CN105637321B - 用于求得移动单元的绝对位置的方法和移动单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于求得在预确定的导航环境(16)中移动单元(7)的绝对位置的方法，移动单元具有至少一个光学的、摄取移动单元(7)的周围环境的探测区域的环境传感器(13)，其中，在导航环境(16)中使用光学的、可由环境传感器(13)探测的可区别的标记(15，18)，标记分别配置有可从地图数据组(3)调出的绝对位置，其中，为了确定位置，在由至少一个环境传感器(13)至少之一摄取的传感器数据中借助于图像处理算法检测和鉴别至少一个标记(15，18)并且在考虑传感器数据中标记(15，18)的位置的情况下求得移动单元(7)与标记(15，18)之间的相对位置，并且根据该相对位置和标记(15，18)的绝对位置求得移动单元(7)的绝对位置(4)，其中，在考虑移动单元(7)的最后在考虑标记(15，18)的情况下确定的位置的情况下在使用地图数据组(3)的情况下求得描述可通过环境传感器(13)在当前时刻探测的标记(15，18)及其关于移动单元(7)的位置的调整数据并且将调整数据用于限制由环境传感器(13)摄取的在当前时刻存在的传感器数据，传感器数据为了检测和鉴别当前可探测的标记(15，18)之一而可进行分析处理，其中，作为限制仅分析处理预料有标记(15，18)的包含在传感器数据中的图像的片段。

Description

用于求得移动单元的绝对位置的方法和移动单元

技术领域

本发明涉及一种用于求得在预确定的导航环境中移动单元的绝对位置的方法，所述移动单元具有至少一个光学的、摄取所述移动单元的周围环境的探测范围的环境传感器，其中，在所述导航环境中使用光学的、可由所述环境传感器探测的可区别的标记，所述标记分别配置有可从地图数据组调出的绝对位置，其中，为了确定位置，在由所述至少一个环境传感器至少之一摄取的传感器数据中借助于图像处理算法检测和鉴别至少一个标记并且在考虑在所述传感器数据中所述标记的位置的情况下求得所述移动单元与所述标记之间的相对位置，据此根据所述相对位置和所述标记的绝对位置求得所述移动单元的绝对位置。此外，本发明还涉及一种移动单元、尤其是机动车。

背景技术

多次提出在确定的导航环境中可对移动单元导航的技术任务。对此的典型例子是输送单元、机械人或类似设备在仓库和物流中心的导航，但是也包括机动车的目的地引导，例如在停车位上或者在停车库中。尤其在机动车领域，当设置有全自动的车辆系统时，该问题的提出让人感兴趣，所述车辆系统完全接管车辆引导，因此允许机动车自主(全自动化)运行。但是在机动车至少部分手动运行时，例如在停车环境中也经常期望得到指示，例如引导到空闲的停车位。

在移动终端设备作为移动单元领域，这种位置确定方案在所谓“增强现实”(AR)的范围内实现。在此意义下，为了基于摄像机的定位，已经提出所谓的AR标记，其中，涉及显眼的光学标线，所述光学标线必须遵循专门的预先规定，如形状、颜色、图形等。关于所述AR标记已经证实，可以实现相对位置确定，除了子像素层面。就这种AR标记(AugmentedReality-Marker)而言，例如可以参阅华盛顿大学人机界面技术实验室的“ARToolkit”。

为了绝对位置确定，现有技术提出目前的措施，所述措施基于全球导航卫星系统(GNSS)，例如GPS(Global Positioning System)。但是这种全球导航卫星系统大多仅可在露天使用，因为在建筑物内部难于或者甚至不可进行接收。也可以在建筑物内部使用的其它用于确定位置的方案基于无线电信号工作。作为例子在这里可列举所谓的渡越时间方法和基于接收信号强度的方法。但是这要求在导航环境、例如停车库内部麻烦地安装适合的技术设备。

而以基于标记来光学地确定位置为基础的技术原则上可更简单地实现，因为例如在使用AR标记时可以仅仅附加地安置所述AR标记，以便确定至少相对的位置。这也如对于其它标记那样通过图像处理算法实现，所述图像处理算法基于传感器数据、例如摄像机图像中的标记的显示形式在知道标记的实际几何特征的情况下可以导出相对位置，所述相对位置也包括距离，其中，为了求得距离经常也必须已知相应的环境传感器的属性。为了检测和鉴别在传感器数据中有时确切地说很小显示的标记，需要通过图像处理算法处理极其大的数据量，尤其当要保证稳健的工作方式时。这引起高的带来大量成本投资的计算投入，这种计算投入原则上确切地说是不期望的。使用专用光学标记的另一问题是，必须首先制造/施加光学标记。

为此，在此还要注意，当在该说明书的范围内提及移动单元的“位置”时，所述“位置”除了地点说明以外通常也包括移动单元的定向，因为所述定向经常是必需的，尤其对于导航应用。

相对位置仅在光学标记方面有效，而用于导航环境的绝对位置可使移动单元简单地在导航环境的地图上在至少对于该导航环境有效的坐标系中定位并且与导航环境的其它特征相联系。

WO 2009/098319 A2涉及一种用于机动车的导航装置。在此在沿着公路的固定位置上使用位置标记，其中，分析处理摄取机动车前面的场景的摄像机的图像，用于鉴别位置标记，据此在利用配置给标记的信息的情况下确定位置标记的绝对位置，此外，通过图像处理来求得机动车与位置标记之间的距离并且由绝对位置和距离确定机动车位置的估计。在此，标记本身可以包含关于所述标记的位置的信息或者这样的信息：由所述信息可以确定所述标记的位置，其中，也可以从存储器调出位置标记的位置信息。

DE 10 2009 045 326 A1涉及一种用于借助于自然地面标志建立用于确定车辆位置的数据库的方法和系统。在那里应在到达危险地带之前的预给定路段中摄取车辆的环境的图像，由环境图像确定至少两个自然地面标志，检测危险地带的到达，并且在到达危险地带时在摄取相应环境图像的时刻存储所确定的地面标志中的以及机动车的分别所属的当前位置中的至少两个。那里的构思是，当通过通常的定位系统进行的位置确定不满足预给定的精度时，通过地面标志进行相对于危险地带的位置确定。在此可以考虑，仅在到达危险地带之前的路段内部激活视频传感装置和/或计算单元，在该路段中摄取环境图像并且确定地面标志并且必要时进行存储。

DE 41 38 270 A1涉及一种用于对自行式农用车辆进行导航的方法，其中，在行驶期间对标志进行探测、数字化并且与存储的数据进行比较，以便确定与给定值的偏差，所述偏差被处理成相应的导航干扰信号，其中，存储的数据在学习行驶期间产生。那里的构思是，使用位于空间中的自然地面标志。使用可以围绕相对于行驶平面垂直的轴线和相对于行驶平面水平的轴线摆动的摄像机，所述摄像机要探测地面标志，由此最终能够计算车辆相对于给定点的实际位置和以给定方向为参考的当前车辆方向。借助于存储的地面标志，摄像机应相继指向不同的地面标志。但是为此属于路段的行驶时间必须足够。

DE 10 2011 112 404 A1涉及一种用于确定机动车的位置的方法，该方法也使用标记、在那里为对象，并且基本上公开了根据权利要求1前序部分所述的处理过程。但是在此通过卫星定位系统求得的位置也可以用于鉴别对象。

DE 101 21 260 A1涉及一种导航系统，作为对于卫星支持的导航仪在“室内范围”中的扩展，其中，机动车的停车位例如可以存储在“寻车器钥匙”上。

WO 2008/009966 A2涉及一种用于在地图上确定车辆位置的方法。这特别是要用于提高车辆安全性。为此由车辆拍摄场景图像，鉴别出场景中分配给特征的点，将所拍摄的图像中的点与地图中的点相比较，以便确定车辆位置。可以设想，在后面拍摄的图像中根据所查找的点的前述位置限制查找范围。

DE 10 2011 119 762 A1涉及一种用于确定机动车的位置的系统和方法，其中，该系统包括数字地图，在该地图中定位地记录有关于特定于地点的特征的数据。通过环境识别装置检测所述特定于地点的特征，从而通过均衡所检测的数据与记录在数字地图中的数据，定位模型可以确定车辆的位置。

US 2012/0176491 A1涉及基于图像处理的、以摄像机为基础的位置查找和导航。在那里拍摄包含有自寻址的源例如QR编码的图像。如果考虑移动装置与自寻址的源之间的移动以及自寻址的源的位置，则可以确定移动装置本身的位置。

US 2008/0137912 A1涉及一种用于在使用摄像机的情况下识别位置的装置和方法。通过图像拍摄装置可以利用摄像机拍摄位置鉴别特征。如果求得到位置鉴别特征的距离和拍摄角度且调出所述特征的地点信息，则可以估计当前位置。

发明内容

本发明的目的是，能够在位置确定系统中更稳健且更可靠地识别不同形式的光学标记。

为了实现该目的，在开头所述形式的方法中按照本发明提出权利要求1的特征。

因为在地图数据组中不仅包含标记的允许鉴别所述标记的描述，而且包含标记的绝对位置，因此，可以定位和鉴别光学的环境传感器、例如摄像机的传感器数据中的标记，由此，除了移动单元相对于标记的相对位置以外，通过使用标记的绝对位置，也可以按照地图数据组的坐标系确定移动单元在导航环境中的绝对位置。但是因为由此现在在地图数据组内部也已知移动单元的绝对位置，所以能够如可通过环境传感器的探测范围探测的光学标记那样求得环境传感器、大多多个摄像机的探测范围。这意味着，至少以粗略的方式和方法先验地已知，在当前时刻在传感器数据中在哪里可以找到光学标记。现在在本发明的范围内利用这种信息，以便预选择当前时刻存在的传感器数据，这使得所需的计算功率降低以及稳健性提高，因为误检测可以降低。通过这种方式可以高精度且可靠地基于最后求得的位置来确定移动单元的当前位置。

本发明提出，仅分析处理预料有标记的包含在传感器数据中的图像的片段。在此附加地可以提出，作为限制仅分析处理探测范围中存在标记的环境传感器的传感器数据。传感器数据的可通过按照本发明的方法实现的第一次粗略选择因此选择探测范围中预料有标记的环境传感器。也不必通过图像处理算法继续分析处理在探测范围中将以最高的可能性不可看到标记的环境传感器。由此已经能够明显降低计算投入。但是如果要以此为出发点每隔一定时间确定当前位置，则可以更精确地估计：何传感器数据实际上可以包含关于标记的信息，由此在细化时对于各个环境传感器也可以定义以最大可能性存在标记的图像片段。这种预选择使得在保留的、实际上待分析处理的传感器数据中极其可靠地找到和鉴别标记。

本发明的特别有利的构型提出，在地图数据组中存储有可以按照至少一个属性分类的标记及其类别，其中，根据在传感器数据中待检测和待鉴别的标记的类别选择至少一个用于分析处理传感器数据的图像处理算法和/或图像处理算法的参数化。该构型允许更有目的地检测和鉴别光学标记，其方式是对图像处理算法在其可预料的属性方面进行选择和/或参数化，尤其是其方式是匹配阈值和/或重置滤波参数。由此例如可在彩色与非彩色的标记、专门的标记形状等之间作出区别，其方式是将对图像处理算法的选择和参数化产生具体影响并且因此有意义地扩展地图数据组的标记配置给不同的类别。因此，具体而言，标记的分类例如可以借助于所述标记的几何形状和/或单色或多色和/或所述标记的二维度或三维度和/或所述标记的内部结构化来进行。

此外还规定，地图数据组包含关于可能的通视障碍的信息，所述信息在求得调整数据时予以考虑。地图数据组理想地也包含导航环境的完整地图，所述完整地图于是也可以包含墙体和其它通视障碍，由此可以确定，由移动单元的最后求得的位置到标记(或者说移动单元的由此导出的估计的当前位置，所述当前位置于是也可以理解为最后求得的位置)更确切地说在环境传感器的探测范围中是否存在到标记的视线或者是否视觉障碍造成阻碍。由此在求得调整数据时也仅考虑实际上可看到的标记。不言而喻，在这种也包含通视障碍的地图数据组中也可引入暂时的通视障碍，例如在停车库作为导航环境的情况下驻停的机动车等。

本发明的有利扩展构型提出，为了求得当前位置将由对传感器数据关于标记进行的分析处理导出的位置假设与至少一个另外的位置假设融合。因此，在该构型中，由标记的绝对位置和移动单元相对于标记的相对位置首先基于标记导航形成位置假设，所述位置假设参与将多个假设融合成移动单元的当前位置，所述融合可如现有技术中原则上已经公知地那样执行。在此意义上，按照本发明的方法因此提供经改善的另外的在融合范围内可考虑的位置假设。

在此可以由移动单元的测距数据和/或至少一个加速度传感器的加速度传感器数据求得所述或另外的位置假设和/或由通过导航环境的传感器获得的假设数据求得所述或另外的位置假设和/或借助于在移动单元的当前位置上至少一个WLAN信号的接收强度求得所述或另外的位置假设。除了刚才列举的导出另外的位置假设的可能性以外，不言而喻，也可以考虑用于求得位置假设的其它可能性，所述其它可能性可以在导航环境中至少有时使用。这种其它位置确定可能性的一个例子是通过全球导航卫星系统(GNSS)、尤其是GPS进行的位置确定，这对于封闭场所至少有时也可以供使用。

在位置假设融合成最后求得的当前位置的范围内在公知现有技术中已经最常使用的基础是求得移动单元的当前运动，尤其是通过测距数据，所述测距数据在作为移动单元的机动车中本来就存在，或者通过读取加速度传感器、例如惯性平台(经常简称为IMU-inertial measurement unit)，所述加速度传感器通常也经常安装在移动终端设备中并且允许关于移动终端设备的运动进行假定。因为集成有或者补充装备WLAN基站的停车库作为导航环境已经已知，所以适合的是，例如考虑不同WLAN基站的接收强度用于求得另外的位置假设。由此例如对于WLAN基站的不同场强对于在导航环境中的不同绝对位置能够存储“指纹”，所述“指纹”优选可以在地图数据组中获得。于是位置确定系统将WLAN基站的当前接收强度与作为指纹存储的参考数据组进行比较，并由此可以建立WLAN位置假设，所述WLAN位置假设也可符合目的地加入到融合中。另一个在移动单元的位置确定方面经常列举的数据源是导航环境本身的传感器，例如激光扫描仪或者摄像机，所述传感器检测移动单元，因此可以自动提供位置假设数据，所述位置假设数据例如可以通过无线电连接或者说甚至所述的WLAN连接传送给移动单元并且在那里使用。另一个可列举的可能性涉及分析处理移动单元的其它环境传感器的传感器数据。因此例如可以使用对距离进行测量的环境传感器以检测存储在地图数据组中的墙体和/或其它障碍物，以便以此为基础估计位置，即导出位置假设。标记位置假设和所述另外的假设、即例如WLAN位置假设、测距位置假设和/或导航环境传感装置假设于是以公知的方式和方法相互融合，以便获得移动单元的尽可能精确的当前位置。

如上所述，在WLAN位置假设方面特别符合目的的是，使用包括配置给导航环境中的位置的WLAN接收强度的地图数据组，因为于是可以进行移动单元中当前WLAN接收强度与这些“指纹”的比较。

在导航环境中开始导航时首先确定移动单元的初始位置。为此，本发明的符合目的的构型提出，尤其是通过在环境传感器的传感器数据中检测和鉴别至少一个入口标记，在导航环境的入口区域中求得初始位置。例如在作为导航环境的停车库中经常存在栏杆区域，在所述栏杆区域中可以强制进行初始位置确定。在此，栏杆本身可以是这种入口标记，但是所述入口标记也可以容易识别地另外设置在导航环境的入口区域中，以便允许尽可能精确的位置确定。

按照本发明方法的另一实施形式提出，作为用于求得调整数据的最后求得的位置使用在考虑移动单元的测距数据和/或至少一个加速度传感器的加速度传感器数据的情况下从移动单元的事先最后在利用对传感器数据关于标记进行的分析处理的情况下求得的位置出发求得的位置假设。通过这种方式利用移动单元的大多本来就持续地携带且已知的测距信息，来进一步细化调整数据的求得，其方式是在移动单元的当前位置的第一次粗略估计中考虑移动单元的由持续地存在的附加信息得出的运动。这进一步提高了按照本发明方法的可靠性并且允许通过更精确地限制可能的传感器数据来进一步降低计算投入。

在此意义下也极其符合目的的是，在限制环境传感器的为了检测和鉴别所述至少一个标记而待分析处理的传感器数据的强度中考虑最后确定的位置的质量和/或误差说明。如果例如执行位置假设的融合，则经常也产生一个值，所述值描述如已经确定的当前位置的可靠性，因此描述所述当前位置的质量和/或带有的误差。如果现在已知：最后确定的位置相当不精确，则合适的是，相当多的传感器数据供检测和鉴别标记方面的分析处理使用；如果最后确定的位置被视为较精确，则也可进一步限制待分析处理的传感器数据的份额。

特别有利的是，地图数据组存储在移动单元中。于是可以在位置确定系统中进行完整的分析处理和位置确定，而无需较持续或者说较频繁地进行数据交换，例如与导航环境的服务器。这也明显降低投入。在此尤其符合目的的可以是，保持地图数据组的大小相当紧凑，因此设置小的数据量作为地图数据组。

在本发明的特别优选的构型中，由所述至少一个环境传感器的传感器数据在摄取对地图数据光学地编码的信息载体的图像以后求得地图数据组。在这种情况下使用静态的信息载体，所述信息载体优选设置在导航环境的入口区域中并且在任何情况下都通过移动单元的环境传感器摄取，以便实现单向通信，但是所述单向通信对于该目的而言完全足够了。地图数据组的地图数据因此合适地编码地包含在光学信息载体中，由此在尽可能简单的分析处理以后可以提取所述地图数据。例如信息载体在停车库作为导航环境时可以设置在通常本来就设置在入口区域中的车库规则之下等。

作为信息载体尤其适合的是二维条形码，例如所谓的QR标签(Quick Response-Tag)。用于二维条形码的最后所述的例子以QR编码为基础并且通常在物流或者说宣传领域中使用。这种二维条形码可以接收直到三千字节的数据，这些数据足以对光学标记及其绝对位置编码。如果例如使用AR标签作为单义的光学标记，所述光学标记可以容易地安置在导航环境、例如停车库中，则所述AR标签的鉴别编号及其绝对位置可以容易地在二维条形码中编码。如果由作为WGS84位置的具有高度说明的绝对位置的说明为出发点，则其需要24位。用7位可以区分直到128个AR标签。AR标签鉴别器到图案的配置可以借助于标准来确定。这会允许在可以包括3千字节数据的二维条形码中编码直到99个位置。

使用这种光学信息载体、尤其是二维条形码的特殊优点是，最后不必在移动单元外部使用其它复杂的技术，即尤其是不需要无线电技术、例如WLAN技术。尽管如此，不言而喻，作为替换方案也可以通过无线电连接、尤其是WLAN连接将地图数据组传送给机动车。

在本方法的符合目的的扩展构型中，在唯一的位置确定过程期间在检测和鉴别至少两个标记时基于标记相对于移动单元的相对位置进行三角测量。通过这种方式可明显提高位置确定的精度，因为两个已知的相对位置可实现三角测量。当不完全确定相对于标记的相对位置，而是例如仅已知距离等时，三角测量是符合目的的。如果在三角测量的范围内要产生移动单元的多个可能的绝对位置，则可借助于移动单元的测距数据和/或至少一个加速度传感器的加速度传感器数据选择一个绝对位置。位置历史因此允许放弃不可信的三角测量，由此，就此而言也可提高稳健性。

作为移动单元优选可以使用机动车和/或移动终端设备。尤其是在唯一的导航过程期间符合目的地不仅可以使用机动车，而且可以使用移动终端设备，因为本发明的特别优选的构型提出，在作为移动单元的机动车停放在导航环境内部时至少将机动车的求得的停放位置传输给与机动车连接的作为另外的移动单元使用的移动终端设备并且在那里用于在导航环境内部导航到停放的机动车。

这基于这样的认识：在本发明范围内不仅可以符合目的地使用机动车作为移动单元，因为所述机动车本来就已经具有所需的环境传感器，因此无需专门扩充机动车。在机动车中也已经有规律地确定了测距数据，如上所述，所述测距数据可在许多实施例中使用。但是除了机动车之外，移动终端设备、例如智能手机或平板电脑通常也具有按照本发明的方法所需的基本条件，因为所述移动终端设备通过其摄像机而具有所需的环境传感器并且通常设置有加速度传感器，通过所述加速度传感器可跟踪所述移动终端设备的运动，用于求得测距数据。即如果在利用位置确定系统的情况下例如将机动车作为移动单元指引到了空闲的停车位，则现在得到极其有利的可能性：机动车的最终的驻停位置传输给移动终端设备、例如智能手机，因为在那里也可以实现按照本发明方式的位置确定系统。借助于摄像机，移动终端设备可以识别光学标记并且与例如测距位置假设或者WLAN位置假设一样建立标记位置假设，因为移动终端设备经常也有WLAN能力。通过融合不同的位置假设可以实现更高的稳健性和精度，并且借助于移动终端设备可以指引驾驶员在导航环境、例如停车库内部又返回到其机动车、即最终的驻停位置。不言而喻，也可借助于作为移动单元的移动终端设备实施其它导航任务，例如导航到停车库的出口、自动收款机等。

如已所述，恰恰在使用机动车或移动终端设备的意义上极其符合目的的是，导航环境是停车库。在许多停车库中通过GPS或者其它GNSS不能或者只能非常受限地导航，由此，按照本发明的方法在这里提供辅助并且在没有这种对于露天下的地带所设置的导航可能性的情况下也允许导航。因此作为本发明的非常特殊的实施例得到机动车在停车库内部的导航，其中，如果地图数据组如已所述可以通过光学信息载体通过机动车的环境传感器读入，则可以特别符合目的地放弃停车库方的有源传感装置(激光扫描仪、摄像机、GPS中继器、无线电信标)。可实现在建筑物内部从驶入直到空闲停车位的导航，反之亦然；位置确定系统可以已经在GPS屏蔽的区域中初始化。在这里在机动车方也无需补充装备传感装置，因为尤其是在许多现代机动车中本来就设置有环境传感器。

如已所述，作为标记尤其适合的是AR标签，所述AR标签在现有技术中原则上已经公知。于是给出确定的标记类型，所述标记类型可以容易地识别并且可区别地补充装备，尤其在停车库等中。但是不言而喻，也可以考虑其它标记，所述标记优选可类似良好地检测，但是也相互充分区别，由此可进行检测。

本发明的一个特别有利的构型在其它方面也可以与限制传感器数据以便分析处理无关地有利地实现，该构型甚至在不安置专门标记的情况下对于位置确定而言也足够，因为在那里提出，作为标记使用导航环境的至少一个原来用于另外目的的环境特征。该构型因此提出，在导航环境中本来就已经存在的原来不是用于位置确定而是用于另外目的的特征供给附加应用，即作为用于位置确定系统的标记。这种“自然的”特征因此允许通过导航环境也实现导航，而无需专门安置专用的光学标记。由此无需附加的对于人们显得不习惯的标记。

该构型与根据标记的类别对图像处理算法进行选择和/或参数化相组合被证实是特别有利的。因为恰恰当使用导航环境的本来就存在的标记时，存在标记的一定的变化性，由此需要不同的参数和/或不同的图像处理算法来保证可靠地检测和鉴别标记。在此意义上合适的是，将导航环境的这些“自然的”特征进行分类并且借助于地图数据组也使位置确定系统了解所述“自然的”特征的类别，所述位置确定系统可以进行图像处理算法的相应选择和/或参数化。例如可以匹配和/或激活和/或去激活传感器阈值和/或传感器滤波技术。

如果导航环境是停车库，则作为光学标记可以使用路面标线和/或停车位编号和/或紧急出口牌和/或灭火器指示牌和/或宣传公告牌。恰恰在停车库中已经存在部分地标准化的标线，所述标线原来用于其它目的，所述标线的位置部分地通过标准预给定和/或在建筑图中标出。这种自然标记的例子是停车位编号、路面标线、彩色停车甲板面、宣传板、紧急出口照明、交通标志、用于灭火器的指示牌等。所讨论的“自然的”标记优选可以是对于停车场通过标准所设置的特征。特别适合于确定相对位置的是指示牌和/或灯，尤其是所列举的紧急出口牌和/或灭火器指示牌。只要如上所述已知所述指示牌和/或灯的分类，所述指示牌和/或灯就可特别简单地通过相应的算法检测，但是这通常也适用于有目的地且可很好读出地安置的路面标线和/或停车位编号。显然可以考虑多个可能性来选择这种原来为了其它目的所设置的特征的符合目的的类别。

除了方法以外，本发明还涉及一种移动单元，包括至少一个光学的、摄取移动单元的周围环境的探测范围的环境传感器和位置确定系统，所述位置确定系统具有被构造用于执行按照本发明的方法的控制器。关于按照本发明的方法的所有实施例都可类似地转用于按照本发明的移动单元。

所述移动单元优选是机动车或者移动终端设备，例如智能手机，所述机动车或移动终端设备用于在导航环境内部的导航，所述导航环境尤其是停车库。因此，一般来讲，位置确定系统也是导航系统的一部分，所述导航系统可以将移动单元或者说移动单元的驾驶员导航到确定的目的地，在停车库的例子中导航到停车位、驶出口、出口、自动收款机、返回到自己的机动车等。

附图说明

从下面描述的实施例以及借助于附图得到本发明的其它优点和细节。附图示出：

图1按照本发明的方法的流程图，

图2在停车库的入口区域中作为移动单元的机动车，

图3在具有标记的停车库中作为移动单元的机动车，

图4使用原来用于其它目的的标记的原理草图，

图5三角测量的原理草图，

图6用于借助于接收强度求得位置假设的视图，

图7使用移动终端设备作为移动单元，以及

图8按照本发明的构造成机动车的移动单元。

具体实施方式

首先要一般性地借助于图1详细解释按照本发明的用于运行位置确定系统的方法，该位置确定系统可以是导航系统的一部分，图1示出流程图。然后参照图2至8讨论具体的实施例。

图1中所示的方法涉及在导航环境中定位移动单元，可以特别稳健且几乎无投入地执行所述定位。在此，用于运行位置确定系统的方法利用移动单元在导航环境中最后求得的绝对位置，该绝对位置在该方法开始时是初始位置1；在以后重新确定位置时使用最后借助于本方法确定的位置，参见箭头2，两者必要时作为用于在利用描述移动单元运动的测距数据的情况下粗略估计当前绝对位置的基础。

作为用于求得位置假设的基础，本方法使用光学标记，所述光学标记可以通过移动单元的环境传感器探测并且通过图像处理算法在位置确定系统的控制器中检测和鉴别。这种光学标记的检测可以被证实是极其复杂和费事的。为了在此显著降低投入和明显减少误检测，本方法在步骤S1中提出，求得调整数据，所述调整数据在考虑移动单元的最后确定的位置的情况下描述可通过环境传感器探测的标记及其关于移动单元的位置。

这是可以的，因为所述方法基于：在检测和鉴别标记以后已知标记相对于移动单元的相对位置，由所述相对位置借助于包含在地图数据组3中的关于所鉴别的标记的位置的数据可以确定移动单元的绝对位置。但是这隐含地意味着：由移动单元的已知或者说估计的绝对位置也可以导出：何光学标记位于环境传感器的探测范围中，如果所述环境传感器的属性、尤其是所述环境传感器的探测范围同样已知的话，这通常存储在移动单元本身中并且为了确定相对位置本来就必需。

因此，在这里所示的一般性实施例中，首先在第一次待命定位时从初始位置1出发、否则从最后借助于光学标记确定的位置4出发借助于描述移动单元运动的信息、尤其移动单元的测距数据和/或加速度传感器的数据粗略估计移动单元的当前位置，参照所述当前位置确定可以通过环境传感器看到的标记、尤其是其在探测范围中的位置。为此，地图数据组3可符合目的地也包含关于通视障碍、例如墙体的信息。

如果使用在其形式上由于需要不同图像处理算法或者需要所使用的图像处理算法至少被不同地参数化而相互区别的光学标记，则对标记及其绝对位置的描述在地图数据组3中也配置有类别说明，因为标记可分类到不同的类别中。于是这些信息也形成调整数据的一部分。

在步骤S2中，使用调整数据来在移动单元的光学的环境传感器的传感器数据上进行预选择。在此选择：要分析处理在标记现场的何环境传感器的传感器数据，但是此外由相应环境传感器摄取的图像的何部分究竟是关系重大的。这意味着，确定图像片段，在所述图像片段中大概可以检测到确定的标记，确切地说对于所有可检测的标记。此外，如果也已知在图像片段中待检测的标记的类别，这尤其在一起使用原来用于其它目的的特征作为标记时是符合目的的，则在步骤S2中还进行图像处理算法的选择和/或参数化，例如也在阈值和/或滤波技术方面。通过这种方式，保证在下面的步骤中可靠地、稳健地且导致很少计算投入地检测和鉴别标记，因为可以强烈限制待分析处理的传感器数据并且使用匹配的或者说匹配地参数化的图像处理算法。

在此还要注意，地图数据组3符合目的地存储在移动单元本身中，所有执行该方法所需的信息存在于移动单元本身中。存储到移动单元中例如可以与求得初始位置1共同地进行，其方式是地图数据组尤其在到导航环境的入口处光学地读出或者另外传输给移动单元，对此下面还要更详细地探讨。

此外要指出，在对进行分析处理的传感器数据在步骤S1和S2中进行限制时，也可以考虑描述移动单元的最后确定的位置的可靠性的可靠性数据、尤其是质量和/或误差值，由此视机动车的最后确定的位置的精度而定可以较窄或较宽地作出限制。

然后，在步骤S3中，通过必要时选择和/或参数化的图像处理算法在传感器数据的受限制的量上进行标记的检测和鉴别。步骤S3的结果因此是移动单元相对于标记的至少一个相对位置，其中，不言而喻，当可以探测多个标记时，也可以确定多个相对位置。

现在，在步骤S4中，借助于光学标记求得用于求得移动单元绝对位置的位置假设。为此，从标记的由地图数据组3已知的绝对位置出发，借助于标记和移动单元的相对位置求得移动单元的绝对位置假设。当已经检测和鉴别了两个或多个标记时得到特点，因为于是通过三角测量可以更精确地确定位置。如果在三角测量时要出现多个可能的位置，则可通过考察移动单元的位置历史和/或运动(测距数据，加速度传感器)排除抛弃的位置假设。

在步骤S5中，将在步骤S4中求得的标记位置假设与另外的位置假设5、6以公知的方式和方法融合，以便获得用于移动单元的当前位置4的最可能的值。在本实施例中，所述另外的位置假设5源于移动单元的测距数据或者说描述移动单元运动的加速度传感器数据，而位置假设6借助于不同的WLAN基站的接收强度已经求得。为此在地图数据组中为不同的可能位置配置地存储有接收场强的“指纹”，由此，通过将当前的接收场强与存储的接收场强相比较也可以建立位置假设。不言而喻也可以考虑这样的实施例：在所述实施例中，少量、多个和/或其它位置假设加入到步骤S5中的融合中，例如基于全球导航卫星系统的位置假设等。

现在，下面要借助于图2至8更详细地解释一些具体的实施例。图2示出在作为导航环境的停车库的入口区域9、在这里为驶入区域中作为移动单元7使用的机动车8。布告牌10显示车库规则并且已经被补充以二维条形码11、在这里为QR标签作为光学信息载体12。在二维条形码11中地图数据组3光学地经过编码，由此，所述地图数据组可通过用机动车8的光学环境传感器13进行的探测和接着的图像处理来求得并且存储在机动车8中。通过这种方式能够简单地将地图数据组3传送给移动单元7，所述传送在没有无线电传输等的情况下也可以。

在入口区域9中也可以借助于环境传感器13确定初始位置1，因为不仅可以使用作为本来就设置的光学标记的、设置在那里的栏杆14，所述光学标记大多也设计得相当显眼，而且还以专门的布置形式设置有附加的光学标记15、在当前情况下为AR标签，所述附加的光学标记能够实现极其精确的初始位置确定。标记15因此可以理解为入口标记。不言而喻，所述标记也可以在本方法的进一步过程中还作为光学标记来使用。

图3示出在构造成停车库的导航环境16的一个另外的区域中的机动车8。在各个墙体17上附加地已经安置了构造成AR标签的光学标记18，所述光学标记的绝对位置存储在地图数据组3中，并且，只要存在视线并且所述光学标记位于探测范围中，所述光学标记就可以由机动车8的环境传感器13探测到。

但是附加地或作为替换方案也可以考虑这样的实施例：在这些实施例中使用导航环境16的原来用于另外(其它)目的的环境特征作为标记，这如通过图4所示的那样。在那里，可看到位于停车位19的区域中的机动车8。停车位19通过路面标线20相互分开并且具有停车位编号21。在这里未详细示出的紧急出口上可识别到紧急出口牌22。路面标线20、停车位编号21和紧急出口牌22可以理解为原来用于其它目的的环境特征，所述环境特征可以附加地作为光学标记来使用。所述环境特征由于其作为标准化设置的指示措施的特性而易于识别，也在图像处理的范围内。这尤其是当在地图数据组3中作为标记的环境特征也配置有类别、因此在传感器数据中可以有目的地例如搜索紧急出口牌22时是合适的。在当前情况下，在机动车8的实线所示位置上，路面标线20和停车位编号21位于侧面的环境传感器13的虚线表示的探测范围中。

直到下一次可以确定绝对位置为止，机动车8例如可以已经运动到虚线表示的可借助于测距数据粗略估计的位置23，在该位置中，环境传感器13将清楚地在中央的上部图像片段中摄取紧急出口牌22。这借助于调整数据在步骤S1、S2中求得并且用于限制传感器数据以及用于对图像处理算法进行选择和/或参数化。

不言而喻，也可以考虑原来用于其它目的的其它“自然的”标记，例如灭火器指示牌、鉴别停车甲板的彩色标线、宣传公告牌等。

图5以粗略的原理草图的形式示出通过三角测量进行位置确定的可能改进。两个构造成AR标签的标记18a、18b清楚地分别由机动车8的环境传感器13探测。由此现在已知机动车8相对于标记18a、18b的两个绝对位置的两个相对位置，由此能够更精确地确定位置。如果要出现机动车8的多个可能的绝对位置可以作为位置假设来求得的情况，显然可以基于考察机动车8的通过先前位置24表示的位置历史和/或测距数据来排除显然无效的可能的位置25。

最后，图6一般性地示出处于导航环境16中的移动单元7的草图，在所述导航环境中在不同位置上设置有WLAN基站26。如果考察不同基站26的接收场强作为数据组，则得到一种“指纹”，所述“指纹”允许至少粗略地估计在导航环境16中的位置，因为这种“指纹”对于导航环境16中的不同位置可以存储在地图数据组3中。

符合目的地为了在导航环境16内部的导航目的可以使用所述的位置确定方法，所述位置确定方法作为结果提供移动单元7在导航环境16中的当前绝对位置4，其当然也包括移动单元7的定向。在作为导航环境16的停车库中，这不仅对于作为移动单元7的机动车8是符合目的的，所述机动车可以被指引到空闲停车位/驶出口，而且对于作为移动单元7的移动终端设备也是符合目的的，因为所述移动终端设备也可以将驾驶员再引导到机动车8(或者引导到导航环境16内部的其它目的地)。这通过图7更详细地解释。在那里，机动车8停放在停车位27上。作为移动单元7的机动车8的现在最后求得的当前位置相应于停车位置。所述当前位置在机动车8停放在停车位27上以后按照箭头28传输给作为另一移动单元7的移动终端设备29。在此符合目的的是，也传送地图数据组3。例如构造成智能手机的移动终端设备29适合作为移动单元7，因为通过作为环境传感器13的内置摄像机也可以探测标记18。此外，移动终端设备29具有加速度传感装置30，由所述加速度传感装置可以推断出移动终端设备29的运动，在一些实施例中所述移动终端设备也具有WLAN接收单元31，通过所述WLAN接收单元也可以建立关于WLAN基站26的指纹。

因此例如可以在在移动终端设备29上实现位置确定系统的情况下将驾驶员导航返回到其停放的机动车8，这如通过箭头32表示的那样。

最后，图8再一次示出构造成机动车8的移动单元7的原理草图。在当前情况中，机动车8包括在四个相互垂直的方向上取向的摄像机作为环境传感器13，在这些摄像机中，一个向前取向，一个向后取向，两个分别向侧面取向，并且这些摄像机可以探测机动车8的环境。环境传感器13的传感器数据通过总线系统、例如CAN总线或者Flex-Ray总线传送给位置确定系统34的控制器33，其中，控制器33被构造用于执行按照本发明的方法。这意味着，所述控制器可以基于关于机动车8的最后确定的位置和地图数据组3的了解适合地限制待分析处理的传感器数据并且在需要时将图像处理算法适配于标记的类别。

位置确定方法34可以是导航系统的一部分。不言而喻，控制器33也与另外的在这里未详细示出的机动车系统连接，所述机动车系统例如可以提供用于其它位置假设的数据等，例如惯性平台以及用于探测测距数据的其它传感器、用于WLAN通信的通信装置、GPS传感器等。

Claims (21)

1.一种用于求得在预确定的导航环境(16)中移动单元(7)的绝对位置的方法，所述移动单元具有光学的、对所述移动单元(7)的周围环境的探测区域进行拍摄的至少一个环境传感器(13)，其中，使用所述导航环境(16)中的光学的、能由环境传感器(13)探测的、能区别开的标记(15，18)，所述标记分别分配有能从地图数据组(3)调出的绝对位置，其中，为了确定位置，在由所述至少一个环境传感器(13)至少之一摄取的传感器数据中借助于图像处理算法检测和鉴别出至少一个标记(15，18)并且在考虑所述传感器数据中所述标记(15，18)的位置的情况下求得所述移动单元(7)与所述标记(15，18)之间的相对位置，并且根据所述相对位置和所述标记(15，18)的绝对位置求得所述移动单元(7)的绝对位置(4)，

其特征在于：

在考虑所述移动单元(7)的最后在考虑所述标记(15，18)的情况下确定的位置的情况下，在使用所述地图数据组(3)的情况下求得对能通过环境传感器(13)在当前时刻探测到的标记(15，18)及其关于所述移动单元(7)的位置进行描述的调整数据并且将所述调整数据用于限制由环境传感器(13)摄取的在当前时刻存在的传感器数据，所述传感器数据为了检测和鉴别当前能探测到的标记(15，18)之一而被分析处理，其中，作为限制，仅分析处理预料有标记(15，18)的、包含在所述传感器数据中的图像的片段，其中，所述地图数据组(3)包含关于可能的通视障碍的信息，所述信息在求得所述调整数据时予以考虑。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：作为限制，仅分析处理探测区域中预料有标记(15，18)的环境传感器(13)的传感器数据。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在所述地图数据组(3)中存储有能按照至少一个属性分类的标记(15，18)及其类别，其中，根据在所述传感器数据中待检测和待鉴别的标记(15，18)的类别而选择至少一个用于分析处理所述传感器数据的图像处理算法和/或所述图像处理算法的参数化。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：为了求得当前位置，将由对所述传感器数据关于所述标记(15，18)进行的分析处理导出的位置假设与至少一个另外的位置假设(5，6)融合。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：由所述移动单元(7)的测距数据和/或至少一个加速度传感器的加速度传感器数据求得所述另外的位置假设，和/或由通过所述导航环境(16)的传感器获得的假设数据求得所述另外的位置假设，和/或借助于在所述移动单元(7)的当前位置上至少一个WLAN信号的接收强度求得所述另外的位置假设。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：使用包括分配给所述导航环境(16)中的位置的WLAN接收强度的地图数据组(3)。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在所述导航环境(16)的入口的区域(9)中求得初始位置(1)。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：通过在环境传感器(13)的传感器数据中检测和鉴别出至少一个入口标记(15)，在所述导航环境(16)的入口的区域(9)中求得初始位置(1)。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：作为用于求得所述调整数据的最后求得的位置，使用从所述移动单元(7)的之前最后在利用对所述传感器数据关于所述标记(15，18)进行的分析处理的情况下求得的位置出发、在考虑所述移动单元(7)的测距数据和/或至少一个加速度传感器(30)的加速度传感器数据的情况下求得的位置假设。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在限制环境传感器(13)的为了检测和鉴别所述至少一个标记(15，18)而待分析处理的传感器数据的强度下考虑最后确定的位置的质量和/或误差说明。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述地图数据组(3)存储在所述移动单元(7)中。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：由所述至少一个环境传感器(13)的传感器数据在摄取对地图数据光学地编码的信息载体(12)的图像以后求得所述地图数据组(3)。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：作为信息载体(12)使用二维条形码(11)。

14.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在位置确定过程期间在检测和鉴别至少两个标记(15，18)时，基于所述标记(15，18)相对于所述移动单元(7)的相对位置进行三角测量。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：当在所述三角测量的范围内产生所述移动单元(7)的多个可能的绝对位置时，借助于所述移动单元(7)的测距数据和/或至少一个加速度传感器(30)的加速度传感器数据选择一个绝对位置(25)。

16.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：作为移动单元(7)使用机动车(8)和/或移动终端设备(29)。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：在作为移动单元(7)的机动车(8)停在所述导航环境(16)内部时，至少将所述机动车(8)的所求得的停车位置传输给与所述机动车(8)连接的、作为另外的移动单元(7)使用的移动终端设备(29)并且在那里用于导航到所述停在所述导航环境(16)内部的机动车(8)。

18.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述导航环境(16)是停车库。

19.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：作为标记使用所述导航环境(16)的至少一个原来用于另外目的的环境特征。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于：在停车库作为导航环境(16)的情况下，使用路面标线(20)和/或停车位编号(21)和/或紧急出口牌(22)和/或灭火器指示牌和/或宣传公告牌作为标记。

21.一种移动单元(7)，包括至少一个光学的、对所述移动单元(7)的周围环境的探测区域进行拍摄的环境传感器(13)和一位置确定系统(34)，所述位置确定系统具有被构造用于执行根据权利要求1至16中任一项所述的方法的控制器(33)。