一种基于分层相位解包裹的液体火箭贮箱板材缺陷检测方法与流程

本发明涉及视觉检测，具体为一种基于分层相位解包裹的液体火箭贮箱板材缺陷检测方法。

背景技术：

1、可重复使用液体运载火箭是航天技术的重要发展方向，其贮箱结构通常采用镜面薄壁不锈钢板材制造。在板材加工与转运过程中，表面容易产生裂纹、夹杂、麻点、划痕或辊印缺陷，此类缺陷在极端应力与低温推进剂环境下会引发推进剂泄漏或结构失效的严重后果。采用非接触式的相位偏折检测技术获取板材表面形貌特征，是当前金属板材表面质量视觉检测的主要实施途径。

2、现有相位偏折检测方法主要适配哑光或低反光工件，在面对液体火箭贮箱用的高反光镜面板材时，高反射率会引起光栅图像局部像素高光饱和与杂散光干扰，导致相位截断与跳变现象，全局统一解算过程无法区分干扰相位，造成形貌重建失真。同时，不锈钢板材固有的周期性轧制纹理会产生连续的基底相位干扰，常规空间域滤波处理难以将纹理相位信号与真实缺陷的突变相位信号分离，易造成纹理误检或微细缺陷被掩蔽。此外，常规检测方案大多依赖单一的高度特征进行判定，针对板材表面的浅划痕与微凹凸形貌特征的数据表征能力不足，导致缺陷漏检率较高。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种基于分层相位解包裹的液体火箭贮箱板材缺陷检测方法以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于分层相位解包裹的液体火箭贮箱板材缺陷检测方法，包括以下步骤：s1、采集液体火箭贮箱板材的光栅调制图像，通过相移解码算法对光栅调制图像进行解析，生成包含镜面高光干扰相位与有效漫反射相位的初始相位场；s2、按照光栅调制图像的像素灰度分布进行像素分层，屏蔽光饱和高光区域对应的镜面高光干扰相位，提取灰度过渡区与漫反射区的相位信号进行修复，生成初始有效相位场；s3、对初始有效相位场进行二维傅里叶变换生成频域频谱，根据液体火箭贮箱板材的周期性轧制纹理特征锁定纹理基底频域分量，采用带阻滤波滤除纹理基底频域分量，经逆傅里叶变换生成优化相位场；s4、基于像素灰度饱和度与像素距离光饱和高光区域的空间距离构建置信权重矩阵，将置信权重矩阵代入最小二乘解包裹算法对优化相位场进行解算生成表面高度场，提取表面高度场的三维形貌特征进行像素级融合生成复合特征图，将复合特征图与预设缺陷特征库进行匹配输出缺陷检测结果。

3、在一个优选地实施方式中，采集液体火箭贮箱板材的光栅调制图像，通过相移解码算法对光栅调制图像进行解析，生成包含镜面高光干扰相位与有效漫反射相位的初始相位场的具体过程如下：搭建偏振正交相位偏折成像系统，投射正弦梯度光栅条纹至液体火箭贮箱板材表面；采集受表面形貌调制的光栅调制图像，提取包含镜面高光干扰信号、轧制纹理信号与缺陷调制信号的光栅调制图像组；采用四步相移解码算法或八步相移解码算法提取光栅调制图像组的横向相位分子矩阵、横向相位分母矩阵、纵向相位分子矩阵与纵向相位分母矩阵，对横向相位分子矩阵与横向相位分母矩阵、纵向相位分子矩阵与纵向相位分母矩阵执行相位角解析运算生成初始相位场。

4、在一个优选地实施方式中，按照光栅调制图像的像素灰度分布进行像素分层，屏蔽光饱和高光区域对应的镜面高光干扰相位的具体过程如下：基于retinex光照反射理论获取光栅调制图像的像素灰度分布矩阵；设定归一化灰度阈值，对像素灰度分布矩阵执行二值分割处理，提取灰度数值大于归一化灰度阈值的像素区域生成光饱和镜面反射区掩膜，以划定光饱和高光区域的边界；调用光饱和镜面反射区掩膜对初始相位场进行像素屏蔽，分离出镜面高光干扰相位。

5、在一个优选地实施方式中，提取灰度过渡区与漫反射区的相位信号进行修复，生成初始有效相位场的具体过程如下：获取初始相位场中未被光饱和镜面反射区掩膜覆盖的区域构成灰度过渡区与漫反射区；采用telea图像修复算法，提取光饱和镜面反射区掩膜周边灰度过渡区与漫反射区内的有效相位信号，对光饱和高光区域对应的无效相位节点执行邻域像素补偿，生成初始有效相位场。

6、在一个优选地实施方式中，对初始有效相位场进行二维傅里叶变换生成频域频谱，根据液体火箭贮箱板材的周期性轧制纹理特征锁定纹理基底频域分量的具体过程如下：对初始有效相位场执行二维快速傅里叶变换生成频域分布矩阵，对频域分布矩阵执行频谱中心化转换生成频域频谱；提取液体火箭贮箱板材的固有轧制纹理周期参数，结合初始有效相位场的空间尺寸矩阵换算固有轧制纹理对应的特征频率参数；在频域频谱中定位特征频率参数对应的频点坐标，将频点坐标界定为纹理基底频域分量。

7、在一个优选地实施方式中，采用带阻滤波滤除纹理基底频域分量，经逆傅里叶变换生成优化相位场的具体过程如下：依据频点坐标生成带有预设滤波遮罩半径的带阻滤波掩膜，在带阻滤波掩膜中对呈对称分布的纹理基底频域分量执行全遮罩赋值；将带阻滤波掩膜与频域频谱进行矩阵点乘，压制频域频谱中的纹理基底频域分量生成滤波后频谱；对滤波后频谱执行逆傅里叶变换还原至空间域，提取空间域复数矩阵的实部生成优化相位场。

8、在一个优选地实施方式中，基于像素灰度饱和度与像素距离光饱和高光区域的空间距离构建置信权重矩阵的具体过程如下：提取光栅调制图像中像素的灰度饱和度数值；基于光饱和镜面反射区掩膜提取像素距离光饱和高光区域边缘的空间距离参数；将像素灰度饱和度数值与空间距离参数作为权重因子，对邻近光饱和高光区域的像素赋予衰减权重值，对远离光饱和高光区域的像素赋予满权重值，构建覆盖全局像素的置信权重矩阵。

9、在一个优选地实施方式中，将置信权重矩阵代入最小二乘解包裹算法对优化相位场进行解算生成表面高度场的具体过程如下：采用边缘检测算子求取优化相位场的横向相位梯度与纵向相位梯度，组合横向相位梯度、纵向相位梯度与单位深度常量构建三维法向量矩阵并执行像素归一化；基于三维法向量矩阵换算高度梯度矩阵，对高度梯度矩阵执行二维傅里叶变换生成频域梯度频谱；结合置信权重矩阵构建具有权重约束的泊松方程，在频域网格坐标系下对频域梯度频谱执行加权最小二乘求解生成频域高度频谱，对频域高度频谱执行逆傅里叶变换生成表面高度场。

10、在一个优选地实施方式中，提取表面高度场的三维形貌特征进行像素级融合生成复合特征图的具体过程如下：调用一阶差分算子计算表面高度场的双向梯度生成梯度特征矩阵，调用二阶差分算子提取表面高度场的曲面曲率生成曲率特征矩阵，结合表面高度场的深度信息提取深度特征矩阵；对梯度特征矩阵、曲率特征矩阵与深度特征矩阵分配特征权重参数执行像素级加权叠加，执行归一化处理生成复合特征图。

11、在一个优选地实施方式中，将复合特征图与预设缺陷特征库进行匹配输出缺陷检测结果的具体过程如下：将复合特征图输入预设缺陷特征库进行特征比对，识别液体火箭贮箱板材表面的缺陷类型，缺陷类型包括浅划痕与微针孔；提取表面高度场中的三维形貌数据，量化提取缺陷类型的深度与面积三维尺寸参数；结合液体火箭贮箱板材的预设质量标准对三维尺寸参数执行缺陷等级判定，输出包含缺陷识别类型、量化尺寸与缺陷等级的缺陷检测结果。

12、本发明的技术效果和优点：

13、（1）一种基于分层相位解包裹的液体火箭贮箱板材缺陷检测方法，在获取光栅调制图像并解析出初始相位场后，按照像素灰度分布执行像素分层操作，将呈光饱和状态的高光区域进行空间屏蔽，并利用灰度过渡区与漫反射区的有效相位信号进行邻域补偿修复。上述过程从物理成像源头剥离了高反光带来的相位饱和与跳变干扰信号，避免了无效干扰相位参与后续的全局运算，消除了高反光金属材质在视觉检测中的相位失真现象，保障了相位场数据的真实性与形貌重建的物理准确度。

14、（2）一种基于分层相位解包裹的液体火箭贮箱板材缺陷检测方法，将初始有效相位场转换至频域频谱，精准定位并滤除板材固有轧制纹理对应的基底频域分量，解除了周期性纹理基底对局部微小突变缺陷的掩蔽状态；在相位解算阶段，结合像素灰度饱和度与距离高光区空间距离双重物理指标构建置信权重矩阵，通过权重衰减机制抑制低置信度数据在最小二乘解包裹过程中的漂移误差；同时，通过深度、梯度与曲率三维形貌特征的像素级加权融合，生成多模态复合特征图，突破了单一高度维度对浅表形貌表征的局限性，提高了液体火箭贮箱板材表面浅划痕与微针孔细微缺陷的检出率与量化判定精度。

15、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。