[发明专利]一种基于地理网格与图像识别相结合的户外移动增强现实方法

说明书

本发明涉及属于增强现实领域，具体涉及一种地理格网与图像识别结合的户外移动增强现实方法，其包括以下步骤：户外场景区域采集、空间数据处理、地理格网单元划分、目标数据采集、图像特征点检测提取、空间四叉树索引、样本数据库生成、终端数据采集、图像特征生成、数据解析匹配、场景信息三维注册和场景增强现实显示，本发明能较好的克服图像识别过程中平移、旋转、尺度缩放、亮度变化等因素的影响，同时在描述器中加入色彩信息，解决了灰度变化相似的区域易产生误匹配的问题，结合了地理信息技术，能够根据位置区分具有相似纹理的图像特征，利用地理格网的划分将样本点信息建立四叉树索引，能够在海量特征数据库中进行快速、准确的匹配。

技术领域

本发明涉及属于增强现实领域，具体涉及一种地理格网与图像识别结合的户外移动增强现实方法。

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加上相应虚拟信息的技术，融合图像识别、融合显示、多传感器、计算机等多门学科，它在虚拟场景与现实之间架起了一座桥梁，把虚拟世界套在现实世界并展现在屏幕上进行互动，已经成功应用到医疗手术、工业设计、市政规划、军事仿真、教育培训和文化娱乐等领域。当前，增强现实对输入输出设备和计算设备等都有较高的要求，近年来，随着互联网技术和智能手机的快速发展，移动设备在功能和性能上不断提升，且集成全球跟踪定位、陀螺仪、摄像等多种硬件传感器，解除了用户活动范围的限制，拓宽了增强现实信息可视化的范围，促进了移动增强现实技术的应用。

图像识别技术是增强现实的一个重要研究领域，是图像信息提取与目标匹配的基础，是现实世界场景匹配到虚拟对象的关键环节。它是指对图像进行对象识别，以识别各种不同模式的目标和对像的技术，同时也是立体视觉、运动分析、数据融合等实用技术的基础，在导航、地图与地形配准、自然资源分析、天气预报、环境监测、生理病变研究等许多领域重要的应用价值。在图像识别系统中，对于熟悉的图形，由于掌握了它的主要特征，就会把它当作一个单元来识别，不必注意它的细节。对复杂图像的识别往往要通过不同层次的信息加工才能实现，户外场景目标的图像识别往往采用此类方法，可解决相似建筑结构的纹理信息不易区分等问题，提升图像识别的准确程度。

在保证准确程度的同时采用基于地理格网的四叉树索引技术提升增强现实的匹配速度。地理格网是一种科学、简明的定位参照系统，不但可以提到与空间分布信息的集成效率，还可以减少数据精度损失和资源的浪费。近年来，地理空间定位格网在数据信息进行组织和应用方面提供了科学实用的方法，方便多源、多尺度地理空间信息的整合和分析。针对户外场景数据的管理，地理格网提供了一种全新的数据索引、查询手段，在增强现实过程中不必遍历查询所有的目标数据集，根据位置角度信息快速匹配索引到地理格网单元中的数据。

综上所述，在信息技术快速发展过程中户外增强现实的应用领域越来越广泛，而单一图像识别技术已经无法满足精准、高效等增强现实显示需求，因此，如何将地理格网与图像识别结合实现大场景海量数据的识别与匹配，并将其运用于户外移动增强现实成为重点研究的对象。

本发明主要是克服户外场景图像数量大、相似性多的难点，运用地理格网分割区域并建立空间索引提升运算处理效率，最终实现户外场景移动增强现实显示。主要解决两个方面的问题：

1.户外场景拥有更加复杂的地物信息，存在场景图像数量大、相似建筑结构的纹理信息不易区分等问题，增加了图像识别的难度。基于图像识别的典型算法是尺度不变特征转换算法，通过侦测与描述影像中的局部性特征，在空间尺度中寻找极值点来提取出其位置、尺度、旋转不变量，但是该算法在灰度变化相似的区域易产生误匹配且特征提取及匹配速度效率较低。通过添加检测中心与周围像素点的明暗程度步骤来确定特征点，除了具有稳定高效的特点外，还降低了算法复杂度，提高了特征检测和匹配的实时性。本发明在此基础上集成场景图像的地理位置信息，提取并生成含有位置信息的图像特征点描述，在提高图像识别准确率的同时，能够根据位置区分具有相似纹理的图像特征。