一种基于图像处理技术的电子日位传感器及其使用方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于图像处理技术的电子日位传感器的测角及测姿方法，日位传感器包括：晷面；可以在晷面上成像的遮光装置；用于拍摄晷面上晷影的相机，相机置于晷针上方；可控制相机拍摄并对相机所拍影像进行图像处理和角度判定的中央处理器及输出单元。电子日位传感器的工作步骤包括：a:固定；b:成像；c:拍照；d:图像处理判定角度。本发明中的日位传感器利用图像处理技术而非肉眼或光敏器件定晷影角度，具有准确性高，一致性好，不需要活动部件或大量传感单元，适用入射方位角、仰角范围广，结果易于数字化输出。日位传感器可以任意倾角放置并结合三轴传感器和地理时间信息定传感器姿态参数。
【专利说明】-种基于图像处理技术的电子日位传感器及其使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于图像处理技术的电子日位传感器及其测角、测姿方法，用于 太阳投射影子或太阳本身在照相机所成影像进行图像处理获得太阳相对角度信息W及进 而结合重力分量和位置信息得到传感器的姿态信息，属于工程测量领域。
【背景技术】
[0002] 传统日碁不方便自动化，某些电子日碁或采用多个光敏器件在不同固定角度等日 光照到或遮挡后触发角度判决；或采用光敏器件旋转到碁影角度，触发角度判决。或工作时 段受限，或需要机械动作配合。本发明在使用时不需多余动作，可W实现长时段，大范围角 度测量。
[0003] 传统日碁用于测向仅用于碁面水平的情形。某些不水平计时应用时有固定倾角和 指向正南或正北方向要求。传统测姿态技术要用巧螺仪。本发明用于任意方向倾角的太阳 相对角度自动测量，可W结合H轴重力加速计和GI^实现测量碁面姿态的方向，倾角滚转 角参数。在已知任意碁面姿态时也可用于计时。
[0004]
【发明内容】
： 本发明在自动提取日光投影角度时提供一种不需要传统光敏器件实现太阳相对角度 判读电子化、数字化的日位传感装置，并为摆脱复杂的巧螺结构和操作提供一种基于此种 日位传感装置的测姿方法。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下；一种基于图像处理技术的 电子日位传感器，所述装置包括壳体，其特征在于：所述壳体的底面为碁面，碁面上方放置 有遮光装置，所述装置还包括镜头置于遮光装置上方并指向碁面的相机，W及用于控制相 机拍照并对所拍图片进行图像处理和角度判读，并完成存储输出的CPU和存储输出单元。
[0006] 所述遮光装置为实也碁针或空也碁针或碁斑，相机通过支撑物与壳体连接，不干 扰遮光装置成影。
[0007] 所述空也针为有针状缺口的遮光薄片，其可采用多个针位，即面向多个方向的遮 光片，保证所述日位传感器可大范围测角。
[0008] 遮光装置选用碁斑，所述碁斑是遮光片或开小孔的遮光片；用作光照时在碁面形 成斑状碁影，当用开孔的遮光片时，可形成明亮的斑状碁影。
[0009] 所述碁面可W任意方向倾角放置。
[0010] 一种基于图像处理技术的电子日位传感器引申变形的判读太阳方位角的装置，所 述装置不含权利要求1所述的遮光装置，其特征在于：该装置包括碁面和相机，所述相机的 镜头朝上并指向天空，用于太阳出现在图像的捕捉范围内时拍照，经图像处理后判读太阳 方位角。
[0011] 一种使用基于图像处理技术的电子日位传感器的测角方法，其特征在于；步骤如 下， 步骤一：通过固定传感器，使遮光装置在碁面清晰成影； 步骤二；利用摆在遮光装置上方的相机拍摄碁影； 步骤H;使用中央处理单元对照片图像处理，并判读出角度后存储输出。
[0012] 一种测姿传感器装置：在基于图像处理技术的电子日位传感器中添加H轴重力加 速传感器和GPS，其中H轴重力加速传感器一轴垂直于碁面，另两轴平行于碁面，其中一轴 与碁面零刻度线指向一致。
[001引所述GPS在位置已知时可用时钟替代。
[0014] 所述测姿传感器的测姿方法有如下步骤： 步骤一：将测姿传感器装置，与被测物体H轴方向一致固定； 步骤二：通过GI^模块采集被测物体所在的地理位置和采集太阳相对方位角的标准时 间，通过H轴重力加速传感器采集被测物体的倾角Y、滚转角0，通过日位传感器采集太 阳对于日位传感器零度方向的相对入射方位角4 ; 步骤H;根据GI^模块采集被测物体所在的地理位置和采集太阳相对方位角的标准时 间，结合太阳轨道信息计算出太阳当时相对当地地理基准面的仰角a和方位角目；
【权利要求】
1. 一种基于图像处理技术的电子日位传感器，所述装置包括壳体，其特征在于：所述 壳体的底面为晷面（5)，晷面（5)上方放置有遮光装置（3)，所述装置还包括镜头置于遮光 装置（3)上方并指向晷面（5)的相机（1)，以及用于控制相机（1)拍照并对所拍图片进行图 像处理和角度判读，并完成存储输出的CPU和存储输出单元（10)。
2. 根据权利要求1所述的基于图像处理技术的电子日位传感器，其特征在于：所述遮 光装置为实心晷针（3. 1)或空心晷针（3. 2)或晷斑（3. 3)，相机（1)通过支撑物（6)与壳体 连接，不干扰遮光装置成影。
3. 根据权利要求1所述的基于图像处理技术的电子日位传感器，其特征在于：所述空 心针（3. 2)为有针状缺口的遮光薄片，其可采用多个针位，即面向多个方向的遮光片，保证 所述日位传感器可大范围测角。
4. 根据权利要求1所述的基于图像处理技术的电子日位传感器，其特征在于：遮光装 置选用晷斑（3. 3)，所述晷斑（3. 3)是遮光片或开小孔的遮光片；用作光照时在晷面形成斑 状晷影（4)，当用开孔的遮光片时，可形成明亮的斑状晷影（4)。
5. 根据权利要求1-4任意一项所述的基于图像处理技术的电子日位传感器，其特征在 于：所述晷面（5)可以任意方向倾角放置。
6. -种利用权利要求1所述的基于图像处理技术的电子日位传感器引申变形的判读 太阳方位角的装置，所述装置不含权利要求1所述的遮光装置（3)，其特征在于：该装置包 括晷面（5)和相机（1)，所述相机（1)的镜头朝上并指向天空，用于太阳出现在图像的捕捉 范围内时拍照，经图像处理后判读太阳方位角。
7. -种使用权利要求1所述的基于图像处理技术的电子日位传感器的测角方法，其特 征在于：步骤如下， 步骤一：通过固定传感器，使遮光装置在晷面清晰成影； 步骤二：利用摆在遮光装置上方的相机拍摄晷影； 步骤三：使用中央处理单元对照片图像处理，并判读出角度后存储输出。
8. -种测姿传感器装置：在根据权利要求1或2所述的基于图像处理技术的电子日位 传感器中添加三轴重力加速传感器（11)和GPS，其中三轴重力加速传感器（11) 一轴垂直 于晷面（5)，另两轴平行于晷面（5)，其中一轴与晷面零刻度线（2)指向一致。
9. 根据权利要求8所述的测姿传感器装置，其特征在于：位置已知时所述GPS可用时 钟替代。
10. -种使用权利要求8的装置的测姿方法：其特征在于：所述测姿方法有如下步骤： 步骤一：将权利要求8所述的测姿传感器装置，与被测物体三轴方向一致固定； 步骤二：通过GPS模块采集被测物体所在的地理位置和采集太阳相对方位角的标准时 间,通过三轴重力加速传感器采集被测物体的倾角Y、滚转角9,通过日位传感器采集太 阳对于日位传感器零度方向的相对入射方位角小； 步骤三：根据GPS模块采集被测物体所在的地理位置和采集太阳相对方位角的标准时 间，结合太阳轨道信息计算出太阳当时相对当地地理基准面的仰角a和方位角运；
【文档编号】G01C1/00GK104359453SQ201410632165
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月12日 优先权日:2014年11月12日
【发明者】毕诗捷 申请人:毕诗捷