机器视觉进入增强和虚拟现实环境

增强现实和虚拟现实(AR/VR)应用意义深远。在通用电气可再生能源工厂组装风力涡轮机的工人们戴着智能眼镜，这使他们能够提取资产上的数字化方向。福特的汽车设计师正在使用微软的HoloLens混合现实耳机来预览投射到真实汽车或粘土模型上的设计。苹果新推出的iOS 12系统提供了一款名为Measure的AR应用，用户可以用手机的摄像头测量物体。

尽管AR/VR市场已经成熟，但机器视觉刚开始也有了小收获。但与深度学习等许多颠覆性技术一样，AR/VR为视觉和成像行业带来了越来越多的好处。

扣篮
同步定位与测绘(SLAM)是视觉与增强现实领域的一项重要技术。SLAM利用物理数据通过特征点构建未知环境的地图，使AR应用程序能够识别3D物体。计算机视觉研究和开发公司Augmented Pixels创造了由内到外的SLAM跟踪。该技术可以对环境进行实时跟踪、测绘和表面重建，包括避障，具有亚毫米精度和低延迟。

SLAM由内而外跟踪使用两套传感器。一架是单声道相机，另一架是立体相机。两者都有一个陀螺仪和一个加速计，运行在低功耗的CPU上。扩增像素的SLAM库允许客户用最少的硬件在本地生成地图。

“我们的客户有一个地图结构，他们可以重用地图，并将一些内容整合到其中，”Augmented Pixels的首席执行官Vit Goncharuk说。“所以你可以让三到四个人戴着AR眼镜，在同一个地图上同时进行实时位置估计。”
2017年，增强像素与LG电子合作，为制造商的自动吸尘器创建了一个智能、紧凑的3D相机模块与SLAM。该模块包括6DoF(六自由度)和机载点云的实时计算，点云是代表一个三维形状的大数据集的集合。Goncharuk说:“我们还看到了智能玩具和仓库机器人的市场，这些机器人可以通过编程将物品从a点带到B点。”

Goncharuk表示，由于SLAM系统只需要一个单声道摄像头和一个移动应用程序就可以运行，因此与谷歌、苹果和Facebook等竞争对手的系统相比，它的成本更低，灵活性和效率更高。

模仿人眼
辐射视觉系统该公司开发了照明和显示测量技术，创造了一个镜头，从耳机测量AR/VR显示质量，以确保预期的用户体验。辐射视觉系统的首席解决方案官Doug Kreysar说:“一个标准的、现成的显示测量系统可以用来测量笔记本电脑的显示器，就像人看到它一样，例如，通过成像从半米到一米远的整个显示器。”“但在AR/VR技术下，测量系统的‘瞳孔’必须复制人类的虹膜，而虹膜的位置距离显示器只有几毫米。”

用于显示测量系统的典型镜头禁止将系统定位在人眼的位置。这是因为系统的“瞳孔”(光圈)被设计在镜片的深处，当通过耳机捕捉图像时，会导致显示器的遮挡。为了解决这个问题，辐射视觉系统公司在其新的AR/VR镜头前面设计了光圈。这使得在AR/VR头盔中，成像系统的入口瞳孔定位与人眼的位置相同，从而可以像用户看到的那样，完整地看到近眼显示器。

辐射视觉系统在其镜头设计过程中还必须克服另一个光学挑战:获取高达120°水平视野的宽视场，可以在空间背景下获得准确的数据，以实现显示设计的精确调整。“我们不能只是给出一个漂亮的画面，”克雷萨尔说。“我们必须给出绝对的数量值。”

除了消费电子产品，Kreysar还认为AR/VR在军事、医疗和工业应用领域的应用也在不断增长。他说:“我们将看到AR、VR和混合现实技术的爆炸式增长，因为当你在工作时，在你的视野内显示信息是非常有用的。”“随着消费电子市场中沉浸式体验越来越多，人们很难不对这项技术感到兴奋。”

好坏参半
财力雄厚的科技公司正在直接从科幻小说中引进AR/VR技术。英特尔利用人工智能和英特尔Re188金宝搏下载界面alSense深度传感相机技术，打造了融合AR和VR的混合现实环境。英特尔的RealSense技术使计算设备能够理解手势和面部表情，目前正被集成到虚拟现实头盔中，用于一个名为Alloy项目的解决方案。

Alloy项目配备了空间和上下文感知功能，为用户提供了自由的活动范围。这样就不需要控制台和控制器来操作VR头戴式设备。例如，佩戴者不用控制器来抓取虚拟物体，而是直接用手。此外，这款耳机还能探测和避免物理物体，使用户能够安全地在虚拟环境中导航。

尽管取得了进展，但基于视觉的AR/VR解决方案仍然面临障碍。AR/VR不仅需要摄像头，还需要人工智能、深度学习和处理海量数据集的能力。这项技术还依赖于体积庞大的头戴式耳机，这些耳机通常提供低分辨率的图像，更不用说让人感到恶心了。虽然Oculus Rift和HTC Vive等虚拟现实产品是主流，但AR头戴设备仍主要面向开发者。

但《游戏改变者:增强现实将如何改变体育世界》(Game Changer: How Augmented Reality will Transform the World of Sports)一书的作者马修•布塞尔(Matthew Busel)表示，这些挑战最终将被克服。正如他所说:“改变世界的不是今天的AR，而是10年后的AR。”

如果AR/VR让人们以一种新的方式看世界，那么机器视觉可以帮助他们理解它。通过跟踪和绘图软件、专用镜头和下一代VR头盔等解决方案，机器视觉正在AR/VR世界插上自己的旗帜。