用于增强现实的头盔显示器的关键问题研究

摘要

增强现实技术是在虚拟现实技术基础上发展起来的一项新技术,通过显示附加的文字或图像等信息,对用户周围的真实环境进行补充和增强。本文对增强现实系统中头盔显示器的光学结构,立体头盔显示立体图像对的生成方法以及头部跟踪三项内容展开深入研究,目的是使得虚拟信息或物体更加逼真和精确地叠映在真实环境中,从而加强用户对真实物理世界的理解。
　　 本文研制了双目光学透视式头盔显示器,其特点是采用偏振分光镜代替传统头盔显示器中的普通分光镜作为光学组合镜,组合真实环境光和显示器出射光。偏振分光镜的使用有效地降低了光能损耗,提高了光能利用率,且通过改变偏振分光镜的偏振方向,实现图像显示源和外界环境光到达人眼的亮度调节,使二者达到最佳融合状念,同时也使得头盔显示器在白天和夜晚都能工作。
　　 本文提出基于视差立体成像原理,采用OpenGL作为3D引擎,生成立体图像对的方法,然后在Microsoft Visual C++6.0环境下进行图像生成程序编写,最后将生成图像对分别送双目光学透视式头盔显示器的左右显示器显示,观察者通过眼睛融合感觉到立体视觉。
　　 本文提出一种基于图像处理的头部跟踪技术,可得到头部的六个自由度参数。详细阐述了其数学模型和图像处理算法,实验验证其可行性。经过误差分析,方位角α,横滚角β,俯仰角γ,的测量标准差分别是0.94°,0.30°,0.02°,位置xo,位置yo,位置zo的测量标准差分别是0.94cm,0.01cm,0.28cm。

目录

文摘

英文文摘

致谢

论文说明:图表目录

第一章 绪论

1.1 增强现实技术概述

1.2 增强现实系统的基本构成和关键技术

1.2.1 基本组成结构

1.2.2 增强现实的关键技术

1.3 头盔显示器概述

1.4 国内外发展现状

1.4.1 HMD的发展现状

1.4.2 立体图像对生成技术发展现状

1.4.3 头部跟踪技术发展现状

1.5 本论文主要研究工作

1.6 本文的组织安排

第二章 头盔显示器

2.1 头盔显示器的组成和结构

2.1.1 图像显示源

2.1.2 光学成像系统

2.1.3 电路控制及连接系统

2.1.4 头盔及配重装置

2.2 增强现实系统的头盔显示结构分析比较

2.2.1 基于CCD摄像的视频透视式头盔显示器

2.2.2 基于光学原理的光学透视式头盔显示器

2.2.3 结构分析比较

第三章 立体头盔显示

3.1 双目头盔立体显示器的研制

3.1.1 双目立体显示器的结构

3.1.2 图像源及外界环境光的亮度调节实验

3.1.3 双目视觉效果随重叠范围变化实验

3.2 适合于头盔显示的立体显示技术

3.2.1 立体视觉原理

3.2.2 立体图像对的获取方式

3.3 本文提出的立体图像对的生成方法及实验

3.3.1 立体图像对的生成方法

3.3.2 实验步骤和结论

第四章 头部跟踪系统

4.1 介绍

4.2 头盔跟踪系统的技术参数

4.3 头部跟踪定位技术简介

4.3.1 电磁跟踪

4.3.2 光电法

4.3.3 惯性跟踪

4.4 基于CCD图像处理的头部跟踪技术

4.4.1 基于CCD图像处理的头部跟踪系统理论模型

4.4.2 提取标志像点的图像处理方法

4.4.3 基于CCD图像处理的头部跟踪的实验

4.4.4 结论

第五章 结论和展望

5.1 本文工作总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文