CN105046752A - 用于在真实环境的视图中描绘虚拟信息的方法 - Google Patents

用于在真实环境的视图中描绘虚拟信息的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于在真实环境的视图中描绘图像信息的方法，包括：通过第一移动设备拍摄真实环境的第一多个图像；将第一多个图像存储在数据库中；通过第二移动设备拍摄真实环境的第二图像；将第一多个图像相对于第一多个图像进行匹配，其中的匹配包括执行捆绑调整；针对第一多个图像的每个相应的图像，确定允许根据匹配的结果对关于相对于拍摄相应的图像的参考坐标系的位置和方向得出结论的第一姿态数据；将第二图像与第一多个图像中的图像进行比较；针对第一多个图像中的描绘图像，根据匹配的结果和与描绘图像相关联的第一姿态数据，确定在第二图像中的覆盖位置；以及显示被覆盖在第二图像中的已确定的覆盖位置上的描绘图像。

Description

用于在真实环境的视图中描绘虚拟信息的方法
本申请是申请号为201080045773.1、申请日为2010年10月11日、发明名称为“用于在真实环境的视图中描绘虚拟信息的方法”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于在真实环境的视图中描绘虚拟信息的方法。
背景技术
增强现实(AR)是一种对现实覆盖虚拟数据的技术，因此该技术有助于实现数据与现实的关联。移动AR系统的使用在现有技术中是已公知的。在过去几年来，高性能移动设备(例如，智能电话)开始适合于AR应用。这些设备同时具有相对较大的彩色显示器、内置的摄像头、卓越的处理器和另外的传感器(例如，方向传感器和GPS)。除此之外，可以通过无线网络来对该设备的位置进行近似。
在过去，有使用AR在移动设备上实现的各种项目。首先，使用了用于确定设备的位置和方向的特殊光学测标。关于也可用于较大区域的AR(因此，其还称为较大区域AR)，已公布了用于结合HMD(头盔显示器)[3]来切合实际地描绘对象的暗示。在最近时间，还存在使用GPS和现代设备的方向传感器系统的方法[1、2、4、5]。
但是，迄今为止公布的这些方法具有下面缺点：它们不允许在AR场景中实现其它用户的简单融合。除此之外，基于GPS和指南针的大多系统还具有下面缺点：这些设备必须进行令人信服地提供，但是却可能存在很大的不准确性。
美国2009/0179895A1描述了在真实环境(“街景”)的图像中混合三维评注或注释的方法。通过图像中的选择框的方式，用户选择要混合注释的位置。其后，将该选择框投影在三维模型上，以便确定注释关于该图像的位置。此外，确定与三维模型上的投影相对应的位置数据，并将其与用户输入的注释进行关联。将该注释与位置数据一起存储在服务器的数据库中，并可以根据该位置数据，与真实环境的另一幅图像进行混合。
通常并在下文中使用术语“标签(tagging)”来描述用户使用另外的信息对现实进行丰富。迄今为止结合标签(tagging)实现的方法包括：将对象放置在地图视图(例如，谷歌地图)中，对位置点进行拍照，将这些图像与另外的评论一起存储，以及在特定的位置点生成文本消息。不利的是，远处的观看者和用户不能再获得对于世界中的交互式场景的AR接入。只能看到该AR场景的所谓屏幕截图(屏幕图像)，但不再改变。
本发明的目标在于指示在真实环境的视图中描绘虚拟信息的方法，其允许用户通过增强现实的方式，交互式地观看其它用户生成的AR图像场景，并在实现时保证高准确性和用户友善。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于在真实环境的视图中描绘虚拟信息的方法，该方法包括下面步骤：在服务器的数据库中，提供具有地理全球坐标系统的全球位置和方向的至少一个虚拟对象，以及允许对所述虚拟对象的全球位置和方向得出结论的第一姿态数据；通过移动设备拍摄真实环境的至少一幅图像，并提供第二姿态数据，其中所述第二姿态数据允许对所述图像是在所述地理全球坐标系统的什么位置和什么方向拍摄的得出结论；在所述移动设备的显示器上显示所述图像；在所述服务器的数据库中存取所述虚拟对象，并基于所述第一姿态数据和所述第二姿态数据，在显示器显示的所述图像中定位所述虚拟对象；通过在显示器显示的所述图像中进行相应定位，操作所述虚拟对象或者增加另外的虚拟对象；在所述服务器的数据库中，提供根据所述图像中的定位的所操作的虚拟对象以及修改的第一姿态数据，或者根据所述图像中的定位的另外的虚拟对象以及第三姿态数据，所修改的第一姿态数据和所述第三姿态数据均允许对所操作的虚拟对象或者另外的操作对象的全球位置和方向得出结论。在该方面，可以在例如所述服务器上提供所述图像以及所述第二姿态数据。
根据本发明的另外方面，提供了一种用于在真实环境的视图中描绘虚拟信息的方法，该方法包括下面步骤：在服务器的数据库中，提供具有地理全球坐标系统的全球位置和方向的至少一个虚拟对象，以及允许对所述虚拟对象的全球位置和方向得出结论的第一姿态数据；通过数据眼镜(例如，所谓的光学式透视数据眼镜或者视讯式透视数据眼镜)提供真实环境的至少一个视图以及第二姿态数据，其中所述第二姿态数据允许对所述数据眼镜位于所述地理全球坐标系统的什么位置和什么方向得出结论；在所述服务器的数据库中存取所述虚拟对象，并基于所述第一姿态数据和所述第二姿态数据，在所述视图中定位所述虚拟对象；通过所述视图中的相应定位，操作所述虚拟对象或者增加另外的虚拟对象；在所述服务器的数据库中，提供根据所述视图中的定位的所操作的虚拟对象以及修改的第一姿态数据，或者根据所述视图中的定位的另外的虚拟对象以及第三姿态数据，所修改的第一姿态数据和所述第三姿态数据均允许对所操作的虚拟对象或者另外的虚拟对象的全球位置和方向得出结论。
在本发明的实施例中，所述移动设备或者所述数据眼镜包括(或者连接到)用于生成所述第二姿态数据的单元。
例如，该姿态数据可以各自包括关于位置和方向的三维值。此外，可以独立于地球的表面来规定所述真实环境的图像的方向。
根据本发明的另一个实施例，在服务器的存储位置上存储真实环境的几幅图像中的哪幅图像或者真实环境的几个视图中的哪个视图，几个虚拟对象中的哪个虚拟对象已提供有姿态数据。
当例如通过GPS传感器(GPS：全球定位系统)来确定移动设备的位置时，可能会碰巧由于传感器不准确或者GPS固有的不准确，而发生仅仅以相对不准确方式确定该移动设备的位置。这可以是将混合的虚拟对象相对于地理全球坐标系统相应不准确地放置在图像中的结果，使得在具有不同的观察角度的其它图像或者视图中，混合在这里的虚拟对象以关于现实具有相应位移的方式示出。
为了在真实环境的图像中实现虚拟对象或者其位置的更加准确描绘，根据本发明的方法的实施例包括下面步骤：提供具有真实环境的参考视图以及姿态数据的参考数据库，其中所述姿态数据允许对摄像机在地理全球坐标系统的什么位置和什么方向拍摄各个参考视图得出结论；将所述图像中示出的至少一个真实对象与所述参考视图的至少一个中包含的真实对象的至少一部分进行比较，所述图像的第二姿态数据与所述至少一个参考视图的姿态数据匹配；作为所述匹配的结果，基于所述至少一个参考视图的姿态数据的至少一部分来修改所述第二姿态数据的至少一部分。
此外，另一个实施例包括：将位于所述图像中的虚拟对象的第一姿态数据的至少一部分，修改成所述图像的第二姿态数据与所述至少一个参考视图的姿态数据的匹配的结果。
通过所附权利要求书，可以获得本发明的另外发展和实施例。
下面通过附图中所示图形的方式，更详细地解释本发明的方面和实施例。
附图说明
图1A示出了可以用于执行根据本发明的方法的系统设置的第一示例性实施例的示意性布置的平面图。
图1B示出了可以用于执行根据本发明的方法的系统设置的第二示例性实施例的示意性布置的平面图。
图1C示出了用于执行根据本发明的方法的系统的实施例的可能数据结构的示意性视图。
图2根据本发明的一个实施例，示出了参与的坐标系统的概述的示意性视图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的方法的示例性流程。
图4示出了根据本发明的另一个实施例的方法的示例性流程，特别增补了用于提高图像姿态的可选测量。
图5示出了在没有实现姿态改进的情况下，具有在其中放置的虚拟对象的真实环境的示例性场景。
图6示出了在实现姿态改进之后，具有在其中放置的虚拟对象的真实环境的示例性场景。
图7A示出了在其中放置虚拟对象的真实世界的示例性地图视图。
图7B示出了与图7A相同的场景的示例性透视图。
具体实施方式
图1A示出了描绘一种系统设置的第一示例性实施例的示意性排列的平面图，其中该系统设置可以用于执行根据本发明的方法。
在图1A的视图中，用户穿戴装在头部的显示系统(“头盔显示器”，简写为HMD)以作为显示设备，其中该系统包括作为系统设置20的一部分的显示器21。可以将系统设置20的至少一部分视作为包括一个或多个相互连接组件的移动设备，如下面所更详细描述的。这些组件可以通过有线连接和/或以无线方式进行彼此连接。此外，还可以将这些组件中的一些(例如，计算机23)提供为静止组件，即其不随着用户移动。例如，显示器21可以是通常公知的具有所谓光学式透视数据眼镜(“光学式透视显示”，在该显示中，可以通过半透明结构的数据眼镜观看现实)形式或者具有所谓视讯式透视数据眼镜(“视讯式透视显示”，在该显示中，将现实描绘在穿戴在用户头部前面的屏幕上)形式的数据眼镜，其中可以以已知方式对计算机23提供的虚拟信息进行混合。随后，用户在观察角度或者孔径角度26之中的真实世界的视图70(其可以通过显示器21观看或者在显示器21上观看)里，观看到使用混合的虚拟信息10增强的真实环境40的对象(例如，所谓的与真实世界有关的感兴趣点对象，其简称为POI对象)。混合虚拟对象20，使得用户以似乎该对象布置在真实环境40中的近似位置的方式来感觉该对象。此外，还可以将虚拟对象10的该位置存储成地理全球坐标系统(例如，地球的坐标系统)的全球位置，如下面所更详细描述的。用此方式，系统设置20构成了通常公知的增强现实系统的第一实施例，其中该系统可以用于根据本发明的方法。
显示器21可以具有另外的传感器24(例如，旋转传感器、GPS传感器或超声波传感器)和安装在其上用于光学跟踪和拍摄一幅或多幅图像(所谓的“视图”)的摄像机22。显示器21可以是半透明的，或者有摄像机22的照相图像提供的现实的图像。使用半透明显示器21，必须进行用户的眼睛25和显示器21之间的校准。该过程(其称为透视式校准)是本领域公知的。该校准可以有利地确定在同一时间眼睛相对于摄像机22的姿态。可以使用摄像机来拍摄或者记录视图以便使其它用户能访问，如下面所更详细描述的。通常将姿态理解为某个对象相对于参考坐标系统的位置和方向。对于确定姿态，存在着在现有技术中记载的多种方法，它们是技术人员已知的。有利的是，在显示器21上或者在用户身体的任何地方或者在计算机23中，还可以具有安装的位置传感器，例如，用于可以提交系统设置20在真实世界40中的地理位置确定(例如，根据经度、纬度和高度)的GPS传感器(GPS：全球定位系统)。使用能关于用户的位置和观察方向得出结论所提供的原理，可以实现该系统设置的任何一部分的姿态确定。
图1B的视图示出了通常可以在例如现代移动电话(所谓的“智能电话”)中发现的另一种示例性系统设置30。显示器设备31(例如，具有显示屏或者显示器的形式)、计算机33、传感器34和摄像机32，构成容纳在例如移动电话的公共壳体中的系统单元。可以将系统设置30的至少一部分视作为包括所提及组件中的一个或多个的移动设备。这些组件可以容纳在公共壳体中，或者可以分布到各处(部分地)，并通过有线连接和/或以无线方式来彼此连接。
真实环境40的视图由显示摄像机32在观察角度和使用孔径角度36所捕获的真实环境40的图像50的显示器31提供。为了增强现实应用，照相图像50可以在显示器31上显示，并使用相对于现实具有特定的位置的另外虚拟信息10(例如，与真实世界有关的POI对象)来增强，类似于图1A中所述。用此方式，系统设置30构成了通常公知的增强现实(AR)系统的另一个实施例。
使用类似于参照图1A所描述的校准来确定虚拟对象10关于摄像机32的姿态，以便使其它用户可访问该相同内容，如下面所更详细描述的。对于姿态确定，存在着在现有技术中记载的多种方法，它们是技术人员已知的。有利的是，在移动设备上(特别当系统设置30具有一个单元的形式时)或者在用户身体的任何位置处或者在计算机33中，还可以具有连接的位置传感器，例如，GPS传感器34，以便允许进行系统设置30在真实世界40中的地理位置确定(例如，根据经度和纬度)。在某些情形下，对于姿态确定来说不需要摄像机，例如当单独地通过GPS和方向传感器来确定姿态时。基本上，只要能关于用户的位置和观察方向得出结论，系统设置的任何部分的姿态确定都是适当的。
基本上，本发明可以方便地用于所有形式的AR。例如，使用具有半透明HMD的所谓光学式透视模式还是使用具有摄像机和显示屏的视讯式透视模式来实现该表示是没有关系的。
基本上，本发明还可以结合立体显示来使用，其中在该显示中，视讯式透视方法有利地使用两个摄像机，每一个摄像机用于记录每一个眼的一个影像流。在任何情形下，都可以单独地针对每一个眼计算虚拟信息项，并将它们成对地存储在服务器上。
基本上，下面所描述的不同部分的步骤的处理可以通过网络分配到不同的计算机。因此，客户端/服务器体系结构或者更基于客户端的解决方案是可行的。此外，客户端或者服务器还可以包括一些计算单元，例如，一些CPU或者专用硬件组件，例如通常公知的FPGA、ASIC、GPU或者DSP。
为了允许实现AR，需要摄像机在空间中的姿态(位置和方向)。这可以使用多种不同的方式来实现。例如，可以通过只使用GPS和具有电子指南针的方向传感器(如安装在例如一些现代移动电话中)，来确定在真实世界中的姿态。但是，该姿态的不确定性是非常高的。因此，还可以使用其它方法，例如，光初始化和跟踪或者光方法与GPS和方向传感器的结合。也可以使用WLAN定位，或者RFID(用于“射频识别”的标记或者芯片)或光标记可以支持该定位处理。如上所述，这里基于客户端/服务器的方法也是可行的。具体而言，客户端可以从服务器请求进行光跟踪所需要的特定于位置的信息。例如，该信息可以是具有姿态信息和深度信息的周围环境的参考图像。本发明在该方面的可选实施例提出了可以基于该信息、放置的虚拟对象在世界中的姿态，特别地提高服务器上的视图的姿态。
除此之外，本发明还可以安装(或者携带)在使用监视器、HMD或平视显示器的车辆、飞行器或轮船中。
基本上，可以针对多种多样的不同形式的信息，来建立诸如感兴趣点(“POI”)之类的虚拟对象。下面给出一些示例：可以表示使用GPS信息的位置的图像。可以从互联网中自动地提取信息。例如，这可以是具有地址或者给出等级的页面的公司或饭店网站。用户可以在特定的位置处存放文本、图像或者3D对象，并使其可用于他人。针对地理信息可以搜索诸如维基百科(wikipedia)的信息页，这些页面可以访问成POI。可以根据移动设备的用户的搜索和浏览行为，自动地生成POI。可以显示其它感兴趣位置，例如地下交通或者公共汽车站、医院、警察局、医生、房地产广告或者健身俱乐部。
用户可以将这些信息项存放在图像50或者视图70中(对比图1A和图1B)，作为真实世界40中的特定位置处的虚拟对象10，并使具有与该各个位置相对应的位置的其它用户可访问。随后，在真实世界的可访问视图或者图像中，其它用户可以例如操作该信息(其中，该信息根据其位置来混合)，或者还可以增加另外的虚拟对象。下面将对其进行更详细地描述。
图1C首先示出了根据本发明的实施例使用的数据结构，下面将简要地进行解释。
视图是捕获的真实世界的视图，具体而言，视图(对比根据图1A的视图70)、图像(对比根据图1B的图像50)或者图像序列(电影或者运动图片)。与视图(图像50/视图70)相关联的是描述摄像机22、32的光属性(例如，关于孔径角度、聚焦位移或者图像失真)的摄像机参数，并分别与图像50或者视图70进行关联。除此之外，视图还具有与其相关联的姿态数据，后者描述图像50或者视图70关于地球的位置和方向。为此，将地理全球坐标系统与地球进行关联，以便例如根据经度和纬度，可以提供真实世界中的地理全球位置确定。
放置的模型是可以图形显示的虚拟对象(对比根据图1A、1B的对象10)，其中该虚拟对象也具有姿态数据。放置的模型可以表示例如模型数据库中的模型的实例，即参照该模型。有利的是，根据存放的视图50或者70，在世界40中放置各虚拟模型10(如果是这样的话)。这可以用于改进姿态数据，如下面所更详细描述的。形成了具有视图50、70与0到n个放置的模型10的组合的场景，并可选地包含生成日期。此外，可以将该数据结构的所有部分或者一部分与元数据进行链接。例如，可以存放生成者、日期、图像/视图的频率、等级和关键字。
在本发明的下面方面，将更详细地描述关于根据图1B的实施例，其中图像50由摄像机32拍摄，并在显示器31上与虚拟对象10混合在一起由观众进行观看。但是，技术人员可以将该方面的陈述容易地转换到根据图1A使用HMD的实施例。
图2根据本发明的实施例，给出了参与的坐标系统的概述。一个方面，使用构成连接元素的地球坐标系统200(在该实施例中，其用地理全球坐标系统来表示)。在图2中使用附图标记201来指示地球的表面。为了规定地理全球坐标系统(例如，地球坐标系统200)，规定了对于本领域普通技术人员来说公知的各种标准(例如，WGS84；NMA-国家图像测绘局：国防部世界大地坐标系1984；2000年1月第三版技术报告TR8350.2)。此外，摄像机坐标系统提供显示的虚拟对象10和图像50之间的连接。通过对于技术人员来说公知的转换方式，可以计算摄像机32和图像50在地球坐标系统200中的姿态，对象10相对于图像50的姿态P50_10(“图像中的姿态模型”)。例如，通过GPS和/或方向传感器来计算全球图像姿态PW50(“世界中的姿态图像”)。根据姿态PW50和P50_10，可以随后计算虚拟对象10的全球姿态PW10(“世界中的姿态模型”)。
以类似的方式，可以根据具有地球坐标系统200中的另一个全球姿态PW60的第二图像60的姿态，来计算对象10相对于图像60的姿态P60_10(“图像2中的姿态模型”)。例如，通过GPS和/或方向传感器，还计算全球图像姿态PW60(“世界中的姿态图像2”)。
用该方式，可以将虚拟对象10放置在第一图像(图像50)中，并在位于地球上的附近位置处的第二图像(图像60)中观看虚拟对象10，但从不同的观察角度进行观看。例如，第一用户将对象10放置在具有姿态PW10的第一图像50中。当第二用户使用他的移动设备时，根据图像60生成一个视图，若图像60在孔径角度或观察角度中覆盖包括姿态PW10的全球位置的真实世界的一部分，则第一用户放置的虚拟对象10自动地混合到与姿态PW10相对应的相同全球位置处的图像60中。
在下文中，通过图3和图4的流程图结合其它附图的方式，更详细地描述本发明的方面和实施例。
图3示出了根据本发明的一个实施例的方法的示例性流程。在第一步骤1.0，生成与世界有关的数据。这些数据可以从例如互联网中提取，也可以由第一用户使用摄像机(图1B)或者具有摄像机的HMD(图1A)来生成。为此，通过确定世界中的位置和方向(姿态)(步骤2.0)，用户在步骤1.0中拍摄视图(图像或捕获的视图)。例如，这可以使用GPS和指南针来实现。可选地，可以另外地记录关于数据生成时的不确定性的信息。
当该视图(图像或捕获的视图)存在时，用户可以有利地将该视图中的虚拟对象直接放置在他的移动设备上(步骤3.0)。有利的是，在摄像机坐标系统中放置和操作该对象。在该情况下，在步骤4.0中，根据该视图的全球姿态和该对象在摄像机坐标系统中的姿态来计算该虚拟对象(或者对象)在世界中(例如，相对于坐标系统200)的全球姿态。这可以在客户端1上发生，也可以在服务器2上发生。
客户端是设备上的程序，其中该程序与服务器上的另一个程序建立联系，以便使用其的服务。下层的客户端-服务器模型允许将任务分布到计算机网络中的不同服务器。客户端不用解决其一个或多个特定任务，而是使它们由服务器解决，或者从为实现这种效果提供服务的服务器接收相应的数据。基本上，该系统的大多步骤可以在服务器上执行，也可以在客户端上执行。使用具有高计算容量的客户端，则例如有利的是使它们执行尽可能多的计算，并因此释放服务器。
在步骤5.0，将这些来自步骤4.0的信息项随后存储在服务器2的数据库3中，如参照图1C所有利描述的。在步骤6.0，相同用户或者另一个客户端上的另一个用户拍摄真实环境的图像(或者通过HMD的方式观看该环境的特定部分)，随后关于观看的真实环境的位置从服务器2中装载在步骤5.0中存储的数据。使用增强现实和有利地装备有地理空间功能特征的数据库来装载和显示与位置有关的信息，是本领域公知的。用户现在观看到来自先前存储的先前存储信息或者新的观察角度，并能够实现改变(操作现有虚拟信息和/或增加新的虚拟信息)，随后将该改变存储在服务器2上。这里，当用户坐在他办公室时，例如在具有互联网能力的客户端处，用户不需要必须是在线的，而可以使用先前存储的视图作为现实上的视窗。
在图1和图2的示例中，用户因此在服务器2的数据库3上提供或者生成虚拟对象10，其中服务器2的数据库3具有地理全球坐标系统200的全球位置和方向，以及允许对虚拟对象10的全球位置和方向得出结论的姿态数据(姿态PW10)。该用户或者另一个用户通过移动设备30以及姿态数据(姿态PW50)拍摄真实环境40的至少一幅图像50，其中该姿态数据允许对图像50是在地理全球坐标系统200的什么位置和什么方向拍摄的得出结论。在移动设备的显示器31上显示图像50。在服务器的数据库3中存取虚拟对象10，随后基于姿态PW10和PW50的姿态数据，将虚拟对象10位于在显示器显示的图像50中。随后，可以通过在显示器显示的图像50中进行相应定位(对比图1B的箭头MP)(例如，进行位移)来操作虚拟对象10，或者可以通过在显示器显示的图像50中进行相应定位来增加另一个虚拟对象11。
随后，在服务器2的数据库3中存储根据图像50中的定位的该操作的虚拟对象10以及修改的姿态数据(修改的姿态PW10)或者根据图像50中的定位的这种另外的虚拟对象11以及其姿态数据，其中修改的姿态数据PW10和新虚拟对象11的姿态数据均允许对操作的对象10或者另外的虚拟对象11针对坐标系统200的全球位置和方向得出结论。
在某些情况下，碰巧不能够到达服务器，故不可以存储新场景。在该情况下有利的是，该系统可以起作用，提供对该信息进行缓存，直到服务器可再次使用为止。在一个实施例中，如果到服务器的网络连接失败，则将要在服务器上存储的数据缓存在移动设备上，并在网络连接再次可用时，将该数据发送给服务器。
在另一个实施例中，用户可以获得真实环境区域(例如，他周围区域或者本地区域)中的场景的图集，其使用户可在按照接近性排序的列表中、或者在地图上或者使用增强现实进行选择。
在另一个实施例中，图像或者虚拟信息具有唯一识别特性(例如，唯一的名称)，客户端或者所述移动设备上已存在的图像或虚拟信息(其可以是虚拟模型数据或者视图)不用再从服务器上下载，而是从本地数据存储器中装载。
图4示出了根据本发明的另一个实施例的方法的示例性流程，特别增补了用于改进图像姿态的可选测量。该方法包括图3中的步骤1.0到6.0。此外，在图4的步骤7.0到8.0中，例如通过光方法的方式，随后提高视图(图像或者捕获的视图)的姿态，由于有利地存储了关于通过哪个视图来放置虚拟信息的信息，因此该信息的姿态也是正确的。或者，可以在客户端1上已生成视图之后，通过提供针对该视图的光跟踪参考信息，或向客户端1提供来自服务器2的参考数据库4的具有类似姿态的视图，来立即改进该视图的姿态。或者，也可以在计算放置的虚拟对象的姿态(步骤4.0)之前，实现视图的准确性，并直接以正确方式对其进行存储。但是，后一方法的优点在于：现有的参考数据并不必须可用于所有位置，因此只要参考数据可用，就还可以针对这些视图执行正确性。
当然，也可以使用被用作为参考数据的其它视图，特别是当一个位置可用多个视图时。称为捆绑调整的这种方法是本领域公知的，例如，在出版日期为2009年3月的ACMTransactionsonMathematicalSoftware,Vol.36,No.1Article2中，MANOLOSI.A.,LOURAKIS和ANTONISA.ARGYROSA:SBA:ASoftwarePackageforGenericSparseBundleAdjustment对此进行了描述。在该情况下，可以对点相似的3D位置、视图的姿态以及固有的摄像机参数进行优化。因此，根据本发明的方法还提供生成自己的世界模型，以便在一般情况下使用该数据的能力。例如，用于屏蔽支持深度的感测的模型或者用于进行实时地光跟踪。
图5示出了在迄今为止没有发生姿态改进的情况下，具有在其中放置的虚拟对象的真实环境的示例性场景。图5示出了在校正之前的可能情形。在设备30的显示器31所显示的图像中，相对于真实对象41、42(表示例如饭店建筑物)，放置虚拟对象10(例如，饭店的评论)，如从移动设备30所看到的。基于不正确的或者不准确的GPS数据，图像和对象10，以与不正确或者不准确确定的摄像机姿态数据P30-2相对应的方式，存储有不正确的世界坐标。这导致以相应不正确方式存储对象10-2。这在该捕获的图像本身是没有问题的。但是，当在例如地图或者在另一个图像上观看虚拟对象10时，错误会变得显而易见。
如果以真正或者正确的摄像机姿态数据P30-1生成图像，则虚拟对象10将在该图像中的某个位置处显示，如虚拟对象10-1的描绘所显示的，并且还以用户生成该虚拟对象的方式进行观看。但是，不正确存储的虚拟对象10-2在另一个图像中被示出为与虚拟对象10的真实位置发生位移，其具有错误的摄像机姿态P30-2与真实的摄像机姿态P30-1发生位移的程度。因此，不正确存储的虚拟对象10-2在移动设备30的图像中的描绘，与生成的用户在前一图像中的真实定位不相对应。
为了提高虚拟对象的描绘以及它们在真实环境的图像中的位置的准确性，根据本发明的方法的实施例包括下面步骤：提供具有真实环境的参考视图以及姿态数据的参考数据库4，其中该姿态数据允许对摄像机在地理全球坐标系统200的什么位置和什么方向拍摄各个参考视图得出结论。随后，将该图像中示出的真实对象的至少一部分与参考视图的至少一个中包含的真实对象的至少一部分进行比较，实现所述图像的姿态数据与至少一个参考视图的姿态数据的匹配。其后，作为匹配的结果，基于各个参考视图的姿态数据的至少一部分来修改所述图像的姿态数据的至少一部分。
此外，在另外的实施例中，作为所述图像的姿态数据与各个参考视图的姿态数据的匹配的结果，对位于该图像中的虚拟对象的姿态数据的至少一部分进行修改。
图6示出了在发生姿态改进之后，具有在其中放置的虚拟对象10-1的类似于图5的真实环境的示例性场景。在一个方面，图6示出了识别图像中的图像特征的机制，另一方面，示出了图像姿态和对象姿态的相对应正确性。具体而言，将图像特征43(例如，真实对象41和42的不同特征)与参考数据库4的参考图像的相对应特征进行比较，并进行匹配(称为图像特征的“匹配”)。
现在，虚拟对象10也在其它图像(其具有正确的姿态)中进行了正确地描绘，或者可以实现放置正确。放置正确的表达是指出，用户在以透视方式放置虚拟对象时，的确错误地判断在地面上放置的对象的高度。通过在记录的现实的一部分中具有重叠的两幅图像，可以提取地平面，重新定位在该方式中放置的对象，即，它们都在地面上，但在它们初始放置的该图像中，仿佛仍然几乎位于相同的位置。
图7A示出了在其中放置虚拟对象的真实世界的示例性地图视图，而图7B示出了与图7A相同的场景的示例性透视图。图7A和图7B用于具体地描绘摄像机姿态的用户辅助的确定。例如，当使用没有装备有指南针的移动设备来获得观察方向的粗估计时，其是有用的。为此，如图7B所示，用户可以以通常方式来拍摄图像50，并关于真实对象41来放置虚拟对象10。其后，可以提示用户再次在地图80或者世界的虚拟视图80上显示放置的对象10的位置，如图7A所示。基于图像50的GPS位置和对象10在地图80上的对象位置之间的连接，可以随后计算或者校正图像50在世界中的方向(方位)。当移动设备也不具有GPS时，该处理还可以使用两个虚拟对象或者一个虚拟对象和当前位置的指示来执行。此外，还可以向用户指示最后图像的“视野”(对比图像部分的指示符81)，如图7A中所示例的，为了正确，用户可以交互式地移动地图中的“视野”，并对其进行重定向。这里，根据固有的摄像机参数来显示“视野”的孔径角。
具体而言，根据该实施例，该方法包括下面步骤：在移动设备的显示器上提供地图视图(对比地图视图80)，为用户提供选项以选择对图像进行拍照时的观察方向。用此方式，可以在地图中选择用户在特定的时刻使用摄像机面向的观察方向。
根据本发明的另一个实施例，该方法包括另外的步骤：在真实环境的图像中和移动设备的显示器所提供的地图视图中放置虚拟对象，根据所确定的该图像的位置和虚拟对象在所提供的地图视图中的位置，来确定该图像的方向。因此，可以将虚拟对象放置在地图上以及真实环境的透视图像中，其允许对用户的方向得出结论。
为了还允许其它用户从远距离(例如，在通过比如互联网与服务器通信的客户端上)，观看和编辑使用虚拟对象增强的真实环境的图像，在本发明的实施例中提供了还包括下面步骤的方法：
在服务器的数据库上提供真实环境的至少一幅图像以及其姿态数据。其后，在服务器上存取该真实环境的图像，并将该图像发送给客户端设备，以便在客户端设备上显示该图像。用户通过在客户端设备所显示的真实环境的图像中进行相应定位，来操作该虚拟对象或者增加另一个虚拟对象。在服务器的数据库上，提供根据客户端设备所显示的图像中的定位的操作的虚拟对象以及其修改的姿态数据，或者根据客户端设备所显示的图像中的定位的另外的虚拟对象以及其(新的)姿态数据，其中修改的姿态数据或者新的姿态数据均允许对客户端设备所显示的图像中的操作的虚拟对象或者另外的虚拟对象的全球位置和方向得出结论。因此，使用客户端设备的“远程接入”，可以使用另外的虚拟信息来修改或者增强图像中的AR场景，并将其写回到服务器。由于新存储的操作的虚拟信息或者新虚拟信息的全球位置，因此其它用户可以通过访问服务器来重新获得该位置，并在与该全球位置相对应的AR场景中进行观看。
基于上述内容，另一个实施例中的方法包括下面另外的步骤：在服务器上存取真实环境的图像，并将其发送给第二客户端设备以便在第二客户端设备上观看该图像，存取在服务器上提供的虚拟对象，其中第二客户端设备上的图像的视图显示那些其全球位置在第二客户端设备上的图像的视图中所显示的真实环境之内的虚拟对象。用此方式，观看者可以在另一个客户端设备上观察显示那些虚拟对象的场景，其中其它用户先前已将这些虚拟对象放置在相应位置(即，它们的全球位置位于在该客户端设备上的图像的视图中所显示的真实环境之内)。换言之，观看者从他的观察角度观看其它用户先前已将其放置在视图的可视范围中的那些虚拟对象。
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[4]SekaiCamera.http://www.tonchidot.com/product-info.html.
[5]layar.com.

Claims (22)

1.一种用于在真实环境的视图中描绘图像信息的方法，包括以下步骤：
1a)通过至少一个第一移动设备拍摄真实环境的第一多个图像；
1b)将所述第一多个图像存储在至少一个数据库中；
1c)通过第二移动设备拍摄所述真实环境的第二图像；
1d)访问在所述至少一个数据库中存储的所述第一多个图像；
1e)将所述第一多个图像相对于所述第一多个图像进行匹配；其中，所述匹配包括执行捆绑调整；
1f)针对所述第一多个图像的每个相应的图像，确定允许根据所述匹配的结果对关于相对于拍摄所述相应的图像的参考坐标系的位置和方向得出结论的第一姿态数据；
1g)将所述第二图像与所述第一多个图像中的至少一个图像进行比较；
1h)针对所述第一多个图像中至少一个描绘图像，根据所述匹配的结果和与所述至少一个描绘图像相关联的所述第一姿态数据，确定在所述第二图像中的覆盖位置；以及
1i)在显示设备上，显示被覆盖在所述第二图像中的已确定的覆盖位置上的所述至少一个描绘图像。
2.如权利要求1的方法，还包括以下步骤：
提供与所述第一多个图像中的至少一个图像相关联的第一姿态数据的若干个初始值；
其中，在步骤1e)中，考虑到所述至少一个第一姿态数据来进行所述捆绑调整。
3.如权利要求1的方法，还包括以下步骤：
确定允许根据所述比较的结果对关于相对于拍摄所述第二图像的所述参考坐标系的位置和方向得出结论的第二姿态数据。
4.如权利要求1的方法，还包括以下步骤：
提供允许对关于相对于拍摄所述第二图像的所述参考坐标系的位置和方向得出结论的第二姿态数据；以及
其中，在步骤1g)中，考虑到所述第二姿态数据来进行所述比较，并且根据所述比较的结果来修改所述第二姿态数据。
5.如权利要求4的方法，其中，根据所修改的第二姿态数据来确定所述覆盖位置。
6.如权利要求1的方法，其中，在步骤1d)、1e)、1f)、1g)、1h)中的至少一个步骤是在所述第二移动设备或至少一个服务器中执行的。
7.如权利要求1的方法，还包括以下步骤：
向参考数据库提供真实环境的若干个参考视图、以及允许对关于相对于由摄像机拍摄相应的参考视图的参考全球坐标系的位置和方向得出结论的姿态数据；
将所述第二图像中显示的至少一个真实对象与所述参考视图中的至少一个参考视图中包含的真实对象的至少一部分进行比较，并且将所述图像的第二姿态数据与所述至少一个参考视图的姿态数据进行匹配；以及
基于所述至少一个参考视图的姿态数据的至少一部分来修改所述第二姿态数据的至少一部分，作为所述匹配的结果。
8.如权利要求1的方法，其中，步骤1e)中的所述匹配包括：将所述第一多个图像中的每个图像的图像特征与所述第一多个图像中的其它图像的对应特征进行匹配；以及
步骤1g)中的所述比较包括：将所述第一多个图像中的至少一个图像的图像特征与所述第二图像的对应特征进行匹配。
9.如权利要求1的方法，其中，所述第二移动设备包括所述显示设备或连接所述显示设备。
10.如权利要求1的方法，其中，所述参考坐标系是地理全球坐标系或与所述真实环境中的真实对象相关联的坐标系。
11.如权利要求1的方法，其中，所述至少一个第一移动设备和所述第二移动设备是相同的客户端设备，并且其中所述至少一个数据库包括所述客户端设备或至少一个服务器，或是连接到所述客户端设备或至少一个服务器。
12.如权利要求1的方法，其中，所述第一移动设备和所述第二移动设备是不同的客户端设备，并且所述至少一个数据库包括或是连接到至少一个服务器。
13.一种用于在真实环境的视图中描绘虚拟信息的方法，包括以下步骤：
13a)通过至少一个第一移动设备拍摄真实环境的至少一个第一图像，并提供允许对关于相对于拍摄所述至少一个第一图像的参考坐标系的位置和方向得出结论的第一姿态数据；
13b)通过在所述至少一个第一图像中的对应定位，添加至少一个虚拟对象；
13c)根据所述至少一个第一图像中的至少一个虚拟对象的定位，提供第二姿态数据，其中，所述第二姿态数据允许对关于所述至少一个虚拟对象相对于所述参考坐标系的位置和方向得出结论；
13d)将所述至少一个虚拟对象、所述至少一个第一图像、所述第一姿态数据和所述第二姿态数据存储在至少一个数据库中；
13e)通过第二移动设备拍摄所述真实环境的第二图像；
13f)访问在所述至少一个数据库中存储的所述至少一个虚拟对象、所述至少一个第一图像、所述第一姿态数据和所述第二姿态数据；
13g)将所述至少一个第一图像中显示的至少一个真实对象与所述第二图像中包含的真实对象的至少一部分进行比较；
13h)根据比较的结果确定第三姿态数据，其中，所述第三姿态数据允许对关于相对于拍摄所述第二图像的参考坐标系的位置和方向得出结论；以及
13i)基于所述第二姿态数据和所述第三姿态数据，在显示设备上显示叠加有所述第二图像的所述至少一个虚拟对象。
14.如权利要求13的方法，其中，所述第二移动设备包括所述显示设备或连接所述显示设备。
15.如权利要求13的方法，其中，所述参考坐标系是地理全球坐标系或与所述真实环境中的真实对象相关联的坐标系。
16.如权利要求13的方法，其中，所述至少一个第一移动设备和所述第二移动设备是相同的客户端设备，并且其中所述至少一个数据库包括所述客户端设备或至少一个服务器，或是连接到所述客户端设备或至少一个服务器。
17.如权利要求13的方法，其中，所述第一移动设备和所述第二移动设备是不同的客户端设备，并且所述至少一个数据库包括或是连接到至少一个服务器。
18.如权利要求13的方法，其中，步骤13f)、13g)和13h)中的至少一个步骤是在所述第二移动设备或至少一个服务器中执行的。
19.如权利要求13的方法，其中，步骤13g)中的所述比较包括：将所述至少一个第一图像的图像特征与所述第二图像的对应特征进行匹配。
20.一种用于在真实环境的视图中描绘虚拟信息的方法，包括以下步骤：
20a)通过第一数据眼镜提供真实环境的至少一个第一视图、以及允许对关于相对于定位所述第一数据眼镜的参考坐标系的位置和方向得出结论的第一姿态数据；
20b)提供由连接到所述第一数据眼镜的摄像机拍摄的所述真实环境的至少一个第一图像；
20c)通过在所述真实环境的至少一个第一视图中对应定位，添加至少一个虚拟对象；
20d)根据所述真实环境的至少一个第一视图中的至少一个虚拟对象的定位，提供第二姿态数据，其中，所述第二姿态数据允许对关于所述至少一个虚拟对象相对于所述参考坐标系的位置和方向得出结论；
20e)将所述至少一个虚拟对象、所述至少一个第一图像、所述第一姿态数据和所述第二姿态数据存储在至少一个数据库中；
20f)通过第二数据眼镜提供真实环境的至少一个第二视图；
20g)提供由连接到所述第二数据眼镜的摄像机拍摄的所述真实环境的至少一个第二图像；
20h)访问在所述至少一个数据库中存储的所述至少一个虚拟对象、所述至少一个第一图像、所述第一姿态数据和所述第二姿态数据；
20i)将所述至少一个第一图像中显示的至少一个真实对象与所述至少一个第二图像中包含的真实对象的至少一部分进行比较；
20j)根据比较的结果确定第三姿态数据，其中，所述第三姿态数据允许对关于相对于定位所述第二数据眼镜的参考坐标系的位置和方向得出结论；以及
20k)基于所述第二姿态数据和所述第三姿态数据，显示叠加有所述至少一个第二视图的所述至少一个虚拟对象。
21.如权利要求20的方法，其中，根据所述至少一个第一图像确定所述第一姿态数据。
22.如权利要求20的方法，其中，所述第一数据眼镜和所述第二数据眼镜是相同的客户端设备或不同的客户端设备。
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