论文部分内容阅读
增强现实(Augmented Reality,AR)是一种新型的人机交互技术,它通过计算机将虚拟信息实时叠加到真实场景中,为用户提供虚实融合的图像引导。其中,跟踪注册技术是AR线缆装配引导系统的关键技术之一,它是实现虚拟引导信息和装配现场“无缝”融合的基础,直接决定了AR线缆装配引导系统的性能与用户体验。因此研究跟踪注册具有重要的理论意义和工程价值。论文主要研究内容如下:1.研究了模板匹配算法原理、基本模型的跟踪注册算法和AR跟踪注册方法的基本思想及工作流程,为AR跟踪注册方法的研究提供了理论基础。2.研究了基于线性并行多模态(LINE Multimodal,LINE-MOD)模板匹配的线缆装配体跟踪注册初始化方法。针对现有的LINE-MOD模板匹配只能在固定尺度对刚性物体进行识别,以及现有的跟踪注册方法需要人为装配引导坐标系初始化的问题,该方法首先在离线阶段对多视角线缆装配体图像进行采集、梯度方向提取及量化和梯度方向扩展。然后通过模板匹配实现对线缆装配体的识别与位姿初始化。引入深度信息,获得改进的LINE-MOD模板匹配。最后通过实验表明,该方法能完成线缆装配体在多尺度下的识别,并实现装配引导坐标系的自动初始化。3.研究了基于边缘模型的线缆装配体跟踪注册方法。针对现有的面向复杂装配背景的无标识跟踪注册方法存在鲁棒性差,以及表面缺少足够纹理特征的机械零件,现有的跟踪注册方法很难提取到稳定且判别力强的特征点,从而导致跟踪注册方法失效。该方法首先对初始化过程中线缆装配体的三维模型进行解析和采样,并推导出位姿参数更新的公式。然后采用法向距离迭代最小二乘位姿估计方法估计线缆装配体的位姿,由于复杂装配装配背景对该算法鲁棒性的影响,需要对该算法进行位姿优化和位姿验证,提升对线缆装配体进行跟踪的效果。最后通过实验表明,该方法能有效地消除复杂装配背景对算法鲁棒性的影响,并避免依赖纹理特征的缺陷,提升系统的实用性。4.在课题组已有的AR线缆装配引导原型系统上验证了本文所提出的方法,实验结果表明了本文所提理论、方法和关键算法的可行性。