[0004] 为了解决上述背景技术提出的技术问题,本发明旨在提供一种基于图像采集和处理的太阳跟踪系统和方法,将PC机与嵌入式系统相结合,并通过在图像采集过程中使用中断函数,从而能够快速处理采集的每帧图像,提高跟踪的实时性和精度。
[0005] 为了实现上述技术目的,本发明的技术方案为:
[0006] 一种基于图像采集和处理的太阳跟踪系统,包括摄像头、存储模块、嵌入式处理器、电平转换芯片、PC机和伺服电机,所述图像采集器经存储模块与嵌入式处理器相连,PC机通过电平转换芯片与嵌入式处理器相连,伺服电机的控制端与嵌入式处理器相连,伺服电机的输出轴与摄像头相接触;摄像头采集图像数据并存储于存储模块中,嵌入式处理器从存储模块调取图像数据并上传给PC机,PC机根据上传的图像数据估计太阳的实时质心坐标,再根据质心坐标生成电机控制信号并传送给嵌入式处理器,嵌入式处理器根据电机控制信号驱动伺服电机运转,从而带动摄像头跟踪太阳质心。
[0007] 基于上述技术方案的优选方案,所述摄像头的型号为OV7725。
[0008] 基于上述技术方案的优选方案,所述电平转换芯片的型号为CP2102。
[0009] 基于上述技术方案的优选方案,所述存储模块为FIFO存储器。
[0010] 基于上述技术方案的优选方案,所述嵌入式处理器采用STM32型单片机。
[0011] 本发明还提出了基于上述太阳跟踪系统的太阳跟踪方法,包括以下步骤:
[0012] (1)PC机初始化参数,打开串口,准备进行通信;
[0013] (2)PC机向嵌入式处理器发送握手信号,嵌入式处理器接收到握手信号后,从存储模块中调取一帧图像数据上传给PC机;
[0014] (3)当PC机接收到该帧图像数据的终止符时,表示PC机已成功接收到一帧图像,此时PC机触发中断函数,中止PC机与嵌入式处理器之间的数据传输,并在中断函数中进行如下图像处理:
[0015] (a)将接收到的图像转化为灰度图像,并去除图像的高斯噪声和椒盐噪声;
[0016] (b)采用最大类间方差法计算图像二值化的阈值,再利用该阈值进行图像二值化;
[0017] (c)预先设定面积阈值,对二值化图像进行连通域标记,找出其中面积最大且面积大于面积阈值的连通域,该区域即为包含太阳边缘信息的提取目标;
[0018] (d)对提取目标的边缘进行遍历迭代运算,得到边缘上相距最远的两点a和b,以ab的中点c再进行遍历迭代运算,得到边缘上距离点c最远的点d,以点d为中心,沿边缘分别向点a、b出发,对区域边缘上这两段曲线分别进行采样;
[0019] (e)运用最小二乘法对两段曲线取得的采样点进行拟合,得到拟合圆,该圆的圆心即为太阳的质心;
[0020] (4) PC机根据估计出的太阳质心坐标生成相应的电机控制信号,并传送给嵌入式处理器,嵌入式处理器根据电机控制信号驱动伺服电机运转,从而带动摄像头实时跟踪太阳;
[0021] (5)返回步骤(2),PC机重新向嵌入式处理器发送握手信号。
[0022] 进一步地,在步骤(a)之前,需要将PC机接收到的图像数据从ASCII格式转换成M*N的矩阵,其中M*N为预先设定的像素数。
[0023] 进一步地,在步骤(a)中,采用维纳自适应滤波器去除图像的高斯噪声和椒盐噪声。
[0024] 采用上述技术方案带来的有益效果:
[0025] (1)本发明提出了PC机与嵌入式系统相结合的上下位机系统,弥补了现有的单一依赖PC机或嵌入式系统带来的缺陷,实现优势互补,提升跟踪系统的精度;
[0026] (2)本发明在图像采集过程中使用中断函数,在中断函数中实现图像处理以及太阳质心坐标的估计,从而能够快速处理采集的每帧图像,提高跟踪的实时性和精度。