面向移动增强现实的相机姿态标定研究和实现

摘要

增强现实技术从视觉效果上实现了真实场景与虚拟场景在几何、光照和时间三方面的一致性，以此增强人类对真实世界的感知。几何一致性问题集中体现在三维注册技术上，目前仍存在较大的局限性。针对混合注册技术在纹理匮乏环境中注册不稳定甚至失败问题，主要工作如下： 1.针对三维混合注册技术进行研究，提出了一种基于智能手机的融合点线特征的单目视觉惯性位姿跟踪算法，可以在纹理匮乏的场景中实现有效的相机位姿跟踪。在公开数据集及实际运行中测试该算法，实验结果表明，相较于当前使用点特征的算法来说，本文算法能更好的适应纹理匮乏的环境，在手机上达到较好的实时跟踪效果。 2.设计并实现了基于点线特征融合的移动增强现实系统，系统测试表明，该系统可以满足移动增强现实系统可行性、实时性、稳定性的要求。 本文通过融合点线特征提高了相机位姿精度以及鲁棒性，测试结果表明，算法设计合理，系统运行良好。与传统计算机相比，基于多传感器的智能移动手机能更好的开发移动增强现实技术，具有更好的移动便捷性和普及性，因此本文提出的移动增强现实系统具有一定的实用性。

目录

第一章 绪论

1.1研究的背景及意义

1.2国内外研究现状与发展趋势

1.2.1 移动增强现实技术的研究现状与发展趋势

1.2.2 视觉惯性SLAM算法的研究现状与发展趋势

1.3研究内容及章节安排

1.3.1研究内容

1.3.2章节安排

第二章 移动增强现实技术概述

2.1移动增强现实系统关键技术

2.1.1场景渲染技术

2.1.2人机交互技术

2.1.3三维注册技术

2.2相机模型

2.2.1点线几何关系及射影变换

2.2.2相机成像模型

2.3视觉惯性SLAM状态估计

2.3.1视觉SLAM基本框架

2.3.2视觉SLAM状态估计问题

2.3.3视觉惯性SLAM状态估计问题

2.4系统运行平台

2.4.1 iOS平台组成框架

2.4.2 iOS中的摄像头

2.4.3 iOS中的惯性测量单元

2.5本章小结

第三章 基于点线融合的单目视觉惯性位姿跟踪算法

3.1状态变量定义

3.2线特征的参数化

3.3线特征重投影误差定义

3.4线特征提取及跟踪

3.4.1线特征提取

3.4.2线特征跟踪

3.5相机位姿估计以及代价函数优化

3.6实验结果及分析

3.7 本章小结

第四章 基于点线融合的移动增强现实系统分析

4.1系统概述

4.2系统可行性分析

4.3系统需求分析

4.3.1 系统功能需求

4.3.2 系统非功能需求

4.3.3 系统的需求描述

4.4本章小结

第五章 基于点线融合的移动增强现实系统设计

5.1系统的概要设计

5.1.1 设备检测模块

5.1.2 相机位姿估计模块

5.1.3 相机运动展示模块

5.1.4 增强交互模块

5.1.5 故障与恢复模块

5.2系统详细设计

5.2.1 设备检测模块

5.2.2 相机位姿估计模块

5.2.3 相机运动展示模块

5.2.4 增强交互模块

5.2.5 故障与恢复模块

5.3 本章小结

第六章 基于点线融合的移动增强现实系统实现及测试

6.1系统开发环境

6.2系统实现与测试

6.2.1 系统实现

6.2.2 系统测试

6.3 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录

图版

表版

声明