论文研究-基于WiFi定位技术的增强现实室内向导研究与应用 .pdf

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基于WiFi定位技术的增强现实室内向导研究与应用,闫兴亚,陆可,针对传统数字地图室内导航交互性较差的特点,利用WiFi定位技术和移动增强现实技术,在Android平台上设计并实现了一个AR室内向导系统��
山国武技论文在丝 定位/导航信息 注册 司导航信息 用机标定 跟踪 定位/导航信息 渲染 无线AP RSSI和 电子罗盘 方向信息 Android api OpenGL, Es Android平台 图系统逻辑架构 系统功能模块分析 根据系统架构图,可将系统分为以下几个模块(图)。 视频采集 定位模块 无线AP 视 →WiF定位信总 室内真实环境 频 输 获取图像 手机方向信息 入 电罗盐 构造导航信息 特 虚实匹配 征 实时定位/导就41视频图 坐标变换 信息 1像融合 别1 虚实叠加 跟踪注卌 特征检测 图系统功能模块图 )视频采集模块:实时采集室内环境,形成真实场景帧图像. ()定位模块:在室内部署无线后,采用指纹定位算法进行定位。首先对室内环 境进行训练,建立位置指纹识别数据库,定位时将终端接收到的各的信号强度与指纹库 中的各数据项进行匹配,从而估计用户位置。利用电子罗盘确定用户方位。 ()特征检测模块:判断当前所捕获的视频图像与参考室内图像是否为冋一室內环境 提取图像中的特征点,试图从中寻找出这两幅图像中映射关系,最后将这两幅图像中对应的 特征点关联起来 ()跟踪注册模块:获取特征点的三维坐标,建立参考坐标系,计算移动智能终端相 对于室内环境物体的位置姿态,根据特定环境实时生成虚拟定位信息和导航信息。 )虚实叠加模块:将智能终端所拍摄的室内环境视频流图像与生成的虚拟导航信息 进行实时融合,形成增强现实图像,最终在终端屏幕中显示出来,使用户体验到真实室內场 景与虚拟信息相融合的感官效果。 山国武花论文在丝 系统搭建与实现 开发环境 本系统以 软件丌发包为基础,结合 平台进行开发。开发前需要搭建 开发环境,安装 和 。其中, 为我们 提供了创建和运行 应用程序的集合, 是安卓开发工具插件,能够在 开 发工具里开发 程序。 主要模块设计 定位模块 采用指纹定位算法确定手机位置信息。定位过程主要分为如下两个阶段 第一,训练阶段,目的在于建立一个特定室内环境的位置指纹识别数据库。首先,根据 定位精度的要求,合理划分环境网格,并确定各的合适部署位置,尽量确保每个信 号能够辐射到所有网格点。本研究中部署了 ,并设置环境网格大小为 (如 图所示)。然后,分别测量所有网格位置各的值,并将每一位网格位置所对应 的 地址和位置信息存储到数据厍中,存储形式为 。考虑到室内环境的复杂性,无线信号强度可能不稳定, 因此在每个网格点上多次测量后取平均。 第二,定位阶段,用于佔计用户位置。建立室内环境指纹数据库后,采用最近邻法( 将待测点上检测到的各 值与数据库中已存储的记录进行比较和匹配,再计算出位置 估计值。具体的位置估计方法如下: 假设某待测点所接收的各 值为 ,指纹数据库中的 凵存储的记录为 其中表示待测点上检测到的不同的 数量;为数据库中的记录数,∈ ,表示第条记录中存储的不同数, 算法可以表示成如下形式: 其中, 表示和之间的欧式距离。通过此匹配算法找出数据 库中对应的记录,从而确定移动终端的位置。 APS 议 P5 403 404 405 /定世测试点 十指纹网格 ★AP署点 ★AP ★AF3O版测这4P4测试点 室内环境部署示意图 山国武技论文在丝 特征检测模块 当定位模块计算岀移动终端的位置和疔位后,可从预先存储的效据集中确定其周围环 境,从而在一定程度上减小了离线室内环境特征库的匹配范围。通过分析视频流中的帧图像, 判断当前所捕获的视频图像与所确定的离线图像是否为冋一室内环境,提取图像中的特征 点,将匹配上的特征点关联起来。其具体流稈如下 视频图像 判断上一帧是香 FAST角点检测、 存在已匹配标识 SURF特征向量运算 匹配两帧中的特征点 与离线室内环境图进 行比较 判断儿特征点 数是否大于20 保存并标记本次四点 跟踪 图特征检测流程图 跟踪注册模块 通过特征检测模块可建立当前帧与离线环境图之间的匹配特征点集 进而可 根据()式求解出两幅图像之间的单应矩阵 然后,通过求解投影矩阼,即可获得当前帧相对于真实室内环境的绝对姿态。 测试结果及分析 本系统中,采用 ,网络标准 ,外置天线根,支持 多种无线工作模式。移动终端 选择荣耀手札进行测试,系统为 为联发科 ,主屏分辨率 为 像素,摄像头像素为万像素 用户安装并打开本应用程序后,手机摄像头自动进入实景拍摄。当选择定位功能,将手 机摄像头对准室内进行拍摄,当前场景中的房间号码就叠加到真实场景中如图所示。当 选择导航功能时,选择目的地为室,则在于机屏幕上出现导航路线箭头,指示室所 在位置如图所示。 山国武技论文在丝 85%1739 85%_17:42 定位功能 导航功能 定位功能 导航功能 图 定位功能 导航功能 结束语 针对目前室内导航交互性较差的特点,利用定位技术和移动增強现实技术,设计 实现一个移动室内向导系统,通过虚实融合,形成实时导航信息,在一定程度上解决∫ 目前室内导航存在精度有限、可视性差、人札交互能力低等问题。然而,在实际生活中,必 须考虑到室内环境的复杂性、硬件成本的限制等因素,因此,进一步硏究适应范围)¨、定位 精度髙、稳定性好的智能终端増强现实导航系统是我们下一阶段的重点。 参考文献 吴帆张亮增强现实技术发展及应用综述电脑知识与技术 魏菲李允俊金华使用位置指纹算法的定位系统设计单片机与嵌入式系统应用 常勇薛立眀妾淑芳智能手机增强堄实关键技术研究计算机工程与应用 史哓琳边耐政手杌增岿现实室内向导的研究与实现计算机应用与软件 杨丰盛 应用开发揭秘北京机械工业出版社 陈智翔基于自然特征点的栘动増强现实系统硏究广州广东工业大学 陈靖王涌等基亍特征识别的増强现实跟踪定位算沄中国科学信息科学

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