增強現(xiàn)實中的虛實配準(zhǔn)方法研究.pdf

1、增強現(xiàn)實（Augmented Reality 簡稱AR）技術(shù)是近年來的一個研究熱點，有著廣泛的應(yīng)用前景。它是對現(xiàn)實世界的補充，使得虛擬物體從感官上成為周圍真實環(huán)境的組成部分。與傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR）不同，增強現(xiàn)實只是實現(xiàn)對現(xiàn)實環(huán)境的補充而不是完全替代現(xiàn)實環(huán)境。增強現(xiàn)實技術(shù)增強了用戶對現(xiàn)實世界的感知能力和與現(xiàn)實世界的交互能力。 虛實配準(zhǔn)（三維注冊）是任何增強現(xiàn)實系統(tǒng)所必須解決的關(guān)鍵問題。它是指系

2、統(tǒng)應(yīng)該能夠?qū)崟r精確的計算攝像機相對于真實世界的位置和姿態(tài)，以便將虛擬場景正確的安置到它應(yīng)所處的位置上?；谟嬎銠C視覺的三維注冊方法以其精確性高、硬件成本低廉等特點已經(jīng)引起越來越多研究人員的關(guān)注。本文針對當(dāng)前基于計算機視覺的三維注冊技術(shù)研究現(xiàn)狀，吸取了計算機視覺、多視圖幾何、非線性優(yōu)化理論的最新成果，圍繞三維注冊中的非定標(biāo)配準(zhǔn)方法、基于標(biāo)識與平面自然特征相結(jié)合的注冊以及基于多平面結(jié)構(gòu)自然特征的虛實注冊等技術(shù)內(nèi)容展開研究與實踐，目標(biāo)旨在提高

3、增強現(xiàn)實系統(tǒng)可用性的同時最大限度保證注冊精度和系統(tǒng)實時性。 本文的主要研究工作如下： （1）針對現(xiàn)有基于已知標(biāo)識的三維注冊系統(tǒng)中，要求用戶必須事先確定攝像機內(nèi)部參數(shù)的問題。設(shè)計一種基于實時定標(biāo)策略的虛實配準(zhǔn)方法，使得系統(tǒng)能夠在運行過程中自動求取攝像機內(nèi)參，提高了三維注冊系統(tǒng)的精確性。 （2）針對當(dāng)前基于標(biāo)識的開發(fā)平臺在標(biāo)識部分遮擋情況下無法完成三維注冊問題，設(shè)計一種基于標(biāo)識角點與全局單應(yīng)性矩陣相結(jié)合的三維注冊方法

4、，減小幀間積累誤差，增強了系統(tǒng)的健壯性與可用性。 （3）設(shè)計一種綜合利用標(biāo)識與平面自然特征的三維注冊技術(shù)，在標(biāo)識全部被遮擋情況下利用標(biāo)識周邊區(qū)域的平面自然特征點來完成注冊，可以直接改進現(xiàn)有基于標(biāo)識的三維注冊方法的健壯性和可用性。 （4）分析當(dāng)前各種基于自然特征的三維注冊技術(shù)的優(yōu)缺點，提出一種能夠利用待注冊場景中的多平面結(jié)構(gòu)來完成注冊的新方法。通過分析不同平面與視線的夾角不同以及視點與不同平面間的距離不同對最終計算結(jié)果的影