一種基於圖像處理技術的電子日位傳感器及其使用方法
2023-06-10 03:06:01 2
一種基於圖像處理技術的電子日位傳感器及其使用方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於圖像處理技術的電子日位傳感器的測角及測姿方法，日位傳感器包括：晷面；可以在晷面上成像的遮光裝置；用於拍攝晷面上晷影的相機，相機置於晷針上方；可控制相機拍攝並對相機所拍影像進行圖像處理和角度判定的中央處理器及輸出單元。電子日位傳感器的工作步驟包括：a:固定；b:成像；c:拍照；d:圖像處理判定角度。本發明中的日位傳感器利用圖像處理技術而非肉眼或光敏器件定晷影角度，具有準確性高，一致性好，不需要活動部件或大量傳感單元，適用入射方位角、仰角範圍廣，結果易於數位化輸出。日位傳感器可以任意傾角放置並結合三軸傳感器和地理時間信息定傳感器姿態參數。
【專利說明】-種基於圖像處理技術的電子日位傳感器及其使用方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基於圖像處理技術的電子日位傳感器及其測角、測姿方法，用於 太陽投射影子或太陽本身在照相機所成影像進行圖像處理獲得太陽相對角度信息W及進 而結合重力分量和位置信息得到傳感器的姿態信息，屬於工程測量領域。
【背景技術】
[0002] 傳統日碁不方便自動化，某些電子日碁或採用多個光敏器件在不同固定角度等日 光照到或遮擋後觸發角度判決；或採用光敏器件旋轉到碁影角度，觸發角度判決。或工作時 段受限，或需要機械動作配合。本發明在使用時不需多餘動作，可W實現長時段，大範圍角 度測量。
[0003] 傳統日碁用於測向僅用於碁面水平的情形。某些不水平計時應用時有固定傾角和 指向正南或正北方向要求。傳統測姿態技術要用巧螺儀。本發明用於任意方向傾角的太陽 相對角度自動測量，可W結合H軸重力加速計和GI^實現測量碁面姿態的方向，傾角滾轉 角參數。在已知任意碁面姿態時也可用於計時。
[0004]
【發明內容】
： 本發明在自動提取日光投影角度時提供一種不需要傳統光敏器件實現太陽相對角度 判讀電子化、數位化的日位傳感裝置，並為擺脫複雜的巧螺結構和操作提供一種基於此種 日位傳感裝置的測姿方法。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案如下；一種基於圖像處理技術的 電子日位傳感器，所述裝置包括殼體，其特徵在於：所述殼體的底面為碁面，碁面上方放置 有遮光裝置，所述裝置還包括鏡頭置於遮光裝置上方並指向碁面的相機，W及用於控制相 機拍照並對所拍圖片進行圖像處理和角度判讀，並完成存儲輸出的CPU和存儲輸出單元。
[0006] 所述遮光裝置為實也碁針或空也碁針或碁斑，相機通過支撐物與殼體連接，不幹 擾遮光裝置成影。
[0007] 所述空也針為有針狀缺口的遮光薄片，其可採用多個針位，即面向多個方向的遮 光片，保證所述日位傳感器可大範圍測角。
[0008] 遮光裝置選用碁斑，所述碁斑是遮光片或開小孔的遮光片；用作光照時在碁面形 成斑狀碁影，當用開孔的遮光片時，可形成明亮的斑狀碁影。
[0009] 所述碁面可W任意方向傾角放置。
[0010] 一種基於圖像處理技術的電子日位傳感器引申變形的判讀太陽方位角的裝置，所 述裝置不含權利要求1所述的遮光裝置，其特徵在於：該裝置包括碁面和相機，所述相機的 鏡頭朝上並指向天空，用於太陽出現在圖像的捕捉範圍內時拍照，經圖像處理後判讀太陽 方位角。
[0011] 一種使用基於圖像處理技術的電子日位傳感器的測角方法，其特徵在於；步驟如 下， 步驟一：通過固定傳感器，使遮光裝置在碁面清晰成影； 步驟二；利用擺在遮光裝置上方的相機拍攝碁影； 步驟H;使用中央處理單元對照片圖像處理，並判讀出角度後存儲輸出。
[0012] 一種測姿傳感器裝置：在基於圖像處理技術的電子日位傳感器中添加H軸重力加 速傳感器和GPS，其中H軸重力加速傳感器一軸垂直於碁面，另兩軸平行於碁面，其中一軸 與碁面零刻度線指向一致。
[001引所述GPS在位置已知時可用時鐘替代。
[0014] 所述測姿傳感器的測姿方法有如下步驟： 步驟一：將測姿傳感器裝置，與被測物體H軸方向一致固定； 步驟二：通過GI^模塊採集被測物體所在的地理位置和採集太陽相對方位角的標準時 間，通過H軸重力加速傳感器採集被測物體的傾角Y、滾轉角0，通過日位傳感器採集太 陽對於日位傳感器零度方向的相對入射方位角4 ; 步驟H;根據GI^模塊採集被測物體所在的地理位置和採集太陽相對方位角的標準時 間，結合太陽軌道信息計算出太陽當時相對當地地理基準面的仰角a和方位角目；
【權利要求】
1. 一種基於圖像處理技術的電子日位傳感器，所述裝置包括殼體，其特徵在於：所述 殼體的底面為晷面（5)，晷面（5)上方放置有遮光裝置（3)，所述裝置還包括鏡頭置於遮光 裝置（3)上方並指向晷面（5)的相機（1)，以及用於控制相機（1)拍照並對所拍圖片進行圖 像處理和角度判讀，並完成存儲輸出的CPU和存儲輸出單元（10)。
2. 根據權利要求1所述的基於圖像處理技術的電子日位傳感器，其特徵在於：所述遮 光裝置為實心晷針（3. 1)或空心晷針（3. 2)或晷斑（3. 3)，相機（1)通過支撐物（6)與殼體 連接，不幹擾遮光裝置成影。
3. 根據權利要求1所述的基於圖像處理技術的電子日位傳感器，其特徵在於：所述空 心針（3. 2)為有針狀缺口的遮光薄片，其可採用多個針位，即面向多個方向的遮光片，保證 所述日位傳感器可大範圍測角。
4. 根據權利要求1所述的基於圖像處理技術的電子日位傳感器，其特徵在於：遮光裝 置選用晷斑（3. 3)，所述晷斑（3. 3)是遮光片或開小孔的遮光片；用作光照時在晷面形成斑 狀晷影（4)，當用開孔的遮光片時，可形成明亮的斑狀晷影（4)。
5. 根據權利要求1-4任意一項所述的基於圖像處理技術的電子日位傳感器，其特徵在 於：所述晷面（5)可以任意方向傾角放置。
6. -種利用權利要求1所述的基於圖像處理技術的電子日位傳感器引申變形的判讀 太陽方位角的裝置，所述裝置不含權利要求1所述的遮光裝置（3)，其特徵在於：該裝置包 括晷面（5)和相機（1)，所述相機（1)的鏡頭朝上並指向天空，用於太陽出現在圖像的捕捉 範圍內時拍照，經圖像處理後判讀太陽方位角。
7. -種使用權利要求1所述的基於圖像處理技術的電子日位傳感器的測角方法，其特 徵在於：步驟如下， 步驟一：通過固定傳感器，使遮光裝置在晷面清晰成影； 步驟二：利用擺在遮光裝置上方的相機拍攝晷影； 步驟三：使用中央處理單元對照片圖像處理，並判讀出角度後存儲輸出。
8. -種測姿傳感器裝置：在根據權利要求1或2所述的基於圖像處理技術的電子日位 傳感器中添加三軸重力加速傳感器（11)和GPS，其中三軸重力加速傳感器（11) 一軸垂直 於晷面（5)，另兩軸平行於晷面（5)，其中一軸與晷面零刻度線（2)指向一致。
9. 根據權利要求8所述的測姿傳感器裝置，其特徵在於：位置已知時所述GPS可用時 鍾替代。
10. -種使用權利要求8的裝置的測姿方法：其特徵在於：所述測姿方法有如下步驟： 步驟一：將權利要求8所述的測姿傳感器裝置，與被測物體三軸方向一致固定； 步驟二：通過GPS模塊採集被測物體所在的地理位置和採集太陽相對方位角的標準時 間,通過三軸重力加速傳感器採集被測物體的傾角Y、滾轉角9,通過日位傳感器採集太 陽對於日位傳感器零度方向的相對入射方位角小； 步驟三：根據GPS模塊採集被測物體所在的地理位置和採集太陽相對方位角的標準時 間，結合太陽軌道信息計算出太陽當時相對當地地理基準面的仰角a和方位角運；
【文檔編號】G01C1/00GK104359453SQ201410632165
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月12日 優先權日:2014年11月12日
【發明者】畢詩捷 申請人:畢詩捷