本发明公开了一种在轨航天器微小撞击损伤可视化检测评估方法，包括以下步骤：将红外热像仪获取的航天器撞击损伤试件的热图像序列用三维矩阵表示；从三维矩阵中选出上升率最小的瞬态热响应对应的像素点；基于最小上升率瞬态热响应确定分块大小尺寸；进行分块并确定块内搜索步长；分块分步长选取瞬态热响应；对选取的瞬态热响应进行分类；基于SC‑SD谱聚类算法实现动态预测并进行多目标优化选取每类瞬态热响应的代表；基于斯皮尔曼相关系数进行实际缺陷类别数判别，并根据实际缺陷类别数矩阵变化得到二维图像；利用区域卷积神经网络R‑CNN对二维图像进行特征提取，得到航天器撞击损伤试件的缺陷特征图像，从而实现对微小撞击损伤的可视化检测评估。