熔池双目立体视觉系统中摄像机标定方法研究(2)
3.4.1 标定图像采集流程 . 22
3.4.2 摄像机标定流程 . 22
3.5 本章小结. 23
4 摄像机标定软件、采集和重建试验 24
4.1 双目视觉系统软件流程设计. 24
4.2 摄像头参数标定模块. 25
4.2.1 图像采集与角点检测 25
4.2.2 双目摄像头立体标定 . 28
4.3 重建实际物体. 31
4.3.1 棋盘格三文测距验证 . 31
4.3.2 还原实际物体尺寸 . 32
4.4 本章小结. 33
结论 . 35
致谢 . 36
参考文献 . 37
1 绪论
1.1 课题意义
熔池的特征包含着丰富的反映焊接质量的信息，为了获得焊接质量好的产
品，需要对熔池的特征进行准确可靠地检测分析，所以引入熔池视觉传感技术。
二文传感虽可以得到正面熔宽、半长、后拖角和熔池面积等特征信息， 在
一定程度上能够反映熔池流动、形态等质量信息，但不能获取熔深、涡流、熔透
等三文立体信息，而这些信息与根部熔透、坡口侧壁熔合、焊缝背面成形、缺陷
形成等焊接质量有较为明显的相关性，采用双目视觉传感，检测重建三文熔池，
获得成形等质量信息来调节焊接过程中的电流、电压、焊速等参数，保证焊接产
品的质量，所以三文视觉传感技术的研究具有非常重要的现实意义。
另外，三文视觉传感技术的精确程度是由摄像机标定系统确定的，所以，
文中对摄像机标定的研究也具有重要的意义。
1.2 熔池视觉传感的国内外研究现状
近年来，随着计算机视觉技术的发展，利用机器视觉直接观察焊接熔池，
通过图像处理获取熔池的几何形状信息，对焊接质量进行闭环控制，已成为重要
的研究方向。焊接熔池是影响焊接质量的重要因素,熔池的尺寸(正面熔宽,熔深
或背面熔宽，余高)直接关系到焊接接头的力学性能,焊接过程中熔池尺寸的稳定
对于焊接质量的保证是非常重要的; 因此,焊接熔池的视觉传感成为近年来国内
外研究的热点之一。
目前，国内外研究人员对焊接过程熔池信息传感及时已经进行了大量的研
究。声、力、电、热传感器在熔池信息过程中受到多种干扰的影响，特别是伴随
电弧、工作环境等复杂的物理过程和随机过程产生的干扰以及传感器自身的一些
缺点，较难在焊接过程质量控制中准确全面地采集传感熔池信息。与其他传感方
法相比，视觉传感器不与焊接回路相接触，信号检测不影响正常焊接过程。它能
提供丰富的信息，如熔池特征、接头形状、电弧形态、焊丝位置等，并能直接反应焊接过程熔化金属的动态行为，更适合于焊接质量控制过程中熔池信息的采集
传感。
近些年来，光学器件成本下降，计算机视觉技术的发展，各种图象处理算
法的产生和完善，为视觉传感器在焊缝成形检测与控制中的应用提供了条件。根
据视觉传感系统中成像光源是辅助光源还是焊接区自身光源，视觉传感系统可分
为主动式和被动式两大类。 主动式视觉检测方法采用激光等辅助光源对焊接区
进行人工照明，以提高图像的质量。由于激光具有单波长，方向性、相干性好等
特点，所以采用激光作为辅助光源可以获得较清晰的图像。但由于在主动式视觉
传感中，所采用的高能量密度的脉冲光源和特殊电子快门的摄像机，价格昂贵，
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