專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于圖像處理的定日鏡故障診斷方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及太陽(yáng)能領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的定日鏡故障診斷方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)和工業(yè)發(fā)展，對(duì)能源的需求越來(lái)越多，尤其是電能是工業(yè)和人們生活中不可或缺的能源。傳統(tǒng)發(fā)電模式已經(jīng)不能滿(mǎn)足工業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。為此，清潔、可再生的能源越來(lái)越受到人們重視，而在眾多清潔能源中，太陽(yáng)能被廣泛應(yīng)用在發(fā)電和發(fā)熱領(lǐng)域中。在太陽(yáng)能發(fā)電應(yīng)用中，塔式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)是其中一種重要的方式。塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電站是一個(gè)復(fù)雜的熱力系統(tǒng)，具有強(qiáng)非線(xiàn)性、大延遲、大慣性等特點(diǎn)。由于生產(chǎn)效率低，發(fā)電成本高，目前尚處于實(shí)驗(yàn)階段。定日鏡場(chǎng)是塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電站中的一個(gè)重要組成部分，鏡場(chǎng)規(guī)模龐大。因?yàn)樘?yáng)能輻照角度、強(qiáng)度時(shí)刻都在變化，所以定日鏡狀態(tài)需要頻繁地調(diào)整，控制定日鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的部件在不斷啟動(dòng)和關(guān)閉的過(guò)程中極易發(fā)生故障。目前塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的定日鏡故障診斷方法主要是閉環(huán)方式。閉環(huán)方式是在鏡場(chǎng)中定日鏡上安裝光敏傳感器，該傳感器可以探測(cè)并反饋定日鏡轉(zhuǎn)向、角度等信息，若有故障立即報(bào)警。該方法的優(yōu)點(diǎn)是判斷準(zhǔn)確、快速，缺點(diǎn)是需要安裝大量的傳感器，且對(duì)安裝精度要求嚴(yán)格、成本高昂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于圖像處理的定日鏡故障診斷方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中診斷成本高、安裝精度要求高的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于圖像處理的定日鏡故障診斷系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中診斷成本高、安裝精度要求高的技術(shù)問(wèn)題。一種基于圖像處理的定日鏡故障診斷方法，包括
(1)采集同一目標(biāo)區(qū)域定日鏡的圖像，獲得同一場(chǎng)景至少兩幅二維圖像；
(2)計(jì)算定日鏡實(shí)際姿態(tài)數(shù)據(jù)；
(3)根據(jù)圖像采集時(shí)刻太陽(yáng)高度角、方位角及定日鏡與吸熱器之間的相對(duì)位置計(jì)算定日鏡理論姿態(tài)數(shù)據(jù)；
(4)比較定日鏡實(shí)際姿態(tài)數(shù)據(jù)和定日鏡理論姿態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)判斷該定日鏡是否為故障定日
^Mi ο步驟( 進(jìn)一步包括利用雙目視覺(jué)三維測(cè)量算法計(jì)算該時(shí)刻目標(biāo)定日鏡的實(shí)際姿態(tài)，并判定定日鏡位置信息和編號(hào)。運(yùn)行雙目視覺(jué)三維測(cè)量算法對(duì)目標(biāo)定日鏡進(jìn)行三維測(cè)量之前還包括對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行雙目標(biāo)定，得到每個(gè)攝像機(jī)的參數(shù)矩陣，其中，測(cè)量過(guò)程中，攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)需保持不變，一旦攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)或外參數(shù)發(fā)生變化，需要重新標(biāo)定。
本發(fā)明還包括在進(jìn)行定日鏡故障診斷前，計(jì)算定日鏡鏡面的中心點(diǎn)位置，保存當(dāng)前定日鏡中心點(diǎn)坐標(biāo)信息與姿態(tài)數(shù)據(jù)；在診斷過(guò)程中，將圖像中所有定日鏡的中心點(diǎn)坐標(biāo)與定預(yù)先存儲(chǔ)的定日鏡中心點(diǎn)坐標(biāo)相對(duì)照，獲得并記錄所攝定日鏡的位置及編號(hào)信息，上報(bào)故障定日鏡的位置及編號(hào)信息。步驟(2)進(jìn)一步包括
第一攝像機(jī)和第二攝像機(jī)對(duì)同一片鏡場(chǎng)采集圖像； 分別接收到第一攝像機(jī)和第二攝像機(jī)上傳的圖像； 分別從兩幅圖像中獲取各目標(biāo)定日鏡包括所有內(nèi)角點(diǎn)在內(nèi)的信息； 對(duì)每一目標(biāo)定日鏡，對(duì)兩幅圖像的內(nèi)角點(diǎn)進(jìn)行匹配，得到內(nèi)角點(diǎn)匹配對(duì)； 根據(jù)匹配對(duì)中的每個(gè)內(nèi)角點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，兩攝像機(jī)矩陣信息，獲得該匹配對(duì)對(duì)應(yīng)真實(shí)交點(diǎn)的世界坐標(biāo)。兩攝像機(jī)矩陣信息是通過(guò)以下方式獲得
根據(jù)標(biāo)定板參數(shù)，確定標(biāo)定板中每個(gè)內(nèi)角的世界坐標(biāo)；
利用第一攝像機(jī)采用多幅標(biāo)定板圖像，從每幅圖中讀取所有內(nèi)角點(diǎn)的圖像坐標(biāo)； 根據(jù)內(nèi)角點(diǎn)的世界坐標(biāo)和圖像坐標(biāo)，獲得第一攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)矩陣； 利用第二攝像機(jī)采集多幅標(biāo)定板圖像，從每幅圖中讀取所有內(nèi)角點(diǎn)的圖像坐標(biāo)； 根據(jù)內(nèi)角點(diǎn)的世界坐標(biāo)和圖像坐標(biāo)，獲得第二攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)矩陣； 利用第一攝像機(jī)和第二攝像機(jī)分別采集標(biāo)定板圖像，獲取兩幅圖佝包括內(nèi)角點(diǎn)的圖像坐標(biāo)信息；
根據(jù)標(biāo)定板中所有內(nèi)角點(diǎn)的世界坐標(biāo)和圖像坐標(biāo)，獲得第一攝像機(jī)和第二攝像機(jī)的外參數(shù)旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣；
根據(jù)第一和第二攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)矩陣和外參數(shù)旋轉(zhuǎn)矩陣，平移矩陣，建立攝像機(jī)矩陣。本發(fā)明還包括
根據(jù)幾何原理，矩形在空間中的法向量 = (x￡ry￡,Z1)可以表示為
L = axb............·· (8)
其中，
權(quán)利要求
1.一種基于圖像處理的定日鏡故障診斷方法，其特征在于，包括(1)采集同一目標(biāo)區(qū)域定日鏡的圖像，獲得同一場(chǎng)景至少兩幅二維圖像；(2)計(jì)算定日鏡實(shí)際姿態(tài)數(shù)據(jù)；(3)根據(jù)圖像采集時(shí)刻太陽(yáng)高度角、方位角及定日鏡與吸熱器之間的相對(duì)位置計(jì)算定日鏡理論姿態(tài)數(shù)據(jù)；(4)比較定日鏡實(shí)際姿態(tài)數(shù)據(jù)和定日鏡理論姿態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)判斷該定日鏡是否為故障定日^Mi ο
2.如權(quán)利要求1所述的基于圖像處理的定日鏡故障診斷方法，其特征在于，步驟(2)進(jìn)一步包括利用雙目視覺(jué)三維測(cè)量算法計(jì)算該時(shí)刻目標(biāo)定日鏡的實(shí)際姿態(tài)，并判定定日鏡位置信息和編號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的基于圖像處理的定日鏡故障診斷方法，其特征在于，運(yùn)行雙目視覺(jué)三維測(cè)量算法對(duì)目標(biāo)定日鏡進(jìn)行三維測(cè)量之前還包括對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行雙目標(biāo)定，得到每個(gè)攝像機(jī)的參數(shù)矩陣，其中，測(cè)量過(guò)程中，攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)需保持不變，一旦攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)或外參數(shù)發(fā)生變化，需要重新標(biāo)定。
4.如權(quán)利要求1或2所述的基于圖像處理的定日鏡故障診斷方法，其特征在于，還包括在進(jìn)行定日鏡故障診斷前，計(jì)算定日鏡鏡面的中心點(diǎn)位置，保存當(dāng)前定日鏡中心點(diǎn)坐標(biāo)信息與姿態(tài)數(shù)據(jù)；在診斷過(guò)程中，將圖像中所有定日鏡的中心點(diǎn)坐標(biāo)與定預(yù)先存儲(chǔ)的定日鏡中心點(diǎn)坐標(biāo)相對(duì)照，獲得并記錄所攝定日鏡的位置及編號(hào)信息，上報(bào)故障定日鏡的位置及編號(hào)信息。
5.如權(quán)利要求2所述的基于圖像處理的定日鏡故障診斷方法，其特征在于，步驟(2)進(jìn)一步包括第一攝像機(jī)和第二攝像機(jī)對(duì)同一片鏡場(chǎng)采集圖像； 分別接收到第一攝像機(jī)和第二攝像機(jī)上傳的圖像； 分別從兩幅圖像中獲取各目標(biāo)定日鏡包括所有內(nèi)角點(diǎn)在內(nèi)的信息； 對(duì)每一目標(biāo)定日鏡，對(duì)兩幅圖像的內(nèi)角點(diǎn)進(jìn)行匹配，得到內(nèi)角點(diǎn)匹配對(duì)； 根據(jù)匹配對(duì)中的每個(gè)內(nèi)角點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，兩攝像機(jī)矩陣信息，獲得該匹配對(duì)對(duì)應(yīng)真實(shí)交點(diǎn)的世界坐標(biāo)。
6.如權(quán)利要求5所述的基于圖像處理的定日鏡故障診斷方法，其特征在于，兩攝像機(jī)矩陣信息是通過(guò)以下方式獲得根據(jù)標(biāo)定板參數(shù)，確定標(biāo)定板中每個(gè)內(nèi)角的世界坐標(biāo)；利用第一攝像機(jī)采用多幅標(biāo)定板圖像，從每幅圖中讀取所有內(nèi)角點(diǎn)的圖像坐標(biāo)； 根據(jù)內(nèi)角點(diǎn)的世界坐標(biāo)和圖像坐標(biāo)，獲得第一攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)矩陣； 利用第二攝像機(jī)采集多幅標(biāo)定板圖像，從每幅圖中讀取所有內(nèi)角點(diǎn)的圖像坐標(biāo)； 根據(jù)內(nèi)角點(diǎn)的世界坐標(biāo)和圖像坐標(biāo)，獲得第二攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)矩陣； 利用第一攝像機(jī)和第二攝像機(jī)分別采集標(biāo)定板圖像，獲取兩幅圖佝包括內(nèi)角點(diǎn)的圖像坐標(biāo)信息；根據(jù)標(biāo)定板中所有內(nèi)角點(diǎn)的世界坐標(biāo)和圖像坐標(biāo)，獲得第一攝像機(jī)和第二攝像機(jī)的外參數(shù)旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣；根據(jù)第一和第二攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)矩陣和外參數(shù)旋轉(zhuǎn)矩陣，平移矩陣，建立攝像機(jī)矩陣。
7.如權(quán)利要求5或6所述的基于圖像處理的定日鏡故障診斷方法，其特征在于，還包
8.如權(quán)利要求1所述的基于圖像處理的定日鏡故障診斷方法，其特征在于，還包括目標(biāo)定日鏡在圖像采集時(shí)刻t的理論姿態(tài)區(qū)間(ψα - Κ,ψ^ +
9.一種基于圖像處理的定日鏡故障診斷系統(tǒng)，其特征在于，包括若干攝像機(jī)，設(shè)置鏡場(chǎng)中或鏡場(chǎng)四周，用于在同一時(shí)刻對(duì)同一目標(biāo)區(qū)域定日鏡進(jìn)行圖像采集，獲得同一場(chǎng)景的至少兩幅二維圖像；數(shù)據(jù)傳輸模塊，連接攝像機(jī)，用于傳輸圖像信息、計(jì)算處理后數(shù)據(jù)信息以及發(fā)送報(bào)警信息！計(jì)算處理中心，連接數(shù)據(jù)傳輸模塊，用于雙目視覺(jué)三維測(cè)量算法進(jìn)行圖像處理，得到定日鏡實(shí)際姿態(tài)數(shù)據(jù)和定日鏡位置信息和編號(hào)，并計(jì)算目標(biāo)定日鏡理論和實(shí)際姿態(tài)；數(shù)據(jù)中心，連接計(jì)算機(jī)處理中心，用于接收定日鏡理論和實(shí)際姿態(tài)數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行比較、判定，獲得并記錄目標(biāo)定日鏡位置與編號(hào)信息，對(duì)姿態(tài)異常的目標(biāo)定日鏡發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
10.如權(quán)利要求9所述的基于圖像處理的定日鏡故障診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算處理中心包括定日鏡數(shù)據(jù)計(jì)算單元和圖像數(shù)據(jù)計(jì)算單元，其中定日鏡數(shù)據(jù)計(jì)算單元根據(jù)圖像采集時(shí)刻太陽(yáng)高度角、方位角以及定日鏡和吸熱器的相對(duì)位置計(jì)算該時(shí)刻定日鏡的理論姿態(tài)；圖像數(shù)據(jù)計(jì)算單元對(duì)獲得圖像的攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，利用雙目視覺(jué)三維測(cè)量算法計(jì)算該時(shí)刻目標(biāo)定日鏡的實(shí)際姿態(tài)，并判定定日鏡位置信息和編號(hào)。
11.如權(quán)利要求9所述的基于圖像處理的定日鏡故障診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)中心包括定日鏡信息存儲(chǔ)單元、圖像處理信息存儲(chǔ)單元和比較分析單元；定日鏡信息存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)圖像采集時(shí)刻定日鏡理論姿態(tài)數(shù)據(jù)；圖像處理信息存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)圖像采集時(shí)刻實(shí)際定日鏡姿態(tài)數(shù)據(jù)；比較分析單元對(duì)定日鏡實(shí)際姿態(tài)和理論姿態(tài)進(jìn)行比較，判斷定日鏡姿態(tài)是否異常。
12.—種一種基于圖像處理的定日鏡故障診斷方法，其特征在于，包括(1)采集同一目標(biāo)區(qū)域定日鏡的圖像，獲得同一場(chǎng)景至少兩幅二維圖像；(2)根據(jù)圖像采集時(shí)刻太陽(yáng)高度角、方位角及定日鏡與吸熱器之間的相對(duì)位置計(jì)算定日鏡理論姿態(tài)數(shù)據(jù)；(3)計(jì)算定日鏡實(shí)際姿態(tài)數(shù)據(jù)；(4)比較定日鏡實(shí)際姿態(tài)數(shù)據(jù)和定日鏡理論姿態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)判斷該定日鏡是否為故障定日^Mi ο
全文摘要
一種基于圖像處理的定日鏡故障診斷方法及系統(tǒng)，該方法進(jìn)一步包括(1)采集同一目標(biāo)區(qū)域定日鏡的圖像，獲得同一場(chǎng)景至少兩幅二維圖像;(2)計(jì)算定日鏡實(shí)際姿態(tài)數(shù)據(jù);(3)根據(jù)圖像采集時(shí)刻太陽(yáng)高度角、方位角及定日鏡與吸熱器之間的相對(duì)位置計(jì)算定日鏡理論姿態(tài)數(shù)據(jù);(4)比較定日鏡實(shí)際姿態(tài)數(shù)據(jù)和定日鏡理論姿態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)判斷該定日鏡是否為故障定日鏡。步驟(2)進(jìn)一步包括利用雙目視覺(jué)三維測(cè)量算法計(jì)算該時(shí)刻目標(biāo)定日鏡的實(shí)際姿態(tài)，并判定定日鏡位置信息和編號(hào)。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)閉環(huán)式故障診斷方法成本高昂、安裝復(fù)雜的缺點(diǎn)，利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)自動(dòng)、快速、方便、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)定日鏡故障診斷。
文檔編號(hào)G01M11/00GK102445323SQ20111029776
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者姚夢(mèng)凱, 李江燁, 祝雪妹, 黃文君 申請(qǐng)人:浙江中控太陽(yáng)能技術(shù)有限公司