太阳影子定位技术实现及在视频中的应用问题探讨毕业论文.pdf

摘要 太阳影子定位技术是确定视频拍摄地点和日期的一种有效方法，也是视频数 据分析的重要方面。本文对该技术的实现及在视频中的应用问题进行了探讨。 针对问题一，由几何规则，得到影长、坐标、杆高、与太阳高度角的关系。 再引入时间角公式、太阳高度与太阳方位角公式，与上述方程构成太阳时刻位置、 直杆影子端点时刻位置确定的模型。然后对建立的模型，根据控制变量法，分 影子长度对各参数的变化规律。最后利用matlab绘制目标地点、已知时间段的 影子长度变化曲线。 针对问题二，建立初始模型，变换问题一中的方程组，得到涉及影子坐标、 经纬度、日期的综合方程。对这含两个未知参量的非线性方程，利用得到所得解 受初值影响较大且空间分布较广。 因此，为提高精确度，建立改进模型。首先对附件1的数据进行预处理，得 到影子长度与时间关系式。通过求导取极值，得当地正午对应的北京时间，从而 确定直杆经度值。再代入原方程组，得到只含一个参未知量的非线性一元方程。 结合附件一的数据，再聚类分析即可得到可能若干点可能地点的经纬度。（附结 果） 针对问题三，在日期未知的条件下，综合问题二中的两个模型进行研究。首 先由改进模型中影长-时间的关系确定时角，减少综合方程的未知参量。为提高 模型精确度，同时防止解的丢失，引入遗传算法的种群和适应度概念来筛选确定 函数初值。将所得初值再代入原方程组，求出可能的地点及日期： （81.88E ， 35.809N，6月21 日）、（110.79E , 32.635N ,12月22 日）。 针对问题四，按固定步长截取视频，将图片灰度网格化，并构建视频坐标 系。通过灰度值区分影子与非阴影处。遍历每个带有灰度值的小格，求出此刻影 子顶点坐标。 通过坐标转换，则转换为问题二和问题三情形，分别求得已知拍摄日期和 未知拍摄日期下的结果为：（112°10 E，40°55N） 关键词： 1. 问题重述 如何确定视频的拍摄地点和拍摄日期是视频数据分析的重要方面。太阳影子 定位技术是通过分析视频中物体的太阳影子变化，确定视频拍摄的地点和日期的 一种方法。 我们首先需要建立影子长度变化的数学模型，分析各参数变化对影长的影响， 并将此模型应用到实例中得到影长的变化曲线。然后需要针对已知若干太阳影子 顶点坐标，有、无测量时的日期的两种情况，分别建立数学模型求解出直杆若干 个可能的地点与日期。最后，我们需要根据一已知杆高的直杆影子变化的视频， 建立数学模型，求出可能的拍摄地点，并探讨是否能据此也求出拍摄日期。 2. 模型假设 1.准确性假设：假设视频中视场固定不动，可根据对视频处理，得到真实数据集 相应的影长等物理量信息； 2.排他性假设：  不考虑其他天体影响；  忽略大气对太阳光的折射；  忽略海拔对太阳高度角的影响； 3. 合理性假设：  假设直杆周围无建筑物阻挡太阳光的照射；  假设太阳系为一个近似球体，且地球与近似球体为同一球心；  假设太阳绕地球在近圆形的椭圆轨道上运行。 3.符号系统 符号： 时角 t 时间数 A 方位角 (h)太阳高度角 α ：赤纬角 β ：太阳高度角 γ： 太阳方向角 δ： 纬度 ： 经度 X0, Yo : 影子顶点位置 n:24h制的时间数 t:太阳某位置的方位时间 直杆所在地的地理纬度 L: 根据视角公式: 5.问题一的建模与求解 假设: 1.假设太阳系为一个近似球体，且地球与近似球体为同一球心； 2.假设太阳绕地球在近圆形的椭圆轨道上运行； 3. （需说明X-Y坐标对应的方向，且说明其的方向设置对结果没有影响） 5.1模型准备 直杆影子形成原理 一根直杆，其影子的位置在一天中随太阳的位置不断变化。假设某天某时刻 的太阳位置如图1所示，。直杆垂直于地面立于地面上的杆高为H，太阳光线通 过杆顶P点，在地面上形成一个影子点P ‘，影子的长度OP ‘为L。定义直杆影 子端点P’的坐标为（X0,Y0）,地面的夹角为()，则其数学关系式为 【1】： 又据勾股定理，L=开根号（X0^2+Y0^2