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Geometry transfer of deep neural networks for heliostat detection

Broda, Rafal und Schnerring, Alexander und Nieslony, Michael und Wagner, Tobias und Schnaus, Dominik und Algner, Niels und Röger, Marc und Kallio, Sonja Mari und Triebel, Rudolph und Pitz-Paal, Robert (2026) Geometry transfer of deep neural networks for heliostat detection. Solar Energy, 318, Seite 115058. Elsevier. doi: 10.1016/j.solener.2026.115058. ISSN 0038-092X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038092X26007474

Kurzfassung

Reliable object and keypoint detection on heliostats is essential for advancing automation and practical deployment of airborne condition monitoring methods in concentrated solar thermal (CST) tower plants. Yet the wide variety of heliostat collector geometries in real systems limits the applicability of deep-learning approaches, and their transferability between plants remains unexplored. To address this gap, we compiled a database of representative real-world heliostat geometries and generated a large synthetic dataset using our previously published rendering framework. With this data, we evaluated three training strategies: geometry-specific baseline models trained from scratch, a universal model intended to generalize across all geometries, and fine-tuning approaches initialized from either the baseline or the universal model. Baseline models perform well on their respective geometries, while the universal model shows inconsistent performance and may not be sufficient as a stand-alone solution. Fine-tuning, however, consistently adapts the model to new geometries and achieves performance comparable to geometry-specific baselines, as shown by suitable metrics on real-world test datasets of three distinct collector types. In practice, an effective model for a new geometry can be obtained by rendering as few as 100 synthetic images and fine-tuning an available baseline or universal model for 2000 iterations. This procedure requires 20 h on a single GPU and scales efficiently with additional computational resources. Overall, the results demonstrate that fine-tuning an existing heliostat detection model to the target domain provides a practical and reliable strategy for deploying deep models across the diverse heliostat collector geometries present in CST plants.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/226699/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Geometry transfer of deep neural networks for heliostat detection
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Broda, RafalRafal.Broda (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0000-2378-1776226221938
Schnerring, Alexanderalexander.schnerring (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0004-1700-6481226221939
Nieslony, Michaelmichael.nieslony (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6110-0895226221940
Wagner, TobiasNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schnaus, Dominikdominik.schnaus (at) tum.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Algner, NielsNiels.Algner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9763-0329NICHT SPEZIFIZIERT
Röger, MarcMarc.Roeger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0618-4253NICHT SPEZIFIZIERT
Kallio, Sonja Marisonja.kallio (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1409-7793226221942
Triebel, RudolphRudolph.Triebel (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pitz-Paal, RobertRobert.Pitz-Paal (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3542-3391NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:4 September 2026
Erschienen in:Solar Energy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:318
DOI:10.1016/j.solener.2026.115058
Seitenbereich:Seite 115058
Verlag:Elsevier
ISSN:0038-092X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:heliostat, deep learning, object detection, keypoint detection, transfer, geometry
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Thermische Hochtemperaturtechnologien
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SW - Solar- und Windenergie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Condition Monitoring, R - Multisensorielle Weltmodellierung (RM) [RO]
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Solarforschung > Qualifizierung
Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013) > Perzeption und Kognition
Hinterlegt von: Broda, Rafal
Hinterlegt am:09 Sep 2026 17:44
Letzte Änderung:09 Sep 2026 17:44

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