基于边跟踪的增强现实技术在机械维修中的应用研究

发布时间：2020-10-29 23:33

　　 当代用户对于单纯虚拟显示和与虚拟信息交互的不满足,使得研究资源越来越倾斜向融合真实世界和虚拟世界的增强现实技术,为了获得更准确自然的效果,各大厂家正迅速地迭代技术实现依赖的硬件设施。对增强现实应用的需求不仅是面向普通民众常接触的娱乐和生活,在工业上,除了传统的机械产品之外,随着信息科技爆炸式地发展,产品愈发复合化、智能化,其本身复杂性的增加导致了产品可靠性的下降,使得其维护成本变得更加突出。论文针对以上问题,对增强现实技术在机械维修中的应用展开研究。综合利用OpenCV和OpenGL,在校准要求和硬件依赖控制在最低限度的条件下,采用基于边跟踪的注册技术对增强现实环境进行感知,利用维修情境中真实物体目标的虚拟三维模型作为先验知识,基于区域地利用三维目标对象的模型轮廓和投影轮廓之间的显式点对应关系建立能量函数模型,以有向图模型来描述三维目标的模型轮廓和图像投影轮廓候选的对应关系,使用动态规划在整体轮廓信息中搜索最短路径以对应最优的候选关系。据此实现在没有任何嵌入式设备或基准标记的情况下,结合真实世界的信息呈现虚拟维修的信息,并提供在典型机械维修环境下的基本交互,以辅助机械的装配操作。
【学位单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH17;TP391.9
【部分图文】：

最终与真实世界的画面叠加在一起，呈现给机械维修用户。计算机视觉??与计算机图形结合的具体的实现流程将在本文第五章，结合图５－１介绍。??如图２－１所示，为增强现实系统中坐标系统的关联示意图。??’?＾?（?行二￣、??輕变换丨＾?．观察变换??Ｖ＂?Ｉ?＾．??＆?ｉ?：？??ＩＩ?＇?Ｚｈ？?丨??、?ｖ??Ｊ??局部坐标系?世界坐标系??ｒ—－－：：下。－————１??；?Ｙｎ?．?ｒ?＇??ｔｒ－ｙ，?投影変换?ｑ?视Ｕ变换．ｉ?＾??■：週?ｉ?＾?；?＿＿?囚??［ｊＯｒ?ＡＶ＾??：??＾?／：??观察坐标系?规范化坐标系?屏幕坐标系??图２－１增强现实系统中坐标系关联示意图??具体地，将局部坐标转换为世界坐标，即将物体摆放在正确的世界空间中。??该转换一般通过模型变换（ｍｏｄｅｌｔｒａｎｓｆｏｒｍ）实现，即通过平移、旋转、缩放来??变换目标对象，确定其于世界坐标中的位姿。??世界坐标转换为观察坐标，指的是对世界坐标系进行平移或旋转，使得摄像??机位于世界坐标系的原点，将对象世界空间的坐标转换为观察者视野中的坐标。??一系列的平移和旋转变换组成观察变换（ｖｉｅｗｔｒａｎｓｆｏｒｍ），用来将世界坐标转换??到观察坐标。??本文采用的是针孔相机模型

最终与真实世界的画面叠加在一起，呈现给机械维修用户。计算机视觉??与计算机图形结合的具体的实现流程将在本文第五章，结合图５－１介绍。??如图２－１所示，为增强现实系统中坐标系统的关联示意图。??’?＾?（?行二￣、??輕变换丨＾?．观察变换??Ｖ＂?Ｉ?＾．??＆?ｉ?：？??ＩＩ?＇?Ｚｈ？?丨??、?ｖ??Ｊ??局部坐标系?世界坐标系??ｒ—－－：：下。－————１??；?Ｙｎ?．?ｒ?＇??ｔｒ－ｙ，?投影変换?ｑ?视Ｕ变换．ｉ?＾??■：週?ｉ?＾?；?＿＿?囚??［ｊＯｒ?ＡＶ＾??：??＾?／：??观察坐标系?规范化坐标系?屏幕坐标系??图２－１增强现实系统中坐标系关联示意图??具体地，将局部坐标转换为世界坐标，即将物体摆放在正确的世界空间中。??该转换一般通过模型变换（ｍｏｄｅｌｔｒａｎｓｆｏｒｍ）实现，即通过平移、旋转、缩放来??变换目标对象，确定其于世界坐标中的位姿。??世界坐标转换为观察坐标，指的是对世界坐标系进行平移或旋转，使得摄像??机位于世界坐标系的原点，将对象世界空间的坐标转换为观察者视野中的坐标。??一系列的平移和旋转变换组成观察变换（ｖｉｅｗｔｒａｎｓｆｏｒｍ），用来将世界坐标转换??到观察坐标。??本文采用的是针孔相机模型

了?（／）ｃｏｓ沒，／；ｔｓｉｎｉ９，二＞??图２－３三维坐标系中的旋转示意图??如图２－３所不，假设点（Ｘ，少，ｚ）在ＡＴ平面的极坐标为（ｐ，?０）：??ｘ?＝?ｐｃｏｓｄ??ｙ?＝?ｐ?ｓｉｎ?６?（２－３）??绕Ｚ轴旋转ｙ后，极坐标变为（ｐ，?０?＋?ｙ）：??ｘ?＝?ｐｃｏｓ（０?＋?／）?＝?ｐｃｏｓ＾ｃｏｓ／－ｙ９ｓｉｎ＾ｓｉｎ?ｙ??ｙ＇?＝?ｐｓｉｎ（０?＋?ｙ）?＝?ｐｓｍ０ｃｏｓｙ?＋?／？?ｃｏｓ?６＊?ｓｉｎ／?（２－４）??ｒ?—??Ｚ?—?Ｚ??将（２－４）代入（２－３）后可以得到：??ｘ?—ｘ?ｃｏｓ?ｙ?—?ｙ?ｓｉｎ?／??ｙ?＝?ｘ?ｓｉｎ?／?＋?ｃｏｓ?／?（２－５）??ｚ?—?ｚ??对应的齐次变换矩阵即：??ｃｏｓｙ?－ｓｉｎ?ｒ?〇?〇??ｓｉｎ?ｙ?ｃｏｓｙ?０?０??Ｒ?＝?’?’?（２－６＾??０?０?１０?（）??０?０?０?１＿??同理，可分别得到绕ｚ轴旋转和绕ｒ轴旋转的变换矩阵：??１?０?０?０?ｃｏｓ?Ｊ３?０?ｓｉｎ?ｙ５?０??０?ｃｏｓ?ｏｒ?－?ｓｉｎ?ｏｒ?０?０?１０?０??Ｒｘ＝?，?Ｒｖ?＝?（２－７）??０?ｓｉｎ?ｏｒ?ｃｏｓ?ａ?０?－ｓｉｎ?／３?０?ｃｏｓ?／？?０?、）??＿〇〇?０?ｉｊ?［?０?０?０?１??（３）缩放变换：??与平移变换和旋转变换坐标环境相同，假设将点；７?（Ｘ，Ｚ）相对于原点进??行比例缩放变换，到新的点可利用缩放变换矩阵７：执行：??１１??
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本文编号：2861627