基于移动平台的增强现实跟踪注册技术研究
发布时间：2021-03-28 17:35
增强现实是一种将计算机生成的虚拟物体实时叠加到真实场景中的技术。叠加过程中,虚拟物体与真实场景相互之间必须正确对齐,否则增强现实的效果将大打折扣。因此,当虚拟物体与真实场景进行虚实融合时,用何种方法将它们进行对齐是增强现实面对的关键问题。通过跟踪注册技术可获得计算机设备相对于真实场景的位姿,并随着计算机设备在场景中的运动对其位姿进行实时跟踪。然后根据获得的位姿即可将虚拟内容正确的整合到真实场景中。然而,移动设备存在内存较小、CPU运算能力较低等资源限制。针对这些问题,本文提出一些方法对现有的跟踪注册算法进行改进,以满足移动设备的需求。本文的主要内容和贡献如下所示:（1）为提升图像匹配算法的实时性和鲁棒性,提出一种基于改进FREAK的特征点匹配算法（MyFREAK算法）。首先将经典FREAK算法的8层视网膜模型简化为5层,且根据贪婪搜索算法仅选取64组感受野点对,使得在减少运算开销的同时尽量保留有效的点对信息。然后设计一种具有旋转不变性的LBP算法,对每个感受野进行编码,以增加描述符的区分度。与实验里其它算法相比,提出的算法具有最小的描述符尺寸。根据在Mikolajczy和day-nig...
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
刚体运动图解
江南大学硕士学位论文82.2.1刚体运动及其表示刚体是指不会发生形变的物体，刚体上两点间的距离在刚体发生运动前后不会发生改变。如图2-1所示，在刚体运动前后p、q两点间的距离d不变：图2-1刚体运动图解刚体运动g可看为坐标之间的映射，其将刚体上每个点运动前的坐标X映射为运动后的坐标g(X)，如2.5式所示：g:Xg(X)~(2.5)为了得到刚体运动的具体表达形式，首先考虑只涉及旋转的刚体运动。如图2-2所示，世界坐标系(XYZ坐标系)是固定的，某刚体的坐标帧原本与世界坐标系重合，绕轴旋转后得到新的坐标帧(xyz坐标帧)。图2-2纯旋转刚体运动假设1e，2e，3e分别是世界坐标系里沿着X，Y，Z轴的单位向量，则做纯旋转刚体运动g后新坐标帧x，y，z轴的单位向量为11r=g(e)，22r=g(e)，33r=g(e)。由于刚体坐标帧下的坐标不受刚体运动影响，推得纯旋转刚体运动可由一个3×3矩阵R表示，如2.6式所示：123R[r,r,r](2.6)因为1r，2r，3r是相互垂直的单位向量，所以R为正交矩阵。又因1r，2r，3r形成右手系，所以R的行列式为+1。将所有满足上述条件的三维矩阵称为三维旋转矩阵。一般化的刚体运动，不仅涉及旋转还涉及位移。如图2-3所示，假设刚体坐标帧C原本与世界坐标系W重合，经过旋转和位移后到达到新的位置：
第二章相关理论简介9图2-3一般化的刚体运动其中cX是刚体上点p于刚体坐标帧C下的坐标，无论刚体如何运动cX都不会变化；wX则表示刚体运动后，点p于世界坐标系W下的坐标。将此刚体运动分解为先旋转后位移，可推得wX如下：wwccwcX=RX+T(2.7)其中wcR是刚体坐标帧C相对于世界坐标系W的旋转；wcT表示世界坐标系原点到刚体坐标帧原点的位移向量。根据2.7式可知，刚体运动可由一个三维旋转矩阵和一个三维位移向量表示。为了紧凑的表示刚体运动，引入齐次坐标概念。设某点p的坐标为123[,,]TX=XXX，则其齐次坐标定义为：12311XXXXX=(2.8)且点的齐次坐标有如下属性：112233,01XkXXkXkXkXk(2.9)而向量由两点相减得到，则向量v的齐次坐标定义为：12300vvvvv=(2.10)根据齐次坐标的定义，2.7式可重写为矩阵形式：1011wwcwccwXRTXX==(2.11)则一般化的刚体运动g，可定义为如下矩阵形式，其中R是旋转矩阵，T是位移向量：
【参考文献】：
期刊论文
[1]增强现实中三维跟踪注册技术概述[J]. 韩玉仁,李铁军,杨冬. 计算机工程与应用. 2019(21)
[2]基于AR增强现实的汽车实景导航应用研究[J]. 刘丞,罗立宏. 数字技术与应用. 2019(03)
[3]基于增强现实的实景导航系统设计与实现[J]. 梁青青,张刚要. 无线互联科技. 2018(21)
[4]增强成对旋转不变的共生扩展局部二值模式[J]. 高攀,刘光帅,马子恒,于亚风. 中国图象图形学报. 2018(07)
[5]移动增强现实跟踪注册技术概述[J]. 刘佳,王强,张小瑞,陆熊. 南京信息工程大学学报(自然科学版). 2018(02)
[6]面向移动设备的图像匹配算法适用性研究[J]. 黄碧辉,吴勇,郑森源. 海南师范大学学报(自然科学版). 2017(04)
[7]AR手游的开发现状与趋势研究——以《Pokemon Go》游戏为例[J]. 夏旺盛. 中国传媒大学学报(自然科学版). 2017(03)
[8]AR在美国中小学教学应用现状及对我国的启示[J]. 杨晓娟,毕华林,徐素花. 现代教育. 2017(05)
[9]基于Android移动设备的增强现实技术研究[J]. 苏泽荫,林志贤,郭太良. 微型机与应用. 2017(09)
[10]基于增强现实技术的导航系统研究[J]. 郑菲菲,宋丽红,董静. 软件导刊. 2016(09)
本文编号：3105966
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
刚体运动图解
江南大学硕士学位论文82.2.1刚体运动及其表示刚体是指不会发生形变的物体，刚体上两点间的距离在刚体发生运动前后不会发生改变。如图2-1所示，在刚体运动前后p、q两点间的距离d不变：图2-1刚体运动图解刚体运动g可看为坐标之间的映射，其将刚体上每个点运动前的坐标X映射为运动后的坐标g(X)，如2.5式所示：g:Xg(X)~(2.5)为了得到刚体运动的具体表达形式，首先考虑只涉及旋转的刚体运动。如图2-2所示，世界坐标系(XYZ坐标系)是固定的，某刚体的坐标帧原本与世界坐标系重合，绕轴旋转后得到新的坐标帧(xyz坐标帧)。图2-2纯旋转刚体运动假设1e，2e，3e分别是世界坐标系里沿着X，Y，Z轴的单位向量，则做纯旋转刚体运动g后新坐标帧x，y，z轴的单位向量为11r=g(e)，22r=g(e)，33r=g(e)。由于刚体坐标帧下的坐标不受刚体运动影响，推得纯旋转刚体运动可由一个3×3矩阵R表示，如2.6式所示：123R[r,r,r](2.6)因为1r，2r，3r是相互垂直的单位向量，所以R为正交矩阵。又因1r，2r，3r形成右手系，所以R的行列式为+1。将所有满足上述条件的三维矩阵称为三维旋转矩阵。一般化的刚体运动，不仅涉及旋转还涉及位移。如图2-3所示，假设刚体坐标帧C原本与世界坐标系W重合，经过旋转和位移后到达到新的位置：
第二章相关理论简介9图2-3一般化的刚体运动其中cX是刚体上点p于刚体坐标帧C下的坐标，无论刚体如何运动cX都不会变化；wX则表示刚体运动后，点p于世界坐标系W下的坐标。将此刚体运动分解为先旋转后位移，可推得wX如下：wwccwcX=RX+T(2.7)其中wcR是刚体坐标帧C相对于世界坐标系W的旋转；wcT表示世界坐标系原点到刚体坐标帧原点的位移向量。根据2.7式可知，刚体运动可由一个三维旋转矩阵和一个三维位移向量表示。为了紧凑的表示刚体运动，引入齐次坐标概念。设某点p的坐标为123[,,]TX=XXX，则其齐次坐标定义为：12311XXXXX=(2.8)且点的齐次坐标有如下属性：112233,01XkXXkXkXkXk(2.9)而向量由两点相减得到，则向量v的齐次坐标定义为：12300vvvvv=(2.10)根据齐次坐标的定义，2.7式可重写为矩阵形式：1011wwcwccwXRTXX==(2.11)则一般化的刚体运动g，可定义为如下矩阵形式，其中R是旋转矩阵，T是位移向量：
【参考文献】：
期刊论文
[1]增强现实中三维跟踪注册技术概述[J]. 韩玉仁,李铁军,杨冬. 计算机工程与应用. 2019(21)
[2]基于AR增强现实的汽车实景导航应用研究[J]. 刘丞,罗立宏. 数字技术与应用. 2019(03)
[3]基于增强现实的实景导航系统设计与实现[J]. 梁青青,张刚要. 无线互联科技. 2018(21)
[4]增强成对旋转不变的共生扩展局部二值模式[J]. 高攀,刘光帅,马子恒,于亚风. 中国图象图形学报. 2018(07)
[5]移动增强现实跟踪注册技术概述[J]. 刘佳,王强,张小瑞,陆熊. 南京信息工程大学学报(自然科学版). 2018(02)
[6]面向移动设备的图像匹配算法适用性研究[J]. 黄碧辉,吴勇,郑森源. 海南师范大学学报(自然科学版). 2017(04)
[7]AR手游的开发现状与趋势研究——以《Pokemon Go》游戏为例[J]. 夏旺盛. 中国传媒大学学报(自然科学版). 2017(03)
[8]AR在美国中小学教学应用现状及对我国的启示[J]. 杨晓娟,毕华林,徐素花. 现代教育. 2017(05)
[9]基于Android移动设备的增强现实技术研究[J]. 苏泽荫,林志贤,郭太良. 微型机与应用. 2017(09)
[10]基于增强现实技术的导航系统研究[J]. 郑菲菲,宋丽红,董静. 软件导刊. 2016(09)
本文编号：3105966
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