增强现实(Augmented Reality,简称AR)利用可视化技术将虚拟的信息叠加在人类生活的现实世界中,致力于提高人们对外在世界的感知能力,被誉为“未来20年内改变世界十大科技之一”。一个成功的AR系统的关键在于准确、快速而又鲁棒的虚实注册,即虚拟物体与真实场景的完美融合才能保证用户无视差的体验,而本论文的研究主要围绕基于视觉的AR系统注册问题展开,提出了若干不同应用环境下的注册方法和新思路,主要工作如下：1.系统研究了基于视觉的AR注册原理,在逐步分析相机成像模型和畸变模型的基础上给出了完整的注册参数推导过程和参数优化方法；接着深入总结了当前两种AR实现模式(标识识别和自然特征跟踪注册)的特点和发展方向。2.研究了基于亚像素角点定位的AR标识注册技术。根据四边形标识的几何特征提出了一种改进的亚像素角点定位算法,具有更高的角点检测精度和更好的畸变鲁棒性；并结合海明码设计的标识系统成功实现基于亚像素角点定位的标识注册,结果表明该方法注册精度高,运行效率好,能有效满足AR系统所需的稳定性要求。3.研究了基于高效跟踪的AR无标记注册方法。首先利用压缩采样理论改进了基于贝叶斯分类器的跟踪框架,输入端利用遵循高斯分布的随机测量矩阵来进行目标特征的稀疏表示,通过对正负样本的学习和更新来实现高效跟踪；然后将改进的跟踪方法应用到AR自然特征跟踪注册去,并构建了一种基于网络的AR注册框架；最后成功地进行了AR无标记注册定位和渲染试验,证明了这种注册思路是可行的,为未来的增强现实应用的开发和普及提供了一定的理论基础和技术储备。