一种远距离定日镜反射光斑的光束质量校验方法与流程

本发明涉及塔式太阳能热发电，具体的涉及一种远距离定日镜反射光斑的光束质量校验方法。

背景技术：

1、塔式太阳能热发电系统利用实时跟踪太阳的定日镜将太阳光反射到吸热塔上的吸热器面屏上，加热吸热器中的热介质，进而实现发电。如果不能将光准确反射到吸热器上，会造成聚光损失，还可能因为光线在吸热器上分布不均匀而使吸热器表面温度分布不均匀，造成吸热器损坏。因此，需要对定日镜进行定期校验，判断定日镜精度。如果发现精度严重下降，则要及时进行校正。

2、目前，最常用的定日镜校验方法是让定日镜将光线反射到指定正方形平面靶上，根据光斑中心偏离靶心的程度来进行校验，偏离越大，则说明精度越低。比如，专利cn102937814b公开了一种塔式太阳能热发电系统的定日镜精度动态校验方法与系统的技术方案中，就是使用4个正方形平面靶来进行定日镜发射光斑的光束质量校验的。

3、目前表征定日镜反射光束质量的方法是基于使用朗伯靶，太阳光束被聚焦到朗伯靶，其反射辐射被摄像机捕捉。朗伯靶的不均匀性和相机的误差会导致测量的不准确性。当定日镜距离靶很远时，其功率密度几乎与环境光的数量级相同，这意味着适用于定日镜距离靶很近时的光斑图像处理方法在此时失效。考虑到商业化镜场的尺寸往往会变得更大，定日镜与靶间距离的增加使得这些问题变得更加重要。

4、因此，如何能够校验随着镜场直径的增大而放置的远距离定日镜的反射光斑的光束质量，成为本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，发明的目的在于：提供一种基于靶背景图像噪音涨落估计和区块分组处理的光斑图像处理方法，用于处理定日镜距离靶很远时的定日镜发射光斑的光束质量的校验。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种远距离定日镜反射光斑的光束质量校验方法，包括以下步骤：

3、步骤1：靶背景图像采集，按高斯分布进行靶背景图像噪音涨落估计；

4、步骤2：对步骤1采集的靶背景图像进行平均化处理，确定光斑中心区域；

5、步骤3：根据确定好的光斑中心区域，对光斑边缘区域的区块进行划分和处理，计算区块平均亮度，得到区块中心亮度值；

6、步骤4：结合步骤2得到的光斑中心区域和步骤3得到的区块中心亮度值的数据，进行光斑中心区域和区块中心亮度值的正态分布拟合，得到正态分布的拟合参数；

7、步骤5：设定光斑的总能量阈值，根据光斑的总能量阈值和正态分布拟合参数，确定光斑的形状和尺寸，得到光斑对应的光束质量。

8、上述的远距离定日镜反射光斑的光束质量校验方法，所述步骤1包括：

9、步骤1-1：在无定日镜将光斑投射过来的情况下，对朗伯靶进行短时背景图像采集；

10、步骤1-2：选取背景图像采集时间段内的所有帧图像，获取t时刻采集的像素点的亮度p的横坐标x和纵坐标y，得到朗伯靶区域对应的像素点的亮度pt，i，j；

11、步骤1-3：由朗伯靶区域对应的像素点的亮度pt，i，j求得亮度平均值μ和亮度的标准差σ，

12、

13、其中，t代表采集的背景图片的数量，m和n分别代表纵坐标和横坐标的像素点个数；

14、步骤1-4：朗伯靶区域对应的像素点的亮度pt，i，j满足高斯分布，按高斯分布进行朗伯靶的靶背景图像噪音涨落估计，表示为：

15、上述的远距离定日镜反射光斑的光束质量校验方法，所述步骤2包括：

16、步骤2-1：根据pt，i，j，计算得到平均化的靶背景图像的像素点

17、步骤2-2：控制定日镜将反射太阳光线的光斑投射到朗伯靶上，采集一张所述定日镜反射太阳光线的光斑图片，朗伯靶上图像的像素点亮度记为进行帧差处理可得帧差处理后的对应像素点亮度

18、步骤2-3：对帧差图像进行阈值化处理，得到阈值化亮度阈值取为步骤1所得亮度的标准差σ，

19、步骤2-4：计算光斑中心的像素坐标，

20、

21、

22、上述的远距离定日镜反射光斑的光束质量校验方法，所述步骤3包括：

23、步骤3-1：对阈值化图像进行二值化处理，其中，表示(i，j)位置像素点的二值化亮度；

24、步骤3-2：以像素点记光斑中心区域面积a，可以求解可得

25、步骤3-3：以光斑中心区域为中心图形进行区块划分；

26、步骤3-4：计算每个区块平均亮度，作为区块中心的亮度值，一个区块i的平均亮度可以表示为：

27、上述的远距离定日镜反射光斑的光束质量校验方法，在所述步骤4中，光斑中心区域取各像素点的亮度值，光斑边缘取区块的平均亮度作为区块中心的亮度，计算靶平面上各点坐标(x，y)的相对亮度f(x，y)，

28、其中。(μ1，μ2)是二维正态分布的中心点，σ1表示x方向相对亮度的标准差，σ2表示y方向相对亮度的标准差，ρ表示x和y的相关系数。

29、上述的远距离定日镜反射光斑的光束质量校验方法，所述步骤5包括：

30、步骤5-1：将靶平面上各点坐标(x，y)的相对亮度f(x，y)进行积分，得到光斑总能量比例阈值q，其中c为正数，[-cσ1，cσ1]为x方向的积分范围，[-cσ2，cσ2]为y方向的积分范围；

31、步骤5-2：通过光斑总能量比例阈值q，确定光斑形状和尺寸，得到光斑对应的光束质量。

32、上述的远距离定日镜反射光斑的光束质量校验方法，在步骤3-3中，所述光斑中心区域为正方形，其正方形边长区块边长b取正方形边长a的整数分之1，若正方形边长a不能被整除，对其加减一个小整数处理，若到达正方形边缘处时，不构建完整区块，则不进行构建。

33、本发明一种远距离定日镜反射光斑的光束质量校验方法的有益效果是：(1)通过使用本方法，能够对定日镜距离靶很远时，进行定日镜的反射的光斑的光束质量的校验，确定定日镜的反射的光斑的光束质量。(2)通过使用区块平均亮度来降低噪音，提高数据利用率，能够处理亮度较弱的光斑，因此适用于大镜场定日镜光斑校验；也适用于小面型定日镜的光斑校验；进而减少额外校验设备的建设，降低镜场建设成本。

技术特征：

1.一种远距离定日镜反射光斑的光束质量校验方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的远距离定日镜反射光斑的光束质量校验方法，其特征是，所述步骤1包括：

3.根据权利要求2所述的远距离定日镜反射光斑的光束质量校验方法，其特征是，所述步骤2包括：

4.根据权利要求3所述的远距离定日镜反射光斑的光束质量校验方法，其特征是，所述步骤3包括：

5.根据权利要求4所述的远距离定日镜反射光斑的光束质量校验方法，其特征是，在所述步骤4中，光斑中心区域取各像素点的亮度值，光斑边缘取区块的平均亮度作为区块中心的亮度，计算靶平面上各点坐标(x，y)的相对亮度

6.根据权利要求5所述的远距离定日镜反射光斑的光束质量校验方法，其特征是，所述步骤5包括：

7.根据权利要求4所述的远距离定日镜反射光斑的光束质量校验方法，其特征是，在步骤3-3中，所述光斑中心区域为正方形，其正方形边长区块边长b取正方形边长a的整数分之1，若正方形边长a不能被整除，对其加减一个小整数处理，若到达正方形边缘处时，不构建完整区块，则不进行构建。

技术总结
本发明涉及塔式太阳能热发电技术领域，具体的涉及一种远距离定日镜反射光斑的光束质量校验方法，包括以下步骤：1：靶背景图像采集，进行靶背景图像噪音涨落估计；2：对靶背景图像进行平均化处理，确定光斑中心区域；3：根据确定好的光斑中心区域，对光斑边缘区域的区块进行划分和处理得到区块中心亮度值；4：结合光斑中心区域和区块中心亮度值的数据，进行正态分布拟合，得到正态分布的拟合参数；5：设定光斑的总能量阈值，根据光斑的总能量阈值和正态分布拟合参数，确定光斑的形状和尺寸，得到光斑对应的光束质量。通过使用本方法，能够对定日镜距离靶很远时，进行定日镜的反射的光斑的光束质量的校验，确定定日镜的反射的光斑的光束质量。

技术研发人员：代增丽,谢宇,李跃飞,李涛,韩兆辉,刘权武
受保护的技术使用者：山东电力建设第三工程有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15