一种基于CMOS的太阳方位角计算方法与流程

技术特征：

1.一种基于CMOS的太阳方位角计算方法，其特征实现步骤如下：

(1)利用三通道CMOS偏振传感器同时获取偏振图像数据Img₁、Img₂和Img₃，采用中值滤波对图像Img₁、Img₂和Img₃预处理，然后将三幅处理后的图像以图像中心为原点裁剪为10×10像素的方块，最后分别将三个10×10的像素矩阵求均值得到像素灰度均值S₁、S₂和S₃；

(2)利用在室内标定好的CMOS偏振传感器参数对像素灰度均值S₁、S₂和S₃进行补偿，求取模块坐标系下的偏振方位角φ＇；

(3)由步骤(1)所得的原始偏振图像信息Img₁，对图像Img₁依据模块坐标系分割图像，根据图像光强信息判断太阳在模块坐标系中的区间位置，由步骤(2)所得偏振方位角φ＇得到模块坐标系下的太阳方位角φ。

2.根据权利要求1所述的基于CMOS的太阳方位角计算方法，其特征在于：所述步骤(2)偏振方位角的求取方法如下：

1)三通道CMOS偏振传感器每个通道预处理结果可表示为：

S_n＝K_1nI(1+K_2nd cos2(φ＇-φ_n-Δφ_n))

其中，n∈{1,2,3}表示第n个通道，S_n表示第n个通道的像素灰度均值，S_n∈{S₁，S₂，S₃}，I表示相对光强功率，d表示偏振度，φ表示偏振方位角，φ_n为第n个通道的主检偏方向与模块坐标系x轴正方向夹角，且K_1n是第n个通道CMOS器件电气性能有关的常数，K_2n是第n个通道的与偏振片消光比有关的常数，Δφ_n是第n个通道由于偏振片实际检偏方向与预设方向的小角度误差；

2)求取模块坐标系下偏振方位角φ'：

将标定好的偏振传感器参数K_1n、K_2n和Δφ_n带入像素灰度均值S₁、S₂和S₃中，可得：

$P_1=\frac{S_2}{S_1}=\frac{K_{12}(1+K_{22}dcos2({\mathrm{\φ}}^{\′}-\mathrm{\π}/3-{\mathrm{\Δ\φ}}_2\left)\right)}{K_{11}(1+K_{21}dcos2({\mathrm{\φ}}^{\′}\left)\right)}$

$P_2=\frac{S_3}{S_1}=\frac{K_{13}(1+K_{23}dcos2({\mathrm{\φ}}^{\′}-2\mathrm{\π}/3-{\mathrm{\Δ\φ}}_3\left)\right)}{K_{11}(1+k_{21}dcos2({\mathrm{\φ}}^{\′}\left)\right)}$

对P₁和P₂求解可得偏振方位角φ'计算公式：

${\mathrm{\φ}}^{\′}=\frac{1}{2}arctan\left(\frac{l_1-l_2}{n_2{l}_1-n_1{l}_2}\right)$

其中，P₁、P₂、l₁、l₂、n₁、n₂均为中间变量，P₁是像素灰度均值S₂与S₁的比值，P₂是像素灰度均值S₃与S₁的比值，l₁、l₂、n₁、n₂满足下式：

$l_1=\frac{K_{12}-P_1{K}_{11}}{P_1{K}_{11}{K}_{21}+K_{12}{K}_{22}\left(\frac{1}{2}cos\right(2{\mathrm{\Δ\φ}}_2)+\frac{\sqrt{3}}{2}sin(2{\mathrm{\Δ\φ}}_2\left)\right)}$

$l_2=\frac{K_{13}-P_2{K}_{11}}{P_2{K}_{11}{K}_{21}+K_{13}{K}_{23}\left(\frac{1}{2}cos\right(2{\mathrm{\Δ\φ}}_3)-\frac{\sqrt{3}}{2}sin(2{\mathrm{\Δ\φ}}_3\left)\right)}$

$n_1=\frac{K_{12}{K}_{22}\left(\frac{\sqrt{3}}{2}cos\right(2{\mathrm{\Δ\φ}}_2)-\frac{1}{2}sin(2{\mathrm{\Δ\φ}}_2\left)\right)}{P_1{K}_{11}{K}_{21}+K_{12}{K}_{22}\left(\frac{1}{2}cos\right(2{\mathrm{\Δ\φ}}_2)+\frac{\sqrt{3}}{2}\sin (2{\mathrm{\Δ\φ}}_2\left)\right)}$

$n_2=\frac{K_{13}{K}_{23}(-\frac{\sqrt{3}}{2}cos(2{\mathrm{\Δ\φ}}_3)-\frac{1}{2}sin(2{\mathrm{\Δ\φ}}_3\left)\right)}{P_2{K}_{11}{K}_{21}+K_{13}{K}_{23}\left(\frac{1}{2}cos\right(2{\mathrm{\Δ\φ}}_3)-\frac{\sqrt{3}}{2}sin(2{\mathrm{\Δ\φ}}_3\left)\right)}.$

3.根据权利要求1所述的基于CMOS的太阳方位角计算方法，其特征在于：所述步骤(3)具体实现如下：

选择CMOS的偏振传感器的第一个通道的预设检偏方向为参考方向，偏振传感器水平安装在载体上，镜头垂直对准天顶点t，以偏振传感器o点为原点建立模块坐标系M，模块坐标系x轴与y轴所在平面为传感器安装平面，x轴与参考方向相同，z轴方向服从右手定则指向天顶点t，将模块坐标系原点平移至原始偏振图像Img₁中心，设原始偏振图像Img₁在x轴上方的像素灰度值和为I₁，x轴下方的像素灰度值和为I₂；如果I₁>I₂，说明太阳在图像中位于象限1和2中，如果I₁<I₂，说明太阳在图像中位于象限3或4中；

通过判断x轴上方像素灰度值和和x轴下方像素灰度值和的大小关系，求取模块坐标系下太阳方位角φ：

$\mathrm{\&phi;}=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&phi;}}^{\&prime;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},I_1\&gt;I_2\\ {\mathrm{\&phi;}}^{\&prime;}-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},I_1\&lt;I_2\end{array}\right.$

其中，φ表示模块坐标系下太阳方位角，φ∈(-π,π]。