．增強現實技術（AR）在監控與相關影像應用的發展概述

INCAST: Interactive Camera Streams for Augmenting Surveillance Cams

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增強現實技術(AugmentedReality，簡稱 AR)，是一種即時地計算攝影機影像的位置及角度，並加上相應圖像、影像、3D 模型的技術，這種技術的目標是在螢幕上，把虛擬世界套在現實世界並進行互動。

除了看清楚你自己的世界，還可以親身體驗別人的世界，這就是增強現實(AR)技術帶來的衝擊效果之一。這種技術 1990 年提出。隨著隨身電子產品 CPU 運算能力的提升，預期增強現實的用途將會越來越廣。

而這一技術可以說是安控行業發展的新機會。

　　

透過 AR 等技術與影像圖像算法、影像壓縮及傳輸、雲計算、大數據等科學技術的深度融合，影像監控系統作為關鍵性內容的輸入端和圖像、數據的處理端。

立足 VR/AR 用戶體驗，可以有效針對虛擬現實場景，強化其內容拼接、色差消除、景深調整、數據處理、結構化數據提取和分析等技術處理效果，為用戶提供浸入式的影像感知體驗，助力AR產品實現良好的體感交互，為影像監控行業創造出嶄新的行業應用和市場需求，推動影像監控系統在民用、商用等領域，得到更為廣泛的應用。

　　

一、技術原理

Augmented Reality 簡稱 AR，也被稱為擴增現實。

增強現實技術，它是一種將真實世界訊息，和虛擬世界訊息「無縫」整合的新技術，是把原本在現實世界的一定時間、空間範圍內，很難體驗到的實體訊息(視覺訊息、聲音、味道、觸覺等)，透過電腦等科學技術，模擬仿真後再疊加，將虛擬的訊息應用到真實世界，被人類感官所感知，從而達到超越現實的感官體驗。真實的環境和虛擬的物體，即時地疊加到了同一個畫面或空間同時存在。

　　

增強現實技術，不僅展現了真實世界的訊息，而且將虛擬的訊息同時顯示出來，兩種訊息相互補充、疊加。在視覺化的增強現實中，用戶利用頭盔顯示器，把真實世界與電腦圖形多重合成在一起，便可以看到真實的世界圍繞著它。

　　

增強現實技術包含了多媒體、3D 建模、即時影像顯示及控制、傳測感器融合、即時跟蹤及註冊、場景融合等新技術與新手段。增強現實提供了在一般情況下，不同於人類可以感知的訊息。

　　

二、主要特點

AR 系統具有三個突出的特點：

真實世界和虛擬的訊息整合；

具有即時交互性；

是在 3D 尺度空間中增添定位虛擬物體。AR 技術可廣泛應用於多等領域。

　　

三、組成形式

一個完整的增強現實系統，是由一組緊密聯結、即時工作的硬體組件，與相關的軟體系統協同實現的，常用的有如下三種組成形式。

(一)Monitor-Based

在基於電腦顯示器的 AR 實現方案中，攝影機攝取的真實世界圖像輸入到電腦中，與電腦圖形系統產生的虛擬景像合成，並輸出到螢幕顯示器。使用者從螢幕上，看到最終的增強場景圖片。它雖然簡單，但不能帶給用戶多少沈浸感。Monitor-Based 增強現實系統實現方案如下圖所示：

　　Monitor-based增強現實系統

　　

(二)光學透視式

頭盔式顯示器(Head-mounteddisplays，簡稱 HMD)被廣泛應用於虛擬現實系統中，用以增強用戶的視覺沈浸感。增強現實技術的研究者們，也採用了類似的顯示技術，這就是在 AR 中廣泛應用的穿透式 HMD。

根據具體實現原理又劃分為兩大類，分別是基於光學原理的穿透式 HMD(OpticalSee-throughHMD)和基於影像合成技術的穿透式 HMD(VideoSee-throughHMD)。光學透視式增強現實系統實現方案如下圖所示：

　　光學透視式增強現實系統

　　

光學透視式增強現實系統具有簡單、解析度高、沒有視覺偏差等優點，但它同時也存在著定位精度要求高、延遲匹配難、視野相對較窄和價格高等不足。

　　

(三)影像透視式

影像透視式增強現實系統，採用的基於影像合成技術的穿透式 HMD(VideoSee-through HMD)，實現方案如圖 5 所示：

　　影像透視式增強現實系統

　　

四、應用領域
AR 技術不僅在與 VR 技術相類似的應用領域，諸如尖端武器、飛行器的研製與開發、數據模型的可視化、虛擬訓練、娛樂與藝術等領域具有廣泛的應用，而且由於其具有能夠對真實環境進行增強顯示輸出的特性，在醫療研究與解剖訓練、精密儀器製造和維修、軍用飛機導航、工程設計和遠端機器人控制等領域，具有比VR技術更加明顯的優勢。

醫療領域：醫生可以利用增強現實技術，輕易地進行手術部位的精確定位。

軍事領域：部隊可以利用增強現實技術，進行方位的辨識，獲得即時所在地點的地理數據等重要軍事數據。

古蹟復原和數位化文化遺產保護：文化古蹟的訊息，以增強現實的方式提供給參觀者，使用者不僅可以透過 HMD 看到古蹟的文字解說，還能看到遺址上殘缺部分的虛擬重構。

工業維修領域：透過頭盔式顯示器，將多種輔助資訊顯示給用戶，包括虛擬儀表的面板、被維修設備的內部結構、被維修設備零件圖等。

網路影像通訊領域：該系統使用增強現實和人臉跟蹤技術，在通話的同時，在通話者的臉部即時疊加一些如帽子、眼鏡等虛擬物體，在很大程度上提高了影像對話的趣味性。

電視轉播領域：透過增強現實技術，可以在轉播體育比賽的時候，即時的將輔助訊息疊加到畫面中，使得觀眾可以得到更多的訊息。

娛樂、遊戲領域：增強現實遊戲可以讓位於全球不同地點的玩家，共同進入一個真實的自然場景，以虛擬替身的形式，進行網絡對戰。

旅遊、展覽領域：人們在瀏覽、參觀的同時，透過增強現實技術，將接收到途經建築的相關資料，觀看展品的相關數據資料。

市政建設規劃：採用增強現實技術，將規劃效果疊加真實場景中，以直接獲得規劃的效果。

水利水電勘察設計：在水利水電勘察設計領域，3D 協同設計穩步發展，可能會在不遠的將來，取代傳統的 2D 設計，AR 技術在設計領域的應用，為水利水電 3D 模型的應用，提供了更好的展示手段，使得 3D 模型與 2D的設計、施工圖紙能更加緊密地結合起來。

AR 技術在勘察設計領域中，可以有效地應用於即時方案比較、設計元素編輯、3D 空間綜合資訊整合、輔助決策和設計方案多方參與等方面。

安控領域：增強現實作為一個新型的人機接口和仿真工具，受到了安控行業熱切的關注，得到了廣泛的應用，顯示出增強現實巨大的市場潛力，充分的發揮了創造力，是人類智慧的一種擴展，提供了各種各樣的應用，對生產生活都產生了很深遠的影響。

隨著技術的不斷發展，AR 也將不斷的增強，特別是隨著輸入和輸出設備的價格不斷下降，隨著影像顯示品質的提高，功能強大，且易於使用的軟體越來越實用化。AR的應用必將日益增長。

五、發展歷史
增強現實顯示器，將電腦生成的圖形，疊加到真實世界中。自從二十世紀七十年代早期，Pong 進入電子遊戲廳以來，視訊遊戲走進我們的生活，已經有 30 多年了，但是一直局限在螢幕中的 2D 世界中，而增強現實這一新技術的到來，將透過增強我們的見、聲、聞、觸和聽，進一步模糊真實世界，與電腦所生成的虛擬世界之間的界線。

從虛擬現實(創建身臨其境的、電腦生成的環境)和真實世界之間的光譜來看，增強現實更接近真實世界。增強現實將圖像、聲音、觸覺，和氣味按其存在形式，添加到自然世界中。

由此可以預見視訊遊戲，會推動增強現實的發展，但是這項技術將不僅僅局限於此，而會有無數種應用。從旅行團到軍隊的每個人，都可以透此技術，將電腦生成的圖像，放在其視野之內，並從中獲益。

增強現實將真正改變，我們觀察世界的方式。想像您自己行走在或者驅車行駛在路上。透過增強現實顯示器(最終看起來像一副普通的眼鏡)，資訊化圖像將出現在您的視野之內，並且所播放的聲音，將與您所看到的景象保持同步。這些增強訊息將隨時更新，以反映當時大腦的活動。

微軟公司於 2015 年 1 月 22 日發佈的 HoloLens 全像眼鏡。

六、全球現狀
作為新型的人機接口和仿真工具，AR 受到的關注日益廣泛，並且已經發揮了重要作用，顯示出了巨大的潛力。AR 是充分發揮創造力的科學技術，為人類的智慧擴展提供了強有力的手段，對生產方式和社會生活，產生了巨大的深遠的影響。

隨著技術的不斷發展，其內容也勢必將不斷增加。而隨著輸入和輸出設備價格的不斷下降、影像顯示品質的提高，以及功能很強大，但易於使用的軟體的實用化，AR 的應用必將日益成長。

AR 技術在人工智慧、CAD、圖形仿真、虛擬通訊、遙感、娛樂、模擬訓練等，許多領域帶來了革命性的變化。

總體來講，增強現實在全球皆處於起步階段，許多虛擬現實領域的企業已經開始專注於「增強現實」的研發和應用。

目前全世界一些企業，已開始在 AR 領域進行佈局：Fortem 公司已經成功實施一些 3D/AR 概念的監控平台，還有大家熟悉的 Milestone/AXIS/Avigilon/BOSCH/Genetec 等知名安控公司；對岸的大華在公佈年報同時，強調強化 AR 的研究佈署；而高新興去年年底，策略性入股了蟻視科技(專注於虛擬現實、增強現實、全像現實等穿戴式設備的新興公司)；中視典數字科技研發的 VRP12.0，就整合了增強現實的功能。

而台灣的安控廠商，好像在這塊領，還沒聽到很具體的發展！？事實上，很多國際公司對台灣的影像處理領域，還是抱有高度合作的興趣，台灣廠商應該擴大對國際的接觸，不能因與對岸的螞蟻雄兵，以及巨大的競爭對手，而忽略自己過去的優勢！397180124

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