一種基于機(jī)器視覺(jué)的衛(wèi)星電連接器插接檢驗(yàn)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能夠自動(dòng)檢驗(yàn)衛(wèi)星星上電連接器插接情況的系統(tǒng)及方法，特別是一種依靠機(jī)器視覺(jué)自動(dòng)處理、自動(dòng)檢驗(yàn)衛(wèi)星電連接器插接狀態(tài)的檢驗(yàn)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前對(duì)于星上衛(wèi)星設(shè)備插接情況的檢驗(yàn)方法采用人工肉眼識(shí)別的檢驗(yàn)方式，圖1給出了一個(gè)典型的衛(wèi)星星上設(shè)備插接檢驗(yàn)的流程。如圖1所示，該流程以某待檢驗(yàn)設(shè)備為例，對(duì)星上某一電連接器插接狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)以便確認(rèn)是否符合要求。首先檢驗(yàn)人員需要進(jìn)行肉眼識(shí)別某電連接器插座型號(hào)及編號(hào)，其次需要對(duì)連接此電連接器的插頭型號(hào)及編號(hào)進(jìn)行肉眼識(shí)別，在識(shí)別的過(guò)程中如果空間狹小，不方便查看，必要時(shí)需要借助反光鏡進(jìn)行觀察；然后根據(jù)衛(wèi)星狀態(tài)確認(rèn)表格中該電連接器是否需要插接及插接是否正確等信息，人工識(shí)別判斷該電連接器狀態(tài)是否正確；檢驗(yàn)人員判斷完畢一個(gè)之后，需要重復(fù)此步驟進(jìn)行該設(shè)備下一個(gè)電連接狀態(tài)識(shí)別，檢驗(yàn)人員全部識(shí)別確認(rèn)完成之后，需要復(fù)核人員再次進(jìn)行狀態(tài)確認(rèn)復(fù)核。這種基于傳統(tǒng)的確認(rèn)方式不僅流程復(fù)雜，人員重復(fù)勞動(dòng)，還帶來(lái)了一定的人工操作風(fēng)險(xiǎn)及人工可能忽略的死角。隨著小衛(wèi)星批量化生產(chǎn)發(fā)展的方向，亟需要有進(jìn)一步的流程優(yōu)化及根本變革。
[0003]近年來(lái)，伴隨著計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)以及信息技術(shù)的發(fā)展壯大，用機(jī)器代替人眼來(lái)做測(cè)量和判斷的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)得到了很大的提高。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品，即圖像獲取設(shè)備，將被拍攝目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，并根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)；圖像處理系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征；根據(jù)預(yù)設(shè)的允許度和其他條件輸出結(jié)果，包括合格/不合格、有/無(wú)等，從而完成自動(dòng)檢測(cè)功能。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的功能有望解決目前小衛(wèi)星運(yùn)行中許多自動(dòng)化問(wèn)題。在航天領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，尤其是運(yùn)用在小衛(wèi)星電連接器檢驗(yàn)確認(rèn)環(huán)節(jié)，在國(guó)內(nèi)外還少見(jiàn)報(bào)道。衛(wèi)星電連接器檢驗(yàn)環(huán)節(jié)上直接采用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，主要存在如下問(wèn)題:(1)如何將現(xiàn)有人工確認(rèn)檢驗(yàn)環(huán)節(jié)流程轉(zhuǎn)變成機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)確認(rèn)檢驗(yàn)環(huán)節(jié)；(2)如何將機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)和小衛(wèi)星特色的電連接器檢驗(yàn)結(jié)合起來(lái)；(3)如何構(gòu)建機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)電連接器檢驗(yàn)環(huán)節(jié)的輸入和輸出，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作；(4)如何將現(xiàn)有人工檢驗(yàn)確認(rèn)電連接器的程序模式轉(zhuǎn)變?yōu)檫m應(yīng)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的方法；(5)從衛(wèi)星可靠性和安全性的要求，以及系統(tǒng)靈活性、適應(yīng)性等特點(diǎn)出發(fā)，如何設(shè)計(jì)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于機(jī)器視覺(jué)的衛(wèi)星電連接器插接檢驗(yàn)系統(tǒng)及方法，解決了采用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)衛(wèi)星電連接器插接檢驗(yàn)的實(shí)施問(wèn)題，提高了衛(wèi)星電連接器插接檢驗(yàn)環(huán)節(jié)的可靠性、實(shí)時(shí)性和安全性，降低了衛(wèi)星電連接器插接檢驗(yàn)環(huán)節(jié)的復(fù)雜性和困難度。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:基于機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的衛(wèi)星電連接器插接檢驗(yàn)系統(tǒng)，其特點(diǎn)在于包括:光源、成像部件、傳感器、圖像采集卡，視覺(jué)處理單元，控制單元、數(shù)據(jù)交互處理單元，數(shù)據(jù)庫(kù)和UI交互處理單元部分。
[0006]所述的光源作為輔助成像器件，在光線不足的場(chǎng)景下，對(duì)成像質(zhì)量起著重要的作用。尤其是對(duì)衛(wèi)星設(shè)備來(lái)說(shuō)，往往由于衛(wèi)星側(cè)板遮擋住了光線，造成光線不足，尤其需要光源作為輔助成像器件。在應(yīng)用中，光源與照明方案需要盡可能的突出衛(wèi)星設(shè)備目標(biāo)的物理特征量。目前市場(chǎng)上有各種形狀的LED燈、高頻熒光燈、光纖鹵素?zé)舻龋渲蠰ED光源有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)應(yīng)用中，得到越來(lái)越多的應(yīng)用，本系統(tǒng)采用LED光源作為輔助成像器件。
[0007]所述的成像部件屬于本系統(tǒng)的成像器件，由一套或者多套成像系統(tǒng)組成，可以根據(jù)需要在一套或者多套成像系統(tǒng)之間切換，可以針對(duì)細(xì)小部件的探針、內(nèi)窺鏡成像，也可以多路相機(jī)、攝像機(jī)成像。在成像方式上，根據(jù)應(yīng)用需要可以是輸出標(biāo)準(zhǔn)的單色視頻、復(fù)合信號(hào)、RGB信號(hào)，也可以是非標(biāo)準(zhǔn)的逐行掃描信號(hào)，線掃描信號(hào)、高分辨率信號(hào)燈等。通過(guò)成像部件成像，完成整個(gè)系統(tǒng)的圖像輸入。
[0008]所述的傳感器是圖像傳感器，即感光元件，它可以把攝取的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。傳感器不僅對(duì)被測(cè)量敏感，而且一般具有將被測(cè)量的響應(yīng)信號(hào)傳送出去的功能，從而用以判斷被測(cè)對(duì)象的位置及狀態(tài)等，以便進(jìn)行正確的圖像采集。工業(yè)檢測(cè)中常用的CCD相機(jī)和CMOS相機(jī)的根本區(qū)別就在于使用的圖像傳感器不一樣，相對(duì)于CMOS圖像傳感器，CCD圖像傳感器具有較高的分辨率、較高的動(dòng)態(tài)范圍、較高的靈敏度、較低的噪聲、較低的暗電流和較均勻的響應(yīng)特性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用與衛(wèi)星成像、高性能工業(yè)相機(jī)等對(duì)圖像質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合，本系統(tǒng)采用CCD圖像傳感器。
[0009]所述的圖像采集卡，以插入卡或者內(nèi)嵌的形式安裝在物理機(jī)上，主要工作是把成像部件輸出的圖像輸送給視覺(jué)處理系統(tǒng)。具有將來(lái)自成像部件的模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成一定格式的圖像數(shù)據(jù)流，同時(shí)也用以控制成像部件的一些參數(shù)，如曝光/積分時(shí)間、快門速度等。
[0010]所述的視覺(jué)處理單元，對(duì)來(lái)自控制單元的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像獲取、圖像預(yù)處理和圖像特征提取，得到特征信息，送至控制單元。其中圖像預(yù)處理主要包括圖像轉(zhuǎn)換、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像壓縮編碼和圖像分析運(yùn)算處理，而特征提取主要是對(duì)預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，得到最能反映圖像本質(zhì)的特征信息結(jié)果值。
[0011]所述的數(shù)據(jù)處理單元，供控制單元調(diào)用，完成對(duì)用戶數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)的查詢、存儲(chǔ)、修改和刪除；數(shù)據(jù)處理單元從邏輯上分為數(shù)據(jù)接口層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問(wèn)層，數(shù)據(jù)接口層用于定義業(yè)務(wù)方法，提供通用化處理接口，由業(yè)務(wù)邏輯層實(shí)現(xiàn)；業(yè)務(wù)邏輯層用于封裝操作邏輯，提供校驗(yàn)和邏輯實(shí)現(xiàn)的功能；數(shù)據(jù)訪問(wèn)層訪問(wèn)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)后臺(tái)多種數(shù)據(jù)庫(kù)提供支持，即可以支持主流大型數(shù)據(jù)庫(kù)如ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)、MS SQL SERVER數(shù)據(jù)庫(kù)，也可以支持輕便小型數(shù)據(jù)庫(kù)如MY SQL數(shù)據(jù)庫(kù)等。
[0012]所述的UI交互處理單元，為用戶交互處理單元，可以人工輸入原始量，對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行人工復(fù)核操作，對(duì)處理結(jié)果進(jìn)行輸出功能，包括:系統(tǒng)初始化處理、電連接器信息資料輸入、電連接器自定義表格化輸入、電連接器圖像識(shí)別學(xué)習(xí)輸入、報(bào)警處理顯示、電連接器報(bào)表輸出和電連接器狀態(tài)查詢反饋功能；
[0013]所述的控制單元，負(fù)責(zé)與視覺(jué)處理單元、數(shù)據(jù)處理單元、UI交互處理單元的交互；控制單元接收來(lái)自圖像采集卡采集的電連接器圖像數(shù)據(jù)后，將該電連接器的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給視覺(jué)處理單元，視覺(jué)處理單元對(duì)電連接器的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像獲取、圖像預(yù)處理、圖像特征提取，將得到電連接器的特征信息送至控制單元；控制單元調(diào)用數(shù)據(jù)處理單元對(duì)電連接器的特征信息結(jié)果值及原始圖像處理進(jìn)行查詢、修改、存儲(chǔ)操作；同時(shí)，控制單元獲取UI交互處理單元提交的用戶請(qǐng)求，此用戶請(qǐng)求包括:系統(tǒng)初始化處理、電連接器信息資料輸入、電連接器自定義表格化輸入、電連接器圖像識(shí)別學(xué)習(xí)輸入、報(bào)警處理顯示、電連接器報(bào)表輸出和電連接器狀態(tài)查詢反饋；控制單元根據(jù)用戶請(qǐng)求不同，調(diào)用數(shù)據(jù)處理單元對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、修改、刪除、存儲(chǔ)操作，同時(shí)將數(shù)據(jù)處理單元處理的結(jié)果通過(guò)UI交互處理單元顯示給用戶；
[0014]所述控制單元調(diào)用數(shù)據(jù)處理單元對(duì)電連接器的特征信息結(jié)果值及原始圖像處理進(jìn)行查詢、修改、存儲(chǔ)操作具體如下:
[0015](1)控制單元根據(jù)視覺(jué)處理單元得到的電連接器的特征信息結(jié)果值調(diào)用數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行匹配查詢；
[0016](2)如果查詢到有匹配項(xiàng)，則根據(jù)匹配結(jié)果類型確定該電連接器是否處于插接狀態(tài)，同時(shí)，控制單元調(diào)用數(shù)據(jù)處理單元查詢自定義的該電連接器定義狀態(tài)，即是否需要插接;
[0017](3)如果步驟(2)中查詢的結(jié)果一致，即目標(biāo)檢驗(yàn)的電連接器和自定義的該電連接器都是為插接狀態(tài)或者都是為非插接狀態(tài)，則認(rèn)為狀態(tài)值一致，結(jié)果正確，此時(shí)，控制單元調(diào)用數(shù)據(jù)處理單元將該電連接器檢驗(yàn)狀態(tài)置于正確狀態(tài)，同時(shí)控制單元調(diào)用數(shù)據(jù)處理單元將本次檢驗(yàn)電連接器的圖像及特征信息結(jié)果值進(jìn)行存儲(chǔ)；
[0018](4)如果步驟(2)中查詢結(jié)果值不一致，也即該電連接器處于插接狀態(tài)而該電連接器定義為非插接狀態(tài)，或者該電連接器處于非插接狀態(tài)而該電連接器定義為插接狀態(tài)，此時(shí)，則認(rèn)為此狀態(tài)為非正常狀態(tài)，控制單元調(diào)用UI交互處理單元進(jìn)行報(bào)警處理顯示，同時(shí)控制單元調(diào)用數(shù)據(jù)處理單元將該電連接器置于不正確狀態(tài)，調(diào)用數(shù)據(jù)處理單元將本次檢驗(yàn)的電連接器