增强现实技术导论

　　序
　　前言
　　第1章引言1
　　1.1增强现实技术的概念和发展1
　　1.1.1虚拟现实技术2
　　1.1.2增强现实技术3
　　1.1.3增强现实技术与虚拟现实技术的比较4
　　1.1.4增强现实系统的性能评价6
　　1.2增强现实系统中的硬件与软件包7
　　1.2.1增强现实系统中的硬件7
　　1.2.2增强现实系统软件包16
　　1.2.3增强现实技术的国内外研究机构17
　　1.3增强现实技术的难点19
　　1.3.1增强现实系统中的头盔显示技术20
　　1.3.2增强现实系统中的跟踪注册技术22
　　1.3.3增强现实系统的交互技术24
　　1.4增强现实技术的应用领域27
　　参考文献38
　　第2章增强现实系统的显示技术43
　　2.1显示设备的分类及概述43
　　2.1.1屏幕显示器43
　　2.1.2头盔显示器48
　　2.1.3投影式头盔显示器52
　　2.1.4视网膜直接成像显示器55
　　2.1.5投影显示设备56
　　2.1.6智能可穿戴显示设备60
　　2.2.1自由曲面头盔显示器61
　　2.2.2全息波导型头盔显示器62
　　2.2.3几何波导型头盔显示器63
　　2.2.4高性能头盔显示技术64
　　2.2.5真实立体感头盔显示技术66
　　2.3增强现实头盔显示器的设计要点73
　　2.3.1头盔显示器的组成与原理73
　　2.3.2头盔显示器的光学系统设计要点74
　　2.3.3部分国内外头盔显示器的设计77
　　参考文献80
　　第3章增强现实系统的标定86
　　3.1摄像机的几何模型和坐标变换86
　　3.1.1图像坐标系与像素坐标系87
　　3.1.2图像坐标系与摄像机坐标系87
　　3.1.3摄像机坐标系与世界坐标系88
　　3.2摄像机标定89
　　3.2.1线性模型的摄像机标定89
　　3.2.2基于平面方格点的摄像机标定92
　　3.2.3非线性模型的摄像机标定95
　　3.3基于透视式头盔显示器的增强现实系统标定95
　　3.3.1视频透视式增强现实系统的标定95
　　3.3.2光学透视式头盔显示器的标定技术96
　　参考文献104
　　第4章基于标识的增强现实跟踪注册技术106
　　4.1基于标识的跟踪注册技术概述108
　　4.2常用的标识点111
　　4.2.1ARToolkit方形标识点111
　　4.2.2SCR标识点系统116
　　4.2.3环形标识点118
　　4.2.4Sony计算机实验室标识点121
　　4.2.5室内装饰性人工标识122
　　4.2.6红外标识系统125
　　4.3各种人工标识系统中的识别定位算法比较127
　　4.3.1人工标识的形状128
　　4.3.2标识的颜色128
　　4.3.3定位标识区域129
　　4.3.4标识的可识别范围129
　　4.3.5特征点提取130
　　4.3.6标识的编码信息量130
　　4.3.7理想特征的概要130
　　参考文献130
　　第5章无标识增强现实三维跟踪注册134
　　5.1基于场景平面的增强现实跟踪注册135
　　5.1.1系统初始化135
　　5.1.2摄像机位姿估计136
　　5.1.3实验结果137
　　5.2基于模型和关键帧的注册方法138
　　5.2.13D场景模型与关键帧的创建138
　　5.2.2选择参考图像帧139
　　5.2.3宽基线匹配140
　　5.2.4摄像机位姿求解141
　　5.2.5实验结果142
　　5.2.6算法评价142
　　5.3基于图像匹配的无标识跟踪注册方法144
　　5.3.1关键帧匹配144
　　5.3.22D图像匹配算法145
　　5.3.3实验结果147
　　5.4基于SIFT特征的无标识点跟踪注册方法148
　　5.4.1SIFT特征描述算子149
　　5.4.2SIFT关键点的匹配150
　　5.4.3基于SIFT特征的摄像机位姿估计151
　　5.5基于运动结构重建的跟踪注册算法152
　　5.5.1MonoSLAM算法152
　　5.5.2PTAM算法153
　　5.6混合跟踪注册157
　　5.6.1根据传感器类型分类158
　　5.6.2根据传感器融合方式分类160
　　5.7无标识跟踪注册算法的未来研究方向162
　　参考文献163
　　第6章移动增强现实系统169
　　6.1概述169
　　6.2移动增强现实系统的研究现状171
　　6.2.1移动增强现实技术的学术研究171
　　6.2.2移动增强现实技术的商业应用174
　　6.3面向智能手机的移动增强现实核心技术178
　　6.3.1主体结构框架179
　　6.3.2跟踪定位算法181
　　6.3.3海量场景的目标识别183
　　6.3.4人机交互方式185
　　6.3.5数据通信和传输185
　　6.3.6功耗186
　　6.4Android系统开发环境187
　　6.4.1Android操作系统187
　　6.4.2手机硬件环境和软件开发环境189
　　6.4.3OpenCV库编译和基于NDK的开发190
　　6.4.4部分增强现实功能实现191
　　参考文献199
　　第7章增强现实技术的应用实例———轻量级飞行模拟器203
　　7.1增强现实轻量级飞行模拟器203
　　7.1.1系统功能203
　　7.1.2系统结构204
　　7.1.3座舱视景的虚实融合原理206
　　7.1.4样机系统实现与测试208
　　7.2改进型增强现实轻量级飞行模拟器212
　　7.2.1改进型增强现实飞行座舱系统设计212
　　7.2.2座舱头部跟踪系统的实验模拟213
　　7.2.3跟踪器的实验对比结果214
　　参考文献215
　　第8章增强现实技术的应用实例———圆明园定点观景器216
　　8.1第一代定点增强现实观景器216
　　8.2第二代增强现实定点观景器219
　　8.2.1第二代增强现实定点系统的优点219
　　8.2.2第二代系统的构建220
　　8.2.3增强现实定点观景器的用户使用情况调查221
　　8.3AR-View增强现实定点观景器224
　　8.4随动式增强现实定点观景器226
　　8.4.1系统构成229
　　8.4.2样机设备与操作使用229

　　本书详细介绍了增强现实的基本概念和发展历程；系统阐述了增强现实的关键技术，包括摄像机和系统的标定、虚实融合显示设备、基于标志点的跟踪注册与标志点的优化设计、标志点跟踪注册和混合跟踪注册、渲染技术与虚实场景的缝拼接；全面总结了作者及其团队近年来在上述科研项目的工作中取得的研究成果；逐一列举了增强现实在不同领域的应用实例。在内容的选择上，全书既注意了有关信息的全面广泛，又注重对要点技术的深入探讨。