《数字化日月运动观测演示仪》.doc

数字化“日月运动”观测演示仪庾顺禧、朱一和黄曾新〔〕本发明是一种利用高科技手段,融合天文、地理、数学、物理、数码拍摄、计算机信息处理等多种技术的仪器。其主要原理是:太阳光照在一球体上,经摄像头拍摄存入电脑,由AVCapture控件分析位图格式。接着,利用数字图形处理技术读取所需信息,将数据转化成二维图像锁定,从而得到坐标值。根据自动记录的数值,既可模拟太阳运行轨迹,又可通过算法的“关系建立”将坐标值转化成同时刻太阳的地平经度和仰角,还能与天文台数据进行对比分析。与之类似,本仪器还对月亮的运动进行了观测。本发明对推算某一地区的经纬度、时差、黄道带、白道带等有极大作用;能演示任何地方、节气的太阳周日视位置、周日视运动轨迹及月亮的运行规律;即使阴雨天,也可由电脑趋势回归分析得出数据。此外,程序中用到的YUV矩阵变化和卷积掩模技术可应用于任何需识别物体形状特征的场所;摄像图形处理技术可应用于任何需定时观测物体移动的场所;八连跟踪边界技术可应用于任何需判定物体外形轮廓的场所。本发明旨在揭示月球、地球运动牵涉到的很多知识,可作为学生的学具、老师的教具、其他相关学科爱好者的学****平台,对各科的研究性学****和野外工作者自行定位等有很高的实用价值。〔关键词〕背景剥离过滤噪声建立算法关系数字图形处理〔正文〕,学****过程中,张衡制作的“漏壶转浑天仪”深深地吸引了我们;但同时也发现,鉴于条件制约,浑天仪在今天看来,尚存在很多不足有待改进。循着对天文学、数学及计算机信息处理技术的爱好,我们决定用现代高科技手段,自己设计、制作一种全新的仪器,来显示每时每刻太阳不断变化的地平经度和仰角、观测月亮的运动情况,还可将所有数据自动进行处理和保存,以便日后学****研究、对比使用。于是在这样一个想法下,便诞生了这个课题:数字化“日月运动”观测演示仪。:将一个不锈钢球体固定,用来聚焦太阳光。购买一个能和笔记本电脑相连的电子摄像头,安装在一根高度恒定的金属杆上方,且杆与球体间距不变。当摄像头拍摄到球体反射的太阳光点后,能自动将其输入计算机,,就可将这些数据进行相关转换,从而得到太阳视运动轨迹、地平经度和仰角、月亮的运动情况等,并将这些内容进行显示及保存,以便日后回放、研究和比较。以上这系列想法即我们的设计方案,简而言之就是通过各高科技产品与计算机编程技术相结合,对日月位置进行拍摄、记录及其数据的采集、分析,再进行比较、保存和演示,以达到设想效果。本发明的总体结构如图1所示,实物如图2所示。、直径50cm的不锈钢球。,用以先期测算太阳位置角度。采用一根高度恒定的金属杆固定摄像头。采用“环宇飞扬”公司制作的“201D+”型号摄像头对太阳光点进行定时拍摄。摄像头实物图如图3所示。采用“海尔”牌笔记本电脑,将摄像头与它相连接。采用一半球形玻璃罩作为“天球”,在其表面安装一系列发光二极管,用电脑控制可演示出任意时间的日月视运行轨迹。,我们用VisualBasic高级编程语言进行程序编写。由于此发明需使用电子摄像头,所以首先我们从网上下载了一个摄像控件——AVCapture,用它进行图像的数据处理。接着就开始了程序的编写,其主要步骤是:采用上述控件,对电子摄像头拍摄的图像进行预处理,并保存为BMP位图格式。通过“格式转换”程序,将图像信息打开,通过“图像输入”程序,对它们进行分析,并保存在自己设定的Picture控件内。编写“文件分析系统”程序,区分BMP位图中的R、G、B三原色,然后将数据读取出来(RGB的数值范围是0~255,而纯白阳光的RGB值很大:分别是250、255和222。编写“剥离无关背景”程序,以最大可能地减少周围干扰因素会产生的误差,它的实施方法是:将图像数据保存在一个二维数组(一系列有关系数据排列的集合,每一个像素都由一个数组名和一个下标表示,用2个下标表示一个数据的方法就称之为“二维数组”)中,此数组中每一个点对应一个相关数据,通过事先选定好的一种背景颜色,计算机会自动执行操作——将与输入值相近的颜色去除掉。这样,就达到了把无用干扰背景从图像中一层层剥离开的效果,仅留下有用的太阳光点图像。为提高“背景剥离”的效果和精度,我们又单独设置了3个相互独立的R、G、B分离模块,这样,与这3原色反差最强烈的数据就会最终以一种更加清晰的效果显示在计算机屏幕上,从而大大提高剥离的准确度,为日后精确锁定打下基础。为更进一步减少周围环境的干扰——其它