本發(fā)明涉及航天器損傷在軌檢測領域，尤其涉及一種所述航天器表面損傷在軌實時視覺檢測裝置及損傷區(qū)域定位方法。

背景技術：

1、在軌維修是保證航天員在軌安全、空間站正?？煽窟\行、優(yōu)化空間站設計、降低運營費用和延長空間站壽命的一種有效手段，而航天器的損傷在軌檢測是保障服役壽命的重要基礎，空間環(huán)境下的在軌修復對檢測技術提出了強適應性、大范圍、高效率的技術要求；因基于視覺測量的損傷檢測具有非接觸、效率高、信息感知豐富、測量范圍可擴展等特點，是實現(xiàn)航天器對象損傷在軌檢測的重要手段。

2、目前，針對航天器結構的在軌檢測，特別是航天器熱控涂層設備，如熱輻射器、電子單機、天線等產品，由于所處空間環(huán)境惡劣，所受外熱流變化復雜，對現(xiàn)階段的檢測方法提出新挑戰(zhàn)，在檢測精度、檢測范圍、環(huán)境適應性等方面提出新需求；現(xiàn)階段，需要航天員采用出艙人工的方式，操作難度大、效率低，難以適應自動化檢測的需求，存在對航天員要求苛刻、維修維護成本高的問題，同時對于中高軌航天器的實施更是提出了極大挑戰(zhàn)。

3、現(xiàn)有的視覺檢測方法在針對在軌航天器熱控涂層檢測時，由于其表面反光性較強，在進行表面檢測時既要解決對涂層自身強反光的有效抑制問題，有需要解決涂層裂紋、老化、污染等不明顯特征損傷的清晰成像與精準識別問題，存在檢測成像亮度抑制與微弱特征清晰成像的矛盾問題。同時空間復雜光照、交變溫度、復雜輻照等耦合環(huán)境下引發(fā)的涂層表面微小裂紋演化、熱輻射性能演化等動態(tài)變化特征檢測過程中，也存在復雜環(huán)境成像噪聲抑制及動態(tài)信息有效識別的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足，提出一種航天器表面損傷在軌實時視覺檢測裝置及損傷區(qū)域定位方法。本發(fā)明基于空間環(huán)境主動投影和表面損傷成像裝置，構成表面點云三維高精度測量單元，再與二維移動平臺結合，搭建形成移動式檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)對航天器表面的全覆蓋掃描，實現(xiàn)自動化的損傷檢測流程。針對在軌運行期間的變光照環(huán)境以及航天器結構材料光學特性復雜的特點，基于主動式表面三維高精度測量方法，研究了多模態(tài)弱特征提取、增強、融合完成損傷區(qū)域的快速識別與定位，實現(xiàn)在軌航天器涂層表面損傷的定量分析與在線評價。

2、一種航天器表面損傷在軌實時視覺檢測裝置，包括圖像采集模塊、dlp數(shù)字投影儀、多光譜圖像采集模塊和光譜分析模塊，所述圖像采集模塊用于對涂層損傷區(qū)域進行圖像采集并捕捉涂層上dlp數(shù)字投影儀所投射圖案進而生成三維點云，所述dlp數(shù)字投影儀用于向涂層損傷區(qū)域投射圖案，所述多光譜圖像采集模塊用于獲取涂層損傷區(qū)域的多光譜圖像；所述光譜分析模塊根據(jù)圖像采集模塊采集的圖像并配合dlp數(shù)字投影儀和多光譜圖像采集模塊實現(xiàn)全場快速測量；其中，所述光譜分析模塊分別與圖像采集模塊和多光譜圖像采集模塊電連接。

3、進一步的，所述實時視覺檢測裝置還包括上位機，圖像采集模塊、dlp數(shù)字投影儀、多光譜圖像采集模塊和光譜分析模塊分別與所述上位機電連接并通過串行通訊，所述上位機控制所述二維移動平臺的移動位移，觸發(fā)圖像采集模塊、dlp數(shù)字投影儀和多光譜圖像采集模塊進行測量，數(shù)據(jù)發(fā)送到所述光譜分析模塊進行解算。

4、進一步的，所述航天器表面損傷在軌實時視覺檢測裝置還包括移動搭載模塊，所述移動搭載模塊包括圓環(huán)支架和二維移動平臺，所述二維移動平臺包括噴頭支架、第一移動支架和第二移動支架，所述噴頭支架外周壁上固定套設有所述圓環(huán)支架；所述圖像采集模塊通過剛性連接在所述圓環(huán)支架上且所述圖像采集模塊的鏡頭朝向待測量的涂層損傷區(qū)域；所述dlp數(shù)字投影儀和多光譜圖像采集模塊位于所述圓環(huán)支架底部并朝向待測量的涂層損傷區(qū)域；所述二維移動平臺的第一移動支架和第二移動支架能夠分別沿y軸和x軸移動，帶動圖像采集模塊、dlp數(shù)字投影儀和多光譜圖像采集模塊移動。

5、利用所述航天器表面損傷在軌實時視覺檢測裝置的損傷區(qū)域定位方法，包括：

6、步驟一：利用圖像采集模塊實時采集當前航天器表面，采用預先訓練模型捕獲含有損傷區(qū)域的圖像，將采集的圖像進行圖像處理獲得真實損傷區(qū)域圖像和坐標；

7、步驟二：dlp數(shù)字投影儀在損傷區(qū)域投射多幅圖案，每幅圖案均能夠完全覆蓋所述損傷區(qū)域；所述圖像采集模塊、dlp數(shù)字投影儀和多光譜圖像采集模塊構成結構光測量系統(tǒng)采集當前損傷區(qū)域的三維點云；然后與步驟一得到的真實損傷區(qū)域坐標取并集后作為真實損傷區(qū)域，包括二維圖像和缺陷的具體位置；

8、步驟三：采集獲取涂層熱輻射性能，獲得當前損傷區(qū)域的光譜曲線

9、多光譜圖像采集模塊采集獲取涂層熱輻射性能并測量光譜線的不同波長位置的強度，將成分復雜的光分解成光譜線，并在選定的波長上進行強度測定；

10、步驟四：將噴頭支架移動至步驟二得到的真實損傷位置，由噴頭進行損傷修復；完成后，移動至下一位置，對下一位置的檢測區(qū)域進行檢測，以此類推，所有檢測區(qū)域確保覆蓋整個涂層表面；

11、將步驟三測定結果返回給上位機顯示得到的光譜曲線，根據(jù)步驟三得到的涂層光譜信息監(jiān)測修復前以及修復后的涂層的光譜曲線。

12、具體的，所述步驟一具體包括：

13、所述二維移動平臺沿現(xiàn)場工作站預設的軌道移動，dlp數(shù)字投影儀在航空器表面涂層上投射圖案，每經過一個相機視野區(qū)域大小后暫停移動裝置，圖像采集模塊實時采集當前航天器表面圖像，多光譜圖像采集模塊采集獲取涂層熱輻射性能；

14、采用預先訓練模型判斷采集的圖像中是否含有損傷缺陷，如果是，將圖像中的損傷區(qū)域作為涂層損傷區(qū)域；然后執(zhí)行下一步：否則，移動至下一相機視野區(qū)域，對下一位置的視野區(qū)域進行檢測，直至完成全部航空器表面檢測；

15、對采集的損傷區(qū)域圖片進行灰度、濾波、閉運算、開運算的圖像處理；

16、進行連通域提取，通過標定相機內參與外參，通過坐標轉換得到實際損傷區(qū)域的輪廓、尺寸和中心坐標；

17、具體的，所述步驟二具體包括：

18、dlp數(shù)字投影儀在步驟一獲得的損傷區(qū)域上投射圖案，提取三維點云；再采用最近點迭代算法進行被測點云與無缺陷標準涂層的點云配準；再將匹配的三維點云映射成顏色分量的二維圖像，再根據(jù)顏色信息基于高度映射，將二維圖像轉換為梯度圖，由于梯度圖可以明顯地區(qū)分凹凸、孔洞缺陷，因此根據(jù)預設的閾值，判斷產品是否存在缺陷，從而得到真實損傷區(qū)域；

19、具體的，步驟三具體包括：

20、s31：使用多光譜采集模塊采集涂層的多光譜圖像。

21、s32：對多光譜圖像進行主成分分析，增強權重較大部分圖像的對比度，從而得到強表面特征圖像；

22、s33：基于光譜圖像多通道約束優(yōu)化方法，將涂層表面反射率限制在預設的范圍，利用雙尺度相關算法求解譜信號的拉曼譜峰，從而獲取涂層的光譜信息。

23、進一步的，所述步驟一具體包括：

24、所述二維移動平臺沿現(xiàn)場工作站預設的軌道移動，dlp數(shù)字投影儀在航空器表面涂層上投射圖案，每經過一個相機視野區(qū)域大小后暫停移動裝置，圖像采集模塊實時采集當前航天器表面圖像，多光譜圖像采集模塊采集獲取涂層熱輻射性能；

25、采用預先訓練模型判斷采集的圖像中是否含有損傷區(qū)域，如果是，執(zhí)行下一步：否則，移動至下一相機視野區(qū)域，對下一位置的視野區(qū)域進行檢測，直至完成全部航空器表面檢測。

26、進一步的，采用預先訓練模型判斷采集的圖像中是否含有損傷區(qū)域，所述訓練模型為目標檢測算法模型。

27、本發(fā)明有益效果在于：

28、1.本發(fā)明采用空間環(huán)境主動式成像-表面點云三維高精度測量，實現(xiàn)在軌條件下基于多特征的航天器涂層表面損傷與修復動態(tài)監(jiān)測。

29、2.采用空間環(huán)境主動式成像，通過二維移動平臺進行工作空間的擴展，實現(xiàn)對航天器表面的全覆蓋掃描。

30、3.實時捕獲損傷圖樣、相位變化以及三維點云，基于多模態(tài)特征提取、增強、融合完成損傷區(qū)域的快速識別與定位，實現(xiàn)在軌航天器涂層表面損傷的定量分析與在線評價。