论文摘要：增强现实系统中三维注册技术研究

        增强现实(Augmented Reality，简称AR)，是在虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）基础上发展起来的新技术，是通过计算机系统提供的信息增加用户对现实世界感知的技术。增强现实系统具有虚实结合、实时交互、三维注册的特点，强调真实世界与虚拟世界的融合一体，是真实世界与虚拟世界在三维空间上的整合，并具有实时交互性，在航空仿真方面，具有十分广泛的应用前景。

        增强现实系统涉及到几项关键技术，如人机交互、视频采集、三维注册、场景管理、虚拟物体生成、虚实融合、显示输出等，其中三维注册技术是最基本，也是最关键的一项技术。本文主要以模拟座舱为研究对象，对增强现实系统的三维注册技术进行研究，确定了两种三维注册的方式，对虚实融合真实感进行一定研究，并且确定三维注册系统验证方案，内容主要包括以下几部分：

        （1）研究多种基于标识块的三维注册方法，最终确定一种基于多标志块的三维注册方案，相对于其他的方案实时性比较好，精度较高的优点。通过选择简单易识别的标识块，自适应阈值，四边形提取等方案，使系统在不同光照条件下，小范围遮挡条件下有着比较好的鲁棒性。采用了多种摄像机标定方法，选取精度最高的一种，改进位姿求取算法，多标志块最终数据的加权融合，从而提高系统的精度。

        （2）针对更大的应用范围，确定一种不需要标志块，而是基于图像的自然特征点的跟踪方式。具体方案是采取的基于随机蕨（random ferns）的方案，是一种基于图像匹配的算法。首先采用FAST（features from accelerated segment test）方法提取特征点，二值特征描述子，改进的半朴素贝叶斯分类模型实现特征分类，完成注册。

        （3）对增强现实系统虚实融合的真实感影响因素进行一定的研究，包括几何一致性和光照一致性。包括遮挡问题的解决方法，基于轮廓特征提取的虚实遮挡，光照模型研究，增强现实中的光照，光照生成算法以及阴影生成算法等等。

        （4）对基于标识块和基于自然特征点的三维注册方法进行了软件实现，包括硬件搭建、软件设计、编码实现和性能分析等。实验结果表明，两种方案都基本能够满足系统需求。另外，对光照一致性方面的研究也为增强现实系统工程应用提供了理论基础。

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