增强现实是在虚拟现实的基础上发展起来的新技术。它是将计算机系统生成的虚拟信息叠加到用户所在的真实场景中,实现对现实世界的增强。用户可以以更加自然的方式与环境中的真实和虚拟的物体进行交互。将增强现实技术应用到康复领域已经成为了国内外研究的热点,它不仅可以以贴近生活的方式帮助患者训练,还可以让患者摆脱对治疗师的依赖,自主进行康复训练,更具有真实性。本文以国家自然科学基金项目为背景,结合标识和自然特征,设计并开发一个基于视觉的增强现实手部康复训练系统。本文的主要研究内容如下:本文对目前基于标识的增强现实研究现状做了相关的比较,分析各种标识的设计原理和不足之处。针对手部康复训练的需要,本文改进一种用于手部康复训练的海明码彩色标识,通过实验验证了彩色标识的鲁棒性和实用性。其次,本文对基于自然特征的增强现实技术做了相关的研究,并提出一种基于ORB和KLT结合单应性矩阵的跟踪注册方法。该方法的创新点在于对传统KLT算法的改进,通过加入图像金字塔分析在特征点“大运动”情况下的跟踪性能,使用改进的KLT算法结合单应性矩阵对目标特征进行跟踪注册,通过实验验证了该方法的可行性。最后,本文开发设计一个基于视觉的增强现实手部康复训练系统。该系统将基于标识和自然特征的跟踪注册方法相结合,设计了三个康复训练项目:柱子训练、插棍训练和打地鼠训练。三个项目在难度上具有递进关系,主要锻炼人的手指、腕关节、肘关节和肩关节等功能。最后通过实验进行了问卷评估和分析,验证了该系统的有效性和实用性。