[发明专利]无标记增强现实系统及无标记增强现实系统目标跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对拍摄设备生成的图像进行特征提取并跟踪的无标记增强现实系统及无标记增强现实系统目标跟踪方法。

背景技术

增强现实技术（Augmented Reality，AR）是在虚拟现实技术的基础上发展起来的新技术，其通过计算机系统将虚拟客体叠加到实际图像中以增强用户感官体验，从而实现对现实的增强。

目前，很多增强现实系统是基于预先准备的标记（如二维码）等来获取包含实际图像的真实物体的特征信息，从而得到照相机与真实物体的位置关系。然而这种基于标记的增强现实系统在实际应用中必须事先准备标记，并将标记存储于数据库中，因此，这一前提条件使得其应用场景和时间存在限制。

然而，无标记增强现实系统可以通过对实际图像的特征点检测并通过跟踪特征点来掌握照相机和真实物体的位置关系，可在任何场所即时使用。要掌握好照相机和真实物体位置关系的首要条件是要对实际图像的特征点检测并准确跟踪。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种无标记增强现实系统，其包括：特征点提取单元，用于从拍摄设备生成的图像的第一帧中提取多个特征点；跟踪点提取单元，利用提取的所述多个特征点来从所述拍摄设备生成的图像的除第一帧外的每一帧中提取多个跟踪点；映射点生成单元，用于将所述多个特征点映射到所述除第一帧外的每一帧中，以生成所述除第一帧外的每一帧的多个映射点；跟踪点筛选单元，用于将所述除第一帧外的每一帧的每个跟踪点与其对应的映射点之间的距离和一预设距离阈值进行比较，且所述跟踪点筛选单元基于所述比较结果来判断是否将所述跟踪点排除。

进一步地，当所述除第一帧外的每一帧的某一跟踪点与其对应的映射点之间的距离大于所述预设距离阈值时，所述跟踪点筛选单元将该某一跟踪点排除。

进一步地，所述跟踪点提取单元包括：空间模型建立单元，用于将所述除第一帧外的每一帧建立为多个具有不同分辨率和不同尺寸大小的空间模型；空间模型搜索单元，利用提取的所述第一帧的多个特征点来从每个所述空间模型中提取多个子跟踪点；子跟踪点融合单元，用于将从所述除第一帧外的每一帧的多个所述空间模型中的多个所述子跟踪点融合为所述除第一帧外的每一帧的多个所述跟踪点。

进一步地，所述空间模型搜索单元在建立的每个所述空间模型中搜索所述第一帧的每个特征点的偏移向量，且所述空间模型搜索单元基于在建立的每个所述空间模型中搜索的所述第一帧的每个特征点的偏移向量来从每个所述空间模型中提取多个子跟踪点。

进一步地，所述无标记增强现实系统还包括：单应性矩阵生成单元，利用提取的所述除第一帧之外的每一帧的多个跟踪点和所述第一帧的多个特征点来生成所述除第一帧之外的所述每一帧与所述第一帧之间的单应性矩阵；其中，所述映射点生成单元利用所述单应性矩阵将所述第一帧的多个特征点映射到所述除第一帧外的每一帧中，以生成所述除第一帧外的每一帧的多个映射点。

进一步地，所述无标记增强现实系统还包括：异常点剔除单元，用于将所述除第一帧外的每一帧的多个跟踪点中的位于置信域范围外的跟踪点剔除。

本发明的另一目的还在于提供一种无标记增强现实系统目标跟踪方法，其包括步骤：A）从拍摄设备生成的图像的第一帧中提取多个特征点；B）利用提取的所述多个特征点来从所述拍摄设备生成的图像的除第一帧外的每一帧中提取多个跟踪点；C）将所述多个特征点映射到所述除第一帧外的每一帧中，以生成所述除第一帧外的每一帧的多个映射点；D）将所述除第一帧外的每一帧的每个跟踪点与其对应的映射点之间的距离和一预设距离阈值进行比较，且基于所述比较结果来判断是否将所述跟踪点排除。

进一步地，当所述除第一帧外的每一帧的某一跟踪点与其对应的映射点之间的距离大于所述预设距离阈值时，所述跟踪点筛选单元将该某一跟踪点排除。

进一步地，所述步骤B）的具体实现方式包括步骤：B1）将所述除第一帧外的每一帧建立为多个具有不同分辨率和不同尺寸大小的空间模型；B2）利用提取的所述第一帧的多个特征点来从每个所述空间模型中提取多个子跟踪点；B3）将从所述除第一帧外的每一帧的多个所述空间模型中的多个所述子跟踪点融合为所述除第一帧外的每一帧的多个所述跟踪点。

进一步地，所述步骤B2）的具体实现方式是：在建立的每个所述空间模型中搜索所述第一帧的每个特征点的偏移向量，且基于在建立的每个所述空间模型中搜索的所述第一帧的每个特征点的偏移向量来从每个所述空间模型中提取多个子跟踪点。