专利名称：基于三维电子罗盘的智能手机增强现实系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于三维电子罗盘的智能手机增强现实系统。
背景技术：
增强现实(AR ， Augmented Reality )，通常也称作扩充现实、增强视觉或增强现实视 觉，是近年来国际上在虚拟现实研宄的基础上发展出来的一个新的研究方向，也是虚拟现实 研宄领域的一个难点热点问题。增强现实技术就是将计算机生成的虚拟图像或其他信息有机 地、实时地、动态地叠加(或融合)在观察者所看到的现实环境当中，并且这些虚拟信息与 用户周围的现实环境融为一体，使用户从感官效果上确信虚拟环境是其周围真实环境的有机 组成部分，当用户在真实场景中移动时，虚拟物体也随之发生变化，就好像这些虚拟物体是 真的存在于真实场景中一样。这种增强信息可以是在真实环境中与真实物体共存的虚拟物体， 也可以是关于存在的真实物体的非几何信息。从目前国内外发展的现状来看，增强现实系统 仍然处于实验室阶段，目前已开发成功的跟踪注册技术一般需要在环境可控的条件下才可以 取得精确的结果。相对于室内增强现实系统的发展，室外增强现实系统的发展相对滞后。
要将虚拟图像准确地叠加在客观世界的场景上，就必须精确、实时地确定用户的位置和 视线方向。对于室外增强现实系统，目前国际上通常采用的跟踪定位方法主要分三类基于 计算机视觉的注册定位、基于跟踪设备的注册定位、基于视觉和跟踪设备的混合注册定位。 基于计算机视觉的三维注册方法以计算机视觉理论为基础，对CCD摄像机拍摄到的现实环境 图像进行处理与识别，获取跟踪信息，其特点是设备简单、成本低廉，目前对基于计算机视 觉的注册技术的研究在AR领域处于主导地位。但是对于大范围未知的户外环境，采用计算机 视觉的注册方式并不合适。基于跟踪设备的注册方式，其定位跟踪设备包括全球卫星定位系 统(GPS)、惯性导航系统(INS)、三维电子罗盘、加速度计、倾角计等等。由于每一种追踪技术 各有长短，对于户外AR系统而言，目前还没有任何一种跟踪技术的性能可以完全满足其苛刻 的要求。因此，Welch (2002)和Azunia (1998)等人提出了解决这一问题的最终方法是采 用混合(hybrid)跟踪技术，即通过融合多种追踪技术，取长补短，来得到较为精确、可靠 的跟踪结果，但与此同时也增加了系统的复杂性、运算量和成本。目前，基于穿戴式计算机 或便携式计算机的户外增强现东系统主要存在以下问题
1、 设备笨重，用户负重大，携带不方便；
2、 系统由于受到携带电源的限制，系统持续时间短；3、成套设备成本高。
基于移动终端的增强现实系统虽然可以实现户外增强现实系统的小型化、便携式，但由 于受到硬件条件的限制难以采用混合跟踪技术，目前主要存在以下问题
1、 智能手机或PDA虽然具有内置的GPS可以进行定位，但是由于没有集成三维电子罗 盘，无法确定视线的方向，因此就无法建立智能手机增强现实系统；
2、 有些手机集成了电子罗盘的芯片，但这些手机一般不是智能手机，难以再进行软件开 发实现增强现实功能，另外这些手机集成的一般都是二维电子罗盘，只能提供了方位角，无 法满足增强现实的要求。
随着我国3G网络的逐步开通和移动通信事业的飞速发展，人们对地理空间信息的 4A(Anytime, Anywhere, Anybody, Anything)服务的需求日益显现，移动终端与空间信息服 务的结合，出现了空间定位信息服务(LBS),从而提供用户需要的与位置相关的信息服务。增 强现实技术和LBS相结合可以实现信息的实时、交互、动态、三维显示，例如可以智能手机 实时查看地下管网、可以将文字注释信息实时叠加在建物上等等。我国庞大的手机用户群中 使用智能手机的用户也在逐年增加，这些高端用户中有些对于位置信息要求不一定很准确， 米级或亚米级的精度就可以满足要求，因此采用基于智能手机的增强现实系统就具有很大的 应用潜力。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了解决基于三维电子罗盘的智能手机增强现实系统的实现问 题，提供一种集成了微型三维电子罗盘、GPS、 CCD摄像机，成本低廉、携带方便、电源使用 时间长等优点的智能手机增强现实系统。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案-
一种基于三维电子罗盘的智能手机增强现实系统，它包括智能手机，智能手机设有GPS 模块和CCD摄像机，所述智能手机通过串口与三维电子罗盘连接。
本实用新型在内置GPS的智能手机上，利用三维电子罗盘的软硬件接口，使之可以作为 主机接受来自电子罗盘的数据，并通过自行开发的虚拟图像和视频图像进行实时叠加的软件， 实现增强现实功能。
本实用新型的有益效果是这种具有增强现实功能的智能手机，集成了微型三维电子罗 盘、GPS、 CCD摄像机，成本低廉，使用轻便，系统的电源持续时间长。
图1本实用新型专利的结构示意图。其中，l.智能手机，2.串口， 3.三维电子罗盘。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本实用新型专利作进一步说明。
本实用新型涉及到基于三维电子罗盘的一种具有增强现实功能的智能手机系统，它利用 手机的CCD视频摄像机采集视频信息，利用内置GPS进行定位，利用三维电子罗盘软、硬件 接口接收来自罗盘的数据进行定向，利用自行开发的虚拟图像和视频图像实时叠加的软件实 现增强现实功能。
本实用新型的整体原理示意图如图1所示，它包括智能手机l,智能手机1有GPS模块 和CCD摄像机。智能手机1还通过串口 2与三维电子罗盘3连接。 本实用新型的工作方法为
a. 通过智能手机1内置的GPS进行实时定位；
b. 智能手机1利用三维电子罗盘软、串口2实时接收来自三维电子罗盘3的数据，系统 接收到三维电子罗盘3的数据以后实时提取出视线方向信息，并进行相应的处理；其中硬件 接口类型是串口，三维电子罗盘3可以通过智能手机1的串口2获取电源，并给系统传输数 据。
c. 通过智能手机1的CCD视频摄像机采集视频信息；
d. 智能手机1利用三维虚拟图形绘制软件，并利用步骤a和步骤b得到的信息绘制虚拟 图形；
e. 智能手机1将步骤c的视频图像与步骤d的虚拟图形利用智能手机1内安装的图形生 成器中的虚拟图像和视频图像实时叠加软件，得到增强现实图像。所述步骤a中利用智能手 机l内置的GPS进行实时定位,系统实时获取智能手机GPS的定位数据,从中提取出位置信息。
权利要求1.一种基于三维电子罗盘的智能手机增强现实系统，它包括智能手机，智能手机设有GPS模块和CCD摄像机，其特征是，所述智能手机通过串口与三维电子罗盘连接。
专利摘要本实用新型公开了一种基于三维电子罗盘的智能手机增强现实系统。它解决了建立移动终端增强现实系统时所存在的问题，通过集成微型电子罗盘，具有成本低廉、使用轻便、电源使用时间长等优点。它的结构为它包括智能手机，智能手机设有GPS模块和CCD摄像机，所述智能手机通过串口与三维电子罗盘连接。
文档编号H04N5/225GK201374736SQ20092002381
公开日2009年12月30日 申请日期2009年3月17日 优先权日2009年3月17日
发明者瑛 孙, 勇 常, 薛立明 申请人:山东师范大学