平面目标跟踪是增强现实(Augmented Reality,AR)领域中一种针对平面目标的三维跟踪技术。它要求实时而精确地对摄像机图像中平面目标进行位姿估计,从而为增强现实的渲染系统提供用于透视投影的变换矩阵。通过调研可知,现有的平面目标跟踪算法普遍存在实时性低和无法适应各种恶劣的跟踪条件的不足。针对这些不足,本文进行了相关研究,主要工作有以下两点:第一,本文提出了一种新颖的基于控制点的平面目标跟踪算法。算法的核心内容可以分为三步:1)对控制点及其周围梯度上下文间的时空关系进行建模;2)根据控制点的时空模型和控制点的先验模型间的相关性,对控制点进行定位;3)由四个控制点跟踪器实时定位4个控制点,从而获取4组2D-3D点对应关系,进而可以由PnP(Perspective-n-Point)算法进行位姿估计。另外,对于某些具有纹理的平面目标,本文提出了一种基于关键帧和特征匹配的控制点重定位算法,使得基于控制点平面目标跟踪算法具有一定的自校正能力。实验结果表明,本文的跟踪算法在保证较好的实时性和精确性的同时,对各种具有挑战的跟踪条件也具有较好的鲁棒性。第二,本文在提出的平面目标算法的基础上设计了增强现实贴图应用。该应用可以根据场景中平面目标的位姿信息,将用户希望贴出的图像实时注册至平面目标上。这种新颖的贴图方法可以应用于海报宣传、墙体广告、引导说明等等。