[发明专利]一种基于增强现实的铁路信号室内设备维护系统

权利要求书

1.一种基于增强现实的铁路信号室内设备维护系统，其特征在于，包括：

视频采集模块，用于采集现实场景的视频图像，并传递给计算单元；

计算模块，用于在现实场景的视频图像中跟踪识别待维修机器的图样，利用跟踪识别到的图样计算三维虚拟物体模型与视频采集单元之间的坐标变换矩阵，按照坐标变换矩阵在视平面上绘制相应的三维虚拟物体模型，再将所述三维虚拟物体模型叠加至图样上并与现实场景的视频图像融合，输出增强现实图像；

显示模块，用于呈现增强现实图像。

2.根据权利要求1所述的一种基于增强现实的铁路信号室内设备维护系统，其特征在于，所述在现实场景的视频图像中跟踪识别待维修机器的图样，利用跟踪识别到的图样计算三维虚拟物体模型与视频采集单元之间的坐标变换矩阵包括：

根据维修对象本身特点选定机器的图样作为人工标记并存储进数据库中，通过图像处理技术跟踪识别现实场景的视频图像中的图样，结合视频采集模块的位置信息与跟踪识别到的图样信息，估计待维修机器与视频采集单元之间的坐标变换矩阵。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于增强现实的铁路信号室内设备维护系统，其特征在于，所述人工标记的形状包括：方形、圆形与六边形，色调包括：黑白色；

人工标记识别包括：图像分割、边缘提取、编码提取和角点定位；其中：图像分割采用局部适应法将标识的黑色边框分离出来，并使用窗口平均灰度值与设定阈值比较来实现图像二值化；边缘提取使用提取算法实现；编码提取时使用单应性矩阵将四边形投影变换到正视平面，然后将二值化的栅格值编码与字典编码对比，获得待维修机器的编号信息；角点定位中则将提取的边缘拟合成四条直线，直线的交点即为四个角点的位置；识别人工标记后，能够得到四个角点和它们对应投影点的像素坐标通过求解四对点的PnP问题得到视频采集模块相对待修设备的坐标变换矩阵。

4.根据权利要求1所述的一种基于增强现实的铁路信号室内设备维护系统，其特征在于，所述计算模块中部署了系统的软件架构，包括：数据层、模型层、平台层、应用层以及界面层；其中：

所述数据层，用于存储数据供系统调用，存储的数据包括：三维虚拟模型、工作人员、设备的基本信息以及存放地点；

所述模型层，用于将数据在模型层进行有序的组织，组成系统要求的模型；

所述平台层，用于对系统的数据库和系统的各模块进行统一调度与管理，完成各模块本身的任务；

所述应用层，为系统的终端应用；

所述界面层，实现系统和用户之间的交互。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于增强现实的铁路信号室内设备维护系统，其特征在于，该方法还包括：在输出增强现实图像的基础上，基于通用的动画模型，使用建模软件编辑制作相应的三维虚拟模型动画。

6.根据权利要求1所述的一种基于增强现实的铁路信号室内设备维护系统，其特征在于，所述视频采集模块与显示模块集成在增强现实头戴显示器上。