[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

说明书

本发明涉及一种面向增强现实装配的全景三维注册系统及方法，属于增强现实技术领域，解决了现有技术中注册错误率高、应用环境尺寸小、照明要求高、算法计算量高、定位精度低的问题。包括：iGPS发射器，用于发射扇面激光；iGPS基准尺，用于对测量坐标系进行标定；iGPS矢量传感器，用于接收发射器发出的激光信号；iGPS工作站，用于求取iGPS矢量传感器中激光信号接收点的坐标；摄像终端，用于获取现实场景图像；计算及显示终端，用于将虚拟信息进行坐标变换，并叠加在现实场景图像中。本发明无需进行特征识别，可实现所有尺寸产品、视野角度、任何照明环境的全景三维注册；同时，算法计算量低，定位精度为0.2mm，可应用于增强现实装配过程的精确展示。

技术领域

本发明涉及增强现实技术领域，尤其涉及一种面向增强现实装配的全景三维注册系统及方法。

背景技术

增强现实是随着虚拟现实技术发展起来的一种新的交互技术，它将虚拟信息实时叠加在真实环境中，从而给人一种虚实融合的视觉感受。增强现实装配指的是将增强现实技术运用于装配现场，以进行装配引导、提示以及纠错的过程。三维注册方法指如何确定虚拟场景与现实环境坐标系之间的变换关系，并将变换后的虚拟信息叠加在现实图像上。传统的增强现实装配三维注册方法主要有基于视觉的三维注册方法与基于地理定位的三维注册方法。

其中，基于视觉的三维注册方法，如“扫码增强现实”产品，主要依靠摄像头对装配场景中的标志物进行特征识别，并计算标识物的位置、姿态，从而得到虚拟与现实环境坐标系之间的变换关系，并将变换后的虚拟信息叠加在现实图像上。基于视觉的三维注册方法定位精度为毫米级，可以实现装配过程的精确展示，但是存在以下问题：

(1)识别注册错误率高。当待识别标志物的关键特征存在遮挡时，容易导致标志物无法识别；当待识别标志物与其他标识物存在相似特征时，容易发生特征识别匹配错误。

(2)应用对象尺寸小。必须保证标识物在拍摄图像中占有一定尺寸，使其拥有足够像素用于特征识别，只能用于中小尺寸产品、部分视野角度的增强现实三维注册过程。

(3)照明要求高。必须保证装配环境中有足够照明，以支持标识物通过摄像头进行特征识别。

(4)算法计算量高。计算过程需要对拍摄图像中所有的像素点进行离散分析，对计算设备的性能要求高，三维注册过程容易出现卡顿。

同时，基于地理定位的三维注册方法，如“Pokemon Go”产品，采用增强现实摄像设备所自带的GPS、重力、角度等传感器，来感知摄像设备的位置、姿态，从而得到虚拟与现实环境坐标系之间的转换关系。但基于地理定位的三维注册方法其定位精度只有米级，无法精确展示产品的装配过程。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种面向增强现实装配的全景三维注册系统及方法，用以解决现有增强现实装配三维注册方法存在的注册错误率高、应用环境尺寸小、照明要求高、算法计算量高、定位精度低的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，提供了一种面向增强现实装配的全景三维注册系统，包括：iGPS发射器、iGPS基准尺、iGPS矢量传感器、iGPS工作站、摄像终端、计算及显示终端；

所述iGPS发射器，用于发射扇面激光；

所述iGPS基准尺，用于对测量坐标系进行标定；

所述iGPS矢量传感器，包含两个激光信号接收点，用于接收发射器发出的激光信号，并传输给所述iGPS工作站；

所述iGPS工作站，对接收到的激光信号进行处理，求取上述激光信号接收点在测量坐标系中的坐标，并传输给所述计算及显示终端；

所述摄像终端，与所述iGPS矢量传感器固定连接，用于获取现实场景图像，并传输给所述计算及显示终端；