[发明专利]一种定日镜面形现场检测系统及方法

权利要求书

1.一种定日镜面形现场检测系统，其特征在于：至少包括图像采集系统、图像采集系统的安装支架、计算服务器和定日镜控制服务器，所述的图像采集系统通过安装支架固定在支撑上，使得图像采集系统高于定日镜镜面中心，图像采集系统通过图像采集系统安装支架进行俯仰角和方位角调节；所述图像采集系统的视场覆盖镜场中的多台目标定日镜，用于采集目标定日镜在不同姿态下的镜面图像；所述计算服务器用于接收图像采集系统的图像数据，识别目标定日镜不同区域的亮度变化情况，再利用数学算法和像平面标定两种方法求解目标定日镜各个区域的法线矢量，获得目标定日镜镜面面形信息并保存至定日镜控制服务器的定日镜参数数据库；所述定日镜控制服务器根据定日镜参数数据库中目标定日镜的参数自动计算检测用面形用运营表，并根据该运营表控制目标定日镜进行转动，使得图像采集系统能够获得定日镜在不同预设姿态下的镜面图像；

所述图像采集系统由光强调节设备、成像光路、数字图像传感器和防护外壳组成；其中所述的光强调节设备为中性衰减片或其它能够调节入射光强的设备；所述的成像光路为透镜或小孔。

2.根据权利要求1所述的一种定日镜面形现场检测系统，其特征在于：所述定日镜控制服务器根据运营表控制目标定日镜进行转动，使得目标定日镜中各个区域在图像采集系统采集的图像中均至少被点亮一次，该情况视为一次有效检测，其中求解目标定日镜各个区域法线矢量的方法包括两种：

第一种：所有图像采集系统不需要通过工程测量获得镜场坐标系中的精确坐标信息，以定日镜中心为原点建立定日镜坐标系，其中x轴指向正南方向，y轴指向正东方向，z轴竖直指向天空；

当单台定日镜至少完成m次有效检测时，其中m≥2，在计算服务器对目标定日镜的镜面图像信息进行处理，与目标定日镜的参数信息和运营表信息汇总成观测数据其中Data_num表示编号为num的定日镜的观测数据，表示目标定日镜中第i个区域在第m次被点亮的时间，H_i表示目标定日镜中第i个区域的基本参数，表示目标定日镜中第i个区域在第m次被点亮时的定日镜转角信息，表示第i个区域在第m次被点亮时的入射矢量，P_i^m表示第i个区域在第m次被点亮时点亮区域中心在图像坐标系中的坐标；

在定日镜相对坐标系中，根据反射定律中入射角等于反射角的特性，获得第i个区域被点亮时的关系式：

式中Ang_incidence表示入射角，Ang_refraction表示反射角，表示两个矢量的夹角，表示目标定日镜中第i个区域在第m次被点亮时的入射矢量，为第i个区域在第m次被点亮时该区域的法线矢量，表示第i个区域第m次被点亮时的反射矢量；

基于m组观测数据Data_num和第i个区域被点亮时的关系式，由计算服务器通过数学算法求解目标定日镜所有区域在定日镜相对坐标系中的法线矢量，再根据定日镜的数学模型获得目标定日镜的镜面面形信息，其中x₁和x₂表示两个转轴的倾斜误差，x₃表示两个转轴轴线的夹角，x₄和x₅表示两个转轴的零位误差，x₆和x₇表示两个转轴的转动比例系数，x₈和x₉表示定日镜镜面法线误差；

第二种：所有图像采集系统需要通过工程测量获得镜场坐标系中的精确坐标信息，以镜场中心为原点建立镜场坐标系，其中x轴指向正南方向，y轴指向正东方向，z轴竖直指向天空；

当单台定日镜至少完成1次有效检测时,在计算服务器中对目标定日镜的镜面图像信息进行处理，与运营表信息汇总成观测数据Data_num＝[t_i H_i A_i Rayin_i P_i]，其中Data_num表示编号为num的定日镜的观测数据，t_i表示目标定日镜中第i个区域被点亮的时间，H_i表示目标定日镜中第i个区域的基本参数，A_i表示目标定日镜中第i个区域被点亮时的定日镜转角信息，Rayin_i表示第i个区域被点亮时的入射矢量，P_i表示第i个区域被点亮时点亮区域中心在图像坐标系中的坐标；

根据编号为num的定日镜镜面中心镜场坐标系坐标H_num和编号为cnum的图像采集系统中心镜场坐标系坐标Cam_cnum计算基准矢量

再根据定日镜镜面中心在图像像平面中的坐标P₀和图像采集系统的安装姿态对像平面进行标定，分别计算图像中特定位置像素点和图像采集系统中心所在三维矢量的镜场坐标系表述，图像中特定位置的像素点为三维矢量的起点；

根据标定结果，由第i个区域的观测数据中P_i可计算该区域被点亮时的反射矢量为Rayout_i，再由反射定律可知该时刻第i个区域的法线矢量的镜场坐标系表述为

在获得目标定日镜所有区域的法线矢量的镜场坐标系表述后，根据定日镜的数学模型获得目标定日镜的镜面面形信息，其中x₁和x₂表示两个转轴的倾斜误差，x₃表示两个转轴轴线的夹角，x₄和x₅表示两个转轴的零位误差，x₆和x₇表示两个转轴的转动比例系数，x₈和x₉表示定日镜镜面法线误差。