[发明专利]一种面向室内场景的移动增强现实方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机技术应用领域，具体涉及一种面向室内场景的移动增强现实方法。

背景技术

增强现实(AugmentedReality，简称AR)，是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动，相比于虚拟现实，增强现实结合真实环境与虚拟物体进行真实世界的增强，而不是构建一个完全虚拟的世界。这种技术由1990年提出。随着智能移动终端的广泛普及，增强现实在移动平台中也有着越来越多的研究与应用。

增强现实主要通过计算机视觉等技术将虚拟物体融合在真实环境中，从而达到超越现实体验的目的。相比于虚拟现实，增强现实的目标是结合真实环境与虚拟物体得以进行真实世界的增强，而不是构建一个完全虚拟的世界。

随着智能移动终端的广泛普及，增强现实在移动平台中也有着越来越多的研究与应用。现阶段的移动增强现实技术主要是通过智能移动终端(例如手机、平板电脑等)，在真实环境中显示数字对象并进行交互操作等。

移动增强现实可以充分利用移动平台的特性，生成移动多模态数据，从而更好地在增强现实技术中发挥优势。相机运动跟踪技术是移动增强现实中的核心技术之一，其中基于视觉的运动跟踪方法由于成本低、适用性强，已经成为现阶段主流的运动跟踪技术，这种跟踪方法需要对真实环境所获取的图像进行分析，并根据图像特征得到相机所在的方位信息，从而将数字对象准确地叠加到真实环境中，按照图像中是否含有标志物将基于视觉的运动跟踪分为基于人工标志的运动跟踪以及基于自然特征的运动跟踪两类。

基于人工标志的运动跟踪通过人工标志物为场景提供更为准确的图像信息，这种方法在实际的应用中存在一定的弊端，当人工标志物在真实场景中发生遮挡时容易出现因无法准确估计相机位置而导致运动跟踪不稳定的情况，而且该方法在图像检测时用固定阈值进行二值化，容易受光线变化的影响。作为一种改进的技术通过将人工标志物制作成与真实环境相近的颜色，将其放在真实空间的角落作为标记元素，通过标记元素的组合成为标记单元，从而能够减弱人工标志物的突兀感，减弱了人工标志物对用户视觉感官的影响。就整体而言，尽管图像中的人工标志物可以降低真实场景的纹理特征要求，在一些图像特征较少的环境中可以得到相对稳定的相机位置运动跟踪，但是在一些特定的场景中人工标志物容易与周围环境产生相对不和谐的情况，减弱了增强现实的沉浸感，因此在增强现实领域出现了许多基于自然特征的运动跟踪技术研究。自然特征的运动跟踪技术采用相机运动的过程中扩展真实场景中新的自然特征，从而更新相机位置，这样可以在因相机运动而没有最初自然特征的情况下，依旧可以进行运动跟踪。总而言之，无论是基于人工标志还是基于自然特征，我们都需要在相机实时运动跟踪时根据输入的图像获取特征信息，如常见的点特征、线特征等，对这些图像特征进行提取和匹配，为相机实时运动跟踪提供重要基础。

根据所需的图像特征可以将基于自然特征的相机运动跟踪主要分为基于点特征的运动跟踪和基于线特征的运动跟踪两大类。基于点特征的运动跟踪是增强现实中最常用的一种图像特征，通过提取图像的特征点，与运动跟踪技术结合，在增强现实领域得到了大量的应用，其中Harris特征点、FAST(FeaturesfromAcceleratedSegmentTest)特征点以及SIFT(Scale-InvariantFeatureTransform)特征点等都是较为经典的图像特征点。

基于线特征的运动跟踪是除过图像的点特征以外，在真实世界中还具有大量的直线、曲线等图像特征，特别是在人造建筑等场景环境中，这些特征通常出现在图像的一个物体表面到另一个物体表面边界上，从而形成颜色、光亮等突变的边缘。通过一些边缘检测算子与图像做卷积便可得到图像的边缘强度信息，如用Sobel算子、Roberts算子等实现灰度图像的边缘检测。

移动增强现实与基于普通计算机平台的增强现实技术不同，由于受到移动终端计算能力的制约，目前移动增强现实中或采用基于人工标记的相机运动跟踪，或仅采用简单特征点作为场景特征描述。但是由此带来的直接问题是，当物理环境中的特征点比较少时，极容易出现相机跟踪不稳、运动漂移等问题；而如果直接采用特征边作为特征描述，则往往由于相机参数求解计算量过大而导致实时性不能得到保证。

发明内容