增强现实维修诱导系统构建技术研究
【摘要】：
增强现实(Augmented Reality,简称AR)技术是一个崭新的研究领域,它是一种利用计算机产生的附加信息对使用者所看到的真实世界的场景进行增强的技术。在国内,由于对增强现实技术的研究起步较晚,目前在增强现实领域还少有人涉足,在航空制造及维修领域的AR技术研究和应用仍是一片空白。
现有的航空维修装配都是靠翻阅纸质文挡或查看电子手册,使操作者边看边修,造成效率低下,易受环境影响,出现维修装配差错。而且完全依靠维修人员的维修技能和经验,维修装配的质量可控性较差。开发基于增强现实技术的维修装配系统,结合视线跟踪技术完成对飞机发动机维修的实时诱导,对提高维修准确率,节约维修成本具有重要意义。
本文的研究工作主要包括以下三个部分:首先,改进了有标志点的三维注册算法,并具体实现了三维注册功能,最后试验验证了注册算法的正确性,为将来基于无标志点的发动机维修诱导系统的研究提供基础和实践经验;其次,描述了基于红外电视法的视线跟踪系统的基本原理,对眼动信号处理技术做了初步的研究,即利用了行、列叠加的思想提取了瞳孔中心坐标和普尔钦(Purkinje)斑点的坐标,阐述了结合瞳孔中心与普尔钦(Purkinje)斑点的位置关系进行初步判定视线方向的方法;最后,详细描述了所构建的增强现实维修诱导系统的基本原理、软硬件框架,为今后维修诱导系统的深入研制提供基础。
【关键词】：增强现实 三维注册 视线跟踪 实时诱导 红外电视法 【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：V267
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2006.118892
【目录】：
- 第一章 绪论10-20
- 1.1 增强现实技术简介10-11
- 1.2 增强现实技术的应用领域11-14
- 1.3 增强现实的关键技术和主要研究内容14-16
- 1.3.1 关键技术14-15
- 1.3.2 主要研究内容15-16
- 1.4 基于增强现实技术的维修诱导系统的国内外研究现状16-17
- 1.5 本文研究目的、研究内容和论文结构17-20
- 第二章 基于标志点的三维注册技术20-29
- 2.1 三维注册技术概述20-22
- 2.1.1 基于硬件的三维注册20
- 2.1.2 基于视觉的三维注册20-21
- 2.1.3 混合跟踪注册21-22
- 2.2 使用彩色平面标志点的三维注册算法22-27
- 2.2.1 彩色平面标志点三维注册算法原理及步骤22-23
- 2.2.2 注册算法理论23-24
- 2.2.3 三维注册的算法推导24-27
- 2.3 虚拟物体投影注册27-28
- 2.4 本章小结28-29
- 第三章 基于标志点的增强现实系统设计及其实现29-43
- 3.1 系统的构成、工作原理29-30
- 3.1.1 系统的构成29
- 3.1.2 基于平面标志点的增强现实系统工作原理29-30
- 3.2 系统要求和硬件构成30-31
- 3.2.1 系统要求30
- 3.2.2 系统硬件构成30-31
- 3.3 软件环境31-33
- 3.3.1 软件架构31-32
- 3.3.2 软件运行界面32-33
- 3.3.3 软件主要功能33
- 3.4 摄像机内部参数的标定33-35
- 3.4.1 摄像机标定的基本原理34
- 3.4.2 摄像机标定的具体方法34-35
- 3.5 三维注册算法软件实现的细节问题35-39
- 3.5.1 注册中的噪声问题35-36
- 3.5.2 中值滤波36-37
- 3.5.3 标志点的提取37
- 3.5.4 背景突变大噪声的去除37-38
- 3.5.5 注册算法的程序实现38
- 3.5.6 注册算法正确性验证38-39
- 3.6 三维虚拟物体注册叠加过程39-42
- 3.6.1 OpenGL 简介39-40
- 3.6.2 OpenGL 视图及坐标变换过程40-41
- 3.6.3 OpenGL 视图融合及坐标变换具体实现41-42
- 3.7 本章小结42-43
- 第四章 基于红外电视法的视线跟踪系统眼动信号处理43-50
- 4.1 视线跟踪综述43-44
- 4.1.1 眼动的基本形式43
- 4.1.2 眼动测量方法概述43-44
- 4.2 基于红外视线法的视线跟踪原理及其实现44-45
- 4.2.1 红外电视法的基本原理44
- 4.2.2 基于红外电视法的视线跟踪系统光电成像原理44-45
- 4.2.3 系统的硬件构成45
- 4.3 眼动信号处理技术45-49
- 4.3.1 瞳孔中心提取45-47
- 4.3.2 视线方向判断的方法47-49
- 4.4 本章小结49-50
- 第五章 基于增强现实的维修诱导系统构建50-58
- 5.1 增强现实维修诱导系统的概述50
- 5.2 增强现实维修诱导系统的基本工作原理50-51
- 5.3 增强现实维修诱导系统的研制内容51-52
- 5.4 增强现实维修诱导系统硬件构成52-55
- 5.5 增强现实维修诱导系统软件模块55-57
- 5.6 本章小结57-58
- 第六章 结论和展望58-62
- 6.1 本文的研究成果58
- 6.2 存在问题58-59
- 6.2.1 系统注册精度59
- 6.2.2 系统响应速度59
- 6.2.3 视线方向判断59
- 6.3 增强现实维修诱导系统研究方向59-61
- 6.3.1 多通道交互的问题60
- 6.3.2 电子手册问题60
- 6.3.3 穿戴式计算机技术60-61
- 6.3.4 分布式维修诱导系统61
- 6.3.5 立体图像的显示问题61
- 6.4 本章小结61-62
- 参考文献62-65
- 致谢65-66
- 在学期间的研究成果及发表的学术论文66
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