[发明专利]一种基于图像采集和处理的太阳跟踪系统和方法

摘要

本发明公开了一种基于图像采集和处理的太阳跟踪系统和方法，系统包括摄像头、存储模块、嵌入式处理器、电平转换芯片、PC机和伺服电机，摄像头经存储模块与嵌入式处理器相连，PC机通过电平转换芯片与嵌入式处理器相连，伺服电机的控制端与嵌入式处理器相连，伺服电机的输出轴与摄像头相接触；摄像头采集图像数据并存储于存储模块，嵌入式处理器从存储模块调取图像数据并上传给PC机，PC机根据上传的图像数据估计太阳的实时质心坐标，生成电机控制信号并传送给嵌入式处理器，嵌入式处理器根据电机控制信号驱动伺服电机运转，带动摄像头跟踪太阳质心。本发明提高了太阳跟踪的实时性和精度。

主权项

1.基于图像采集和处理的太阳跟踪系统的太阳跟踪方法，所述图像采集和处理的太阳跟踪系统包括摄像头、存储模块、嵌入式处理器、电平转换芯片、PC机和伺服电机，所述摄像头经存储模块与嵌入式处理器相连，PC机通过电平转换芯片与嵌入式处理器相连，伺服电机的控制端与嵌入式处理器相连，伺服电机的输出轴与摄像头相接触；摄像头采集图像数据并存储于存储模块中，嵌入式处理器从存储模块调取图像数据并上传给PC机，PC机根据上传的图像数据估计太阳的实时质心坐标，再根据质心坐标生成电机控制信号并传送给嵌入式处理器，嵌入式处理器根据电机控制信号驱动伺服电机运转，从而带动摄像头跟踪太阳质心；其特征在于，包括以下步骤：(1)PC机初始化参数，打开串口，准备进行通信；(2)PC机向嵌入式处理器发送握手信号，嵌入式处理器接收到握手信号后，从存储模块中调取一帧图像数据上传给PC机；(3)当PC机接收到该帧图像数据的终止符时，表示PC机已成功接收到一帧图像，此时PC机触发中断函数，中止PC机与嵌入式处理器之间的数据传输，并在中断函数中进行如下图像处理：(a)将接收到的图像转化为灰度图像，并去除图像的高斯噪声和椒盐噪声；(b)采用最大类间方差法计算图像二值化的阈值，再利用该阈值进行图像二值化；(c)预先设定面积阈值，对二值化图像进行连通域标记，找出其中面积最大且面积大于面积阈值的连通域，该区域即为包含太阳边缘信息的提取目标；(d)对提取目标的边缘进行遍历迭代运算，得到边缘上相距最远的两点a和b，以ab的中点c再进行遍历迭代运算，得到边缘上距离点c最远的点d，以点d为中心，沿边缘分别向点a、b出发，对区域边缘上这两段曲线分别进行采样；(e)运用最小二乘法对两段曲线取得的采样点进行拟合，得到拟合圆，该圆的圆心即为太阳的质心；(4)PC机根据估计出的太阳质心坐标生成相应的电机控制信号，并传送给嵌入式处理器，嵌入式处理器根据电机控制信号驱动伺服电机运转，从而带动摄像头实时跟踪太阳；(5)返回步骤(2)，PC机重新向嵌入式处理器发送握手信号。