增强现实是一种虚实融合的技术,能够把虚拟物体融合到真实环境中,使用户达到超越现实的感官体验。经过数十年的研究与发展,增强现实技术目前已经在汽车维修、文物复原和临床医疗等领域被广泛应用。三维物体跟踪是真实环境中的某个三维物体被当作目标物体,并且这个物体的三维模型已知,系统将视频中的目标物体与三维模型进行配准,使三维模型投影到目标物体在图像中的位置。因此,三维物体跟踪也叫基于模型跟踪,可以作为一种增强现实的实现方式。真实世界中的三维物体形态各异,按照不同的分类标准,有刚体与非刚体、有纹理与无纹理之分,本文仅针对有纹理的三维刚体。三维物体跟踪技术虽然历经数十年发展,但实现过程仍然存在多种挑战,例如运动模糊、复杂背景等问题。实现三维物体跟踪需要进行相机姿态估计,关于如何获取相机姿态,目前存在多种方法。其中,基于视觉特征点的方法具有对遮挡、光照和尺度变化鲁棒,容易达到实时的优点。鉴于以上原因,本文设计实现了一种基于局部特征的三维物体检测与跟踪系统。本系统适用于有纹理的三维物体,充分利用物体表面的纹理特征,检测和跟踪方法都基于特征点。系统运行前首先对目标物体模型进行特征提取并生成预处理文件。系统启动后自动对输入视频中的目标物体进行检测,检测成功后开始跟踪,系统在跟踪丢失情况下可以对目标物体进行重新检测初始化,自动完成两种模式的切换。系统在对目标物体进行检测和跟踪的同时,将运行结果实时地展示出来,使用户有一个直观的感受。本系统追求操作简单的原则,不需要在场景中放置标记,也不需要进行人机交互,用户只需要上传目标物体的三维模型和检测视频。本系统对于硬件设备要求不高,实现过程没有使用GPU加速,输入设备仅使用单目RGB摄像头,目前在PC端接近实时,未来非常有希望进一步移植到一些嵌入式设备上,例如AR眼镜、工业机械臂等,这将具有很大的实用价值。