[发明专利]基于空间关系和图像分析的景区景物移动增强现实方法

说明书

技术领域

本发明涉及移动增强现实的技术领域，具体说的是一种基于空间关系和图像分析的景区景物移动增强现实方法。此方法在旅游景区信息化、游客导览自动化方面有着重要的现实意义和应用前景。此外，本发明也适用于其他移动增强现实应用。

背景技术

增强现实技术能够将计算机生成的虚拟环境与现实环境相融合，产生极具表现力的感官效果，尤为适合应用于户外旅游及景区导览，通过将智能手机作为载体，将GIS技术与增强现实技术相结合，为游客定位和导航提供新的解决途径，大大提高景物导览的用户体验，同时降低了景区在软硬件上的投入成本，从而带来巨大的社会效益和经济效益。当前应用广泛的增强现实技术大多基于三种方法实现，其一是标签实现，即在系统中预定义某个标签图像，通过识别该标签图像来定义目标物，该方法在目标物数量大、环境复杂的户外场景中并不适用，识别相对困难；其二是基于空间关系实现，即利用智能手机的GPS和传感器定位目标，实现方式简单，但仅能标识目标点状位置，无法精准定位目标外形轮廓，识别精度较差；第三种方法是基于图像识别技术，通过计算机实时分析影像，利用复杂的机器学习算法识别目标物，其适用性比方法一、二略强，但是需要设备具有强大的计算能力，对算法的效率要求较高，识别率也难以保证。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于空间关系和图像分析的景区景物移动增强现实方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案，包括如下步骤：

步骤1.根据景区景物增强现实导览需求及景区景物空间数据组织特点，采用面向对象的地理空间数据模型，构建景区地理数据库；

步骤2.通过智能手机的内置传感器获取当前位置坐标及空间朝向，建立基于多传感器的摄像镜头视野模型,生成现实景物的影像与实际地理空间的对应关系；

步骤3.从智能手机拍摄的视频影像流中抽取关键帧，依次通过二值化和数学形态学方法对其进行快速分割；

步骤4.通过图像分析与空间关系相结合的手段实现实景空间与信息空间的视觉匹配，识别出景区景物；

步骤5.通过运动检测方法对识别出的景物跟踪注册。

步骤2中所述的通过智能手机的内置传感器获取当前位置坐标及空间朝向，建立基于多传感器的摄像镜头视野模型,生成现实景物的影像与实际地理空间的对应关系：读取智能手机获取的GPS信号，提取当前位置坐标，同时通过智能手机内的加速度传感器、地磁场传感器获取智能手机三维立体空间朝向；然后通过坐标变换实现世界坐标系上某景物的坐标值到智能手机屏幕上参考坐标系上坐标值的转换，即建立世界坐标系与参考坐标系的对应关系。

所述的世界坐标系与参考坐标系的对应关系的建立如下：

建立基于多传感器的摄像镜头视野模型及现实景物的影像与实际地理空间的对应关系：在环境中还选择一个参考坐标系来描述物体的位置，该坐标系称为世界坐标系。以摄像机光心为原点O，与成像平面平行的相互正交的X、Y轴以及与成像平面垂直的Z轴所组成的直角坐标系称为参考坐标系。而参考坐标系和世界坐标系之间的关系可用旋转矩阵R与平移向量t来描述。由此，空间中一点P在世界坐标系和参考坐标系下的齐次坐标分别为(X_w,Y_w,Z_w,1)^T和(X_c,Y_c,Z_c,1)^T,且存在如下关系：