增强现实技术是将虚拟对象精准定位融入真实物体、场景中,实现对现实场景的信息增强,呈现给人们一个观察世界的新方式。随着计算机视觉等技术的迅速发展,增强现实已经成为军事、商业、生活等领域中的新型热门技术。三维光源信息估测在计算机图形学应用方面起到关键作用。通过对图像信息进行逆向三维分析来求解多个光源的方向和强度,进而对图像进行亮度信息的相关处理,使得三维光源信息估测在增强现实、三维重建、图像篡改认证和人脸识别等方向应用广泛。增强现实的实现步骤包括:真实场景信息采集,虚拟物体生成,真实场景相机标定,三维注册,结合光影的虚实融合。本文着重于步骤的后三步实现,以提高增强现实的真实感作为出发点和最终目标,综合运用了计算机视觉几何知识和计算机图形学知识。文中采用三球相机标定算法保证相机标定和三维注册的精确性,并且重点提出了基于计算机视觉几何的光源估测算法。该算法采用镜面反射球与朗伯体球,利用计算机视觉几何重建球面点的三维信息,并联合镜面反射模型与朗伯体反射模型求解真实场景中多个无穷远点光源的方向和强度信息。以上算法使用单幅图像计算,简捷准确,易于实时,并且对环境条件限制非常少。最后,本文基于OSG三维渲染引擎实现了该增强现实系统,在完成相机标定和虚拟物体的三维注册后,赋予虚拟场景多个虚拟光源和相对应的强度,从而使虚拟物体表面产生光照亮度变化以及相应的虚拟物体阴影。结果显示虚拟物的真实感有了很大的提高,和真实场景达到了和谐一致,证明了本文算法的有效性。