[发明专利]基于计算机视觉定位的增强现实实现方法

说明书

本发明公开了一种基于计算机视觉定位的增强现实实现方法，该方法针对单目相机，其实现过程包括：首先，对所用相机进行离线标定；然后在相机拍摄图像上提取特征点，计算描述子，对提取到的特征点进行图像畸变矫正处理；再者，围绕图像特征点计算相机位姿；最后，将相机位姿输入三维引擎模块，在现实图像背景上叠加虚拟三维模型，实现了增强现实效果。本发明通过单目相机获取图像信息，围绕图像特征点计算相机位姿，降低了增强现实实现的复杂性，拓展了增强现实的应用范围。

技术领域

本发明属于计算机技术领域，更进一步涉及图像处理技术领域中的一种基于计算机视觉空间定位的增强现实实现方法。本发明可以用于对单目相机获取的图像实现增强现实效果。

背景技术

增强现实是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并叠加相应图像、视频、三维模型的技术，其目标是在屏幕上把虚拟世界叠加在现实世界上并进行互动。增强现实不仅展现了真实世界的信息，而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。真实与虚拟的相结合作为增强现实的优点之一，使得它在医疗，教育，军事，工业，游戏，媒体等领域均有广泛的应用与发展前景。目前，增强现实技术的实现方法受限于硬件平台，特定的视觉传感器组合限制了增强现实应用的应用场景，不利于增强现实的广泛应用。

同济大学在其申请的专利文献“一种互动区域可调的增强现实实现方法”(申请号：201610717548.7，公开号：CN 106371586.B)中公开一种互动区域可调的增强现实实现方法。该实现方法构建一套云台系统，云台系统上面固定的三维扫描设备与投影显示设备之间的相对位置可调，由配套操作与算法实现两者的快速空间匹配，获得一个新的互动区域。该方法存在的不足之处是，过于依赖特定的云台系统，多传感器信息融合操作复杂，增强现实应用的可适用范围小。

深圳奥比中光科技有限公司在其申请的专利文献“一种增强现实的实现方法”(申请号：201610988804.6，公开号：CN 106600638 A)中公开一种增强现实的实现方法。该方法的步骤是，利用深度相机获取场景图像，根据场景图像中物体的边缘轮廓，将增强现实内容与现实场景中的物体精准定位。该方法存在的不足之处是，深度相机获取原始深度信息时易受环境光照因素影响，导致后续处理中过多噪声参与计算，增强现实难以应用于室外场景，应用场景受限。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种仅借助单目相机获取图像信息基于计算机视觉的定位技术，用于增强现实的实现，可适用范围较广。

实现本发明目的的思路是，通过单目相机获取的图像信息，围绕图像特征点展开计算，基于对极约束关系初始化相机位姿，通过二维图像点与三维空间点的映射关系，实时获取相机的位置与姿态，以现实相机的实时位姿为依据，调整三维引擎模块中虚拟相机的位姿，在现实图像背景上叠加虚拟三维模型，实现增强现实效果。

本发明的具体实现步骤如下：

(1)标定相机：

采用基于移动平面模板的相机标定方法，标定摄像机内参数矩阵，三个径向畸变参数，二个切向畸变参数；

(2)提取图像特征点：

采用加速段测试的特征FAST检测方法，从标定后相机拍摄的图像中提取特征点；

(3)计算特征点描述子：

(3a)用方差为2，9×9个像素点的高斯窗口，对提取特征点后的图像进行高斯滤波，得到滤波后的图像；

(3b)从滤波后的图像中任意选取一个图像特征点，作为当前图像特征点；

(3c)以当前图像特征点为中心，将其31×31个像素点邻域范围内的所有像素点组成一个图像邻域块；

(3d)在每个图像邻域块中随机选取一对5×5像素点大小的图像子块；