一種基于圖像處理技術(shù)的電子日位傳感器及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于圖像處理技術(shù)的電子日位傳感器的測角及測姿方法，日位傳感器包括：晷面；可以在晷面上成像的遮光裝置；用于拍攝晷面上晷影的相機，相機置于晷針上方；可控制相機拍攝并對相機所拍影像進行圖像處理和角度判定的中央處理器及輸出單元。電子日位傳感器的工作步驟包括：a:固定；b:成像；c:拍照；d:圖像處理判定角度。本發(fā)明中的日位傳感器利用圖像處理技術(shù)而非肉眼或光敏器件定晷影角度，具有準確性高，一致性好，不需要活動部件或大量傳感單元，適用入射方位角、仰角范圍廣，結(jié)果易于數(shù)字化輸出。日位傳感器可以任意傾角放置并結(jié)合三軸傳感器和地理時間信息定傳感器姿態(tài)參數(shù)。
【專利說明】-種基于圖像處理技術(shù)的電子日位傳感器及其使用方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于圖像處理技術(shù)的電子日位傳感器及其測角、測姿方法，用于 太陽投射影子或太陽本身在照相機所成影像進行圖像處理獲得太陽相對角度信息W及進 而結(jié)合重力分量和位置信息得到傳感器的姿態(tài)信息，屬于工程測量領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)日碁不方便自動化，某些電子日碁或采用多個光敏器件在不同固定角度等日 光照到或遮擋后觸發(fā)角度判決；或采用光敏器件旋轉(zhuǎn)到碁影角度，觸發(fā)角度判決?；蚬ぷ鲿r 段受限，或需要機械動作配合。本發(fā)明在使用時不需多余動作，可W實現(xiàn)長時段，大范圍角 度測量。
[0003] 傳統(tǒng)日碁用于測向僅用于碁面水平的情形。某些不水平計時應用時有固定傾角和 指向正南或正北方向要求。傳統(tǒng)測姿態(tài)技術(shù)要用巧螺儀。本發(fā)明用于任意方向傾角的太陽 相對角度自動測量，可W結(jié)合H軸重力加速計和GI^實現(xiàn)測量碁面姿態(tài)的方向，傾角滾轉(zhuǎn) 角參數(shù)。在已知任意碁面姿態(tài)時也可用于計時。
[0004]


【發(fā)明內(nèi)容】
： 本發(fā)明在自動提取日光投影角度時提供一種不需要傳統(tǒng)光敏器件實現(xiàn)太陽相對角度 判讀電子化、數(shù)字化的日位傳感裝置，并為擺脫復雜的巧螺結(jié)構(gòu)和操作提供一種基于此種 日位傳感裝置的測姿方法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下；一種基于圖像處理技術(shù)的 電子日位傳感器，所述裝置包括殼體，其特征在于：所述殼體的底面為碁面，碁面上方放置 有遮光裝置，所述裝置還包括鏡頭置于遮光裝置上方并指向碁面的相機，W及用于控制相 機拍照并對所拍圖片進行圖像處理和角度判讀，并完成存儲輸出的CPU和存儲輸出單元。
[0006] 所述遮光裝置為實也碁針或空也碁針或碁斑，相機通過支撐物與殼體連接，不干 擾遮光裝置成影。
[0007] 所述空也針為有針狀缺口的遮光薄片，其可采用多個針位，即面向多個方向的遮 光片，保證所述日位傳感器可大范圍測角。
[0008] 遮光裝置選用碁斑，所述碁斑是遮光片或開小孔的遮光片；用作光照時在碁面形 成斑狀碁影，當用開孔的遮光片時，可形成明亮的斑狀碁影。
[0009] 所述碁面可W任意方向傾角放置。
[0010] 一種基于圖像處理技術(shù)的電子日位傳感器引申變形的判讀太陽方位角的裝置，所 述裝置不含權(quán)利要求1所述的遮光裝置，其特征在于：該裝置包括碁面和相機，所述相機的 鏡頭朝上并指向天空，用于太陽出現(xiàn)在圖像的捕捉范圍內(nèi)時拍照，經(jīng)圖像處理后判讀太陽 方位角。
[0011] 一種使用基于圖像處理技術(shù)的電子日位傳感器的測角方法，其特征在于；步驟如 下， 步驟一：通過固定傳感器，使遮光裝置在碁面清晰成影； 步驟二；利用擺在遮光裝置上方的相機拍攝碁影； 步驟H;使用中央處理單元對照片圖像處理，并判讀出角度后存儲輸出。
[0012] 一種測姿傳感器裝置：在基于圖像處理技術(shù)的電子日位傳感器中添加H軸重力加 速傳感器和GPS，其中H軸重力加速傳感器一軸垂直于碁面，另兩軸平行于碁面，其中一軸 與碁面零刻度線指向一致。
[001引所述GPS在位置已知時可用時鐘替代。
[0014] 所述測姿傳感器的測姿方法有如下步驟： 步驟一：將測姿傳感器裝置，與被測物體H軸方向一致固定； 步驟二：通過GI^模塊采集被測物體所在的地理位置和采集太陽相對方位角的標準時 間，通過H軸重力加速傳感器采集被測物體的傾角Y、滾轉(zhuǎn)角0，通過日位傳感器采集太 陽對于日位傳感器零度方向的相對入射方位角4 ; 步驟H;根據(jù)GI^模塊采集被測物體所在的地理位置和采集太陽相對方位角的標準時 間，結(jié)合太陽軌道信息計算出太陽當時相對當?shù)氐乩砘鶞拭娴难鼋莂和方位角目；

【權(quán)利要求】
1. 一種基于圖像處理技術(shù)的電子日位傳感器，所述裝置包括殼體，其特征在于：所述 殼體的底面為晷面（5)，晷面（5)上方放置有遮光裝置（3)，所述裝置還包括鏡頭置于遮光 裝置（3)上方并指向晷面（5)的相機（1)，以及用于控制相機（1)拍照并對所拍圖片進行圖 像處理和角度判讀，并完成存儲輸出的CPU和存儲輸出單元（10)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像處理技術(shù)的電子日位傳感器，其特征在于：所述遮 光裝置為實心晷針（3. 1)或空心晷針（3. 2)或晷斑（3. 3)，相機（1)通過支撐物（6)與殼體 連接，不干擾遮光裝置成影。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像處理技術(shù)的電子日位傳感器，其特征在于：所述空 心針（3. 2)為有針狀缺口的遮光薄片，其可采用多個針位，即面向多個方向的遮光片，保證 所述日位傳感器可大范圍測角。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像處理技術(shù)的電子日位傳感器，其特征在于：遮光裝 置選用晷斑（3. 3)，所述晷斑（3. 3)是遮光片或開小孔的遮光片；用作光照時在晷面形成斑 狀晷影（4)，當用開孔的遮光片時，可形成明亮的斑狀晷影（4)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項所述的基于圖像處理技術(shù)的電子日位傳感器，其特征在 于：所述晷面（5)可以任意方向傾角放置。
6. -種利用權(quán)利要求1所述的基于圖像處理技術(shù)的電子日位傳感器引申變形的判讀 太陽方位角的裝置，所述裝置不含權(quán)利要求1所述的遮光裝置（3)，其特征在于：該裝置包 括晷面（5)和相機（1)，所述相機（1)的鏡頭朝上并指向天空，用于太陽出現(xiàn)在圖像的捕捉 范圍內(nèi)時拍照，經(jīng)圖像處理后判讀太陽方位角。
7. -種使用權(quán)利要求1所述的基于圖像處理技術(shù)的電子日位傳感器的測角方法，其特 征在于：步驟如下， 步驟一：通過固定傳感器，使遮光裝置在晷面清晰成影； 步驟二：利用擺在遮光裝置上方的相機拍攝晷影； 步驟三：使用中央處理單元對照片圖像處理，并判讀出角度后存儲輸出。
8. -種測姿傳感器裝置：在根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于圖像處理技術(shù)的電子日位 傳感器中添加三軸重力加速傳感器（11)和GPS，其中三軸重力加速傳感器（11) 一軸垂直 于晷面（5)，另兩軸平行于晷面（5)，其中一軸與晷面零刻度線（2)指向一致。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的測姿傳感器裝置，其特征在于：位置已知時所述GPS可用時 鐘替代。
10. -種使用權(quán)利要求8的裝置的測姿方法：其特征在于：所述測姿方法有如下步驟： 步驟一：將權(quán)利要求8所述的測姿傳感器裝置，與被測物體三軸方向一致固定； 步驟二：通過GPS模塊采集被測物體所在的地理位置和采集太陽相對方位角的標準時 間,通過三軸重力加速傳感器采集被測物體的傾角Y、滾轉(zhuǎn)角9,通過日位傳感器采集太 陽對于日位傳感器零度方向的相對入射方位角??； 步驟三：根據(jù)GPS模塊采集被測物體所在的地理位置和采集太陽相對方位角的標準時 間，結(jié)合太陽軌道信息計算出太陽當時相對當?shù)氐乩砘鶞拭娴难鼋莂和方位角運；
【文檔編號】G01C1/00GK104359453SQ201410632165
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】畢詩捷 申請人:畢詩捷