基于视觉的实时摄像机跟踪技术的研究与实现

admin · 发表于 2022-9-15 16:23:11

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基于视觉的摄像机跟踪是一种重要的三维注册技术，是实现增强现实应用与虚实融合效果的基础，一直以来都是增强现实领域的研究热点，摄像机跟踪算法要求能够基于给定的图像序列或者视频信息，通过特征点的匹配和摄像机姿态估计等技术，实时地估计出已知内参的摄像机的六自由度（旋转和平移）信息。场景未知情况下的摄像机跟踪技术，因为其应用上的灵活性和对于场景变化等题目的应对能力在近些年被广泛研究。在这些工作中，同时定位与映射技术因为它的高效性和精确性取得了较好的摄像机跟踪效果。但是，该方法中摄像机跟踪与映射两部分的紧密耦合会导致估计出的摄像姿态产生漂移题目。并行式跟踪与映射技术是同时定位与映射技术的一个重要改进，它将摄像机跟踪的任务分割为摄像机姿态估计和场景映射建立两个独立的部分，从而解决了摄像机跟踪的漂移题目。但是这些方法依旧在大尺度场景和摄像机抖动等情况下不具备鲁棒精确的摄像机跟踪效果。本文以实时性，精确性，鲁棒性和尺度性为目标，研究摄像机跟踪算法，指出了广泛使用局部定位体系对摄像机跟踪算法效果的限制。在此基础上，本文提出了一种全局定位的摄像机跟踪体系，通过将全局的特征匹配引入到摄像机姿态估计和场景映射建立部分中，提高了摄像机跟踪算法在大尺度场景和摄像机抖动等情况下的稳定性和精确性。为了提高全局定位的摄像机跟踪的时间效率，本文进一步深入研究高效的特征描述器，来实现快速的二维到三维的特征匹配，满足摄像机跟踪实时性需求。另一方面，为了保证全局定位的摄像机跟踪的精确性，本文引入了演化博弈论的框架，来筛除摄像机姿态估计和场景映射建立中的错误匹配。实验结果表明，本文全局定位的摄像机跟踪算法在时间效率上达到了与局部定位的算法接近的效果，而在精确性，鲁棒性和尺度性上都要优于局部定位的摄像机跟踪算法。最后，本文设计了一个摄像机跟踪模块，通过提供数据输入、模式选择以及绘制的接口，可以广泛地应用在增强现实和虚实融合的应用中。本文展示了一个基于该模块的桌面式增强现实应用示范，取得了良好的虚实叠加效果。

基于视觉的实时摄像机跟踪技术的研究与实现

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