基于自然特征的增强现实三维注册技术研究

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1、类号TP391．9；密级公开重庆邮电大学硕士学位论文英文题目一Researchon3DRegistrationTechnologyof——．．．——AugmentedRealitybasedonNaturalFeature．．．．．．．．．—．硕士研究生壹咽指导教师奎丝达学科专业盐差塑超旦垫盔论文提交日期2Q!至生垒旦论文答辩日期至Q曼2生量旦至鱼旦论文评阅人、答辩委员会主席丕趁厶2012年6月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中

2、特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重废邮电太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：南旦同签字日期：锄k年争月刀日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解重麽邮电太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权重麽邮电太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检

3、索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：御签字日期：zol2年厂月彳日签字日期：厶l湃步月玛日重庆邮电大学硕士论文摘要由虚拟现实延伸出来的增强现实(augmentedreality,AR)技术已逐渐发展成为一门独立系统的学科。三维注册是实现AR的关键，它决定了虚拟目标如何准确地与真实场景进行结合。传统注册方法大多通过在真实环境中摆放人工标识来完成三维注册，这限制了AR的应用范围。因此，研究在自然特征的条件下实现注册的技术和

4、方法具有重要意义。为了研究基于自然特征的增强现实注册的新方法，本文结合使用了计算机图形、图像等领域的相关技术基础。主要工作如下：首先，针对传统三维注册方法耗时较长、误差较大等限制增强现实技术被广泛应用的因素，提出了一种基于自然特征的实时增强现实注册预处理方法，它包括初始帧注册和跟踪注册两部分。其中，利用SURF(speededuprobustfeature)特征点检测算法代替传统的SIFT(scale．invariantfeaturetransform)算法，使运算速度有明显提升。同时，为了避免

5、每一帧都进行特征点检测从而提高注册效率，使用L．K(Lueas．Kanade)光流算法对上一个阶段检测到的特征进行跟踪，在获得匹配特征点对的基础上使用随机抽样一致性算法(randomsampleconsensus，RANSAC)算法求解图像平面与景物平面的单应矩阵为后续的注册实现做准备。实验结果表明本文三维注册预处理方法能满足增强现实实时性的要求。其次，在注册预处理算法的基础上，本文研究了整体注册过程的实现。为了计算出虚拟物体在真实场景图像中的应有位置，通过透视变换的原理，利用实时图像与真实景物

6、模版之间的单应性，求解出每帧场景图像对应的摄像机投影关系，实现了基于自然特征的注册。同时，为了避免单应矩阵计算过程中的累计误差问题，采用每隔数帧重新检测特征点的机制来保证注册的稳定性。实验结果表明本文的三维注册算法具有较高的鲁棒性。最后，在本文提出的注册预处理算法和整体注册算法基础上，开发了一个基于自然特征的三维注册原型系统。针对光照变化、尺度变化、旋转与遮挡等条件，对本原型系统的注册效果进行了测试。结果表明，利用本系统可以方便地演示AR注册原理，并能够在此系统基础上继续开发扩展的AR应用。关键

7、字：图像特征，单应性，光流，三维注册，增强现实重庆邮电大学硕士论文AbstractBranchedoutfromVirtualRealitytechnology,theAugmentedReality(AR)technologyisbecominganindependentsystematicsubject．3DregistrationisthebasisfortherealizationofARtechnology,whichdetermineshowtocombinevirtualtarge

8、twithrealsceneimagesaccurately．Mosttraditionalregistrationmethodsneedtoplaceartificialmarkersintherealscenetoachieve3Dregistration,whichlargelylimitthescopeofapplicationofthesemethods．Therefore，theresearchonhowtorealizetheregistrationusingnaturalfeat