基于虚实遮挡与标识隐藏的增强现实几何一致性技术研究

摘要

增强现实作为新一代交互式多媒体技术，如今已越来越受到人们的重视，其相关技术也成了学者近年来的重点研究对象。其中的几何一致性技术对提高增强现实的真实感起到了相当重要的作用，不正确的几何关系会让用户对真实物体和虚拟物体之间的位置产生错觉，这在一些重要的场合可能会导致比较严重的后果，因此，研究几何一致性技术对提高无缝的虚实融合十分必要。
　　 本文总结了国内外几何一致性技术的发展过程，分析了每一类算法的优缺点，最后针对几何一致性技术中的单目摄像机的虚实遮挡技术和标识隐藏技术进行了重点研究。
　　 首先，针对现有基于图像匹配的虚实遮挡算法中不能应对视角出现变化的情况，提出一种根据摄像机姿态动态选择模板匹配区域的算法。本算法通过摄像机姿态的改变量和透视投影变换原理，动态地矫正模板图片中的匹配区域，避免了摄像机位置变化后摄像机所拍摄的遮挡物和模板的不一致;最后利用顶点坐标生成一个条件剔除区域来完成虚拟物体的裁剪，实现遮挡效果。实验证明了本算法的有效性，能在摄像机视点移动中实时完成虚实遮挡的处理工作。
　　 其次，针对现有标识隐藏算法缺少自适应性和实时性差的问题，本文设计了一种基于纹理采集的标识隐藏算法。该算法总共分为纹理采集和纹理贴合两个阶段:参考图像修复算法的思想，实时地对标识周围区域的样本区域进行采集和分析并生成一个目标纹理图像;最后将该目标图像无缝映射到标识区域上，以完成对标识的隐藏工作。实验表明，该算法能很好地将标识从视觉上融入周围的环境，一定程度上改善了用户的使用体验。
　　 最后，通过使用增强现实中虚实遮挡技术和标识隐藏技术，实现了一个基于虚实遮挡和标识隐藏的增强现实原型系统。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状分析

1．2．1 增强现实几何一致性问题

1．2．2 增强现实虚实遮挡算法

1．2．3 增强现实中标识隐藏算法

1．3 本文的研究内容

1．4 论文组织结构

第二章 增强现实几何一致性技术基础

2．1 摄像机成像模型

2．1．1 增强现实坐标系介绍

2．1．2 坐标系转化关系

2．2 基于标识的注册原理

2．2．1 标识探测

2．2．2 标识的区别

2．3 普通模板匹配算法

2．3．1 模板匹配过程

2．3．2 搜索策略

2．4 图像修复算法

2．5 本章小结

第三章 单目增强现实虚实遮挡算法研究

3．1 问题的提出和研究思路

3．2 基于模板匹配的虚实遮挡改进算法

3．2．1 引入摄像头姿态的模板匹配改进算法

3．2．2 遮挡物深度获取

3．2．3 实现遮挡效果的一种新策略

3．3 总体算法描述

3．4 实验效果及分析

3．5 本章小结

第四章 增强现实中标识隐藏算法研究

4．1 问题的提出和研究思路

4．2 自适应性纹理采集算法描述

4．2．1 轮廓方向判断

4．2．2 修复标识区域的先后顺序

4．2．3 寻找最佳匹配区

4．2．4 相似度计算

4．2．5 算法描述

4．3 实验结果和分析

4．4 本章小结

第五章 基于虚实遮挡与标识隐藏的增强现实原型系统

5．1 系统开发环境

5．1．1 硬件环境

5．1．2 软件环境

5．2 系统需求分析

5．2．1 数据词典

5．2．2 功能需求

5．3 系统设计与实现

5．3．1 系统架构设计

5．3．2 系统总体流程设计

5．3．3 系统功能模块图设计

5．3．4 系统详细设计

5．3．5 系统界面设计

5．3．6 功能实现

5．4 系统测试

5．4．1 系统各功能模块测试

5．4．2 集成测试

5．5 本章小节

第六章 总结和展望

6．1 论文工作总结

6．2 未来的工作

致谢

攻硕期间从事的科研工作及取得的研究成果

参考文献