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AR增强装配中的跟踪注册方法研究与应用进展

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系统仿真学报 2023年第7期35卷 1438-1454页

作者：方维许澍虹韩磊李张文驰北京邮电大学现代邮政学院(自动化学院) 北京100876 中国商飞北京民用飞机技术研究中心北京102211

增强现实(augmented reality,AR)可将虚拟辅助信息以合适的位姿叠加在实际作业现场,实现“所见即所操作”的智能装配指引,缓解传统基于图纸装配中工人识图困难,易出现的错装、漏装等现象。其中装配现场环境下稳定的跟踪注册,是实现增强... 详细信息

增强现实(augmented reality,AR)可将虚拟辅助信息以合适的位姿叠加在实际作业现场,实现“所见即所操作”的智能装配指引,缓解传统基于图纸装配中工人识图困难,易出现的错装、漏装等现象。其中装配现场环境下稳定的跟踪注册,是实现增强装配可视化指引中虚实融合的基础,也是现有增强装配在实际应用部署中的关键问题。为此,针对国内外在AR增强装配辅助中跟踪注册方面的研究与应用成果,系统分析了基于视觉、基于传感器和混合式三类不同增强装配跟踪注册方法的研究现状,总结了现有AR增强装配辅助中跟踪注册方法存在的局限及应用发展趋势,对后续AR智能装配系统构建和研究具有借鉴意义。

关键词：增强装配增强现实跟踪注册可视化指引研究和应用进展

夜间作战辅助作业中HoloLens2跟踪注册性能提升研究

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兵器装备工程学报 2023年第6期44卷 56-64页

作者：高虹霓牛程弘刘海平王崴陈同瞿珏李承宇空军工程大学防空反导学院西安710051

针对夜间作战辅助作业的迫切需求和HoloLens2在夜间低光照环境中跟踪注册功能失效的现实,并且现有的增强低光照环境下跟踪注册方法没有特别针对HoloLens2开发也并不是真正的夜间低光照环境,提出了使用荧光纹理恢复HoloLens2夜间跟踪注... 详细信息

针对夜间作战辅助作业的迫切需求和HoloLens2在夜间低光照环境中跟踪注册功能失效的现实,并且现有的增强低光照环境下跟踪注册方法没有特别针对HoloLens2开发也并不是真正的夜间低光照环境,提出了使用荧光纹理恢复HoloLens2夜间跟踪注册功能的方法,用于辅助夜战中的辅助作业。首先通过分析HoloLens2的跟踪注册原理,确定了能对HoloLens2跟踪注册产生影响的关键特征为角点;其次测试了HoloLens2在夜间低光照下的跟踪注册性能,确定了HoloLens2能够稳定跟踪注册的最低环境光照度为0.4 Lux;最后设计了不同的纹理,对比了纹理对称性、纹理锐度、轮廓的有无、标记的宽度、特征数量的密度等5种因素对于恢复HoloLens2夜间跟踪注册功能的影响效果,通过分析实验结果,总结出纹理的5条设计原则或建议,用于指导后续的低照度环境项目开发,分别为:不区分对称性;清晰的边缘;拥有包络轮廓;标记像素宽度为10能获得较好的效果;标记宽度相同的前提下,应有尽量多的特征角点。

关键词： HoloLens2 低照度环境跟踪注册荧光纹理设计原则

基于图像匹配的增强现实装配系统跟踪注册方法

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计算机集成制造系统 2021年第5期27卷 1281-1291页

作者：张昊鹏郭宇汤鹏洲黄少华刘道元李晗南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

为了改善跟踪注册方法面向弱纹理零件增强现实装配引导的鲁棒性与适用性,提出一种基于图像匹配的跟踪注册方法。采用图像边缘倾角对距离图像的像素值进行加权,提高图像匹配度计算的准确性;准确的初始帧相机位姿是保证跟踪注册准确性的前... 详细信息

为了改善跟踪注册方法面向弱纹理零件增强现实装配引导的鲁棒性与适用性,提出一种基于图像匹配的跟踪注册方法。采用图像边缘倾角对距离图像的像素值进行加权,提高图像匹配度计算的准确性;准确的初始帧相机位姿是保证跟踪注册准确性的前提,采用差分进化策略与禁忌搜索策略对遗传算法进行改进,提高初始帧相机位姿跟踪的准确性与搜索效率;采用禁忌搜索算法连续跟踪相机位姿,保证跟踪注册的准确性与实时性。实验结果表明,所提跟踪注册方法相对于基于ORB的跟踪注册方法具有较好的精度,能够对弱纹理零件进行跟踪注册,对杂乱环境具有较好的鲁棒性,满足跟踪注册的实时性的要求。

关键词：增强装配跟踪注册图像匹配遗传算法差分进化禁忌搜索

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增强现实无标识跟踪注册方法研究综述

计算机应用与软件 2023年第4期40卷 1-7页

作者：曹鹏霞李文新马伟苹西北师范大学物理与电子工程学院甘肃兰州730000 中国空间技术研究院兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室甘肃兰州730000

增强现实是一种将虚拟物体或信息无缝地融入到真实场景中的技术。无标识跟踪注册作为增强现实的关键技术,无须借助场景中人为添加的标识物即可完成虚实配准。简述无标识跟踪注册问题;概括和总结近年来几类无标识跟踪注册方法的研究进展... 详细信息

增强现实是一种将虚拟物体或信息无缝地融入到真实场景中的技术。无标识跟踪注册作为增强现实的关键技术,无须借助场景中人为添加的标识物即可完成虚实配准。简述无标识跟踪注册问题;概括和总结近年来几类无标识跟踪注册方法的研究进展和现有技术的优缺点;总结现有的增强现实无标识跟踪注册方法存在的问题,展望该领域未来的发展方向。

关键词：增强现实无标识跟踪注册虚实配准

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基于FAST关键点的增强现实跟踪注册算法

北京理工大学学报 2015年第4期35卷 421-426页

作者：陈靖孙源北京理工大学光电学院北京100081

介绍了一种基于FAST关键点的无标志点增强现实跟踪注册算法.算法在标定关键帧图像的基础上,对获取的视频图像,使用FAST角点探测算法提取特征点并建立相应点的SURF描述.经过RANSAC算法消除外点后,将这些点与关键帧图像中的FAST关键点进... 详细信息

介绍了一种基于FAST关键点的无标志点增强现实跟踪注册算法.算法在标定关键帧图像的基础上,对获取的视频图像,使用FAST角点探测算法提取特征点并建立相应点的SURF描述.经过RANSAC算法消除外点后,将这些点与关键帧图像中的FAST关键点进行匹配,获取摄像机的姿态,完成系统的自动跟踪注册.实验结果表明,算法实时性好、鲁棒性强、跟踪定位精度高,有效推动了AR在智能终端的应用.

关键词： FAST角点探测跟踪注册 SURF描述

增强现实中的三维重建和跟踪注册的研究与实现

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增强现实中的三维重建和跟踪注册的研究与实现

作者：李飞华北电力大学

学位级别：硕士

近年来,增强现实一直是计算机视觉技术中的面向大众的热门用例之一,同时三维重建的应用在增强现实中有着重要的意义。三维重建的效果决定着增强现实技术在应用中的实际效果。跟踪注册技术是增强现实中最核心的技术,虽然跟踪注册技术已... 详细信息

近年来,增强现实一直是计算机视觉技术中的面向大众的热门用例之一,同时三维重建的应用在增强现实中有着重要的意义。三维重建的效果决定着增强现实技术在应用中的实际效果。跟踪注册技术是增强现实中最核心的技术,虽然跟踪注册技术已经有了长久的发展,并逐渐成熟,但是从追求完美的角度来看还有很多可以提升的空间。本文主要针对计算机视觉中的特征提取与匹配、点云数据的三维重建和跟踪注册技术展开研究。具体工作如下:(1)对ORB(Oriented FAST and Rotated BRIEF)算法进行改进。具有尺度不变性的传统特征提取算法不能很好满足增强现实系统对实时性的要求,虽然实时性较好的ORB算法可以通过构建高斯金字塔来获得尺度不变性,但是在进行高斯滤波时会造成部分细节丢失和边缘模糊,因此引入非线性多尺度空间来获得更多的边缘和纹理上的特征点。(2)将改进后的ORB算法应用到三维重建中。虽然传统基于多视图的三维重建具有较好的表现,但是近年来在增强现实、混合现实和自动驾驶等应用场景中对三维重建的实时性和准确性都有了更高的要求,因此通过引入改进的ORB算法来进行三维重建中特征提取和匹配工作,使得三维重建的质量有了显著提升。(3)对跟踪注册算法进行了改进。在增强现实系统中对每一帧与它的前一帧进行整幅图像的特征匹配会产生很大的时间成本,为了提高跟踪注册速度选择跟踪图像中的固定目标,只对上下两帧图像中的固定目标区域进行特征匹配,减少运算时间。因此,本文采用基于改进TLD(Tracking-Learning-Detection)的跟踪算法实现对视野内的目标跟踪,再通过改进的ORB算法对跟踪区域实现特征提取与匹配完成相机姿态的获取,之后将虚拟物体注册到现实中。

关键词：增强现实特征提取三维重建跟踪注册

地下矿山无人采矿增强现实技术及其跟踪注册改进算法研究

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地下矿山无人采矿增强现实技术及其跟踪注册改进算法研究

作者：房骥中南大学

学位级别：硕士

人类社会发展和浅层矿产资源的枯竭决定了矿产开采向深部进军是必然的趋势,而深部开采所要面临的地质、环境、成本问题都决定了无人采矿也是必然的趋势。目前的无人采矿主要是通过安装在地下采矿环境中的各类相机的视频影像来遥控地下... 详细信息

人类社会发展和浅层矿产资源的枯竭决定了矿产开采向深部进军是必然的趋势,而深部开采所要面临的地质、环境、成本问题都决定了无人采矿也是必然的趋势。目前的无人采矿主要是通过安装在地下采矿环境中的各类相机的视频影像来遥控地下采矿装备,然而这种方式将人和采矿过程置于两个环境,导致人对实际采矿环境的感知和判断能力急剧下降。本文针对地下矿山无人采矿过程中监测数据可视化程度较低、复杂环境影像质量较差、难以感知环境而影响操作决策等“感知难”、体验感差的问题,提出采用增强现实技术增强地面操作人员对地下采矿环境的感知和判断能力,主要开展了以下几方面工作:(1)对研发平台中相机成像标定、UWB-TDOA定位和图像特征点检测与匹配三大关键技术进行了详细阐述和程序实现,为后续的平台研发提供技术支持。(2)针对地下矿山环境视频影像质量较差导致基于视觉的跟踪注册效果欠佳的问题,提出了结合Zero-DCE算法和Deblur GANv2算法的改进跟踪注册技术。该技术对原始视频影像首先采用Zero-DCE算法进行暗光增强,然后采用Deblur GANv2算法去除抖动造成的模糊,以提升图像质量和跟踪注册效果。利用实际地下矿山无人采矿环境的影像数据对该技术进行了测试和验证,实验结果表明改进的跟踪注册技术将视觉检测的准确率从71.875%提升到了84.375%。(3)设计并研发了面向地下矿山无人采矿过程的增强现实平台(Underground Mine Augmented Reality software,UMAR)。UMAR由感知层、数据层、服务层和终端层四部分构成,以Unity3D为主实现框架,采用Postgre SQL设计并构建数据库,采用3DMAX实现虚拟模型的构建,采用Vuforia实现基于视觉的跟踪注册,编制程序实现基于位姿的跟踪注册,最后进行系统集成,实现了对地下矿山无人采矿过程的增强现实效果。(4)设计和研发的UMAR平台在三山岛金矿新立采场无人采矿实验区域开展了实际测试和应用。测试和应用结果表明,UMAR能够对地下矿山无人采矿过程中的各类关键目标实现增强现实效果,有效增强了地面操作人员的感知能力和体验感。本文设计和研发的UMAR能够实现对关键目标的增强现实效果,对于解决无人采矿过程感知难、体验感差问题;提升无人采矿工作效率具有重要意义。未来随着可穿戴设备的推广和普及,增强现实技术在无人采矿领域必将蓬勃发展,推动无人开采效率进一步提升。图32幅,表11个,参考文献80篇

关键词：无人采矿增强现实跟踪注册平台研发

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面向增强现实的视觉定位与跟踪注册方法研究

面向增强现实的视觉定位与跟踪注册方法研究

作者：冯重阳河北工业大学

学位级别：硕士

增强现实(Augmented Reality,AR)技术能够同时展现真实世界信息和虚拟世界信息,它将计算机生成的虚拟信息叠加到真实环境,增强人类对真实世界场景的感知。在建筑饰面施工等作业场景中,常因作业目标的遮挡,难以高效作业。将具有虚实融合... 详细信息

增强现实(Augmented Reality,AR)技术能够同时展现真实世界信息和虚拟世界信息,它将计算机生成的虚拟信息叠加到真实环境,增强人类对真实世界场景的感知。在建筑饰面施工等作业场景中,常因作业目标的遮挡,难以高效作业。将具有虚实融合特点的增强现实技术引入板材安装作业过程,提升操作人员对作业场景的感知,对提高作业效率具有积极影响。本文以建筑饰面施工过程中的板材安装工艺任务为研究背景,通过增强现实技术实现安装过程的遮挡可视化,提出了面向增强现实的视觉定位和跟踪注册方法,通过对场景中作业目标的识别、跟踪、位姿估计等实现施工场景的虚实融合,辅助施工过程。本文具体工作内容如下:(1)针对工作场景中作业目标的识别与定位,研究了基于点云匹配的目标识别方法。首先,提出深度相机和机械臂结合的方法进行作业目标的重建,并对此重建方法制定了标定算法和重建流程。然后,研究了深度图和点云的降噪处理方法,分别对场景点云和目标模型点云进行预处理,计算两者关键点及特征描述向量,并利用采样一致性初始配准法和迭代最近点法做相似度匹配,计算出目标物体的初始位姿。(2)针对动态目标跟踪注册问题,本文将注册矩阵求解分为目标跟踪和位姿估计两部分。目标跟踪部分使用特征融合的尺度自适应改进核相关滤波器算法跟踪目标的图像位置;位姿估计部分在配准连续帧目标点云的基础上,加入视觉特征匹配对配准过程提供初始对应点,实现目标位姿的计算。最后,在跟踪注册过程中加入位姿检测优化,保证目标位姿估计精度。(3)针对移动安装中遮挡可视化因移动平台位移导致图像融合模糊的问题,研究了基于特征匹配的图像稳定融合方法。对背景图提取角点,通过光流法在工作图像序列中追踪这些角点,得到对应点后计算图像的欧几里德变换,将变换应用到工作图像序列,实现稳定融合。(4)搭建增强现实板材安装实验平台,对本文提出的方法做出验证,展示了板材安装过程的虚实融合效果。对实验结果进行了分析,结果表明本文方法具有较好的准确性、实时性以及良好的虚实融合效果。

关键词：板材安装建筑机器人增强现实跟踪注册点云匹配

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基于自然场景在线学习的跟踪注册技术

软件学报 2016年第11期27卷 2929-2945页

作者：桂振文刘越陈靖王涌天中国电子科技集团公司第七研究所广东广州510310 北京理工大学光电学院北京100081 北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心(北京理工大学) 北京100081

三维注册是移动增强现实的关键技术之一,提出了一种在线学习的跟踪注册方法,能够精确地对自然场景进行跟踪注册.该方法首先改进SURF(speeded up robust features)描述符匹配方法,提高初始注册矩阵的正确性;然后,通过对场景进行有效的在... 详细信息

三维注册是移动增强现实的关键技术之一,提出了一种在线学习的跟踪注册方法,能够精确地对自然场景进行跟踪注册.该方法首先改进SURF(speeded up robust features)描述符匹配方法,提高初始注册矩阵的正确性;然后,通过对场景进行有效的在线学习,提高注册精度;最后,利用前一帧的注册矩阵快速恢复已丢失的关键点,以提高注册的速度.实验结果表明,该方法能够较为流畅地对视频帧进行跟踪,并能保持较好的注册精度.

关键词：跟踪注册 SURF(speeded up robust features)描述符在线学习