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本文主要研究了增强现实系统中的三维注册技术，它所要完成的任务是实时地跟踪用户头部的位置和视线方向，根据这些信息确定所要添加的虚拟物体在真实空间坐标中的映射位置，并将它实时地显示在头盔显示器的正确位置。它具体包含了跟踪技术、标定技术和匹配技术。为了把真实物体与虚拟物体完美地融合在一起，正确注册至关重要。本文首先系统地论述了增强现实的概念、特征及其应用领域；分析了增强现实系统的结构，并对增强现实技术中的显示技术、三维注册技术等关键技术进行了论述。接着对增强现实系统中的各种跟踪技术进行了总结，并分析比较了磁场跟踪、声学跟踪、视觉跟踪及混合跟踪等注册技术。在此基础上，重点研究了基于视觉跟踪的三维注册技术，分别分析实现了基于单目式和双目式视觉跟踪技术的增强现实系统的原型。对于前者，我们采用在真实场景中的标志物提取特征点的方式，求得三维空间中虚拟物体上的某一点及其在增强现实场景坐标下的投影点之间的转换关系，从而实现三维注册，并应用非线性优化算法来提高精度；对于后者，把设计好的标志物放在用户头部的头盔显示器上，通过对标志物的三维信息的跟踪实现对用广头部位置的三维信息的跟踪，用图象处理的方法提取特征点、对双目图像进行三维重建，从而实现三维注册。实践证明，本文所实现的方法具有良好的实时性和精度，从而证明了视觉式三维注册技术在增强现实系统中的重要应用价值。