移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中的跟蹤技術(shù)研究

1、申請 上海交通 大學(xué)碩士學(xué)位論文移 動增 強(qiáng)現(xiàn) 實(shí) 中的跟蹤 技 術(shù)研 究學(xué) 校 : 上海交通大學(xué)院 系 : 軟件 學(xué) 院班 級 : B 070379 1學(xué) 號 : 10 70379003研 究 生 : 譚雪婷學(xué) 科 專 業(yè) : 計(jì)算機(jī)軟件與理論研 究 方 向: 數(shù)字媒體導(dǎo) 師 : 楊旭波 肖雙 九上海 交通 大 學(xué)軟件 學(xué) 院20 10 年 1 月第零章 摘要摘刁石. 3 七增 強(qiáng)現(xiàn) 實(shí) (A ugm e毗edR e汕七 y ，簡稱A

2、 R ) ，也稱 混合 現(xiàn) 實(shí) 。它通 過 圖形 學(xué)等 各 種計(jì)算機(jī) 技術(shù)將 真 實(shí)世界和虛擬數(shù) 據(jù)無縫 融合 ，對真 實(shí)世 界做一 定 “ 增 強(qiáng) ”，來 幫助傳遞信 息或加 強(qiáng)娛 樂效果 。隨著 筆一 記本 電腦 、智 能手機(jī) 、P D A 等移動 設(shè)備 的普及 ，人們越來越依賴 于這 些可 以隨身攜帶又功 能強(qiáng)大 的 向?qū)Ш?幫手 。而移動平 臺上 的增 強(qiáng)現(xiàn) 實(shí)應(yīng)用 ，也 由于更 貼近 生活 ，更方 便快捷 ，而廣 受普通大眾接

3、納和歡迎 。跟蹤 技術(shù)一直都是計(jì)算機(jī) 視覺領(lǐng)域 的核心技術(shù) 。近幾年增 強(qiáng)現(xiàn) 實(shí) 的高速 發(fā)展使得跟 蹤技術(shù)有 了新 的應(yīng)用 前景 。本文 的主要 目的就 是探討和研究移動增 強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 中的跟蹤技術(shù) ?？紤]到移動平 臺的各 種 資源 和 處理 能力 限制 ，我 們 將 更 側(cè) 重 于計(jì) 算 量 較 小 的高性 能算 法 ，在 保 證 速 度的基 礎(chǔ) 上 最 大 化 精 度 和 穩(wěn) 定性 。本文 主 要包 括 攝 像 機(jī) 跟 蹤 和 物

4、 體 跟 蹤 兩 大 部 分 ，并針對性地 設(shè)計(jì)和 實(shí)現(xiàn) 了移動手機(jī)上 的SL A M 系統(tǒng)和移動 電腦上 的物體檢測 系統(tǒng) 。另外 ，本文 還 從算 法 的角度 詳 細(xì)分 析和 介 紹 了跟 蹤 系 統(tǒng) 中 的特 征 點(diǎn)檢 測 描 述 和 軌 跡 跟 蹤 兩 大 問題 ，實(shí)現(xiàn) 了一些傳統(tǒng) 的算法 ，并提 出 了一些新 型 的解 決方案 。首先 ，我們 提 出并 實(shí)現(xiàn) 了一個 新 型 的特 征檢 測 算法 : SE 一 FA ST (s

5、Cal e一 E x七 endedFA ST )，在物體跟蹤檢測 的過程 中，最大 的挑戰(zhàn)就是對 目標(biāo)物體和 隨機(jī)場景 的圖像抽 象 。而 圖像 抽 象 的核 心就 是特 征 抽 取 。我們 的SE 萬A ST 就 是 一個 適 用 于移 動 增 強(qiáng)現(xiàn) 實(shí)應(yīng)用 的特征點(diǎn)抽取算法 。SE 一 FA ST 受FA ST ( 凡a七 uresfr omA cCel era七 edSegm e毗 吸S七 )啟發(fā) 設(shè)計(jì) 了一 個 特 征 響應(yīng) 函

6、數(shù) 并 通 過 區(qū)域 極 值 搜 索 大 大 提 高 了傳 統(tǒng)FA ST 檢 測 質(zhì) 量 ，這個 基 于 特 征 響應(yīng) 的新 型 算 法 被 繼 續(xù) 擴(kuò) 展 到尺 度 空 間 ，使 之 具 有 了尺 度 不 變 性 ，并擁有 了尺度數(shù)據(jù) 信 息 ，更好地指 導(dǎo) 了后繼 的描述器算法 并大大提 高 了特 征 匹配準(zhǔn)確 率 。這 個 擴(kuò) 展 到 尺 度 空 間 的算 法 就 稱 為SE 萬A ST 。我 們 還 嘗 試 對 傳 統(tǒng) E 、

7、ST 的基 本 檢 測 算法 做 了改進(jìn) 和 優(yōu) 化 ，更 進(jìn) 一 步 提 升 了檢 測 質(zhì) 量 ，我 們 稱 這 種 單 尺 度 的特 征 檢 測 算 法為A FA ST ( A dap七 edFA ST )。其 次 ，在單 層 SE 下A ST 的基 礎(chǔ) 上 ，我們 建立 了一個 手機(jī) 上 的視 覺SL A M 系統(tǒng) ，通過整 合 傳 統(tǒng)SU R F 描 述 器 并利 用8點(diǎn)法 計(jì) 算 視 覺基 礎(chǔ) 矩 陣 ，完成 了特 征 點(diǎn) 的

8、檢 測 和 三 維 定位及 映射 圖的建立和更 新 。然后 ，在 多層 SE 一 FA ST 的基礎(chǔ)上 ，我們 建立 了一個移動 電腦 上 的物體檢測 系統(tǒng) 。通過整合 改進(jìn) 的SU R F 描述器來 生成特征 向量 、匹配相關(guān)數(shù)據(jù) 。最后 的檢測系統(tǒng)能夠在 復(fù)雜 的 自然環(huán)境 中檢測 到 目標(biāo)物體 ，并給 出物體姿 勢 ，圖像位 置及大 小信 息 。整個檢測系統(tǒng)被證 明擁 有 良好 的計(jì)算性 能并對尺度 、旋轉(zhuǎn) 、視角等變化魯棒 。最

9、 后 ， 我 們 通 過 實(shí) 驗(yàn) 對 比 了 多 尺 度 的SE 下A ST 和 當(dāng) 前 最 快 的 尺 度 特 征 檢 測 算子凡 S七 一 H essi an 。展 示 了SE 一 FA ST 高 效 的 處 理 過 程 和 高 質(zhì) 量 的 檢 測 結(jié) 果 。 我 們 還 對比 了傳 統(tǒng) E 、 ST 算 法 、基 于 特 征 響應(yīng) 的FA ST 算 法 和A FA ST 算 法 ，驗(yàn) 證 了后 兩 者 特 別是A FA ST 相