[发明专利]基于增强现实的虚拟测量原理及方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及工业设计和制造领域，特别是涉及基于增强现实的最小包围盒虚拟测量原理及实现方法。

背景技术

在现代工业设计和制造领域中，最小包围盒问题涉及如何实现加工生产最优化和布局最优化，如产品包装设计中，设计一个大小刚好合适的盒子放置物品可以有效地节约包装用料；在零配件生产中，选择合适的毛坯进行加工制造可以有效地促进节省用料、节约成本；在模具生产制造中，模具分割方向的选择直接影响了生产的效率和质量；在玩具声级检测中，被测玩具最小包围盒检测的精度直接影响了声级检测的精度。三维物体最小包围盒在现代工业领域具有十分重要的意义，它对节省产品用料、提高生产效率和产品质量以达到生产的最优化起了决定性作用。目前计算机视觉技术已广泛应用于工业检测领域，包括最小包围盒的测量。计算机视觉有结构光视觉测量和立体视觉三维重构等测量方式，但目前仍存在算法复杂度高等问题使得其应用存在一定的局限，需要开发一种对物体形状和大小普遍适用的测量方法。增强现实技术可以在测量中引入人机交互技术和人的视觉感知能力，有效减少对辅助设备的依赖和降低算法复杂度，提高测量的效率和适应性。

增强现实是虚拟现实领域发展的一个分支，同时也是计算机视觉、计算机图形学、多媒体、人机交互等多种技术相互交叉的崭新的研究领域。增强现实允许人看到周围的真实场景，并且通过在真实场景中叠加或合成虚拟物体，增强人对真实场景的感知能力。目前国内外已有研究将增强现实技术应用于视频会议、维修、机器人遥操作、外科手术规划等方面。

由于增强现实虚实结合的特点，使基于增强现实的虚拟测量成为可能。基于增强现实的虚拟测量是指通过立体视觉获取被测对象的现实场景图像，通过增强现实的虚实注册技术将虚拟标尺叠加在现实场景图像上，人可以通过人机交互技术操作虚拟标尺对未知物体或场景进行测量。在机器人领域，虚拟测量用于为远程机器人进行路径规划或对未知场景进行建模；在医学领域，虚拟测量用在内窥镜中对人体内部器官或病变进行测量。由于基于增强现实的虚拟测量不仅结合了计算机视觉中精确的视觉标定技术，同时也借助增强现实技术融入了人的视觉感知能力，使得虚拟测量具备了较高的准确性及很强的适应能力。

综上所述，由于立体视觉三维重构的复杂性制约了计算机视觉技术在工业检测领域的应用，有必要探索新的空间三维物体最小包围盒检测方法，这正是本发明专利主要的动机和目的。

发明内容

在此处键入技术领域描述段落。本发明的目的是提出基于增强现实的最小包围盒虚拟测量原理及实现方法，解决利用增强现实技术进行空间三维物体最小包围盒的非接触式测量和标定的问题。

为实现上述目的，基于增强现实的最小包围盒虚拟测量包括原理和实现方法两部分，所述的基本原理由现实测量环境模型、增强现实测量环境模型和人机交互模型组成。

1．现实测量环境模型用于描述获取被测对象最小包围盒轴向观察场景的视觉感知配置结构，即分别明确对应最小包围盒俯视、正视和侧视场景的成像模式，包括成像的内外结构参数与透视投影畸变和成像像素粒度的约束关系。

2．增强现实测量环境模型用于描述将现实测量目标转化成虚拟测量任务的虚拟标尺逻辑功能，即针对最小包围盒与被测对象外切点标定的虚拟测量任务，明确外切点标定的增强现实模式，包括虚拟标尺在俯视、正视和侧视投影平面的基本功能和组织结构。

3．人机交互模型是用于描述虚拟测量的人机协作机制，即明确外切点标定的人机协作模式，包括便于评价标定性能的感知模型和支持标定操作的动作模型。

所述的实现方法包括视觉扫描追踪技术、虚拟标尺测量技术和人机交互界面技术。

1．视觉扫描追踪技术借助主动视觉手段实现最小包围盒轴向成像的自动扫描追踪，包括视觉追踪扫描过程的规划策略以及最小包围盒轴向的识别方法。

2．虚拟标尺测量技术借助虚实注册的手段实现虚拟标尺在俯视、正视和侧视投影平面的测量基本功能，允许组合这些平面测量的基本功能完成最小包围盒与被测对象外切点的标定任务。

3．人机交互界面提供人机协作实现虚拟标尺测量的手段，包括便于评价测量性能的可视界面，以及支持虚拟标尺操作的动作接口。

附图说明

图1是基于增强现实的虚拟测量原理图，包括现实测量环境模型、增强现实测量环境模型和人机交互模型，以及它们之间的关系；

图2是视觉感知配置结构和增强现实模式结构图，增强现实模式结构由视觉感知配置结构决定；

图3是虚拟标尺原型示意图；