[发明专利]基于OpenCV的离子推力器阵列弧光检测系统及方法

权利要求书

1.一种基于OpenCV的离子推力器阵列弧光检测系统，其特征在于，包括：计算机、工业相机、电流探头、电压探头、矩阵切换单元、驱动与控制系统、真空仓、高速示波器及工业相机，所述真空仓的内部的金属测试板设置环形微阴极离子推力器阵列，所述真空仓的外壁上设置有接口及观测窗，所述观测窗的外部通过机械夹具设置所述工业相机，所述环形微阴极离子推力器阵列连接所述接口的一端，所述接口的另一端连接矩阵切换单元及驱动与控制系统，所述矩阵切换单元连接所述电流探头及电压探头，所述电流探头及电压探头连接所述高速示波器，所述高速示波器、驱动与控制系统及工业相机连接所述计算机；

所述驱动与控制系统用于控制环形微阴极离子推力器阵列脉冲激励点火；

所述矩阵切换单元用于选择导通的通路进行测量。

2.一种基于OpenCV的离子推力器阵列弧光检测方法，应用于权利要求1所述的基于OpenCV的离子推力器阵列弧光检测系统，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：对工业相机进行校准；

步骤2：获取弧光亮度比较基准值；

步骤3：进行弧光检测；

步骤4：对检测信息进行信息合成处理，并存储。

3.根据权利要求2所述的基于OpenCV的离子推力器阵列弧光检测方法，其特征在于，步骤1中，对工业相机进行校准，具体为：

将环形微阴极离子推力器阵列均匀安装在金属测试板上，其中，环形微阴极离子推力器阵列包括多个离子推力器，为每个离子推力器阵设置一个通道号ch_i，其中，i的取值范围为1至N，N为金属测试板可设置的离子推力器的最大可安装数目，将工业相机通过机械夹具固定在观测窗的外部，计算机控制工业相机调节相机焦距，直至使被观测的环形微阴极离子推力器阵列的区域完全处于相机视野内，并且处于居中状态，测量并记录此时相机高度h₁以及工业相机距离环形微阴极离子推力器阵列的观测面的距离s₁；

取下工业相机，并将其固定设置在观测窗前的支架上，将对称圆形棋盘格漫反射校正片作为标定板，其尺寸大于观测的环形微阴极离子推力器阵列的区域，将其垂直固定设置在工业相机与环形微阴极离子推力器阵列的中间，其中，中心高度为h₁，距工业相机及环形微阴极离子推力器阵列的水平距离均为s₁；

通过计算机控制工业相机采集漫反射校正片垂直图像，采集完毕后，对漫反射校正片进行调整，保持中心水平距离为s₁不变，对漫反射校正片进行左右微调，使其与垂直状态有10°以内的夹角，调整完毕后，工业相机采集多组图像，作为标定原始图片；

通过OpenCV中的cv2.calibrateCamera()函数获取相机的畸变系数，并进行校正标定，通过OpenCV中的cv2.calibrateCamera()函数建立相机像元尺寸、图像像素尺寸及实际被测对象尺寸的对应关系，并保存校准参数。

4.根据权利要求3所述的基于OpenCV的离子推力器阵列弧光检测方法，其特征在于，步骤2中，获取弧光亮度比较基准值，具体为：

计算机通过驱动与控制系统在设定激励功率下进行环形微阴极离子推力器阵列点火测试，并持续60s，用于保证环形微阴极离子推力器阵列的正常工作，根据不同离子推力器调整工业相机的饱和度，用于避免工业相机过曝光，调整完毕后，计算机通过驱动与控制系统控制环形微阴极离子推力器阵列点火，计算机控制工业相机采集正常状态下的多组图像，进行样本存储处理；

通过OpenCV中的cv2.cvtColor函数将存储的RGB图像文件转为灰度图格式文件，通过OpenCV中的cv2.HoughCircles()函数进行圆形检测，依次记录识别到的环形微阴极离子推力器阵列的每个离子推力器的弧光圆形轮廓圆心点及半径信息；

通过OpenCV中的cv2.cvtColor函数将存储的RGB图像文件转为HSV格式文件，通过记录的离子推力器的弧光圆形轮廓圆心点及半径信息计算相应像素区域内亮度的平均值Bright_ave，将其作为当前驱动功率下弧光亮度比较基准值，记录同一型号离子推力器不同功率下的弧光亮度比较基准值，作为正常检测的亮度比对值。