基于自然特征的增強現實三維注冊技術研究.pdf

1、由虛擬現實延伸出來的增強現實(augmented reality, AR)技術已逐漸發(fā)展成為一門獨立系統(tǒng)的學科。三維注冊是實現AR的關鍵，它決定了虛擬目標如何準確地與真實場景進行結合。傳統(tǒng)注冊方法大多通過在真實環(huán)境中擺放人工標識來完成三維注冊，這限制了AR的應用范圍。因此，研究在自然特征的條件下實現注冊的技術和方法具有重要意義。
　　 本研究基于自然特征的增強現實注冊的新方法，結合使用計算機圖形、圖像等領域的相關技術基礎。主要工

2、作包括：首先，針對傳統(tǒng)三維注冊方法耗時較長、誤差較大等限制增強現實技術被廣泛應用的因素，提出了一種基于自然特征的實時增強現實注冊預處理方法，它包括初始幀注冊和跟蹤注冊兩部分。其中，利用SURF(speeded up robust feature)特征點檢測算法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的SIFT(seale-invariant feature transform)算法，使運算速度有明顯提升。同時，為了避免每一幀都進行特征點檢測從而提高注冊效率，使用L-K

3、(Lucas-Kanade)光流算法對上一個階段檢測到的特征進行跟蹤，在獲得匹配特征點對的基礎上使用隨機抽樣一致性算法(random sample consensus，RANSAC)算法求解圖像平面與景物平面的單應矩陣為后續(xù)的注冊實現做準備。實驗結果表明本文三維注冊預處理方法能滿足增強現實實時性的要求。其次，在注冊預處理算法的基礎上，本文研究了整體注冊過程的實現。為了計算出虛擬物體在真實場景圖像中的應有位置，通過透視變換的原理，利用實時

4、圖像與真實景物模版之間的單應性，求解出每幀場景圖像對應的攝像機投影關系，實現了基于自然特征的注冊。同時，為了避免單應矩陣計算過程中的累計誤差問題，采用每隔數幀重新檢測特征點的機制來保證注冊的穩(wěn)定性。實驗結果表明本文的三維注冊算法具有較高的魯棒性。最后，在本文提出的注冊預處理算法和整體注冊算法基礎上，開發(fā)了一個基于自然特征的三維注冊原型系統(tǒng)。針對光照變化、尺度變化、旋轉與遮擋等條件，對本原型系統(tǒng)的注冊效果進行了測試。結果表明，利用本系統(tǒng)可