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增强现实中虚拟物体注册方法的研究

作　者: 安乐祥
导　师: 刘嘉敏
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 增强现实三角形图案标识摄像机标定单应性矩阵 Mean-Shift跟踪算法
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 48次
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内容摘要

近些年来,增强现实技术越来越受到人们的关注,它涉及到计算机视觉、计算机图形学、虚拟现实等多个领域的综合体。它主要是通过利用视觉检测技术还原二维图像信息中的三维信息并进行跟踪定位,之后利用计算机在视频图像中生成虚拟物体。在这个过程中,主要涉及到图像跟踪技术和三维注册技术,而三维注册技术是增强现实的核心和关键,注册方法可以使计算机生成的虚拟物体叠加到视频图像中去,做到虚实结合。本文主要在传统四边形人工模板标定过程的基础上进行改进,提出了一种基于三角形图案标识的三维注册方法。注册过程至要知道4对对应点坐标信息,利用三角形的三个顶点坐标,再附加上三角形重心坐标,以此来得到4对对应点信息,利用这4个特征点,构成出2组正交向量构造模板平面的坐标系,即世界坐标系。根据这4个特征点的图像坐标值和已知的模板物理坐标值进行计算,求得摄像机成像平面与模板平面之间的单应性关系,然后利用这个单应性关系推导出摄像机的外参数,并对这个参数进行优化处理,得到稳定的摄像机外参数,从而实现摄像机标定并进行三维注册。在进行模板匹配成功之后,利用Mean-Shift跟踪算法对检测到的目标进行实时跟踪,避免了逐帧的去进行模板匹配,从而降低系统的处理时间,增强系统实时处理能力。三角形模板在环境检测过程中有着较高的识别率,相比传统的四边形模板较为灵活。通过实验验证,本方法可以将三维虚拟物体快速准确注册到实时视频图像中。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-16
  1.1 课题的研究目的与意义  10-11
  1.2 增强现实技术应用领域  11-13
  1.3 国内外研究现状  13-15
  1.4 本文研究内容与方法  15
  1.5 论文的组织结构  15-16
第二章增强现实相关技术  16-31
  2.1 增强现实系统概述  16-17
  2.2 图像预处理  17-19
  2.3 增强现实中的三维注册  19-20
  2.4 摄像机标定  20-25
    2.4.1 齐次坐标  21
    2.4.2 线性摄像机模型  21-22
    2.4.3 图像坐标系、摄像机坐标系和世界坐标系  22-25
  2.5 Mean-shift 跟踪算法  25-28
  2.6 OpenCV 介绍  28-29
  2.7 OpenGL 介绍  29-31
第三章基于标识的三维注册算法原理及计算  31-47
  3.1 基于三角形标记的三维注册算法原理  31-35
    3.1.1 射影变换  31-33
    3.1.2 两个平面之间的单应性关系  33-35
  3.2 基于三角形标记的三维注册算法推导  35-42
    3.2.1 摄像机外参数推导  35-36
    3.2.2 世界坐标系与图像坐标系转换  36-38
    3.2.3 求取两平面间的单应性矩阵  38-40
    3.2.4 分解单应性矩阵  40-42
  3.3 摄像机外参数的非线性优化  42-47
第四章系统设计与测试  47-62
  4.1 系统设计概述  47-49
  4.2 详细设计  49-60
    4.2.1 摄像机内参数标定  50-53
    4.2.2 图像前期预处理  53-56
    4.2.3 模板校正与匹配  56-58
    4.2.4 目标跟踪  58-60
  4.3 结果测试  60-62
第五章结论  62-63
参考文献  63-65
在学研究成果  65-66
致谢  66

增强现实中虚拟物体注册方法的研究

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