[發(fā)明專利]一種基于圖像處理的定日鏡故障診斷方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110297766.7
• 申請(qǐng)日: 2011-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN102445323A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃文君;姚夢(mèng)凱;祝雪妹;李江燁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江中控太陽能技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G01M11/00
• 分類號(hào): G01M11/00
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及太陽能領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于塔式太陽能熱發(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、可再生的能源越來越受到人們重視，而在眾多清潔能源中，太陽能被廣泛應(yīng)用在發(fā)電和發(fā)熱領(lǐng)域中。在太陽能發(fā)電應(yīng)用中，塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)是其中一種重要的方式。

塔式太陽能熱發(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柲茌椪战嵌取?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)閉的過程中極易發(fā)生故障。

目前塔式太陽能熱發(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????????????????????????????????????????????????可以表示為：

…………..?(8)

其中，

…………..?(9)

…………..?(10)

利用可求圖像采集時(shí)刻t鏡面的實(shí)際空間姿態(tài)：