基于自然特征和傳感信息的移動增強現(xiàn)實技術(shù)研究.pdf

1、增強現(xiàn)實技術(shù)通過對現(xiàn)實世界附加數(shù)字信息來提升用戶與真實環(huán)境的交互體驗。與虛擬現(xiàn)實技術(shù)不同，增強現(xiàn)實更傾向于將虛擬的信息融入現(xiàn)實世界，使用戶可以在真實場景中感知到計算機生成的虛擬模型。作為人機交互的發(fā)展趨勢之一，增強現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)藥、機械、娛樂等領(lǐng)域發(fā)揮出重要作用，并具有可觀的發(fā)展前景。
　　近些年來，智能手機硬件條件的飛速提升，為增強現(xiàn)實在移動平臺的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。智能手機體積小、重力輕、可隨身攜帶，更適合充當(dāng)人與世界溝通的

2、媒介。然而，與PC設(shè)備相比，移動設(shè)備的計算性能通常無法支撐增強現(xiàn)實系統(tǒng)的實時準(zhǔn)確注冊，因此無法直接將傳統(tǒng)三維注冊算法移植到移動平臺。針對這一問題，本文研究重心主要集中在基于自然特征移動增強現(xiàn)實系統(tǒng)的實時注冊之上，具體可分為:
　　1.針對移動設(shè)備資源緊張，計算性能較弱的特點，本文通過對傳統(tǒng)FREAK特征描述算法的改進，提出一種基于重力的FREAK特征描述算法。與傳統(tǒng)FREAK算法通過分析特征點鄰域灰度梯度指定主方向不同，本文使用移

3、動設(shè)備自帶的重力傳感器獲取設(shè)備當(dāng)前所受重力，并將其投影至成像平面，將特征點所對應(yīng)的重力投影向量指定為它的特征方向，省去了計算每一個特征點鄰域灰度梯度的時間，降低了算法開銷。由于現(xiàn)實世界中所有物體受到的重力方向都豎直向下，因此重力對齊的方式可以保證特征點的旋轉(zhuǎn)不變。同時，由于傳感器本身具有一定精度，可以保證獲取特征方向的準(zhǔn)確性。
　　2.傳統(tǒng)PC增強現(xiàn)實系統(tǒng)通?？梢灾皇褂没谧匀惶卣髌ヅ涞淖苑绞?，對場景視頻每一幀，都提取特征點并與

4、參考圖像進行匹配。這種方法可以保證注冊的準(zhǔn)確性，但是受移動平臺資源的限制，會嚴(yán)重影響移動增強現(xiàn)實系統(tǒng)的實時性。考慮到視頻固有的連續(xù)特性，本文利用Lucas-Kanade(KL)算法對目標(biāo)場景進行追蹤注冊，以保證系統(tǒng)實時運行。同時，針對攝像頭快速旋轉(zhuǎn)時，KL算法極容易丟失目標(biāo)的問題，本文利用移動設(shè)備自帶的慣性傳感器為KL算法迭代提供初始化參數(shù)，大大增加了攝像頭轉(zhuǎn)動情況下算法收斂的概率。
　　3.最后本文在iOS系統(tǒng)平臺上，基于上述改