基于圖像處理的槽式拋物面聚光器切線偏差及焦線偏差的獲取方法技術

本發明專利技術公開了基于圖像處理的槽式拋物面聚光器切線偏差及焦線偏差的獲取方法，涉及太陽能應用技術領域。本發明專利技術技術要點：圖像采集步驟：距離槽式拋物面聚光器一定距離架設一臺圖像采集裝置；控制圖像采集裝置拍攝槽式拋物面聚光器的正視圖；位置數據記錄步驟：測量圖像采集裝置與拋物面聚光器的相對位置；集熱管黑帶理論位置計算步驟；坐標轉換步驟：將黑帶在拋物面縱截面上的理論位置轉換到拋物面上相應反光鏡的像素坐標中；黑帶圖像處理步驟；根據某一塊反光鏡理論黑帶圖像序列及實際黑帶圖像序列計算該反光鏡的切線偏差及焦線偏差。

Method for obtaining tangent deviation and focal line deviation of trough parabolic concentrator based on image processing

The invention discloses a method for obtaining tangent deviation and focal line deviation of a trough type parabolic concentrator based on image processing, relating to the field of solar energy application technology. Technical point of the invention: image acquisition steps: parabolic trough concentrator distance distance set up a control image acquisition device; image acquisition device is taken the view of parabolic trough concentrator; position data recording steps: measuring image acquisition device and the relative position of the paraboloid poly light tube; black belt theory position calculation steps; coordinate transformation steps the black belt theory position in the longitudinal section of the parabolic parabolic conversion to the corresponding pixel coordinates of the reflector in the black belt; image processing steps; calculate the tangent deviation of the reflector and the focal line deviation according to a piece of mirror image theory and actual black black belt sequence image sequence.

【技術實現步驟摘要】
基于圖像處理的槽式拋物面聚光器切線偏差及焦線偏差的獲取方法
本專利技術涉及太陽能應用
，尤其是槽式拋物面聚光器的切線偏差及焦線偏差的獲取方法。
技術介紹
槽式拋物面聚光器是太陽能利用的一種經典方式。參見圖1。太陽能經由拋物面反射匯聚到位于拋物面前方的集熱管上，從而將太陽能轉化為熱能。理想情況下，人們希望拋物面能將更多的光線匯聚到集熱管中，因此拋物面能將多少太陽光匯聚到集熱管中是人們關心的問題。這就需要對聚光器的一些指標進行檢測，如攔截因子、焦線誤差以及切線誤差等。現有技術是技術人員現場對拋物面進行測量，獲知其聚光性能。這樣的方式無疑是十分耗費人力且效率低下的。如果能將聚光器聚光參數的獲取或者是檢測放到計算機上進行，那將大大提高工作效率。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是：針對上述存在的問題，提供一種基于圖像處理的槽式拋物面聚光器切線偏差及焦線偏差的獲取方法。本專利技術采用的技術方案如下：包括：圖像采集步驟：距離槽式拋物面聚光器一定距離架設一臺圖像采集裝置；控制圖像采集裝置拍攝槽式拋物面聚光器的正視圖；位置數據記錄步驟：測量圖像采集裝置與拋物面聚光器的相對位置；并根據所述相對位置計算出圖像采集裝置與拋物面聚光器縱截面的相對位置；集熱管黑帶理論位置計算步驟：根據圖像采集裝置與拋物面聚光器縱截面的相對位置、拋物面聚光器的拋物面縱截面方程、拋物面聚光器的集熱管縱截面與拋物面縱截面的相對位置計算黑帶在拋物面縱截面上的理論位置；坐標轉換步驟：將黑帶在拋物面縱截面上的理論位置轉換到拋物面上相應反光鏡的像素坐標中；將反光鏡上黑帶理論位置的像素點像素值設為“1”，其余像素點的像素值設為“0”得到反光鏡的理論黑帶圖像序列；黑帶圖像處理步驟：根據各個反光鏡的角點將拋物面聚光器的正視圖的圖像劃分為各個反光鏡圖像塊；對各反光鏡圖像塊進行相機誤差修訂、透視變換得到各個反光鏡圖像塊的正視圖圖像；對各個反光鏡圖像進行閾值分割確定黑帶在相應反光鏡的實際區域的像素坐標；并將反光鏡圖像上黑帶實際區域的像素點像素值設為“1”，其余像素點的像素值設為“0”得到該反光鏡的實際黑帶圖像序列；切線偏差計算步驟：對某一塊反光鏡進行如下處理：計算Ck＝Ak∪Bk-Ak；其中，Ak為該反光鏡實際黑帶圖像序列，Bk為該反光鏡理論黑帶圖像序列，Ck為該反光鏡的理論黑帶的缺失區域；計算Dk＝Ak+n-Ak+n∩Bk+n；Ak+n為拋物面聚光器旋轉角度θ后該反光鏡的實際黑帶圖像序列，Bk+n為拋物面聚光器旋轉角度θ后該反光鏡的理論黑帶圖像序列，Dk為拋物面聚光器旋轉角度θ后該反光鏡的理論黑帶的缺失區域；計算Ck與Dk連通域重合的面積，若重合面積大于設定值；則該反光鏡處的切線偏差為θ。進一步，重復執行圖像采集步驟、位置數據記錄步驟、集熱管黑帶理論位置計算步驟、坐標轉換步驟、黑帶圖像處理步驟以及切線偏差計算步驟以得到拋物面聚光器各個反射鏡的切線偏差。集熱管黑帶理論位置計算步驟進一步包括：確定圖像采集裝置出射的經過拋物面反射后與集熱管相切的兩條光線；計算這兩條光線與拋物面縱截面的交點；兩交點及其之間的區域為黑帶在拋物面縱截面上的理論位置。坐標轉換步驟進一步包括：過這兩個交點且在拋物面正視圖橫向延伸的兩條直線及其之間的區域為黑帶在拋物面上的理論位置；將黑帶的在拋物面上的理論位置的坐標投影到相應的反光鏡平面坐標中；再將黑帶在各個反光鏡平面的理論位置的坐標轉換到該反光鏡的像素坐標中。黑帶圖像處理步驟中對反光鏡圖像進行閾值分割確定黑帶在該反光鏡的實際區域的像素坐標進一步包括：遍歷反光鏡圖像的所有像素點，判斷其像素值是否大于設定閾值，若大于則該像素點屬于黑帶實際區域。在得到切線偏差的基礎上，可進一步計算得到槽式拋物面聚光器焦線偏差即進一步計算fd＝(f+y)sin2θ，式中fd為拋物面上縱坐標為y的位置處的焦線偏差，f為拋物面縱截面的焦距，其中坐標系為：聚光器縱截面中的轉軸為坐標原點，豎直方向為y軸，水平方向為z軸，垂直于yoz面的方向為x軸。綜上所述，由于采用了上述技術方案，本專利技術的有益效果是：本專利技術提供了基于能反映聚光器在不同角度下對太陽光的匯聚情況的模型以及圖像處理技術，實現了計算機檢測聚光器切線偏差及焦線偏差的方法，只需要拍攝聚光器的圖像，便能自動獲取聚光器的聚光參數，大大提高了工作效率、節省了人力成本。附圖說明本專利技術將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：圖1為槽式拋物面聚光器的結構示意圖。圖2為聚光器拋物面展開平面圖。圖3為聚光器縱截面與圖像采集裝置的相對位置示意圖。圖4為坐標系中的聚光器縱截面與圖像采集裝置。圖5為反光面上實際黑帶區域出現缺失的效果示意圖(圖示為反光面平面展開圖)。圖6為旋轉一定角度后在反光面同一位置出現曾經消失的黑帶缺失區域的效果示意圖(圖示為反光面平面展開圖)。圖中標記：1為反光面；11為反光鏡；2為集熱管；3為轉軸；4為黑帶，41為黑帶缺失，42為實際黑帶，43為理論黑帶區域；5為圖像采集裝置。具體實施方式本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。圖1展示的是槽式拋物面聚光器的結構示意圖。其結構十分簡單，拋物面1將太陽光反射并匯聚到集熱管2中，從而將太陽能轉換為熱能。實際應用中，拋物面1并不是一塊完整、連續的面鏡，而是由多塊方形平面鏡貼在拋物面上，圖2是拋物面展開的平面圖，本實施例中拋物面上鋪設有7×4塊小方形平面鏡。工作時，聚光器會以其上下對稱軸為轉軸4進行轉動，參見圖1。在不同的角度，太陽光因被集熱器吸收在拋物面的反光鏡上呈現出不同位置的黑帶5，如黑帶5位于第一行反光鏡上，隨著聚光器沿轉軸旋轉，黑帶轉移到第2、3行反光鏡上。本專利技術的目的在于求解出聚光器旋轉到不同角度時其拋物面黑帶在相應反光鏡上的理論位置的像素坐標，并拍攝不同角度時聚光器的正視圖圖像，并根據二者獲取聚光器的攔截因子。具體步驟包括：圖像采集步驟：距離槽式拋物面聚光器一定距離架設一臺圖像采集裝置6；控制圖像采集裝置拍攝槽式拋物面聚光器的正視圖。位置數據記錄步驟：測量圖像采集裝置與拋物面聚光器的相對位置；參見圖3，具體實施的測量方式是過圖像采集裝置“做”聚光器的縱截面，即圖像采集裝置的中心與縱截面共面。測量圖像采集裝置在所述縱截面中到聚光器轉軸連線的長度以及該連線與水平面的夾角，從而確定圖像采集裝置與拋物面聚光器縱截面的相對位置。集熱管黑帶理論位置計算步驟：根據圖像采集裝置與拋物面聚光器縱截面的相對位置、拋物面聚光器的拋物面縱截面方程(實際就是拋物線方程)、拋物面聚光器的集熱管縱截面與拋物面縱截面的相對位置計算黑帶在拋物面縱截面上的理論位置。在一個具體實施例中，參見圖4，建立坐標系，坐標原點為聚光器縱截面中的轉軸(即縱切拋物面得到的拋物線的頂點)，豎直方向為y軸，水平方向為z軸，垂直于yoz面的方向為x軸。拋物線標準方程為：其中f為拋物線的焦點，即集熱管中心與拋物面中心的距離。在yoz坐標系內，計算B(zb，yb)點的坐標。B點滿足：B點在拋本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于圖像處理的槽式拋物面聚光器切線偏差的獲取方法，其特征在于，包括：圖像采集步驟：距離槽式拋物面聚光器一定距離架設一臺圖像采集裝置；控制圖像采集裝置拍攝槽式拋物面聚光器的正視圖；位置數據記錄步驟：測量圖像采集裝置與拋物面聚光器的相對位置；并根據所述相對位置計算出圖像采集裝置與拋物面聚光器縱截面的相對位置；集熱管黑帶理論位置計算步驟：根據圖像采集裝置與拋物面聚光器縱截面的相對位置、拋物面聚光器的拋物面縱截面方程、拋物面聚光器的集熱管縱截面與拋物面縱截面的相對位置計算黑帶在拋物面縱截面上的理論位置；坐標轉換步驟：將黑帶在拋物面縱截面上的理論位置轉換到拋物面上相應反光鏡的像素坐標中；將反光鏡上黑帶理論位置的像素點像素值設為“1”，其余像素點的像素值設為“0”得到反光鏡的理論黑帶圖像序列；黑帶圖像處理步驟：根據各個反光鏡的角點將拋物面聚光器的正視圖的圖像劃分為各個反光鏡圖像塊；對各反光鏡圖像塊進行相機誤差修訂、透視變換得到各個反光鏡圖像塊的正視圖圖像；對各個反光鏡圖像進行閾值分割確定黑帶在相應反光鏡的實際區域的像素坐標；并將反光鏡圖像上黑帶實際區域的像素點像素值設為“1”，其余像素點的像素值設為“0”得到該反光鏡的實際黑帶圖像序列；切線偏差計算步驟：對某一塊反光鏡進行如下處理：計算C...

【技術特征摘要】
1.基于圖像處理的槽式拋物面聚光器切線偏差的獲取方法，其特征在于，包括：圖像采集步驟：距離槽式拋物面聚光器一定距離架設一臺圖像采集裝置；控制圖像采集裝置拍攝槽式拋物面聚光器的正視圖；位置數據記錄步驟：測量圖像采集裝置與拋物面聚光器的相對位置；并根據所述相對位置計算出圖像采集裝置與拋物面聚光器縱截面的相對位置；集熱管黑帶理論位置計算步驟：根據圖像采集裝置與拋物面聚光器縱截面的相對位置、拋物面聚光器的拋物面縱截面方程、拋物面聚光器的集熱管縱截面與拋物面縱截面的相對位置計算黑帶在拋物面縱截面上的理論位置；坐標轉換步驟：將黑帶在拋物面縱截面上的理論位置轉換到拋物面上相應反光鏡的像素坐標中；將反光鏡上黑帶理論位置的像素點像素值設為“1”，其余像素點的像素值設為“0”得到反光鏡的理論黑帶圖像序列；黑帶圖像處理步驟：根據各個反光鏡的角點將拋物面聚光器的正視圖的圖像劃分為各個反光鏡圖像塊；對各反光鏡圖像塊進行相機誤差修訂、透視變換得到各個反光鏡圖像塊的正視圖圖像；對各個反光鏡圖像進行閾值分割確定黑帶在相應反光鏡的實際區域的像素坐標；并將反光鏡圖像上黑帶實際區域的像素點像素值設為“1”，其余像素點的像素值設為“0”得到該反光鏡的實際黑帶圖像序列；切線偏差計算步驟：對某一塊反光鏡進行如下處理：計算Ck＝Ak∪Bk-Ak；其中，Ak為該反光鏡實際黑帶圖像序列，Bk為該反光鏡理論黑帶圖像序列，Ck為該反光鏡的理論黑帶的缺失區域；計算Dk＝Ak+n-Ak+n∩Bk+n；Ak+n為拋物面聚光器旋轉角度θ后該反光鏡的實際黑帶圖像序列，Bk+n為拋物面聚光器旋轉角度θ后該反光鏡的理論黑帶圖像序列，Dk為拋物面聚光器旋轉角度θ后該反光鏡的理論黑帶的缺失區域；計算Ck與Dk連通域重合的面積，若重合面積大于設定值；則該反光鏡處的切線偏差為θ。2.根據權利要求1所述的基于圖像處理的槽式拋物面聚光器切線偏差的獲取方法，其特征在于，重復執行圖像采集步驟、位置數據記錄步驟、集熱管黑帶理論位置計算步驟、坐標轉換步驟、黑帶圖像處理步驟以及切線偏差計算步驟以得到拋物面聚光器各個反射鏡的切線偏差。3.根據權利要求1所述的基于圖像處理的槽式拋物面聚光器切線偏差的獲取方法，其特征在于，集熱管黑帶理論位置計算步驟進一步包括：確定圖像采集裝置出射的經過拋物面反射后與集熱管相切的兩條光線；計算這兩條光線與拋物面縱截面的交點；兩交點及其之間的區域為黑帶在拋物面縱截面上的理論位置。4.根據權利要求1或3所述的基于圖像處理的槽式拋物面聚光器切線偏差的獲取方法，其特征在于，坐標轉換步驟進一步包括：過這兩個交點且在拋物面正視圖橫向延伸的兩條直線及其之間的區域為黑帶在拋物面上的理論位置；將黑帶的在拋物面上的理論位置的坐標投影到相應的反光鏡平面坐標中；再將黑帶在各個反光鏡平面的理論位置的坐標轉換到該反光鏡的像素坐標中。5.根據權利要求1所述的基于圖像處理的槽式拋物面聚光器切線偏差的獲取方法，其特征在于，黑帶圖像處理步驟中對反光鏡圖像進行閾值分割確定黑帶在該反光鏡的實際區域的像素坐標進一步包括：遍歷反光鏡圖像的所有像素點，判斷其像素值是否大于設定閾值，若大于則該像素點屬于黑帶實際區域。6.基于圖像處理的槽式拋物面聚光器焦線偏差的獲取方法，其特征在于，圖像采集步驟：距離槽式拋物面聚光器一定距...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉奇，黃韞梔，韓路易，何凌，周學斌，李昌聰，
申請(專利權)人：四川大學，
類型：發明
國別省市：四川,51