基于空間關(guān)系和圖像分析的景區(qū)景物移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于空間關(guān)系和圖像分析的景區(qū)景物移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)方法。本發(fā)明步驟如下：根據(jù)景區(qū)景物增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)導(dǎo)覽需求及景區(qū)景物空間數(shù)據(jù)組織特點(diǎn)，采用面向?qū)ο蟮牡乩砜臻g數(shù)據(jù)模型，構(gòu)建景區(qū)地理數(shù)據(jù)庫(kù)；通過(guò)智能手機(jī)的內(nèi)置傳感器獲取當(dāng)前位置坐標(biāo)及空間朝向，建立基于多傳感器的攝像鏡頭視野模型，生成現(xiàn)實(shí)景物的影像與實(shí)際地理空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；從智能手機(jī)拍攝的視頻影像流中抽取關(guān)鍵幀，依次通過(guò)二值化和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行快速分割；通過(guò)圖像分析與空間關(guān)系相結(jié)合的手段實(shí)現(xiàn)實(shí)景空間與信息空間的視覺(jué)匹配，識(shí)別出景區(qū)景物；通過(guò)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法對(duì)識(shí)別出的景物跟蹤注冊(cè)。本發(fā)明克服了空間關(guān)系實(shí)現(xiàn)方法識(shí)別精度差，圖像識(shí)別技術(shù)效率低的不足。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于空間關(guān)系和圖像分析的景區(qū)景物移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體說(shuō)的是一種基于空間關(guān)系和圖像分析的景區(qū)景物移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)方法。此方法在旅游景區(qū)信息化、游客導(dǎo)覽自動(dòng)化方面有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用前景。此外，本發(fā)明也適用于其他移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境與現(xiàn)實(shí)環(huán)境相融合，產(chǎn)生極具表現(xiàn)力的感官效果，尤為適合應(yīng)用于戶(hù)外旅游及景區(qū)導(dǎo)覽，通過(guò)將智能手機(jī)作為載體，將GIS技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，為游客定位和導(dǎo)航提供新的解決途徑，大大提高景物導(dǎo)覽的用戶(hù)體驗(yàn)，同時(shí)降低了景區(qū)在軟硬件上的投入成本，從而帶來(lái)巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前應(yīng)用廣泛的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)大多基于三種方法實(shí)現(xiàn)，其一是標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)，即在系統(tǒng)中預(yù)定義某個(gè)標(biāo)簽圖像，通過(guò)識(shí)別該標(biāo)簽圖像來(lái)定義目標(biāo)物，該方法在目標(biāo)物數(shù)量大、環(huán)境復(fù)雜的戶(hù)外場(chǎng)景中并不適用，識(shí)別相對(duì)困難；其二是基于空間關(guān)系實(shí)現(xiàn)，即利用智能手機(jī)的GPS和傳感器定位目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單，但僅能標(biāo)識(shí)目標(biāo)點(diǎn)狀位置，無(wú)法精準(zhǔn)定位目標(biāo)外形輪廓，識(shí)別精度較差；第三種方法是基于圖像識(shí)別技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)分析影像，利用復(fù)雜的機(jī)器學(xué)習(xí)算法識(shí)別目標(biāo)物，其適用性比方法一、二略強(qiáng)，但是需要設(shè)備具有強(qiáng)大的計(jì)算能力，對(duì)算法的效率要求較高，識(shí)別率也難以保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于空間關(guān)系和圖像分析的景區(qū)景物移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)方法。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案，包括如下步驟:
[0005]步驟1.根據(jù)景區(qū)景物增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)導(dǎo)覽需求及景區(qū)景物空間數(shù)據(jù)組織特點(diǎn)，采用面向?qū)ο蟮牡乩砜臻g數(shù)據(jù)模型，構(gòu)建景區(qū)地理數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0006]步驟2.通過(guò)智能手機(jī)的內(nèi)置傳感器獲取當(dāng)前位置坐標(biāo)及空間朝向，建立基于多傳感器的攝像鏡頭視野模型，生成現(xiàn)實(shí)景物的影像與實(shí)際地理空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
[0007]步驟3.從智能手機(jī)拍攝的視頻影像流中抽取關(guān)鍵幀，依次通過(guò)二值化和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行快速分割；
[0008]步驟4.通過(guò)圖像分析與空間關(guān)系相結(jié)合的手段實(shí)現(xiàn)實(shí)景空間與信息空間的視覺(jué)匹配，識(shí)別出景區(qū)景物；
[0009]步驟5.通過(guò)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法對(duì)識(shí)別出的景物跟蹤注冊(cè)。
[0010]步驟2中所述的通過(guò)智能手機(jī)的內(nèi)置傳感器獲取當(dāng)前位置坐標(biāo)及空間朝向，建立基于多傳感器的攝像鏡頭視野模型，生成現(xiàn)實(shí)景物的影像與實(shí)際地理空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系:讀取智能手機(jī)獲取的GPS信號(hào)，提取當(dāng)前位置坐標(biāo)，同時(shí)通過(guò)智能手機(jī)內(nèi)的加速度傳感器、地磁場(chǎng)傳感器獲取智能手機(jī)三維立體空間朝向；然后通過(guò)坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)世界坐標(biāo)系上某景物的坐標(biāo)值到智能手機(jī)屏幕上參考坐標(biāo)系上坐標(biāo)值的轉(zhuǎn)換，即建立世界坐標(biāo)系與參考坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0011]所述的世界坐標(biāo)系與參考坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)關(guān)系的建立如下:
[0012]建立基于多傳感器的攝像鏡頭視野模型及現(xiàn)實(shí)景物的影像與實(shí)際地理空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系:在環(huán)境中還選擇一個(gè)參考坐標(biāo)系來(lái)描述物體的位置，該坐標(biāo)系稱(chēng)為世界坐標(biāo)系。以攝像機(jī)光心為原點(diǎn)0，與成像平面平行的相互正交的X、Y軸以及與成像平面垂直的Z軸所組成的直角坐標(biāo)系稱(chēng)為參考坐標(biāo)系。而參考坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系之間的關(guān)系可用旋轉(zhuǎn)矩陣R與平移向量t來(lái)描述。由此，空間中一點(diǎn)P在世界坐標(biāo)系和參考坐標(biāo)系下的齊次坐標(biāo)分別為(xw，yw, zw, ι)τ 和(X。，Yc, zc, ι)τ,且存在如下關(guān)系:
【權(quán)利要求】
1.基于空間關(guān)系和圖像分析的景區(qū)景物移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟1.根據(jù)景區(qū)景物增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)導(dǎo)覽需求及景區(qū)景物空間數(shù)據(jù)組織特點(diǎn)，采用面向?qū)ο蟮牡乩砜臻g數(shù)據(jù)模型，構(gòu)建景區(qū)地理數(shù)據(jù)庫(kù)； 步驟2.通過(guò)智能手機(jī)的內(nèi)置傳感器獲取當(dāng)前位置坐標(biāo)及空間朝向，建立基于多傳感器的攝像鏡頭視野模型，生成現(xiàn)實(shí)景物的影像與實(shí)際地理空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系； 步驟3.從智能手機(jī)拍攝的視頻影像流中抽取關(guān)鍵幀，依次通過(guò)二值化和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行快速分割； 步驟4.通過(guò)圖像分析與空間 關(guān)系相結(jié)合的手段實(shí)現(xiàn)實(shí)景空間與信息空間的視覺(jué)匹配，識(shí)別出景區(qū)景物； 步驟5.通過(guò)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法對(duì)識(shí)別出的景物跟蹤注冊(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于空間關(guān)系和圖像分析的景區(qū)景物移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)方法，其特征在于步驟2中所述的通過(guò)智能手機(jī)的內(nèi)置傳感器獲取當(dāng)前位置坐標(biāo)及空間朝向，建立基于多傳感器的攝像鏡頭視野模型，生成現(xiàn)實(shí)景物的影像與實(shí)際地理空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系具體如下: 讀取智能手機(jī)獲取的GPS信號(hào)，提取當(dāng)前位置坐標(biāo)，同時(shí)通過(guò)智能手機(jī)內(nèi)的加速度傳感器、地磁場(chǎng)傳感器獲取智能手機(jī)三維立體空間朝向；然后通過(guò)坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)世界坐標(biāo)系上某景物的坐標(biāo)值到智能手機(jī)屏幕上參考坐標(biāo)系上坐標(biāo)值的轉(zhuǎn)換，即建立世界坐標(biāo)系與參考坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
3.如權(quán)利要求2所述的基于空間關(guān)系和圖像分析的景區(qū)景物移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)方法，其特征在于所述的世界坐標(biāo)系與參考坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)關(guān)系的建立如下: 建立基于多傳感器的攝像鏡頭視野模型及現(xiàn)實(shí)景物的影像與實(shí)際地理空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系:在環(huán)境中還選擇一個(gè)參考坐標(biāo)系來(lái)描述物體的位置，該坐標(biāo)系稱(chēng)為世界坐標(biāo)系；以攝像機(jī)光心為原點(diǎn)O，與成像平面平行的相互正交的、7軸以及與成像平面垂直的Z軸所組成的直角坐標(biāo)系稱(chēng)為參考坐標(biāo)系；而參考坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系之間的關(guān)系可用旋轉(zhuǎn)矩陣Λ與平移向量?來(lái)描述；由此，空間中一點(diǎn)ρ在世界坐標(biāo)系和參考坐標(biāo)系下的齊次坐標(biāo)分別為
4.如權(quán)利要求1所述的基于空間關(guān)系和圖像分析的景區(qū)景物移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)方法，其特征在于步驟3中所述的從智能手機(jī)拍攝的視頻影像流中抽取關(guān)鍵幀，依次通過(guò)二值化和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法進(jìn)行快速分割:以固定時(shí)間間隔T，從智能手機(jī)拍攝的視頻影像流中抽取畫(huà)面關(guān)鍵幀；然后根據(jù)關(guān)鍵幀圖像的像素值對(duì)該圖像做二值化處理，并通過(guò)數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法處理二值化圖像中的噪聲、細(xì)小圖斑和凹陷，之后對(duì)該關(guān)鍵幀圖像進(jìn)行二值分割，形成分割區(qū)域。
5.如權(quán)利要求1所述的基于空間關(guān)系和圖像分析的景區(qū)景物移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)方法，其特征在于步驟4中所述的通過(guò)圖像分析與空間關(guān)系相結(jié)合的手段實(shí)現(xiàn)實(shí)景空間與信息空間的視覺(jué)匹配，識(shí)別出景區(qū)景物:從景區(qū)地理數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取景物地理坐標(biāo)，從智能手機(jī)GPS中讀取智能手機(jī)當(dāng)前位置地理坐標(biāo)，基于建立的世界坐標(biāo)系與參考坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)關(guān)系，判斷出景物是否應(yīng)出現(xiàn)在智能手機(jī)屏幕上，若應(yīng)出現(xiàn)，則將景物在參考坐標(biāo)系上的坐標(biāo)與該景物的二值化分割圖像疊加，參考坐標(biāo)系中的景物坐標(biāo)與分割區(qū)域重疊部分視為景物，并進(jìn)行渲染；否則不做處理。
6.如權(quán)利要求1所述的基于空間關(guān)系和圖像分析的景區(qū)景物移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)方法，其特征在于步驟5中所述的通過(guò)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法對(duì)識(shí)別出的景物跟蹤注冊(cè):記錄智能手機(jī)屏幕上所有應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)的景物的當(dāng)前屏幕位置，同時(shí)通過(guò)加速度傳感器、地磁場(chǎng)傳感器記錄智能手機(jī)的方位運(yùn)動(dòng)，通過(guò)線性仿射變換模型，將智能手機(jī)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為景物在屏幕上的運(yùn)動(dòng)，由此更新景物表達(dá)在屏幕上的位置，從而實(shí)現(xiàn)景物的跟蹤注冊(cè)。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK103500452SQ201310475921
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】毛峰, 劉婷, 宋瑜, 張偉, 祝煒平, 王春葉, 潘君斌 申請(qǐng)人:杭州師范大學(xué)