[发明专利]基于太阳运动规律与图像采集的太阳跟踪校正方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于太阳跟踪与图像处理领域，具体涉及一种基于太阳运动规律与图像采集的太阳跟踪校正方法及装置。

背景技术

太阳能作为一种清洁能源，具有可再生、绿色、环保等优点，符合现代社会可持续发展、构建绿色环保社会的理念，具有广阔的应用前景。并且我国“十二五”发展规划纲要已明确提出“重点发展太阳能热利用”，表明太阳能热利用对节能减排工作的重要意义。因此，实时对太阳轨迹进行跟踪，有效增加太阳能设备的转换率和利用率，这一技术至关重要。

传统的太阳能装置基本是固定在某一平面上，当太阳随着时间，地点位置发生改变时，由于倾角的关系，使得太阳光无法直射设备的接触面，导致太阳能利用率降低。为了提高太阳能设备的利用效率，就需要尽可能地增长太阳直射太阳能装置的时间，因此需要跟踪太阳的轨迹，保持太阳光与太阳能装置相对垂直的关系。

在对太阳进行跟踪过程中，能够准确定位太阳位置并且将太阳能装置与太阳光保持垂直是十分重要的。然而，由于实际地理环境条件和机械装置所造成的误差，在经过一段时间后，往往不能够很好地将太阳能装置与太阳光垂直，需要人工进行校正。因此，长时间稳定跟踪太阳轨迹并且减小地理环境造成的实际误差和机械误差成为了该领域的技术性难题。

申请号为201310381564.X的中国发明专利文献“太阳跟踪装置及跟踪方法”公开了一种通过光电探测模块、GPS定位模块、控制模块、传动组件和电机模块的太阳跟踪装置，并利用GPS定位模块和光电探测模块联合判断控制云台转动，实现对太阳的跟踪。

但是现有的太阳跟踪装置中，由于存在机械误差等因素，对太阳的跟踪精度较低，导致对太阳能发电装置的校正准确度较低。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷及不足，本发明提供了一种基于太阳运动规律与图像采集的太阳跟踪校正方法及装置，本发明通过实时校正镜头相对太阳的位置，实现了能够长时间高效、准确地对太阳轨迹的跟踪，减小了机械装置带来的误差影响，利用本发明的跟踪结果可以实现对太阳能装置方向的调整，进一步提高太阳能设备对太阳光的利用率。

一种基于太阳运动规律与图像采集的太阳跟踪校正方法，包括如下步骤：

(1)获取当地地理位置的经纬度信息；

(2)计算出当前时刻该地的赤纬角δ和当前时刻太阳的日角β；

(3)计算出当地真太阳时t₁；

(4)根据当地真太阳时计算出此刻太阳的时角ω；

(5)计算出当地当前时刻太阳的高度角α及方位角γ；

(6)根据太阳的高度角α及方位角γ判断出太阳位置，并控制云台旋转到太阳位置；该云台上安装有用于采集太阳图像的摄像机；

(7)云台到达指定位置后，摄像机开始采集太阳图像；

(8)对采集太阳图像进行预处理：灰度化、二值化、连通域提取；

(9)识别出太阳图像中太阳圆心位置；

(10)计算太阳图像中太阳圆心位置与太阳遮挡板圆心(采集图像的中心)的偏差σ；

(11)将偏差σ反馈给云台，控制云台转动，实现太阳位置微调，重复步骤(7)-(10)直至偏差小于设定值(比如σ＝0)，实现太阳图像校正；

重复步骤(2)-(11)实现对太阳轨迹的实时跟踪及校正。

作为优选，步骤(8)中，所述预处理包括：

(8-1)对太阳图像进行灰度化；

(8-2)对太阳图像进行二值化；

(8-3)根据八方向链码提取出灰度化、二值化后图像中的连通域；

(8-4)在提取出的连通域中，筛选出太阳对应的连通域。

上述步骤(8-4)中，筛选出太阳对应的连通域的方法是：计算每个连通域对应的最小外接矩形的长和宽，取最小外接矩形的长和宽最大者，即为所述的太阳对应的连通域。

作为优选，步骤(9)中，所述太阳圆心为所述太阳对应的连通域的质心。

作为优选，所述太阳遮挡板固定在摄像机镜头正前方，且中心与摄像机镜头的中心同轴；步骤(10)中，所述太阳遮挡板圆心为太阳图像的中心。

本发明还提供了一种基于太阳运动规律与图像采集的太阳跟踪校正方法装置，包括：

云台控制模块，包括云台和支撑底座，用于在水平和竖直方向上的云台二维方向控制和图像校正；

太阳遮挡模块，包括黑色太阳遮挡板、透明支撑杆，用于遮挡太阳强光，辅助摄像机图像的采集；利用所述透明支撑杆将所述太阳遮挡板固定在摄像机镜头正前方，且中心与摄像机镜头的中心同轴；