增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中基于視覺和慣性傳感器的混合跟蹤研究.pdf

1、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality)是在虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality)基礎(chǔ)上產(chǎn)生的一門新的計(jì)算機(jī)應(yīng)用與人機(jī)交互技術(shù),通過跟蹤用戶在現(xiàn)實(shí)場景中所處的位置,將計(jì)算機(jī)生成的圖形圖像以及聲音等虛擬信息疊加在用戶感知的真實(shí)世界之中,利用輔助的虛擬信息增強(qiáng)用戶對(duì)真實(shí)場景的感知能力。其中跟蹤配準(zhǔn)技術(shù)在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用,它通過獲取用戶相對(duì)于真實(shí)場景的姿態(tài)角和位置信息,從而將虛擬信息和真實(shí)場景進(jìn)行虛實(shí)配準(zhǔn)。在基于標(biāo)志

2、物的視覺跟蹤系統(tǒng)中,本文對(duì)真實(shí)場景中標(biāo)志物的選取和識(shí)別、攝像機(jī)標(biāo)定、以及虛實(shí)物體配準(zhǔn)等相關(guān)問題進(jìn)行了論述和實(shí)現(xiàn)。通過實(shí)驗(yàn)分析表明:當(dāng)攝像機(jī)移動(dòng)過快或者標(biāo)志物被遮擋時(shí),基于視覺的跟蹤技術(shù)存在跟蹤失效的問題。針對(duì)以上問題,本文采用一種基于視覺和慣性傳感器數(shù)據(jù)融合的方法,解決當(dāng)視覺傳感器失去效用時(shí)無法獲取其相對(duì)于真實(shí)場景中標(biāo)志物的姿態(tài)角和位置信息問題。該方法在完成視覺和慣性傳感器之間固定6D姿態(tài)標(biāo)定之后,分別建立姿態(tài)角和位置的時(shí)間動(dòng)態(tài)模型,應(yīng)

3、用非線性卡爾曼濾波器(EKF)和離散卡爾曼濾波器(DKF),在攝像機(jī)短時(shí)失去效用時(shí)分別對(duì)視覺傳感器相對(duì)于標(biāo)志物的姿態(tài)角和位置進(jìn)行預(yù)測(cè)和修正,以便實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)虛實(shí)配準(zhǔn)。通過一系列6D信息數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)效果圖對(duì)比看出,該方法不僅改善了基于視覺跟蹤的魯棒性與快速性,同時(shí)提高了基于慣性跟蹤的精度。最后,在基于AR的設(shè)備維護(hù)系統(tǒng)中分別引入單純視覺跟蹤和基于視覺和慣性的混合跟蹤技術(shù),通過二者實(shí)驗(yàn)效果圖和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比可以看出,基于視覺和慣性的混合跟蹤技術(shù)在