TWI600865B - Chasing day system and its operation method - Google Patents

Description

追日系統及其操作方法

本發明係有關於一種追日的技術，特別是指一種藉由利用影像處理技術來搜尋天空中最亮點，進而確認太陽所在位置之追日系統。

傳統的太陽能發電系統，依太陽能板設置方式，可分為固定型與追日型兩種，而當追日型之太陽能發電系統整合應用於一太陽能面板上時，並相較於固定型之太陽能發電系統，除了可大幅提升預期產生的發電量約33%外，又能讓太陽能面板與日光直射角度近乎於90°的最佳角度。

然而，一般追日型之太陽能發電系統乃是根據當地的地理位置與太陽運轉的軌道來計算出太陽的運行方位與軌跡，並由當地的時間來推估太陽在當時可能所在天空的位置，因此，除所需求匹配之機械構件與馬達電控構件等精密度、儀校與配置成本大幅增加外，因此當變更系統的設置地點時，則必須將內、外部的軟硬體構件重新設定，在實質的操作上實為相當不便。綜上，有鑑於此，實則有待改善之。

有鑒於前述習知技藝之不足後，本發明之目的乃在於提供一種利用影像處理技術來搜尋天空中最亮點，進而用以代表太陽位置之追日系統，除具有不易受天候因素所影響、降低軟硬體配置成本、提升追日 精準度等功效之外，更能藉由所配置之攝影功能來提供監控太陽能面板表面是否具髒污、裂痕或損壞等現象，進而提供操作者或使用者識別。

為達到上述目的，本發明提供一種追日系統的操作方法，其步驟包含有：

S1步驟、提供一太陽能面板、一鏡頭、一驅動裝置以及一控制模組；該驅動裝置具有一馬達以及一調整件，該馬達連接於該調整件；該調整件連接於該太陽能面板，用以控制該太陽能面板的作動，進而調整該太陽能面板的方向及角度；該控制模組係各別電性連接於該鏡頭與該驅動裝置之馬達。

S2步驟、以該鏡頭攝取天空影像，而該微處理器接收來自於該鏡頭所傳輸的一影像數據。

S3步驟、該微處理器藉由執行一第一演算邏輯來分析運算該影像數據中的一灰階影像數據，進而產生一最亮點數據。

S4步驟、該微處理器將依據該最亮點數據計算出該最亮點數據所在位置與該鏡頭中所攝取畫面之預設中心點二者之間的一位移數據，用以辨識太陽是否位於該鏡頭中攝取畫面之預定中心原點位置。當該微處理器判斷該位移數據表示為太陽未位於該鏡頭中攝取畫面之預定中心原點位置時，則繼續執行S5步驟；當該微處理器判斷該位移數據(例如該位移數據表示為0時)表示為太陽已位於該鏡頭中攝取畫面之預定中心原點位置時，則執行S6步驟。

S5步驟、該微處理器將依據該位移數據產生一相對應的啟動訊號並傳輸至該馬達，該馬達將依據該啟動訊號而運動，進而驅動該調整件控制該太陽能面板作動，使得該太陽能面板正對於太陽的位置。

S6步驟、該微處理器將產生一閒置訊號而傳輸至該驅動裝 置，用以控制該驅動裝置得依據該閒置訊號而閒置一預定時間之後，則可回到該S2步驟中繼續執行。

較佳地，其更包含有一X步驟，即該微處理器更具有一第二演算邏輯，當該鏡頭所攝取的該影像數據為一彩色影像數據時，該微處理器係藉由執行該第二演算邏輯將該彩色影像數據轉換為該灰階影像數據；其中，該X步驟係介於該S2步驟與該S3步驟之間執行。

較佳地，其更包含有一Z步驟，即該微處理器更具有一第三演算邏輯，該微處理器藉由執行該第三演算邏輯來濾除該影像數據之雜訊；其中，該Z步驟可介於該S2步驟與該S3步驟或該S3步驟與該S4步驟之間。

有關於本發明之追日系統的結構、作動特性及其所欲達成之功效等，將於後續實施方式中詳載敘明，於此便不再贅述。

10、10A、10B、10C‧‧‧追日系統

11‧‧‧太陽能面板

13、13A、13B、13C‧‧‧鏡頭

15、15B、15C‧‧‧驅動裝置

151、151B、151C‧‧‧馬達

153‧‧‧調整件

20、20A、20B、20C‧‧‧控制模組

21、21A、21B、21C‧‧‧微處理器

211、211A、211B‧‧‧第一演算邏輯

213、213B‧‧‧第二演算邏輯

215‧‧‧第三演算邏輯

23‧‧‧接收器

25‧‧‧發射器

D1‧‧‧影像數據

D2‧‧‧最亮點數據

D3‧‧‧位移數據

R‧‧‧距離

S1、S2、S3、S4‧‧‧步驟

S5、S6、X、Z‧‧‧步驟

T1‧‧‧第一閾值

T2‧‧‧第二閾值

N1‧‧‧啟動訊號

N2‧‧‧閒置訊號

Y‧‧‧位置

θ‧‧‧角度

第1圖係為本發明第一較佳實施例之系統架構示意圖。

第2圖係為本發明第一較佳實施例之系統配置示意圖。

第3圖係為本發明第一較佳實施例之系統畫面示意圖。

第4圖係為本發明第一較佳實施例之實測數據示意圖。

第5圖係為本發明第一較佳實施例之第一流程步驟示意圖。

第6圖係為本發明第一較佳實施例之第二流程步驟示意圖。

第7圖係為本發明第二較佳實施例之系統架構示意圖。

第8圖係為本發明第二較佳實施例之流程步驟示意圖。

第9圖係為本發明第三較佳實施例之系統架構示意圖。

第10圖係為本發明第三較佳實施例之流程步驟示意圖。

第11圖係為本發明第四較佳實施例之系統架構示意圖。

以下將藉由所列舉之實施例並配合所隨附之圖式，詳述本發明之結構特性與其預期功效，首先，以下闡述之各實施例及圖式中，相同之參考號碼，係表示相同或類似之元素、元件、物件、結構、系統、架構、裝置、流程、方法或步驟，合先敘明。

請先參閱第1圖，本發明係提供一種追日系統10，其包含有：

一太陽能面板11，即為習知一般具有能接收太陽能或輻射能的構件。

一鏡頭13，用以攝取天空中的影像；該鏡頭13所攝取的影像可包含但不限於一靜態彩色影像數據、一靜態灰階影像數據、一動態彩色影像數據或一動態灰階影像數據。

一驅動裝置15，係具有一馬達151以及一調整件153，該馬達153連接於該調整件153；該調整件153連接於該太陽能面板11，用以控制該太陽能面板11的作動，進而調整該太陽能面板11的方向及角度。

一控制模組20，係各別電性連接於該鏡頭13與該驅動裝置15之馬達151；該控制模組20具有一微處理器21，而該微處理器21具有一第一演算邏輯211以及一第二演算邏輯213。

而於本發明之第一較佳實施例中，其相較於習知技術的顯著功效乃在於：藉由該追日系統10之鏡頭13來攝取天空中的影像，透過該追日系統10之控制模組20的影像處理技術來轉換為代表亮度的數據，除能用以輔助判斷天候狀態外，更能用以驅動該驅動裝置15作動至正對於太陽的位置為止。

請再一併參閱第2圖，該追日系統10之鏡頭13乃舉例以樹莓派攝影裝置來攝取天空中的影像，但非用以限制本發明之第一較佳實施例欲主張的技術特徵及其所欲達成之功效，合先敘明；若將該鏡頭13中所攝取的畫面劃分為一平面座標(舉例為0°~180°)，再將不同時間點所攝取到的太陽影像重疊起來後，首先，假設該追日系統10之鏡頭13於不同時間點所攝取之太陽影像位置的距離R皆為定值，接著，假設不同時間點所攝取到的太陽影像位置之間所夾的角度為θ(舉例為0°~90°之間)，故可透過本發明之第一較佳實施例來合理推定太陽於該鏡頭13中位置Y的比例關係為R×sinθ。

請再一併參閱第3圖，該微處理器21之第一演算邏輯211乃用以將自該鏡頭13所攝取的一影像數據D1，而本案係舉例該影像數據D1為一灰階影像數據，但非用以作為限定本案所欲主張之技術特徵，合先敘明。在該鏡頭13中所攝取畫面係假設由一第一軸向(舉例為X軸向)與一第二軸向(舉例為Y軸向)所構成具有預設中心原點座標(0,0)的畫面，接著，再透過該微處理器21之第一演算邏輯211來分析運算該影像數據D1，進而產生一最亮點數據D2，意即將該影像數據D1中每個像素(pixel)轉換為可代表亮度的亮度值(luminance)後，再進行算術平均，用以作為代表太陽的中心位置。其中，當該最亮點數據D2大於預設的一第一閾值T1時，則表示當時的天候狀態為晴朗；當該最亮點數據D2小於預設的一第二閾值T2時，則表示當時的天候狀態為陰雨天；當該最亮點數據D2介於該第一閾值T1與該第二閾值T2之間時，則表示當時的天候狀態為非晴朗。而於本案中，係舉例該第一閾值T1設定為230，該第二閾值T2設定為200。

請再一併參閱第4圖，接著，該微處理器21將依據該最亮點數據D2來計算出該最亮點數據D2的所在位置與該鏡頭13中所攝取畫面之預設中心原點二者之間的一位移數據D3，進而產生一相對應的啟動訊號N1 並傳輸至該馬達151；接著，該馬達151將依據該啟動訊號N1而隨之運動，進而驅動該調整件153得以作動，直至該調整件153控制該太陽能面板11作動，調整方向及角度至該太陽能面板11正對於太陽的位置為止。而本案中所指「正對於太陽的位置」乃是當以該太陽能面板11為基準面時，其法線方向所正指向於太陽之意。

接著，經實測後，當該位移數據D3為314時，則表示必須驅動該調整件153控制該太陽能面板11作動至正對於太陽位置的轉動角度為10°；當該位移數據D3為575時，則表示必須驅動該調整件153控制該太陽能面板11作動至正對於太陽位置的轉動角度為20°；當該位移數據D3為788時，則表示必須驅動該調整件153控制該太陽能面板11作動至正對於太陽位置的轉動角度為30°；當該位移數據D3為927時，則表示必須驅動該調整件153控制該太陽能面板11作動至正對於太陽位置的轉動角度為40°；而當該位移數據D3為970時，則表示必須驅動該調整件153控制該太陽能面板11作動至正對於太陽位置的轉動角度為50°。

綜上所陳，即當透過本發明所提供之追日系統10來輔助追蹤太陽位置時，除具有不易受天候因素所影響、降低軟硬體配置成本、提升追日精準度等功效之外，更能藉由所配置之攝影功能來提供監控太陽能面板表面是否具髒污、裂痕或損壞等現象，進而提供操作者或使用者識別。

以上為詮釋本發明之第一較佳實施例的技術特徵及其功效，其後，將繼續闡述可應用於本發明之第一較佳實施例的一種追日系統的操作方法。

請再參閱第5圖，係本發明所提供之一種追日系統的操作方法，其步驟包含有：

S1步驟、提供一太陽能面板11、一鏡頭13、一驅動裝置15 以及一控制模組20；該驅動裝置15具有一馬達151以及一調整件153，該馬達153連接於該調整件153；該調整件153連接於該太陽能面板11，用以控制該太陽能面板11的作動，進而調整該太陽能面板11的方向及角度；該控制模組20係各別電性連接於該鏡頭13與該驅動裝置15之馬達151。

S2步驟、以該鏡頭13攝取天空中的影像，而該微處理器21接收來自於該鏡頭13所傳輸的一影像數據D1。

S3步驟、當該影像數據D1為一灰階影像數據時，該微處理器21藉由執行一第一演算邏輯211來分析運算該影像數據D1，進而產生一最亮點數據D2。

S4步驟、該微處理器21將依據該最亮點數據D2計算出該最亮點數據D2所在位置與該鏡頭13中所攝取畫面之預設中心點二者之間的一位移數據D3，用以辨識太陽是否位於該鏡頭13中攝取畫面之預定中心原點位置；當該微處理器21判斷該位移數據D3表示為太陽未位於該鏡頭13中攝取畫面之預定中心原點位置時，則繼續執行S5步驟；當該微處理器21判斷該位移數據D3(例如：該位移數據D3表示為0時)表示為太陽已位於該鏡頭13中攝取畫面之預定中心原點位置時，則執行S6步驟。

S5步驟、該微處理器21將依據該位移數據D3產生一相對應的啟動訊號N1並傳輸至該馬達151，該馬達151將依據該啟動訊號N1而運動，進而驅動該調整件153控制該太陽能面板11作動，使得該太陽能面板11正對於太陽的位置。

S6步驟、該微處理器21將產生一閒置訊號N2而傳輸至該驅動裝置15，用以控制該驅動裝置15得依據該閒置訊號N2而閒置一預定時間。其中，使用者或操作者將可依據各部件之機械作動誤差時間，進一步設定該微處理器21所欲產生的該閒置訊號N2，以利於該太陽能面板11可配 合該預定時間來作動至正對於太陽的位置。

綜上，此時即完成應用於本發明之第一較佳實施例的一次性追日系統的操作方法。

請再參閱第6圖，於該S6步驟中，當該驅動裝置15依據該閒置訊號N2而閒置一預定時間後，則將再回到該S2步驟中繼續執行後續步驟。

緣此，藉以達到應用於本發明之第一較佳實施例的即時性追日系統的操作方法及其功效。其後，將繼續闡述本發明之第二較佳實施例的技術特徵及其功效。

請再參閱第7圖，係本發明所提供之一種追日系統10A，主要係概同於前揭實施例，而不同之處乃在於：

該控制模組20A之微處理器21A更具有一第二演算邏輯213；意即，當該鏡頭13A所攝取的一影像數據D1為一彩色影像數據時，該微處理器21A係先執行該第二演算邏輯213將該彩色影像數據轉換為該灰階影像數據後，再接著繼續執行該第一演算邏輯211A，即進行分析運算進而產生一最亮點數據D2。

而於本發明之第二較佳實施例中，其顯著的技術特徵及所欲達成之功效乃在於：首先，在該鏡頭13A中所攝取畫面係假設由一第一軸向(舉例為X軸向)與一第二軸向(舉例為Y軸向)所構成具有預設中心原點座標(0,0)的畫面；接著，再透過該第二演算邏輯213先將該影像數據D1(本實施例係舉例該影像數據D1為一彩色影像數據)編列為矩陣形式，矩陣形式內的每一個元素即稱為像素(pixel)，而每一個像素(pixel)皆由R(red)、G(green)和B(blue)三原色所組成；接著，再透過該第二演算邏輯213將該彩色影像數據中每個像素(pixel)轉換為可代表灰階值的灰階影像數據後，隨即，再繼續執行該第一演算邏輯211A，即進行分析運算進 而產生一最亮點數據D2。

以上為詮釋本發明之第二較佳實施例的技術特徵及其功效，其後，將繼續闡述可應用於本發明之第二較佳實施例的一種追日系統的操作方法。

請再參閱第8圖，係本發明所提供之一種追日系統的操作方法，主要係概同於前揭實施例的操作方法，而其不同之處乃在於：

其更包含有一X步驟，即該微處理器21A更具有一第二演算邏輯213，而當該影像數據D1為一彩色影像數據時，該微處理器21A係藉由執行該第二演算邏輯213將該彩色影像數據轉換為該灰階影像數據；而該X步驟係介於該S2步驟與該S3步驟之間執行。

以上為詮釋應用於本發明之第二較佳實施例的一種追日系統的操作方法，其後，將繼續闡述本發明之第三較佳實施例的技術特徵及其功效。

請再參閱第9圖，係本發明所提供之一種追日系統10B，主要係概同於前揭第一、第二實施例，而其不同之處乃在於：

該控制模組20B之微處理器21B更具有一第三演算邏輯215，該微處理器21B係藉由執行該第三演算邏輯215來濾除該影像數據D1之雜訊。

而於本發明之第三較佳實施例中，其顯著的技術特徵及所欲達成之功效乃在於：透過該第三演算邏輯215中包含有一高斯平滑化濾波器(Gaussian smoothing filter)的關係，除可用來濾除當該影像數據D1如前階第一實施例所舉例之灰階影像數據所產生的高亮度雜訊之外，更能用來濾除當該影像數據D1如前階第二實施例所舉例之彩色影像數據所產生的雜訊，進而優化該影像數據D1並避免該追日系統10B誤判太陽的正確位置。

承上，於本發明之第三較佳實施例中，係舉例該第三演算邏輯215中包含有該高斯平滑化濾波器(Gaussian smoothing filter)，但非以此作為限定本發明之第二較佳實施例所欲主張的技術特徵，合先敘明。

以上為詮釋本發明之第三較佳實施例的技術特徵及其功效，其後，將繼續闡述可應用於本發明之第三較佳實施例的一種追日系統的操作方法。

請再參閱第10圖，係本發明提供之一種追日系統的操作方法，主要概同於前揭第一、第二實施例的操作方法，而其不同之處乃在於：

其更包含有一Z步驟，即該微處理器21B更具有一第三演算邏輯215，而該微處理器21B係藉由執行該第三演算邏輯215來濾除該影像數據D1之雜訊。

其中，該Z步驟可介於該S2步驟至該步驟S4之任一步驟之間執行之；而當該Z步驟為複數時，可將該一Z步驟介於該S2與該S3二步驟之間，即若先執行該X步驟讓該微處理器21B藉由執行該第二演算邏輯213B將該影像數據D1由該彩色影像數據轉換為該灰階影像數據之後，接著，再執行該一Z步驟讓該微處理器21B藉由執行該第三演算邏輯215來濾除該灰階影像數據之雜訊；而若先執行該一Z步驟時，則是先讓該微處理器21B藉由執行該第三演算邏輯215來濾除該影像數據D1為該彩色影像數據時所產生的雜訊之後，接著，再接續執行該X步驟讓該微處理器21B藉由執行該第二演算邏輯213B將該影像數據D1由該彩色影像數據轉換為該灰階影像數據。

接著，再將另一該Z步驟介於該S3與該S4二步驟之間，即先執行該S3步驟讓該微處理器21B藉由執行一第一演算邏輯211B來分析運算該影像數據D1，進而產生一最亮點數據D2之後，接著，再執行另該一Z步驟讓該微處理器21B藉由執行該第三演算邏輯215來濾除該最亮點數據D2之 雜訊。

以上為詮釋應用於本發明之第三較佳實施例的一種追日系統的操作方法，其後，將繼續闡述本發明之第四較佳實施例的技術特徵及其功效。

請再參閱第11圖，係本發明所提供之一種追日系統10C，主要係概同於前揭第一、第二、第三實施例，而其不同之處乃在於：

該控制模組20C更包含有一接收器23以及一發射器25，該微處理器21C係各別電性連接於該接收器23與該發射器25；即透過該接收器23用以接收來自於該鏡頭13C所傳輸的該影像數據D1，而電性傳輸至該微處理器21C，而該微處理器21C則是透過該發射器25將該啟動訊號N1與該閒置訊號N2傳輸至該驅動裝置15C之馬達151C。

而於本發明之第三較佳實施例中，其顯著的技術特徵及所欲達成之功效乃在於：透過該控制模組20C之接收器23與該發射器25的非同步傳輸之效，進而讓該影像數據D1、該啟動訊號N1與該閒置訊號N2三者可隨該追日系統10C的整體機械作動來調整訊號與數據的批次作業功效。

最後，必須再次說明，凡於本發明所屬技術領域中具有通常知識者應能明確知悉，該等詳細說明以及本發明所列舉之實施例，僅適於說明本發明之結構、方法、流程等及其欲達成之功效，而非用以限制本發明之申請專利範圍的範疇，其他等效元素、元件、物件、結構、裝置、方法或流程之替代或變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。

S1、S2、S3‧‧‧步驟

S4、S5、S6‧‧‧步驟

Claims (6)

1. 一種追日系統，其包含有：一太陽能面板；一鏡頭，用以攝取天空影像；一驅動裝置，係具有一馬達以及一調整件，該馬達連接於該調整件；該調整件係連接於該太陽能面板，用以控制該太陽能面板的作動；以及一控制模組，係各別電性連接於該鏡頭與該驅動裝置之馬達；該控制模組具有一微處理器、一接收器以及一發射器，而該微處理器係各別電性連接於該接收器與該發射器；而該微處理器具有一第一演算邏輯、一第二演算邏輯以及一第三演算邏輯；其中，該微處理器係透過該接收器接收來自於該鏡頭所傳輸的一彩色影像數據，而該第二演算邏輯係將該彩色影像數據轉換為一灰階影像數據，而該第三演算邏輯係用以濾除該彩色影像數據與該灰階影像數據之雜訊，而該第一演算邏輯係用以分析運算該灰階影像數據，進而產生一最亮點數據；該微處理器將依據該最亮點數據計算出該最亮點數據所在位置與該鏡頭中所攝取畫面之預設中心原點二者之間的一位移數據，進而產生一相對應的啟動訊號並透過該發射器傳輸至該馬達；該馬達將依據該啟動訊號而運動，進而驅動該調整件得以作動，直至該調整件控制該太陽能面板作動至正對於太陽的位置為止。
2. 一種追日系統的操作方法，其步驟包含有：S1、提供一太陽能面板、一鏡頭、一驅動裝置以及一控制模組；該驅動裝置具有一馬達以及一調整件，該馬達連接於該調整件；該調整件連接於該太陽能面板，用以控制該太陽能面板的作動，進而調整該太陽能面板的方向及角度；該控制模組各別電性連接於該鏡頭與該驅動裝置之馬達； S2、以該鏡頭攝取天空影像，而該微處理器接收來自於該鏡頭所傳輸的一影像數據；S3、該微處理器藉由執行一第一演算邏輯來分析運算該影像數據中的一灰階影像數據，進而產生一最亮點數據；S4、該微處理器將依據該最亮點數據計算出該最亮點數據所在位置與該鏡頭中所攝取畫面之預設中心點二者之間的一位移數據，用以辨識太陽是否位於該鏡頭中攝取畫面之預定中心原點位置；當該微處理器判斷該位移數據表示為太陽未位於該鏡頭中攝取畫面之預定中心原點位置時，則繼續執行S5步驟；當該微處理器判斷該位移數據表示為太陽已位於該鏡頭中攝取畫面之預定中心原點位置時，則執行S6步驟；S5、該微處理器將依據該位移數據產生一相對應的啟動訊號並傳輸至該馬達，該馬達將依據該啟動訊號而運動，進而驅動該調整件控制該太陽能面板作動，使得該太陽能面板正對於太陽的位置；以及S6、該微處理器將產生一閒置訊號而傳輸至該驅動裝置，用以控制該驅動裝置得依據該閒置訊號而閒置一預定時間之後，則回到該S2步驟中繼續執行。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之追日系統的操作方法，其更包含有一X步驟，即該微處理器更具有一第二演算邏輯，當該鏡頭所攝取的該影像數據為一彩色影像數據時，該微處理器係藉由執行該第二演算邏輯將該彩色影像數據轉換為該灰階影像數據；其中，該X步驟係介於該S2步驟與該S3步驟之間執行。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之追日系統的操作方法，其更包含有二Z步驟，即該微處理器更具有一第三演算邏輯，該微處理器係藉由執行該第三演算邏輯來濾除該影像數據之雜訊；其中，該一Z步驟可介於該S2步驟與該S3步驟之間，即先執行該X步驟之後，再執行該一Z步驟，用以濾除該灰 階影像數據之雜訊；另一該Z步驟可介於該S3步驟與該S4步驟之間，即先執行該S3步驟之後，再執行另該一Z步驟，用以濾除該最亮點數據之雜訊。
5. 依據申請專利範圍第3項所述之追日系統的操作方法，其更包含有二Z步驟，即該微處理器更具有一第三演算邏輯，該微處理器係藉由執行該第三演算邏輯來濾除該影像數據之雜訊；其中，該一Z步驟可介於該S2步驟與該S3步驟之間，即先執行該一Z步驟之後，用以濾除該彩色影像數據之雜訊，再執行該X步驟；另一該Z步驟可介於該S3步驟與該S4步驟之間，即先執行該S3步驟之後，再執行另該一Z步驟，用以濾除該最亮點數據之雜訊。
6. 依據申請專利範圍第2項所述之追日系統的操作方法，其更包含有一Z步驟，即該微處理器更具有一第三演算邏輯，該微處理器係藉由執行該第三演算邏輯來濾除該影像數據之雜訊；其中，該Z步驟可介於該S3步驟與該S4步驟之間，即先執行該S3步驟之後，再執行Z步驟，用以濾除該最亮點數據之雜訊。