一種全天空成像儀地基云圖畸變校正方法技術

本發明專利技術提供一種全天空成像儀地基云圖畸變校正方法，屬于光伏發配電技術領域。所述方法包括以下步驟：建立地基云圖中球面畸變天頂角和實際天頂角之間的轉換函數；將地基云圖轉換為球面坐標系云圖；將所述球面坐標系云圖轉換為平面直角坐標系實際云圖。該方法所需參數少，只需要全天空成像儀鏡頭到球面鏡的距離和球面鏡半徑等少數參數；輸入數據簡單，僅需輸入原始地基云圖數據即可完成校正，且轉換過程中圖像信息無損失。

A distortion correction method of ground-based cloud image for all sky imager

The invention provides a distortion correction method for a ground-based cloud image of a whole sky imager, which belongs to the technical field of photovoltaic generation and distribution. The method comprises the following steps: establishing a conversion between the spherical aberration nephogram zenith angle and actual zenith angle function will be converted to ground nephogram; spherical coordinate image; the spherical coordinate image is converted to the actual image plane coordinate system. This method needs fewer parameters, only need all sky imager camera to the spherical mirror and a spherical mirror radius distance and a few other parameters; the input data is simple, only need to input the original data to complete the calibration of ground nephogram, and no loss of information in the process of image conversion.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于光伏發配電
，具體涉及。
技術介紹
近年來，太陽能科技和應用發展迅猛。截止到2010年，世界光伏累計裝機容量已接近40GW，近十年平均年增長45%，成為發展速度最快的產業之一。但由于太陽能發電具有隨機性和間歇性的特點，大規模太陽能發電的并網將對電網的安全穩定運行帶來沖擊和挑戰。因此，對區域太陽能資源進行及時有效的監測和預測成為制約光伏發電并網的關鍵因素。目前，進行地基云量、云狀自動監測的有效手段為地基云圖觀測。地基云圖觀測是通過安裝在地面的全天空成像儀，對局地天空進行觀測的大氣探測方式。其優點為具有高時空分辨率，能夠獲得天空總云量、小于Ikm的云狀細節信息以及分鐘級的觀測頻率。國內外學者在基于地基云圖的云識別、輻射預測等方面已經開展了一定的研究。Calb0等通過對地基全天空云圖的特征提取實現了云類型的識別。Chow等人使用TSI440A全天空成像儀對美國SanDiego地區進行了觀測，并建立了基于地基云圖的小時內云預測方法。國內學者張永宏等采用小波包分解和形態學方法分別對地基云圖進行了邊緣提取，并利用圖像融合技術得到最優邊緣圖像。但對地基云圖的畸變校正，以及水平面實際云圖的還原，還未見相關研究成果。利用地基云圖進行云軌跡以及輻射預測，其關鍵是預測云的運動方向和速度。但由于全天空成像儀的成像方式為凸面鏡成像，以及成像視角等問題，其所攝圖像存在一定的畸變，這對云量計算、云軌跡預測都帶來了困難。本項專利技術通過對原始地基云圖實施球面鏡反射畸變校正和球面坐標到直角坐標變換，實現了地基云圖的畸變校正，為云量計算、區域太陽能監測和預測提供了真實可靠的數據來源。
技術實現思路
為了克服上述現有技術的不足，本專利技術提供，所需參數少，只需要全天空成像儀鏡頭到球面鏡的距離和球面鏡半徑等少數參數；輸入數據簡單，僅需輸入原始地基云圖數據即可完成校正，且轉換過程中圖像信息無損失。為了實現上述專利技術目的，本專利技術采取如下技術方案:，所述方法包括以下步驟:步驟1:建立地基云圖中球面畸變天頂角和實際天頂角之間的轉換函數；步驟2:將地基云圖轉換為球面坐標系云圖；步驟3:將所述球面坐標系云圖轉換為平面直角坐標系實際云圖。所述步驟I包括以下步驟:步驟1-1:建立所述全天空成像儀成像畸變模型；步驟1-2:根據所述成像畸變模型建立地基云圖中球面畸變天頂角和實際天頂角之間的轉換函數。所述成像畸變模型中，鏡頭到球面鏡頂點的距離計為Ii1，所述球面鏡的鏡面半徑計為R，天空某點到球面鏡的入射光線在入射點處與豎直方向的夾角計為a2，經球面鏡反射到所述鏡頭的反射光線在所述鏡頭中心處與豎直方向的夾角計為％；以球面鏡的鏡面中心為坐標原點O,以水平方向為X軸，以豎直方向為y軸，則鏡面方程為:x2+y2 = R2 (I)從反射光線的光線方程為:y-Q^+R) = -Ctana1.x (2)由方程(I)和方程(2)可得入射點(X(l，y0)的橫向坐標和縱向坐標分別為:本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種全天空成像儀地基云圖畸變校正方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：步驟1：建立地基云圖中球面畸變天頂角和實際天頂角之間的轉換函數；步驟2：將地基云圖轉換為球面坐標系云圖；步驟3：將所述球面坐標系云圖轉換為平面直角坐標系實際云圖。

【技術特征摘要】
1.一種全天空成像儀地基云圖畸變校正方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: 步驟1:建立地基云圖中球面畸變天頂角和實際天頂角之間的轉換函數； 步驟2:將地基云圖轉換為球面坐標系云圖； 步驟3:將所述球面坐標系云圖轉換為平面直角坐標系實際云圖。2.根據權利要求1所述的全天空成像儀地基云圖畸變校正方法，其特征在于:所述步驟I包括以下步驟: 步驟1-1:建立所述全天空成像儀成像畸變模型； 步驟1-2:根據所述成像畸變模型建立地基云圖中球面畸變天頂角和實際天頂角之間的轉換函數。3.根據權利要求2所述的全天空成像儀地基云圖畸變校正方法，其特征在于:所述成像畸變模型中，鏡頭到球面鏡頂點的距離計為Ii1，所述球面鏡的鏡面半徑計為R，天空某點到球面鏡的入射光線在入射點處與豎直方向的夾角計為a2，經球面鏡反射到所述鏡頭的反射光線在所述鏡頭中心處與豎直方向的夾角計為S1 ； 以球面鏡的鏡面中心為坐標原點O，以水平方向為X軸，以豎直方向為y軸，則鏡面方程為: x2+y2 = R2 (I) 從反射光線的光線方程為: y-Q^+R) = -Ctana1.x (2) ...

【專利技術屬性】
技術研發人員：丁宇宇，丁杰，周海，程序，陳穎，崔方，曹瀟，王知嘉，于炳霞，譚志萍，周強，陳志寶，
申請(專利權)人：中國電力科學研究院，國家電網公司，
類型：發明
國別省市：