构建增强现实摄像机系统

　　安防监控中增强现实系统的硬件和软件

　　通过使用电机结构来调节摄像机的角度，同时使用可以固定在用户头部的跟踪器才能实时测量观察者的头部运动。

　　硬件系统

　　计算机。计算机是整个系统的大脑，所有的图像、数据最后都会被汇总到这里，因此计算机需要进行大量的运算，包括惯性跟踪器测量结果的处理，随动电机平台的控制，虚拟世界的建立，虚拟摄像机的控制，立体图像的生成，增强现实效果的实现，等等。

　　头盔式显示器。头盔式显示器是系统的显示输出设备，计算机常渲染后的带有立体视觉的增强现实图像会被输出到它上面供用户观察，因此头盔式显示器也是系统中和观察者具有最直接联系的设备，用户沉浸感的实现在很大程度上取决于头盔显示器的成像质量和配带感觉上，而不是计算机渲染出的增强现实效果。所以头盔式显示器在保证输出图像没有畸变的前提下，整体的体积越轻薄越好。

　　惯性跟踪器。用来测量观测者的头部运动情况并实时将数据发送给计算机。为了实现各个设备以及虚实摄像机之间的匹配，所有设备公用惯性跟踪器的测量结果，因此惯性跟踪器相当于系统中的主控元件，其精度直接影响整套系统的精度。

　　随动电机平台。该平台完成系统的真实场景采集任务，由双摄像机系统、随动平台以及驱动电机组成。双摄像机系统固定在随动平台上，与随动平台保持相对固定，驱动电机控制平台转动。计算机获得观察者的头部运动数据后，经过分析计算出摄像机系统需要拍摄的方向并发送信号给电机，电机根据计算机的要求驱动随动平台转动，从而带动摄像机系统改变图像采集方向。

　　软件系统

　　计算机作为系统的数据处理中心，在处理相关数据后，计算出电机的转动速度和距离，发送控制信号给平台，驱动平台上的真实摄像机改变拍摄方向。

　　与此同时，随动平台将其当前位置反馈给计算机，作为计算机下一次计算的参考量，从而形成闭环控制。

　　为了使最后的虚实图像能够匹配，计算机在控制随动电机平台的同时还需要对虚拟计算机的位置进行调节，使虚实计算机的拍摄角度始终保持一致。对于计算机系统来说，每一帧图像都被传送给计算机，这些图像经过渲染与融合后生成增强现实的立体图像，并被输出到头盔显示器上供用户观看。

　　在上述过程中，软件系统所要完成的任务，可以分为离线和实时两个阶段。在离线阶段需要对真实摄像机进行标定，同时计算头盔式显示器的畸变，生成畸变校正贴图。

　　对真实摄像机进行标定是为建立虚拟世界、设置虚拟景物服务的。绘制畸变校正图像主要是用来调整需要显示到头盔显示器上的图像，使它们在显示前产生桶形畸变，这样在经过头盔显示器的枕形畸变后，又会恢复到正常比例提供给用户观看。而且，在得到畸变校正贴图后，就可以将图像修正的工作放到GPU中进行，从而能在很大程度上减轻CPU的负担，提高系统的速度。

　　在系统实时运行过程中，一方面需要跟踪用户的头部运动，调整虚实摄像机的拍摄方向，另一方面需要采集虚实摄像机的图像，进行渲染和图像融合，最后输出供用户观看的图像。这两部分的软件相对独立，因此在不同的线程中进行。

　　结束语

　　目前增强现实还未普及和规模化发展，但其应用范围已经越来越广，从工业领域逐渐延伸到了医疗、娱乐、互动和游戏等诸多方面，特别受到了广告传媒行业的热捧，未来发展空间极大。而随着技术、内容和应用场景的有效融合，以及硬件性能的发展和可穿戴设备的崛起，增强现实技术在安防监控中将发挥出极大的作用。

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