基于自然特征和傳感信息的移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究.pdf

1、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過(guò)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界附加數(shù)字信息來(lái)提升用戶與真實(shí)環(huán)境的交互體驗(yàn)。與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不同，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)更傾向于將虛擬的信息融入現(xiàn)實(shí)世界，使用戶可以在真實(shí)場(chǎng)景中感知到計(jì)算機(jī)生成的虛擬模型。作為人機(jī)交互的發(fā)展趨勢(shì)之一，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)藥、機(jī)械、娛樂(lè)等領(lǐng)域發(fā)揮出重要作用，并具有可觀的發(fā)展前景。
　　近些年來(lái)，智能手機(jī)硬件條件的飛速提升，為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在移動(dòng)平臺(tái)的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。智能手機(jī)體積小、重力輕、可隨身攜帶，更適合充當(dāng)人與世界溝通的

2、媒介。然而，與PC設(shè)備相比，移動(dòng)設(shè)備的計(jì)算性能通常無(wú)法支撐增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確注冊(cè)，因此無(wú)法直接將傳統(tǒng)三維注冊(cè)算法移植到移動(dòng)平臺(tái)。針對(duì)這一問(wèn)題，本文研究重心主要集中在基于自然特征移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)注冊(cè)之上，具體可分為:
　　1.針對(duì)移動(dòng)設(shè)備資源緊張，計(jì)算性能較弱的特點(diǎn)，本文通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)FREAK特征描述算法的改進(jìn)，提出一種基于重力的FREAK特征描述算法。與傳統(tǒng)FREAK算法通過(guò)分析特征點(diǎn)鄰域灰度梯度指定主方向不同，本文使用移

3、動(dòng)設(shè)備自帶的重力傳感器獲取設(shè)備當(dāng)前所受重力，并將其投影至成像平面，將特征點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的重力投影向量指定為它的特征方向，省去了計(jì)算每一個(gè)特征點(diǎn)鄰域灰度梯度的時(shí)間，降低了算法開(kāi)銷。由于現(xiàn)實(shí)世界中所有物體受到的重力方向都豎直向下，因此重力對(duì)齊的方式可以保證特征點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)不變。同時(shí)，由于傳感器本身具有一定精度，可以保證獲取特征方向的準(zhǔn)確性。
　　2.傳統(tǒng)PC增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通?？梢灾皇褂没谧匀惶卣髌ヅ涞淖?cè)方式，對(duì)場(chǎng)景視頻每一幀，都提取特征點(diǎn)并與

4、參考圖像進(jìn)行匹配。這種方法可以保證注冊(cè)的準(zhǔn)確性，但是受移動(dòng)平臺(tái)資源的限制，會(huì)嚴(yán)重影響移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性?？紤]到視頻固有的連續(xù)特性，本文利用Lucas-Kanade(KL)算法對(duì)目標(biāo)場(chǎng)景進(jìn)行追蹤注冊(cè)，以保證系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行。同時(shí)，針對(duì)攝像頭快速旋轉(zhuǎn)時(shí)，KL算法極容易丟失目標(biāo)的問(wèn)題，本文利用移動(dòng)設(shè)備自帶的慣性傳感器為KL算法迭代提供初始化參數(shù)，大大增加了攝像頭轉(zhuǎn)動(dòng)情況下算法收斂的概率。
　　3.最后本文在iOS系統(tǒng)平臺(tái)上，基于上述改