专利名称：一种基于小孔成像原理的测量太阳位置信息的投影装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于小孔成像原理的测量太阳位置信息的投影装置。
背景技术：
关于太阳高度角及位置角的测量，我们早在中学课本上就学习过“立杆见影”的方 法，该方法需要测量立竿及其影子的长度，并且要通过三角函数计算才能得出结果，十分不 便。而且当太阳的高度很低时，立竿的影长太长，影像模糊，根本无法判断和测量立竿影子 的长度。在专利申请号为200920044257. 1的专利文献中，公开了一种太阳高度测量仪，主 要包括底座，水平调节螺钉，支架，量角器，角度指示器，吊线锤等几部分；在底座中心安装 一个支架，在支架上接量角器和安装吊垂线。把仪器放在阳光下约1米的平台上，将角度指 示器上的中心孔正对太阳，使亮点落在角度指示器图案中心，这时从角度指示器上箭头所 指量角器的刻度即可读出当时太阳高度的角度数。这种方法虽然避免了影子长度测量和计 算的麻烦，但也主要靠手动测量，肉眼来读刻度，不是很方便，精度也难以保证。专利申请号为200810242752. 3的专利文献中，公开了一种智能型太阳角度探测 仪，它包括三组光电池探测器以及一系列的匹配电路。以一组为例，来说明上述智能型探 测仪如何测量太阳高度。一组光电池探测器被安装在一组步进电机的输出轴上，随着步进 电机的旋转，光电池探测器将采集到的太阳光的辐射强度转化为短路电流，该短路电流经 过电流电压电路，电压放大电路后，进入DSP芯片；DSP芯片一方面发出驱动信号，继续驱动 上述步进电机进行旋转，以使得上述光电池探测器继续采集太阳辐射强度；另一方面，上述 DSP芯片通过RS-232通信电平转换接口接入PC机，把从上述光电池探测器那里得到的信号 送入上述PC机中进行计算，得到太阳方位角和高度角的数值。这种方法虽然测量精度高， 但设计结构稍显复杂，且造价不低，并不是很容易实现。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种基于小孔成像原理的测量太阳位置信息的投 影装置，包括一密闭的底筒、一投影屏、包括摄像镜头的一采样装置和一处理单元，所述底 筒的顶盖中部设有一小孔；投影屏位于底筒筒体内，测量出投影屏与小孔之间的间距；采 样装置位于底筒筒体内且投影屏的下方，用于测出光斑在投影屏上的投影位置；小孔、摄像 镜头、投影屏中心位于同一条直线上，所述处理单元连接采样装置，通过对采样装置采样的 位置信息及投影屏与小孔之间的间距计算出太阳位置信息。所述底筒为一密封结构，其顶盖上端中心有一个小孔。所述投影屏用薄的纤维材料制成。所述的一种基于小孔成像原理的测量太阳位置信息的投影装置进行测量的方法， 包括以下步骤提供一投影装置，其包括一密闭的底筒、一投影屏、包括摄像镜头的一采样装置和一处理单元，所述底筒的顶盖中部设有一小孔，小孔、摄像镜头、投影屏中心位于同一条 直线；采样装置采样到太阳光从小孔射入后在投影屏上形成光斑的位置；采样装置将采样的信息传至处理单元；处理单元对采样装置采样的位置信息及投影屏与小孔之间的间距计算出太阳位直fe息。所述的一种基于小孔成像原理的测量太阳位置信息的投影装置进行测量的方法， 还包括采样装置预先拍照未有光斑的投影屏，并将该些信息传送至处理单元；所述的基于小孔成像原理的测量太阳位置信息的投影装置，其特征在于，所述处 理单元是根据
计算出太阳位置信息，其中，H为投影屏中心与小孔之间的距离、(X，y)为光斑在 参考坐标系上的坐标，φ为太阳高度角，Ψ为太阳方位角。与现有的技术相比，本发明的优点在于装置结构合理，造价低廉，搭建起来比较容 易；且本发明可移动、稳固性好，不易形变。整个采集过程无人工参与，减少了人为的误差， 更为科学、精确。
图1为本发明的结构示意图；图2为投影屏的位置示意图；图3为投影屏俯视图；图4为处理单元模拟出的参考坐标系示意图；图5为光斑在图4参考坐标系中的相对位置示意图。图6为太阳高度角与其偏差的变化的Matlab图。
具体实施例方式如图1，图2所示，一种基于小孔成像原理的测量太阳位置信息的投影装置，包括 一密闭的底筒1、一投影屏2、包括摄像镜头的一采样装置3和一处理单元4，所述底筒的顶 盖1中部设有一小孔5 ；投影屏2位于底筒1筒体内，测量出投影屏2与小孔5之间的间距； 采样装置位于底筒1筒体内且投影屏2的下方，用于采集光斑在投影屏2上的投影位置信 息；小孔5、摄像镜头、投影屏2中心位于同一条直线上；所述处理单元4连接采样装置3，通 过采样装置3采样的位置信息及投影屏2与小孔5之间的间距计算出太阳位置信息。一种基于小孔成像原理的测量太阳位置信息的投影装置进行测量的方法，包括以
权利要求
1.一种基于小孔成像原理的测量太阳位置信息的投影装置，其特征在于，包括一密 闭的底筒、一投影屏、包括摄像镜头的一采样装置和一处理单元，所述底筒的顶盖中部设有 一小孔；投影屏位于底筒筒体内，测量出投影屏与小孔之间的间距；采样装置位于底筒筒体内且投影屏的下方，用于测出光斑在投影屏上的投影位置；小 孔、摄像镜头、投影屏中心位于同一条直线上，所述处理单元连接采样装置，通过采样装置采样的位置信息及投影屏与小孔之间的间 距计算出太阳位置信息。
2.如权利要求1所述的一种基于小孔成像原理的测量太阳位置信息的投影装置，其特 征在于，底筒为一密封结构，其顶盖上端中心有一个小孔。
3.根据权利要求1所述的一种基于小孔成像原理的测量太阳位置信息的投影装置，其 特征是，投影屏用薄的纤维材料制成。
4.一种基于小孔成像原理的测量太阳位置信息的投影装置进行测量的方法，其特征在 于，包括以下步骤提供一投影装置，其包括一密闭的底筒、一投影屏、包括摄像镜头的一采样装置和 一处理单元，所述底筒的顶盖中部设有一小孔，小孔、摄像镜头、投影屏中心位于同一条直 线.一入 ，采样装置采样到太阳光从小孔射入后在投影屏上形成光斑的位置； 采样装置将采样的信息传至处理单元；处理单元对采样装置采样的位置信息及投影屏与小孔之间的间距计算出太阳位置信肩、ο
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括先利用GPS测量工具，定出实际方位，然后依照实际方位在投影屏上作出标记，并按实 际方位对应标记来设置投影屏；采样装置预先拍照未有光斑的投影屏，并将该些信息传送至处理单元； 处理单元在上述图像信息的基础上，按照投影屏上已标的方位来建立坐标系，该坐标 系为参考坐标系。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于 所述处理单元是根据计算出太阳位置信息，其中，H为投影屏中心与小孔之间的距离、(X，y)为光斑在参考 坐标系上的坐标，φ为太阳高度角，Ψ为太阳方位角。
全文摘要
本发明公开了一种基于小孔成像原理的测量太阳位置信息的投影装置，包括一密闭的底筒、一投影屏、包括摄像镜头的一采样装置和一处理单元；所述底筒的顶盖中部设有一小孔；投影屏位于底筒筒体内，测量出投影屏与小孔之间的间距；采样装置位于底筒筒体内且投影屏的下方，用于测出光斑在投影屏上的投影位置；小孔、摄像镜头、投影屏中心位于同一条直线上；所述处理单元连接采样装置，通过采样装置采样的位置信息及投影屏与小孔之间的间距计算出太阳位置信息。本发明具有结构合理、造价低廉、精确度高、科学性强的优点。
文档编号G01C1/00GK102052913SQ20101052229
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月26日 优先权日2010年10月26日
发明者姚梦凯, 李德文, 黄文君 申请人:浙江大学