智能手机增强现实关键技术研究

将增强现实技术应用到智能手机上,实现增强现实系统的小型化和便携化,会大大拓展和深化增强现实系统应用的广度和深度。当前对于智能手机增强现实技术的研究,一般采用基于计算机视觉（即视频检测）的注册方式。首次提出了在智能手机上采用GPS/三维电子罗盘的注册方法,研究微型三维电子罗盘与智能手机的软、硬件接口,从底层开发并实现具有增强现实功能的软件模块,建立基于智能手机的空间信息三维可视化模型算法,并以三维管线为例进行实证研究,结果表明基于空间信息的智能手机增强现实构建的技术路线是可行的。     

Android的无标识增强现实注册算法实现

为了克服传统增强现实技术的局限性,在Android系统上实现了基于无标识增强现实注册算法.使用ORB和强制匹配算法对特征点进行检测、描述和匹配,再使用RANSAC算法计算单应性矩阵并对匹配结果进行优化,然后计算摄像头位姿并进行滤波处理,最后将三维模型注册到真实场景中,达到了虚实融合的效果.实验结果表明,算法结合Android NDK编程和多线程技术,注册准确,性能较好,能够达到实时的要求,而且在光照和距离发生变化、标志被部分遮挡的情况下鲁棒性较好,克服了传统增强现实技术的局限性,具有一定的研究价值.     

基于金字塔光流法的移动增强现实三维跟踪注册研究

应用于室外场景识别的移动增强现实系统,需要保持高效且精准的三维注册,从而实现稳定的虚实融合。为了减小复杂场景对目标跟踪的影响,提出一种基于AKAZE和金字塔光流法相结合的三维跟踪注册方法,采用AKAZE算法检测视频流图像的特征点,再用光流法对目标区域进行持续跟踪,实现特征匹配后计算摄像机标定结果,最终完成三维跟踪注册。实验结果表明,该方法能实现实时持续的目标跟踪,同时三维注册效果良好。     

移动增强现实中视觉三维注册方法的实现

为了提高移动增强现实注册技术的性能,采用了一种基于计算机视觉的注册算法。该方法利用ARToolkit中的标识检测法查找相关的标识和特征点,然后基于视觉三维注册算法得到模型视图矩阵,最后在相应位置绘制虚拟物体。实验结果表明这种注册方法在实时性、稳定性、抗遮挡性方面效果良好,满足移动增强现实系统高精度三维注册的要求。     

MEEM跟踪和改进ORB特征检测的三维注册方法

针对增强现实系统三维注册在线跟踪模型漂移问题,以及特征检测算法耗时问题导致的注册失败。提出一种基于MEEM跟踪和改进ORB特征检测的三维注册方法。通过MEEM算法对移动对象区域跟踪。对跟踪的目标位置采用ORB算法检测特征点时,采用多尺度空间理论提取稳定特征点,并且采用改进决策树的递归调整方式,同时对特征检测参数设置。利用相邻帧之间特征点的匹配关系求得三维注册矩阵;将跟踪数据集与OpenGL生成的立方体模型进行跟踪注册仿真实验。仿真结果表明,改进ORB特征检测算法对待注册区域的检测具有尺度不变性、更高稳定性以及特征分布均匀,误差相比ORB算法降低约42%,该注册方法在运行过程中基本能够保证误差在7 mm以内;使得AR系统具有较好的实时性、精确性和鲁棒性。     

基于无线传感器和视频融合的室内定位技术研究

为了提高室内定位跟踪精度和扩大定位跟踪范围,建立了一种无线传感器和视频融合定位跟踪模型。该模型通过分析无线传感器和视频传感器定位特点,确定了基于粒子滤波的融合定位策略,提高视频目标检测能力,补偿无线传感器的定位精度和盲区。提出了基于无线传感器和视频观测模型的粒子权重评估方法,提高了粒子更新效率。结合实例对模型和算法进行了仿真分析,结果表明了模型的可行性和算法的有效性。     

视触觉融合的增强现实三维注册方法

增强现实技术是近年来人机交互领域的研究热点。在增强现实环境下加入触觉感知,可使用户在真实场景中看到并感知到虚拟对象。为了实现增强现实环境下与虚拟对象之间更加自然的交互,提出一种视触觉融合的三维注册方法。基于图像视觉技术获得三维注册矩阵;借助空间转换关系求解出触觉空间与图像空间的转换关系;结合两者与摄像头空间的关系实现视触觉融合的增强现实交互场景。为验证该方法的有效性,设计了一个基于视触觉增强现实的组装机器人项目。用户可触摸并移动真实环境中的机器人零件,还能在触摸时感受到反馈力,使交互更具真实感。     

基于人工标志的增强现实技术研究

针对基于人工标志的增强现实技术,提出了通过标志识别、顶点提取、三维注册和相机融合这4个步骤来实现的方案.重点研究了三维注册,采用针孔模型分析了标志顶点的图像二维坐标与三维坐标的关系,提出了通过多元线形方程组来求解三维坐标的算法.介绍了相机融合的过程及原理,验证了整个方案的可行性.     

体内胶囊TDoA定位算法研究与仿真

针对人体内特殊环境,提出了TDoA无线定位技术用以实现人体内胶囊的无线定位.建立了TDoA的定位模型,主要研究了TDoA的一种三维算法实现,并独创性地在Matlab中实现了相应的算法仿真验证,同时在Multisim中实现了相应的相位差电路检测仿真验证,通过仿真结果对实际电路进行了指导与优化,为实际电路中元器件的型号、参数的选择提供了一定的参考,为人体环境下胶囊的TDoA无线定位技术今后的实现提供了相应的指导与帮助.     

电力设备检修三维仿真集成系统的研究

利用计算机虚拟现实技术模拟电力设备及其故障处理方式,采取文本、声音、图形图像与视频等各种形式,可现场演示并指导工作人员。因此,本文基于计算机技术设计了电力设备检修三维仿真集成系统。以计算机技术为载体构建综合平台,可促使其实现多任务、多角色协同仿真培训,基于开放式接口标准可完善电力设备类型,进而为新型电力设备检修培训提供多元化接入方式。且学员可通过计算机模拟电力设备检修流程,降低设备与场地需求,提升学习效率与质量。     

手持设备增强现实开发平台研究及应用

为在手持设备上实现基于增强现实技术的应用开发,针对手持设备计算资源有限而检测标记角点计算量大、影响跟踪注册实时性问题,提出了快速标记角点检测算法;针对手持设备随用户操作而产生抖动的问题,提出了基于窗口的摄像机姿态估计算法。在对ARToolKit改进的基础上,实现了具有较高跟踪注册实时性的手持设备增强现实平台。基于该平台设计研制了基于增强现实技术的手机游戏。     

基于KCF与改进ORB的增强现实方法

针对增强现实(AR)系统在进行虚拟信息叠加时待注册区域被遮挡的情况,提出一种基于实时特征检测与目标跟踪的AR系统三维注册方法。使用KCF算法对待注册目标区域与模板进行实时FAST特征匹配,通过改进ORB算法,提出SIFT-ORB-MRANSAC融合算法,完成特征点的提取、匹配以及误匹配去除。在此基础上,根据特征点之间的匹配关系计算注册矩阵,通过注册矩阵叠加虚拟信息实现对现实世界的增强。实验结果表明,该方法在光照变化、遮挡以及旋转变换的情况下,可将虚拟信息快速、准确地叠加到待注册区域,提高AR系统的运算效率。     

面向脑胶质瘤影像分析的混合现实技术

当前混合现实(MR)技术在数字医疗领域正日益受到广泛关注. 以脑胶质瘤医学影像分析混合现实技术为对象, 提出基于深度学习模型3D UNet的MR脑胶质瘤定位与区域分割算法, 采用基于面绘制方法对脑胶质瘤影像进行多结构组织的三维绘制与优化, 提出了基于交互式无标识和基于标识图的移动混合现实三维注册跟踪与视觉空间共享算法, 实现MR多设备的第三视角空间实时共享, 设计并实现了面向脑胶质瘤医学影像分析的混合现实原型系统. 实验结果表明所提方法能有效实现MR脑胶质瘤检测、分割与三维重建, 通过MR移动设备的实时共享, 实现脑胶质瘤医学影像混合现实分析, 有效支撑脑胶质瘤辅助诊断与治疗, 也为手术术前规划、医学教育培训等提供了新的方法.     

一种增强现实系统的三维注册方法

三维注册技术是增强现实系统研究的一个重要方面。现有的增强现实技术三维注册方法都是用平面标志来作为定位基准的,且系统构造较复杂,图象处理所需计算量较大,还会因此引入误差。该文提出了一种使用立体标志物的基于视觉的三维注册方法。该方法只需要一个彩色ＣＣＤ摄像机就可以完成三维环境注册,并且不需要进行复杂的图象处理运算,这种新方法能够有效简化注册系统和算法,并且能消除使用多个传感器的配合误差。     

采用主监视窗扩展技术的增强现实三维注册方法

在增强现实三维注册中,采用重新检测策略时顿卡现象严重。提出一种采用主监视窗扩展技术的增强现实三维注册方法。在检测阶段,引入特征点可信度和主监视窗,并设计主监视窗的分割、扩展和调控策略,大幅提升了计算速度;在跟踪阶段,采用基于图像金字塔的光流算法进行特征点跟踪。实验证明,该方法不仅有效缓解了顿卡现象,也提升了系统整体的实时性。     

基于混合注册方式的海洋环境增强现实系统

针对单一传感器无法解决海洋环境增强现实系统中跟踪注册的问题,提出融合智能手机AGPS、电子罗盘和加速度传感器测定视线方向的多传感器注册与基于海天线特征标识的视觉跟踪注册的混合注册方法,并通过扩展卡尔曼滤波器实现多传感器有效融合以提高三维注册精度。以真实海洋环境及海洋数值预报为例,提出适应海洋动态环境的增强现实框架,利用Vuforia AR实现了原型系统,并对混合注册方法进行了验证。结果表明,该技术框架及注册方法有较强的可用性和实用性,在海洋动态环境的增强现实中具有广泛应用前景。     

增强现实三维注册中标识点匹配算法研究与改进

基于标识点的增强现实系统中,计算机生成的虚拟物体需要正确地注册到相应的标识点上构成对现实环境的增强.针对增强现实三维注册过程中传统算法标识点匹配过程中误识率较高,匹配不够精确的不足,提出了将相对误差法进行改进实现增强现实中的三维注册,同时提出了将基于颜色直方图的图像匹配原理引入增强现实的三维注册过程中,通过实验验证与分析,改进后的匹配算法与传统算法相比减少了标识的误识率,提高了注册精度,已成功应用于增强现实系统的三维注册过程中.     

基于三维定位的变电站检修安全预警系统设计

为了提高变电站检修安全预警能力,提出一种基于三维定位的变电站检修安全预警系统设计方法。采用三维成像技术进行变电站检修安全预警的图谱特征分析,提取变电站检修安全预警图谱信息的边缘轮廓特征量,采用纹理模板匹配技术进行变电站的谱密度分析和差异性特征提取,采用活动轮廓检测方法对变电站检修安全预警的图谱特征点进行灰色不变矩检测,得到故障类型;根据故障类型采用三维定位和特征重构方法,实现了变电站检修安全预警的图谱特征提取和三维定位识别。在DSP和FPGA集成处理环境中实现变电站检修安全预警系统的硬件设计。研究得知,采用该方法进行变电站检修安全预警的精准度较高,自适应性较好。     

基于互联网平台的配电网智能化运维管理模式

为了有效运维管理配电网, 获取配电网运行状态的全部数据以及配电网中电力设备可能出现异常及故障的情况, 提高配电网经济效益, 提出基于互联网平台的配电网智能化运维管理模式. 通过互联网平台融合其他专业系统数据, 构成配电网智能化运维管理平台, 采用归一化谱聚类算法, 分析多维状态量的历史正常数据和异常数据, 获取历史数据曲线的形状系数和轮廓系数, 提取多维状态量故障特征, 利用知识发现子模块与决策器设计子模块, 分析配电网中电力设备健康度等级, 根据关联规则挖掘, 获取不同电力设备的重要度指数, 评估运维决策风险, 实现配电网智能化运维决策管理. 实验结果表明: 所研究模式能够有效获取配电网运行的实时数据, 及时发现可能出现异常及故障的电力设备, 提高配电网经济效益.     

基于Android平台的移动增强现实的应用与研究

随着智能手机软硬件技术的不断革新,配置有GPS导航、电子罗盘、加速度计等功能模块的智能手机已成为增强现实技术的理想平台。与传统的移动增强现实系统采用基于机器视觉的注册方法不同,提出一种采用多传感器的注册方法,并设计了一个基于Android平台的传感器式移动增强现实系统。该系统不仅具有用户导航功能,还具有地图定位功能。在户外环境的测试结果表明,该系统将虚拟信息与真实环境进行很好的融合,具有较高的用户体验性和较强的实用性。