面向建筑场景的移动增强现实系统研究
发布时间：2021-04-14 14:22
近年来,增强现实（Augmented reality,AR）成为地理信息系统的一种新的地理表达方式,是一项用户通过设备观察到的现实世界中添加由计算机生成的多媒体对象和3D模型等虚拟信息的技术。随着移动设备迅猛发展,国内外学者对移动增强现实技术（Mobile Augmented Reality）进行了大量研究和实践,但是绝大多数的是在PC端上的应用。相比PC端,移动终端由于其便携性,极大地拓展增强现实系统的应用场景,使用户与现实世界具有更多的互动性。但是移动端由于其计算能力有限,在PC端应用成熟的算法无法直接移植到移动端,导致现有算法无法满足户外三维注册实时性的要求。针对目前增强现实在移动端应用的优势和不足之处,本文重点研究户外场景下移动增强现实系统的三维注册实时性和鲁棒性问题,包括移动端的图像图像匹配技术与跟踪注册技术的研究。在图像匹配技术研究上,本文提出一种结合SURF算法和FREAK算法的改进算法SUFREAK,并以移动终端为实验平台,从算法匹配性能与旋转、光照、尺度、视角变换等方面进行算法效率与鲁棒性比较分析,并从综合角度探讨算法在移动终端上的适用性,结果表明:改进算法SUFRE...
【文章来源】：福建师范大学福建省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１地理空间信息表达方式的发展历程??
后续三维注册算法的研究和移动增强现实系统搭建工作做好铺垫工作。??２．１增强现实系统流程??如图２－１所示，为基于单目摄像头的移动增强现实系统的一般工作流程，其中??主要包括：移动设备的图像采集及预处理、图像特征识别跟踪定位（三维注册）、??虚实融合、图形绘制等四块内容。??视频喊｜?图像特征点丨＾丨????预处理一匹配一＿特征点跟踪??■?ｉ?位玛ｒ计算??一”集？?视频顿?一？虚实融合?一＾????显本模块??」?２??Ａｎｄｒｏｉｄ???????????设备?文字、３Ｄ模型＿＾图像引擎系统??等虚拟信息?ＯｐｅｎＧＬ?ＥＳ??图２－１移动增强现实实现流程图??Ｆｉｇ．２－１?Ｔｈｅ?ｆｌｏｗ?ｏｆ?Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ?Ｒｅａｌｉｔｙ?ｏｎ?Ｍｏｂｉｌｅ??移动增强现实系统流程大体包含三个步骤：第一步，Ａｎｄｒｏｉｄ移动端通过摄像头??获取视频流；第二步，将采集的视频帧进行灰度处理，并提取视频帧中的特征点、??描述子，最后与目标图像进行匹配。匹配正确，则计算目标图像在视频帧的位姿，??对视频帧特征点进行持续追踪至丢失重进行图像匹配。第三步，如果检测到目标图??像，将文字、３Ｄ模型等虚拟信息以步骤二获取的参数注册到步骤一获取未处理的视??频帧中，实现增强现实。??２．２增强现实中的三维注册??增强现实是将虚拟信息与现实场景进行有效的融合，因此其中的关键问题是三??维注册
图２－２摄像机坐标系??Ｆｉｇ．?２－２?Ｃａｍｅｒａ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ??如图２－２，摄像机坐标系是以摄像头成像的焦距中心为原点〇，，坐标轴为《、、??ｚ，的坐标系统，其中ｚ，为摄像机光轴方向，〇，〇／长度为摄像头的焦距／。以原点１，??Ｘ，．，Ｉ轴组成成像平面坐标系，轴分别平行于轴。在摄像机坐??标系中点Ｐ坐标为（Ｘ，，Ｆ；，Ｚ，），而在成像平面坐标系坐标为，其之??间存在转换关系，透视投影公式２－１如下：??２－１??Ｘｉ?Ｙｉ?Ｚｉ??使用归一化的齐次坐标替代二维向量来表示摄像机坐标系使得坐标变换（旋转、??平移）更容易表示，所以公式２－１转换为齐次坐标形式，公式２－２如下：??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于动态特征模板匹配的ARToolKit三维注册[J]. 雷晓妹,伍忠东,雍玖,加小红. 计算机应用与软件. 2017(07)
[2]基于改进ORB特征检测的全景视频拼接[J]. 雍玖,王阳萍,雷晓妹,王松. 计算机应用与软件. 2017(05)
[3]基于五帧差分和改进的Meanshift算法的运动目标跟踪[J]. 陈双叶,王善喜. 计算机科学. 2016(S1)
[4]一种改进的基于SURF特征匹配的图像拼接算法[J]. 李海洋,张睿哲. 太原理工大学学报. 2016(01)
[5]基于改进FREAK的增强现实实时注册算法[J]. 李晶皎,赵越,王爱侠,李贞妮,杨丹. 小型微型计算机系统. 2016(01)
[6]基于SURF特征提取和FLANN搜索的图像匹配算法[J]. 冯亦东,孙跃. 图学学报. 2015(04)
[7]基于增强现实和ArcGIS的移动GIS应用的设计和实现[J]. 陆培鹤,邹时林,何月顺. 测绘与空间地理信息. 2015(06)
[8]基于增强实景的地名地址普查系统研究[J]. 郭亮,杨卫军,何华贵,张鹏程. 测绘通报. 2014(S2)
[9]基于TLD的增强现实跟踪注册方法[J]. 李炎,尹东. 系统仿真学报. 2014(09)
[10]基于Kalman预测器的改进的CAMShift目标跟踪[J]. 闫钧华,陈少华,艾淑芳,李大雷,段贺. 中国惯性技术学报. 2014(04)
硕士论文
[1]融合行人检测器和颜色模型的行人跟踪算法研究[D]. 姜龙龙.电子科技大学 2015
[2]基于移动增强现实的导航系统的设计与实现[D]. 江亚炬.中国海洋大学 2014
[3]基于Android传感器的驾驶事件识别关键技术研究[D]. 宋雅清.中国海洋大学 2014
[4]基于自然特征和传感信息的移动增强现实技术研究[D]. 肖斌.厦门大学 2014
[5]基于SIFT算法的图像匹配方法研究[D]. 汪松.西安电子科技大学 2013
[6]基于GPGPU的增强现实三维注册算法实时性研究[D]. 张燕.郑州大学 2012
[7]增强现实中基于视觉的三维注册技术研究[D]. 朱孔春.沈阳航空航天大学 2011
[8]基于互信息的立体运动物体的识别与跟踪[D]. 陈熙.复旦大学 2009
本文编号：3137475
【文章来源】：福建师范大学福建省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１地理空间信息表达方式的发展历程??
后续三维注册算法的研究和移动增强现实系统搭建工作做好铺垫工作。??２．１增强现实系统流程??如图２－１所示，为基于单目摄像头的移动增强现实系统的一般工作流程，其中??主要包括：移动设备的图像采集及预处理、图像特征识别跟踪定位（三维注册）、??虚实融合、图形绘制等四块内容。??视频喊｜?图像特征点丨＾丨????预处理一匹配一＿特征点跟踪??■?ｉ?位玛ｒ计算??一”集？?视频顿?一？虚实融合?一＾????显本模块??」?２??Ａｎｄｒｏｉｄ???????????设备?文字、３Ｄ模型＿＾图像引擎系统??等虚拟信息?ＯｐｅｎＧＬ?ＥＳ??图２－１移动增强现实实现流程图??Ｆｉｇ．２－１?Ｔｈｅ?ｆｌｏｗ?ｏｆ?Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ?Ｒｅａｌｉｔｙ?ｏｎ?Ｍｏｂｉｌｅ??移动增强现实系统流程大体包含三个步骤：第一步，Ａｎｄｒｏｉｄ移动端通过摄像头??获取视频流；第二步，将采集的视频帧进行灰度处理，并提取视频帧中的特征点、??描述子，最后与目标图像进行匹配。匹配正确，则计算目标图像在视频帧的位姿，??对视频帧特征点进行持续追踪至丢失重进行图像匹配。第三步，如果检测到目标图??像，将文字、３Ｄ模型等虚拟信息以步骤二获取的参数注册到步骤一获取未处理的视??频帧中，实现增强现实。??２．２增强现实中的三维注册??增强现实是将虚拟信息与现实场景进行有效的融合，因此其中的关键问题是三??维注册
图２－２摄像机坐标系??Ｆｉｇ．?２－２?Ｃａｍｅｒａ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ??如图２－２，摄像机坐标系是以摄像头成像的焦距中心为原点〇，，坐标轴为《、、??ｚ，的坐标系统，其中ｚ，为摄像机光轴方向，〇，〇／长度为摄像头的焦距／。以原点１，??Ｘ，．，Ｉ轴组成成像平面坐标系，轴分别平行于轴。在摄像机坐??标系中点Ｐ坐标为（Ｘ，，Ｆ；，Ｚ，），而在成像平面坐标系坐标为，其之??间存在转换关系，透视投影公式２－１如下：??２－１??Ｘｉ?Ｙｉ?Ｚｉ??使用归一化的齐次坐标替代二维向量来表示摄像机坐标系使得坐标变换（旋转、??平移）更容易表示，所以公式２－１转换为齐次坐标形式，公式２－２如下：??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于动态特征模板匹配的ARToolKit三维注册[J]. 雷晓妹,伍忠东,雍玖,加小红. 计算机应用与软件. 2017(07)
[2]基于改进ORB特征检测的全景视频拼接[J]. 雍玖,王阳萍,雷晓妹,王松. 计算机应用与软件. 2017(05)
[3]基于五帧差分和改进的Meanshift算法的运动目标跟踪[J]. 陈双叶,王善喜. 计算机科学. 2016(S1)
[4]一种改进的基于SURF特征匹配的图像拼接算法[J]. 李海洋,张睿哲. 太原理工大学学报. 2016(01)
[5]基于改进FREAK的增强现实实时注册算法[J]. 李晶皎,赵越,王爱侠,李贞妮,杨丹. 小型微型计算机系统. 2016(01)
[6]基于SURF特征提取和FLANN搜索的图像匹配算法[J]. 冯亦东,孙跃. 图学学报. 2015(04)
[7]基于增强现实和ArcGIS的移动GIS应用的设计和实现[J]. 陆培鹤,邹时林,何月顺. 测绘与空间地理信息. 2015(06)
[8]基于增强实景的地名地址普查系统研究[J]. 郭亮,杨卫军,何华贵,张鹏程. 测绘通报. 2014(S2)
[9]基于TLD的增强现实跟踪注册方法[J]. 李炎,尹东. 系统仿真学报. 2014(09)
[10]基于Kalman预测器的改进的CAMShift目标跟踪[J]. 闫钧华,陈少华,艾淑芳,李大雷,段贺. 中国惯性技术学报. 2014(04)
硕士论文
[1]融合行人检测器和颜色模型的行人跟踪算法研究[D]. 姜龙龙.电子科技大学 2015
[2]基于移动增强现实的导航系统的设计与实现[D]. 江亚炬.中国海洋大学 2014
[3]基于Android传感器的驾驶事件识别关键技术研究[D]. 宋雅清.中国海洋大学 2014
[4]基于自然特征和传感信息的移动增强现实技术研究[D]. 肖斌.厦门大学 2014
[5]基于SIFT算法的图像匹配方法研究[D]. 汪松.西安电子科技大学 2013
[6]基于GPGPU的增强现实三维注册算法实时性研究[D]. 张燕.郑州大学 2012
[7]增强现实中基于视觉的三维注册技术研究[D]. 朱孔春.沈阳航空航天大学 2011
[8]基于互信息的立体运动物体的识别与跟踪[D]. 陈熙.复旦大学 2009
本文编号：3137475
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