[发明专利]一种基于图像处理的定日镜故障诊断方法及系统

说明书

发明领域

本发明一般涉及太阳能领域，尤其涉及一种应用于塔式太阳能热发电系统的定日镜故障诊断方法及系统。

背景技术

随着经济和工业发展，对能源的需求越来越多，尤其是电能是工业和人们生活中不可或缺的能源。传统发电模式已经不能满足工业和经济发展的需要。为此，清洁、可再生的能源越来越受到人们重视，而在众多清洁能源中，太阳能被广泛应用在发电和发热领域中。在太阳能发电应用中，塔式太阳能发电系统是其中一种重要的方式。

塔式太阳能热发电站是一个复杂的热力系统，具有强非线性、大延迟、大惯性等特点。由于生产效率低，发电成本高，目前尚处于实验阶段。定日镜场是塔式太阳能热发电站中的一个重要组成部分，镜场规模庞大。因为太阳能辐照角度、强度时刻都在变化，所以定日镜状态需要频繁地调整，控制定日镜转动的部件在不断启动和关闭的过程中极易发生故障。

目前塔式太阳能热发电系统的定日镜故障诊断方法主要是闭环方式。闭环方式是在镜场中定日镜上安装光敏传感器，该传感器可以探测并反馈定日镜转向、角度等信息，若有故障立即报警。该方法的优点是判断准确、快速，缺点是需要安装大量的传感器，且对安装精度要求严格、成本高昂。

发明内容

   本发明的目的在于提供一种基于图像处理的定日镜故障诊断方法，以解决现有技术中诊断成本高、安装精度要求高的技术问题。

  本发明的另一目的在于提供一种基于图像处理的定日镜故障诊断系统，以解决现有技术中诊断成本高、安装精度要求高的技术问题。

一种基于图像处理的定日镜故障诊断方法，包括：

(1)采集同一目标区域定日镜的图像，获得同一场景至少两幅二维图像;

(2)计算定日镜实际姿态数据;

(3)根据图像采集时刻太阳高度角、方位角及定日镜与吸热器之间的相对位置计算定日镜理论姿态数据;

(4)比较定日镜实际姿态数据和定日镜理论姿态数据来判断该定日镜是否为故障定日镜。

步骤(2)进一步包括：利用双目视觉三维测量算法计算该时刻目标定日镜的实际姿态，并判定定日镜位置信息和编号。

运行双目视觉三维测量算法对目标定日镜进行三维测量之前还包括:对摄像机进行双目标定，得到每个摄像机的参数矩阵，其中，测量过程中，摄像机的内参数和外参数需保持不变，一旦摄像机的内参数或外参数发生变化，需要重新标定。

本发明还包括：在进行定日镜故障诊断前，计算定日镜镜面的中心点位置，保存当前定日镜中心点坐标信息与姿态数据;在诊断过程中，将图像中所有定日镜的中心点坐标与定预先存储的定日镜中心点坐标相对照，获得并记录所摄定日镜的位置及编号信息，上报故障定日镜的位置及编号信息。

步骤(2)进一步包括：

第一摄像机和第二摄像机对同一片镜场采集图像;

分别接收到第一摄像机和第二摄像机上传的图像;

分别从两幅图像中获取各目标定日镜包括所有内角点在内的信息;

对每一目标定日镜，对两幅图像的内角点进行匹配，得到内角点匹配对;

根据匹配对中的每个内角点的图像坐标，两摄像机矩阵信息，获得该匹配对对应真实交点的世界坐标。

两摄像机矩阵信息是通过以下方式获得：

根据标定板参数，确定标定板中每个内角的世界坐标;

利用第一摄像机采用多幅标定板图像，从每幅图中读取所有内角点的图像坐标;

根据内角点的世界坐标和图像坐标，获得第一摄像机的内参数矩阵;

利用第二摄像机采集多幅标定板图像，从每幅图中读取所有内角点的图像坐标;

根据内角点的世界坐标和图像坐标，获得第二摄像机的内参数矩阵;

利用第一摄像机和第二摄像机分别采集标定板图像，获取两幅图佝包括内角点的图像坐标信息;

根据标定板中所有内角点的世界坐标和图像坐标，获得第一摄像机和第二摄像机的外参数旋转矩阵和平移矩阵;

根据第一和第二摄像机的内参数矩阵和外参数旋转矩阵，平移矩阵，建立摄像机矩阵。

本发明还包括：

根据几何原理，矩形在空间中的法向量                                                可以表示为：

………….. (8)

其中，

………….. (9)

………….. (10)

利用可求图像采集时刻t镜面的实际空间姿态：