摘要
增强现实是一种将虚拟信息与现实世界相结合的技术，利用计算机视觉、传感器技术和高精度定位等技术，为用户提供沉浸式的虚拟体验。将增强现实技术应用于数字博物馆的文物展览中，有助于拉近参观者与文物的距离，使展览更具趣味性。针对增强现实技术在文物展览应用场景中，虚拟模型的存储受到增强现实设备容量限制，注册效果易受光照和相机角度的影响，从而导致的文物识别效果差、虚拟模型注册失败率高的问题，本文利用优化后的YOLOv5算法和虚拟模型注册算法，改善增强现实展示效果，并应用于文物展示系统中，主要研究工作如下： （1）在文物识别部分，针对由采集的目标图像背景复杂、文物纹理丰富而导致的误检、识别准确率低的问题，本文对YOLOv5算法的网络结构进行了优化。首先，在YOLOv5网络结构中的骨干网络与颈部网络之间引入了CBAM注意力机制，有效提取目标局部信息；其次，在骨干网络中的Bottleneck模块中，使用多头注意力机制替换普通卷积，有效捕获局部信息，降低了无用信息的干扰；然后，采用DIou-NMS方法挑选最优的目标检测框作为最终的预测框。最后，利用自建的文物数据集对优化后的目标检测算法性能进行评估。实验结果表明，本文提出的算法提高了文物的平均检测精度，比原算法更适用于文物的目标检测； （2）在虚拟模型跟踪注册部分，针对由于光照、相机角度变换较大而导致的虚拟模型注册失败的问题，本文在传统视觉SLAM技术基础上，提出了结合图像恢复的虚拟模型注册方法。在跟踪阶段，对匹配数量较少的相邻图像帧，结合改进的Retinex算法进行图像恢复处理，提升特征匹配数量；在注册阶段，结合IMU传感器数据与深度相机的图像深度信息，估计相机位姿变换信息，完成虚拟模型的注册。最后，利用TUM数据集和EuRoC数据集对注册算法性能进行了评估。实验结果表明，本文跟踪注册算法提升了图像匹配精度、提高了相机运动轨迹估算精度，缓解了虚拟模型注册漂移、失败的现象； （3）基于增强现实设备HoloLens设计实现了文物展示系统。通过UDP协议建立客户端-服务端架构，实现虚拟模型的远程传输。其中，客户端主要实现目标信息采集、模型加载以及人机交互的功能；服务端主要实现接收信息、信息识别以及提供虚拟模型的功能。
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