CN104884898B - 确定车辆位置的导航系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种确定车辆位置的导航系统和方法。导航系统包括被配置来采撷图像数据的图像传感器。地图数据库包括街道照明数据，其包括针对多个街灯(41)的指示街灯(41)所安装的位置(31)的位置数据，和指示所述街灯(41)的光源(42)所处的高度(34)的高度数据。处理装置被配置来通过使用所述街道照明数据分析所述图像数据而改进位置估计值。

Description

确定车辆位置的导航系统和方法

技术领域

本发明的实施方案涉及一种包括图像传感器和地图数据库的导航系统，且涉及由此导航系统执行的方法。本发明的实施方案特定来说涉及其中存储在地图数据库中的信息可用于更准确地确定位置的导航系统和方法。

背景技术

导航系统广泛用于汽车和其它车辆中。导航系统愈加普及可有助于实现此类系统提供的增强的舒适度和增加的安全性。导航系统可提供导航任务中的辅助，例如识别最佳路线、识别适宜的路线替代方案或路线指导。路线指导是驾驶者辅助功能的一个实例。驾驶者可被告知何时需要改变车道以遵循特定路线。其它驾驶者辅助功能可涉及安全相关方面，例如警告驾驶者何时他定位在错误车道上、警告驾驶者潜在危险交叉路口或其它关键情形。

在驾驶过程中帮助驾驶者的驾驶者辅助系统也称为“先进驾驶者辅助系统”(ADAS)。此类先进驾驶者辅助功能的实例包括例如车道背离警告、车道改变辅助，或夜视。一些先进驾驶者辅助功能需要以小于道路的横向方向上的车道宽度的准确度确定车辆的位置，例如以识别车辆当前所处的车道。

一种用于改进位置确定准确度的方法将不同位置感测技术组合。为了说明，可使用GPS与车轮速度传感器的组合来以较高准确度确定沿着道路的纵向方向的位置。

用于改进位置确定准确度的其它方法可使用存储在地图数据库中的数据与以图像传感器采撷的图像数据的组合。此类型的方法可用于识别车道标记、交通标志或图像中的其它建筑物，且执行图像中识别的对象与地图数据之间的匹配以改进例如由GPS系统或其它定位系统提供的位置估计值。此类常规系统可遭遇不良照明条件下(尤其在夜间)的性能降低。驾驶者尤其需要在夜间当视觉条件较差时可靠的驾驶者辅助功能。

发明内容

一直需要允许即使在夜间也能更可靠地确定位置的导航系统和方法。需要即使在夜间也提供良好性能的导航系统和方法。

在根据实施方案的导航系统和方法中，地图数据库存储街道照明数据。街道照明数据包括关于街灯的信息。图像传感器采撷图像数据。街灯发射的光可在夜间无日光时在图像数据中可靠地识别。通过将图像数据中光源的位置与地图数据库中存储的位置匹配，可改进位置估计值。

如本文使用，“改进位置估计值”应理解为表示，位置估计值的改进使得经改进的位置估计值比作为所述改进的执行对象的原始位置估计值更准确地对应于真实位置。随后改进的位置估计值可使用位置传感器确定。

在一些实施方案中，位置估计值可特定来说使用街道照明数据来改进，以检测图像传感器所安装的车辆所处的车道，或以其它方式改进道路的横向方向上的位置估计值。改进位置估计值可由确定车道组成或可包括确定车道。

在一些实施方案中，可依据基于图像数据和街道照明数据确定的经改进的位置估计值来控制先进驾驶者辅助功能。

根据一实施方案，提供一种导航系统。所述导航系统包括被配置来采撷图像数据的图像传感器。所述导航系统包括地图数据库，所述地图数据库包括街道照明数据，所述街道照明数据包括针对多个街灯的指示街灯所安装的位置的位置数据，和指示所述街灯的光源所处的高度的高度数据。所述导航系统包括耦合到地图数据库和图像传感器的处理装置。所述处理装置被配置来通过使用街道照明数据分析图像数据而改进位置估计值。

根据另一实施方案，提供一种确定车辆位置的方法。所述方法包括使用安装在车辆中的图像传感器采撷图像数据。所述方法包括从地图数据库检索街道照明数据。街道照明数据包括针对多个街灯的指示街灯所安装的位置的位置数据，和指示所述街灯的光源所处的高度的高度数据。所述方法包括改进位置估计值。改进位置估计值包括使用街道照明数据分析图像数据。

实施方案利用关于街道照明(特定来说，关于街灯位置和光源的高度)的信息来以较大准确度确定位置。所述导航系统和方法在环境光较低(例如，夜间时)提供尤其可靠的性能。

应理解，上文提及的特征和下文待阐释的特征不仅可以所指示的相应组合使用，而且可以其它组合或分开使用。本领域的技术人员在检查以下图式和详细描述后将了解本发明的其它系统、方法、特征和优点。

附图说明

结合附图阅读，从实施方案的以下详细描述将更加了解实施方案的以上和其它特征。图式中，相同参考数字指代相同元件。

图1是根据一实施方案的导航系统的示意框图。

图2是根据一实施方案的导航系统的地图数据库的示意表示。

图3是示出街灯的位置的平面图。

图4是示出街灯的光源的高度的横截面图。

图5是示出另一街灯的光源的高度的横截面图。

图6是根据一实施方案用于阐释导航系统的操作的图像数据的说明性视图。

图7和图8展示根据一实施方案基于导航系统的街道照明数据预测的光源位置。

图9是示出根据一实施方案通过导航系统对位置估计值的改进的道路的平面图。

图10是根据一实施方案的方法的流程图。

图11示出第一类型的街灯。

图12是具有第一类型的街灯的街道照明数据的示意表示。

图13示出第二类型的街灯。

图14是具有第二类型的街灯的街道照明数据的示意表示。

图15示出第三类型的街灯。

图16是具有第三类型的街灯的街道照明数据的示意表示。

图17示出第四类型的街灯。

图18是具有第四类型的街灯的街道照明数据的示意表示。

图19是示出可包括在街道照明数据中的街灯的参数的平面图。

图20是街灯的街道照明数据的示意表示。

图21是根据一实施方案的导航系统的街道照明数据的示意表示。

具体实施方式

图1示意示出根据一实施方案的导航系统1。导航系统1可安装在车辆中。导航系统1包括控制导航系统1的操作的处理装置2。处理装置2可包括例如一或多个微处理器、数字信号处理器或专用集成电路的形式的中央处理单元。处理装置2可包括用于处理图像数据的图形处理器。导航系统1进一步包括存储在存储装置3中的地图数据库。存储装置3可包括各种类型的存储器中的任一者或任何组合，例如随机存取存储器、快闪存储器或硬盘驱动器，以及可装卸存储器(例如，紧密磁盘(CD)、DVD、存储卡等)。存储装置3可为其中存储地图数据库的非易失性存储媒体。导航系统1包括图像传感器6。图像传感器6可包括采撷图像帧的相机、立体相机、基于半导体的传感器阵列(例如，CCD或CMOS图像传感器)，或其它图像传感器组件。图像传感器6可对具有可见光谱范围内的波长的光敏感。图像传感器6操作以采撷图像数据且将图像数据提供到处理装置2。图像传感器6可安装在车辆中在已知位置处且具有已知定向。

导航系统1可包括位置传感器7，用于确定其中安装导航系统1的车辆的位置估计值。位置传感器7可操作以产生指示位置估计值或可从其导出位置估计值的数据。位置传感器可包括GPS(全球定位系统)传感器、伽利略传感器、基于移动电信网络的位置传感器，和/或基于车辆的组件。为了说明，位置传感器可包括车轮速度传感器，任选地与GPS或伽利略传感器组合。

导航系统1可包括用于将信息输出到用户的输出接口4。输出接口4可包括可包括屏幕和/或投影仪的光学输出装置。导航系统1可包括输入接口5。导航系统1可包括额外组件，例如无线接收器和/或车辆接口。无线接收器可被配置来接收用于更新存储在存储装置3中的地图数据库的信息。无线接收器可被配置来经由无线接口接收街道照明数据。街道照明数据可缓冲或存储在导航系统1处。车辆接口可允许处理装置2从其它车辆系统获得信息(例如，车辆状态信息)。车辆接口可例如包括CAN(控制器局域网)或MOST(媒体定向装置传送)接口。

存储装置3存储地图数据库。如下文将更详细阐释，地图数据库存储街道照明数据11，其指示街灯所安装的位置。街道照明数据11还包括指示相应街灯的光源所安装的高度的高度数据。街道照明数据可包括指示针对所述街灯中的至少一些街灯发光的图案的数据。街道照明数据相应地经配置使得其指示空间中街灯的光源的位置，包括关于光源位于地面上方的高度的信息。

如下文将更详细阐释，处理装置2被配置来将由街灯产生且图像数据中展示的光图案与存储在地图数据库中的街道照明数据匹配。处理装置2可通过此匹配程序改进位置传感器7提供的位置估计值。

处理装置2可被配置来通过将由街灯发射的图像数据中展示的光与街道照明数据匹配来确定车辆所处的车道。

处理装置2可被配置来通过将由街灯发射的图像数据中展示的光与街道照明数据匹配来确定车辆距车道边界的距离。

图2是可在导航系统1中使用的地图数据库10的示意表示。具有下文阐释的结构的地图数据库10可存储在导航系统1的非易失性存储装置中。

地图数据库10包括街道照明数据11。街道照明数据可包括指定街灯安装的位置的数据。街道照明数据可包括指定相应街灯的光源的高度的数据。可使用各种格式来存储街道照明信息。为了说明，街道照明数据11可包括表。所述表可为关系数据库的表。

街道照明数据11可包括与第一街灯相关联的数据21。第一街灯的数据21可包括街灯的底座所定位的坐标12、13。数据21可包括指示街灯的光源的中心定位在地面上方的高度的高度值14。表示其它街灯的数据22、23、24可以与针对与第一街灯相关联的数据21阐释的相同或类似的方式配置。

通常，存储在街灯的街道照明数据中的数据包括指示街灯安装在何处的位置数据。所述位置数据可由一对坐标组成，如图2示出。位置数据可界定相应街灯所安装的点的经度和纬度。

存储在街灯的街道照明数据中的数据还包括指示光源的高度的高度数据。高度数据可包括指示例如街道平面上方的高度的高度值。高度数据可包括允许处理装置2确定光源所处的高度的其它信息。

其它信息可包括在街道照明数据11中，为了说明，指示相应街灯发光的发射图案的信息可存储在街道照明数据11中。所述信息可指示发射类型的离散集合中的一者。发射类型可包括球形发光、向下方向上的发光、向上方向上的发光，或横向方向上的发光。关于发射图案的信息可用于在将所采撷图像数据中的光图案与街道照明数据匹配时使街灯彼此区分。关于发射图案的信息可增加用以在图像中识别街灯的对象辨识速度。图像辨识程序可依据预期在图像数据中发现的发射图案来选择。关于发射图案的信息还可增加辨识质量，因为街灯可以尤其可靠的方式与例如发亮窗户或发光广告等其它光源区分。

指示相应街灯的光源发光的颜色的信息可存储在街道照明数据11中，所述信息可指示颜色值的离散集合中的一者。关于发射颜色的信息可用于在将所采撷图像数据与街道照明数据匹配时使街灯彼此区分。关于颜色的信息可增加用以在图像中识别街灯的对象辨识速度。图像辨识程序可依据预期在图像数据中发现的发光颜色来选择。

其它数据可包括在地图数据库中。地图数据库可包括多个层。所述层可包括存储执行路线搜索所需的信息的路线选择层，和存储路线指导所需的数据的指导层。地图数据库可包括额外层。名称层可包括对道路名称、住宅号或类似物的参考。关注点(POI)层可包括关于关注点的信息。先进驾驶者辅助系统(ADAS)层可包括用于先进驾驶者辅助的数据。额外或替代层可包括在地图数据库中，例如包括货车或卡车的特定信息的货车层、用于语音表示的层，或用于基本地图显示的层。街道照明数据可存储在这些层的任一者中或专门层中。为了说明，街道照明数据可包括在ADAS层或指导层中。

地图数据库10可配置为关系数据库。数据库的层的至少一者(例如，ADAS层或指导层)可包括街道照明数据。

图3是示出地图部分的平面图。地图部分包括道路30。街灯沿着道路30定位。街灯安装的位置可由街灯附接到地面的底座位置31的坐标界定。在其它实施方案中，街灯安装的位置可由相应街灯的光源到地面平面上的投影的坐标界定。位置数据可分别包括界定世界参考系中的位置的一对坐标。所述坐标还可采取其它格式。为了说明，位置数据可依据沿着道路30测得的位置加上道路30的横向方向上的偏移来界定街灯的位置。

图4是穿过街灯41的底座的地形的横截面图。街灯41的底座锚定在邻近于道路30的地形32中的底座位置31处。支撑街灯41的光源42的安装结构可为柱子43。可使用其它安装结构。为了说明，光源可使用在街道上方延伸的线缆安装在地面上方。光源42位于街道平面上方的高度34处。指示高度34的高度数据可存储在街道照明数据库中。高度34可界定为地面上方的光源42的中心的高度，界定为地面上方的光源42的最低点的高度，界定为地面上方的光源42的最高点的高度，或以另一适宜的方式界定。

依据街灯的构造，与街灯相关联的额外参数可存储在街道照明数据中。

图5是穿过另一街灯45的底座的地形的横截面图。街灯45的底座锚定在邻近于道路30的地形32中的底座位置31处。支撑街灯45的光源42的安装结构具有大体垂直柱子43和从其延伸的臂44。光源45安装在臂44处使得其在平行于街道平面的方向上从底座位置31偏移。偏移36可存储在街道照明数据中。偏移36可界定为在底座位置31与光源42的中心之间平行于道路平面测得的平移，界定为底座位置31与最接近柱子43的光源42的点之间的偏移，界定为底座位置31与最远离柱子43的光源42的点之间的偏移，或以另一适宜的方式界定。

在其它实现方式中，不要求偏移36存储在街道照明数据中。为了说明，光源42到道路平面上的投影点可存储作为指示街灯安装的位置的位置数据。因而不要求(虽然仍有可能)偏移36存储在街道照明数据中。

图6是图像数据50的说明性视图。在使用导航系统1时，使用图像传感器6采撷图像数据50。对于装备有若干图像传感器的车辆，图像传感器的每一者可分别采撷二维或三维图像。可接着针对图像的至少一者执行下文描述的程序。

多个街灯51-57位于图像传感器6的视场(FOV)中。在特定条件下，至少一些街灯51-57经操作以发光。这些条件可取决于日时和/或天气条件。街灯51-57可在夜间操作。街灯51-57可在视觉条件较差时(例如，当下雪或有雾时)操作。

通常，导航系统1的处理装置2处理图像数据2以改进位置确定准确度。当环境光条件较差时，例如在夜间或街灯51-57开启时的其它条件下，执行图像数据50中所示的街灯51-57与地图数据库中存储的街道照明数据11之间的匹配。

当环境光条件较差且街灯51-57开启时，街灯51-57发射的光可可靠地在图像数据中检测到。利用如图像数据50中所见的街灯51-57发射的光和地图数据库的街道照明数据的位置确定提供例如夜间位置估计值的可靠改进。

使用街道照明数据的经执行以改进位置估计值的对图像数据50的分析可限于图像数据的一部分。为了说明，用以识别街灯的对图像数据50的分析可限于位于水平线60上方的一部分61。

当将基于街道照明数据预期的光图案与图像数据50匹配时，可忽略图像数据的位于水平线60下方的另一部分62。

水平线60可通过图像数据50中的对象辨识检测到。水平线60可依据图像传感器6安装在车辆上的位置和方位来确定。当确定水平线60的位置时，可任选地考虑从地图数据库检索的道路斜率。

当将如图像数据50中所示的街灯51-57发射的光与从街道照明数据11预期的光图案匹配时，可忽视位于水平线下方的图像数据50的部分62。当从匹配过程排除另一部分62时，光在道路表面上的反射或位于地面平面附近的其它光不太可能影响图像数据与街道照明数据之间的匹配程序。

一般来说，处理装置2执行图像传感器6检测到的图像数据50中的光59与将基于街道照明数据针对给定车辆位置预期的光图案之间的匹配。通过确定针对至少两个车辆位置计算的预期光图案与水平线60上方的图像部分61中的检测到的光图案，可识别预期光图案较好地再现以图像传感器6检测到的光图案所针对的车辆位置。

当计算预期光图案时可考虑图像传感器6安装在车辆上的位置和方位。

处理装置2可从位置传感器7采撷的数据检索位置估计值。基于此位置估计值，处理装置2可使用街道照明数据识别预期位于图像传感器2的视场中的那些街灯。处理装置2接着执行基于街道照明数据预期的光图案与图像数据50之间的匹配，如上文阐释。以此方式，处理装置2可确定例如车辆位于若干道路车道中的哪一者上。

参看图7至图9，将更详细阐释图像数据与来自街灯的预期发光之间的匹配。

图7展示图像数据的部分61。对于假定车辆位置，处理装置2确定其中预期街灯的光源的图像区71。使用存储在街道照明数据中的街灯的位置数据和高度数据确定图像区71。

已知可以极小计算复杂性执行的用于计算图像数据中的对象的预期位置的各种技术。为了说明，可计算预期在图像传感器的FOV中的光源的每一者与图像传感器之间的相对位置。可应用投影矩阵来依据相对位置计算图像数据中的位置。投影矩阵可考虑图像传感器6的光学元件的光学特性。可使用其它技术来计算图像区71，例如射线跟踪技术等。

对于计算图像区71所针对的假定车辆位置，图像传感器71处的预期位置与图像数据50的部分61中的真实位置之间存在偏移。

图8展示位于水平线上方的图像数据的部分61。对于另一假定车辆位置，处理装置2确定其中预期街灯的光源的图像区72。此确定可如上文针对图7所阐释而执行。

对于计算图像区72所针对的假定车辆位置，图像传感器72处的预期位置与图像数据50的部分61中的真实位置之间存在良好匹配。

计算图像区71和图像区72所针对的不同车辆位置可对应于道路的横向方向上的车辆的不同位置。为了说明，可针对车辆可位于的不同车道计算预期光源位置。另外，可针对沿着道路的横向方向和/或纵向方向彼此偏移的多个可能车辆位置计算预期光源位置。使用位置传感器7确定的位置估计值可提供匹配程序的开始点。车辆可通过分别计算预期光图案且将其与图像传感器6检测到的图像数据50中的光图案比较而实际上沿着道路的横向方向和/或纵向方向移位。车辆位置的改变还可对应于道路上车辆的不同位置。

街灯的光源的预期位置可分别依据存储在地图数据库的街道照明数据中的位置数据和高度数据确定。此信息允许针对每一假定车辆位置确定图像传感器6与FOV中定位的各个街灯之间的相对位置。

图9示出可如何通过使用街道照明数据改进位置估计值。可假定道路上车辆9的第一假定位置来计算预期高发光度的区的第一图案。第一假定位置可对应于第一车道75上的位置。可假定道路上车辆9的第二假定位置来计算预期高发光度的区的第二图案。第二假定位置可对应于第二车道76上的位置。

第一图案和第二图案可分别包括光源的预期位置。光源的预期位置是针对其可预期较亮图像区域的位置。为了说明，第一图案可对应于图7中的图像区71展示的光源位置的图案。第二图案可对应于图8中的图像区72展示的光源位置的图案。

第一图案和第二图案可分别与图像数据50比较以确定针对哪一假定位置产生较高程度上与图像数据50中的检测到的光匹配的所计算光图案。可借此以较大准确度确定车辆位置。为了说明，可确定车辆9位于多个不同车道75、76的特定车道75上。

可使用不同技术来确定多个所计算光图案中的哪一者产生与图像数据的最佳匹配。

在一些实现方式中，图像数据50的部分61可经受利用滤波掩码的滤波，所述滤波取决于预期光源位置。滤波掩码可对更强地预期光源的图像位置加权。为了说明，图像区71中的亮度值可求和或积分以确定用于区71的预期光图案与一个假定车辆位置的所检测光图案之间的匹配的量化因数。图像区72中的亮度值可求和或积分以确定用于区72的预期光图案与另一假定车辆位置的所检测光图案之间的匹配的量化因数。

在其它实现方式中，可使用其它技术来确定所检测图像数据50与针对各个不同车辆位置预期的光图案之间的匹配程度。为了说明，可使用互熵量度。可采用其它类似性量度。

当改进车辆位置的位置估计值时可考虑存储在街道照明数据中的额外信息。为了说明，街道照明数据可包括指示相应街灯发光的方向的类型数据。当计算预期光图案时可考虑街道照明数据(当可用时)指示的发射方向。另外或作为替代，街道照明数据可包括指示相应街灯发光的发射颜色的颜色数据。当计算预期光图案时可考虑街道照明数据(当可用时)指示的发射颜色。

可以各种方式考虑存储在街道照明数据中的额外信息。为了说明，可使用指示发射方向或颜色数据的类型识别符来增强在图像数据50中检测光源的速度。

可使用不同技术将图像数据与街道照明数据组合以改进位置估计值，例如通过检测车辆所处的车道。

在根据一实施方案的导航系统或方法中，可识别位于水平线上方的图像数据的一部分。可通过使用街道照明数据仅分析水平线上方的图像数据的部分来改进位置估计值。

在根据一实施方案的导航系统或方法中，处理装置可被配置来基于街道照明数据计算水平线上方的光图案，且将所计算的光图案与位于水平线上方的图像数据的部分比较。

在根据一实施方案的导航系统或方法中，处理装置可被配置来依据视点计算光图案且改变所述视点以改进位置估计值。视点可对应于车辆位置，或可依据车辆位置确定。

在根据一实施方案的导航系统或方法中，处理装置可被配置来改变视点以增加所计算光图案与位于水平线上方的图像数据的部分的图像类似性量度。

在根据一实施方案的导航系统或方法中，处理装置可被配置来将对象辨识程序限于位于水平线上方的图像数据的部分以改进位置估计值。

图10是根据一实施方案的方法80的流程图。方法80可由导航系统1执行。各个处理步骤可由导航系统1的处理装置2执行。

在81处，确定位置估计值。可从位置传感器7接收所述位置估计值。可基于例如GPS信号和/或基于确定车辆定向和/或车辆行进的距离的车辆传感器确定位置估计值。

在82处，确定是否将基于街道照明数据改进位置估计值。82处的确定可包括确定环境光条件是否使得街灯可预期为开启的。82处的确定可包括确定日时以确定是否在夜间。82处的确定可包括指示街灯是否开启的处理信息。此信息可经由例如无线接口接收。

在83处，如果将不实行基于街道照明数据对位置估计值的改进，那么可调用另一程序以更准确地确定车辆位置。为了说明，在白天，可使用对象辨识与地图数据组合来执行位置估计值的改进。可识别图像数据中的建筑物和/或车道标记。可执行依据车辆位置从地图数据预期的对象的位置与图像数据中的检测到的对象位置之间的匹配。

如果在82处确定将使用街道照明数据确定更准确位置估计值，那么方法进行到84。

在84处，确定哪些街灯位于图像传感器的视场中。所述确定可基于街道照明数据中的位置数据执行。所述确定可使用位置传感器提供的位置估计值执行。

在85处，将基于街道照明数据针对车辆位置以计算方法预测的光图案与图像数据比较。所述比较可限于位于水平线上方的图像数据的一部分。所述比较可针对若干假定车辆位置执行。所述比较可针对对应于定位在道路的不同车道上的车辆的至少两个车辆位置执行。可分别确定以计算方法预测的光图案与图像数据中所示的光图案之间的类似性量度。可执行迭代程序，其中逐渐更改假定车辆位置以识别以计算方法预测的光图案与图像数据中所示的光图案之间的类似性量度达到最大值所针对的位置。

在86处，可确定经改进的位置估计值。经改进的位置估计值可基于85处执行的比较来确定。经改进的位置估计值可经确定使得以计算方法预测的光图案与图像数据中所示的光图案之间的比较满足预定义准则。所述预定义准则可包括：类似性量度至少等于或大于给定阈值。

在86处确定经改进的位置估计值可包括使用街道照明数据确定车辆定位在若干道路车道的哪一者上。

在87处，可执行驾驶者辅助功能。

驾驶者辅助功能可包括当车辆不定位在道路的正确车道上时输出警报信号。

驾驶者辅助功能可包括当待执行车道改变时输出信息信号。

驾驶者辅助功能可包括夜视程序，其中关于道路的信息(例如，车道标记上的信息)在光学显示器中突出显示或通过将信息投影到驾驶者的视场上而突出显示驾驶者辅助功能可包括使用经改进的位置估计值识别图像传感器6的FOV中的车道标记。

驾驶者辅助功能可包括路线指导操作。

根据实施方案的导航系统和方法可使用可存储在街道照明数据中的额外信息，如将参看图11至图21更详细阐释。

在根据实施方案的导航系统或方法中，街道照明数据可包括针对至少一些街灯的指示街灯发射的光图案形状的类型数据。

在根据实施方案的导航系统或方法中，可分别从指示符的有限集合选择类型数据。

在根据实施方案的导航系统或方法中，类型数据可指示街灯发射的光椎的形状。

在根据实施方案的导航系统或方法中，类型数据可包括指示符，所述指示符选自包括以下各项的群组：针对球形发光图案的指示符、针对向下导向发光图案的指示符、针对向上导向发光图案的指示符，以及针对横向导向发光图案的指示符。

在根据实施方案的导航系统或方法中，街道照明数据可包括指示光源与街灯的底座之间的偏移的偏移数据。

在根据实施方案的导航系统或方法中，街道照明数据可包括指示街灯发光的颜色的颜色数据。颜色数据可指示例如RGB颜色值。

图11、图13、图15和图17示出不同类型的街灯。所述不同类型由其发光图案，且特定来说由发光的方向区分。图12、图14、图16和图18展示存储在街道照明数据中的街灯的相关联数据的示例性实现方式。街道照明数据分别包括位置数据12、13和高度数据14。街道照明数据包括指示相应街灯的类型的类型数据15。额外参数可存储在针对至少一些类型的街灯的街道照明数据中。

图11说明街灯91。街灯91可以球形发光图案发光。图12展示针对街灯91的相关联街道照明数据101。街道照明数据101包括指示例如街灯101具有第一类型的类型数据15。第一类型可对应于球形发射图案。

图13示出街灯92。街灯92可在向上发射方向上发光。街灯92可以向上光椎发光。图14展示针对街灯92的相关联街道照明数据102。街道照明数据102包括指示例如街灯102具有第二类型的类型数据15。第二类型可对应于向上导向的射束椎。

图15示出街灯93。街灯93可在向下发射方向上发光。街灯93可以向下光椎发光。图16展示针对街灯93的相关联街道照明数据103。街道照明数据103包括指示例如街灯103具有第三类型的类型数据15。第二类型可对应于向下导向的射束椎。街道照明数据103可包括额外参数。为了说明，以向下射束椎发光的街灯经常安装在具有横向延伸臂的柱子上，如图5中示出。存储在参数数据16中的参数可指定臂的长度和/或方向。

图17示出街灯94。街灯94可在横向导向的发射方向上发光。街灯94可以横向导向的光椎发光。图18展示针对街灯94的相关联街道照明数据104。街道照明数据104包括指示例如街灯104具有第四类型的类型数据15。

虽然图11至图18中示出四种不同类型的街灯和相关联街道照明数据，但可使用其它数目的类型和/或其它类型。为了说明，使用街道照明数据改进位置估计值的程序可仅考虑特定类型的街灯，例如仅以向下射束椎发光的街灯和/或仅以球形发射图案发射的街灯。所考虑的街灯的类型可依据导航系统使用的国家和/或依据在特定地理区域主要使用的街灯的类型而变化。

导航系统1的处理装置2可在将以计算方法预测的光图案与所检测图像数据匹配时考虑类型数据15。为了说明，图像数据中的光源的位置由计算光图案所针对的假定车辆位置确定。发光的方向取决于存储在类型数据15中的类型识别符。当考虑街灯的发光方向时，位置确定程序的准确度可进一步增加。

图19是在向下方向上发光的街灯的平面图。参数数据16可包括指示位置数据36所指示的位置31与光源(的中心)之间的偏移36的信息。另外或作为替代，参数数据16可包括关于光源从位置数据36所指示的位置31偏移的方向的信息。关于方向的信息可指定例如所述偏移与坐标轴之间或所述偏移与道路方向之间的角度37。

虽然图12、图14和图18中未展示，但参数数据16的字段也可保留在其它街灯类型的街道照明数据中。虽然可借此增加存储空间要求，但可实现街道照明数据的更统一格式。

额外信息可存储在街道照明数据中。为了说明，指示相应街灯发光的颜色的颜色信息可包括在至少一些街灯的街道照明数据中。

图20示出街道照明数据110。街道照明数据110包括颜色数据17。颜色数据17指示相应街灯发光的颜色。颜色数据17可包括在仅街灯的子集的街道照明数据110中。颜色数据17可将颜色指示为例如RGB颜色，或以另一颜色方案指示。颜色数据17还可为仅区别不同离散颜色(例如，白光与黄光)的指示符。

街道照明数据可具有各种格式。为了说明，不要求针对每一街灯个别地存储高度数据、参数数据和/或颜色数据。在许多国家，特定类型的街灯的光源安装的高度在某一程度上标准化。类型数据可因而不仅指示发光图案，而且还指示光源安装在地面上方的高度。

图21展示根据实施方案的导航系统的街道照明数据110的实现方式。街道照明数据110包括第一数据111。第一数据111可为第一表。第一数据111可为关系数据库的第一表。第一数据111可包括关于街灯的位置和类型的信息。

街道照明数据110包括第二数据112。第二数据可为第二表。第二数据112可为关系数据库的第二表。第二数据112可包括分别针对不同街灯类型的关于光源在地面上方的高度的高度数据134。第二数据112可额外或作为替代包括分别针对不同街灯类型的指示所发射光的颜色的颜色数据137。此信息可依据如类型识别符131指示的街灯类型而存储。

可在实施方案中使用街道照明数据的广泛多种其它实现方式。为了说明，可针对不同类型的街灯使用单独的表。街道照明数据可包括包括关于具有第一类型的街灯的位置的信息的第一表。第一表还可包括指示第一类型的光源在地面上方的高度的高度数据。街道照明数据可包括包括关于具有第二类型的街灯的位置的信息的第二表。第二表还可包括指示第二类型的光源在地面上方的高度的高度数据。

街道照明数据可永久存储在导航系统1中。在其它实现方式中，街道照明数据的至少一部分可经由无线接口检索。街道照明数据的所述部分可在先进驾驶者辅助功能要求时按需经由无线接口检索。特定照明条件(例如，低环境光)或其它条件(例如，对应于夜间的日时)可触发经由无线接口检索街道照明数据。

包括街道照明数据的数据库可以各种方式产生。在一些实施方案中，可由在夜间行进穿过城市区域的车辆采撷图像流。还可记录车辆位置。可自动分析图像以确定街灯的位置、街灯的类型和光源在地面上方的高度。其它参数也可通过对象辨识自动检测。为了说明，可自动检测发光颜色和/或光源的中心与街灯的底座之间的偏移。

另外或作为替代，用户社区对地图数据的创建正变得愈加流行。在此类基于社区的计划中，用户提供关于街道、关注点以及关于街灯的图像和/或其它信息。用户提供的信息可包括数据输入和/或图像。可从此信息提取街灯的位置、街灯的类型、光源的高度和其它参数。街道照明数据可由许多用户提供的数据汇编。

虽然已详细描述根据实施方案的导航系统和方法，但可在其它实施方案中实施修改。为了说明，虽然描述其中图像数据和地图数据库的街道照明数据经处理以确定车辆所定位的车道的实施方案，但还可额外或作为替代使用改进确定沿着道路的纵向方向的车辆位置的准确度的技术。位置估计值的改进可额外或作为替代包括以较高准确度确定车辆定向。

为进一步说明，虽然已描述其中使用街道照明数据改进位置估计值的实施方案，但根据实施方案的导航系统和方法可被配置来执行用于位置确定的其它程序。为了说明，在白天或在良好环境光条件下，可通过检测车道标记和/或通过将图像中检测到的建筑物与地图数据匹配来执行位置改进。

本发明的实施方案可用于车辆导航系统。导航系统可为固定安装在车辆中(例如，汽车中)的车辆导航系统，或移动导航系统。

Claims (14)

1.一种导航系统，其包括：

图像传感器(6)，其被配置来采撷图像数据(50)；

地图数据库(10)，其包括街道照明数据(11；21-24；101-104)，所述街道照明数据包括针对多个街灯(41、45；51-57)的指示街灯(41、45；51-57)所安装的位置(31)的位置数据(12,13)，和指示所述街灯(41、45；51-57)的光源(42)所处的高度(34)的高度数据(14；134)；以及

处理装置(2)，其耦合到所述地图数据库(10)和所述图像传感器(6)，所述处理装置(2)被配置来通过使用所述街道照明数据(11；21-24；101-104)分析所述图像数据(50)而改进位置估计值，

所述处理装置(2)被配置来识别位于水平线(60)上方的所述图像数据(50)的一部分(61)且通过使用所述街道照明数据(11；21-24；101-104)分析所述图像数据(50)的所述部分(61)而改进所述位置估计值，

所述处理装置(2)被配置来基于所述街道照明数据(11；21-24；101-104)计算所述水平线(60)上方的光图案(71；72)，且将所述所计算的光图案(71；72)与位于所述水平线(60)上方的所述图像数据(50)的所述部分(61)比较，

所述处理装置(2)被配置来依据视点计算所述光图案(71；72)，且基于所述所计算的光图案(71；72)与位于所述水平线(60)上方的所述图像数据(50)的所述部分(61)的比较改变所述视点以改进所述位置估计值。

2.如权利要求1所述的导航系统，

所述处理装置(2)被配置来改变所述视点以增加所述所计算的光图案(71；72)与位于所述水平线(60)上方的所述图像数据(50)的所述部分(61)的图像类似性量度。

3.如权利要求1所述的导航系统，

所述处理装置(2)被配置来将对象辨识程序限于位于所述水平线(60)上方的所述图像数据(50)的所述部分(61)以改进所述位置估计值。

4.如权利要求1所述的导航系统，

所述街道照明数据(11；21-24；101-104)包括指示所述街灯发射的光图案(71；72)形状的类型数据(15)。

5.如权利要求4所述的导航系统，

所述类型数据(15)包括指示符，所述指示符选自包括以下各项的群组：针对球形发光图案的指示符、针对向下导向发光图案的指示符、针对向上导向发光图案的指示符，以及针对横向导向发光图案的指示符。

6.如权利要求1所述的导航系统，

所述街道照明数据(11；21-24；101-104)包括针对所述多个街灯(41、45；51-57)的至少一子集的指示所述光源(42)与所述街灯的底座之间的偏移(36)的偏移数据。

7.如权利要求1所述的导航系统，其进一步包括：

位置传感器(7)，其被配置来确定所述位置估计值，所述处理装置(2)耦合到所述位置传感器(7)且被配置来基于所述图像数据(50)和所述街道照明数据(11；21-24；101-104)的基于所述位置估计值选择的一部分来改进所述位置估计值。

8.如权利要求1所述的导航系统，

所述处理装置(2)被配置来依据所述经改进的位置估计值控制驾驶者辅助功能。

9.如权利要求8所述的导航系统，

所述处理装置(2)被配置来通过使用所述街道照明数据(11；21-24；101-104)分析所述图像数据(50)而确定车辆位于道路的哪一车道(75、76)上，且依据所述所确定的车道(75、76)控制所述驾驶者辅助功能。

10.一种车辆，其包括：

如权利要求1至6中任一项所述的导航系统(1)。

11.一种确定车辆位置的方法，其包括：

使用安装在车辆(9)中的图像传感器(6)采撷图像数据(50)；

从地图数据库(10)检索街道照明数据(11；21-24；101-104)，其中所述街道照明数据(11；21-24；101-104)包括针对多个街灯(41、45；51-57)的指示街灯(41、45；51-57)所安装的位置(31)的位置数据(12、13)，和指示所述街灯(41、45；51-57)的光源(42)所处的高度(34)的高度数据(14；134)；

改进位置估计值，其中改进所述位置估计值包括使用所述街道照明数据(11；21-24；101-104)分析所述图像数据(50)；

识别位于水平线(60)上方的所述图像数据(50)的一部分(61)且通过使用所述街道照明数据(11；21-24；101-104)分析所述图像数据(50)的所述部分(61)而改进所述位置估计值；

基于所述街道照明数据(11；21-24；101-104)计算所述水平线(60)上方的光图案(71；72)，且将所述所计算的光图案(71；72)与位于所述水平线(60)上方的所述图像数据(50)的所述部分(61)比较，以及

其中依据视点计算所述光图案(71；72)，且基于所述所计算的光图案(71；72)与位于所述水平线(60)上方的所述图像数据(50)的所述部分(61)的比较改变所述视点以改进所述位置估计值。

12.如权利要求11所述的方法，

所述街道照明数据(11；21-24；101-104)包括指示所述街灯发射的光图案(71；72)形状的类型数据(15)。

13.如权利要求12所述的方法，

所述类型数据(15)包括指示符，所述指示符选自包括以下各项的群组：针对球形发光图案的指示符、针对向下导向发光图案的指示符、针对向上导向发光图案的指示符，以及针对横向导向发光图案的指示符。

14.如权利要求11所述的方法，

其由如权利要求1至6中任一项所述的导航系统(1)执行。