[發(fā)明專利]基于三維電子羅盤的智能手機增強現(xiàn)實系統(tǒng)及實現(xiàn)方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910014597.4
• 申請日: 2009-03-17
• 公開（公告）號: CN101510913A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發(fā)明（設計）人: 常勇;孫瑛;薛立明
• 申請（專利權）人: 山東師范大學
• 主分類號: H04M1/725
• 分類號: H04M1/725;H04M1/247;G01C17/32
• 代理公司: 濟南圣達專利商標事務所有限公司
• 代理人: 張 勇

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于三維電子羅盤的智能手機增強現(xiàn)實系統(tǒng)及實現(xiàn)方法。

背景技術

增強現(xiàn)實(AR，Augmented?Reality)，通常也稱作擴充現(xiàn)實、增強視覺或增強現(xiàn)實視覺，是近年來國際上在虛擬現(xiàn)實研究的基礎上發(fā)展出來的一個新的研究方向，也是虛擬現(xiàn)實研究領域的一個難點熱點問題。增強現(xiàn)實技術就是將計算機生成的虛擬圖像或其他信息有機地、實時地、動態(tài)地疊加(或融合)在觀察者所看到的現(xiàn)實環(huán)境當中，并且這些虛擬信息與用戶周圍的現(xiàn)實環(huán)境融為一體，使用戶從感官效果上確信虛擬環(huán)境是其周圍真實環(huán)境的有機組成部分，當用戶在真實場景中移動時，虛擬物體也隨之發(fā)生變化，就好像這些虛擬物體是真的存在于真實場景中一樣。這種增強信息可以是在真實環(huán)境中與真實物體共存的虛擬物體，也可以是關于存在的真實物體的非幾何信息。從目前國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀來看，增強現(xiàn)實系統(tǒng)仍然處于實驗室階段，目前已開發(fā)成功的跟蹤注冊技術一般需要在環(huán)境可控的條件下才可以取得精確的結果。相對于室內(nèi)增強現(xiàn)實系統(tǒng)的發(fā)展，室外增強現(xiàn)實系統(tǒng)的發(fā)展相對滯后。

要將虛擬圖像準確地疊加在客觀世界的場景上，就必須精確、實時地確定用戶的位置和視線方向。對于室外增強現(xiàn)實系統(tǒng)，目前國際上通常采用的跟蹤定位方法主要分三類：基于計算機視覺的注冊定位、基于跟蹤設備的注冊定位、基于視覺和跟蹤設備的混合注冊定位。基于計算機視覺的三維注冊方法以計算機視覺理論為基礎，對CCD攝像機拍攝到的現(xiàn)實環(huán)境圖像進行處理與識別，獲取跟蹤信息，其特點是設備簡單、成本低廉，目前對基于計算機視覺的注冊技術的研究在AR領域處于主導地位。但是對于大范圍未知的戶外環(huán)境，采用計算機視覺的注冊方式并不合適。基于跟蹤設備的注冊方式，其定位跟蹤設備包括全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、慣性導航系統(tǒng)(INS)、三維電子羅盤、加速度計、傾角計等等。由于每一種追蹤技術各有長短，對于戶外AR系統(tǒng)而言，目前還沒有任何一種跟蹤技術的性能可以完全滿足其苛刻的要求。因此，Welch(2002)和Azuma(1998)等人提出了解決這一問題的最終方法是采用混合(hybrid)跟蹤技術，即通過融合多種追蹤技術，取長補短，來得到較為精確、可靠的跟蹤結果，但與此同時也增加了系統(tǒng)的復雜性、運算量和成本。目前，基于穿戴式計算機或便攜式計算機的戶外增強現(xiàn)實系統(tǒng)主要存在以下問題：

1、設備笨重，用戶負重大，攜帶不方便；

2、系統(tǒng)由于受到攜帶電源的限制，系統(tǒng)持續(xù)時間短；

3、成套設備成本高。

基于移動終端的增強現(xiàn)實系統(tǒng)雖然可以實現(xiàn)戶外增強現(xiàn)實系統(tǒng)的小型化、便攜式，但由于受到硬件條件的限制難以采用混合跟蹤技術，目前主要存在以下問題：

1、智能手機或PDA雖然具有內(nèi)置的GPS可以進行定位，但是由于沒有集成三維電子羅盤，無法確定視線的方向，因此就無法建立智能手機增強現(xiàn)實系統(tǒng)；

2、有些手機集成了電子羅盤的芯片，但這些手機一般不是智能手機，難以再進行軟件開發(fā)實現(xiàn)增強現(xiàn)實功能，另外這些手機集成的一般都是二維電子羅盤，只能提供了方位角，無法滿足增強現(xiàn)實的要求。

隨著我國3G網(wǎng)絡的逐步開通和移動通信事業(yè)的飛速發(fā)展，人們對地理空間信息的4A(Anytime，Anywhere，Anybody，Anything)服務的需求日益顯現(xiàn)，移動終端與空間信息服務的結合，出現(xiàn)了空間定位信息服務(LBS)，從而提供用戶需要的與位置相關的信息服務。增強現(xiàn)實技術和LBS相結合可以實現(xiàn)信息的實時、交互、動態(tài)、三維顯示，例如可以智能手機實時查看地下管網(wǎng)、可以將文字注釋信息實時疊加在建物上等等。我國龐大的手機用戶群中使用智能手機的用戶也在逐年增加，這些高端用戶中有些對于位置信息要求不一定很準確，米級或亞米級的精度就可以滿足要求，因此采用基于智能手機的增強現(xiàn)實系統(tǒng)就具有很大的應用潛力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了解決基于三維電子羅盤的智能手機增強現(xiàn)實系統(tǒng)的實現(xiàn)問題，提供一種集成了微型三維電子羅盤、GPS、CCD攝像機，成本低廉、攜帶方便、電源使用時間長等優(yōu)點的基于三維電子羅盤的智能手機增強現(xiàn)實系統(tǒng)及實現(xiàn)方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種基于三維電子羅盤的智能手機增強現(xiàn)實系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，具體步驟為：

a.通過智能手機內(nèi)置的GPS進行實時定位；

b.智能手機通過三維電子羅盤軟、硬件接口實時接收來自電子羅盤的數(shù)據(jù)，來確定視線方向信息；

c.通過智能手機的CCD視頻攝像機采集視頻信息；

d.智能手機利用三維虛擬圖形繪制軟件，并利用步驟a和步驟b得到的信息繪制虛擬圖形；