CN108955625B - 一种获取太阳位置信息的方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种获取太阳位置信息的方法和***。方法包括：获取三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值；根据光强值获取像素点坐标；对像素点坐标进行固定方向取点，获取坐标到图像中心的连线与X轴的夹角；根据太阳方位角直线拟合方程获取第一坐标；根据第一坐标获取第一斜率，根据第一斜率和夹角获取太阳方位角；根据太阳天顶角直线拟合方程、太阳方位角和夹角获取第二坐标；根据第二坐标获取第二斜率，根据第二斜率和夹角获取太阳天顶角；根据太阳方位角和太阳天顶角获取太阳位置信息。采用本发明的方法或***，根据大气偏振模式分布规律，进行太阳位置的反演，对每一点散射结果依赖较低，具有较高的估算精度和更好的大气环境适应性。

Description

一种获取太阳位置信息的方法和***

技术领域

本发明涉及定位领域，特别是涉及一种获取太阳位置信息的方法和***。

背景技术

现有的用大气偏振模式计算太阳位置方法主要分为两种。一是可利用空间任意E矢量垂直太阳方向矢量的特性，建立满足条件的方程矢量函数，求解矩阵最优解进而求解太阳位置信息。二是从大气偏振光分布的理论数学模型入手，通过测量有限点的偏振信息(偏振度或偏振角)，应用最小二乘法、聚类分析法等优化算法来求解太阳位置。此外，还有一些学者利用图像处理方法对偏振角图像进行处理以获取太阳方位角信息。归结以上方法，最终多为对建立的非线性函数方程组进行求解，精度较低，且求解过程为迭代求解，计算时间偏长，因此，针对现在偏振光导航发展实时性和高精度性的需求，寻找一种利用大气偏振模式快速获取高精度太阳位置的方法和***就显得很有必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种用大气偏振模式快速获取高精度太阳位置的方法和***。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种获取太阳位置信息的方法，所述获取太阳位置信息的方法包括：

获取三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值；

根据所述光强值获取斯托克斯矢量值；

根据所述斯托克斯矢量值获取偏振角信息图像，及所述偏振角信息图像对+应的像素点坐标；

对所述像素点坐标进行固定方向取点，获取所述像素点坐标到图像中心的连线与X轴的夹角；

根据太阳方位角直线拟合方程获取映射后的第一坐标；

对映射后的第一坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第一斜率，根据所述第一斜率和所述夹角获取太阳方位角；

根据太阳天顶角直线拟合方程、所述太阳方位角和所述夹角获取映射后的第二坐标；

对映射后的第二坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第二斜率，根据所述第二斜率和所述夹角获取太阳天顶角；

根据所述太阳方位角和所述太阳天顶角获取太阳位置信息。

可选的，所述获取三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值，具体包括：

转动相机使所述相机成像面垂直向上并保持水平，所述相机主轴对准地理正北方向，将多波段滤光片调到全通波段，调节鱼眼镜头与微距镜头Macro lens的距离使所述相机成像清晰，通过所述相机同时采集三幅不同角度的偏振图像的光强值。

可选的，根据所述光强值获取斯托克斯矢量值，具体包括：

根据下列公式计算斯托克斯矢量值{I,Q,U}

其中，I表示偏振图像的总强度；Q为大气光在水平方向上的线偏振图像强度，U代表大气光在45°方向上的线偏振图像强度，I₁、I₂和I₃分别为三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值。

可选的，根据所述斯托克斯矢量值获取偏振角信息图像，及所述偏振角信息图像对应的像素点坐标，具体包括：

根据下列公式计算偏振角信息A:

其中，Q为大气光在水平方向上的线偏振分布，U代表大气光在45°方向上的线偏振分布；

根据偏振角信息A获取所述振角信息图像的像素点坐标(x，y)。

可选的，所述根据太阳方位角直线拟合方程获取映射后的第一坐标，具体包括：

根据下列公式获取映射后的第一坐标：

其中，x为所述偏振角信息图像的像素点的横坐标，y为所述偏振角信息图像的像素点的纵坐标，α所述像素点坐标对应的偏振角度，X₁为映射后新的横坐标，Y₂为映射后新的纵坐标。

可选的，所述对映射后的第一坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第一斜率，根据所述第一斜率和所述夹角获取太阳方位角，具体包括：

根据下列公式计算夹角获取太阳方位角：

其中，

表示太阳方位角，k₁表示第一斜率，β表示像素点坐标到图像中心的连线与X轴的夹角。

可选的，所述根据太阳天顶角直线拟合方程、所述太阳方位角和所述夹角获取映射后的第二坐标；具体包括：

根据下列公式获取映射后的第二坐标：

其中，x为所述偏振角信息图像的像素点的横坐标，y为所述偏振角信息图像的像素点的纵坐标，α为所述像素点坐标(x,y)相对应的偏振角度，X₂为映射后新的横坐标，Y₂为映射后新的纵坐标，

表示太阳方位角，β表示像素点坐标到图像中心的连线与X轴的夹角。

可选的，所述对映射后的第二坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第二斜率，根据所述第二斜率和所述夹角获取太阳天顶角，具体包括：

根据下列公式计算夹角获取太阳天顶角：

θ_s＝arctan(k₂)

其中，θ_s表示太阳天顶角，k₂表示第一斜率。

为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：

一种获取太阳位置信息的***，所述获取太阳位置信息的***包括：

光强值获取单元，用于获取三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值；

斯托克斯矢量值获取单元，用于根据所述光强值获取斯托克斯矢量值；

像素点坐标获取单元，用于根据所述斯托克斯矢量值获取偏振角信息图像，及所述偏振角信息图像对应的像素点坐标；

夹角获取单元，用于对所述像素点坐标进行固定方向取点，获取所述像素点坐标到图像中心的连线与X轴的夹角；

第一坐标获取单元，用于根据太阳方位角直线拟合方程获取映射后的第一坐标；

太阳方位角获取单元，用于对映射后的第一坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第一斜率；根据所述第一斜率和所述夹角获取太阳方位角；

第二坐标获取单元，用于根据所述太阳天顶角直线拟合方程、所述太阳方位角和所述夹角获取映射后的第二坐标；

太阳天顶角获取单元，用于对映射后的第二坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第二斜率，根据所述第二斜率和所述夹角获取太阳天顶角；

太阳位置信息获取单元，用于根据所述太阳方位角和所述太阳天顶角获取太阳位置信息。

可选的，斯托克斯矢量值获取单元，具体包括：

根据下列公式计算斯托克斯矢量值单元{I,Q,U}

其中，I表示偏振图像的总强度；Q为大气光在水平方向上的线偏振强度，U代表大气光在45°方向上的线偏振强度，I₁、I₂和I₃分别为三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明中获取太阳位置信息的方法，获取三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值；根据光强值获取偏振角信息图像的像素点坐标；根据“∞”字形特征方程得到的太阳方位角直线拟合方程获取映射后的第一坐标和第二坐标，根据第一坐标和第二坐标获取第一斜率和第二斜率，根据第一斜率和第二斜率分别获取太阳方位角和太阳天顶角，最终根据太阳方位角和太阳天顶角获取太阳位置信息。显然，本发明是根据大气偏振模式分布规律，进行太阳位置的反演。对每一点散射结果依赖较低，具有较高的估算精度和更好的大气环境适应性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1获取太阳位置信息的方法流程图；

图2为本发明实施例2获取太阳位置信息的***结构图；

图3为理论太阳偏振角分布图；

图4为仿真方位角拟合曲线图；

图5为仿真天顶角拟合曲线；

图6为实测偏振角分布图；

图7为实测方位角拟合曲线图；

图8为实测天顶角拟合曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种用大气偏振模式快速获取高精度太阳位置的方法和***。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例1获取太阳位置信息的方法流程图。如图1所示，一种获取太阳位置信息的方法，所述获取太阳位置信息的方法包括：

步骤101：获取三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值；

具体的，转动相机使所述相机成像面垂直向上并保持水平，所述相机主轴对准地理正北方向，将多波段滤光片调到全通波段，调节鱼眼镜头与微距镜头Macro lens的距离使所述相机成像清晰，通过所述相机同时采集三幅不同角度的偏振图像的光强值，所述相机的类型是三通道偏振相机。

步骤102：根据所述光强值获取斯托克斯矢量值；

具体的，根据下列公式计算斯托克斯矢量值{I,Q,U}：

其中，I表示偏振图像的总强度；Q为大气光在水平方向上的线偏振图像强度，U代表大气光在45°方向上的线偏振图像强度，I₁、I₂和I₃分别为三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值

步骤103：根据所述斯托克斯矢量值获取偏振角信息图像，及所述偏振角信息图像对应的像素点坐标；具体的，根据下列公式计算偏振角信息A:

其中，Q为大气光在水平方向上的线偏振分布，U代表大气光在45°方向上的线偏振分布；

根据偏振角信息A获取所述振角信息图像的像素点坐标(x，y)。

步骤104：对所述像素点坐标进行固定方向取点，获取所述像素点坐标到图像中心的连线与X轴的夹角；

步骤105：根据太阳方位角直线拟合方程获取映射后的第一坐标；

具体的，根据下列太阳方位角直线拟合方程获取映射后的第一坐标：

其中，x为所述偏振角信息图像的像素点的横坐标，y为所述偏振角信息图像的像素点的纵坐标，α所述像素点坐标对应的偏振角度，X₁为映射后新的横坐标，Y₂为映射后新的纵坐标。

步骤106：对映射后的第一坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第一斜率，根据所述第一斜率和所述夹角获取太阳方位角；

具体的，根据下列公式计算夹角获取太阳方位角：

其中，

表示太阳方位角，k₁表示第一斜率，β表示像素点坐标到图像中心的连线与X轴的夹角。

步骤107：根据太阳天顶角直线拟合方程、所述太阳方位角和所述夹角获取映射后的第二坐标；

具体的，根据下列太阳天顶角直线拟合方程获取映射后的第二坐标：

其中，x为所述偏振角信息图像的像素点的横坐标，y为所述偏振角信息图像的像素点的纵坐标，α为所述像素点坐标(x,y)相对应的偏振角度，X₂为映射后新的横坐标，Y₂为映射后新的纵坐标，

表示太阳方位角，β表示像素点坐标到图像中心的连线与X轴的夹角。

步骤108：对映射后的第二坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第二斜率，根据所述第二斜率和所述夹角获取太阳天顶角；

具体的，根据下列公式计算夹角获取太阳天顶角：

θ_s＝arctan(k₂)

其中，θ_s表示太阳天顶角，k₂表示第一斜率。

步骤109：根据所述太阳方位角和所述太阳天顶角获取太阳位置信息。

本发明是建立在大气偏振模式的“∞”字形分布特征建模的基础上，通过对“∞”字形表征方程进一步推导，建立坐标转换的线性拟合模型。“∞”字形表征方程是可描述为等偏振角分布的解析函数，因此，通过对获取的偏振角图像信息上各像素点与表征方程建立起一一对应的关系，即获得了满足关系的带未知参数求解非线性方程组。

将对太阳位置的计算由求解非线性方程组转化为求解线性方程组的问题。即对蕴含有两个未知参数太阳位置(天顶角、方位角)构成的表征方程进行进一步推导，化为分别以未知参数太阳天顶角和方位角为斜率的直线方程，通过直线拟合求斜率的方法进行求解太阳位置。直线拟合方法求解，时间更快，且实测实验验证精度较高。

本发明建立的线性拟合模型求解太阳位置，主要公式如下：

“∞”字形表征方程推导方位角公式：

“∞”字形表征方程推导天顶角公式：

本发明采用固定方向取点的方法，提高了利用有效信息。结合推导公式，可以发现，当固定取点方向后，方位角求解直接拟合方程是一条斜率

唯一的直线，同时，固定方向取点，即可增大对获得的有效大气偏振信息的利用，避免因外界遮挡致使局部信息误差较大，从而导致实测求解结果精度大大降低的问题。

利用大气偏振模式分布规律，进行太阳位置的反演。对每一点散射结果依赖较低，具有较高的估算精度和更好的大气环境适应性。现有的方法多基于瑞利模型，根据精确的散射理论，建立空间位置的散射几何关系，进行太阳位置求解。而瑞利散射理论描述的是理想状态下光线传输过程中的一次散射情况，但实际大气状况下天空散射情况比瑞利散射理论要复杂的多，因此，由天空中每个被观测点的散射函数建立的几何方程，进行太阳位置求解存在较大误差。而本发明是根据大气偏振模式分布规律，进行太阳位置的反演。对每一点散射结果依赖较低，具有较高的估算精度和更好的大气环境适应性。

实施例2：

图2为本发明实施例2获取太阳位置信息的***结构图。如图2所示，一种获取太阳位置信息的***，所述获取太阳位置信息的***包括：

光强值获取单元201，用于获取三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值；

根据下列公式计算斯托克斯矢量值单元{I,Q,U}：

其中，I表示偏振图像的总强度；Q为大气光在水平方向上的线偏振强度，U代表大气光在45°方向上的线偏振强度，I₁、I₂和I₃分别为三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值；

像素点坐标获取单元203，用于根据所述斯托克斯矢量值获取偏振角信息图像，及所述偏振角信息图像对应的像素点坐标；

夹角获取单元204，用于对所述像素点坐标进行固定方向取点，获取所述像素点坐标到图像中心的连线与X轴的夹角；

第一坐标获取单元205，用于根据太阳方位角直线拟合方程获取映射后的第一坐标；

太阳方位角获取单元206，用于对映射后的第一坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第一斜率；根据所述第一斜率和所述夹角获取太阳方位角；

第二坐标获取单元207，用于根据所述太阳天顶角直线拟合方程、所述太阳方位角和所述夹角获取映射后的第二坐标；

太阳天顶角获取单元208，用于对映射后的第二坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第二斜率，根据所述第二斜率和所述夹角获取太阳天顶角；

太阳位置信息获取单元209，用于根据所述太阳方位角和所述太阳天顶角获取太阳位置信息。

实施例3：

通过一个仿真实验来验证通过本发明的方法和***获取太阳位置信息的效果。

选取实验地点选在合肥的合肥工业大学主教学楼(东经117°17’43”，北纬31°50'49”)，时间为2015年3月18日早上6:19为与实测实验相匹配，仿真了与实测数据时间匹配的偏振角图。图3为理论太阳偏振角分布图(太阳天顶角和方位角8.414004，78.420799)。

仿真实验，选取β＝35°方向在偏振角图像上进行取点，黑色直线为按β＝35°方向的取点，图4为仿真方位角拟合曲线图，对所取点进行方位角拟合方程，拟合曲线基本与理论取点重合，可见拟合效果较好，所求方位角的精度可达10^-6。将方位角带入天顶角拟合方程，得到拟合曲线。图5为仿真天顶角拟合曲线，拟合曲线基本与理论取点重合，可见拟合效果较好，所求天顶角的精度可达10^-6，表1为仿真太阳位置及其误差。

表1仿真太阳位置及其误差

实施例4：

通过一个实测实验来验证通过本发明的方法和***获取太阳位置信息的效果。

实测试验选取地点在合肥工业大学主教。(经纬度：东经117°17′44″，北纬31°50′48″)时间为2015年3月18日早上6:19-6:59，每隔10分钟进行实验，由本发明的方法计算太阳位置信息及误差结果如表2所示。图6为实测偏振角分布图。

实测实验，选取沿着β＝35°方向在偏振角图像上进行取点，图7为实测方位角拟合曲线图，对所取点进行方位角方程拟合，拟合曲线基本与理论取点重合，所求方位角的精度可达10^-2。将方位角带入天顶角拟合方程，得到拟合曲线，图8为实测天顶角拟合曲线图，可见天顶角取点虽有些散乱，但拟合曲线基本拟合出实测取点的趋势，与理论取点的曲线较为平行，但没有像仿真数据几乎重合在一起，这是因为，除去原始数据本身较真值由误差的影响而有所改变，且在预处理中使用了移动平均线法，使得处理后的数据值有了一定的改变，即原本的直线拟合方程由Y＝kX+b变为了Y+Δy＝k(X+Δx)+b＝kX+(kΔx+b)。因此，实测拟合直线由于截距改变的原因将无法与理论拟合曲线重合。所求天顶角的精度可达10^-1。表2为2015年3月18日早上6:19:-6:59共五组实测太阳位置及其误差。

表2 6:19:-6:59实测太阳位置及其误差

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种获取太阳位置信息的方法，其特征在于，所述获取太阳位置信息的方法包括：

获取三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值；

根据所述光强值获取斯托克斯矢量值；

根据所述斯托克斯矢量值获取偏振角信息图像，及所述偏振角信息图像对应的像素点坐标；

对所述像素点坐标进行固定方向取点，获取所述像素点坐标到图像中心的连线与X轴的夹角；

根据太阳方位角直线拟合方程获取映射后的第一坐标；

对映射后的第一坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第一斜率，根据所述第一斜率和所述夹角获取太阳方位角；

根据太阳天顶角直线拟合方程、所述太阳方位角和所述夹角获取映射后的第二坐标；

对映射后的第二坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第二斜率，根据所述第二斜率获取太阳天顶角；

根据所述太阳方位角和所述太阳天顶角获取太阳位置信息；

所述获取三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值，具体包括：

转动相机使所述相机成像面垂直向上并保持水平，所述相机主轴对准地理正北方向，将多波段滤光片调到全通波段，调节鱼眼镜头与微距镜头Macro lens的距离使所述相机成像清晰，通过所述相机同时采集三幅不同偏振角度的偏振图像的光强值；

所述根据所述光强值获取斯托克斯矢量值，具体包括：

根据下列公式计算斯托克斯矢量值{I,Q,U}；

其中，I表示偏振图像的总强度；Q为大气光在水平方向上的线偏振强度，U代表大气光在45°方向上的线偏振强度，I₁、I₂和I₃分别为三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值；

所述根据所述斯托克斯矢量值获取偏振角信息图像，及所述偏振角信息图像对应的像素点坐标，具体包括：

根据下列公式计算偏振角信息A:

其中，Q为大气光在水平方向上的线偏振强度，U代表大气光在45°方向上的线偏振强度；

根据偏振角信息A获取所述偏振角信息图像的像素点坐标(x，y)；

所述根据太阳方位角直线拟合方程获取映射后的第一坐标，具体包括：

根据下列公式获取映射后的第一坐标：

其中，x为所述偏振角信息图像的像素点的横坐标，y为所述偏振角信息图像的像素点的纵坐标，α为所述像素点坐标对应的偏振角度，X₁为映射后新的横坐标，Y₁为映射后新的纵坐标；

所述对映射后的第一坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第一斜率，根据所述第一斜率和所述夹角获取太阳方位角，具体包括：

根据下列公式获取太阳方位角：

其中，

表示太阳方位角，k₁表示第一斜率，β表示像素点坐标到图像中心的连线与X轴的夹角；

所述根据太阳天顶角直线拟合方程、所述太阳方位角和所述夹角获取映射后的第二坐标，具体包括：

根据下列公式获取映射后的第二坐标：

其中，x为所述偏振角信息图像的像素点的横坐标，y为所述偏振角信息图像的像素点的纵坐标，α为所述像素点坐标(x,y)相对应的偏振角度，X₂为映射后新的横坐标，Y₂为映射后新的纵坐标，

表示太阳方位角，β表示像素点坐标到图像中心的连线与X轴的夹角；

所述对映射后的第二坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第二斜率，根据所述第二斜率获取太阳天顶角，具体包括：

根据下列公式获取太阳天顶角：

θ_s＝arctan(k₂)

其中，θ_s表示太阳天顶角，k₂表示第二斜率。

2.一种获取太阳位置信息的***，其特征在于，所述获取太阳位置信息的***包括：

光强值获取单元，用于获取三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值；

斯托克斯矢量值获取单元，用于根据所述光强值获取斯托克斯矢量值；

像素点坐标获取单元，用于根据所述斯托克斯矢量值获取偏振角信息图像，及所述偏振角信息图像对应的像素点坐标；

夹角获取单元，用于对所述像素点坐标进行固定方向取点，获取所述像素点坐标到图像中心的连线与X轴的夹角；

第一坐标获取单元，用于根据太阳方位角直线拟合方程获取映射后的第一坐标；

太阳方位角获取单元，用于对映射后的第一坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第一斜率；根据所述第一斜率和所述夹角获取太阳方位角；

第二坐标获取单元，用于根据所述太阳天顶角直线拟合方程、所述太阳方位角和所述夹角获取映射后的第二坐标；

太阳天顶角获取单元，用于对映射后的第二坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第二斜率，根据所述第二斜率获取太阳天顶角；

太阳位置信息获取单元，用于根据所述太阳方位角和所述太阳天顶角获取太阳位置信息；

所述光强值获取单元，具体用于转动相机使所述相机成像面垂直向上并保持水平，所述相机主轴对准地理正北方向，将多波段滤光片调到全通波段，调节鱼眼镜头与微距镜头Macro lens的距离使所述相机成像清晰，通过所述相机同时采集三幅不同偏振角度的偏振图像的光强值；

所述斯托克斯矢量值获取单元，具体用于根据下列公式计算斯托克斯矢量值{I,Q,U}：

其中，I表示偏振图像的总强度；Q为大气光在水平方向上的线偏振强度，U代表大气光在45°方向上的线偏振强度，I₁、I₂和I₃分别为三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值；

所述像素点坐标获取单元，具体用于根据下列公式计算偏振角信息A:

其中，Q为大气光在水平方向上的线偏振强度，U代表大气光在45°方向上的线偏振强度；

根据偏振角信息A获取所述偏振角信息图像的像素点坐标(x，y)；

所述第一坐标获取单元，具体用于根据下列公式获取映射后的第一坐标：

其中，x为所述偏振角信息图像的像素点的横坐标，y为所述偏振角信息图像的像素点的纵坐标，α为所述像素点坐标对应的偏振角度，X₁为映射后新的横坐标，Y₁为映射后新的纵坐标；

所述太阳方位角获取单元，具体用于根据下列公式获取太阳方位角：

其中，

表示太阳方位角，k₁表示第一斜率，β表示像素点坐标到图像中心的连线与X轴的夹角；

第二坐标获取单元，具体用于根据下列公式获取映射后的第二坐标：

其中，x为所述偏振角信息图像的像素点的横坐标，y为所述偏振角信息图像的像素点的纵坐标，α为所述像素点坐标(x,y)相对应的偏振角度，X₂为映射后新的横坐标，Y₂为映射后新的纵坐标，

表示太阳方位角，β表示像素点坐标到图像中心的连线与X轴的夹角；

太阳天顶角获取单元，具体用于根据下列公式获取太阳天顶角：

θ_s＝arctan(k₂)

其中，θ_s表示太阳天顶角，k₂表示第二斜率。

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