增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)輔助維修關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜裝備維修，為用戶提供了一種身臨其境的“虛實(shí)結(jié)合”的維修環(huán)境和更加直觀靈活的操作方式，對(duì)于縮短裝備維護(hù)周期、提高維修效率、降低維修成本具有重要意義。開展增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)輔助維修關(guān)鍵技術(shù)研究，對(duì)改進(jìn)維修對(duì)象自然特征識(shí)別、跟蹤注冊(cè)以及人機(jī)交互等相關(guān)算法，優(yōu)化增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)輔助維修系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)具有重要的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。
　　本文在對(duì)國內(nèi)外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)輔助維修研究發(fā)展動(dòng)態(tài)分析基礎(chǔ)上，對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)輔助維修原型系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中涉及的自然特

2、征識(shí)別、跟蹤注冊(cè)、手勢(shì)識(shí)別以及評(píng)價(jià)方法等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，取得了一些創(chuàng)新性研究成果。
　　針對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)輔助維修場(chǎng)景中的維修對(duì)象多視角快速識(shí)別問題，利用維修對(duì)象2D圖像的邊緣方向直方圖描述其典型全局特征，利用角點(diǎn)描述其外觀的獨(dú)特性和差異性特征，構(gòu)建了基于角點(diǎn)-邊緣復(fù)合特征的維修對(duì)象自然特征識(shí)別方法，利用分類器訓(xùn)練復(fù)合特征得到多分類模型，利用基于K-D樹的類內(nèi)匹配進(jìn)行準(zhǔn)確定位，實(shí)現(xiàn)了維修對(duì)象的快速識(shí)別與定位，為開展增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)輔助維修系

3、統(tǒng)無標(biāo)志物條件下的維修部組件跟蹤注冊(cè)技術(shù)研究奠定基礎(chǔ)。
　　針對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)輔助維修中無標(biāo)志物條件下的跟蹤注冊(cè)問題，利用識(shí)別定位結(jié)果設(shè)定感興趣區(qū)域，構(gòu)建了粒子濾波框架下的基于壓縮感知特征描述的感興趣區(qū)域跟蹤算法。通過提取維修對(duì)象紋理特征和灰度均值特征，并將二者綜合作為特征表示模型，利用粒子濾波對(duì)感興趣區(qū)域進(jìn)行跟蹤，并在跟蹤過程中根據(jù)目標(biāo)區(qū)域變化情況實(shí)時(shí)更新參考特征向量，克服了基本粒子濾波跟蹤方法跟蹤精度差以及目標(biāo)形態(tài)變化適應(yīng)性差等問題

4、，提高了跟蹤注冊(cè)的實(shí)時(shí)性與魯棒性。其次，利用視頻幀感興趣區(qū)域目標(biāo)平面上隨機(jī)點(diǎn)對(duì)的特征值差異性構(gòu)造描述子，求解單應(yīng)性矩陣得到維修對(duì)象3D虛擬模型的2D投影矩陣，實(shí)現(xiàn)了真實(shí)維修場(chǎng)景與虛擬信息的“虛實(shí)結(jié)合”效果。
　　針對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)輔助維修中人機(jī)交互的各類手勢(shì)指令識(shí)別問題，基于輔助維修狀態(tài)分析，提出了一種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)維修環(huán)境下的裸手手勢(shì)識(shí)別方法。利用膚色累計(jì)方法在YCbCr顏色空間對(duì)圖像進(jìn)行手勢(shì)分割，綜合手勢(shì)形狀和位置狀態(tài)信息，將手勢(shì)劃分為靜

5、態(tài)手勢(shì)和動(dòng)態(tài)手勢(shì)，分別提取基于圖像屬性的靜態(tài)手勢(shì)特征和基于方向編碼的動(dòng)態(tài)指尖特征，而后將上述手勢(shì)特征向量輸入到支持向量機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練并得到識(shí)別模型。通過豐富多樣的手勢(shì)語義，可有效捕捉、分析、處理及識(shí)別各類手勢(shì)指令信息，實(shí)現(xiàn)了提示信息的翻頁、選擇、拉伸、縮放等人機(jī)交互功能。
　　針對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)輔助維修現(xiàn)有評(píng)價(jià)方法缺乏指標(biāo)的完備性與系統(tǒng)的驗(yàn)證手段，在實(shí)驗(yàn)室條件下搭建了一套ARSAM原型系統(tǒng)，重點(diǎn)研究了光學(xué)透射式頭戴顯示器光學(xué)系統(tǒng)小型化設(shè)計(jì)與