CN104748754A - 车辆定位方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种车辆定位方法及其系统，该系统包含有一设置于一车辆前方的摄影机、多个可视位置标记及一车辆定位装置；其中多个可视位置标记设置于该摄影机的拍摄范围，且各可视位置标记包含有对应其所在地点的位置信息；如此，当车辆处于没有GPS或信号微弱时，其车辆定位装置可藉由摄影机拍摄到任一可视位置标记，获知该可视位置标记所包含的位置信息，再配合计算与该拍摄到的可位置标记的相对距离，即可在无GPS信号下仍可获得目前车辆GPS座标。

Description

车辆定位方法及其系统

技术领域

本发明涉及一种移动中车辆定位技术，尤其涉及一种在没有GPS或信号微弱中车辆定位技术。

背景技术

一般来说，目前车辆常见的定位系统为GPS导航系统50，如图7所示，主要包含有一GPS模块51及惯性测量模块(IMU)。由于GPS模块51是在地面接收卫星所发送关于装设该GSP模块51的车辆的经度、纬度、方向、速度等等行车数据，再配合该惯性测量模块的陀螺仪52、加速规53、尤拉角度估测单元54、导航加速度单元55及导航速度计算单元56，输出车辆目前的方向及速度，一并校正该GPS模块的方向及速度数据，最后决定车辆GPS座标(X,Y)。

以车辆驶入卫星收讯差或无卫星收讯的地点，如桥下或建筑内，GPS模块无法提供有效位置信息，则虽然导航系统50会以最后一笔有效行车信息为基础，再依据惯性测量模块接续输出的方位及速度计算车辆位置，但因感应器误差存在，使得计算车辆定位的误差累积，而形成错误的定位信息。

美国第20110121068号专利公开案揭示一种「于一预定区域内判断物件位置及旋转方位的方法及设备」的技术，是针对室内固定行进路线的物件进行定位。如图8所示，该设备包含有多个含有ID的条码定位标记61、位置参考图案60，以及多个装设于移动中物件63上的摄影机62；如图中所示，该位置参考图案60是贴覆于该预定区域的天花板上，为多个行、列垂直交错的格纹状，而该条码定位标记61则以固定间距矩阵排在该位置参考图案60上。当物件63移动时，其上的摄影机62会向上拍摄并影像处理该条码定位标记61，以读取其内含的ID及其上的二维轴向，以获知物件的大概位置及方位，再据此计算出物件63的位置，以确保物件63可于预定行进路线上行走。

虽然上述美国专利可定位一室内中移动的物件的位置，但仅应用于限定线路的移动物件，是以其位置参考图案及条码定位标记均固定于天花板上，并藉由多个图案的关系变化计算及定位座标，此座标系统只能适用特定区域；因此，纵使上述美国前案可提供移动物件位置信息，但仍无法作为GPS导航系统或自动巡航系统用的定位信息；所以，目前对于GPS导航系统或自动巡航系统用的定位信息在卫星信号弱或无卫星信号的场合，如何确定车辆的位置，仍有待进一步改良。

发明内容

有鉴于上述现有车辆GPS导航系统或自动巡航系统的缺点，本发明的主要目的在于提供种车辆定位方法及其系统。

欲达上述目的所使用的主要技术手段是令该车辆定位方法包含：

(a)设置多个可视位置标记于车辆前方的摄影机的拍摄范围，各可视位置标记包含有对应其所在地点的位置信息，供车辆前方装设的摄影机拍摄；

(b)拍摄其中一可视位置标记；

(c)影像处理该可视位置标记以读取其位置信息，并计算可视位置标记与车辆的相对距离；及

(d)依据上述位置信息及相对距离，计算出车辆所在GPS座标。

欲达上述目的所使用的主要技术手段是令该车辆定位系统包含：

一摄影机，可设置于一车辆前方；

多个可视位置标记，设置于该摄影机的拍摄范围，各可视位置标记包含有对应其所在地点的位置信息；及

一车辆定位装置，供设置于该车辆内并电连接至该摄影机，并包含有一影像处理模块、一本地位置计算模块及一本车位置计算模块；其中该影像处理模块接收该摄影机所拍摄包含有可视位置标记的影像，并影像处理该可视位置标记以读取其包含的位置信息；该本地位置计算模块则电连接至该影像处理模块及该摄影机，以同时取得该摄影机所拍摄包含有可视位置标记的影像，计算车辆距该可视位置标记的相对距离，再连同该位置信息一并输出至该本车位置计算模块，该本车位置计算模块依据距离修改该位置信息，而计算目前车辆所在GPS座标。

上述本发明车辆定位方法及系统主要于室内设置多个可视位置标记，各位标记包含有对应其所在位置的位置信息；如此，进入该室内的车辆可藉由摄机拍摄到任一可视位置标记，获知该可视位置标记所包含的位置信息，再配计算与该拍摄到的可位置标记的相对距离，修改其位置信息，即可获得目前辆的GPS座标。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的定。

附图说明

图1：本发明车辆定位方法的流程图；

图2：本发明应用于一车辆定位系统的架构图；

图3：本发明车辆定位系统的功能方框图；

图4A：本发明车辆定位系统第一较佳实施例的功能方框图；

图4B：本发明车辆定位系统第二较佳实施例的功能方框图；

图4C：本发明车辆定位系统第三较佳实施例的功能方框图；

图5A及图5B：本发明计算摄影机与可视定位标记相对距离的示意图；

图6：本发明车辆导航系统的功能方框图；

图7：既有一车辆导航系统的功能方框图；

图8：既有一车辆室内定位系统架构示意图。

其中，附图标记

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

本发明是针对车辆进入GPS信号弱或无GPS信号的场所，提供移动中车辆一定位信息，可进一步供车辆整合其原本的车辆导航系统或巡航系统，令该些系统均可在无GPS信号下，仍能获得目前车辆的GPS座标。

首先请参阅图1所示，本发明车辆定位方法包含有：

(a)设置多个可视位置标记于车辆前方的摄影机的拍摄范围(S10)，各可视位置标记包含有对应其所在地点的位置信息，供车辆前方装设的摄影机拍摄；其中该位置信息至少包含绝对座标(经度、纬度)；

(b)拍摄其中一可视位置标记(S11)；

(c)影像处理该可视位置标记以读取其位置信息，并计算可视位置标记与车辆之间相对距离(S12)；及

(d)依据上述位置信息及距离(S13)，计算出车辆实际的GPS座标(S14)。

再请配合参阅图2所示，谨以一室内停车场为例，于停车场的墙壁或柱子上内设置多个可视位置标记20，其设置的高度在车辆摄影机11可拍摄的范围R，如图4A至图4C所示，该可视位置标记20可为一维条码20b、二维条码20a或停车场内原有具有唯一性的图案20c。其中该一维条码20b或二维条码20a可将其所设置地点的位置信息直接编码，或者将其中一识别码予以编码。

当车辆自室外驶入图2所示的停车场时，其上摄影机11会拍摄到停车场内的任一可视位置标记20，由于各可视位置标记20均包含有其设置地点的位置信息，故车辆藉由拍摄得到的可视位置标记20，可获得该可视位置标记20的位置信息(X,Y,φ)，其中X,Y为GPS座标,φ为该图案与车辆平行的航向。惟该位置信息的GPS座标仍非车辆当时的实际GPS座标，须进一步以影像处理技术计算车辆与该可视位置标记的相对距离(D,E)，待完成相对距离(D,E)计算后，再以相对距离(D,E)校正该位置信息的GPS座标(X,Y)，以获得拍摄当下的车辆GPS座标(X’,Y’)。

请参阅图3所示，为本发明车辆室内定位系统10的功能方框图，其包含有设置于室内用的多个可视位置标记20外，尚包含供车辆安装置的一摄影机11及一车辆定位装置12；其中该车辆定位装置12电连接至该摄影机11。

上述车辆定位装置12包含有：

一影像处理模块121，接收该摄影机11所拍摄包含有可视位置标记20的影像，并影像处理该可视位置标记20以读取其包含的位置信息；

一本地位置计算模块122，电连接至该影像处理模块121及该摄影机11，以同时取得该摄影机11所拍摄包含有可视位置标记20的影像，计算车辆与该可视位置标记20的相对距离，再连同该位置信息一并输出；以及

一本车位置计算模块123，电连接至该影像处理模块121，以接收位置信息及相对距离，再以距离校正该位置信息，而计算目前车辆的GPS座标。

以下谨进一步说明车辆定位系统10中该本地位置计算模块122获得可视位置标记20的位置信息的数种实施例。首先请参阅图4A所示，当可视位置标记20为一维条码20b或二维条码20a，则其可将位置信息(X,Y,φ)或识别码(B1-1)直接编码成图形(如图4C所示)，而该车辆定位装置12的影像处理模块121即可对该一维条码20b或二维条码20a予以解码，而获得其唯一的位置信息(X,Y,φ)或识别码(B1-1)。当该影像处理模块121接收摄影机11所拍摄到包含可视位置标记20的画面，而对画面中的可视位置标记进行解码以获得位置信息(X,Y,φ)时，即将该位置信息(X,Y,φ)输出至该本地位置计算模块122；在此同时，该本地位置计算模块122亦同时接收包含有该可视位置标记20的画面，由于车辆定位装置12是固定装设在车辆内，故可依据该可视位置标记于该画面的大小及位置，如图5A及图5B所示，判断车辆与已拍摄位置标记20的相对距离(D,E)，并将该相对距离(D,E)输出至该本车位置计算模块123；本发明计算可视位置标记与车辆之间距离(D,E)的公式分别为：其中H、V为可视位置标记的长、宽；h、v为拍摄后的长、宽；f为像距；(2)E＝fD/e；其中E为位置标记与车辆前方中心点距离；e为拍摄后与影像与车辆前方中心点距离；f为像距。

至此，该本车位置计算模块123是取得可视位置标记的位置信息(X,Y,φ)，以及车辆与该可视位置标记之间的距离(E,D)，故可以该相对距离校正该位置信息的GPS座标(X,Y)，而计算出车辆目前的GPS座标位置(X’,Y’)，达到定位目的。

再如图4B所示，若各可视位置标记20为包含有识别码(B1-1)或网络地址的一维条码20b、二维条码20a，同样经由摄影机11拍摄后，经该影像处理模块121解码该一维条码20b或二维条码20a可获得该识别码(B1-1)或网络地址。该车辆定位装置12的本地位置计算模块122预先储存一包含有识别码及位置信息的对照表，当接收该影像处理模块121传来的识别码(B1-1)，即以查表方式自该对照表中读出此一识别码所对应的位置信息(X,Y)。至于该对照表的预设方式，可进一步由该本地位置计算模块122内建一上网单元124(如WIFI模块、蓝牙模块)，于进入室内停车场时与本地伺服器取得连线后，由该本地伺服器通过无线网络传送予该本地位置计算模块122进行储存。此外，若获得网络地址，再依据该网络地址连接至本地网络伺服器，以读取其位置信息。

请参阅图4C所示，若各可视位置标记20为具有唯一性的图案20c，则经摄影机11拍摄后，同样由该影像处理模块121识别出该图案20c，再由该本地位置计算模块122所内建的上网单元124将图案20c通过无线网络传送至本地伺服器，由本地伺服器将该图案20c所对应的位置信息回传至该本地位置计算模块122。

由上述说明可知，本发明的车辆室内定位系统12可于进入室内时，藉由可视位置标记，而计算出车辆的GPS座标，因此本发明可另提供一种如图6所示的车辆导航系统30，其包含有该车辆定位系统12及一车辆导航装置31，该车辆导航装置31包含有GPS模块32及惯性测量模块，该惯性测量模块电连接GPS模块及该车辆定位系统12的本车位置计算模块123，又该惯性测量模块包含有陀螺仪33、加速规34、尤拉角度估测单元35、导航加速度单元36及导航速度计算单元37。

当其中车辆导航装置31作为车辆导航系统30在失去GPS信号后，以本发明计算车辆位置信息作为惯性测量单元的正确起始位置信息，不因起始位置错误，而造成依据惯性测量单元输出的方位及速度计算的车辆位置因累计误差而不正确。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种车辆定位方法，其特征在于，包含：

(a)设置多个可视位置标记于车辆前方的摄影机的拍摄范围，各可视位置标记包含有对应其所在地点的位置信息，供车辆前方装设的摄影机拍摄；

(b)拍摄其中一可视位置标记；

(c)影像处理该可视位置标记以读取其位置信息，并计算车辆与该可视位置标记的相对距离；及

(d)依据上述位置信息及相对距离，计算出车辆实际GPS座标。

2.根据权利要求1所述的车辆定位方法，其特征在于：

上述步骤(a)的可视位置标记为一维条码或二维条码，并将该位置信息编码于其中；

上述步骤(c)是直接解码所拍摄的可视位置标记，以读取其位置信息。

3.根据权利要求1所述的车辆定位方法，其特征在于：

上述步骤(a)的可视位置标记为一维条码或二维条码，并将一识别码或网络位置编码于其中，该识别码对应一位置信息；

上述步骤(c)是直接解码所拍摄的可视位置标记，以读取其识别码或网络地址；如读取为识别码，则再读取一预先储存包含有识别码及位置信息的对照表，并依据解码出的识别码查表出其对应的位置信息；如读取为网络地址，再依据该网络地址连接至本地网络伺服器，以读取其位置信息。

4.根据权利要求1所述的车辆定位方法，其特征在于：

上述步骤(a)的各可视位置标记是唯一图形；

上述步骤(c)是识别该图形识别信息，并连接至本地网络伺服器，传送该图形的识别信息至本地网络伺服器，以待回传其位置信息。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的车辆室内定位方法，其特征在于，上述步骤(c)是以下列公式分别计算可视位置标记与车辆之间距离(D,E)：

其中H、V为可视位置标记的长、宽；h、v为拍摄后的长、宽；f为像距；

E＝fD/e；其中E为位置标记与车辆前方中心点距离；e为拍摄后与影像中心点距离；f为像距。

6.一种车辆定位系统，其特征在于，包含：

一摄影机，能够设置于一车辆前方；

多个可视位置标记，设置于该摄影机的拍摄范围，各可视位置标记包含有对应其所在地点的位置信息；及

一车辆定位装置，供设置于该车辆内并电连接至该摄影机，并包含有一影像处理模块、一本地位置计算模块及一本车位置计算模块；其中该影像处理模块接收该摄影机所拍摄包含有可视位置标记的影像，并影像处理该可视位置标记以读取其包含的位置信息，该本地位置计算模块则电连接至该影像处理模块及该摄影机，以同时取得该摄影机所拍摄包含有可视位置标记的影像，计算车辆与该可视位置标记的相对距离，再连同该位置信息一并输出至该本车位置计算模块，该本车位置计算模块依据相对距离校正该位置信息，而计算目前车辆的GPS座标。

7.根据权利要求6所述的车辆室内定位系统，其特征在于：

上述各可视位置标记为一维条码或二维条码，并将该位置信息编码于其中；

上述车辆定位装置的影像处理模块是直接解码所拍摄的可视位置标记，以读取其位置信息。

8.根据权利要求6所述的车辆定位系统，其特征在于：

上述各可视位置标记为一维条码或二维条码，并将一识别码或网络地址编码于其中，该识别码对应一位置信息；

上述车辆定位装置的影像处理模块是直接解码所拍摄的可视位置标记，以读取其识别码或网络地址，且该本地位置计算模块预先储存一包含有识别码及位置信息的对照表，如读取为识别码，则并依据解码出的识别码查表出其对应的位置信息；如读取为网络地址，再依据该网络地址连接至本地网络伺服器，以读取其位置信息。

9.根据权利要求6所述的车辆室内定位系统，其特征在于：

上述各可视位置标记是唯一图形；

上述车辆定位装置的影像处理模块是识别该图形的识别信息，且该本地位置计算模块内建有一上网单元，以连接至本地网络伺服器，传送该图形的识别信息至本地网络伺服器，以待回传其位置信息。

10.根据权利要求6-9中任意一项所述的车辆室内定位方法，其特征在于，该本地位置计算模块是以下公式计算，计算车辆相对距离(D,E)：

其中H、V为可视位置标记的长、宽；h、v为拍摄后的长、宽；f为像距；

E＝fD/e；其中E为位置标记与车辆前方中心点距离；e为拍摄后与影像中心点距离；f为像距。