增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)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(duì)位置與方位的檢測(cè)，并將數(shù)據(jù)報(bào)告給AR系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)被跟蹤對(duì)象在真實(shí)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(wú)縫結(jié)合的目標(biāo)。

　　為了生成準(zhǔn)確定位，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)需要進(jìn)行大量的標(biāo)定，測(cè)量值包括攝像機(jī) 參數(shù)、視域范圍、傳感器的偏移、對(duì)象定位以及變形等。

　　對(duì)固定攝像機(jī)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)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(duì)龐大。為了減小系統(tǒng)的體積和重量，在設(shè)計(jì)中將這兩部分分離，攝像機(jī)系統(tǒng)仍然通過(guò)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(huì)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(shí)場(chǎng)景，并結(jié)合虛擬模型的立體成像實(shí)現(xiàn)了立體視覺(jué)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)效果，使系統(tǒng)的實(shí)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(shí)系統(tǒng)的硬件和軟件

　　通過(guò)使用電機(jī)結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)攝像機(jī)的角度，同時(shí)使用可以固定在用戶頭部的跟蹤器才能實(shí)時(shí)測(cè)量觀察者的頭部運(yùn)動(dòng)。

　　一、硬件系統(tǒng)

　　計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的大腦，所有的圖像、數(shù)據(jù)最后都會(huì)被匯總到這里，因此計(jì)算機(jī)需要進(jìn)行大量的運(yùn)算，包括慣性跟蹤器測(cè)量結(jié)果的處理，隨動(dòng)電機(jī)平臺(tái)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(shí)效果的實(shí)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(jì)算機(jī)常渲染后的帶有立體視覺(jué)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像會(huì)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)中和觀察者具有最直接聯(lián)系的設(shè)備，用戶沉浸感的實(shí)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(jué)上，而不是計(jì)算機(jī)渲染出的增強(qiáng)現(xiàn)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(cè)量觀測(cè)者的頭部運(yùn)動(dòng)情況并實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備以及虛實(shí)攝像機(jī)之間的匹配，所有設(shè)備公用慣性跟蹤器的測(cè)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(dòng)電機(jī)平臺(tái)。該平臺(tái)完成系統(tǒng)的真實(shí)場(chǎng)景采集任務(wù)，由雙攝像機(jī)系統(tǒng)、隨動(dòng)平臺(tái)以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成。雙攝像機(jī)系統(tǒng)固定在隨動(dòng)平臺(tái)上，與隨動(dòng)平臺(tái)保持相對(duì)固定，驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。計(jì)算機(jī)獲得觀察者的頭部運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)后，經(jīng)過(guò)分析計(jì)算出攝像機(jī)系統(tǒng)需要拍攝的方向并發(fā)送信號(hào)給電機(jī)，電機(jī)根據(jù)計(jì)算機(jī)的要求驅(qū)動(dòng)隨動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)攝像機(jī)系統(tǒng)改變圖像采集方向。

　　二、軟件系統(tǒng)

　　計(jì)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(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和距離，發(fā)送控制信號(hào)給平臺(tái)，驅(qū)動(dòng)平臺(tái)上的真實(shí)攝像機(jī)改變拍攝方向。

　　與此同時(shí)，隨動(dòng)平臺(tái)將其當(dāng)前位置反饋給計(jì)算機(jī)，作為計(jì)算機(jī)下一次計(jì)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(jì)算機(jī)在控制隨動(dòng)電機(jī)平臺(tái)的同時(shí)還需要對(duì)虛擬計(jì)算機(jī)的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，使虛實(shí)計(jì)算機(jī)的拍攝角度始終保持一致。對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，每一幀圖像都被傳送給計(jì)算機(jī)，這些圖像經(jīng)過(guò)渲染與融合后生成增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)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(guò)程中，軟件系統(tǒng)所要完成的任務(wù)，可以分為離線和實(shí)時(shí)兩個(gè)階段。在離線階段需要對(duì)真實(shí)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，同時(shí)計(jì)算頭盔式顯示器的畸變，生成畸變校正貼圖。

　　對(duì)真實(shí)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(lái)調(diào)整需要顯示到頭盔顯示器上的圖像，使它們?cè)陲@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(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(shí)時(shí)運(yùn)行過(guò)程中，一方面需要跟蹤用戶的頭部運(yùn)動(dòng)，調(diào)整虛實(shí)攝像機(jī)的拍攝方向，另一方面需要采集虛實(shí)攝像機(jī)的圖像，進(jìn)行渲染和圖像融合，最后輸出供用戶觀看的圖像。這兩部分的軟件相對(duì)獨(dú)立，因此在不同的線程中進(jìn)行。

　　目前增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)還未普及和規(guī)模化發(fā)展，但其應(yīng)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(yī)療、娛樂(lè)、互動(dòng)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(shí)技術(shù)在安防監(jiān)控中將發(fā)揮出極大的作用。