本發(fā)明涉及太陽能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種槽式拋物面聚光器的圖像建模方法。

背景技術(shù)：

槽式拋物面聚光器是太陽能利用的一種經(jīng)典方式。參見圖1。太陽能經(jīng)由拋物面型的拋物面反射匯聚到位于拋物面前方的集熱管上，從而將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能。理想情況下，人們希望拋物面能將更多的光線匯聚到集熱管中，因此拋物面能將多少太陽光匯聚到集熱管中是人們關(guān)心的問題。這就需要對聚光器的一些指標進行檢測，如攔截因子、焦線誤差以及切線誤差等。

現(xiàn)有技術(shù)是技術(shù)人員現(xiàn)場對拋物面進行測量，獲知其聚光性能。這樣的方式無疑是十分耗費人力且效率低下的。如果能將聚光器聚光參數(shù)的獲取或者是檢測放到計算機上進行，那將大大提高工作效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對上述存在的問題，提供一種基于圖像處理的槽式拋物面聚光器的圖像建模方法，為計算機檢測聚光器聚光性能提供基礎(chǔ)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：包括：

圖像采集步驟：距離槽式拋物面聚光器一定距離架設(shè)一臺圖像采集裝置；控制圖像采集裝置拍攝槽式拋物面聚光器的正視圖；

位置數(shù)據(jù)記錄步驟：測量圖像采集裝置與拋物面聚光器的相對位置；并根據(jù)所述相對位置計算出圖像采集裝置與拋物面聚光器縱截面的相對位置；

集熱管黑帶理論位置計算步驟：根據(jù)圖像采集裝置與拋物面聚光器縱截面的相對位置、拋物面聚光器的拋物面縱截面方程、拋物面聚光器的集熱管縱截面與拋物面縱截面的相對位置計算黑帶在拋物面縱截面上的理論位置；

坐標轉(zhuǎn)換步驟：將黑帶在拋物面縱截面上的理論位置轉(zhuǎn)換到拋物面上相應(yīng)反光鏡的像素坐標中。

進一步還包括：待拋物面聚光器旋轉(zhuǎn)一定角度后，重復(fù)執(zhí)行圖像采集步驟、位置數(shù)據(jù)記錄步驟、集熱管黑帶理論位置計算步驟以及坐標轉(zhuǎn)換步驟以得到拋物面聚光器旋轉(zhuǎn)到不同角度時黑帶在拋物面上各個反射鏡上的像素坐標。

集熱管黑帶理論位置計算步驟進一步包括：

確定圖像采集裝置出射的經(jīng)過拋物面反射后與聚光器相切的兩條光線；

計算這兩條光線與拋物面縱截面的交點；兩交點及其之間的區(qū)域為黑帶在拋物面縱截面上的理論位置。

坐標轉(zhuǎn)換步驟進一步包括：

過這兩個交點且在拋物面正視圖橫向延伸的兩條直線及其之間的區(qū)域為黑帶在拋物面上的理論位置；

將黑帶的在拋物面上的理論位置的坐標投影到相應(yīng)的反光鏡平面坐標中；

再將黑帶在各個反光鏡平面的理論位置的坐標轉(zhuǎn)換到該反光鏡的像素坐標中。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提供了一種能反映聚光器在不同角度下對太陽光的匯聚情況的模型，為計算機檢測聚光器聚光性能提供了行之有效的建模方法。

附圖說明

本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1為槽式拋物面聚光器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為聚光器拋物面展開平面圖。

圖3為聚光器縱截面與圖像采集裝置的相對位置示意圖。

圖4為坐標系中的聚光器縱截面與圖像采集裝置。

圖中標記：1為拋物面；11為反光鏡；2為集熱管；3為轉(zhuǎn)軸；4為黑帶；5為圖像采集裝置。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。

圖1展示的是槽式拋物面聚光器的結(jié)構(gòu)示意圖。其結(jié)構(gòu)十分簡單，拋物面型的拋物面1將太陽光反射并匯聚到集熱管2中，從而將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能。實際應(yīng)用中，拋物面1并不是一塊完整、連續(xù)的拋物面鏡，而是由多塊方形平面鏡貼在拋物型拋物面上，圖2是拋物面型的拋物面展平面圖，本實施例中拋物面由7×4塊小方形平面鏡組成。

工作時，聚光器會以其上下對稱軸為轉(zhuǎn)軸4進行轉(zhuǎn)動，參見圖1。在不同的角度，太陽光因被集熱器吸收在拋物面上呈現(xiàn)出不同位置的黑帶5，如黑帶5位于第一行反光鏡上，隨著聚光器沿轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，黑帶轉(zhuǎn)移到第2、3行反光鏡上。本發(fā)明的目的在于求解出聚光器旋轉(zhuǎn)到不同角度時其拋物面黑帶在相應(yīng)反光鏡上的理論位置的像素坐標。

具體步驟包括：

圖像采集步驟：距離槽式拋物面聚光器一定距離架設(shè)一臺圖像采集裝置6；控制圖像采集裝置拍攝槽式拋物面聚光器的正視圖。

位置數(shù)據(jù)記錄步驟：測量圖像采集裝置與拋物面聚光器的相對位置；參見圖3，具體實施的測量方式是過圖像采集裝置“做”聚光器的縱截面，測量圖像采集裝置在所述縱截面中到聚光器轉(zhuǎn)軸連線的距離以及該連線與水平面的夾角，從而確定圖像采集裝置與拋物面聚光器縱截面的相對位置。

集熱管黑帶理論位置計算步驟：根據(jù)圖像采集裝置與拋物面聚光器縱截面的相對位置、拋物面聚光器的拋物面縱截面方程、拋物面聚光器的集熱管縱截面與拋物面縱截面的相對位置計算黑帶在拋物面縱截面上的理論位置。

在一個具體實施例中，參見圖4，建立平面坐標系，坐標原點為聚光器縱截面中的轉(zhuǎn)軸(即拋物面縱截面的頂點)，豎直方向為y軸，水平方向為z軸，垂直于yoz面的方向為x軸。

拋物線標準方程為：其中f為拋物線的焦點，即集熱管中心與拋物面中心的距離。

在yoz坐標系內(nèi)，計算B(z_b，y_b)點的坐標。B點滿足：B點在拋物線上，入射光線PB經(jīng)過B點反射，反射光線BA與集熱管相切并與z軸交于M點。

由于點B在聚光器拋物面上，因此滿足標準的拋物線方程：

根據(jù)BB₁//OG且BG為B點的法線方向，可得BF＝FG，G(z_g，y_g)為法線BG與Z軸的焦點，F(xiàn)為集熱管的中心，則有：

由光線反射定理可知，入射角和出射角相等，即∠PBG＝∠ABG，因此A(z_a，y_a)點為反射光線BA與集熱管的切點。

，則有：

P(y_p，z_p)點為相機主點。

又根據(jù)ΔBDM～ΔFAM，得到

其中r為集熱管半徑，f為拋物線焦距

在ΔBDM中：(令α＝∠DBM)

再根據(jù)ΔBDM～ΔFAM，有∠MFA＝∠DBM＝α，則A點的坐標為

y_a＝-rsinα； (3.7)

z_a＝f-rcosα； (3.8)

(3.4)式是實際工程問題求解，可以求得DM的關(guān)于y_b、z_b的實數(shù)解，根據(jù)圖4幾何關(guān)系舍去其中一個根。將DM的解帶入(3.5)、(3.6)式，去除中間變量DM。通過(3.1)、(3.2)、(3.3)、(3.5)、(3.6)、(3.7)、(3.8)式可以快速求解B點坐標。

同理，可以求解E(z_e，y_e)點坐標，E點滿足：E點在拋物線上，入射光線PE經(jīng)過E點反射，反射光線EH與集熱管相切，H點為切點。

。只是將(3.7)，(3.8)式改變?yōu)榍驢點的坐標(z_h，y_h)：

y_h＝rsinα； (3.9)

z_h＝f+rcosα； (3.10)

得到了B、E點坐標，就可以計算出上下端點在YOZ坐標系下的黑帶在拋物面縱截面上的理論位置的坐標。

實際計算中，還需要考慮鏡面的工藝誤差，以及相機與聚光器橫截面的夾角，對模型進行修正。

坐標轉(zhuǎn)換步驟：將黑帶在拋物面縱截面上的理論位置轉(zhuǎn)換到拋物面上相應(yīng)反光鏡的像素坐標中。

具體的，過這兩個交點且在拋物面正視圖橫向延伸的兩條直線及其之間的區(qū)域為黑帶在拋物面上的理論位置；如果將前述yoz坐標中過原點且垂直于yoz平面的軸作為x軸，那么根據(jù)B點、E點的坐標可得分別過這兩點且與x軸平行的直線方程。

將黑帶的在拋物面上的理論位置的坐標投影到相應(yīng)的反光鏡平面坐標中。各個反光鏡在拋物面上的坐標點是可以通過測量得到的，因此可根據(jù)黑帶在拋物面上的理論位置坐標得到其位于那一行反光鏡上，且在該行反光鏡上的寬度，如果以反光鏡左上角為原點，以反光鏡上邊為x軸，左邊為y軸建立平面坐標系，進而可以確定黑帶的理論位置在相應(yīng)反光鏡上的坐標。

再將黑帶在各個反光鏡平面的理論位置的坐標轉(zhuǎn)換到該反光鏡的像素坐標中。

實際應(yīng)用中，我們需要得到不同角度時，黑帶在各個反光鏡上的像素坐標。因此，在前述步驟之后待拋物面聚光器旋轉(zhuǎn)一定角度后，重復(fù)執(zhí)行圖像采集步驟、位置數(shù)據(jù)記錄步驟、集熱管黑帶理論位置計算步驟以及坐標轉(zhuǎn)換步驟以得到拋物面聚光器旋轉(zhuǎn)到下一角度時黑帶在拋物面上各個反射鏡上的像素坐標。

本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。