移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中的跟蹤技術(shù)研究

1、申請(qǐng) 上海交通 大學(xué)碩士學(xué)位論文移 動(dòng)增 強(qiáng)現(xiàn) 實(shí) 中的跟蹤 技 術(shù)研 究學(xué) 校 : 上海交通大學(xué)院 系 : 軟件 學(xué) 院班 級(jí) : B 070379 1學(xué) 號(hào) : 10 70379003研 究 生 : 譚雪婷學(xué) 科 專 業(yè) : 計(jì)算機(jī)軟件與理論研 究 方 向: 數(shù)字媒體導(dǎo) 師 : 楊旭波 肖雙 九上海 交通 大 學(xué)軟件 學(xué) 院20 10 年 1 月第零章 摘要摘刁石. 3 七增 強(qiáng)現(xiàn) 實(shí) (A ugm e毗edR e汕七 y ，簡(jiǎn)稱A

2、 R ) ，也稱 混合 現(xiàn) 實(shí) 。它通 過 圖形 學(xué)等 各 種計(jì)算機(jī) 技術(shù)將 真 實(shí)世界和虛擬數(shù) 據(jù)無縫 融合 ，對(duì)真 實(shí)世 界做一 定 “ 增 強(qiáng) ”，來 幫助傳遞信 息或加 強(qiáng)娛 樂效果 。隨著 筆一 記本 電腦 、智 能手機(jī) 、P D A 等移動(dòng) 設(shè)備 的普及 ，人們?cè)絹碓揭蕾?于這 些可 以隨身攜帶又功 能強(qiáng)大 的 向?qū)Ш?幫手 。而移動(dòng)平 臺(tái)上 的增 強(qiáng)現(xiàn) 實(shí)應(yīng)用 ，也 由于更 貼近 生活 ，更方 便快捷 ，而廣 受普通大眾接

3、納和歡迎 。跟蹤 技術(shù)一直都是計(jì)算機(jī) 視覺領(lǐng)域 的核心技術(shù) 。近幾年增 強(qiáng)現(xiàn) 實(shí) 的高速 發(fā)展使得跟 蹤技術(shù)有 了新 的應(yīng)用 前景 。本文 的主要 目的就 是探討和研究移動(dòng)增 強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 中的跟蹤技術(shù) 。考慮到移動(dòng)平 臺(tái)的各 種 資源 和 處理 能力 限制 ，我 們 將 更 側(cè) 重 于計(jì) 算 量 較 小 的高性 能算 法 ，在 保 證 速 度的基 礎(chǔ) 上 最 大 化 精 度 和 穩(wěn) 定性 。本文 主 要包 括 攝 像 機(jī) 跟 蹤 和 物

4、 體 跟 蹤 兩 大 部 分 ，并針對(duì)性地 設(shè)計(jì)和 實(shí)現(xiàn) 了移動(dòng)手機(jī)上 的SL A M 系統(tǒng)和移動(dòng) 電腦上 的物體檢測(cè) 系統(tǒng) 。另外 ，本文 還 從算 法 的角度 詳 細(xì)分 析和 介 紹 了跟 蹤 系 統(tǒng) 中 的特 征 點(diǎn)檢 測(cè) 描 述 和 軌 跡 跟 蹤 兩 大 問題 ，實(shí)現(xiàn) 了一些傳統(tǒng) 的算法 ，并提 出 了一些新 型 的解 決方案 。首先 ，我們 提 出并 實(shí)現(xiàn) 了一個(gè) 新 型 的特 征檢 測(cè) 算法 : SE 一 FA ST (s

5、Cal e一 E x七 endedFA ST )，在物體跟蹤檢測(cè) 的過程 中，最大 的挑戰(zhàn)就是對(duì) 目標(biāo)物體和 隨機(jī)場(chǎng)景 的圖像抽 象 。而 圖像 抽 象 的核 心就 是特 征 抽 取 。我們 的SE 萬A ST 就 是 一個(gè) 適 用 于移 動(dòng) 增 強(qiáng)現(xiàn) 實(shí)應(yīng)用 的特征點(diǎn)抽取算法 。SE 一 FA ST 受FA ST ( 凡a七 uresfr omA cCel era七 edSegm e毗 吸S七 )啟發(fā) 設(shè)計(jì) 了一 個(gè) 特 征 響應(yīng) 函

6、數(shù) 并 通 過 區(qū)域 極 值 搜 索 大 大 提 高 了傳 統(tǒng)FA ST 檢 測(cè) 質(zhì) 量 ，這個(gè) 基 于 特 征 響應(yīng) 的新 型 算 法 被 繼 續(xù) 擴(kuò) 展 到尺 度 空 間 ，使 之 具 有 了尺 度 不 變 性 ，并擁有 了尺度數(shù)據(jù) 信 息 ，更好地指 導(dǎo) 了后繼 的描述器算法 并大大提 高 了特 征 匹配準(zhǔn)確 率 。這 個(gè) 擴(kuò) 展 到 尺 度 空 間 的算 法 就 稱 為SE 萬A ST 。我 們 還 嘗 試 對(duì) 傳 統(tǒng) E 、

7、ST 的基 本 檢 測(cè) 算法 做 了改進(jìn) 和 優(yōu) 化 ，更 進(jìn) 一 步 提 升 了檢 測(cè) 質(zhì) 量 ，我 們 稱 這 種 單 尺 度 的特 征 檢 測(cè) 算 法為A FA ST ( A dap七 edFA ST )。其 次 ，在單 層 SE 下A ST 的基 礎(chǔ) 上 ，我們 建立 了一個(gè) 手機(jī) 上 的視 覺SL A M 系統(tǒng) ，通過整 合 傳 統(tǒng)SU R F 描 述 器 并利 用8點(diǎn)法 計(jì) 算 視 覺基 礎(chǔ) 矩 陣 ，完成 了特 征 點(diǎn) 的

8、檢 測(cè) 和 三 維 定位及 映射 圖的建立和更 新 。然后 ，在 多層 SE 一 FA ST 的基礎(chǔ)上 ，我們 建立 了一個(gè)移動(dòng) 電腦 上 的物體檢測(cè) 系統(tǒng) 。通過整合 改進(jìn) 的SU R F 描述器來 生成特征 向量 、匹配相關(guān)數(shù)據(jù) 。最后 的檢測(cè)系統(tǒng)能夠在 復(fù)雜 的 自然環(huán)境 中檢測(cè) 到 目標(biāo)物體 ，并給 出物體姿 勢(shì) ，圖像位 置及大 小信 息 。整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)被證 明擁 有 良好 的計(jì)算性 能并對(duì)尺度 、旋轉(zhuǎn) 、視角等變化魯棒 。最

9、 后 ， 我 們 通 過 實(shí) 驗(yàn) 對(duì) 比 了 多 尺 度 的SE 下A ST 和 當(dāng) 前 最 快 的 尺 度 特 征 檢 測(cè) 算子凡 S七 一 H essi an 。展 示 了SE 一 FA ST 高 效 的 處 理 過 程 和 高 質(zhì) 量 的 檢 測(cè) 結(jié) 果 。 我 們 還 對(duì)比 了傳 統(tǒng) E 、 ST 算 法 、基 于 特 征 響應(yīng) 的FA ST 算 法 和A FA ST 算 法 ，驗(yàn) 證 了后 兩 者 特 別是A FA ST 相