[發明專利]適用于移動終端的戶外增強現實無標志點跟蹤注冊方法

有效

• 申請號: 201310483333.X
• 申請日: 2013-10-16
• 公開（公告）號: CN103530881A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 桂振文;劉越;王涌天
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06F17/30
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安;李愛英

技術領域

本發明屬于移動增強現實技術領域，具體涉及一種適用于移動終端的戶外增強現實無標志點跟蹤注冊方法。

背景技術

增強現實(Augmented?Reality，簡稱A?R)是虛擬現實(Virtual?Reality，簡稱VR)技術的一個重要分支。由于其潛在的廣闊應用空間成為近年來國際上的研究熱點。VR技術強調使用者在感官效果上的完全浸沉感，即沉浸在由計算機描繪的虛擬環境中，而新興的AR技術則是要借助顯示技術、交互技術、多種傳感技術和計算機圖形與多媒體技術將計算機生成的虛擬環境與使用者周圍的現實環境融為一體，使用戶從感官效果上確信虛擬環境是其周圍真實環境的組成部分，同時AR技術也克服了一些VR技術對于逼真虛擬環境的苛刻要求：AR技術充分利用周圍業已存在的大量信息，在其基礎上加以擴充，這太大降低了對計算機圖形能力的要求；

總體地說，增強現實技術是借助計算機圖形技術和可視化技術產生現實環境不存在的虛擬對象，并通過傳感技術將虛擬對象準確“放置”在真實環境中，借助顯示設備將虛擬對象與真實環境融為一體，并呈現給使用者一個感官效果真實的新環境；所以增強現實系統具有虛實結合、實時交互、三維注冊的新特點為實現虛實間的完美結臺，三維跟蹤注冊(Registration)技術至關重要。三維注冊主要是指將計算機產生的虛擬物體與用戶周圍的真實環境全力位對準，要求用戶在真實環境運動的過程中維持正確的對準關系，三維跟蹤注冊所要完成的任務是由計算機視覺系統實時地檢測出用戶頭部的相對位置和視線方向，根據這些信息確定所要添加的虛擬物體在真實空間坐標的映射位置，并將這些信息實時地顯示頭盔顯示器的正確位置。然而目前大多數增強現實系統的注冊對象均為空間坐標位置已知的靜止物體。如筆畫、室外風景、建筑物等。采用人為放置標志點的方法以簡化圖像處理與識別的計算量。利用3D-2D特征點匹配的方法確定用戶的視點位姿，實現系統的三維注冊，然而在實際生活中，往往需要對運動物體添加增強信息以增強人們對客觀事物的感知和認識，例如在機械裝配維修過程中，為運動的機械部件添加注釋性說明文字或圖像，以告訴用戶該部件當前的運行狀況等類似的應用廣泛存在于醫學、軍事、娛樂、教學等各個方面，因而對運動物體進行跟蹤注冊的增強現實系統具有廣闊的應用前景和極強的實用性。

以智能手機為平臺的戶外增強現實應用，使得增強現實技術擺脫了大體積PC平臺的限制，算法的功耗低、所需存儲空間小。一些經典的應用有增強現實瀏覽器-LayAR，該瀏覽器可運行于Android手機平臺之上，用戶只需要將手機的攝像頭對準感興趣場景，首先通過GPS定位用戶所在位置，然后利用羅盤判斷攝像頭所面對的方向，用戶就能在手機的屏幕上看到所拍攝的場景相關信息，甚至還包括周邊房屋出租、酒吧及餐館的打折信息、招聘啟事以及ATM等實用性的信息。Wikitude發布了兩款針對智能手機的增強現實的應用Drive和WorldBrowser。Drive是關于增強現實實景導航的應用，用戶看到的不是地圖，而是前方街道的實時視圖，以及疊加在視頻上方的導航數據。現在已經在歐洲、澳大利亞、北美市場得到了應用。World?Browser也是一款另類但是很先進導航的軟件，使用時需要開啟GPS定位，以獲得較為準確的位置。當你到一處景點、大樓或者城市的某個角落的時候，打開這個軟件對著你想了解的地方拍照，屏幕上馬上會顯示這個地方的有用信息，比如大樓內部的餐館數量，訂座電話，酒店信息，景點名勝的有用信息，相關YouTuBe視頻，甚至其他網友發布上去的有關信息等等

以上介紹的戶外增強現實系統均采用GPS、羅盤等技術對用戶位置進行定位，然后實現虛擬物體的顯示。然而物理傳感器通常存在刷新頻率和定位精度較低的問題，定位的準確性和實時性都存在問題，特別是在天氣比較惡劣的情況下，定位的精度誤差較大，影響了基于位置的增強現實應用的整體性能。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的針對移動終端處理器的計算能力和存儲器的容量不如PC機的強大，同時戶外環境范圍大、場景數量多的特點，提出了一種適用于移動終端的戶外增強現實無標志點跟蹤注冊方法。

實現本發明的技術方案如下：

一種適用于移動終端的戶外增強現實無標志點跟蹤注冊方法，主要包括訓練準備階段和跟蹤注冊階段，具體步驟為：

訓練準備階段：

①針對每一個樣本場景都獲取一用于表達該場景的樣本圖像，并獲取樣本圖像對應場景的GPS信息和終端采集樣本圖像時的重力方向；