Augmented Reality (AR) aims to complement the visual perception of the user environment superimposing virtual elements. The main challenge of this technology is to combine the virtual and real world in a precise and natural way. To carry out this goal, estimating the user position and orientation in both worlds at all times is a crucial task. Currently, there are numerous techniques and algorithms developed for camera pose estimation. However, the use of synthetic square markers has become the fastest, most robust and simplest solution in these cases. In this scope, a big number of marker detection systems have been developed. Nevertheless, most of them presents some limitations, (1) their unattractive and non-customizable visual appearance prevent their use in industrial products and (2) the detection rate is drastically reduced in presence of noise, blurring and occlusions. In this doctoral dissertation the above-mentioned limitations are addressed. In first place, a comparison has been made between the different marker detection systems currently available in the literature, emphasizing the limitations of each. Secondly, a novel approach to design, detect and track customized markers capable of easily adapting to the visual limitations of commercial products has been developed. In third place, a method that combines the detection of black and white square markers with keypoints and contours has been implemented to estimate the camera position in AR applications. The main motivation of this work is to offer a versatile alternative (based on contours and keypoints) in cases where, due to noise, blurring or occlusions, it is not possible to identify markers in the images. Finally, a method for reconstruction and semantic segmentation of 3D objects using square markers in photogrammetry processes has been presented.La Realidad Aumentada (AR) tiene como objetivo complementar la percepción visual del entorno circunstante al usuario mediante la superposición de elementos virtuales. El principal reto de dicha tecnología se basa en fusionar, de forma precisa y natural, el mundo virtual con el mundo real. Para llevar a cabo dicha tarea, es de vital importancia conocer en todo momento tanto la posición, así como la orientación del usuario en ambos mundos. Actualmente, existen un gran número de técnicas de estimación de pose. No obstante, el uso de marcadores sintéticos cuadrados se ha convertido en la solución más rápida, robusta y sencilla utilizada en estos casos. En este ámbito de estudio, existen un gran número de sistemas de detección de marcadores ampliamente extendidos. Sin embargo, su uso presenta ciertas limitaciones, (1) su aspecto visual, poco atractivo y nada customizable impiden su uso en ciertos productos industriales en donde la personalización comercial es un aspecto crucial y (2) la tasa de detección se ve duramente decrementada ante la presencia de ruido, desenfoques y oclusiones Esta tesis doctoral se ocupa de las limitaciones anteriormente mencionadas. En primer lugar, se ha realizado una comparativa entre los diferentes sistemas de detección de marcadores actualmente en uso, enfatizando las limitaciones de cada uno. En segundo lugar, se ha desarrollado un novedoso enfoque para diseñar, detectar y trackear marcadores personalizados capaces de adaptarse fácilmente a las limitaciones visuales de productos comerciales. En tercer lugar, se ha implementado un método que combina la detección de marcadores cuadrados blancos y negros con keypoints y contornos, para estimar de la posición de la cámara en aplicaciones AR. La principal motivación de este trabajo se basa en ofrecer una alternativa versátil (basada en contornos y keypoints) en aquellos casos donde, por motivos de ruido, desenfoques u oclusiones no sea posible identificar marcadores en las imágenes. Por último, se ha desarrollado un método de reconstrucción y segmentación semántica de objetos 3D utilizando marcadores cuadrados en procesos de fotogrametría
