[发明专利]一种面向增强现实装配的全景三维注册系统及方法

权利要求书

1.一种面向增强现实装配的全景三维注册方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、在装配现场四周布置四台iGPS发射器、iGPS基准尺、两个iGPS矢量传感器、iGPS工作站、计算及显示终端；使用iGPS基准尺对iGPS测量网络进行标定，建立测量坐标系；将两个iGPS矢量传感器放置在设计坐标系的已知位置，记录两个iGPS矢量传感器上四个激光信号接收点在设计坐标系中的坐标P_{w0_i}；并求取两个iGPS矢量传感器上四个激光信号接收点的测量坐标系坐标P_{m0_i}；i取1......4；

步骤S2、将上述获取的四个激光信号接收点的坐标P_{w0_i}、P_{m0_i}代入设计坐标系与测量坐标系之间的转换公式中，求得测量坐标系与设计坐标系之间的变换矩阵H_wm；

步骤S3、将两个iGPS矢量传感器从步骤S1中放置的位置取下，与摄像终端一起安装在固定架上；记录iGPS矢量传感器的四个激光信号接收点在摄像设备坐标系中的坐标P_{c_i}；并实时求取iGPS矢量传感器上四个激光信号接收点的测量坐标系坐标P_{m_i}；

步骤S4、将上述实时获取的P_{c_i}、P_{m_i}及测量坐标系与设计坐标系之间的变换矩阵H_wm代入摄像设备坐标系、设计坐标系、测量坐标系之间的转换公式中，求得当前摄像终端获取第k帧图像时的摄像设备坐标系与设计坐标系之间变换矩阵H_cw(k)；

步骤S5、根据摄像设备成像原理，求取投影矩阵H_sc；

步骤S6、实时将增强现实装配设计的虚拟信息第k帧图像中的各像素点坐标P′_w(X′_w，Y′_w，Z′_w)及上述求取的第k帧图像的摄像设备坐标系与设计坐标系之间变换矩阵H_cw(k)，代入显示器坐标系与设计坐标系之间的转换公式中，可以得到各像素点在显示器坐标系中的坐标P′_s(X_s，Y_s)，并叠加在摄像头获取的视频图像上。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设计坐标系与测量坐标系之间的转换关系为：

式中，P_w(X_w，Y_w，Z_w)为点P在设计坐标系中的坐标，P_m(X_m，Y_m，Z_m)为点P在测量坐标系中的坐标，H_wm为测量坐标系与设计坐标系之间的变换矩阵；为设计坐标系旋转矩阵，为设计坐标系平移向量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述摄像设备坐标系、设计坐标系、测量坐标系之间的转换关系为：

式中，P_c(X_c，Y_c，Z_c)为点P在摄像设备坐标系中的坐标、P_w(X_w，Y_w，Z_w)为点P在设计坐标系中的坐标、P_m(X_m，Y_m，Z_m)为点P在测量坐标系中的坐标；H_cw为摄像设备坐标系与设计坐标系之间的变换矩阵；为摄像设备坐标系旋转矩阵，为摄像设备坐标系平移向量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述投影矩阵H_sc为：

式中，f为摄像设备的焦距参数，d_x、d_y表示显示器在X轴与Y轴方向的放缩比例，表示成像坐标系原点O_i在显示器坐标系中的坐标。