一種基于站心坐標(biāo)系和透視投影的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于站心坐標(biāo)系和透視投影的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)方法，屬于計(jì)算機(jī)圖像處 理和傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前傳統(tǒng)地圖及導(dǎo)航設(shè)備只能給出人們要尋找的興趣點(diǎn)在地圖上的位置，即使已 經(jīng)規(guī)劃好路徑，在前往目的地過程中，還是需要人們不斷觀察周圍的環(huán)境與地圖上的信息 進(jìn)行匹配，不僅效率慢，而且容易出錯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明公開了一種基于站心坐標(biāo)系和透視投影的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) 方法；
[0004] 本發(fā)明將興趣點(diǎn)擬合到實(shí)景中，將人們感興趣的位置信息直接動態(tài)實(shí)時地疊加到 移動設(shè)備拍攝的實(shí)景中，使人們能夠方便準(zhǔn)確的得到想要的興趣點(diǎn)及其相關(guān)信息。
[0005] 該方法實(shí)現(xiàn)了根據(jù)移動設(shè)備的坐標(biāo)和方向、興趣點(diǎn)的坐標(biāo)，動態(tài)實(shí)時的將興趣點(diǎn) 的位置疊加到攝像實(shí)景中。
[0006] 術(shù)語解釋：
[0007] 透視投影，是指將三維空間中的坐標(biāo)或物體投影到二維平面上，照相機(jī)即利用此 原理。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0009] 一種基于站心坐標(biāo)系和透視投影的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)方法，具體步驟包括：
[0010] (1)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，具體步驟包括：
[0011] a、通過GPS獲取用戶當(dāng)前大地坐標(biāo)[latUSCT lonUSCT altuseJT，其中，Iatusw表示用 戶當(dāng)前位置緯度，l0n u_表示用戶當(dāng)前位置經(jīng)度，alt "_表示用戶當(dāng)前位置高度，通過網(wǎng)絡(luò) 獲取到興趣點(diǎn)大地坐標(biāo)[Iatptji Ionptji altp(JT,其中，]^1^表示興趣點(diǎn)緯度，Ionptji表示興 趣點(diǎn)經(jīng)度，alt p()i表示興趣點(diǎn)高度，所述用戶當(dāng)前位置即為移動設(shè)備位置；
[0012] b、通過式（I )分別將用戶當(dāng)前大地坐標(biāo)[Iatuser Ionuser altuser]T、興趣點(diǎn)大地坐 標(biāo)[Iatptji Iorw altpJT轉(zhuǎn)換為用戶當(dāng)前地心坐標(biāo)[X11 Yu ZU]T、興趣點(diǎn)地心坐標(biāo)[Xp Yp Zp] T
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于站也坐標(biāo)系和透視投影的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)方法，其特征在于，具體步驟包括： (1) 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，具體步驟包括： a、 通過GPS獲取用戶當(dāng)前大地坐標(biāo)[latuwr loDuset altuwJT，其中，latuwt表示用戶當(dāng) 前位置締度，lonuwt表示用戶當(dāng)前位置經(jīng)度，alt uwt表示用戶當(dāng)前位置高度，通過網(wǎng)絡(luò)獲取 到興趣點(diǎn)大地坐標(biāo)[latpw loripM altpw]T,其中，latpw表示興趣點(diǎn)締度，loripM表示興趣點(diǎn) 經(jīng)度，altpM表示興趣點(diǎn)高度，所述用戶當(dāng)前位置即為移動設(shè)備位置； b、 通過式（I )分別將用戶當(dāng)前大地坐標(biāo)[latuwr loriuwr altuwJT、興趣點(diǎn)大地坐標(biāo) [latpw lorv altpjT轉(zhuǎn)換為用戶當(dāng)前地也坐標(biāo)技U Yu ZJT、興趣點(diǎn)地也坐標(biāo)技P Yp Zp]T;
(I) 式（I )中，
i為地球楠球的長半軸，b為地 球楠球短半軸，e為地球楠球第一偏也率； 將用戶當(dāng)前大地坐標(biāo)[latuwt loriuwt altu,jT轉(zhuǎn)換為用戶當(dāng)前地也坐標(biāo)技U Yu Zu]T時， 式（I )中，lat = latus"，Ion = loDuser，alt = altuser，Xec邸=Xu, Yec邸=Yu，Zec邸=Zu; 將興趣點(diǎn)大地坐標(biāo)[latpw lonpw altpjT轉(zhuǎn)換為興趣點(diǎn)地也坐標(biāo)技p Yp Zp]T時，式 (I )中，lat = latpoi，Ion = loripoi，alt = altpoi，Xec邸=Xp，Yec邸=Yp，Zec邸=Zp; 所述大地坐標(biāo)由地球的締度、經(jīng)度和海拔高度組成； 所述地也坐標(biāo)所處的地也坐標(biāo)系W地球質(zhì)也為原點(diǎn)0, Z軸與地軸平行指向北極點(diǎn)，X 軸指向本初子午線與赤道的交點(diǎn)，y軸垂直于X化平面，y軸指向東經(jīng)90°與赤道的交點(diǎn)， 構(gòu)成右手坐標(biāo)系； C、將地也坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成站也坐標(biāo)，通過式（II )得到興趣點(diǎn)相對于用戶當(dāng)前位置的站也 坐標(biāo)[Xenu Yenu ZejT;
站也坐標(biāo)系W用戶當(dāng)前位置為坐標(biāo)原點(diǎn)〇'，Z'軸與地球楠球法線重合，向上為正，y' 軸指向正北方，X'軸指向正東方；站也坐標(biāo)[X。。。y。。。z,jT代表W用戶當(dāng)前位置為原點(diǎn)建 立的站也坐t不系中，興趣點(diǎn)在該坐柄系中的位直； (2) 透視投影，即將興趣點(diǎn)相對于用戶當(dāng)前位置的站也坐標(biāo)透視投影到移動設(shè)備的顯 示屏上，利用移動設(shè)備攝像頭進(jìn)行實(shí)景拍攝，同時根據(jù)移動設(shè)備的不同方位，將興趣點(diǎn)的相 關(guān)信息實(shí)時疊加到移動設(shè)備攝像頭拍攝的實(shí)景中興趣點(diǎn)的位置上，所述興趣點(diǎn)的相關(guān)信息 包括興趣點(diǎn)名稱、簡介、興趣點(diǎn)到用戶當(dāng)前位置的距離；透視投影在透視投影模型中完成， 透視投影模型包括移動設(shè)備攝像頭、視椎體、視角坐標(biāo)系；視椎體為四棱錐體，移動設(shè)備攝 像頭位于四棱錐體錐頂；視椎體垂直方向的張角稱為垂直視場角fovy ;視椎體被前后兩個

平面截?cái)?，形成一個平頭椎體，靠近移動設(shè)備攝像頭的截平面稱為近切平面，遠(yuǎn)離攝像頭的 截平面稱為遠(yuǎn)切平面；近切平面也被用來當(dāng)作投影平面，即平頭椎體中的坐標(biāo)或物體投影 到近切平面上，W為投影平面的水平寬度，h為投影平面的高度；具體步驟包括： t移動設(shè)備攝像頭的朝向改變時，通過移動設(shè)備的巧螺儀偵測攝像頭旋轉(zhuǎn)，移動設(shè)備 攝像頭的旋轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸^=[0 6 C]和繞此轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度0來表示，所述旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸- 為長度為1的方向向量，通過式（III)得到旋轉(zhuǎn)矩陣R為：
將興趣點(diǎn)的站也坐標(biāo)[X。。。y。。。Zg"u]T擴(kuò)展為四維齊次坐標(biāo)[X。。。y"u Z。。。1]T; 通過式（IV)，通過旋轉(zhuǎn)矩陣R將興趣點(diǎn)的四維齊次坐標(biāo)[X。。。y?u z。。。1]T轉(zhuǎn)換為視角 坐標(biāo)系中的視角坐標(biāo)：
(IV； 式（IV )中，W。。。表示視角坐標(biāo)系的齊次系數(shù)； 所述視角坐標(biāo)系是指：W移動設(shè)備攝像頭為原點(diǎn)0"，垂直于攝像頭鏡面向內(nèi)為Z"軸， 平行于鏡面向上為y"軸，平行于鏡面向左為X"軸； e、將近切平面作為投影平面，把視角坐標(biāo)通過投影矩陣投射到近切平面上，通過式 (V)得到所述投影矩陣為：
(V) 式（V )中， 近切平面寬高比= n為近切平面到移動設(shè)備攝 h 像頭的距離，f為遠(yuǎn)切平面到移動設(shè)備攝像頭的距離； 通過式（VI)得到興趣點(diǎn)在近切平面中的坐標(biāo)為：


(VI) t將興趣點(diǎn)在近切平面中的坐標(biāo)進(jìn)行歸一化，通過式（vn)得到歸一化坐標(biāo)為： -
- (W) 所述歸一化坐標(biāo)的取值范圍為[-1 1]; g、通過式（W)將歸一化坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為移動設(shè)備的屏幕坐標(biāo)，完成站也坐標(biāo)到屏幕坐標(biāo) 的透視投影變換，屏幕坐標(biāo)如下：
(M) 得到興趣點(diǎn)的屏幕坐標(biāo)后，將興趣點(diǎn)的相關(guān)信息實(shí)時疊加到移動設(shè)備攝像頭拍攝的實(shí) 景中興趣點(diǎn)的位置上。

【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于站心坐標(biāo)系和透視投影的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)方法，包括：(1)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：將移動設(shè)備、興趣點(diǎn)的大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為地心坐標(biāo)，得到興趣點(diǎn)在站心坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，再得到興趣點(diǎn)的視角坐標(biāo)；(2)透視投影，將興趣點(diǎn)相對于用戶當(dāng)前位置的站心坐標(biāo)透視投影到移動設(shè)備的顯示屏上，利用移動設(shè)備攝像頭進(jìn)行實(shí)景拍攝，同時根據(jù)移動設(shè)備的不同方位，將興趣點(diǎn)的相關(guān)信息實(shí)時疊加到移動設(shè)備攝像頭拍攝的實(shí)景中興趣點(diǎn)的位置上；本發(fā)明改進(jìn)了傳統(tǒng)地圖及導(dǎo)航應(yīng)用不直觀的缺點(diǎn)，快速找到興趣點(diǎn)，興趣點(diǎn)的相關(guān)信息及時疊加到拍攝圖像中的興趣點(diǎn)上，給人所見即所得的效果；本發(fā)明自動提示用戶目前的朝向，快速準(zhǔn)確的得到興趣點(diǎn)相對于用戶當(dāng)前位置的方向和位置。
【IPC分類】G01C21-00, G06T3-00, G06F17-30
【公開號】CN104599232
【申請?zhí)枴緾N201510030453
【發(fā)明人】王洪君, 王增迪, 宋玉川, 馬良, 孫超, 蔡楠楠, 劉珂, 羅亞慧
【申請人】山東大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月21日