第33卷第3期 2012年3月
焊接学报
TRANSACTIONS OFTHECHINA WELDINGINSTITUTION
基于立体视觉焊接变形测量系统标定
张海鹏，韩端锋，苗玉刚，陈森（哈尔滨工程大学船舶工程学院，哈尔滨150001）
摘要：应用立体视觉三维测量系统对钢结构上若干待测标志点进行测量，测量前分两步对测量系统参数进行标定，首先应用基于平面模板的方法标定摄像机的固有参数，包括单个摄像机的内部参数和两个摄像机间的位置关系参数，其次使用单位四元数法对摄像机坐标系与设计坐标系之间的位置参数进行标定，为了验证标定结果的准确性，对摄像机内参数标定结果进行了重投影误差估算，重投影误差很小，满足系统测量误差要求，对标定结果进行重建试验，重建结果平均误差小于1mm，最大误差小于 2.5mm.
关键词：焊接变形；立体视觉；摄像机标定；单位四元数法
中图分类号：TP29 0序言
文献标识码：A
文章编号：0253360X(2012)03002104
Vol.33 March
张海鹏
No.3 2012
定.广义上摄像机标定可分为两类，传统标定方法和自标定方法[3.6]，传统的标定方法需要使用精密
大型钢结构件在焊接过程中，由于受到不均勾加热和冷却，不可避免地会产生焊接变形.焊接变形会严重影响钢结构件的焊接质量，一方面降低了结构的强度和力学性能，另一方面影响结构件的尺寸精度和表面的平整度，如何准确的获得钢结构在焊接过程中产生的变形一直是国内外焊接工艺领域研究的热点问题之一。
传统的焊接变形测量方法包括动态测量和静态测量.静态测量方法测量精度高，但测量的变形量较小，难以满足实际应用中大变形量的测量(1).动态的焊接变形测量虽然能够实时地测出焊件的动态变形，对于焊接数值计算有较好的验证效果，但需借助于数值计算的方法才能得到最终的焊接变形值，误差较大，精度较低，不适应于焊接变形的质量评估[2]，针对传统焊接变形测量方法的不足，国内外研究人员应用机器视觉中的双自立体视觉测量原理，拍摄钢结构件的焊接过程图像，重建标志点三维坐标，依据同名点将前后变形状态关联，可精确地获得焊接变形量[3.4]，通常情况下，应用立体视觉重建标志点三维坐标第一步工作是立体视觉测量系统标
收稿日期：20110928
基金项目：国家自然科学基金资助项目（51005049）；中央高校基本
科研业务经费专项资金资助项目（HEUCF110107）；属龙江省科技计划资助项目（GZ10A402）；哈尔滨市科技创新人才研究专项资金资助项目（2010RFQXC012）
万方数据
加工的标定块，通过标定块上已知三维坐标的点与其图像上的对应点来计算摄像机的内外参数，该方法可获得较高精度，但标定过程成本较高，费时费力，不适合在线标定和无法使用标定块的场合：自标定方法利用摄像机内参数自身存在的约束来求解，算法复杂、鲁棒性差、精度不高。
针对上述各标定方法的不足，文中提出一种立体视觉焊接变形测量系统两步标定法，第一步，标定视觉测量系统的固有参数，包括单个摄像机内参数和两摄像机间的位置参数.第二步，标定摄像机的外参数，即解算摄像机坐标系与设计坐标系之间的相对位置参数，
测量系统设计与标定内容定义
1
立体视觉焊接变形测量系统由两台CCD摄像机、图像采集卡和一台主控计算机组成图1为测量系统工作原理
立体视觉焊接变形测量系统标定是利用试验和计算的方法来获取摄像机的数学成像模型.在立体视觉焊接变形测量系统中需要标定单个摄像机的内参数、两摄像机间的位置关系参数以及摄像机坐标系和设计坐标系之间的关系，因此需定义下述4个坐标系。
（1）左摄像机坐标系0,1.yLzL