私立東海大學資訊工程學系畢業專題

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私立東海大學資訊工程學系畢業專題

私 立 東 海 大 學資 訊 工 程 學 系畢 業 專 題Digital Image Processing with DynamicCorrection Solar Tracking System指 導 老 師 ..組 員 ..黃 宜 豊賴 信 斌中 華 民 國 九 十 八 年 十 月


目 錄1 緒 論 41.1 研 究 動 機 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.2 研 究 目 標 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 研 究 背 景 42.1 追 日 系 統 介 紹 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.1.1 主 動 式 追 日 系 統 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.1.2 被 動 式 追 日 系 統 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.2 影 響 數 位 相 機 拍 攝 因 素 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.2.1 ISO 感 光 度 和 解 析 度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.3 EXIF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.4 影 像 色 彩 空 間 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.4.1 RGB 色 彩 空 間 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.4.2 YCbCr 色 彩 空 間 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.5 地 平 座 標 系 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 研 究 方 法 53.1 拍 攝 器 材 與 方 法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.2 取 得 影 像 的 亮 度 資 訊 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.3 影 像 二 值 化 處 理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.4 標 記 影 像 中 的 太 陽 光 點 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.4.1 Union-Find 結 構 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.4.2 Component Labeling Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.5 影 像 座 標 系 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.6 相 片 座 標 系 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.7 影 像 和 相 片 座 標 系 的 轉 換 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.8 計 算 太 陽 的 中 心 座 標 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.9 計 算 角 度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 被 動 式 系 統 Solar Potiton Algorithm 95 系 統 架 構 與 流 程 96 實 驗 與 測 試 結 果 97 結 論 102


參 考 文 獻 103


1 緒 論1.1 研 究 動 機地 球 上 石 油 能 源 逐 漸 耗 盡 , 綠 色 能 源 ( 風力 、 水 力 、 太 陽 能 等 ) 是 未 來 主 要 研 究 方 向 ,根 據 統 計 , 人 類 一 年 消 耗 的 能 量 , 相 當 於 太 陽照 射 地 球 40 分 鐘 左 右 所 帶 來 的 能 量 。 人 類 用 電需 求 量 日 益 增 加 , 然 而 火 力 發 電 燃 燒 所 需 要 的煤 炭 , 會 造 成 大 氣 中 溫 室 氣 體 的 增 加 , 使 地 球溫 度 漸 漸 上 升 , 破 壞 自 然 生 態 。 另 外 現 今 主 要的 電 力 供 應 來 源 為 核 能 發 電 , 但 近 來 環 保 意 識的 崛 起 , 反 核 的 聲 浪 也 不 斷 擴 大 , 是 否 持 續 利用 核 能 發 電 也 成 為 一 個 問 題 。 由 於 能 源 問 題 ,促 使 再 生 能 源 的 興 起 , 其 中 太 陽 能 的 發 展 漸 漸成 熟 , 太 陽 能 電 池 的 發 電 效 率 成 為 重 要 的 研 究議 題 。1.2 研 究 目 標2 研 究 背 景2.1 追 日 系 統 介 紹2.1.1 被 動 式 追 日 系 統追 日 系 統 一 般 分 為 兩 種 , 主 動 式 和 被 動 式 。被 動 式 日 照 追 蹤 系 統 透 過 各 季 節 、 每 日 不 同 時段 和 經 緯 度 的 最 佳 日 照 資 料 , 計 算 出 太 陽 能 板吸 收 太 陽 能 的 最 佳 角 度 , 此 追 日 系 統 所 需 要 的只 是 驅 動 馬 達 、 驅 動 機 械 組 件 與 控 制 馬 達 運 作, 另 外 系 統 需 再 整 合 時 間 同 步 機 制 , 達 到 追 日系 統 的 最 佳 化 。太 陽 一 年 的 照 射 範 圍 從 南 緯 23.5 度 到 北 緯23.5 度 , 台 灣 位 於 北 半 球 緯 度 23.5 度 的 北 迴 歸線 上 , 因 此 太 陽 的 照 射 日 造 充 足 , 太 陽 能 電 池的 利 用 更 顯 得 其 價 值 。 太 陽 能 電 池 的 受 光 角度 , 影 響 著 它 的 發 電 效 率 , 因 此 , 對 於 計 算 太陽 位 置 , 許 多 天 文 專 家 投 入 研 究 並 提 出 了 許 多方 法 。 本 研 究 利 用 簡 單 的 攝 影 器 材 , 從 影 像 中來 推 算 太 陽 的 位 置 , 讓 太 陽 能 電 池 有 著 最 大 的發 電 效 益 。2.2 影 響 數 位 相 機 拍 攝 因 素與 傳 統 相 機 不 同 , 隨 著 電 子 產 業 的 進 步 ,數 位 相 機 的 元 件 更 是 多 樣 且 功 能 亦 是 不 斷 地 增強 , 不 同 產 牌 的 數 位 相 機 的 其 拍 攝 能 力 各 有 不同 的 表 現 。 其 中 影 響 拍 攝 能 力 最 大 因 素 的 就 是感 光 元 件 CCD(Charge Coupled Device), 一般 而 言 ,CCD 的 像 素 愈 高 , 相 機 的 解 析 度 就 愈高 , 影 像 的 品 質 也 愈 好 。4


2.2.1 ISO 感 光 度 和 解 析 度ISO 感 光 度 代 表 著 傳 統 相 機 所 用 的 的 底 片 對光 線 的 敏 感 度 , 其 數 值 愈 大 , 代 表 感 光 程 度 愈強 。 為 了 統 一 計 量 單 位 , 數 位 相 機 也 沿 用 了 這個 標 準 , 其 ISO 值 愈 低 所 需 的 曝 光 亮 量 愈 高 , 反之 ISO 值 愈 高 所 需 的 曝 光 量 愈 低 , 在 光 線 較 黯 淡的 地 方 可 以 選 用 較 高 的 感 光 度 來 拍 攝 。 數 位 相機 利 用 提 高 感 光 元 件 的 訊 號 來 增 加 感 光 度 , 但是 無 形 中 就 提 高 了 訊 號 中 的 雜 訊 , 畫 質 變 得 粗糙 。是 用 CMYK( 青 、 深 紅 、 黃 、 黑 ) 和 CMY( 青 、 深紅 、 黃 )。2.4.1 RGB 色 彩 空 間在 RGB 色 彩 空 間 中 , 每 一 個 色 彩 是 以 紅 、綠 、 藍 的 基 譜 分 量 來 表 現 , 三 種 色 光 以 不 同 比例 調 和 出 各 種 不 同 的 顏 色 出 來 如 下 圖 所 示 。 其中 RGB 位 於 三 個 頂 點 上 , 青 色 、 紫 紅 色 和 黃 色 在另 外 三 個 頂 點 上 , 全 彩 影 像 為 24 位 元 , 也 就 是R、G、B 各 8 位 元 , 其 值 域 範 圍 為 0〜255。數 位 相 機 的 解 析 度 代 表 著 所 拍 出 的 影 像 有多 少 的 像 素 , 以 解 析 度 1600x1200( 水 平 像 素 x垂 直 像 素 ) 為 例 , 代 表 影 像 中 有 192 萬 個 像 素 。2.3 EXIFEXIF(Exchangeable Image File Format)最 初 由 JEIDA(Japan Electronic Industry DevelopmentAssociation) 日 本 電 子 工 業 發 展 協會 所 制 定 。 在 數 位 相 機 拍 攝 時 ,EXIF 可 以 紀 錄拍 攝 時 的 資 訊 及 相 機 的 訊 息 在 影 像 中 , 像 是 光圈 、 快 門 、 感 光 度 、 解 析 度 、 拍 攝 日 期 等 。 我們 利 用 metadata extraction [1] 這 個 Java 套 件來 抓 取 影 像 中 的 焦 距 和 解 析 度 的 資 料 。2.4 影 像 色 彩 空 間色 彩 空 間 (color space), 的 目 的 是 以某 種 標 準 來 指 定 色 彩 , 描 述 在 數 位 影 像 所 看到 、 和 所 使 用 的 色 彩 。 色 彩 空 間 所 包 含 的 色 彩範 圍 , 就 稱 為 色 域 。 在 各 種 不 同 的 裝 置 上 , 都有 其 不 同 的 色 彩 範 圍 , 一 般 數 位 影 像 常 用 到 的就 是 RGB( 紅 、 綠 、 藍 ) 色 彩 空 間 , 在 印 刷 上 則Figure 2.1: RGB 色 彩 空 間 之 立 方 體2.4.2 YCbCr 色 彩 空 間YCbCr 色 彩 空 間 是 將 彩 度 與 亮 度 分 離 的 色彩 模 型 , 為 ITU-R BT.601 所 發 展 出 來 ,Y 指 亮度 ,Cb 指 藍 色 彩 度 , 而 Cr 指 紅 色 彩 度 。 其 中 Y是 由 彩 色 轉 換 成 灰 階 影 像 的 灰 階 值 , 主 要 是 依據 人 類 的 眼 睛 對 RGB 三 原 色 ( 紅 、 綠 、 藍 ) 的 不同 敏 感 度 而 來 , 其 中 轉 換 的 係 數 越 大 時 , 表 示人 類 的 眼 睛 對 於 該 種 顏 色 較 為 敏 感 。YCbCr 被廣 泛 應 用 在 眾 多 電 腦 視 覺 技 術 上 以 及 數 位 產 品上 , 例 如 JPEG、MPEG 等 視 訊 格 式 。 下 列 方 程 式5


為 RGB 色 彩 空 間 轉 到 YCbCr 色 彩 空 間 。3 研 究 方 法Y = 0.299 × R + 0.587 × G + 0.114 × B + 0 (1)Cb = −0.169 × R − 0.331 × G + 0.499 × B + 128 (2)Cr = 0.499 × R − 0.418 × G + −0.0813 × B + 128 (3)2.5 地 平 座 標 系地 平 座 標 系 (Horizontal Coordinate System),是 以 觀 測 者 所 在 地 為 中 心 點 , 觀 察 者 所在 地 平 面 為 基 礎 平 面 , 中 心 點 正 上 方 稱 為 天 頂(Zenith), 正 下 方 為 天 底 (Nadir)。 物 體 與地 平 面 的 夾 角 稱 為 仰 角 或 高 度 角 (ElevationAngle), 地 平 面 上 的 物 體 與 北 方 順 時 針 方 向的 角 度 稱 為 方 位 角 (Azimuth Angle), 在 地平 座 標 系 中 , 物 體 的 位 置 以 高 度 角 及 方 位 角 標示 。 另 外 天 頂 角 (Zenith Angle) 為 高 度 角 的互 補 角 , 其 中 Zenith Angle = 90 ◦ − ElevationAngle, 為 天 頂 到 物 體 之 間 的 角 度 。 在 天 體 計算 中 , 天 頂 角 和 方 位 角 常 被 用 來 標 示 天 體 的 位置 。3.1 拍 攝 器 材 與 方 法基 於 方 便 的 理 由 , 我 們 採 用 一 般 消 費 型 數位 相 機 作 為 拍 攝 器 材 , 下 表 為 我 們 採 用 的 相機 。相 機 型 號 Pentax Optio Z10採 用 解 析 度 3264x2448拍 攝 時 焦 距 6.3 mm採 用 ISO 感 光 度 64CCD 高 度 4.29 mmCCD 寬 度 5.76 mm拍 攝 時 所 採 用 的 ISO 值 為 相 機 支 援 最 低 的 , 以 達到 較 好 的 成 像 品 質 。 此 外 為 了 能 夠 清 楚 的 拍 攝太 陽 , 需 要 在 鏡 頭 加 上 遮 光 罩 來 過 濾 多 餘 的 光線 。 因 為 遮 光 罩 極 為 昂 貴 , 所 以 我 們 利 用 便 宜的 玻 璃 紙 製 作 簡 易 的 遮 光 罩 。 將 紅 色 、 藍 色 、綠 色 的 玻 璃 紙 各 一 張 疊 在 一 起 , 並 且 固 定 在 一起 至 於 鏡 頭 前 面 。Figure 3.1: 以 玻 璃 紙 製 作 的 遮 光 罩Figure 2.2: 天 頂 角 (z)、 方 位 角 (A) 和 高度 角 (h)6


3.3 影 像 二 值 化 處 理影 像 二 值 化 是 將 一 張 灰 階 影 像 , 轉 為 只 有黑 白 ( 黑 色 為 背 景 , 白 色 為 前 景 ) 兩 種 顏 色 的影 像 , 常 用 來 當 作 分 離 物 體 的 工 具 。 在 上 述 步驟 中 所 計 算 的 平 均 亮 度 值 , 為 影 像 中 最 亮 的Figure 3.2: 拍 攝 結 果 1千 分 之 四 個 點 的 亮 度 平 均 值 , 以 此 作 為 影 像二 值 化 的 臨 界 值 (threshold), 將 影 像 中 亮度 值 較 大 的 部 份 分 離 出 來 , 當 作 分 辨 太 陽 的 依據 。 像 素 的 顏 色 可 以 用 下 列 方 程 式 來 表 達 , 其Figure 3.3: 拍 攝 結 果 2中 B(i, j) 為 二 值 影 像 的 座 標 。⎧⎪⎨ 黑 色 , if Y < thresholdB(i, j) =⎪⎩ 白 色 , if Y ≥ threshold(4)3.2 取 得 影 像 的 亮 度 資 訊為 了 要 把 太 陽 從 影 像 中 區 別 開 來 , 我 們 利用 影 像 中 的 亮 度 值 進 行 分 析 , 將 我 們 所 要 的 區域 從 影 像 中 分 離 出 來 。 一 般 影 像 的 色 彩 空 間 為RGB, 但 是 從 RGB 色 彩 空 間 無 法 得 知 影 像 中 亮 度的 資 訊 , 因 此 我 們 將 色 彩 空 間 從 RGB 轉 為 YCbCr來 取 得 亮 度 的 資 訊 。 其 公 式 如 (1)、(2)、(3) 所示 。方 程 式 (1)、(2)、(3) 分 別 為 亮 度 、 藍 色彩 度 、 紅 色 彩 度 。 其 中 R、G、B、Y、Cb、Cr 的Figure 3.4: 影 像 二 值 化 前範 圍 位 於 0〜255 之 間 。 我 們 拍 攝 的 太 陽 在 影 像中 所 佔 有 的 像 素 約 為 總 像 素 的 千 分 之 四 , 因 此將 影 像 中 的 亮 度 值 取 最 亮 的 千 分 之 四 計 算 平 均值 , 以 此 定 義 為 太 陽 的 範 圍 。Figure 3.5: 影 像 二 值 化 後由 上 面 兩 圖 可 以 看 到 影 像 經 過 二 值 化 的 處理 後 , 可 能 為 太 陽 的 部 份 顯 示 為 為 白 色 , 其 餘為 黑 色 。7


3.4 標 記 影 像 中 的 太 陽 光 點將 二 值 影 像 中 , 各 前 景 的 像 素 點 視 為 中 心 ,則 該 中 心 周 圍 的 像 素 就 稱 為 neighbors, 一 般 可分 為 4-neighborhood 和 8-neighborhood。4-neighborhood為 上 下 左 右 四 個 像 素 ,8-neighborhood為 鄰 近 的 所 有 像 素 , 另 外 本 步 驟 使 用 的 priorneighbor,代 表 中 心 點 左 上 方 的 4 個 像 素 , 其 關係 如 下 圖 所 示 。且 分 析 該 區 塊 是 否 為 太 陽 的 區 域 位 置 。 例 如 該區 域 的 像 素 個 數 太 少 , 那 就 應 該 不 是 太 陽 而 是雜 訊 。3.4.1 Union-Find 結 構Union-Find 這 個 資 料 結 構 可 以 有 效 率 的 處理 union( 合 併 兩 個 集 合 ) 和 find( 找 出 元 素 屬於 哪 個 集 合 ) 這 兩 個 操 作 , 每 個 集 合 用 一 個 樹狀 結 構 來 表 示 , 每 個 節 點 即 為 一 個 Label。 此 結構 用 了 一 個 陣 列 PARENT 來 描 述 各 集 合 的 關 係 ,當 中 的 數 值 表 示 該 節 點 的 父 節 點 為 何 , 當 值 為0 則 表 示 該 節 點 為 根 節 點 。 如 下 圖 所 示 , 第 一 個集 合 包 含 了 標 籤 {1、2、3、4、8}, 第 二 個 集 合Figure 3.6: 4-neighborhood包 含 了 {5、6、7}。 藉 由 PARENT 中 0 的 個 數 , 可以 知 道 此 資 料 結 構 中 包 含 多 少 個 集 合 。 利 用 此結 果 可 以 得 知 二 值 影 像 中 區 塊 的 數 目 , 其 中 一個 集 合 代 表 著 一 個 區 塊 。Figure 3.7: 8-neighborhoodFigure 3.8: prior-neighbor經 過 二 值 化 處 理 過 後 的 影 像 , 亮 度 較 大 的Figure 3.9: Union-Find 結 構3.4.2 Component Labeling AlgorithmConnected Componet Labeling 演 算 法 有 兩個 步 驟 :部 份 會 從 背 景 中 分 離 出 來 , 在 理 想 的 狀 況 下 被分 離 出 來 的 只 有 太 陽 這 一 個 區 塊 , 然 而 在 氣 候條 件 較 差 的 情 況 下 , 拍 攝 出 來 的 太 陽 不 易 分 辨時 , 就 有 可 能 產 生 多 個 區 塊 。 為 了 能 分 辨 二 值影 像 中 不 同 的 區 域 位 置 , 需 要 將 每 一 個 區 域 位置 賦 予 不 同 的 標 籤 , 我 們 利 用 Connected ComponentLabeling [2], 辨 別 出 不 同 的 區 塊 , 並8


1. First Pass將 影 像 由 上 而 下 , 由 左 而 右 掃 過 , 若 掃到 的 像 素 為 前 景 , 則 將 此 像 素 的 標 籤 賦予 prior-neighbor 中 最 小 的 標 籤 , 若 沒 有prior-neighbor, 則 賦 予 新 的 標 籤 。 此 步3.5 影 像 座 標 系用 數 位 相 機 所 拍 設 的 影 像 , 其 座 標 系 為 影像 座 標 系 , 以 左 上 方 為 原 點 , 水 平 方 向 為 C 軸 、垂 直 方 向 為 R 軸 , 其 單 位 為 像 素 。驟 會 更 新 PARENT 陣 列 的 內 容 , 相 鄰 的 標 籤會 被 union 同 一 個 集 合 內 。O(0, 0)C✲2. Second Pass掃 描 整 個 影 像 , 若 相 鄰 的 像 素 的 標 籤 不 一樣 , 則 賦 予 相 鄰 像 素 中 最 小 的 標 籤 。 此 步驟 根 據 PARENT 陣 列 的 內 容 修 改 標 籤 。R❄❅■❅❅❅❅❅❅❅❅❅太 陽 中 心 (m, n)3.6 相 片 座 標 系在 相 片 座 標 系 中 , 以 中 心 點 為 原 點 , 水 平Figure 3.10: 二 值 影 像方 向 為 X 軸 、 垂 直 方 向 為 Y 軸 , 其 單 位 為 公 釐 (mm)。Y✻Figure 3.11: First Pass❏❪❏❅■❅❅❅❅❏❏❏❏❏❏❏✲X❅❅❅❅❅太 陽 中 心(M, N)O(0, 0)3.7 影 像 和 相 片 座 標 系 的 轉 換從 影 像 座 標 系 轉 換 到 相 片 座 標 系 , 我 們 需Figure 3.12: Second Pass要 利 用 數 位 相 機 感 光 元 件 的 大 小 , 計 算 每 個 像9


素 在 感 光 元 件 中 所 佔 實 際 長 度 。 其 計 算 方 式 如的 焦 距 (f) 來 計 算 角 度 。 其 方 程 式 如 下 所 示 。下 。tan θ h = M f(9)CCD ′ s widthH =number of horizontal pixelsCCD ′ s heightV =number of vertical pixels(5)(6)tan θ v = N fθ h = tan −1 M f(10)(11)座 標 系 的 轉 換 方 程 式 如 下θ v = tan −1 N f(12)(x, y) = ((c − a) × H, (b − r) × V ) (7)其 中 (c, r) 為 影 像 座 標 系 的 座 標 ,(x, y) 為 相片 座 標 系 的 座 標 ,(a, b) 為 影 像 的 中 心 座 標 。3.8 計 算 太 陽 的 中 心 座 標在 影 像 分 割 之 後 , 若 成 功 的 找 出 太 陽 的 區域 位 置 , 這 時 我 們 可 以 針 對 物 體 的 幾 何 特 性 ,來 計 算 物 體 的 中 心 點 , 我 們 利 用 下 列 方 程 式 來計 算 太 陽 中 心 點 在 影 像 座 標 系 的 座 標 (m, n)。(m, n) = ( 1 NN: 區 域 位 置 總 像 素 個 數∑ 1 ∑i, j) (8)NFigure 3.13: 水 平 視 點(i,j): 像 素 的 座 標3.9 計 算 角 度我 們 從 目 標 物 的 座 標 和 影 像 中 心 點 的 座標 , 藉 由 相 似 三 角 形 的 原 理 , 來 計 算 目 標 物 和中 心 點 之 間 , 在 景 象 中 的 水 平 角 度 和 垂 直 角度 。 將 太 陽 在 影 像 座 標 系 的 座 標 (m, n), 轉 換到 以 中 心 點 為 原 點 的 相 片 座 標 系 (M, N), 將 其單 位 從 像 素 轉 換 到 公 釐 , 以 便 利 用 相 機 拍 攝 時Figure 3.14: 垂 直 視 點經 過 計 算 後 得 到 的 θ h 和 θ v , 即 為 目 標 物 和中 心 點 之 間 的 水 平 角 度 和 垂 直 角 度 。 最 後 修 正天 頂 角 Θ 和 方 位 角 Φ, 以 計 算 出 目 標 物 正 確 的 位置 , 如 下 列 方 程 式 所 示 。Θ = Θ pre − θ v (13)Φ = Φ pre + θ h (14)10


Θ: 天 頂 角Φ: 方 位 角Θ pre : 前 一 次 修 正 的 天 頂 角Φ pre : 前 一 次 修 正 的 方 位 角4 被 動 式 系 統 Solar Potiton Algorithm這 個 演 算 法 是 由 Ibrahim Reda 及 Afshin Andreas[5], 所 提 出 , 其 計 算 太 陽 位 置 主 要 的 參數 包 含 黃 緯 、 黃 經 、 赤 緯 角 、 赤 經 角 和 時 角 ,另 外 由 於 觀 察 者 所 在 的 地 理 環 境 像 是 氣 壓 、 溫6 實 驗 與 測 試 結 果圖 5.1 中 的 紅 點 為 偵 測 出 來 的 太 陽 中 心 點 ,影 像 座 標 系 的 座 標 為 (1649,1156), 相 片 座 標系 的 座 標 為 (0.03,0.12), 平 均 亮 度 值 為 234,方 位 角 上 修 0.27 ◦ 天 頂 角 下 修 1.08 ◦ , 另 外 影 像 中左 上 角 的 白 色 方 塊 為 亮 度 值 取 樣 數 的 大 小 。 圖5.3 拍 攝 出 來 的 亮 點 較 小 , 平 均 亮 度 值 為 107,偵 測 出 的 太 陽 中 心 點 在 影 像 座 標 系 的 座 標 為(1919,962), 相 片 座 標 系 的 座 標 為 (0.5,0.45), 方 位 角 上 修 4.6 ◦ 天 頂 角 下 修 4.17 ◦ 。 圖 5.5 為偵 測 失 敗 的 結 果 , 平 均 亮 度 值 為 72, 影 像 中 有許 多 紅 點 , 為 亮 度 較 大 的 區 塊 。度 、 海 拔 高 度 的 不 同 所 產 生 的 視 差 , 此 演 算 法考 慮 了 這 些 因 素 並 加 以 修 正 , 這 個 演 算 法 適 用西 元 −2000 ∼ 6000 年 , 其 誤 差 值 介 於 ±0.0003 ◦ 。我 們 利 用 這 個 演 算 法 來 決 定 相 機 的 拍 攝 位 置 ,將 相 機 拍 攝 的 角 度 設 為 此 演 算 法 計 算 出 來 的 天頂 角 Θ 和 方 位 角 Φ, 以 確 保 相 機 能 夠 捕 捉 倒 太陽 。5 系 統 架 構 與 流 程Figure 6.1: 偵 測 結 果 1Figure 6.2: 圖 5.1 影 像 二 值 化 的 結 果11


Figure 6.3: 偵 測 結 果 2Figure 6.6: 圖 5.5 影 像 二 值 化 的 結 果7 結 論本 研 究 利 用 數 位 相 機 拍 攝 太 陽 , 將 立 體 空間 投 射 到 影 像 中 , 藉 由 計 算 影 像 中 太 陽 的 相 對位 置 , 以 推 算 太 陽 實 際 的 位 置 。 在 計 算 每 個 像素 的 實 際 長 度 時 , 其 影 像 解 析 度 的 大 小 影 響 著計 算 的 誤 差 值 , 當 影 像 解 析 度 愈 大 , 其 誤 差 值愈 小 , 不 過 相 對 地 , 會 花 較 多 的 時 間 在 影 像 處Figure 6.4: 圖 5.3 影 像 二 值 化 的 結 果理 的 計 算 上 。 影 像 中 從 太 陽 周 圍 到 太 陽 內 亮 度值 的 變 化 相 當 大 , 較 大 的 亮 度 值 取 樣 數 , 會 使平 均 亮 度 值 降 低 , 其 二 值 化 的 結 果 會 造 成 太 陽的 區 域 位 置 擴 大 , 本 研 究 採 用 影 像 總 像 素 的 千分 之 四 為 取 樣 數 , 具 有 不 錯 的 偵 測 效 果 。 另 外假 使 拍 攝 出 的 太 陽 不 夠 清 楚 或 是 沒 有 拍 到 明 顯的 亮 點 , 會 使 平 均 亮 度 值 會 過 低 , 導 致 偵 測 失敗 。Figure 6.5: 沒 有 拍 攝 到 太 陽 的 情 況


參 考 文 獻[1] drewnoakes, ``drewnoakes.com - jpegexif / iptc metadata extraction[10] http://thesis.lib.ncu.edu.tw/ETD-db/ETD-search-c/view_etd?URN=953208003in java.'' http://www.drewnoakes.com/code/exif, 2009. [Online; accessed 30-September-2009].[2] L. Shapiro and G. Stockman, ComputerVision, ch. 3, pp. 69--73.PrenticeHall, 2001.[3] ANAN, ``Mr.oh!.'' http://www.digital.idv.tw/DIGITAL/Classroom/MROH-CLASS/index-classroom-MROH.htm, 2009.[Online; accessed 30-September-2009].[4] Wikipedia, ``Plagiarism --- Wikipedia,the free encyclopedia.'' http://en.wikipedia.org/wiki/Angle_of_view,2009. [Online; accessed 30-September-2009].[5] I. Reda and A. Andreas, ``Solar positionalgorithm for solar radiationapplications,'' 2008.[6] http://en.wikipedia.org/wiki/YCbCr[7] http://www.semi.org/cms/groups/public/documents/web_content/ctr_031152.pdf[8] http://en.wikipedia.org/wiki/Connected_component_%28graph_theory%29#cite_note-0[9] http://psroc.phys.ntu.edu.tw/bimonth/download.php?d=1&cpid=157&did=912

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