增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境下自然特征點(diǎn)的注冊方法研究.pdf

1、從上世紀(jì)六十年代以來計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展。在圖形學(xué)領(lǐng)域中發(fā)展起來的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)成功的應(yīng)用于各行各業(yè),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Virtual Reality,簡稱VR)就是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的前身。目前,增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)也越來越多的應(yīng)用到工業(yè)、醫(yī)療、教育等領(lǐng)域,能夠更好地協(xié)助人們完成各種各樣的工作。因此,對增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的學(xué)習(xí)和研究具有深刻的現(xiàn)實(shí)意義。而三維注冊技術(shù)是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)之一,它是把計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體等融合到用戶感知的真實(shí)世界中的一種技術(shù),

2、對人的視覺系統(tǒng)增強(qiáng)或行為指引的技術(shù)。三維注冊的根本任務(wù)就是要確定虛擬模型在不同坐標(biāo)系中的坐標(biāo)關(guān)系,并將這個虛擬物體實(shí)時地顯示在正確的位置。
　　 本文通過研究特征平面映射實(shí)現(xiàn)三維注冊。首先,針對單目攝像頭環(huán)境下增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的三維注冊研究現(xiàn)狀,確定了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對象,利用OpenCV來實(shí)現(xiàn)視頻圖像的采集,簡要的介紹了基于顏色特征的直方圖。并在此基礎(chǔ)之上,通過對圖像的閾值分割描述來確定合適的閾值,將目標(biāo)區(qū)域從背景分離開來；將目

3、標(biāo)區(qū)域的邊緣從圖像中檢測出來,從而了限定模板的搜索區(qū)域。
　　 其次,定義了目標(biāo)對象的自然特征點(diǎn),并據(jù)此提出了特征點(diǎn)的篩選方法,實(shí)現(xiàn)了在本文實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下,對有效的目標(biāo)對象的特征角點(diǎn)進(jìn)行識別。另外,介紹了三維注冊中的圖像平面坐標(biāo)系、世界坐標(biāo)系和攝像機(jī)坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。注冊定位技術(shù)要解決的問題就是實(shí)時地計(jì)算出視頻捕捉部分的攝像頭坐標(biāo)系相對于自然特征點(diǎn)坐標(biāo)系之間的位姿關(guān)系,根據(jù)這些信息確定所要添加的虛擬信息的映射位姿(位置與姿

4、態(tài))。
　　 在攝像機(jī)的透視投影變換情況下,攝像機(jī)與一個圖像平面之間的變換是透視投影變換。通過這個原理以及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系,本文利用圖像特征點(diǎn)和它在攝像機(jī)成像平面點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系,由特征點(diǎn)建立的世界坐標(biāo)系,分析了三對坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系,并得到攝像機(jī)坐標(biāo)相對世界坐標(biāo)系關(guān)系轉(zhuǎn)換矩陣,實(shí)現(xiàn)虛擬物體在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的注冊。
　　 最后,本文依托圖形圖像工具以及計(jì)算機(jī)視覺庫,分析了實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)中的系統(tǒng)架構(gòu),完成了基于單目攝像頭三維注冊的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)