仿射变换虚实配准的空间信息增强表达

伴随着移动GIS和可穿戴计算的出现,GIS作业空间被拓展到户外,户外增强现实空间信息表达致力于将虚拟空间信息叠加到真实地理场景上,增强、拓展用户对地理场景的认知。为了有效地降低空间信息增强表达的虚实配准误差,汲取计算机视觉中的算法思想,提出通过建立全局仿射坐标系,解算虚拟物体到真实场景图像的投影坐标,找到获取像素相对深度参数的方法,进而避开相机定标这个复杂过程,最终为户外增强现实系统提供位置相关的信息源,也为空间信息可视化表达提供了新界面。

基于粒子滤波的虚实配准方法研究

提出了一种基于粒子滤波算法的虚实配准方法,该方法综合利用快速角点检测和内点统计方法计算粒子权值,在对权值作归一化运算之后,利用粒子加权和计算摄像机位置和姿态。有效解决了传统算法在摄像机抖动、标识遮挡和场景光照变化等情况下配准易失效问题。实验结果表明,该方法提高了基于标识虚实配准系统的健壮性。

混合硬件跟踪定位的空间信息虚实配准

为了适应户外增强现实空间信息表达的实时性、移动性、准确性和鲁棒性,提出采用GPS结合三维电子罗盘直接获取用户头部位置和姿态数据的基于硬件跟踪设备的虚实配准方法:通过人机交互方式确定虚拟物体及属性信息在3D欧氏世界坐标系中的位置和姿态,采用GPS结合三维电子罗盘跟踪用户头部位置和姿态,得到从世界坐标到相机坐标的转换矩阵,避免了从世界坐标系到相机坐标系的转换计算。已知相机内部参数的前提下,将相机坐标转换到2D像平面坐标,实现虚拟物体及属性信息与真实场景图像的合成显示。其中GIS为户外增强现实系统提供位置相关的虚拟信息源,而户外增强现实技术为空间信息可视化表达提供了新界面。

一种基于平面模板的虚实配准算法

虚实配准是增强现实的关键技术。因为有运算量小实时性强的特点,利用平面模板进行虚实配准被广泛使用。本文算法利用平面模板进行虚实配准中的单应性映射关系,建立从平面模板坐标系到摄像机坐标系3维空间坐标转换和从摄像机坐标系到投影平面的3维-2维空间坐标转换,既减小了运算量,又解决了人工定标的问题。在实现虚实配准的基础上,进一步探讨了配准的优化问题,对关键的单应性矩阵进行优化筛选,提高虚实配准的强劲性,实现部分标志点被遮挡情况下的虚实配准。实验结果证明,本文算法成功实现了虚实配准,并在抗遮挡性上有强劲的表现。

基于三维标识物的虚实配准方法研究

为提高医疗辅助手术中增强现实系统的虚实配准效率,设计了一种基于海明编码的正六面体三维标识物,对标识物进行检测和识别。针对三维标识物的特点,采用POSIT(Pose from Orthography and Scaling with Iterations)算法求得摄像机的位姿,并对标识物的尺度进行实验研究,从而得到优化尺度;利用获得的转移矩阵将CT(Computed Tomography)重建并渲染后的虚拟颅骨模型实时显示在真实场景中,最后调整标识物将虚拟模型与真实颅骨模型虚实配准显示。经多组实验验证,设计的三维标识物可在多数情况下识别一个以上标志面,优化后的标识物识别效果良好,可成功地应用在虚实配准实验中,从而证明了这种标识的有效性。

二维平面内的增强现实虚实配准问题研究

增强现实是把计算机产生的虚拟物体或其它信息合成到用户看到的真实世界中的一种技术。实现虚拟信息与真实景象的正确匹配或有机结合是每个增强现实实用系统都必须完成的一项重要任务。文中在对二维平面内增强现实应用研究分析的基础上 ,重点讨论了图像分析技术在虚实配准问题中的应用 ,提出了一种基于数值背景表达的快速虚实配准策略 ,以提高虚实配准过程中场景特征点提取的精度和速度。

基于粒子滤波与自然特征匹配的虚实配准方法

提出了一种基于粒子滤波与多尺度自然特征点匹配相结合的虚实配准方法.该方法具有如下特点:(1)无需向场景中添加任何人为标识即可正常工作;(2)采用系统自适应传递模型以保证系统在摄像机抖动或运动路径突然变化等情况下能有效完成虚实配准;(3)采用简化尺度不变特征变换和尺度预测技术完成特征点匹配.实验结果表明,该方法能适应摄像机抖动、场景部分遮挡、光照以及视点和视角大幅度变化等情况,并适应室内和户外环境,且具有较高的配准精度.

基于SLAM的虚实配准方法研究

研究和实现了一种基于SLAM技术的虚实配准方法,通过将SLAM分离为定位和构图,分别利用改进的pf做位姿估计和ukf进行位置估计,进而实现整个场景内目标的位姿计算,最终完成虚实配准。一定程度上解决了传统方法中存在的视域受限问题,并同时支持户内和户外应用,提高了增强现实系统的可用性。

基于CenSurE特征的虚实配准方法研究

针对虚实配准的高精度和实时性要求,提出了一种基于CenSurE特征的自适应虚实配准方法。该方法包括离线初始化和在线跟踪两个阶段。离线阶段系统利用CenSurE-OCT滤波器和MU-SURF描述符进行特征提取和匹配操作,并根据特征匹配集合建立坐标系,同时求得虚实配准的初始矩阵。在线跟踪阶段系统采用自适应跟踪方法获取当前图像特征点与参考特征点的对应关系,然后利用误差逼近的方法求得当前图像的虚实配准矩阵。实验结果表明,该方法的配准误差均值为1.91 mm,运算速度为21 fps,其综合性能优于基于FAST、SIFT和SURF等局部特征的虚实配准方法,具有较高的配准精度和较强的实时性。

基于合作目标的仪表盘自适应虚实配准方法

在模拟器虚实融合实验中,虚拟坐标与真实坐标配准是一项非常重要的工作。特别在飞行模拟器仪表按钮较为繁杂的情况下,精准识别仪表盘比较耗时,难以满足摄像头环境下仪表盘实时定位的要求。在视频透视头盔已实现鱼眼图像矫正和获得深度图像的基础上,提出了一种基于合作目标的仪表盘自适应虚实配准方法。通过手工标定帧数据中的合作目标中心坐标数据,计算出6种传统模板匹配算法的识别误差及算法处理时间,选出了误差最小的算法。进一步通过增加自适应匹配功能改进了识别算法,大大提高了视频流识别的准确率。通过坐标变换得到了仪表盘真实空间坐标,为UE4场景中的虚拟仪表盘进行三维坐标校准做铺垫,实现了更好的虚实配准效果。

户外AR空间信息表达及其虚实配准方法研究

针对传统空间信息表达形式(例如地图等)不能满足使用者对视觉逼真度和人机交互自然性等需求的问题,将户外增强现实(Augmented Reality,AR)引入空间信息领域,致力于探索将地理数据库中的数字化空间信息精准叠加到真实地理场景之上的方法,实现对真实地理环境的补充而非替代(区别于VR),进而增强用户对真实地理环境的感知能力和拓展其与现实世界的交互能力。通过分析户外AR与空间信息表达结合的研究现状、理论基础和重要性,提出户外AR空间信息表达的基本特征、系统结构。其中,虚实配准是难点,采用2种思路解决该问题,通过实例验证了方法的可行性。

增强现实技术在虚实图像配准中的研究

通过标定对标志点进行匹配,利用变换关系将真实场景图像与计算机生成的虚拟物体图像准确配准,最终达到增强现实的效果,并通过计算机乳腺外科手术支援系统进行验证.

基于边缘特征的虚实图像精确配准

为了将3D模型的虚拟图像与可见光图像(实图)配准融合以增强信息的互补性,将虚实融合问题变成经典的多模态图像精确配准问题后,继而提出了一种基于边缘信息全局最优匹配的图像精确配准算法。该算法首先将虚实图像通过惯导装置粗配准;然后基于相位一致性模型提取3D模型图像与可见光图像视觉相似的边缘结构;最后采用模拟退火算法搜索求解在边缘配准度最大对应的空间变换模型的最优参数值。4组实验结果表明,本文算法能够充分利用图像间的相近似的边缘结构和模拟退火算法得到配准变换参数,有效地实现多种多模态图像的精确配准。

基于仿射变换特征匹配的虚实注册方法

提出了一种新的基于仿射变换特征匹配的虚实注册方法,以解决基于平面自然特征的三维注册系统中的误差积累问题.该方法分为离线三维重建和在线实时注册两个阶段.离线阶段系统根据双目视觉原理建立平面坐标系,并根据用户指定的三点建立世界坐标系,同时利用仿射变换生成待匹配特征点的样本集合,供后续匹配过程使用.实时注册阶段,系统先将当前图像与样本集合做特征匹配以获取特征点间的对应关系,再利用上述对应关系恢复出当前帧与平面结构间的单应性关系,进而求取三维注册所需的变换矩阵.实验结果表明该方法是有效可行的,而且在克服误差积累方面较传统方法有明显改善.

基于平面重建与自然特征匹配的虚实注册方法

针对增强现实系统中的三维注册问题,提出了一种新的基于多平面结构三维重建与自然特征匹配相结合的虚实注册方法,该方法分为离线三维重建和在线实时注册两个阶段。离线阶段系统利用两幅参考图像和双目视觉原理恢复出平面坐标系,并根据用户指定的世界坐标系计算两者之间的变换关系。实时注册阶段,系统首先将当前图像与参考图像做特征匹配以获取平面所对应的单应性关系,进而恢复出每个平面所对应的投影矩阵,由上述投影矩阵以及离线计算所获得的世界坐标系与多个平面坐标系之间的变换关系合成三维注册所需的变换矩阵。实验结果表明,该方法是有效可行的,而且在克服误差积累方面较传统方法有明显改善。

面向飞机管线装配的多点精准虚实注册方法

提出一种基于多点的虚实注册方法。首先,设计一种手持式靶标探针,根据飞机零部件上的典型特征设计了不同的探针测头,并采用单目相机对探针进行标定,标定出测头尖点相对靶标的位置。然后,在虚实注册过程中在三维模型上设置几个点,借助靶标探针测量真实零件上对应的几个点,利用奇异值矩阵分解法,求解出增强现实设备虚实映射空间中三维模型到真实零件的刚体变换,根据此变换即可实现虚实配准。最后,选取3 m×1.4 m×0.5 m尺寸范围内的机翼为验证对象,采用所设计的靶标探针验证其虚实配准精度,并分析注册时点的数量与布局对虚实注册精度的影响。实验结果表明,所提方法可以实现大尺寸零部件整体较高的虚实配准精度。

面向实物交互的空间增强现实数字孪生法配准技术

在支持实物交互的空间增强现实系统中,交互会引起实物对象方向、位置的快速改变.为了确保实物移动过程中的虚实配准实时性和精确性,提出一种面向实物交互的空间增强现实数字孪生法配准技术.通过在数字空间建立与物理空间一致的对象数字模型,实时捕获物理空间中对象的方向、位置信息,利用该信息实时调整数字空间中的虚拟对象方向、位置参数;离线标定投影机的内外部参数,同时在数字空间中建立与物理空间中投影机内外部参数一致的虚拟相机,将实时渲染生成的数字图像输出至投影画面,从而实现虚实图像的精确配准.使用搭建的投影式交互桌面开展中学物理认识磁感线实验,交互过程中磁铁、指南针的检测与配准结果表明,该技术具有很好的配准实时性和精度,能够满足空间增强现实系统中的实物交互需求.

基于手势交互的虚实融合实验仿真技术

在实验教学中,有些实验因实验环境、实验设备、师资等限定而不能开展。为了解决上述问题,探讨了利用深度相机构建虚实融合仿真实验的技术。利用Aruco标记算法实现了对虚拟场景与真实场景一一对应配准,结合深度相机实时采集的彩色图像和深度图像,构建出虚实融合的实验环境。为了达到操作虚拟器材的目的,利用阈值分割和成像原理,提出了一种手势交互的方法。数值实验表明位姿配准和手势交互方法基本满足虚拟实验的应用要求,为虚拟实验的构建提供了一套可行的技术方案。

增强现实无标识跟踪注册方法研究综述

增强现实是一种将虚拟物体或信息无缝地融入到真实场景中的技术。无标识跟踪注册作为增强现实的关键技术,无须借助场景中人为添加的标识物即可完成虚实配准。简述无标识跟踪注册问题;概括和总结近年来几类无标识跟踪注册方法的研究进展和现有技术的优缺点;总结现有的增强现实无标识跟踪注册方法存在的问题,展望该领域未来的发展方向。

基于随动控制的数字圆明园增强现实系统注册方法

针对户外复杂环境中的增强现实三维注册问题,提出一种基于随动控制的跟踪注册方法.所提出的方法通过惯性跟踪器实时获取角度跟踪数据,通过步进电机驱动高精度随动转台随动控制实景摄像机旋转,之后根据跟踪结果在虚实三维空间中建立摄像机模型,注册配准虚实摄像机的角度信息.所提出的随动控制使得跟踪器的误差不直接影响虚实叠加,降低了环境因素的影响.系统滞后和误差的实验数据分析表明所提出的方法提高了跟踪的稳定和精确性,在圆明园大水法遗址的实地应用结果证明了系统的实用性.