理论位置的偏差计算定日镜的当前安装偏差角；S5：根据当前安装偏差角调整定日镜安装角度，使得此时吸热塔标记出现在摄像头图像的理论位置。本发明采用简单的装置实现提高定日镜的安装精度。

Description

一种提高定日镜初始安装角度精度的方法及装置
技术领域
本发明属于太阳能热发电技术领域，尤其涉及一种提高定日镜初始安装角度精度的方法及装置。
背景技术
在能源领域，太阳能作为一种清洁的可再生能源得到越来越多的应用，在太阳能发电领域，太阳能发电方式有光伏发电和热发电两种。随着科学技术的发展，特别是计算机控制技术的兴起，太阳能热发电技术是光伏发电技术之后的新兴太阳能利用技术。太阳能热发电是通过大量反射镜以聚焦的方式将太阳直射光的能量聚集起来，加热工质，产生高温高压的蒸汽，以蒸汽驱动汽轮机发电。
塔式太阳能热发电是采用大量的定向反射镜(定日镜)将太阳光聚集到一个装在塔顶的中央热交换器(吸热器)上, 通过加热里面的流体推动涡轮转动来发电。其中，定日镜需要通过校正以实现镜面的高精度聚光。其中定日镜初始安装角度影响到定日镜的校正效率，故如何提高定日镜初始安装角度的精度将影响到定日镜是否可以及时完成校正。
发明内容
本发明的目的一是提供一种提高定日镜初始安装角度精度的方法，该方法采用云台摄像头的视角方式以及结合处理器计算定日镜的当前安装偏差角，可实现提高定日镜的安装精度。
本发明的目的二是提供一种提高定日镜初始安装角度精度的装置，该装置简单，安装方便。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种提高定日镜初始安装角度精度的方法，包括：
S1：设置标记并测量标记坐标：在吸热塔上设置至少一个标记，并测量每个标记的坐标；吸热塔上设置的标记为色块、线条、光源中的任意一种；
S2：按照预先设计的定日镜理论安装角度初步安装定日镜，并将云台摄像头安装在定日镜的一条边上，同时使云台摄像头朝向吸热塔方向；
S3：定日镜初步安装完成后，测量所述定日镜的实际中心坐标，选择距离定日镜最近的一个吸热塔标记，同时根据定日镜实际中心坐标和吸热塔标记坐标计算云台摄像头的高度角和方位角，然后根据计算得到的角度调整云台摄像头；
S4：处理器获取摄像头的图像，若吸热塔标记在当前图像中的位置与理论位置重合，则定日镜当前安装角度为理论安装角度；若吸热塔标记在当前图像中的位置与理论位置不重合，则利用吸热塔标记在当前图像中的位置与理论位置的偏差计算定日镜的当前安装偏差角；
S5：根据当前安装偏差角调整定日镜安装角度，使得此时吸热塔标记出现在摄像头图像的理论位置；
其中，理论位置为吸热塔标记在摄像头图像中的中心位置。
优选地，所述步骤S4中若吸热塔标记在当前图像中的位置与理论位置不重合时，根据吸热塔标记在当前图像中的位置计算吸热塔标记方向，根据理论位置计算摄像头当前指向，计算吸热塔标记方向与摄像头当前指向在水平方向的夹角，该角度等于定日镜的当前安装偏差角。
优选地，所述步骤S4中的当前安装偏差角为
Figure 961849DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 232293DEST_PATH_IMAGE002
为吸热塔标记在图像中
Figure 732545DEST_PATH_IMAGE003
方向的像素与理论位置的像素偏差；
Figure 418741DEST_PATH_IMAGE004
为摄像头在
Figure 219207DEST_PATH_IMAGE003
方向单像素对应的实际宽度；
Figure 394973DEST_PATH_IMAGE005
为摄像头焦距。
优选地，云台摄像头的方位角和高度角为吸热塔标记指向向量与云台摄像头相对定日镜的初始指向向量在水平和竖直方向的夹角；
吸热塔标记指向向量：
Figure 382521DEST_PATH_IMAGE006
Figure 669146DEST_PATH_IMAGE007
为吸热塔标记坐标；
Figure 996222DEST_PATH_IMAGE008
为定日镜安装无误差时摄像头坐标；
当定日镜安装无误差，云台摄像头方位角和高度角为零度时，摄像头摄像区域中心的指向向量为云台摄像头相对定日镜的初始指向向量；
其中，定日镜安装无误差时摄像头坐标可根据定日镜中心坐标以及定日镜理论安装角度计算。
优选地，步骤S3还包括根据定日镜和吸热塔标记的距离计算合适的镜头焦距，并调整摄像头的镜头至合适镜头变倍。
优选地，所述步骤S2具体包括：
首先对云台摄像头进行标定，然后将云台摄像头的固定座安装到定日镜上，云台摄像头相对固定座应该是垂直的，但是可能会存在一定的误差，因此标定云台摄像头，若有误差将该误差补充到后续云台摄像头的方位角和高度角，因此提高了云台摄像头的转角精度；然后再调整定日镜至理论安装角度。
优选地，所述的方法在所述步骤S3之前还包括对云台摄像头的镜头进行标定，在摄像头拍摄图像之前标定摄像头，可提高摄像头对吸热塔标记的识别精度。
优选地，在所述步骤S4中，还包括识别吸热塔标记在当前图像中的位置和吸热塔标记在图像中的理论位置。
优选地，还包括重复所述步骤S1至步骤S5安装镜场中所有定日镜。
本发明还提供了一种提高定日镜初始安装角度精度的装置，包括：云台摄像头、固定座、处理器、吸热塔上的标记；
所述云台摄像头包括云台和摄像头，所述摄像头安装在所述云台上，所述摄像头用于拍摄吸热塔上的标记；
所述云台固定安装在所述固定座上，所述云台与所述处理器电连接，所述处理器用于控制所述云台摄像头在水平和垂直方向上转动；
所述固定座装夹在所述定日镜上；
所述处理器包括通讯模块、视觉处理模块，所述通讯模块与所述摄像头信号连接，用于将所述摄像头拍摄的图像实时传输给所述处理器，所述视觉处理模块识别所述摄像头拍摄的图像中吸热塔标记在当前图像中的位置及理论位置，进而计算吸热塔标记在当前图像中的位置与理论位置的偏差。
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：
本发明提供的方法中采用首先在吸热塔上制作至少一处的标记，然后在定日镜上安装云台摄像头，然后根据吸热塔的坐标和定日镜中心坐标计算定日镜安装无误差时云台摄像头的方位角和高度角，然后处理器控制云台精确转到合适的角度；然后摄像头拍摄吸热塔标记图像，处理器识别吸热塔标记在图像中的当前位置，如果吸热塔标记在当前图像中位置与理论位置重合，说明定日镜安装无误差；如果吸热塔标记在当前图像中的位置与理论位置不重合，则要根据吸热塔标记在当前图像中的位置与理论位置计算定日镜当前安装偏差角；根据当前的安装偏差角去调整定日镜，以此提高定日镜的安装角度精度。因此本发明的方法能够准确地计算定日镜的安装误差，并根据此误差进行定日镜调整，以此提高定日镜的初始安装精度，进而提高定日镜后续校正的效率及成功率。
本发明提供的装置不仅简单，而且安装到定日镜上也非常方便，直接装夹在定日镜的镜面上，采用处理器可精确地控制云台摄像头的转角，精确计算定日镜的安装误差，依次来减小定日镜的安装误差。
附图说明
图1 为本发明实施例中提高定日镜初始安装角度精度装置安装到定日镜上整体示意图；
图2 为本发明实施例中固定座和云台摄像头安装到定日镜上的俯视图；
图3为 本发明实施例中固定座和云台摄像头安装到定日镜上的主视图；
图4为本发明实施例中吸热塔标记在当前图像中的位置与理论位置的示意图；
图5为本发明实施例中定日镜当前安装偏差角的示意图。
附图标记说明：1-吸热塔标记；2-定日镜；3-固定装置；4-处理器；5-摄像头当前朝向；6-定日镜理论安装指向；7-定日镜的当前指向；8-定日镜当前安装偏差角；9-摄像头当前指向和吸热塔标记方向的夹角；11-吸热塔标记在当前图像中的位置；12-吸热塔标记在图像中的理论位置；31-固定座；32-云台摄像头；321-云台；322-摄像头；311-固定座主框架；312-固定座卡槽；313-橡胶夹层。
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提高定日镜初始安装角度精度的方法及装置作进一步详细说明。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、图2、图3，在一个实施例中，一种提高定日镜初始安装角度精度的装置，包括：云台摄像头32、固定座31、处理器4、吸热塔标记1；在图1、图2、图3中，固定装置3包括固定座31和云台摄像头32，固定装置3装夹在定日镜2上；
吸热塔标记1可以为涂刷在吸热塔表面的色块、线条，光源或吸热塔本身，设置在吸热塔上的标记至少比定日镜的高；若标记为涂刷的色块，可设置多个色块朝向不同的方向，便于摄像头识别；若为光源，可在塔顶设置一个或多个光源或在塔身不同方向设置多个光源；若标记为吸热塔本身，则吸热塔塔身颜色及亮度区别于天空即可；
云台摄像头32包括云台321和摄像头322，摄像头322安装在云台321上，云台321可在水平和垂直两个方向进行转角，摄像头322可调整变倍，根据定日镜2与吸热塔的不同距离进行调整，摄像头322用于拍摄吸热塔标记1；
云台321固定安装在固定座31上，云台321与处理器4电连接，处理器用于控制云台摄像头32在水平和垂直方向上转动；
固定座31装夹在定日镜上；优选地，固定座31的材质从外到与定日镜2接触依次为金属、热固性塑料、橡胶，固定座31包括固定座主框架311和固定座卡槽312，固定座卡槽312装夹定日镜2，固定座卡槽312的表面铺设有橡胶夹层313，橡胶是比较柔软的材料，采用这种材料，避免刮伤定日镜的镜面；
处理器4包括通讯模块、视觉处理模块，通讯模块与摄像头322信号连接，用于将摄像头322拍摄的图像实时传输给处理器4，视觉处理模块识别摄像头322拍摄的图像中吸热塔标记在当前图像中的位置及理论位置，进而计算吸热塔标记在当前图像中的位置与理论位置的偏差；
处理器4可为便携式计算机或手机等移动终端，在本实施例中为便携式计算机，通过有线或无线网络的方式控制云台321转角，实时接收摄像头322拍摄的图像信息。
本实施例提供的装置不仅简单，而且安装到定日镜上也非常方便，直接装夹在定日镜的镜面上，采用处理器可精确地控制云台摄像头的转角，精确计算定日镜的安装误差，依次来减小定日镜的安装误差，进而提高定日镜安装精度。
结合提高定日镜初始安装角度精度的装置，将本发明的方法详细描述如下：
参考图1、图2、图3、图4、图5，一种提高定日镜初始安装角度精度的方法，包括：
S1：首先在吸热塔上设置至少一个标记，并测量每个吸热塔标记1的坐标；
S2：待安装定日镜2镜面平放，周围定日镜2也应为水平状态，以避免视野遮挡，将固定座装在定日镜2的一条边上，可选择定日镜2朝向吸热塔的一条或两条边之一，固定座31安装完成后固定座卡槽312完全与定日镜2边缘贴合，固定座31安装到定日镜2上，理论上云台摄像头32相对固定座31是垂直的，但是会有可能存在误差，因此，优选提前对云台摄像头32进行标定，固定座31固定到定日镜2上后，计算云台摄像头32相对固定座31的角度误差，然后将该误差补偿到后续云台摄像头32的转角中，并调整定日镜2至理论安装角度附近；
S3：在便携式计算机应用程序上选择待安装定日镜2的编号及镜边方向，计算机应用程序自动选择距离待安装定日镜2最近的一个吸热塔标记1，根据定日镜2中心坐标和吸热塔标记1的坐标计算云台摄像头32的方位角和高度角，然后根据计算得到的角度，计算机控制云台调整云台摄像头32至合适的角度；
优选地，云台摄像头32的方位角和高度角为吸热塔标记1指向向量与云台摄像头32相对定日镜2的初始指向向量在水平和竖直方向的夹角；
吸热塔标记1指向向量：
Figure 608469DEST_PATH_IMAGE009
Figure 286575DEST_PATH_IMAGE010
为吸热塔标记1坐标；
Figure 376890DEST_PATH_IMAGE011
为定日镜2安装无误差时摄像头坐标；
当定日镜2安装无误差，云台摄像头32方位角和高度角为零度时，摄像头322摄像区域中心的指向向量为云台摄像头32相对定日镜2的初始指向向量；
其中，定日镜2安装无误差时摄像头坐标可根据定日镜2中心坐标以及定日镜2理论安装角度计算；
优选地，根据定日镜2和吸热塔标记1的距离计算合适的摄像头镜头焦距并调整摄像头的镜头至合适镜头变倍；
S4：计算机获取摄像头的图像，如果吸热塔标记1未出现在摄像头的视野中则稍微调整定日镜2的安装角度，使得吸热塔标记1出现在摄像头的视野中；
当吸热塔标记1出现在摄像头的视野中，计算机视觉处理应用程序自动识别吸热塔标记1在当前图像中的位置以及吸热塔标记1在图像中的理论位置；
参看图4，若吸热塔标记在当前图像中的位置11与理论位置12重合，则定日镜2当前安装角度为理论安装角度，即当前安装角度无误差；若吸热塔标记在当前图像中的位置11与理论位置12不重合，则利用吸热塔标记在当前图像中的位置11与理论位置12的偏差计算定日镜2的当前安装偏差角；
参考图5，即根据吸热塔标记1在当前图像中的位置计算出吸热塔标记方向10，根据吸热塔标记1在图像中理论位置计算出摄像头当前指向5，计算吸热塔标记方向10和摄像头当前指向5在水平方向上的夹角9，该夹角9等于定日镜2的当前安装偏差角8，当前安装偏差角8为定日镜理论安装指向6与定日镜当前指向7的夹角；
其中，理论位置12为吸热塔标记1在摄像头图像中的中心位置；
优选地，定日镜2的当前安装偏差角为：
Figure 886369DEST_PATH_IMAGE012
其中，
Figure 341621DEST_PATH_IMAGE013
为吸热塔标记1在图像中
Figure 303761DEST_PATH_IMAGE014
方向的像素与理论位置的像素偏差；
Figure 401030DEST_PATH_IMAGE015
为摄像头在
Figure 30595DEST_PATH_IMAGE014
方向单像素对应的实际宽度；
Figure 656748DEST_PATH_IMAGE016
为摄像头焦距；
优选地，摄像头拍摄吸热塔标记1之前，优选对云台摄像头32的镜头进行标定，在摄像头322拍摄图像之前标定摄像头，可提高摄像头对吸热塔标记1的识别精度；
S5：根据定日镜2当前安装偏差角调整定日镜2安装角度，使得摄像头指向5和吸热塔标记方向10在水平方向重合，此时吸热塔标记1出现在摄像头图像的理论位置12；在调整定日镜2之前可以先预设一个方向，根据计算得角度大小和方向，指导技术人员调整定日镜2；
S6：重复步骤S1至步骤S5安装镜场中所有定日镜2。
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 (10)

1.一种提高定日镜初始安装角度精度的方法，其特征在于，包括：
S1：设置标记并测量标记坐标：在吸热塔上设置至少一个标记，并测量每个标记的坐标；
S2：按照预先设计的定日镜理论安装角度初步安装定日镜，并将云台摄像头安装在定日镜的一条边上，同时使云台摄像头朝向吸热塔方向；
S3：定日镜初步安装完成后，测量所述定日镜的实际中心坐标，选择距离定日镜最近的一个吸热塔标记，同时根据定日镜实际中心坐标和吸热塔标记坐标计算云台摄像头的高度角和方位角，然后根据计算得到的角度调整云台摄像头；
S4：处理器获取摄像头的图像，若吸热塔标记在当前图像中的位置与理论位置重合，则定日镜当前安装角度为理论安装角度；若吸热塔标记在当前图像中的位置与理论位置不重合，则利用吸热塔标记在当前图像中的位置与理论位置的偏差计算定日镜的当前安装偏差角；
S5：根据当前安装偏差角调整定日镜安装角度，使得此时吸热塔标记出现在摄像头图像的理论位置；
其中，理论位置为吸热塔标记在摄像头图像中的中心位置。
2.根据权利要求1所述的提高定日镜初始安装角度精度的方法，其特征在于，所述步骤S4中若吸热塔标记在当前图像中的位置与理论位置不重合时，根据吸热塔标记在当前图像中的位置计算吸热塔标记方向，根据理论位置计算摄像头当前指向，计算吸热塔标记方向与摄像头当前指向在水平方向的夹角，该角度等于定日镜的当前安装偏差角。
3.根据权利要求2所述的提高定日镜初始安装角度精度的方法，其特征在于，所述步骤S4中的当前安装偏差角为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为吸热塔标记在图像中
Figure DEST_PATH_IMAGE006
方向的像素与理论位置的像素偏差；
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为摄像头在
Figure DEST_PATH_IMAGE010
方向单像素对应的实际宽度；
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为摄像头焦距。
4.根据权利要求1所述的提高定日镜初始安装角度精度的方法，其特征在于，云台摄像头的方位角和高度角为吸热塔标记指向向量与云台摄像头相对定日镜的初始指向向量在水平和竖直方向的夹角；
吸热塔标记指向向量：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为吸热塔标记坐标；
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为定日镜安装无误差时摄像头坐标；
当定日镜安装无误差，云台摄像头方位角和高度角为零度时，摄像头摄像区域中心的指向向量为云台摄像头相对定日镜的初始指向向量；
其中，定日镜安装无误差时摄像头坐标可根据定日镜中心坐标以及定日镜理论安装角度计算。
5.根据权利要求1所述的提高定日镜初始安装角度精度的方法，其特征在于，步骤S3还包括根据定日镜和吸热塔标记的距离计算合适的镜头焦距，并调整摄像头的镜头至合适镜头变倍。
6.根据权利要求1所述的提高定日镜初始安装角度精度的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
首先对云台摄像头进行标定，然后将云台摄像头的固定座安装到定日镜上；然后再调整定日镜至理论安装角度。
7.根据权利要求6所述的提高定日镜初始安装角度精度的方法，其特征在于，所述的方法在所述步骤S3之前还包括对云台摄像头的镜头进行标定。
8.根据权利要求1所述的提高定日镜初始安装角度精度的方法，其特征在于，在所述步骤S4中，还包括识别吸热塔标记在当前图像中的位置和理论位置。
9.根据权利要求1～8任意一项所述的提高定日镜初始安装角度精度的方法，其特征在于，还包括重复所述步骤S1至步骤S5安装镜场中所有定日镜。
10.一种提高定日镜初始安装角度精度的装置，其特征在于，包括：云台摄像头、固定座、处理器、吸热塔上的标记；
所述云台摄像头包括云台和摄像头，所述摄像头安装在所述云台上，所述摄像头用于拍摄吸热塔上的标记；
所述云台固定安装在所述固定座上，所述云台与所述处理器电连接，所述处理器用于控制所述云台摄像头在水平和垂直方向上转动；
所述固定座装夹在所述定日镜上；
所述处理器包括通讯模块、视觉处理模块，所述通讯模块与所述摄像头信号连接，用于将所述摄像头拍摄的图像实时传输给所述处理器，所述视觉处理模块识别所述摄像头拍摄的图像中吸热塔标记在当前图像中的位置及理论位置，进而计算吸热塔标记在当前图像中的位置与理论位置的偏差。
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