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基于视觉跟踪注册的增强现实技术的研究

殷素莎  
【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 Studio 2010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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