一种太阳模拟器试验台自动对焦控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种太阳模拟器试验台自动对焦控制系统，包括红外标定板图像采集处理系统，用于标定相机参数，得到像素坐标；光斑接收靶位红外图像采集与处理系统，用于得到接收靶位空间世界坐标；空间位姿调整系统，用于调整灯单元的空间位置。计算目标位置灯单元运动参数，生成控制指令传输至所述太阳模拟器。本发明专利技术通过图像处理技术实现太阳模拟器试验台的自动对焦以及位姿调整，同时可以根据自身位姿状态，实时调整俯仰角度及聚焦点位。实时调整俯仰角度及聚焦点位。实时调整俯仰角度及聚焦点位。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳模拟器试验台自动对焦控制系统


[0001]本专利技术属于太阳能器件控制领域，特别是涉及一种太阳模拟器试验台自动对焦控制系统。

技术介绍

[0002]随着社会的进步，迫切需要一种新技术来代替化石燃料等不可再生能源。太阳模拟技术近几年迅猛发展，但设备普遍存在着设备自身姿态不可调，只能时间光源的点聚焦；且手工对焦困难、光斑大小不能连续可调，使得太阳模拟器的操作难度较大，使用效果受到影响。因此，现有的太阳模拟器不能满足太阳能光热发电领域的太阳能光热发电实验的需要，非常有必要研制灵活度高的太阳模拟器机械系统与控制系统。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种太阳模拟器试验台自动对焦控制系统，以解决上述现有技术存在的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了一种太阳模拟器试验台自动对焦控制系统，包括红外标定板图像采集处理系统、光斑接收靶位红外图像采集与处理系统、空间位姿调整系统；所述红外标定板图像采集处理系统，用于标定相机参数，得到像素坐标；所述光斑接收靶位红外图像采集与处理系统，用于得到接收靶位空间世界坐标；所述空间位姿调整系统，用于调整灯单元的空间位置。
[0005]可选的，所述红外标定板图像采集处理系统通过获取所述红外标定板上的点位信息，完成对红外标定板上点位提取，并通过图像处理获得各靶点的像素坐标。
[0006]可选的，所述光斑接收靶位红外图像采集与处理系统通过红外相机对接收靶位进行图像获取，并通过图像处理获取接收靶位的世界坐标。
[0007]可选的，所述空间位姿调整系统包括有计算机、运动控制器、旋转工作台、线性模组等，所述计算机控制将信号传至所述运动控制器，由所述运动控制器驱动所述旋转工作台和线性模组完成空间位姿调整。
[0008]本专利技术的技术效果为：本专利技术提出了一种太阳模拟器试验台自动对焦控制系统，通过机器视觉技术实现灯单元的像素坐标和空间位置坐标的转换坐标系，并通过接收靶位的坐标提取，完成灯单元的起始坐标设定，实现多个灯单元的自动对焦和散焦。
附图说明
[0009]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为专利技术实例中的自动聚焦控制系统结构示意图。
具体实施方法
[0010]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0011]需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
实施例
[0012]本实施例中提供一种太阳模拟器试验台自动对焦控制系统，包括红外标定板图像采集处理系统、光斑接收靶位红外图像采集与处理系统、空间位姿调整系统，具体地：光斑位置数据提取主要采用机器视觉的方法。所采用的硬件包括计算机、红外相机、红外标定板、光斑接收器等组成。在太阳模拟器的聚焦位置放置红外标定板，保持红外热像仪与红外标定板的相对位置不动，完成对红外热像仪的标定，得到红外相机二维像素坐标系与空间世界坐标系的参数转换关系。
[0013]红外线相机保持不动，在太阳模拟器工作状态下，光斑接收靶与红外热像仪保持平行放置，在远程控制下，计算机自动获取焦平面处光斑的实时图像状态与光斑温度分布。对获取的图像信息实时传送至MATLAB中完成灰度化、中值滤波、自适应阈值二值化、Canny算子边缘检测、最小二乘法拟合圆边界等一系列处理分析，最终得到光斑中心像素坐标，经过计算处理进一步得到光斑中心的世界坐标。
[0014]机器视觉技术就是利用机器对目标物进行特征识别、测量等。它与现代光学、测量技术等多种学科相互交叉。太阳模拟器在工作状态下，聚焦光斑处会产生大量的热量，会持续不断的与周围环境空气进行换热。由光学知识可知，光线在空气传播过程中通过不均匀的空气时，会向空气较密集的一侧发生一定程度的偏折，而光源周围就是一团非均匀空气，可见光比红外光更易发生偏折。因此在机器测量时，目标物处于高温状态的情况下，利用红外光成像得到的图像更准确、质量更高。故综合考虑，本案例所采用的摄像机选择红外热像仪，利用红外光线对聚焦光斑进行成像检测。该相机具有红外成像的功能，还可以对图像的温度分布等进行分析，可得到图像任意区域的温度参数，温度范围可达
‑
20℃~+1200℃。在进行相关实验时，可以对目标物的表面温度、距待测物的距离等参数进行直接测量，满足设计实验需求。
[0015]所有物体都辐射红外能量。能量辐射量基于物体的实际表面温度和表面辐射系数。热像仪感应物体表面的红外能量，并使用此数据计算估计的温度值。许多常见物体和材料(例如涂漆金属、木材、水、皮肤和织物)，都能有效地放射能量，所以容易获得相对准确的测量值。对于能有效辐射能量(高辐射系数)的表面，辐射系数为≥90%(即0.90)。该方法不适用于发光面或未涂漆的金属，因为其辐射系数为<0.60。这些材料不易于放射能量，被划分为低辐射系数材料。为了更准确地测量辐射系数较低的材料，需要进行辐射系数校正。对辐射系数设置的调整通常会让热像仪计算出实际温度的更准确的估计值。
[0016]物体的发射率也叫做辐射率，指的是物体表面的辐射能力与相同温度、相同条件下黑体的辐射能力的比值。黑体指的是一种被理想化的物体，对于任意波长的电磁波均能够全部吸收，其吸收系数为1，透射系数为0。而实际物体的辐射率与该物体表面的温度、粗
糙度、氧化层、表面杂质与涂层等有很大的关系。红外热像仪可对不同表面状态的物体调节不同的发射率，得到表面实际的温度，不同的温度分布呈现不同的颜色分布。本案例利用普通的不锈钢光学标定板对其进行一定程度的加工从而满足实验要求。普通的光学标定板底漆为黑色，均匀分布着白色圆形靶标。
[0017]光斑接收靶用于接收太阳模拟器发射的光辐射经椭球聚光镜聚焦后形成的聚焦光斑。光斑接收靶会吸收大量的光辐射，形成新的温度分布场。聚焦光斑处聚集着大量的能量，为时光斑接收靶的温度分布更能够准确的变现焦斑的辐照度分布，需减少光斑接收靶与外界环境之间的热传递，光斑接收靶应该选取耐高温、导热性低、不易热变形的材料。故本案例选择硅酸铝板制成光斑接收靶，其导热系数为0.135 W
·
(m
·
k)
‑1，质地蓬松，可微量的透光。选取规格尺寸为450 mm
×
350 mm
×
10 mm的硅酸铝板置于光斑接收台上，为接收靶需要与接收台之间保持隔热，接触面选择微晶玻璃陶瓷相隔。微晶玻璃陶瓷隔热性好、加工性高，经加工后固定在接受台上。
[0018]特征点像素坐标提取的工作原理为：通过一系列运算去除不相干的结构，应用质心法得到靶标中心点的位置。对红外热像仪采集的图像进行灰度化、二值化、边缘检测以及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太阳模拟器试验台自动对焦控制系统，其特征在于，包括：红外标定板图像采集处理系统、光斑接收靶位红外图像采集与处理系统、空间位姿调整系统；所述红外标定板图像采集处理系统，用于标定相机参数，得到像素坐标；所述光斑接收靶位红外图像采集与处理系统，用于得到接收靶位空间世界坐标；所述空间位姿调整系统，用于调整灯单元的空间位置。2.根据权利要求1所述的一种太阳模拟器试验台自动对焦控制系统，其特征在于，所述红外标定板图像采集处理系统通过获取所述红外标定板上的点位信息，完成对红外标定板上点位...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫海鹏，杨佳俊，赵婉晴，张嘉钰，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：