基于OpenCV的离子推力器阵列弧光检测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于OpenCV的离子推力器阵列弧光检测系统及方法，该系统包括：真空仓，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，真空仓的外壁上设置有接口及观测窗，观测窗的外部通过机械夹具设置工业相机，环形微阴极离子推力器阵列连接接口的一端，接口的另一端连接矩阵切换单元及驱动与控制系统，矩阵切换单元连接电流探头及电压探头，电流探头及电压探头连接高速示波器，高速示波器、驱动与控制系统及工业相机连接计算机。本发明专利技术提供的基于OpenCV的离子推力器阵列弧光检测系统及方法，利用计算机技术以及OpenCV图像检测技术，同时结合脉冲电压、电流数据能够全面的评估离子推力器工作状态。数据能够全面的评估离子推力器工作状态。数据能够全面的评估离子推力器工作状态。

【技术实现步骤摘要】
基于OpenCV的离子推力器阵列弧光检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及航天和深空微纳卫星电推进检测
，特别是涉及一种基于OpenCV的离子推力器阵列弧光检测系统及方法。

技术介绍

[0002]微纳卫星技术被视为当今国家技术与经济发展的制高点，其推进系统是微纳卫星技术重要的组成部分。过去的卫星平台主要应用冷气和化学推进系统，受限于体积、重量和功率等条件和因素，传统推进系统无法满足微纳卫星的使用需求。微型阴极离子推力器，具有体积小、质量轻等优点，符合微纳卫星推进系统轻质量、模块化、高效率方向发展方向，在微纳卫星的姿态控制、轨道保持等任务上，有良好的应用前景。目前对微型阴极离子推力器的性能评价、功能评价测试有很多研究机构在不同领域取得一定成果。
[0003]但是，现有的离子推力器测试方法偏重对注入驱动功率、脉冲电压、电流数据采集，以及阴极、阳极、绝缘体材料表面烧蚀状态的微观情况观测，缺乏直接对推力器弧光的自动化视觉检测方法。因此，设计一种基于OpenCV的离子推力器阵列弧光检测系统及方法是十分有必要的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于OpenCV的离子推力器阵列弧光检测系统及方法，利用计算机技术以及OpenCV图像检测技术，同时结合脉冲电压、电流数据能够全面的评估离子推力器工作状态。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种基于OpenCV的离子推力器阵列弧光检测系统，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；
[0007]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；
[0008]所述矩阵切换单元用于选择导通的通路进行测量。
[0009]本专利技术还提供了一种基于OpenCV的离子推力器阵列弧光检测方法，应用于上述的基于OpenCV的离子推力器阵列弧光检测系统，包括如下步骤：
[0010]步骤1：对工业相机进行校准；
[0011]步骤2：获取弧光亮度比较基准值；
[0012]步骤3：进行弧光检测；
[0013]步骤4：对检测信息进行信息合成处理，并存储。
[0014]可选的，步骤1中，对工业相机进行校准，具体为：
[0015]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；
[0016]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；
[0017]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；
[0018]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。
[0019]可选的，步骤2中，获取弧光亮度比较基准值，具体为：
[0020]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；
[0021]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；
[0022]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。
[0023]可选的，步骤3中，进行弧光检测，具体为：
[0024]计算机通过驱动与控制系统调节脉冲激励电压、脉冲激励电流及激励间隔频率，根据实际检测的离子推力器的数量及安装位置，预设分组及顺序，计算机通过驱动与控制系统按照分组与顺序对离子推力器进行激发，其中，每组离子推力器持续工作60s，计算机通过指令控制工业相机进行图像采集，其中，在每组离子推力器持续工作60s期间等时间间隔采集10幅图像，计算机获取采集得到的图像，并按照预设命名规则对其进行命名保存；
[0025]对保存的图像进行轮廓检测及亮度与颜色检测，得到检测结果，并对检测结果进行保存。
[0026]可选的，对保存的图像进行轮廓检测，得到检测结果，并对检测结果进行保存，具
体为：
[0027]通过OpenCV相关函数读取保存的图像，并另存为RGB图像文件，通过OpenCV中的cv2.cvtColor函数将RGB图像文件转为灰度图格式文件，通过OpenCV中的cv2.GaussianBlur()函数，通过选择合适的卷积核参数，对灰度图格式文件进行高斯滤波，用于去除噪声，通过OpenCV中的cv2.HoughCircles()函数进行霍夫圆轮廓检测，记录识别到的图片中阵列中的离子推力器的弧光圆形轮廓圆心点坐标及半径信息，根据设置激励通道数目，结合图像识别出的轮廓圆心点数目以及位置，并将其与校准过程中获取的ch<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李佳，李万军，韦雪洁，孟凡涛，王嘉星，李岩峰，庞志华，胡辉，
申请(专利权)人：北华航天工业学院，
类型：发明
国别省市：