監控系統中增強現實(shí)技術(shù)軟硬件組成

　　增強現實(shí)系統需要有顯示技術(shù)、跟蹤和定位技術(shù)、界面和可視化技術(shù)、標定技術(shù)構成。

　　跟蹤和定位技術(shù)與標定技術(shù)共同完成對位置與方位的檢測，并將數據報告給AR系統，實(shí)現被跟蹤對象在真實(shí)世界里的坐標與虛擬世界中的坐標統一，達到讓虛擬物體與用戶(hù)環(huán)境無(wú)縫結合的目標。

　　為了生成準確定位，增強現實(shí)系統需要進(jìn)行大量的標定，測量值包括攝像機 參數、視域范圍、傳感器的偏移、對象定位以及變形等。

　　對固定攝像機的增強現實(shí)系統，主要由圖像采集系統和觀(guān)察顯示系統合在一起構成了望遠筒式結構，體積相對龐大。為了減小系統的體積和重量，在設計中將這兩部分分離，攝像機系統仍然通過(guò)支架固定，而觀(guān)察系統改為手持式設備或者頭盔顯示器，這樣就省去了望遠筒結構中的系統連接部分和支撐部分，支架承受的重量也會(huì )大大減少。由于改用了較為輕便的結構，整套系統的維護和使用更加方便。在系統中采用雙攝像機拍攝真實(shí)場(chǎng)景，并結合虛擬模型的立體成像實(shí)現了立體視覺(jué)的增強現實(shí)效果，使系統的實(shí)用性得到大幅提升，非常適用于在安防監控中使用。

　　監控中增強現實(shí)系統的硬件和軟件

　　通過(guò)使用電機結構來(lái)調節攝像機的角度，同時(shí)使用可以固定在用戶(hù)頭部的跟蹤器才能實(shí)時(shí)測量觀(guān)察者的頭部運動(dòng)。

　　一、硬件系統

　　計算機。計算機是整個(gè)系統的大腦，所有的圖像、數據最后都會(huì )被匯總到這里，因此計算機需要進(jìn)行大量的運算，包括慣性跟蹤器測量結果的處理，隨動(dòng)電機平臺的控制，虛擬世界的建立，虛擬攝像機的控制，立體圖像的生成，增強現實(shí)效果的實(shí)現等。

　　頭盔式顯示器。頭盔式顯示器是系統的顯示輸出設備，計算機常渲染后的帶有立體視覺(jué)的增強現實(shí)圖像會(huì )被輸出到它上面供用戶(hù)觀(guān)察，因此頭盔式顯示器也是系統中和觀(guān)察者具有最直接聯(lián)系的設備，用戶(hù)沉浸感的實(shí)現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(jué)上，而不是計算機渲染出的增強現實(shí)效果。所以頭盔式顯示器在保證輸出圖像沒(méi)有畸變的前提下，整體的體積越輕薄越好。

　　慣性跟蹤器。用來(lái)測量觀(guān)測者的頭部運動(dòng)情況并實(shí)時(shí)將數據發(fā)送給計算機。為了實(shí)現各個(gè)設備以及虛實(shí)攝像機之間的匹配，所有設備公用慣性跟蹤器的測量結果，因此慣性跟蹤器相當于系統中的主控元件，其精度直接影響整套系統的精度。

　　隨動(dòng)電機平臺。該平臺完成系統的真實(shí)場(chǎng)景采集任務(wù)，由雙攝像機系統、隨動(dòng)平臺以及驅動(dòng)電機組成。雙攝像機系統固定在隨動(dòng)平臺上，與隨動(dòng)平臺保持相對固定，驅動(dòng)電機控制平臺轉動(dòng)。計算機獲得觀(guān)察者的頭部運動(dòng)數據后，經(jīng)過(guò)分析計算出攝像機系統需要拍攝的方向并發(fā)送信號給電機，電機根據計算機的要求驅動(dòng)隨動(dòng)平臺轉動(dòng)，從而帶動(dòng)攝像機系統改變圖像采集方向。

　　二、軟件系統

　　計算機作為系統的數據處理中心，在處理相關(guān)數據后，計算出電機的轉動(dòng)速度和距離，發(fā)送控制信號給平臺，驅動(dòng)平臺上的真實(shí)攝像機改變拍攝方向。

　　與此同時(shí)，隨動(dòng)平臺將其當前位置反饋給計算機，作為計算機下一次計算的參考量，從而形成閉環(huán)控制。

　　為了使最后的虛實(shí)圖像能夠匹配，計算機在控制隨動(dòng)電機平臺的同時(shí)還需要對虛擬計算機的位置進(jìn)行調節，使虛實(shí)計算機的拍攝角度始終保持一致。對于計算機系統來(lái)說(shuō)，每一幀圖像都被傳送給計算機，這些圖像經(jīng)過(guò)渲染與融合后生成增強現實(shí)的立體圖像，并被輸出到頭盔顯示器上供用戶(hù)觀(guān)看。

　　在上述過(guò)程中，軟件系統所要完成的任務(wù)，可以分為離線(xiàn)和實(shí)時(shí)兩個(gè)階段。在離線(xiàn)階段需要對真實(shí)攝像機進(jìn)行標定，同時(shí)計算頭盔式顯示器的畸變，生成畸變校正貼圖。

　　對真實(shí)攝像機進(jìn)行標定是為建立虛擬世界、設置虛擬景物服務(wù)的。繪制畸變校正圖像主要是用來(lái)調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(guò)頭盔顯示器的枕形畸變后，又會(huì )恢復到正常比例提供給用戶(hù)觀(guān)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的負擔，提高系統的速度。

　　在系統實(shí)時(shí)運行過(guò)程中，一方面需要跟蹤用戶(hù)的頭部運動(dòng)，調整虛實(shí)攝像機的拍攝方向，另一方面需要采集虛實(shí)攝像機的圖像，進(jìn)行渲染和圖像融合，最后輸出供用戶(hù)觀(guān)看的圖像。這兩部分的軟件相對獨立，因此在不同的線(xiàn)程中進(jìn)行。

　　目前增強現實(shí)還未普及和規?；l(fā)展，但其應用范圍已經(jīng)越來(lái)越廣，從工業(yè)領(lǐng)域逐漸延伸到了醫療、娛樂(lè )、互動(dòng)和游戲等諸多方面?，F在已經(jīng)有不少安防企業(yè)已經(jīng)在進(jìn)行視頻監控 技術(shù)與AR的有效融合，增強現實(shí)技術(shù)在安防監控中將發(fā)揮出極大的作用。