[發明專利]基于計算機視覺定位的增強現實實現方法

有效

• 申請號: 201811568227.0
• 申請日: 2018-12-21
• 公開（公告）號: CN109685913B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 韓紅;高鑫磊;范迎春;陳軍如;張照宇;李陽;岳欣;唐裕亮
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06T19/00
• 分類號: G06T19/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

本發明公開了一種基于計算機視覺定位的增強現實實現方法，該方法針對單目相機，其實現過程包括：首先，對所用相機進行離線標定；然后在相機拍攝圖像上提取特征點，計算描述子，對提取到的特征點進行圖像畸變矯正處理；再者，圍繞圖像特征點計算相機位姿；最后，將相機位姿輸入三維引擎模塊，在現實圖像背景上疊加虛擬三維模型，實現了增強現實效果。本發明通過單目相機獲取圖像信息，圍繞圖像特征點計算相機位姿，降低了增強現實實現的復雜性，拓展了增強現實的應用范圍。

技術領域

本發明屬于計算機技術領域，更進一步涉及圖像處理技術領域中的一種基于計算機視覺空間定位的增強現實實現方法。本發明可以用于對單目相機獲取的圖像實現增強現實效果。

背景技術

增強現實是一種實時地計算攝影機影像的位置及角度并疊加相應圖像、視頻、三維模型的技術，其目標是在屏幕上把虛擬世界疊加在現實世界上并進行互動。增強現實不僅展現了真實世界的信息，而且將虛擬的信息同時顯示出來，兩種信息相互補充、疊加。真實與虛擬的相結合作為增強現實的優點之一，使得它在醫療，教育，軍事，工業，游戲，媒體等領域均有廣泛的應用與發展前景。目前，增強現實技術的實現方法受限于硬件平臺，特定的視覺傳感器組合限制了增強現實應用的應用場景，不利于增強現實的廣泛應用。

同濟大學在其申請的專利文獻“一種互動區域可調的增強現實實現方法”(申請號：201610717548.7，公開號：CN 106371586.B)中公開一種互動區域可調的增強現實實現方法。該實現方法構建一套云臺系統，云臺系統上面固定的三維掃描設備與投影顯示設備之間的相對位置可調，由配套操作與算法實現兩者的快速空間匹配，獲得一個新的互動區域。該方法存在的不足之處是，過于依賴特定的云臺系統，多傳感器信息融合操作復雜，增強現實應用的可適用范圍小。

深圳奧比中光科技有限公司在其申請的專利文獻“一種增強現實的實現方法”(申請號：201610988804.6，公開號：CN 106600638 A)中公開一種增強現實的實現方法。該方法的步驟是，利用深度相機獲取場景圖像，根據場景圖像中物體的邊緣輪廓，將增強現實內容與現實場景中的物體精準定位。該方法存在的不足之處是，深度相機獲取原始深度信息時易受環境光照因素影響，導致后續處理中過多噪聲參與計算，增強現實難以應用于室外場景，應用場景受限。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提出了一種僅借助單目相機獲取圖像信息基于計算機視覺的定位技術，用于增強現實的實現，可適用范圍較廣。

實現本發明目的的思路是，通過單目相機獲取的圖像信息，圍繞圖像特征點展開計算，基于對極約束關系初始化相機位姿，通過二維圖像點與三維空間點的映射關系，實時獲取相機的位置與姿態，以現實相機的實時位姿為依據，調整三維引擎模塊中虛擬相機的位姿，在現實圖像背景上疊加虛擬三維模型，實現增強現實效果。

本發明的具體實現步驟如下：

(1)標定相機：

采用基于移動平面模板的相機標定方法，標定攝像機內參數矩陣，三個徑向畸變參數，二個切向畸變參數；

(2)提取圖像特征點：

采用加速段測試的特征FAST檢測方法，從標定后相機拍攝的圖像中提取特征點；

(3)計算特征點描述子：

(3a)用方差為2，9×9個像素點的高斯窗口，對提取特征點后的圖像進行高斯濾波，得到濾波后的圖像；

(3b)從濾波后的圖像中任意選取一個圖像特征點，作為當前圖像特征點；

(3c)以當前圖像特征點為中心，將其31×31個像素點鄰域范圍內的所有像素點組成一個圖像鄰域塊；

(3d)在每個圖像鄰域塊中隨機選取一對5×5像素點大小的圖像子塊；