[发明专利]一种碟式镜面三维结构实时监控的方法

说明书

本发明公开了一种碟式镜面三维结构实时监控的方法。用于解决现有技术在获知镜面结构过程中速度慢或测量硬件安装不便捷的缺点，同时使测量过程在光热系统的运行过程中同样有效。包括相机阵列构建、相机标定、相机阵列摆放、拍摄与图片传输、照片预处理、特征点选取与匹配、参考点选取、相机相对位置求解、三维位置重建、三维点修正、朝向分析和光斑分析等步骤。本发明整体流程快速有效，方法精度高。硬件设施便捷安装，且安装和使用过程中的鲁棒性强，允许有一定的偏移，且此偏移并不影响重建结果。

技术领域

本申请涉及摄影测量领域，为一种碟式镜面三维结构实时监控的方法，具体为一种基于多视图重建技术，且应用在太阳能发电领域碟式聚光镜面结构测量的数字工业摄影测量方法。

背景技术

太阳光热发电系统的子部件包括：聚光镜面，光热转换装置，换热装置，以及相应的发动机进行发电。光热发电的优点在于能够利用全波段的太阳光。由于太阳光的能流密度低，因此聚光镜面在系统中作为聚集太阳光的设备，其表现对于整个系统的效率有着重要的作用。

聚光镜面主要分为槽式、线性菲涅尔式、塔式和碟式。其中碟式镜面为一抛物面反射镜，理论上能够将射入的平行光反射汇集到焦点处。目前，由于制作和运输过程的限制，碟式聚光镜通常由多块安装在支架结构上的小镜面组成，每块小镜面都有单独的调整借口，可以调节镜面安装的位置。因此为了达到高的聚光比和准确的聚光位置，需要对每块小镜面进行单独调控。

碟式聚光系统的表现取决于各小镜面空间结构与理论值的偏差。而其空间结构与理论上的偏差来源于两方面：初始安装位置的不准确，和太阳能系统运行过程中由自然因素(重力，风力等)导致的形变。这二者不仅会影响聚光效果，后者还会导致光热发电系统工作运行的不稳定。因此，需要对镜面结构进行监视，通过对后续部件的调整来进行系统级别的调整。

目前，对于碟式镜面结构进行重新构建的方法有很多。有采用条纹测量法，通过LCD屏幕播放成正弦波动的条纹，通过放在特定位置的相机拍摄镜面反射回来的干涉条纹来估算镜面的形状。该方法不便捷处在于对于测定仪器的安装需要严格标定，且结果的标定存在一定困难。此外还有采用在镜面上张贴标记点，通过相机扫描点的位置来估算镜面的形状。该方法需要大量的时间进行点的张贴和扫描工作。目前方法无法满足快速、便捷对于镜面结构进行测定的要求，也无法在光热发电整体系统工作情况下对聚光镜面结构进行测定。

发明内容

为了解决现有技术在获知镜面结构过程中速度慢或测量硬件安装不便捷的缺点，同时使测量过程在光热系统的运行过程中同样有效。本发明提出了一种太阳能聚光器镜面测量的方法。

本申请中的硬件包括，相机阵列(相机和配套的支撑结构)和处理器。

相机阵列附着在光热系统中集热器部件周围，相机阵列与处理器进行通讯。本技术方案实施的对象是已经安装在支架上的碟式镜面聚光镜。

本发明的技术方案如下：

步骤1，相机阵列构建。本实践中使用4台工业相机构建相机阵列。相机由固定支架与主支架相连。主支架由四根碳纤维管构成一个‘井’字型，相机分布在‘井’字的两条横轴上。主支架通过另外两根碳纤维管与碟式镜面镜支架相连。

步骤2，相机标定。构建一个平面标定板，使用相机阵列从不同角度对标定板，采用张正友标定法分别标定出每台相机内部参数和镜头畸变系数。

步骤3，相机阵列摆放。相机阵列应固定在聚光镜面焦平面附近的稳定机械结构上，相机镜头面向聚光镜面。

步骤4，拍摄与图片传输。拍摄镜面图像，并传输至处理器。根据相机支持，可采用无线或者有线进行连接传输。

步骤5，照片预处理。采用步骤2中获得畸变系数，对照片进行矫正。并变换到灰度值域，根据其灰度直方图选择适当的阈值筛选出镜面区域。