一种采用人工光源和相机进行定日镜的校验方法技术

本发明专利技术公开了一种采用人工光源和相机进行定日镜的校验方法，包括如下步骤：确定定日镜运动模型的初始参数；选取一组人工光源和相机；使用简化模型计算定日镜的中心反射姿势；将定日镜旋转到中心反射姿势，观察相机是否能检测到该定日镜的光斑，若不能则使用真实模型计算定日镜的中心反射姿势，若能则以中心反射姿势作为起始点，调整定日镜的姿势，确定边界点，收集所有边界点，构成一个二维几何图形；计算图形中心所对应的定日镜姿势，并计算该姿势下的法线矢量，从而得出该组人工光源和相机下的法线矢量方程；选择多组人工光源和相机构建多组法线矢量方程，并求解，得到校验后的定日镜运动模型参数。本发明专利技术所公开的方法校验效率高，精确度高。精确度高。精确度高。

【技术实现步骤摘要】
一种采用人工光源和相机进行定日镜的校验方法


[0001]本专利技术涉及定日镜校验领域，特别涉及一种采用人工光源和相机进行定日镜的校验方法。

技术介绍

[0002]塔式太阳能热发电系统利用实时跟踪太阳的定日镜将太阳光反射到吸热塔上的吸热器面屏上，加热吸热器中的热介质，进而实现发电。如果不能将光准确反射到吸热器上，会造成聚光损失，还可能因为光线在吸热器上分布不均匀而使吸热器表面温度分布不均匀，造成吸热器损坏。因此，需要对定日镜进行定期校验，判断定日镜精度。如果发现精度严重下降，则要及时进行校正。
[0003]目前，最常用的定日镜校验方法是让定日镜将光线反射到指定正方形平面靶上，根据光斑中心偏离靶心的程度来进行校验，偏离越大，则说明精度越低。这种方法需要在吸热塔上额外建设4个正方形平面靶，该方法进行校验时一次只能校验一个定日镜且只能白天进行校验，校验周期长。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种采用人工光源和相机进行定日镜的校验方法，可以在夜间校验，并且由于相机一次可以同时对多个定日镜反射的光源进行校验，可以缩短整个镜场的校验周期，同时校验精确度高。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种采用人工光源和相机进行定日镜的校验方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1，校验人工光源的位置，以及相机的位置和姿态参数；
[0008]步骤2，确定定日镜运动模型的初始参数；并选取一组人工光源和相机的参数，确保相机、人工光源与定日镜的距离远大于定日镜的尺寸；
[0009]步骤3，使用简化的定日镜运动模型计算定日镜的中心反射姿势，所述中心反射姿势是指定日镜中心将光线反射到相机中心时的定日镜姿势；
[0010]步骤4，将定日镜旋转到步骤3求得的中心反射姿势，观察相机是否能检测到该定日镜的光斑，若不能则执行步骤5，若能则执行步骤6；
[0011]步骤5，使用定日镜运动模型计算定日镜的中心反射姿势，将定日镜旋转到该步骤求得的中心反射姿势，观察相机是否能检测到该定日镜的光斑，若能则执行步骤6，若不能，则对定日镜进行人工校验；
[0012]步骤6，以中心反射姿势作为起始点，从起始点出发调整定日镜的姿势，对定日镜的方位角和俯仰角进行网格扫描，在当前定日镜运动模型参数下，确定相机恰好能检测到光斑的边界点对应的定日镜姿势，收集所有边界点对应的定日镜姿势，构成一个二维几何图形；
[0013]步骤7，计算二维几何图形的中心所对应的定日镜姿势，并计算该姿势下的法线矢
量，从而得出该组人工光源和相机下的法线矢量方程；
[0014]步骤8，对于当前定日镜，选择多组人工光源和相机的参数，重复步骤3
‑
7，构建多组法线矢量方程，并进行求解，得到校验后的定日镜运动模型参数；
[0015]步骤9，对所有定日镜重复步骤2
‑
8，完成校验。
[0016]上述方案中，步骤2中，定日镜运动模型的初始参数包括定日镜方位
‑
俯仰两轴中心线交点的坐标、定日镜初始姿势、定日镜中心到轴心的距离、定日镜面型偏差、方位
‑
俯仰两轴夹角。
[0017]上述方案中，步骤3中，简化的定日镜运动模型是指定日镜中心与定日镜方位
‑
俯仰两轴中心线交点重合、定日镜面型无偏差、方位
‑
俯仰两轴夹角为90
°
。
[0018]上述方案中，步骤3中，使用简化的定日镜运动模型计算定日镜的中心反射姿势的方法如下：
[0019]设相机中心为(x
c
,y
c
,z
c
)，人工光源坐标为(x
l
,y
l
,z
l
)，初始姿势下定日镜中心坐标为(x
h
,y
h
,z
h
)，计算所得的法线矢量为(x
n
,y
n
,z
n
)；
[0020][0021][0022][0023]其中，d
lh
代表人工光源与定日镜的距离，d
ch
代表相机与定日镜的距离；
[0024][0025][0026]由计算所得的法线矢量确定该姿势下定日镜的方位角和俯仰角θ：
[0027][0028][0029]上述方案中，步骤5中，使用定日镜运动模型计算定日镜的中心反射姿势的方法如下：
[0030](1)首先使用定日镜运动模型求出步骤4求得的方位角和俯仰角下的定日镜中心坐标；
[0031](2)然后，在当前定日镜中心坐标下，使用简化的定日镜运动模型求法线矢量以及方位角和俯仰角；
[0032](3)使用定日镜运动模型计算上一步求得的方位角和俯仰角下的定日镜中心坐标；
[0033](4)迭代步骤(2)和步骤(3)，直到前后两次定日镜中心距离小于设定的阈值一或前后两次法线夹角小于设定的阈值二时停止迭代；
[0034](5)求得停止迭代时定日镜的方位角和俯仰角作为定日镜的中心反射姿势。
[0035]上述方案中，步骤6中，扫描时，先保持方位角和俯仰角其中的一个角不变，按扫描
步长增加或减少另一个角，直到相机不能检测到该定日镜的光斑，记录下当前定日镜的姿势。
[0036]上述方案中，步骤7中，二维几何图形的中心所对应的定日镜姿势如下：
[0037][0038][0039]其中，代表边界点的坐标，n是边界点的个数，i代表边界点序号，为二维几何图形的中心所对应的定日镜的方位角，θ
c
为二维几何图形的中心所对应的定日镜的俯仰角。
[0040]上述方案中，步骤7中，二维几何图形的中心所对应的定日镜姿势下的法线矢量(x
′
n
,y
n
′
,z
′
n
)的计算如下：
[0041][0042][0043]z
′
n
＝sinθ
c
。
[0044]上述方案中，步骤7中，法线矢量方程如下：
[0045][0046][0047][0048]其中，c为法线矢量的归一化因子；(x
c
,y
c
,z
c
)为相机中心坐标，(x
l
,y
l
,z
l
)为人工光源坐标，为在方位角和俯仰角θ
c
下由定日镜运动模型计算的定日镜中心的x坐标，为在方位角和俯仰角θ
c
下由定日镜运动模型计算的定日镜中心的y坐标，为在方位角和俯仰角θ
c
下由定日镜运动模型计算的定日镜中心的z坐标，a
m
为定日镜运动模型的第m个参数，m为定日镜运动模型的总参数数量。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用人工光源和相机进行定日镜的校验方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，校验人工光源的位置，以及相机的位置和姿态参数；步骤2，确定定日镜运动模型的初始参数；并选取一组人工光源和相机的参数，确保相机、人工光源与定日镜的距离远大于定日镜的尺寸；步骤3，使用简化的定日镜运动模型计算定日镜的中心反射姿势，所述中心反射姿势是指定日镜中心将光线反射到相机中心时的定日镜姿势；步骤4，将定日镜旋转到步骤3求得的中心反射姿势，观察相机是否能检测到该定日镜的光斑，若不能则执行步骤5，若能则执行步骤6；步骤5，使用定日镜运动模型计算定日镜的中心反射姿势，将定日镜旋转到该步骤求得的中心反射姿势，观察相机是否能检测到该定日镜的光斑，若能则执行步骤6，若不能，则对定日镜进行人工校验；步骤6，以中心反射姿势作为起始点，从起始点出发调整定日镜的姿势，对定日镜的方位角和俯仰角进行网格扫描，在当前定日镜运动模型参数下，确定相机恰好能检测到光斑的边界点对应的定日镜姿势，收集所有边界点对应的定日镜姿势，构成一个二维几何图形；步骤7，计算二维几何图形的中心所对应的定日镜姿势，并计算该姿势下的法线矢量，从而得出该组人工光源和相机下的法线矢量方程；步骤8，对于当前定日镜，选择多组人工光源和相机的参数，重复步骤3
‑
7，构建多组法线矢量方程，并进行求解，得到校验后的定日镜运动模型参数；步骤9，对所有定日镜重复步骤2
‑
8，完成校验。2.根据权利要求1所述的一种采用人工光源和相机进行定日镜的校验方法，其特征在于，步骤2中，定日镜运动模型的初始参数包括定日镜方位
‑
俯仰两轴中心线交点的坐标、定日镜初始姿势、定日镜中心到轴心的距离、定日镜面型偏差、方位
‑
俯仰两轴夹角。3.根据权利要求1所述的一种采用人工光源和相机进行定日镜的校验方法，其特征在于，步骤3中，简化的定日镜运动模型是指定日镜中心与定日镜方位
‑
俯仰两轴中心线交点重合、定日镜面型无偏差、方位
‑
俯仰两轴夹角为90
°
。4.根据权利要求1所述的一种采用人工光源和相机进行定日镜的校验方法，其特征在于，步骤3中，使用简化的定日镜运动模型计算定日镜的中心反射姿势的方法如下：设相机中心为(x
c
,y
c
,z
c
)，人工光源坐标为(x
l
,y
l
,z
l
)，初始姿势下定日镜中心坐标为(x
h
,y
h
,z
h
)，计算所得的法线矢量为(x
n
,y
n
,z
n
)；)；)；其中，d
lh
代表人工光源与定日镜的距离，d
ch
代表相机与定日镜的距离；代表相机与定日镜的距离；
由计算所得的法线矢量确定该姿势下定日镜的方位角和俯仰角θ：和俯仰角θ：5.根据权利要求1所述的一种采用人工光源和相机进行定日镜的校验方法，其特征在于，步骤5中，使用定日镜运动模型计算定日镜的中心反射姿势的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：代增丽，谢宇，王仁宝，宋秀鹏，许红，韩兆辉，王东祥，江宇，
申请(专利权)人：山东电力建设第三工程有限公司，
类型：发明
国别省市：