基於空間關係和圖像分析的景區景物移動增強現實方法
2023-10-27 22:18:17
基於空間關係和圖像分析的景區景物移動增強現實方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於空間關係和圖像分析的景區景物移動增強現實方法。本發明步驟如下：根據景區景物增強現實導覽需求及景區景物空間數據組織特點，採用面向對象的地理空間數據模型，構建景區地理資料庫；通過智慧型手機的內置傳感器獲取當前位置坐標及空間朝向，建立基於多傳感器的攝像鏡頭視野模型，生成現實景物的影像與實際地理空間的對應關係；從智慧型手機拍攝的視頻影像流中抽取關鍵幀，依次通過二值化和數學形態學方法對其進行快速分割；通過圖像分析與空間關係相結合的手段實現實景空間與信息空間的視覺匹配，識別出景區景物；通過運動檢測方法對識別出的景物跟蹤註冊。本發明克服了空間關係實現方法識別精度差，圖像識別技術效率低的不足。
【專利說明】基於空間關係和圖像分析的景區景物移動增強現實方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及移動增強現實的【技術領域】，具體說的是一種基於空間關係和圖像分析的景區景物移動增強現實方法。此方法在旅遊景區信息化、遊客導覽自動化方面有著重要的現實意義和應用前景。此外，本發明也適用於其他移動增強現實應用。
【背景技術】
[0002]增強現實技術能夠將計算機生成的虛擬環境與現實環境相融合，產生極具表現力的感官效果，尤為適合應用於戶外旅遊及景區導覽，通過將智慧型手機作為載體，將GIS技術與增強現實技術相結合，為遊客定位和導航提供新的解決途徑，大大提高景物導覽的用戶體驗，同時降低了景區在軟硬體上的投入成本，從而帶來巨大的社會效益和經濟效益。當前應用廣泛的增強現實技術大多基於三種方法實現，其一是標籤實現，即在系統中預定義某個標籤圖像，通過識別該標籤圖像來定義目標物，該方法在目標物數量大、環境複雜的戶外場景中並不適用，識別相對困難；其二是基於空間關係實現，即利用智慧型手機的GPS和傳感器定位目標，實現方式簡單，但僅能標識目標點狀位置，無法精準定位目標外形輪廓，識別精度較差；第三種方法是基於圖像識別技術，通過計算機實時分析影像，利用複雜的機器學習算法識別目標物，其適用性比方法一、二略強，但是需要設備具有強大的計算能力，對算法的效率要求較高，識別率也難以保證。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種基於空間關係和圖像分析的景區景物移動增強現實方法。
[0004]本發明解決其技術問題所採用的技術方案，包括如下步驟:
[0005]步驟1.根據景區景物增強現實導覽需求及景區景物空間數據組織特點，採用面向對象的地理空間數據模型，構建景區地理資料庫；
[0006]步驟2.通過智慧型手機的內置傳感器獲取當前位置坐標及空間朝向，建立基於多傳感器的攝像鏡頭視野模型，生成現實景物的影像與實際地理空間的對應關係；
[0007]步驟3.從智慧型手機拍攝的視頻影像流中抽取關鍵幀，依次通過二值化和數學形態學方法對其進行快速分割；
[0008]步驟4.通過圖像分析與空間關係相結合的手段實現實景空間與信息空間的視覺匹配，識別出景區景物；
[0009]步驟5.通過運動檢測方法對識別出的景物跟蹤註冊。
[0010]步驟2中所述的通過智慧型手機的內置傳感器獲取當前位置坐標及空間朝向，建立基於多傳感器的攝像鏡頭視野模型，生成現實景物的影像與實際地理空間的對應關係:讀取智慧型手機獲取的GPS信號，提取當前位置坐標，同時通過智慧型手機內的加速度傳感器、地磁場傳感器獲取智慧型手機三維立體空間朝向；然後通過坐標變換實現世界坐標系上某景物的坐標值到智慧型手機屏幕上參考坐標系上坐標值的轉換，即建立世界坐標系與參考坐標系的對應關係。
[0011]所述的世界坐標系與參考坐標系的對應關係的建立如下:
[0012]建立基於多傳感器的攝像鏡頭視野模型及現實景物的影像與實際地理空間的對應關係:在環境中還選擇一個參考坐標系來描述物體的位置，該坐標系稱為世界坐標系。以攝像機光心為原點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系稱為參考坐標系。而參考坐標系和世界坐標系之間的關係可用旋轉矩陣R與平移向量t來描述。由此，空間中一點P在世界坐標系和參考坐標系下的齊次坐標分別為(xw，yw, zw, ι)τ 和(X。，Yc, zc, ι)τ,且存在如下關係:
【權利要求】
1.基於空間關係和圖像分析的景區景物移動增強現實方法，其特徵在於包括如下步驟: 步驟1.根據景區景物增強現實導覽需求及景區景物空間數據組織特點，採用面向對象的地理空間數據模型，構建景區地理資料庫； 步驟2.通過智慧型手機的內置傳感器獲取當前位置坐標及空間朝向，建立基於多傳感器的攝像鏡頭視野模型，生成現實景物的影像與實際地理空間的對應關係； 步驟3.從智慧型手機拍攝的視頻影像流中抽取關鍵幀，依次通過二值化和數學形態學方法對其進行快速分割； 步驟4.通過圖像分析與空間 關係相結合的手段實現實景空間與信息空間的視覺匹配，識別出景區景物； 步驟5.通過運動檢測方法對識別出的景物跟蹤註冊。
2.如權利要求1所述的基於空間關係和圖像分析的景區景物移動增強現實方法，其特徵在於步驟2中所述的通過智慧型手機的內置傳感器獲取當前位置坐標及空間朝向，建立基於多傳感器的攝像鏡頭視野模型，生成現實景物的影像與實際地理空間的對應關係具體如下: 讀取智慧型手機獲取的GPS信號，提取當前位置坐標，同時通過智慧型手機內的加速度傳感器、地磁場傳感器獲取智慧型手機三維立體空間朝向；然後通過坐標變換實現世界坐標系上某景物的坐標值到智慧型手機屏幕上參考坐標系上坐標值的轉換，即建立世界坐標系與參考坐標系的對應關係。
3.如權利要求2所述的基於空間關係和圖像分析的景區景物移動增強現實方法，其特徵在於所述的世界坐標系與參考坐標系的對應關係的建立如下: 建立基於多傳感器的攝像鏡頭視野模型及現實景物的影像與實際地理空間的對應關係:在環境中還選擇一個參考坐標系來描述物體的位置，該坐標系稱為世界坐標系；以攝像機光心為原點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系稱為參考坐標系；而參考坐標系和世界坐標系之間的關係可用旋轉矩陣Λ與平移向量?來描述；由此，空間中一點ρ在世界坐標系和參考坐標系下的齊次坐標分別為
4.如權利要求1所述的基於空間關係和圖像分析的景區景物移動增強現實方法，其特徵在於步驟3中所述的從智慧型手機拍攝的視頻影像流中抽取關鍵幀，依次通過二值化和數學形態學方法進行快速分割:以固定時間間隔T，從智慧型手機拍攝的視頻影像流中抽取畫面關鍵幀；然後根據關鍵幀圖像的像素值對該圖像做二值化處理，並通過數學形態學方法處理二值化圖像中的噪聲、細小圖斑和凹陷，之後對該關鍵幀圖像進行二值分割，形成分割區域。
5.如權利要求1所述的基於空間關係和圖像分析的景區景物移動增強現實方法，其特徵在於步驟4中所述的通過圖像分析與空間關係相結合的手段實現實景空間與信息空間的視覺匹配，識別出景區景物:從景區地理資料庫中讀取景物地理坐標，從智慧型手機GPS中讀取智慧型手機當前位置地理坐標，基於建立的世界坐標系與參考坐標系對應關係，判斷出景物是否應出現在智慧型手機屏幕上，若應出現，則將景物在參考坐標系上的坐標與該景物的二值化分割圖像疊加，參考坐標系中的景物坐標與分割區域重疊部分視為景物，並進行渲染；否則不做處理。
6.如權利要求1所述的基於空間關係和圖像分析的景區景物移動增強現實方法，其特徵在於步驟5中所述的通過運動檢測方法對識別出的景物跟蹤註冊:記錄智慧型手機屏幕上所有應當出現的景物的當前屏幕位置，同時通過加速度傳感器、地磁場傳感器記錄智慧型手機的方位運動，通過線性仿射變換模型，將智慧型手機的運動轉換為景物在屏幕上的運動，由此更新景物表達在屏幕上的位置，從而實現景物的跟蹤註冊。
【文檔編號】G06T7/00GK103500452SQ201310475921
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月12日 優先權日:2013年10月12日
【發明者】毛峰, 劉婷, 宋瑜, 張偉, 祝煒平, 王春葉, 潘君斌 申請人:杭州師範大學