一種bcs板特徵標識方法
2023-05-23 08:57:16 1
一種bcs板特徵標識方法
【專利摘要】本發明涉及一種BCS板特徵標識方法，應用於一塔式太陽能發電系統中，可以準確確定定日鏡光斑中心的位置，便於後續的定日鏡角度校正以提高定日鏡追日精度。包括將一BCS板安裝在聚光塔上，在所述BCS板上設立若干標識，確定若干標識上的至少三個第一角點作為特徵點;三維的世界坐標系，建立二維的圖像坐標系；根據特徵點的圖像坐標以及世界坐標對圖像採集裝置進行標定；利用圖像採集裝置獲取一BCS板光斑照片；通過對所述BCS板光斑照片進行處理，得到所述BCS板光斑中心的圖像坐標以及所述BCS板中心的圖像坐標，變換得到所述BCS板光斑中心的世界坐標。
【專利說明】一種BCS板特徵標識方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一特徵標識方法，尤其涉及一種應用於塔式太陽能發電系統中太陽能光斑位置的BCS板特徵標識方法。
【背景技術】
[0002]塔式太陽能發電系統包括放置在聚光塔(也可稱接收塔)上的接收器、聚光塔周圍地面上鋪設的定日鏡、計算機控制系統和跟蹤傳動機構。計算機控制系統控制定日鏡自動跟蹤太陽，並將太陽光線反射到位於聚光塔頂部的接收器，使其中的介質沸騰，由此所產生的蒸汽驅動汽輪機，帶動發電機發電。只有定日鏡精確跟蹤太陽位置的變化，才能保證太陽光斑能量準確聚集到接收器上，保證熱發電系統具有較高的光熱轉換效率，進而保障整個塔式太陽能熱發電系統的工作效率。因此，精確判斷當前時刻太陽的位置和當前時刻定日鏡反射的太陽光斑的位置，從而提高定日鏡的追日精度是太陽能塔式熱發電領域的重要研究課題。目前，如何校驗定日鏡的追日精度成為了該領域的一個技術難題。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於提供一種BCS板特徵標識方法，可以準確檢查定日鏡光斑中心和BCS板中心是否一致，便於後續的定日鏡角度校正以提高定日鏡追日精度。
[0004]為了實現上述目的，本發明提供了一種光束特性系統BCS (Beam CharacteristicSystem)板特徵標識方法，應用於一塔式太陽能發電系統中，其特徵在於，包括以下步驟:
[0005]設立標示步驟，將一 BCS板安裝在聚光塔上，在所述BCS板上設立若干標識，確定所述若干標識上的至少三個第一角點作為特徵點；
[0006]建立坐標系步驟，以所述塔式太陽能發電系統中任意一點作為原點建立三維的世界坐標系，以所述圖像採集裝置採集的圖像中任意一點作為原點建立二維的圖像坐標系；根據所述特徵點的圖像坐標以及世界坐標對所述圖像採集裝置進行標定；
[0007]獲取照片步驟，利用圖像採集裝置獲取一 BCS板光斑照片；
[0008]獲取光斑中心步驟，通過對所述BCS板光斑照片進行處理，得到所述BCS板光斑中心的圖像坐標以及所述BCS板中心的圖像坐標，變換得到所述BCS板光斑中心的世界坐標。
[0009]較佳地，建立坐標系步驟中對所述圖像採集裝置進行標定還包括:根據所述特徵點的圖像坐標以及世界坐標，得出所述圖像採集裝置相對於實際長度在所述圖像坐標系中X方向和Y方向的縮放因式。
[0010]較佳地，所述圖像採集裝置為CXD相機。
[0011]較佳地，確定光斑中心步驟中，選取合適的橢圓形狀進行擬合，得到該橢圓的中心即為所述BCS板光斑照片中光斑中心的圖像坐標(a，b)。
[0012]較佳地，設立標示步驟中，在所述BCS板上設立與BCS板中心呈中心對稱的偶數個標識。
[0013]較佳地，確定光斑中心步驟中，通過在所述標識中確定偶數個第二角點，使之相對於所述BCS板中心呈中心對稱，計算出所述BCS板中心在所述BCS板光斑照片中的圖像坐柄^ (c，d ) ο
[0014]較佳地，變換得到所述BCS板光斑中心的世界坐標的步驟進一步包括:
[0015]a.計算所述BCS板光斑中心圖像坐標與所述BCS板中心圖像坐標的偏差(X，Y)
[0016]b.通過所述縮放因式將(X，Y)轉換為所述BCS板光斑中心與所述BCS板中心的實際長度偏差(Δχ, Ay)；
[0017]c.通過特徵點的世界坐標確定所述BCS板的世界坐標平面，得出所述BCS板光斑中心與所述BCS板中心在所述世界坐標系中Z方向上的實際長度偏差Λζ ;
[0018]d.所述BCS板光斑對稱中心的世界坐標為:
[0019](xg, yg, zg) = (xt, yt, zt) + ( Δ x, Ay, Δ z),其中，(xt, yt, zt)為所述 BCS 板中心的世界坐標。
[0020]本發明由於採用以上技術方案，使之與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果:
[0021](I)本發明通過設立若干標識，以標示的角點作為方便識別定位BCS板的中心。
[0022](2)通過計算光斑中心相對於標識確定的BCS板中心的位置，克服相機偏移和相機抖動的影響，即使圖像採集裝置因相機發生抖動造成的視野變化時，由於光斑相對標識的位置不會因為相機視野發生變化而改變，因此光斑坐標處理的精度也不會大幅下降；
[0023](3)得到BCS板光斑對稱中心的世界坐標，便於後續的定日鏡校正以提高定日鏡追日精度，簡單方便並易於操作，適用於大型塔式太陽能熱發電鏡場。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明實施例的BCS板標識示意圖；
[0025]圖2為本發明實施例的BCS板光斑照片二值化後得到的照片；
[0026]圖3為本發明提供的一種BCS板特徵標識方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0027]下面參照附圖和具體實施例來進一步說明本發明。
[0028]參見出本發明實施例的附圖，下文將更詳細地描述本發明。然而，本發明可以以許多不同形式實現，並且不應解釋為受在此提出之實施例的限制。相反，提出這些實施例是為了達成充分及完整公開，並且使本【技術領域】的技術人員完全了解本發明的範圍。
[0029]附圖3為本發明一種BCS板特徵標識方法的流程圖，以下詳細描述本發明提供的一種BCS板特徵標識方法。
[0030]一種BCS板特徵標識方法，應用於一塔式太陽能發電系統中，包括以下步驟:
[0031]設立標示步驟，將一 BCS板I安裝在聚光塔上，在BCS板I上設立若干標識，確定若干標識上的至少三個第一角點作為特徵點，本實施例中與BCS板中心呈中心對稱的四個標識4，5，6，7，以及在四個標識中選取任意的八個角點作為特徵點，圖1中標識7的角點為
9,標識7的頂點為8。
[0032]建立坐標系步驟，以塔式太陽能發電系統中任意一點作為原點建立三維的世界坐標系，以圖像採集裝置採集的圖像中任意一像素點作為原點建立二維的圖像坐標系； 根據特徵點的圖像坐標以及世界坐標對圖像採集裝置進行標定，即為根據上述八個特徵點的圖像坐標以及世界坐標，採用相機標定算法得出圖像採集裝置得到的圖像相對於實際長度在圖像坐標系中X方向和Y方向的縮放因式。也可以根據任意三個特徵點確定BCS板在世界坐標中的平面。本實施例中世界坐標系中均以毫米為單位，圖像坐標系中均以像素為單位，當然不限於此。
[0033]獲取照片步驟，利用圖像採集裝置2獲取一 BCS板光斑照片，本實施例中圖像採集裝置2採用CXD相機。
[0034]獲取光斑中心步驟，一般通過一圖像處理裝置3對BCS板光斑照片進行處理，得到BCS板光斑中心的圖像坐標以及BCS板中心的圖像坐標，變換得到BCS板光斑中心的世界坐標。其中:
[0035]得到BCS板光斑中心的圖像坐標步驟包括選取合適的橢圓形狀進行擬合，得到該橢圓的中心即為BCS板光斑照片中光斑中心的圖像坐標(a，b)。
[0036]選用適當的閥值，對採集到的BCS板I的光斑圖片上各個像素點的色度進行二值化處理，可以得到一張二值化的BCS板的光斑圖片，如圖2所示。對二值化後的圖片進行輪廓查找，使太陽光斑近似擬合呈橢圓形，通過光斑輪廓的圖像坐標求得太陽光斑的輪廓。根據太陽光斑輪廓擬合出一個橢圓，該橢圓的中心即為光斑的中心。至此，已經求出BCS板的光斑的圖像坐標(a，b)。
[0037]通過確定四個標識中的頂點為第二角點，使之相對於BCS板中心呈中心對稱，計算出BCS板中心在BCS板光斑照片中的圖像坐標(c，d)。選取與BCS板中心呈中心對稱四個標識，確定四個標識中的頂點為第二角點，如圖1所示，便於在圖像坐標系中計算出BCS板中心的圖像坐標,使定位更加精準,本實施例中BCS板的中心位置可通過4個標識中的四個頂點來算出，如圖1中的點1，2，3，4,設此四個頂點圖像坐標為(X1, Y1)、(x2, j2)、(x3, y3)、(χ4, y4)。
[0038](c, d) = [(x1, Y1)+ (x2, y2) + (x3, y3) + (x4, y4)]/4, (c., d)為 BCS 板中心的圖像坐標，如此設立標識便於計算出BCS板中心的位置，也可以採用其他設立標識方法，並不限於此。
[0039]變換得到BCS板光斑中心的世界坐標的步驟進一步包括:
[0040]A，計算BCS板光斑中心圖像坐標與BCS板中心圖像坐標的偏差(X，Y)=(a,b)-(c,d)；
[0041]B,通過縮放因式將(X，Y)轉換為BCS板光斑中心與BCS板中心的實際長度偏差(Δχ, Λ y)，以毫米為單位；
[0042]C，通過特徵點的世界坐標確定BCS板的世界坐標平面，得出BCS板光斑中心與BCS板中心在世界坐標系中Z方向上的實際長度偏差Λ z，單位為毫米；
[0043]D，BCS板光斑對稱中心的世界坐標為:
[0044](xg, yg, zg) = (xt, yt, zt) + (Ax, Ay, Δζ),其中，(xt, yt, zt)為 BCS 板中心的世界坐標，由於BCS板相對於世界坐標係為固定不動的，所以BCS板中心的世界坐標為已知的。
[0045]得到BCS板光斑對稱中心的世界坐標，便於後續的定日鏡角度校正以提高定日鏡追日精度。
[0046]通過計算光斑中心相對於標識確定的BCS板中心的位置，克服相機偏移和相機抖動的影響，即使圖像採集裝置因相機發生抖動造成的視野變化時，由於光斑相對標識的位置不會因為相機視野發生變化而改變，因此光斑坐標處理的精度也不會大幅下降。
[0047]上述公開的僅為本發明的具體實施例，該實施例只為更清楚的說明本發明所用，而並非對本發明的限定，任何本領域的技術人員能思之的變化，都應落在保護範圍內。
【權利要求】
1.一種光束特性系統BCS板特徵標識方法，應用於一塔式太陽能發電系統中，其特徵在於，包括以下步驟: 設立標示步驟，將一 BCS板安裝在聚光塔上，在所述BCS板上設立若干標識，確定所述若干標識上的至少三個第一角點作為特徵點； 建立坐標系步驟，以所述塔式太陽能發電系統中任意一點作為原點建立三維的世界坐標系，以所述圖像採集裝置採集的圖像中任意一點作為原點建立二維的圖像坐標系；根據所述特徵點的圖像坐標以及世界坐標對所述圖像採集裝置進行標定； 獲取照片步驟，利用圖像採集裝置獲取一 BCS板光斑照片； 確定光斑中心步驟，通過對所述BCS板光斑照片進行處理，得到所述BCS板光斑中心的圖像坐標以及所述BCS板中心的圖像坐標，變換得到所述BCS板光斑中心的世界坐標。
2.如權利要求1所述的一種BCS板特徵標識方法，其特徵在於，建立坐標系步驟中對所述圖像採集裝置進行標定還包括:根據所述特徵點的圖像坐標以及世界坐標，得出所述圖像採集裝置相對於實際長度在所述圖像坐標系中X方向和Y方向的縮放因式。
3.如權利要求2所述的一種BCS板特徵標識方法，其特徵在於，所述圖像採集裝置為CCD相機。
4.如權利要求1所述的一種BCS板特徵標識方法，其特徵在於，在確定光斑中心步驟中還包括選取合適的橢圓形狀進行擬合，得到該橢圓的中心即為所述BCS板光斑照片中光斑中心的圖像坐標(a，b)。
5.如權利要求1所述的一種BCS板特徵標識方法，其特徵在於，設立標示步驟中，在所述BCS板上設立與BCS板中心呈中心對稱的偶數個標識。
6.如權利要求1或5所述的一種BCS板特徵標識方法，其特徵在於，確定光斑中心步驟中，通過在所述標識中確定偶數個第二角點，使之相對於所述BCS板中心呈中心對稱，計算出所述BCS板中心在所述BCS板光斑照片中的圖像坐標(c，d)。
7.如權利要求2所述的一種BCS板特徵標識方法，其特徵在於，變換得到所述BCS板光斑中心的世界坐標的步驟進一步包括: a.計算所述BCS板光斑中心圖像坐標與所述BCS板中心圖像坐標的偏差(X，Y)； b.通過所述縮放因式將(X，Y)轉換為所述BCS板光斑中心與所述BCS板中心的實際長度偏差(Λχ，Ay); c.通過特徵點的世界坐標確定所述BCS板的世界坐標平面，得出所述BCS板光斑中心與所述BCS板中心在所述世界坐標系中Z方向上的實際長度偏差Λ ζ ； d.所述BCS板光斑對稱中心的世界坐標為:
(xg, yg, zg) = (xt, yt, zt) + ( Δ χ, Ay, Δ z),其中，(xt, yt, zt)為所述 BCS 板中心的世界坐標。
【文檔編號】G01C15/02GK103743547SQ201310727538
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月25日 優先權日:2013年12月25日
【發明者】宓霄凌, 薛剛強, 倪杭飛, 胡中, 葉海山 申請人:青海中控太陽能發電有限公司