[发明专利]一种航天防热材料撞击损伤特征类型判读方法

说明书

本发明公开了一种航天防热材料撞击损伤特征类型判读方法，包括：将红外热像仪采集到的像素点的热图像序列用三维矩阵表示；找到三维矩阵中温度峰值点；对温度峰值点所在帧数的行进行温度划分；对温度峰值点所在帧数的列进行温度划分；分块分步长提取瞬态热响应；采用均值漂移算法，对提取的典型瞬态热响应进行自动分类；采用基于自适应权值调整的分解多目标优化算法提取每类瞬态热响应的代表，构成矩阵Y；将三维矩阵变为二维矩阵，利用矩阵Y对于其进行线性变换得到二维图像矩阵R(x,y)；利用一维Ostu分割算法对二维图像矩阵R(x,y)进行特征提取。本发明弥补了传统聚类方法在设置聚类数目和选定初始聚类中心的不足，保证了缺陷特征提取的精确度。

技术领域

本发明属于航天器损伤检测与评估技术领域，更具体地说，本发明涉及一种航天防热材料撞击损伤特征类型判读方法。

背景技术

对于可重复使用的天地往返航天飞行器，为了保证进入/再入大气层时不产生严重气动热损伤，需要在其表面铺设各类防热材料以保证航天器运行安全。然而，由于航天器自身涂层脱落碎片的高速撞击，或是地球轨道上空间碎片的超高速撞击，会造成其表面防热材料的物理损伤。特别是航天器在空间碎片环境中执行任务期间，遭受微小空间碎片撞击的概率非常高。值得注意的是，超高速撞击会直接使航天器材料表面产生撞击坑、裂纹、内部层裂等多种损伤，以及多次撞击造成的累计损伤缺陷。同时，空间碎片撞击产生的二次抛射物数量更大、覆盖面积更广，作为二次污染将导致材料表面局部的密集多缺陷损伤。鉴于空间碎片撞击航天器事件非常频繁以及超高速撞击损伤的复杂性，因此暴露于空间碎片环境中的各类航天器必须对各类撞击损伤进行快速有效的检测和评估。

红外热成像检测技术是利用热激励源对被测试件进行主动或被动式加热，运用高速高分辨率红外热像仪获取由于损伤缺陷造成的试件表面温度场分布差异，并通过对红外热图像序列的分析处理来检测材料缺陷。该技术综合运用了热成像技术与图像序列处理技术，具有单次检测面积大、检测结果直观、检测速度快、非接触以及使用简单等优点，非常适合于自动化的在轨航天器表面撞击损伤检测。

由于用红外热像仪得到的热图像序列的数据量巨大，噪声干扰强，为了获得更好的检测效果，需要对热图像序列进行特征提取。在处理热图像序列时，有基于单帧图像处理的方法，也有基于图像序列处理的方法。基于单帧图像处理的方法只考虑了试件在某一个时刻的温度分布信息，并不能体现试件在不同时刻的温度情况，得到的处理结果是不完整的，片面的。而针对红外图像序列数据进行分析处理，可以快速且有效地提取出复杂撞击损伤的特征信息，从而有助于对空间碎片撞击损伤程度和损伤类型进行有效的判读。

在2018年10月30日公布的、公布号为CN108717069A、名称为“一种基于行变步长分割的高压容器热成像缺陷检测方法”的中国发明专利申请中，对于采集到的数据量庞大的红外热图像序列，在经过变步长区间搜索将相似像素点的瞬态热响应去除，提取到有效特征信息后，需要进行聚类降维处理，根据像素点的瞬态热响应的温度特性将它们划分成不同的损伤集，考虑到不同类别温度点之间的差异性和同类别温度点之间的相似性，从各个损伤集中选出能够表征该类损伤集特征的代表热响应温度点，再将各类别的代表热响应温度点的温度数据构成一个二维矩阵，通过线性变化提取缺陷特征，最后将缺陷信息可视化的展示出来。

之前在红外无损检测中使用的聚类算法，需要人为对聚类数目进行设定，不能利用算法依靠空间中像素点自身的温度特性对缺陷类型进行自动划分。