一個增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)需要有顯示技術(shù)、跟蹤和定位技術(shù)、界面和可視化技術(shù)、標(biāo)定技術(shù)構(gòu)成。
跟蹤和定位技術(shù)與標(biāo)定技術(shù)共同完成對位置與方位的檢測，并將數(shù)據(jù)報告給AR系統(tǒng)，實現(xiàn)被跟蹤對象在真實世界里的坐標(biāo)與虛擬世界中的坐標(biāo)統(tǒng)一，達(dá)到讓虛擬物體與用戶環(huán)境無縫結(jié)合的目標(biāo)。
為了生成準(zhǔn)確定位，增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)需要進(jìn)行大量的標(biāo)定，測量值包括攝像機(jī)參數(shù)、視域范圍、傳感器的偏移、對象定位以及變形等。
對固定攝像機(jī)的增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)，主要由圖像采集系統(tǒng)和觀察顯示系統(tǒng)合在一起構(gòu)成了望遠(yuǎn)筒式結(jié)構(gòu)，體積相對龐大。為了減小系統(tǒng)的體積和重量，在設(shè)計中將這兩部分分離，攝像機(jī)系統(tǒng)仍然通過支架固定，而觀察系統(tǒng)改為手持式設(shè)備或者頭盔顯示器，這樣就省去了望遠(yuǎn)筒結(jié)構(gòu)中的系統(tǒng)連接部分和支撐部分，支架承受的重量也會大大減少。由于改用了較為輕便的結(jié)構(gòu)，整套系統(tǒng)的維護(hù)和使用更加方便。在系統(tǒng)中采用雙攝像機(jī)拍攝真實場景，并結(jié)合虛擬模型的立體成像實現(xiàn)了立體視覺的增強(qiáng)現(xiàn)實效果，使系統(tǒng)的實用性得到大幅提升，非常適用于在安防監(jiān)控中使用。
監(jiān)控中增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件和軟件
通過使用電機(jī)結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)攝像機(jī)的角度，同時使用可以固定在用戶頭部的跟蹤器才能實時測量觀察者的頭部運動。
一、硬件系統(tǒng)
計算機(jī)。計算機(jī)是整個系統(tǒng)的大腦，所有的圖像、數(shù)據(jù)zui后都會被匯總到這里，因此計算機(jī)需要進(jìn)行大量的運算，包括慣性跟蹤器測量結(jié)果的處理，隨動電機(jī)平臺的控制，虛擬世界的建立，虛擬攝像機(jī)的控制，立體圖像的生成，增強(qiáng)現(xiàn)實效果的實現(xiàn)等。
頭盔式顯示器。頭盔式顯示器是系統(tǒng)的顯示輸出設(shè)備，計算機(jī)常渲染后的帶有立體視覺的增強(qiáng)現(xiàn)實圖像會被輸出到它上面供用戶觀察，因此頭盔式顯示器也是系統(tǒng)中和觀察者具有zui直接的設(shè)備，用戶沉浸感的實現(xiàn)在很大程度上取決于頭盔顯示器的成像質(zhì)量和配帶感覺上，而不是計算機(jī)渲染出的增強(qiáng)現(xiàn)實效果。所以頭盔式顯示器在保證輸出圖像沒有畸變的前提下，整體的體積越輕薄越好。
慣性跟蹤器。用來測量觀測者的頭部運動情況并實時將數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機(jī)。為了實現(xiàn)各個設(shè)備以及虛實攝像機(jī)之間的匹配，所有設(shè)備公用慣性跟蹤器的測量結(jié)果，因此慣性跟蹤器相當(dāng)于系統(tǒng)中的主控元件，其精度直接影響整套系統(tǒng)的精度。
隨動電機(jī)平臺。該平臺完成系統(tǒng)的真實場景采集任務(wù)，由雙攝像機(jī)系統(tǒng)、隨動平臺以及驅(qū)動電機(jī)組成。雙攝像機(jī)系統(tǒng)固定在隨動平臺上，與隨動平臺保持相對固定，驅(qū)動電機(jī)控制平臺轉(zhuǎn)動。計算機(jī)獲得觀察者的頭部運動數(shù)據(jù)后，經(jīng)過分析計算出攝像機(jī)系統(tǒng)需要拍攝的方向并發(fā)送信號給電機(jī)，電機(jī)根據(jù)計算機(jī)的要求驅(qū)動隨動平臺轉(zhuǎn)動，從而帶動攝像機(jī)系統(tǒng)改變圖像采集方向。
二、軟件系統(tǒng)
計算機(jī)作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，在處理相關(guān)數(shù)據(jù)后，計算出電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度和距離，發(fā)送控制信號給平臺，驅(qū)動平臺上的真實攝像機(jī)改變拍攝方向。
與此同時，隨動平臺將其當(dāng)前位置反饋給計算機(jī)，作為計算機(jī)下一次計算的參考量，從而形成閉環(huán)控制。
為了使zui后的虛實圖像能夠匹配，計算機(jī)在控制隨動電機(jī)平臺的同時還需要對虛擬計算機(jī)的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，使虛實計算機(jī)的拍攝角度始終保持一致。對于計算機(jī)系統(tǒng)來說，每一幀圖像都被傳送給計算機(jī)，這些圖像經(jīng)過渲染與融合后生成增強(qiáng)現(xiàn)實的立體圖像，并被輸出到頭盔顯示器上供用戶觀看。
在上述過程中，軟件系統(tǒng)所要完成的任務(wù)，可以分為離線和實時兩個階段。在離線階段需要對真實攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，同時計算頭盔式顯示器的畸變，生成畸變校正貼圖。
對真實攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定是為建立虛擬世界、設(shè)置虛擬景物服務(wù)的。繪制畸變校正圖像主要是用來調(diào)整需要顯示到頭盔顯示器上的圖像，使它們在顯示前產(chǎn)生桶形畸變，這樣在經(jīng)過頭盔顯示器的枕形畸變后，又會恢復(fù)到正常比例提供給用戶觀看。而且，在得到畸變校正貼圖后，就可以將圖像修正的工作放到GPU中進(jìn)行，從而能在很大程度上減輕CPU的負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)的速度。
在系統(tǒng)實時運行過程中，一方面需要跟蹤用戶的頭部運動，調(diào)整虛實攝像機(jī)的拍攝方向，另一方面需要采集虛實攝像機(jī)的圖像，進(jìn)行渲染和圖像融合，zui后輸出供用戶觀看的圖像。這兩部分的軟件相對獨立，因此在不同的線程中進(jìn)行。
目前增強(qiáng)現(xiàn)實還未普及和規(guī)?；l(fā)展，但其應(yīng)用范圍已經(jīng)越來越廣，從工業(yè)領(lǐng)域逐漸延伸到了醫(yī)療、娛樂、互動和游戲等諸多方面?，F(xiàn)在已經(jīng)有不少安防企業(yè)已經(jīng)在進(jìn)行視頻監(jiān)控技術(shù)與AR的有效融合，增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)在安防監(jiān)控中將發(fā)揮出極大的作用。
