基于改进ORB算法的虚实注册方法

针对增强现实(AR)中虚实注册的精度和实时性易受图像纹理和不均匀光照影响的问题,提出一种改进的ORB算法予以解决。首先,设置ORB特征点数量和距离阈值对图像特征点稠密区域进行优化,利用并行算法保留特征值较大的N个特征点;然后,采用离散差异特征增强光照不均匀变化时的稳定性,将改进的ORB与词袋(BOF)模型结合,实现基准图像的快速检索;最后,利用图像间的单应性关系实现虚实注册。从准确性和实时性两方面对提出的改进ORB算法与原始ORB算法、尺度不变特征变换(SIFT)算法和加速稳健特征(SURF)算法进行了对比实验分析,结果显示改进ORB算法的注册时间平均降低了约40%,准确性达到了95%以上。实验结果表明,所提出的算法在不同纹理和不均匀光照的情况下,具有更高的实时性、准确性。     

基于图像增强的温室图像特征点提取

针对温室环境中,由于相机拍摄图像噪声大,光照不均匀,对比度较低等会导致ORB特征点较难提取或者提取较少,从而影响匹配效果的问题,提出了一种能够减少图像噪声,增强图像对比度的ORB特征点提取算法。首先,对温室图像进行高斯滤波去除图像噪声,然后使用对比度受限的自适应直方图增强图像对比度,增加ORB特征点提取数量。经过实验表明,提出的改进ORB算法对温室中ORB特征点的提取和匹配效果有较大提升。     

动态背景下基于ORB特征匹配的运动目标检测算法

为了能够实时地检测出运动目标,提出一个基于ORB(Oriented FAST and Rotated BRIEF)特征匹配和改进的帧间差分相结合的检测算法。首先运用ORB算法提取特征点,采用RANSAC(RANdom SAmple Consensus)方法求得变换矩阵参数之后获取全局运动补偿图像,然后用帧间差分法实现运动目标的检测。ORB特征点匹配的快速性和准确性与RANSAC方法去除异常点的有效性确保变换矩阵参数的计算准确,再结合帧间差分法快速完整地检测出前景目标。实验结果显示,该算法能够准确地检测出运动目标,并在一定程度上解决了实时检测的问题。     

改进人工鱼群的ORB特征匹配算法

针对室内轮椅定位与地图构建中传统ORB（oriented FAST and rotated BRIEF）受到特征点检测与选取策略的影响导致特征匹配正确率不理想,提出一种改进人工鱼群的ORB特征匹配算法。使用改进后的FAST检测特征点,利用改进后的人工鱼群在组合优化问题中具有收敛速度快且易获得最优解的特点,在图像中计算出不同特征区域,根据特征点所在区域位置赋予其相应的状态,对不同状态的特征点选择保留或去除,使用汉明距离的RANSAC算法在特征区域之间进行特征匹配。实验结果表明,改进后的FAST在图像边缘处提取到更多的图像特征,在实际环境中改进后的ORB匹配算法平均正确匹配率达到了92.7%,比传统ORB平均正确匹配率高52.3%。     

分层分区域管理的实时图像跟踪算法

为了实现当前屏幕图像特征点与模板图像中对应尺度下部分区域中特征点的快速匹配,解决图像跟踪算法中匹配精度与效率问题,提出一种特征点分层分区域管理的图像跟踪算法.在预处理阶段,对模板图像构造层次表示并对各尺度下的图像进行区域划分,在每个区域内同时提取ORB(oriented FAST and rotated BRIEF)特征点和Harris特征点,由ORB特征描述子计算区域图像的词袋特征向量,由此构建图像特征点的分层分区域管理模式.在实时跟踪阶段,根据摄像机位姿跟踪的情况区分预测跟踪、重定位跟踪和光流跟踪3个分支.在预测跟踪和重定位跟踪中,先快速定位实时图像对应的模板图像的尺度层与区域,再通过实时采集的图像与模板图像中对应尺度下部分区域中特征点的局部匹配,实时地计算摄像机的位置和方向;在光流跟踪过程中对光流算法跟踪点进行实时更新,延长光流算法的运行持续时间.利用公开图像数据库中不同分辨率的模板图像在移动终端上进行实验的结果表明,文中算法性能稳定,匹配误差在1个像素以内;系统运行帧率总体稳定在20~30帧/s.     

一种用于无人机室内定位的改进ORB光流算法

针对无人机室内无GPS的导航定位问题,结合ORB特征与LK金字塔光流,提出了一种改进的ORB特征光流算法。采用ORB算法提取每帧图像的特征点,送入金字塔中估计下一帧点集坐标;采用前后双向单追踪策略进行粗匹配;采用FLANN-KNN匹配规则和前后双向双追踪策略组成的精匹配,进行误匹配点集的滤除。通过多种场景提取效果和无人机实际应用两部分实验,从实时性和精确性对算法性能进行了验证分析。仿真结果表明,改进算法具有较好的定位效果和较好的实时性。     

基于自适应阈值的ORB特征点提取算法研究

在弱纹理场景下,针对ORB算法提取特征点过程中,固定阈值检测FAST角点可能会导致提取效果不佳进而影响匹配精度,提出了自适应阈值的ORB特征点提取算法,通过图像灰度差值和像素分布概率来计算图像对比度,根据对比度动态计算角点检测阈值。然后根据动态阈值算法实现特征点的提取,采用暴力匹配算法和快速最近邻接匹配（FLANN）两种匹配算法,在EuRoc数据集上分别对比了ORB算法、SIFT算法与该算法的特征点匹配精度和耗时。结果表明,在匹配精度上比ORB算法提升了26.6%,比SIFT算法提升了32.7%。     

矿井车载视频图像稳像算法研究

针对矿井车载摄像系统拍摄的视频因含有前景运动目标及高噪声造成的全局运动矢量估计误匹配率高、实时性较差等问题,提出了一种基于ORB特征匹配与改进粒子滤波的矿井车载视频图像稳像算法。在运动矢量估计阶段,采用ORB算法提取图像特征点;采用基于图像块的连续3帧间差分法,联合时空一致性准则快速剔除前景运动区域的特征点;结合前景标记区域,对特征点位置进行初次筛选,对保留下来的背景特征点进行配准;利用仿射变换模型实现帧间运动矢量的估计。在运动滤波阶段,采用基于估计窗的实时粒子滤波算法滤除抖动分量,获得补偿参数。实验结果表明,该算法有效避免了前景运动目标对稳像精度的影响,且具有较快的处理速度。     

基于改进ORB 算法的图像特征点提取与匹配方法

针对传统ORB 算法阈值选取固定,存在误提取、误匹配,无法满足不同图像特征 点的准确提取和匹配的问题,提出了一种改进的ORB 特征点提取与匹配方法。首先设定局部 自适应阈值;然后通过像素分类,设计自适应阈值选取准则,达到ORB 特征点的精准提取; 最后在改进ORB 特征点基础上通过PROSAC 算法完成对特征点的匹配。实验结果表明,改进 后的方法对亮度变化具有较强的适应能力,计算速度和提取精度得到了提升。匹配总时间降低, 误匹配点对数量较少,正确匹配率较高,具有良好的准确性和实时性。利用匹配阶段得到的特 征点进行跟踪时得到的RMSE 误差较小,表明匹配精度得到了较大提升。和其他方法相比,具 有更好的环境适应能力和应用价值。     

序列图像特征提取与匹配算法的改进

在计算机视觉领域中特征点匹配是一个重要课题。针对ORB（ORiented Brief,方向描述符）算法缺少尺度不变性的特点,将SURF（Speeded-Up?Robust?Features,快速鲁棒特征）算法与ORB相结合,提出了基于算法组合的改进算法SUORB（Speeded-Up?ORiented Brief,快速方向描述符）。组合算法的基本思路是利用SURF算法建立多尺度空间,然后通过ORB算法为检测出的特征点建立描述符,最后根据生成的二进制描述符实现特征点匹配。实验结果表明,SUORB算法基本弥补了ORB算法的不足,若图像尺度发生变化,SUORB匹配算法比ORB匹配算法的准确度明显提高;同时SUORB算法保留了ORB算法的快速性。     

Multithreaded Hybrid Feature Tracking for Markerless Augmented Reality

We describe a novel markerless camera tracking approach and user interaction methodology for augmented reality (AR) on unprepared tabletop environments. We propose a real-time system architecture that combines two types of feature tracking. Distinctive image features of the scene are detected and tracked frame-to-frame by computing optical flow. In order to achieve real-time performance, multiple operations are processed in a synchronized multi-threaded manner: capturing a video frame, tracking features using optical flow, detecting distinctive invariant features, and rendering an output frame. We also introduce user interaction methodology for establishing a global coordinate system and for placing virtual objects in the AR environment by tracking a user's outstretched hand and estimating a camera pose relative to it. We evaluate the speed and accuracy of our hybrid feature tracking approach, and demonstrate a proof-of-concept application for enabling AR in unprepared tabletop environments, using bare hands for interaction.     

基于改进ORB的抗视角变换快速图像匹配算法

针对快速定向二进制描述（ORB）算法误点率高、像素点对对比易受噪声影响同时抗视角变换能力弱等问题,本文提出基于改进ORB的抗视角变换快速图像匹配算法。该算法在ORB算法的架构下利用加速分割检测算法进行特征提取,并提出特征点加速检测策略,利用改进的二进制鲁棒独立基本特征算法进行特征点描述,同时结合透视变换模型进行图像采样和汉明距离作为相似度量准则进行图像匹配,初匹配后利用网格运动统计算法去除误匹配点。实验表明,本文算法在保持实时性的同时,能够获得较高的匹配精度,和较强的抗视角变换能力,具备较好的工程意义。     

改进TLD与ORB的AR系统长时跟踪注册方法

针对增强现实系统长时跟踪注册需求以及三维跟踪注册时待注册区域尺度变化、光照变化、内外旋转等复杂环境易导致注册失败问题,提出改进TLD跟踪及ORB特征检测的增强现实长时三维注册方法。通过采用TLD长时鲁棒跟踪算法对待注册区域跟踪,并利用待注册位置自适应动态检测策略对TLD算法跟踪-学习-检测的结构机制的实时性和精确度进行优化;利用ORB算法对待注册位置进行特征检测及三维注册矩阵计算;将虚拟信息叠加至待注册位置。选取长时视频序列进行跟踪、检测及注册仿真实验。实验结果表明,改进TLD长时跟踪算法相比TLD算法在OPE精确度方面提升约5%,对待注册位置的跟踪速率提升约2倍,使得AR系统在复杂环境下的长时跟踪注册具有更好的稳定性和鲁棒性。     

一种大视差场景下的实时视频拼接系统

随着虚拟现实技术和视频直播技术的发展,全景视频直播受到广泛的关注。传统的全景产品在处理大视差场景时易发生图像畸变,且难以兼顾实时性要求。为了解决这些问题,设计一种两路视频拼接系统。首先建立拼接背景模型。然后结合ORB(Oriented FAST and Rotated BRIEF)和基于移动DLT(Direct Linear Transformation)的APAP（As-Projective-As-Possible）算法完成图像配准,并改进一种基于最小能量检测的方法寻找最优接缝以避免移动前景引起的鬼影和错位。最后通过拼接模型计算阶段所得的参数索引表,对重叠区域进行融合完成视频帧的实时拼接。实验结果表明该系统可以处理大视差场景,具有良好的实时拼接效果。     

基于ORB的快速完全仿射不变图像匹配

ASIFT具有完全仿射不变性,但计算耗时;ORB实时性好,但仿射不变性差。为了在图像匹配中同时兼顾仿射不变性和实时性,利用模拟相机在不同视点下成像的手段使得ORB具备完全仿射不变性,进而提出了一种基于ORB的快速完全仿射不变图像匹配新算法(AORB)。首先通过模拟相机在不同视点下成像以获取模拟的图像,然后用快速的ORB算法对所有模拟的图像对进行匹配,最终取得完全仿射不变性。实验结果表明,该算法能够满足完全仿射不变图像匹配需求,并且相比基于OpenMP的ASIFT计算速度提高了约6倍。     

增强现实系统中基于先验知识的虚拟抓取识别

为了实现增强现实系统中抓取动作的识别,针对传统方法实时性不强、容易产生误判的不足,提出了基于先验知识的虚拟抓取识别算法.通过对大量实验数据的分析,提取关键数据进行处理并完成决策树的构建,通过基于一种数据拟合的碰撞检测方法,真正实现了真实手对虚拟对象的抓取识别.实验结果表明:该算法识别率高、实时性好、交互自然真实,较好地...     

基于二进制鲁棒不变尺度关键点-加速稳健特征的自然特征虚实注册方法

针对基于视觉的增强现实(AR)中虚实注册的准确率和实时效果受光照、遮挡和视角变化影响大,易导致注册失败的问题,提出一种基于二进制鲁棒不变尺度关键点-加速稳健特征(BRISK-SURF)算法的自然特征虚实注册方法。首先,利用加速稳健特征(SURF)特征提取算子检测特征点;然后,采用二进制尺度旋转不变鲁棒(BRISK)特征描述算子对特征点进行二进制描述,结合汉明距离实现准确高速的特征匹配;最后,根据图像间的单应性关系实现虚实注册。从图像特征匹配和虚实注册两方面进行实验,结果显示BRISK-SURF算法的平均准确率与SURF算法基本保持一致,比BRISK算法提高了约25%,平均召回率提高了约10%;基于BRISK-SURF的注册方法的结果接近参考标准数据,精度较高,实时性较好。实验结果表明,所提方法对于光照、遮挡和视角情况不同的图像具有较高的识别准确度、注册精度和实时效果。另外,使用此方法实现了基于AR的交互式旅游资源呈现与体验系统。     

AR技术在科技馆古代农具展示中的研究及实现

增强现实技术将虚拟与现实有机结合,突破了虚拟世界和现实世界的界限。针对增强现实技术的特点,研究了一套实现增强现实系统的框架。首先对场景进行采集,使用3D Max对模型进行设计并建模;针对图像识别的问题,通过对比SIFT算法、SURF算法、ORB算法以及高通Vuforia的特征识别匹配的结果,选择高通Vuforia处理图像;3D渲染则使用专业渲染引擎Unity3D实现增强现实中交互软件的开发。基于此框架设计并实现一个以科技馆古代农具展示为主题的系统,能够带给参观者AR交互阅读的全新体验;可以再现我国古代农具在传统农业文化传承的重要史料,从而实现对古代农具文物的数字化保护和传播。