一种全天空成像仪地基云图畸变校正方法技术

本发明专利技术提供一种全天空成像仪地基云图畸变校正方法，属于光伏发配电技术领域。所述方法包括以下步骤：建立地基云图中球面畸变天顶角和实际天顶角之间的转换函数；将地基云图转换为球面坐标系云图；将所述球面坐标系云图转换为平面直角坐标系实际云图。该方法所需参数少，只需要全天空成像仪镜头到球面镜的距离和球面镜半径等少数参数；输入数据简单，仅需输入原始地基云图数据即可完成校正，且转换过程中图像信息无损失。

A distortion correction method of ground-based cloud image for all sky imager

The invention provides a distortion correction method for a ground-based cloud image of a whole sky imager, which belongs to the technical field of photovoltaic generation and distribution. The method comprises the following steps: establishing a conversion between the spherical aberration nephogram zenith angle and actual zenith angle function will be converted to ground nephogram; spherical coordinate image; the spherical coordinate image is converted to the actual image plane coordinate system. This method needs fewer parameters, only need all sky imager camera to the spherical mirror and a spherical mirror radius distance and a few other parameters; the input data is simple, only need to input the original data to complete the calibration of ground nephogram, and no loss of information in the process of image conversion.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光伏发配电
，具体涉及。
技术介绍
近年来，太阳能科技和应用发展迅猛。截止到2010年，世界光伏累计装机容量已接近40GW，近十年平均年增长45%，成为发展速度最快的产业之一。但由于太阳能发电具有随机性和间歇性的特点，大规模太阳能发电的并网将对电网的安全稳定运行带来冲击和挑战。因此，对区域太阳能资源进行及时有效的监测和预测成为制约光伏发电并网的关键因素。目前，进行地基云量、云状自动监测的有效手段为地基云图观测。地基云图观测是通过安装在地面的全天空成像仪，对局地天空进行观测的大气探测方式。其优点为具有高时空分辨率，能够获得天空总云量、小于Ikm的云状细节信息以及分钟级的观测频率。国内外学者在基于地基云图的云识别、辐射预测等方面已经开展了一定的研究。Calb0等通过对地基全天空云图的特征提取实现了云类型的识别。Chow等人使用TSI440A全天空成像仪对美国SanDiego地区进行了观测，并建立了基于地基云图的小时内云预测方法。国内学者张永宏等采用小波包分解和形态学方法分别对地基云图进行了边缘提取，并利用图像融合技术得到最优边缘图像。但对地基云图的畸变校正，以及水平面实际云图的还原，还未见相关研究成果。利用地基云图进行云轨迹以及辐射预测，其关键是预测云的运动方向和速度。但由于全天空成像仪的成像方式为凸面镜成像，以及成像视角等问题，其所摄图像存在一定的畸变，这对云量计算、云轨迹预测都带来了困难。本项专利技术通过对原始地基云图实施球面镜反射畸变校正和球面坐标到直角坐标变换，实现了地基云图的畸变校正，为云量计算、区域太阳能监测和预测提供了真实可靠的数据来源。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供，所需参数少，只需要全天空成像仪镜头到球面镜的距离和球面镜半径等少数参数；输入数据简单，仅需输入原始地基云图数据即可完成校正，且转换过程中图像信息无损失。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案:，所述方法包括以下步骤:步骤1:建立地基云图中球面畸变天顶角和实际天顶角之间的转换函数；步骤2:将地基云图转换为球面坐标系云图；步骤3:将所述球面坐标系云图转换为平面直角坐标系实际云图。所述步骤I包括以下步骤:步骤1-1:建立所述全天空成像仪成像畸变模型；步骤1-2:根据所述成像畸变模型建立地基云图中球面畸变天顶角和实际天顶角之间的转换函数。所述成像畸变模型中，镜头到球面镜顶点的距离计为Ii1，所述球面镜的镜面半径计为R，天空某点到球面镜的入射光线在入射点处与竖直方向的夹角计为a2，经球面镜反射到所述镜头的反射光线在所述镜头中心处与竖直方向的夹角计为％；以球面镜的镜面中心为坐标原点O,以水平方向为X轴，以竖直方向为y轴，则镜面方程为:x2+y2 = R2 (I)从反射光线的光线方程为:y-Q^+R) = -Ctana1.x (2)由方程(I)和方程(2)可得入射点(X(l，y0)的横向坐标和纵向坐标分别为:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全天空成像仪地基云图畸变校正方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1：建立地基云图中球面畸变天顶角和实际天顶角之间的转换函数；步骤2：将地基云图转换为球面坐标系云图；步骤3：将所述球面坐标系云图转换为平面直角坐标系实际云图。

【技术特征摘要】
1.一种全天空成像仪地基云图畸变校正方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: 步骤1:建立地基云图中球面畸变天顶角和实际天顶角之间的转换函数； 步骤2:将地基云图转换为球面坐标系云图； 步骤3:将所述球面坐标系云图转换为平面直角坐标系实际云图。2.根据权利要求1所述的全天空成像仪地基云图畸变校正方法，其特征在于:所述步骤I包括以下步骤: 步骤1-1:建立所述全天空成像仪成像畸变模型； 步骤1-2:根据所述成像畸变模型建立地基云图中球面畸变天顶角和实际天顶角之间的转换函数。3.根据权利要求2所述的全天空成像仪地基云图畸变校正方法，其特征在于:所述成像畸变模型中，镜头到球面镜顶点的距离计为Ii1，所述球面镜的镜面半径计为R，天空某点到球面镜的入射光线在入射点处与竖直方向的夹角计为a2，经球面镜反射到所述镜头的反射光线在所述镜头中心处与竖直方向的夹角计为S1 ； 以球面镜的镜面中心为坐标原点O，以水平方向为X轴，以竖直方向为y轴，则镜面方程为: x2+y2 = R2 (I) 从反射光线的光线方程为: y-Q^+R) = -Ctana1.x (2) ...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁宇宇，丁杰，周海，程序，陈颖，崔方，曹潇，王知嘉，于炳霞，谭志萍，周强，陈志宝，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：