[發(fā)明專利]一種定日鏡面形現(xiàn)場檢測系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811530847.5
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109458951B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫楠;沈平
• 申請（專利權(quán)）人: 上海晶電新能源有限公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種定日鏡面形現(xiàn)場檢測系統(tǒng)，其特征在于：至少包括圖像采集系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)的安裝支架、計算服務(wù)器和定日鏡控制服務(wù)器，所述的圖像采集系統(tǒng)通過安裝支架固定在支撐上，使得圖像采集系統(tǒng)高于定日鏡鏡面中心，圖像采集系統(tǒng)通過圖像采集系統(tǒng)安裝支架進行俯仰角和方位角調(diào)節(jié)；所述圖像采集系統(tǒng)的視場覆蓋鏡場中的多臺目標定日鏡，用于采集目標定日鏡在不同姿態(tài)下的鏡面圖像；所述計算服務(wù)器用于接收圖像采集系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)，識別目標定日鏡不同區(qū)域的亮度變化情況，再利用數(shù)學(xué)算法和像平面標定兩種方法求解目標定日鏡各個區(qū)域的法線矢量，獲得目標定日鏡鏡面面形信息并保存至定日鏡控制服務(wù)器的定日鏡參數(shù)數(shù)據(jù)庫；所述定日鏡控制服務(wù)器根據(jù)定日鏡參數(shù)數(shù)據(jù)庫中目標定日鏡的參數(shù)自動計算檢測用面形用運營表，并根據(jù)該運營表控制目標定日鏡進行轉(zhuǎn)動，使得圖像采集系統(tǒng)能夠獲得定日鏡在不同預(yù)設(shè)姿態(tài)下的鏡面圖像；

所述圖像采集系統(tǒng)由光強調(diào)節(jié)設(shè)備、成像光路、數(shù)字圖像傳感器和防護外殼組成；其中所述的光強調(diào)節(jié)設(shè)備為中性衰減片或其它能夠調(diào)節(jié)入射光強的設(shè)備；所述的成像光路為透鏡或小孔。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種定日鏡面形現(xiàn)場檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述定日鏡控制服務(wù)器根據(jù)運營表控制目標定日鏡進行轉(zhuǎn)動，使得目標定日鏡中各個區(qū)域在圖像采集系統(tǒng)采集的圖像中均至少被點亮一次，該情況視為一次有效檢測，其中求解目標定日鏡各個區(qū)域法線矢量的方法包括兩種：

第一種：所有圖像采集系統(tǒng)不需要通過工程測量獲得鏡場坐標系中的精確坐標信息，以定日鏡中心為原點建立定日鏡坐標系，其中x軸指向正南方向，y軸指向正東方向，z軸豎直指向天空；

當單臺定日鏡至少完成m次有效檢測時，其中m≥2，在計算服務(wù)器對目標定日鏡的鏡面圖像信息進行處理，與目標定日鏡的參數(shù)信息和運營表信息匯總成觀測數(shù)據(jù)其中Data_num表示編號為num的定日鏡的觀測數(shù)據(jù)，表示目標定日鏡中第i個區(qū)域在第m次被點亮的時間，H_i表示目標定日鏡中第i個區(qū)域的基本參數(shù)，表示目標定日鏡中第i個區(qū)域在第m次被點亮?xí)r的定日鏡轉(zhuǎn)角信息，表示第i個區(qū)域在第m次被點亮?xí)r的入射矢量，P_i^m表示第i個區(qū)域在第m次被點亮?xí)r點亮區(qū)域中心在圖像坐標系中的坐標；

在定日鏡相對坐標系中，根據(jù)反射定律中入射角等于反射角的特性，獲得第i個區(qū)域被點亮?xí)r的關(guān)系式：

式中Ang_incidence表示入射角，Ang_refraction表示反射角，表示兩個矢量的夾角，表示目標定日鏡中第i個區(qū)域在第m次被點亮?xí)r的入射矢量，為第i個區(qū)域在第m次被點亮?xí)r該區(qū)域的法線矢量，表示第i個區(qū)域第m次被點亮?xí)r的反射矢量；

基于m組觀測數(shù)據(jù)Data_num和第i個區(qū)域被點亮?xí)r的關(guān)系式，由計算服務(wù)器通過數(shù)學(xué)算法求解目標定日鏡所有區(qū)域在定日鏡相對坐標系中的法線矢量，再根據(jù)定日鏡的數(shù)學(xué)模型獲得目標定日鏡的鏡面面形信息，其中x₁和x₂表示兩個轉(zhuǎn)軸的傾斜誤差，x₃表示兩個轉(zhuǎn)軸軸線的夾角，x₄和x₅表示兩個轉(zhuǎn)軸的零位誤差，x₆和x₇表示兩個轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動比例系數(shù)，x₈和x₉表示定日鏡鏡面法線誤差；

第二種：所有圖像采集系統(tǒng)需要通過工程測量獲得鏡場坐標系中的精確坐標信息，以鏡場中心為原點建立鏡場坐標系，其中x軸指向正南方向，y軸指向正東方向，z軸豎直指向天空；

當單臺定日鏡至少完成1次有效檢測時,在計算服務(wù)器中對目標定日鏡的鏡面圖像信息進行處理，與運營表信息匯總成觀測數(shù)據(jù)Data_num＝[t_i H_i A_i Rayin_i P_i]，其中Data_num表示編號為num的定日鏡的觀測數(shù)據(jù)，t_i表示目標定日鏡中第i個區(qū)域被點亮的時間，H_i表示目標定日鏡中第i個區(qū)域的基本參數(shù)，A_i表示目標定日鏡中第i個區(qū)域被點亮?xí)r的定日鏡轉(zhuǎn)角信息，Rayin_i表示第i個區(qū)域被點亮?xí)r的入射矢量，P_i表示第i個區(qū)域被點亮?xí)r點亮區(qū)域中心在圖像坐標系中的坐標；

根據(jù)編號為num的定日鏡鏡面中心鏡場坐標系坐標H_num和編號為cnum的圖像采集系統(tǒng)中心鏡場坐標系坐標Cam_cnum計算基準矢量

再根據(jù)定日鏡鏡面中心在圖像像平面中的坐標P₀和圖像采集系統(tǒng)的安裝姿態(tài)對像平面進行標定，分別計算圖像中特定位置像素點和圖像采集系統(tǒng)中心所在三維矢量的鏡場坐標系表述，圖像中特定位置的像素點為三維矢量的起點；

根據(jù)標定結(jié)果，由第i個區(qū)域的觀測數(shù)據(jù)中P_i可計算該區(qū)域被點亮?xí)r的反射矢量為Rayout_i，再由反射定律可知該時刻第i個區(qū)域的法線矢量的鏡場坐標系表述為

在獲得目標定日鏡所有區(qū)域的法線矢量的鏡場坐標系表述后，根據(jù)定日鏡的數(shù)學(xué)模型獲得目標定日鏡的鏡面面形信息，其中x₁和x₂表示兩個轉(zhuǎn)軸的傾斜誤差，x₃表示兩個轉(zhuǎn)軸軸線的夾角，x₄和x₅表示兩個轉(zhuǎn)軸的零位誤差，x₆和x₇表示兩個轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動比例系數(shù)，x₈和x₉表示定日鏡鏡面法線誤差。