基于特征匹配增强现实技术的研究与改进样本.doc
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1、资料内容仅供您学习参考,如有不当或者侵权,请联系改正或者删除。基于特征匹配增强现实技术的研究与改进若冰杨传媒学院, 临沂大学临沂市, 中国摘要: 增强现实是一个新兴的技术虚拟现实, 它有一个很大的发展和应用前景。增强现实技术涉及知识传感器, 图像识别, 计算机视觉, 人机交互, 虚拟现实, 等诸多领域。关键技术包括显示, 注册和跟踪, 交互式等, 其中注册和跟踪是最重要的技术。在增强现实系统中, 对传统的方法注册和跟踪技术所存在不准确, 低效率等问题。在本文中, 改进功能匹配算法采用的是增强现实系统。实验结果表明, 与传统的方法相比, 改进算法能够显著提高注册和跟踪的效率。关键词: 增强现实技
2、术;特性匹配;登记; ARToolKitI. 引言增强现实( 简称AR) , 也被称为模拟真实世界, 结合传感器技术, 虚拟现实技术, 图像识别, 人机交互技术。在最近几年, 增强现实技术被广泛应用于医疗, 机械制造及维修, 娱乐, 军事, 遗产, 横向显示等诸多领域。在参考资料1, AR定义为具有以下三个特征的系统1: 1) 结合实际和虚拟2) 实时交互式3) 3-D注册当前, 几种流行的增强现实系统是ARTOOLKIT2, ARSTudio2和ARtag3。ARTOOLKIT, 其中由广岛市立大学的加藤博士开发 , 开源的, 也是最广泛使用的AR开发包。它有良好的执行效率和跟踪性但有较高的
3、假识别率的致命弱点, 因为它使用的简单模板匹配算法。ARSTudio由加拿大卡尔顿大学的马利克开发。该系统引入了进程 跟踪标记。当标记被部分堵塞, 使用其它可见拐角的信息, 你依然能够判断相机的外部参数, 其中在一定程度上提高了系统的鲁棒性。ARtag是近年来开发的AR库, 其中的基础上做了很多改进, 其ARTOOLKIT, 解决ARTOOLKIT的问题。但 这不利于研究和推广, 因为ARtag库不是开源的。本文基于前人的研究成果, 传统的LK跟踪算法进行了改进, 并使用增强现实系统。实验结果表明改进LK算法较好地解决传统的问题, 并提高效率增强现实系统。.增强现实技术A. AR的优势经过几年
4、的发展, 增强现实已成为虚拟领域的一个非常重要的分支现实。相比传统的虚拟现实技术, 增强现实技术具有明显的优势。主增强现实技术的优点是为如下: 增强现实技术具有更好意义上现实。虚拟现实技术是模拟在计算机的现实世界, 给人一种身临其境的感觉。 VR技术强调的是, 虚拟环境是主角及其现实的真实世界的依赖程度模拟。然而, 增强现实技术是真实世界的有机结合和虚拟环境。因此, 增强现实中有更好的质感。 增强现实有更好的互动。由于VR技术强调的是虚拟环境是发挥主导作用, 用户在处于被动的地位。然而, 增强现实强调的是虚拟的有机融合环境和现实世界中, 用户能够主动参与。因此, 增强现实有更好的交互性。B.
5、增强现实的基本流程增强现实技术的基本原理是: 经过传感器, 虚拟场景和现实世界有机整合, 营造出逼真的场景, 这样能够大大增强虚拟现实的身临其境和互动环境5。因此, 增强现实技术具有很大的应用和发展前景。增强现实的基本程序是: 首先, 计算到虚拟模型的仿射变换照相机平面上, 根据摄像机的位置和在现实世界中的标记信息。然后, 绘制虚拟模型仿射变换矩阵的基础上。最后, 有机的实现现实世界的视频和虚拟模型, 显示在终端显示屏上。具体 流增强现实分为以下4步骤5: ( 1) 获取真实世界的信息它是经过输入设备, 如图像传感器收集并输入主要获得真实世界的信息。( 2) 分析现实世界和摄像头位置信息这一步
6、主要是经过图像识别技术, 来分析现实世界和摄像头位置信息, 并获得虚拟的信息模型中的位置。( 3) 生成的虚拟模型生成与该位置的虚拟模型虚拟模型。 ( 4) 将虚拟模型进到视频最后, 虚拟模型有机融入视频和显示终端显示屏上。增强现实的基本工作流程图表如图1所示。C. 增强现实的关键技术增强现实技术涉及传感器, 图像识别, 计算机视觉, 人机交互, 虚拟现实, 知识等诸多领域。该增强现实的关键技术包括显示器, 注册和跟踪, 互动等39。该以下详细分析这些不同的技术。 显示技术主要是指在输出增强现实装置。主要功能是以显示真正的有机融合数据世界的虚拟模型。当前的显示器技术分为透射头盔显示, 投影显示
7、器和手持式显示。X对准和跟踪技术是基于当前的现实世界空间的数据, 使用图像识别技术, 获得虚拟模型的正确的位置和方向在现实世界中, 使虚拟模型完全匹配的真实世界。注册和跟踪的核心技术, 增强现实, 而关键确定增强现实的表现制度。实现融合的虚拟模型的和现实世界是注册的前提和跟踪技术。注册和跟踪技术主要包括计算机视觉, 光学系统, 全球定位系统, 超声波, 磁场等。当前, 基于计算机视觉技术是最用途广泛, 主要包括基于标记的和自然特征为基础的。其中, 天然基于特征的技术还不成熟。因此, 在当前的增强现实系统, 主使用登记和跟踪技术基于标记的。x良好的互动是一大优势增强现实。互动技术是在实际场景中的
8、用户之间的交互交互的虚拟对象。增强现实系统, 经过输入设备, 如传感器, 以获取数据, 技术分析指令发送到经过登记和跟踪虚拟对象技术, 并做出相应的反馈结果。使用空间中的点互动技术, 命令和专用工具等方式来实现用户与虚拟之间的交互对象。D注册和跟踪的四原则 在本质上摄像头捕获图像是利用从真实场景转换过程坐标系到摄像机坐标系, 变换图像在真实场景三维物体成两个三维图像并显示在相机的成像平面。基于已知的摄像机参数, 确定经过坐标变换的传递关系相机之间的坐标系与真实场景坐标系中, 从而计算出的位置和姿势摄像机在真实场景的实时性。这是登记以及增强现实系统的跟踪处理7。标记之间的关系坐标系和摄像机坐标系
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