增强现实系统中的嵌入结构光技术研究

发布时间：2020-09-01 08:58

　　增强现实是一种利用计算机生成的辅助信息,对用户所处的真实场景进行补充和丰富的计算机系统,这种系统生成与用户所处的现实环境相关的图形、图像和声音等信息,并将这些信息所构成的虚拟世界与用户在现实环境中所感受到的真实世界,融合为一个虚拟与真实混合并存的世界。在上世纪90年代,增强现实作为虚拟现实的一个重要且新兴的分支,在军事、医疗、工业、日常生活与娱乐等领域中有着广阔的应用前景,逐步开始成为研究热点。重建三维信息一直是计算机视觉的重要课题。随着科技的不断进步,工业界对于重建三维信息的速度和精确性有着越来越高的要求。结构光测量方法因为其使用简单、测量精确的优点而广泛应用于工业领域。然而在增强现实领域,特别是在基于投影的增强现实系统中,可见结构光会干扰用户的视觉享受。特别是在投影仪-摄像机系统处于动态的情况下,这个干扰会体现得尤为严重。针对可见结构光技术所带来的视觉干扰问题,本文研究嵌入结构光技术,并凭借嵌入结构光图案隐藏性的优势,来避免视觉干扰所带来的影响。本文主要研究内容包括如下几方面:研究结构光技术三维测量技术的实现原理及结构光编码技术的分类;研究嵌入结构光技术的实现方法,并创新性地提供了一种基于图像内容自适应的嵌入结构光编解码技术。该技术利用补偿结构光图案的方法,不仅可以将任意的二值结构光图像嵌入到普通的原始投影图像中,并达到对用户视角隐藏结构光信息的效果;而且对比前人的方法,在保证结构光视觉不可见性的前提下,改进和提高结构光还原图像的精度。最后,本文还研究基于嵌入结构光技术的投影平面几何自动标定和增强现实场景交互技术等方面。总结本文的贡献,包括如下内容:第一,提出了一种改进的嵌入结构光算法,该算法提高了嵌入结构光的“隐藏性”和计算精度。第二,利用嵌入结构光图案“隐藏性”的特点,在增强现实系统中实现基于嵌入结构光的自动标定技术和基于嵌入结构光的场景三维扫描技术。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TP368.1
【部分图文】：

结构光编码,图案,例子,结构光

图 1-2 一个嵌入和解析结构光编码图案的例子[6]Fig. 1-2 Example of embedding and detecting of code pattern[6]目的和主要工作研究目的到国家 863 计划项目“基于投影设备的空间增强现实关键技术研究AA01Z307）的资助。主要研究结构光测量技术和嵌入结构光的实现和入结构光的改进算法，和应用嵌入结构光进行三维测量和自动标定的结构光图案对人类视觉的“隐藏性”，它可以避免由可见结构光所带且可以在用户难以察觉的情况下，实时进行场景三维测量和标定数。研究目的主要有以下几点：利用结构光三维测量技术获得较精确的目标物体三维数据。

原理图,结构光编码,三维图像,物体

标表面并携带目标表面深度信息的结构光图像。只要能建立起反映畸变条面形状之间对应关系的数学模型，就可以从畸变后的条纹形状信息推断出状的三维信息，从而得出三维轮廓图，并计算出被测景物的三维坐标（一三角测量法，可以将多条纹图像的转换成沿 Z 方向的高度变化。），进而重物的三维图像。此外，计算物体表面三维信息时，需要知道每条条纹的序条纹编码的方法来实现。在条纹编码中，编码条纹的最小宽度取决于计算辨力，编码条纹的数量是根据目标空间分辨力的要求确定。在不考虑其他下，条纹可以按照最小一个像素的间隔调节，这样就得到了可以调节的数纹编码结构光。

数字图像,针孔模型,摄像机

摄像机定标(或称为标定)。标定精度的大小，直接影响着计算机视觉（机器度。在本文所使用的摄像机－投影仪系统中，不仅需要对摄像机进行标定，还仪的内外参数进行标定。只有精确的获得这些参数，才可以正确计算出物息。摄像机的标定像机采集的图像以标准电信号的形式输入计算机，经计算机中的专用数换成数字图像。每幅数字图像是由M × N的点阵组成的，M 行 N 列的图个元素称为像素(pixel)，每个像素点值的大小就形成了图像点的灰度或亮的成像是以针孔模型为基础的，它的成像实际上是将三维空间的景象映射矩阵中的灰度值，这个二维像素矩阵灰度值是对应着 CCD（Charge Coce:电荷藕合器件）平面上 M × N个离散元件上的电荷量。

【引证文献】