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基于特征点的增强现实三维注册算法研究

李旭东  
【摘要】: 增强现实技术是计算机图形学的热门研究领域,作为虚拟现实技术的一个新的分支,越来越受到重视,并且已经在医学、娱乐和军事等领域中开始了广泛的应用。在增强现实技术中,注册技术一直是研究的重点,也是关系到增强现实技术发展前景的关键。在增强现实的注册技术中,还存在很多问题需要解决。本文主要就基于视频的增强现实系统中的三维注册所面临的关键问题进行了深入的研究。 其中,增强现实系统的初始化是系统正常工作的基础。但是在初始化过程中会面临由于空间点数据不准确所引起的较大误差,将会导致初始化的失败。针对这个问题,本文在原有摄像机的定标算法的基础上,提出了新的计算摄像机参数和变换矩阵的计算方法,有效的控制了误差的分布,提高了摄像机定标的准确性。 特征识别是虚拟物体能够准确叠加到真实场景中的关键,传统的特征识别算法在特征图形被部分遮挡的情况下会出现识别失败。本文提出了基于单应性矩阵的三维注册算法,可以在特征图形内部图案被遮挡的条件下进行三维注册。本文还提出了多特征点和三角点注册算法,可以使系统在特征图形的角点被遮挡的条件下进行三维注册。 本文提出了两种特征点结合纹理的三维注册方法。两种方法分别使用单应性矩阵和纹理特征模板来完成在特征图形不可见的情况下使用纹理进行三维注册的方法,提高了系统的稳定性。 特征跟踪是保证虚拟物体能够持续稳定地进行三维注册的关键,传统的特征跟踪算法由于搜索窗口大小固定,在特征图形进行某些特殊运动的情况下会出现跟踪失败,导致系统运行效率降低。针对这个问题,本文提出了一种具有自适应性的特征跟踪算法,该算法可以根据特征图形的运动方式自动的调整搜索窗口的大小,在特征图形快速运动和大幅度缩放的条件下,可以持续的保持特征跟踪的正常进行,提高了系统的运行效率。


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