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1、10申请公布号CN104062743A43申请公布日20140924CN104062743A21申请号201410321333422申请日20140707G02B7/183200601F24J2/1020060171申请人大连宏海新能源发展有限公司地址116021辽宁省大连市西岗区民运街23号嘉汇大厦909室72发明人王振声周改改74专利代理机构大连东方专利代理有限责任公司21212代理人杨威李洪福54发明名称用于太阳能聚光镜片调整的自动调焦系统及其调焦方法57摘要本发明公开了一种用于太阳能聚光镜片调整的自动调焦系统及其调焦方法，包括图像显示设备、图像采集设备以及图像数据处理设备，图像采集设备。
2、用于采集反射镜反射的图像数据；图像显示设备用于显示由图像数据处理设备控制输出的显示图像；图像数据处理设备用于控制图像显示设备输出与聚光系统的各个反射镜的区域面积一一对应的显示图像，且使得任一反射镜的区域面积以及该反射镜周围的各个反射镜区域面积的显示图像均为不相同的颜色图像，并控制图像采集设备采集相应的图像后进行分析处理，输出相应的调焦数据。本发明通过观测反射镜的图像颜色来判断倾斜角度，并计算碟片上各颜色比例同时对比预存的经验数据库，大幅提高调整效率，缩短调整时间。51INTCL权利要求书1页说明书5页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图3页10申。
3、请公布号CN104062743ACN104062743A1/1页21用于太阳能聚光镜片调整的自动调焦系统，包括图像显示设备、图像采集设备以及图像数据处理设备，其特征在于所述的图像采集设备放置在聚光系统的入射光方向上，并面对聚光系统的反射镜，用于采集反射镜反射的图像显示设备输出的图像数据；所述的图像显示设备放置在聚光系统的入射光方向上，用于显示由图像数据处理设备控制输出的显示图像；所述的图像数据处理设备，用于控制图像显示设备输出与聚光系统的各个反射镜的区域面积一一对应的显示图像，且使得任一反射镜的区域面积以及该反射镜周围的各个反射镜区域面积的显示图像均为不相同的颜色图像，并控制图像采集设备采集待。
4、调焦的反射镜反射的图像后进行分析处理，输出相应的调焦数据。2根据权利要求1所述的自动调焦系统，其特征在于所述的图像显示设备采用平板电视或投影机与投影屏幕配合方式，由图像数据处理设备控制输出与聚光系统的各个反射镜的区域面积一一对应的显示图像。3根据权利要求1所述的自动调焦系统，其特征在于所述的图像采集设备采用CCD图像传感器或照相机，由图像数据处理设备采集待调焦的反射镜反射的图像显示设备输出的图像数据。4根据权利要求1所述的自动调焦系统，其特征在于所述的图像数据处理设备采用PC机，控制图像采集设备采集待调焦的反射镜反射的图像显示设备输出的图像数据后，计算该待调焦的反射镜反射的显示图像对应的颜色占。
5、反射镜整个区域面积的显示图像的比例值，若该比例值超出预设范围值，则判断需要进行调焦，同时计算该区域面积内其他颜色占反射镜整个区域面积的图像数据的比例值，并将该比例值与预设的反射镜调焦角度经验数据库进行比较，输出相应的调焦角度。5一种用于太阳能聚光镜片调整的调焦方法，其特征在于首先进行调焦准备工作将用于显示由图像数据处理设备控制输出图像的图像显示设备放置在聚光系统的入射光方向上；同时将由图像数据处理设备控制的用于采集反射镜反射的图像数据的图像采集设备放置在聚光系统的入射光方向上，并面对聚光系统的反射镜；其次在调焦过程中首先利用图像数据处理设备输出与聚光系统的各个反射镜的区域面积一一对应的显示图像。
6、，且使得任一反射镜的区域面积以及该反射镜周围的各个反射镜区域面积的显示图像均为不相同的颜色图像；最后控制图像采集设备采集待调焦的反射镜反射的图像数据后，计算该待调焦的反射镜反射的图像数据对应的颜色占反射镜整个区域面积的显示图像的比例值，若该比例值超出预设范围值，则判断需要进行调焦，同时计算该区域面积内其他颜色占反射镜整个区域面积的图像数据的比例值，并将该比例值与预设的反射镜调焦角度经验数据库进行比较，输出相应的调焦角度。权利要求书CN104062743A1/5页3用于太阳能聚光镜片调整的自动调焦系统及其调焦方法技术领域0001本发明属于太阳能光热发电领域，具体地说是涉及一种用于太阳能聚光镜片调。
7、整的自动调焦系统及其调焦方法。背景技术0002在现有的太阳能光热发电领域，主要包括槽式、塔式以及碟式三种类型的发电方式，其原理均为利用聚光反射镜片，将光聚集转换为热能再进一步进行电能的转化，实现太阳能发电。0003由于太阳能本身比较分散，为了得到较大的能量，需要很大的聚光面积。受加工及成本的限制，通常采用多组小反射镜片拼接成大型曲面的设计方式。在实际组装过程中，调整小反射镜片的角度和位置，使其能够符合设计的曲面要求，达到更好的聚光效果，即称为系统的调焦。0004以碟式聚光系统为例，设计的镜片组是按照抛物面型的方式排列，理论上可以将光线全部反射到位于焦点处的吸热器。但是在实际安装过程中未进行调焦。
8、时，由于安装等误差影响，每个镜片反射光斑的位置难以确定，无法保证其能够会聚于焦点，造成聚光系统焦点处的聚焦光斑发散变大，使部分光反射至吸热器边缘或外部，降低吸热器吸入的能量，从而导致系统的发电量的降低。0005目前使用的调焦方式主要有两种00061、手动目测调焦在聚光系统的焦平面处放置接收屏，在有太阳的情况下，使聚光系统直接正对太阳，光线被反射至焦点的接收屏上，调整反射镜片使反射光斑入射到接收屏指定范围内，该方法由于调整人员在进行角度调整时，可以观测到反射光斑的位置，然后对着反射光斑的位置进行调整，调整效率较高，但也存在以下问题0007、受天气限制严重，由于只能在有太阳的情况下进行，如果遇到连。
9、续的阴雨天，则无法进行调焦，造成效率低下。0008、对聚光系统要求较高，同时存在安全隐患。由于太阳角度实时变化，在调整过程中，聚光系统要能够始终高精度的跟踪太阳，如果出现角度偏差，会直接造成调整的误差。同时由于聚光系统实时变化，人员在后面进行调整时，也存在较大的安全隐患。0009、聚焦光斑质量无法判定，可能会存在局部热斑。在目测调整时，由于人员通过聚光光斑的位置来进行判断，通常可保证较高的吸入效率，提高系统的收集的能量，但无法确定光斑的能流分布，可能会存在聚集热量不均匀，对后端的吸热器以及发动机造成致命影响。00102、显示调焦，制作对应的显示，每个反射镜对应不同的颜色区域，将显示放置在焦距附。
10、近，通常在50100米左右的距离观测反射镜。当反射镜不存在角度偏差时，对应反射镜会反射显示上其应该对应位置的图像，此时不需要进行调整。当观测到反射镜反射的图像与对应位置不符，则存在角度偏差，需要对反射镜进行调整，其调整量和调整方向较难判断，需要实际反复确认方能得出。该方法相比于手动目测调焦在天气限制、人员安全隐患说明书CN104062743A2/5页4以及理论的调整精度上均有大幅改善，但也存在以下问题0011、由于观测点较远，调整人员并不能直接观测到聚光系统反射的图像，需要另外的人员去观察后反馈，同时通过观察到的图像，较难判断其反射镜应调整的方向以及调整量，增加了额外的人员同时也大大降低了调整。
11、效率。0012、该方法在理论上拥有非常高的精度，实际调整过程中，由于反射镜表面误差的原因，观测到的图像通常都不会是完全对应于显示上的像，而是一种与其他反射镜对应的像混合的情况，在此情况下还需要人为去判断，从而降低了调整精度。0013以上两种方法受限制于自身的弱点，在实际的要求越来越高的聚光系统中，很难被应用。发明内容0014鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种新型的高精度、高效率、安全可靠的用于太阳能聚光镜片调整的自动调焦系统及其调焦方法。0015为了实现上述目的，本发明的技术方案0016用于太阳能聚光镜片调整的自动调焦系统，包括图像显示设备、图像采集设备以及图像数据处理设备，其特。
12、征在于所述的图像采集设备放置在聚光系统的入射光方向上，并面对聚光系统的反射镜，用于采集反射镜反射的图像显示设备输出的图像数据；所述的图像显示设备放置在聚光系统的入射光方向上，用于显示由图像数据处理设备控制输出的显示图像；所述的图像数据处理设备，用于控制图像显示设备输出与聚光系统的各个反射镜的区域面积一一对应的显示图像，且使得任一反射镜的区域面积以及该反射镜周围的各个反射镜区域面积的显示图像均为不相同的颜色图像，并控制图像采集设备采集待调焦的反射镜反射的图像后进行分析处理，输出相应的调焦数据。0017所述的图像显示设备采用平板电视或投影机与投影屏幕配合方式，由图像数据处理设备控制输出与聚光系统的。
13、各个反射镜的区域面积一一对应的显示图像。0018所述的图像采集设备采用CCD图像传感器或照相机，由图像数据处理设备采集待调焦的反射镜反射的图像显示设备输出的图像数据。0019所述的图像数据处理设备采用PC机，控制图像采集设备采集待调焦的反射镜反射的图像显示设备输出的图像数据后，计算该待调焦的反射镜反射的显示图像对应的颜色占反射镜整个区域面积的显示图像的比例值，若该比例值超出预设范围值，则判断需要进行调焦，同时计算该区域面积内其他颜色占反射镜整个区域面积的图像数据的比例值，并将该比例值与预设的反射镜调焦角度经验数据库进行比较，输出相应的调焦角度。0020一种用于太阳能聚光镜片调整的调焦方法，00。
14、21首先进行调焦准备工作将用于显示由图像数据处理设备控制输出图像的图像显示设备放置在聚光系统的入射光方向上；同时将由图像数据处理设备控制的用于采集反射镜反射的图像数据的图像采集设备放置在聚光系统的入射光方向上，并面对聚光系统的反射镜；0022其次在调焦过程中首先利用图像数据处理设备输出与聚光系统的各个反射镜的区域面积一一对应的显示图像，且使得任一反射镜的区域面积以及该反射镜周围的各个反射镜区域面积的显示图像均为不相同的颜色图像；说明书CN104062743A3/5页50023最后控制图像采集设备采集待调焦的反射镜反射的图像数据后，计算该待调焦的反射镜反射的图像数据对应的颜色占反射镜整个区域面积。
15、的显示图像的比例值，若该比例值超出预设范围值，则判断需要进行调焦，同时计算该区域面积内其他颜色占反射镜整个区域面积的图像数据的比例值，并将该比例值与预设的反射镜调焦角度经验数据库进行比较，输出相应的调焦角度。0024与现有技术相比，本发明具有以下优点00251、测量精度高，本发明与显示调焦原理相似，都通过观测反射镜的图像颜色来判断倾斜角度，但显示调焦只能得出大概倾角的方向，无法迅速得到具体的调焦角度，而本发明通过PC机计算碟片上各颜色比例，同时对比预存的经验数据库，其精度远高于人眼判断；00262、由于使用PC机计算，可在23S内给出反射镜调整旋钮的精确调整量，大幅提高调整效率，缩短调整时间。。
16、00273、在测量调整时，始终通过PC机控制图像输出与数据采集，聚光系统始终固定，不存在安全隐患。00284、不受天气等客观因素影响。附图说明0029图1是本发明系统结构的组成结构示意图；0030图2是本发明的聚光系统使用实例示意图；0031图3是本发明所述的图像显示设备显示的在调整某一反射镜时显示的图像数据示意图；0032图4是本发明使用实例观测到的反射镜在不同情况下反射的效果示意图；0033图5是本发明使用实例的反射镜机械调整结构示意图；0034图6是本发明使用实例的调焦计算演示示意图。0035图中1、聚光系统，2、图像显示系统，3、图像采集系统，4、PC机，5、被调整的反射镜片，6、反射。
17、镜片的后视图，7、反射镜片的调整螺杆。具体实施方式0036下面结合附图以及具体的实施例进一步说明本发明的技术方案0037如图1图5所示，按照图1所示将图像显示设备2与图像采集设备3放置并固定在聚光系统的前方接近2倍焦距位置，其目的是通过图像采集设备3可以在聚光系统观测到图像显示设备2的图像。图像显示设备2与图像采集设备3均通过数据线与PC机4相连接。0038如图2所示，以单圈20片反射镜片的圆形聚光系统，调整最上方的反射镜片5为例进行说明，如图3所示，具体的A为理想反射镜片对应的颜色轮廓区域、B为A上方的颜色区域，C为A左侧的颜色区域，D为A下方的颜色区域，E为A右侧的颜色区域。即从图像采集设。
18、备3处观测该反射镜5，理论上反射的图像为图像采集设备3的A区域，为了便于确认实际镜片的倾斜角度，在A的周围按照一定的顺序分成BCDE四个区域，通过PC机4控制实现，让4个区域分别显示不同的且PC机4易于区分的颜色。说明书CN104062743A4/5页60039如图4所示，图4中41为理想情况下观测反射镜片对应的颜色，4245为理想情况下镜片出现角度倾斜时对应的颜色，46为实际中反射镜面型误差较大时情况0040图像采集设备3在进行图像采集时，反射镜片5上的颜色分布可能出现以下几种情况0041如图41所示，显示颜色与理论设计完全相同，无其他混色。在分析时，其图片上A区域显示比例接近100，此情况。
19、即表明反射镜片5的角度位置完全正确，不需要进行调焦；0042如图42所示，A颜色区域比例较大，但同时也包含了小部分的B颜色区域，该情况为反射镜片径向存在倾斜，通过并不复杂的机械换算，可以得出镜片的内周有向上的倾斜角度，根据B颜色区域所占比例，给出镜片内轴向大概的倾斜角度，由于反射镜片的机械结构确定，并通过三个调整爪进行角度调节，在PC机4计算出倾斜角度后，很容易通过机械位置计算出每个调整爪应该调整的距离，并按此进行调整。在调整完成后需要再次进行确认和精确调整，直至调整为接近图41的理想状态。0043如图43、图44、图45为镜片其他倾斜角度对应的反射镜片上的颜色分布，所处理的方式与图42相同。。
20、分析各颜色的占比，PC机4得出反射镜片的实际倾斜角度，并按照反射镜调焦角度经验数据库给出相应的调焦角度，调整反射镜片调整爪并再次进行确认，直至满足系统要求即完成调焦。0044PC机4计算该待调焦的反射镜反射的图像数据对应的颜色占反射镜整个区域面积的显示图像的比例值，若该比例值超出预设范围值，则判断需要进行调焦，同时计算该区域面积内其他颜色占反射镜整个区域面积的图像数据的比例值，并将该比例值与预设的反射镜调焦角度经验数据库进行比较，输出相应的调焦角度。0045所述的计算该待调焦的反射镜反射的图像数据对应的颜色占反射镜整个区域面积的显示图像的比例值之前，还需要对图像数据对应的颜色类型进行判别与区分。
21、，其判别与区分可通过对采集的图像数据对应的像素值进行判别与区分实现，同时设定一定的像素值容差范围以符合实际的测试要求。0046在进行颜色区分之后，通过对当前采集的图像数据对应的像素值进行计算得出各颜色的占比，进而判定是否需要调焦，若需要调焦，则依据对应的反射镜片的形状，计算出反射镜片中心即当前待调焦颜色区域在屏幕上的偏移量D，并由此计算反射镜片在其切面方向的偏移角度为ATAND/D/2，得出反射镜片的倾角，即待调焦数据，其中反射镜片心至CCD镜头的距离为D。0047下面具体详述调焦数据计算过程如图6所示，以调整上方的反射镜片为例，反射镜片中心至CCD镜头的距离为D。当反射镜片没有倾斜时，其反射。
22、的图像如图41所示，颜色均一以显示A区域为例，无任何误差。当镜片出现图示的逆时针倾斜时，其反射图案区域向上移动，从而导致CCD观测时，反射镜片上方开始出现新的颜色区域，其反射镜片图案如图42所示。由于反射镜片的图案颜色改变以上方颜色为B颜色区域为例，其对应图像的颜色数值发生变化。0048以RGB的255色阶图为例，如果显示器显示红色，对色素的设定为255,0,0，如果显示器显示绿色，设定为0,255,0。在CCD接收时，由于镜片反射及CCD接收的影响，我们采集到反射镜片上的色素值不可能正好符合显示的数据。通过设定一定的容差，可以实现说明书CN104062743A5/5页7对颜色的判别和区分，通。
23、过实际的测试，采集图像的像素值R120,G120,B60判定为绿色，诸如此方法，即可以实现对应颜色的区分。0049在实现颜色区分后，通过像素值计算得出对应的各个颜色的占比，依据反射镜片的形状，计算出其在屏幕上的偏移量D。并由此计算反射镜片在切面方向的偏移角度为ATAND/D/2，得出反射镜片的倾角。0050但是在实际的调焦过程中，由于受各种误差的影响，观测到的图像很难如上述5幅图中所示，而通常会是图46所示，几种颜色均存在，且分布不均匀。在这种情况下，仍可以采用上述分析各颜色所占比例的方式，此时判定镜片的倾斜角度以及是否完成调焦的判定方式与之前稍有不同。镜片的倾斜角度主要根据BCDE四个区的颜。
24、色所占比例来判定，最简单的方式就是如果B区颜色比例大于D区颜色比例，则说明镜片存在内周向上的倾斜角度，其比例相差越大，则倾斜角度越大，需要的调整量越大。同理也适合于C区和E区的情况。当反射镜片上B区颜色与D区颜色的比例相等，C区颜色与E区颜色的比例相等，表明镜片无倾斜角度。使用计算机进行像素的分析，在精度上远高于人眼的判断。在调焦完成后，镜片的质量可以通过A区颜色比例来确定，A区颜色比例越高，则镜片质量越高，反之镜片质量越差。0051以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。说明书CN104062743A1/3页8图1图2说明书附图CN104062743A2/3页9图3图4说明书附图CN104062743A3/3页10图5图6说明书附图CN104062743A10。