基于视觉跟踪注册的增强现实技术的研究

摘要

增强现实技术是将计算机生成的虚拟信息添加到真实场景中，实现对真实世界的增强并使用户体验到一个感官效果真实的新环境，它是在虚拟现实的基础上发展起来的一种新技术。这种技术在军事、教育、建筑、医疗、工程、工业维修、信息可视化、旅游文化及娱乐等领域有着非常广阔的应用前景，已是计算机科学领域中的一个研究热点。而三维注册则是增强现实领域中研究的基础和关键，它决定了最后增强现实系统的输出效果及成功与否。
　　本文主要针对增强现实中的三维注册技术进行了重点研究，提出了一种基于自然特征点的注册算法。
　　为了满足增强现实系统的健壮性和实时性，本文研究了特征点的提取与匹配技术，并提出使用FREAK算子对图像进行自然特征点的提取与匹配，FREAK的鲁棒性好，而且生成的是一种二进制串描述符，可以快速地计算生成特征描述符，大大的缩短系统在图像处理阶段的时间。通过匹配技术，将图像特征点的描述符进行匹配，使用异常值去除策略筛选最佳匹配点对。根据筛选后的最佳的匹配点对估计出图像间的单应性矩阵，同时为了更加准确的估计出摄像机的位姿信息，提高注册精度，本文对已由最佳的匹配点对估计出的单应性矩阵进行了优化求精，其核心思想是对实时的场景图像进行一次透视变换操作。使用摄像机定标技术求出摄像机的内部参数，并根据最终的单应性矩阵计算出注册信息。最后将OpenGL生成的虚拟物体叠加到真实场景中，输出虚实融合后的场景。
　　本文实验使用Visual Studio2010实现，输入的图像通过普通的PC摄像头采集，图像分辨率为640x480。实验结果验证本文方法在图像处理阶段的帧率大约为24.86fps，大大的缩短了注册的处理时间，且具有较好的精确性，并且对遮挡问题，角度、光照等变化也有较好的鲁棒性。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 研究现状

1.3 课题主要的研究内容

1.4 论文的组织结构

第二章 增强现实概述

2.1 增强现实的概念

2.2 增强现实的应用

2.3增强现实的关键技术

2.4 本章小结

第三章 增强现实基于视觉注册的理论基础

3.1 摄像机模型

3.2 单应性矩阵

3.3 摄像机定标

3.4 透视变换

3.5 注册原理

3.6 本章小结

第四章 自然特征点的检测与匹配

4.1 特征点的检测

4.2 描述符的建立

4.3 特征点的匹配

4.4 匹配提纯

4.5 实验结果

4.6 本章小结

第五章 基于自然特征点注册方法的实现

5.1 注册流程

5.2 内参获取

5.3 图像特征的提取与匹配

5.4 摄像机姿态的计算

5.5 实验结果及分析

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢