CN114842173A - 一种增强现实系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增强现实系统，包括摄像头，用于拍摄实景图像；六轴陀螺仪，用于实时测量摄像头的运动状态；定位模块，用于实时定位摄像头的位置信息；图像数据库，用于预存目标图像的特征数据信息和渲染数据信息；图像识别模块，用于使用图像数据库中预存的目标图像的特征数据信息识别摄像头拍摄到的实景图像中待渲染的目标图像；图像处理模块，用于使用图像数据库中预存的目标图像的渲染数据信息对图像识别模块识别出的目标图像进行渲染，并将渲染后的目标图像与实景图像进行融合；图像输出模块，用于将图像处理模块处理后的图像输出。本发明能够改进现有技术的不足，提高虚拟图像与现实图像的融合处理速度和显示效果。

Description

一种增强现实系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及增强现实技术领域，尤其是一种增强现实系统及其控制方法。
背景技术
增强现实(AR)是一种近些年新型的图像处理技术，可以实现虚拟图像与现实图像的融合显示。但是，现有的增强现实系统在进行虚拟图像与现实图像融合过程中，虚拟图像和现实图像之间经常出现明显的拼接痕迹，显示图像容易出现卡顿，导致显示效果不佳。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种增强现实系统及其控制方法，能够解决现有技术的不足，提高虚拟图像与现实图像的融合处理速度和显示效果。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种增强现实系统，其特征在于包括：
摄像头，用于拍摄实景图像；
六轴陀螺仪，用于实时测量摄像头的运动状态；
定位模块，用于实时定位摄像头的位置信息；
图像数据库，用于预存目标图像的特征数据信息和渲染数据信息；
图像识别模块，用于使用图像数据库中预存的目标图像的特征数据信息识别摄像头拍摄到的实景图像中待渲染的目标图像；
图像处理模块，用于使用图像数据库中预存的目标图像的渲染数据信息对图像识别模块识别出的目标图像进行渲染，并将渲染后的目标图像与实景图像进行融合；
图像输出模块，用于将图像处理模块处理后的图像输出。
一种上述的增强现实系统的控制方法，包括以下步骤：
A、摄像头拍摄实景图像，并将拍摄到的实景图像实时发送至图像识别模块和图像处理模块；
B、图像识别模块根据六轴陀螺仪和定位模块发送的摄像头的位置信息和运动状态信息判断摄像头的拍摄范围，然后根据拍摄范围从图像数据库调取对应的目标图像的特征数据信息；然后使用特征数据信息与实景图像进行比对，当出现与特征数据信息匹配度高于设定阈值的区域时，将此区域判定为与特征数据信息对应的目标图像；
C、图像处理模块使用图像数据库中预存的目标图像的渲染数据信息对图像识别模块识别出的目标图像进行渲染，并将渲染后的目标图像与实景图像进行融合；
D、图像处理模块将处理后的图像发送至图像输出模块进行输出。
作为优选，步骤B中，使用特征数据信息与实景图像进行比对包括以下步骤，
将特征数据信息依次与实景图像进行比对，将比对成功的特征数据信息标记在实景图像的对应区域；将标记有特征数据信息的区域按照相对位置进行分组，当同组区域所包含的特征数据信息数量超过目标图像所包含特征数据信息总数的80％时，将上述同组区域判定为与特征数据信息对应的目标图像。
作为优选，计算每个特征数据信息与图像数据库中其它特征数据信息的平均相似度，将待对比特征数据信息按照平均相似度由低到高的顺序依次对实景图像进行比对。
作为优选，步骤C中，对图像识别模块识别出的目标图像进行渲染后，若图像识别模块暂时处于空闲状态，则根据目标图像之间的相对位置关系，将已渲染目标图像周边的其它目标图像进行渲染处理。
作为优选，步骤C中，将渲染后的目标图像与实景图像进行融合包括以下步骤，
C1、根据目标图像的形状确定实景图像中的融合边界，使用渲染后的目标图像在融合边界内对实景图像进行替换；
C2、在融合边界的内侧设置图像过渡区，使用图像过渡区对应的实景图像对图像过渡区中的目标图像进行叠加；
C3、在融合边界的外侧设置图像监控区，根据图像监控区的图像参数变化对目标图像进行修正。
作为优选，步骤C2中，将实景图像中亮度超过上限阈值和亮度低于下限阈值的区域标记出来，将实景图像标记区域的RGB值与目标图像对应位置的RGB值进行加权平均，实景图像标记区域RGB值的加权因子随着实景图像亮度与上限阈值或下限阈值的偏差增大而增加。
作为优选，实景图像标记区域RGB值的加权因子的取值范围为0.05～0.2。
作为优选，步骤C3中，在图像监控区中选取追踪点，计算每个追踪点在每个时间周期内的位置变化向量，根据位置变化向量的相似度对追踪点进行分组，然后根据每组追踪点的位置对图像监控区进行分块，使用图像监控区块对应追踪点的变化向量拟合图像监控区块的变化向量，然后根据拟合出的变化向量将图像监控区块的图像进行移动和变换，然后降低进入融合边界的图像监控区块图像的分辨率，然后将进入融合边界的图像监控区块图像的RGB值与目标图像对应位置的RGB值进行平均。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明通过优化图像特征比对的流程，提高比对速度，降低图像实时显示的卡顿程度。在使用预先渲染的目标图像对实景图像进行融合时，通过使用融合边界内外两侧实景图像对目标图像进行叠加修正，淡化了图像拼接痕迹，提高了融合之后图像的真实度，同时这一过程运算量少，不会对图像显示的实时性造成明显影响。
附图说明
图1是本发明一个具体实施方式的原理图。
具体实施方式
参照图1，本发明一个具体实施方式包括，
摄像头1，用于拍摄实景图像；
六轴陀螺仪2，用于实时测量摄像头1的运动状态；
定位模块3，用于实时定位摄像头1的位置信息；
图像数据库4，用于预存目标图像的特征数据信息和渲染数据信息；
图像识别模块5，用于使用图像数据库4中预存的目标图像的特征数据信息识别摄像头1拍摄到的实景图像中待渲染的目标图像；
图像处理模块6，用于使用图像数据库4中预存的目标图像的渲染数据信息对图像识别模块5识别出的目标图像进行渲染，并将渲染后的目标图像与实景图像进行融合；
图像输出模块7，用于将图像处理模块6处理后的图像输出。
一种上述的增强现实系统的控制方法，包括以下步骤：
A、摄像头1拍摄实景图像，并将拍摄到的实景图像实时发送至图像识别模块5和图像处理模块6；
B、图像识别模块5根据六轴陀螺仪2和定位模块3发送的摄像头1的位置信息和运动状态信息判断摄像头的拍摄范围，然后根据拍摄范围从图像数据库4调取对应的目标图像的特征数据信息；然后使用特征数据信息与实景图像进行比对，当出现与特征数据信息匹配度高于设定阈值的区域时，将此区域判定为与特征数据信息对应的目标图像；
C、图像处理模块6使用图像数据库4中预存的目标图像的渲染数据信息对图像识别模块5识别出的目标图像进行渲染，并将渲染后的目标图像与实景图像进行融合；
D、图像处理模块6将处理后的图像发送至图像输出模块7进行输出。
步骤B中，使用特征数据信息与实景图像进行比对包括以下步骤，
将特征数据信息依次与实景图像进行比对，将比对成功的特征数据信息标记在实景图像的对应区域；将标记有特征数据信息的区域按照相对位置进行分组，当同组区域所包含的特征数据信息数量超过目标图像所包含特征数据信息总数的80％时，将上述同组区域判定为与特征数据信息对应的目标图像。
计算每个特征数据信息与图像数据库4中其它特征数据信息的平均相似度，将待对比特征数据信息按照平均相似度由低到高的顺序依次对实景图像进行比对。
步骤C中，对图像识别模块5识别出的目标图像进行渲染后，若图像识别模块5暂时处于空闲状态，则根据目标图像之间的相对位置关系，将已渲染目标图像周边的其它目标图像进行渲染处理。
步骤C中，将渲染后的目标图像与实景图像进行融合包括以下步骤，
C1、根据目标图像的形状确定实景图像中的融合边界，使用渲染后的目标图像在融合边界内对实景图像进行替换；
C2、在融合边界的内侧设置图像过渡区，使用图像过渡区对应的实景图像对图像过渡区中的目标图像进行叠加；
C3、在融合边界的外侧设置图像监控区，根据图像监控区的图像参数变化对目标图像进行修正。
步骤C2中，将实景图像中亮度超过上限阈值和亮度低于下限阈值的区域标记出来，将实景图像标记区域的RGB值与目标图像对应位置的RGB值进行加权平均，实景图像标记区域RGB值的加权因子随着实景图像亮度与上限阈值或下限阈值的偏差增大而增加。
实景图像标记区域RGB值的加权因子的取值范围为0.05～0.2。
步骤C3中，在图像监控区中选取追踪点，计算每个追踪点在每个时间周期内的位置变化向量，根据位置变化向量的相似度对追踪点进行分组，然后根据每组追踪点的位置对图像监控区进行分块，使用图像监控区块对应追踪点的变化向量拟合图像监控区块的变化向量，然后根据拟合出的变化向量将图像监控区块的图像进行移动和变换，然后降低进入融合边界的图像监控区块图像的分辨率，然后将进入融合边界的图像监控区块图像的RGB值与目标图像对应位置的RGB值进行平均。
将本发明使用在手机、头戴设备等对实时性要求较高的增强现实系统中，可以实现流场、真实的图像显示效果。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种增强现实系统，其特征在于包括：
摄像头(1)，用于拍摄实景图像；
六轴陀螺仪(2)，用于实时测量摄像头(1)的运动状态；
定位模块(3)，用于实时定位摄像头(1)的位置信息；
图像数据库(4)，用于预存目标图像的特征数据信息和渲染数据信息；
图像识别模块(5)，用于使用图像数据库(4)中预存的目标图像的特征数据信息识别摄像头(1)拍摄到的实景图像中待渲染的目标图像；
图像处理模块(6)，用于使用图像数据库(4)中预存的目标图像的渲染数据信息对图像识别模块(5)识别出的目标图像进行渲染，并将渲染后的目标图像与实景图像进行融合；
图像输出模块(7)，用于将图像处理模块(6)处理后的图像输出。
2.一种权利要求1所述的增强现实系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
A、摄像头(1)拍摄实景图像，并将拍摄到的实景图像实时发送至图像识别模块(5)和图像处理模块(6)；
B、图像识别模块(5)根据六轴陀螺仪(2)和定位模块(3)发送的摄像头(1)的位置信息和运动状态信息判断摄像头的拍摄范围，然后根据拍摄范围从图像数据库(4)调取对应的目标图像的特征数据信息；然后使用特征数据信息与实景图像进行比对，当出现与特征数据信息匹配度高于设定阈值的区域时，将此区域判定为与特征数据信息对应的目标图像；
C、图像处理模块(6)使用图像数据库(4)中预存的目标图像的渲染数据信息对图像识别模块(5)识别出的目标图像进行渲染，并将渲染后的目标图像与实景图像进行融合；
D、图像处理模块(6)将处理后的图像发送至图像输出模块(7)进行输出。
3.根据权利要求2所述的增强现实系统的控制方法，其特征在于：步骤B中，使用特征数据信息与实景图像进行比对包括以下步骤，
将特征数据信息依次与实景图像进行比对，将比对成功的特征数据信息标记在实景图像的对应区域；将标记有特征数据信息的区域按照相对位置进行分组，当同组区域所包含的特征数据信息数量超过目标图像所包含特征数据信息总数的80％时，将上述同组区域判定为与特征数据信息对应的目标图像。
4.根据权利要求3所述的增强现实系统的控制方法，其特征在于：计算每个特征数据信息与图像数据库(4)中其它特征数据信息的平均相似度，将待对比特征数据信息按照平均相似度由低到高的顺序依次对实景图像进行比对。
5.根据权利要求2所述的增强现实系统的控制方法，其特征在于：步骤C中，对图像识别模块(5)识别出的目标图像进行渲染后，若图像识别模块(5)暂时处于空闲状态，则根据目标图像之间的相对位置关系，将已渲染目标图像周边的其它目标图像进行渲染处理。
6.根据权利要求5所述的增强现实系统的控制方法，其特征在于：步骤C中，将渲染后的目标图像与实景图像进行融合包括以下步骤，
C1、根据目标图像的形状确定实景图像中的融合边界，使用渲染后的目标图像在融合边界内对实景图像进行替换；
C2、在融合边界的内侧设置图像过渡区，使用图像过渡区对应的实景图像对图像过渡区中的目标图像进行叠加；
C3、在融合边界的外侧设置图像监控区，根据图像监控区的图像参数变化对目标图像进行修正。
7.根据权利要求6所述的增强现实系统的控制方法，其特征在于：步骤C2中，将实景图像中亮度超过上限阈值和亮度低于下限阈值的区域标记出来，将实景图像标记区域的RGB值与目标图像对应位置的RGB值进行加权平均，实景图像标记区域RGB值的加权因子随着实景图像亮度与上限阈值或下限阈值的偏差增大而增加。
8.根据权利要求7所述的增强现实系统的控制方法，其特征在于：所述实景图像标记区域RGB值的加权因子的取值范围为0.05～0.2。
9.根据权利要求8所述的增强现实系统的控制方法，其特征在于：步骤C3中，在图像监控区中选取追踪点，计算每个追踪点在每个时间周期内的位置变化向量，根据位置变化向量的相似度对追踪点进行分组，然后根据每组追踪点的位置对图像监控区进行分块，使用图像监控区块对应追踪点的变化向量拟合图像监控区块的变化向量，然后根据拟合出的变化向量将图像监控区块的图像进行移动和变换，然后降低进入融合边界的图像监控区块图像的分辨率，然后将进入融合边界的图像监控区块图像的RGB值与目标图像对应位置的RGB值进行平均。
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