DE69012237T3

DE69012237T3 - Verfahren zur Wiedergabe von Navigationsdaten für ein Fahrzeug in einem Umgebungsbild des Fahrzeugs, Navigationssystem zur Durchführung des Verfahrens sowie Fahrzeug mit einem Navigationssystem.

Info

Publication number: DE69012237T3
Application number: DE69012237T
Authority: DE
Inventors: Durk Jan De Jong
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1989-07-04
Filing date: 1990-06-28
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2010-06-29
Also published as: JPH03148800A; NL8901695A; DE69012237T2; DE69012237D1; EP0406946A1; JP2915508B2; EP0406946B1; KR910002639A; US5115398A; EP0406946B2

Description

Verfahren zur Wiedergabe von Navigationsleitinformation für ein Fahrzeug in einem Umgebungsbild des Fahrzeugs, Navigationssystem zur Durchführung des Verfahrens sowie Fahrzeug mit einem Navigationssystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wiedergabe von Navigationsleitinformationen, die von einem Navigationssystem für ein Fahrzeug geliefert werden, wobei diese Informationen einem Szenenbild überlagert werden, das einer Fahrzeugposition zugeordnet ist. JP-A-62-93614 beschreibt ein Fahrtleitsystem für Fahrzeuge:
Eine Karte, die wirklichen Bilder einer Vielzahl von zuvor festgelegten Punkten auf der genannten Karte und zur Fahrtleitung benötigte Informationen wie eine Vielzahl Richtungsanzeigemarkierungen werden vorab in einem Speichermittel wie einer Compact Disc gespeichert. Eine Fahrtroute vom momentanen Gebiet zu einem Zielgebiet wird einer Steuerschaltung auf der Basis der Momentanpunkt-Informationen aus einem Momentanstandortdetektiergerät und der Bestimmungsgebiet-Informationen aus einem Bestimmungsgebiet-Anzeigemittel zugeführt. Dann werden die Momentangebiet- Information und die gespeicherten Informationen zusammengeführt und werden, wenn detektiert wird, daß sich das Fahrzeug einem der zuvor festgelegten Punkte genähert hat, das Bild des zuvor festgelegten Punktes und die Richtungsanzeigemarkierung in überlagerter Form auf einer Wiedergabevorrichtung auf der Basis der festgelegten Fahrtroute wiedergegeben.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Notwendigkeit erkannt, die Navigationsleitinformationen einem wirklichkeitsgetreuen, nicht dem Navigationssystem untergeordneten Szenenbild zu überlagern, damit der Benutzer in engen Kontakt mit der Wirklichkeit bleibt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es unter anderem, ein Verfahren zur Wiedergabe von Navigationsleitinformationen für ein Fahrzeug auf einem Bild der lokalen Fahrzeugumgebung zu verschaffen, das eine einfache, benutzerfreundliche und leicht interpretierbare Wiedergabe der Navigationsdaten ermöglicht.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Bild ein Echtzeit-Bild und unabhängig von dem Navigationssystem ist, da es unmittelbar und kontinuierlich von einer Video- oder Fernsehkamera erzeugt wird, die physisch mit dem Fahrzeug verbunden ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 zeigt einen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 zeigt schematisch die Struktur eines Navigationssystems, daß zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist;
Fig. 3 zeigt Beispiele eines lokalen Bildes zur Wiedergabe auf einer Wiedergabeeinheit zusammen mit Navigationsdaten:
Fig. 4 stellt die verwendete Datenstruktur dar;
Fig. 5 stellt das Sortieren der Verbindungen dar;
Fig. 6 stellt die Umsetzung in Polygone dar.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 zeigt einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Block 11 wird ein Bild der Umgebung mittels einer Bilderfassungseinheit, beispielsweise einer Videokamera an Bord des Fahrzeugs, erzeugt. In Block 12, bekannt aus dem Artikel "CARIN, a car information and navigation system" von M.L.G. Thoone, Philips Technical Review, Vol. 43, Nr. 11/12, S. 317-329, Dezember 1987, werden die darin wiederzugebenden Navigationsdaten erzeugt; in Block 13 wird daraus ein Anzeigesignal gebildet, beispielsweise mittels eines bekannten Videogenerators, das in Block 14 dem Umgebungsbild überlagert wird, beispielsweise mittels eines Videokombinationsmoduls. In Block 15 wird die Kombination auf einer Wiedergabeeinheit wiedergegeben, beispielsweise einem Videodisplay, einem Fernsehempfänger oder einem Monitor an Bord des Fahrzeugs.
Fig. 2 zeigt schematisch die Struktur eines Navigationssystems, das zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Modul 21 ist ein bekanntes Automobil-Navigationssystem, beispielsweise ein CARIN-System, wie es in dem zitierten Artikel von M.L.G. Thoone beschrieben wird, das auf der Basis von Meßdaten von einem Sensor (wie einem Kompaß und Radsensoren, die die Anzahl der Umdrehungen messen) und topografischen Daten aus einer Datenstruktur Navigationsdaten liefert, beispielsweise Koordinaten, die der momentanen Position des Fahrzeugs entsprechen und Koordinaten, die einer zu folgenden berechneten optimalen Route entsprechen. In Modul 22 werden diese Navigationsdaten einer Transformation entsprechend der Position der Bilderfassungseinheit 24 relativ zur Umgebung unterworfen: Das betreffende Gebiet der Datenstruktur, die die topografischen Daten enthält, wird unter dem Blickwinkel der Bilderfassungeinheit "betrachtet", wie in der früher eingereichten, nicht vorveröffentlichten niederländischen Patentanmeldung Nr. 8900056 ( = PHN 12.810) beschrieben wird. Wiederzugebende Navigationsdaten, beispielsweise Angaben der zu folgenden Route, entsprechen daher den Straßen auf dem lokalen Bild der Umgebung. Modul 23 ist ein Videogenerator, der ein Anzeigesignal aus den transformierten Navigationsdaten bildet, beispielsweise eine stilisierte Anzeige der zu folgenden Route. Bilderfassungseinheit 24 (eine Video- oder Fernsehkamera) liefert ein Bild der Umgebung. In einem Kombinationsmodul 25 werden das Anzeigesignal und das Umgebungsbild kombiniert, um ein kombiniertes Signal zu bilden, das auf der Wiedergabeeinheit 26 (ein Videodisplay, Fernsehempfänger oder Monitor) wiedergegeben wird.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer Wiedergabe eines Bildes der Umgebung zusammen mit stilisierten Navigationsdaten. Der Pfeil gibt die zu folgende Richtung an, wie sie vom Navigationssystem berechnet wurde: in diesem Fall eine Anzeige zum Linksabbiegen, wobei die Anzeige dem zu folgenden Straßenabschnitt überlagert ist. Wenn die Navigationsdaten auf unterscheidbare Weise wiedergegeben werden, beispielsweise blinkend oder umrahmt, oder in einer hellen Farbe, die sich vom Rest des Bildes unterscheidet, wird der Benutzer auf den ersten Blick erkennen, wie er handeln muß. In der CARIN-Datenbank werden Straßen durch die Koordinaten ihrer Mittellinien dargestellt. Für eine realistische Wiedergabe auf einer Wiedergabeeinheit ist es wichtig, diese Darstellung in eine Darstellung mit Hilfe von Polygonen umzusetzen, die in das realistische Bild der Umgebung integriert werden kann. Zu diesem Zweck wird die Struktur in der CARIN-Datenbank in eine neue Struktur umgesetzt, dessen wichtigste Kategorien die folgenden sind:
- Knoten (P), von denen jeder durch zwei Koordinanten dargestellt wird (oder drei Koordinaten, wenn die Datenbank auch die Höhe betreffende Informationen enthält);
- Straßen (R), von denen jede durch die Anzahl und Lage der konstituierenden Knoten dargestellt wird;
- Verbindungen (L), von dene jede durch die dazugehörige Straße und ihre Richtung dargestellt wird;
- Kreuzungen (I), von denen jede durch die Anzahl und Lage der konstituierenden Verbindungen dargestellt wird.
Die Kategorie der Verbindungen wird mit p-Verbindungen (PL) erweitert, indem auch die rechte und die linke Straßenseite aufgenommen werden; die Liste mit Straßen und Knoten wird somit verlängert (die linke und die rechte Straßenseite bilden ebenfalls eine einzelne Straße, die durch Knoten definiert wird), die Struktur bleibt jedoch die gleiche, siehe Fig. 4.
Danach werden für jede Kreuzung die zu dieser Kreuzung führenden Verbindungen gegen den Uhrzeigersinn sortiert. Dies wird wie folgt realisiert: Die erste Verbindung L0, auf die Bezug genommen wird, fungiert als Referenz. Wenn der Winkel zwischen dieser Verbindung L0 und der folgenden Verbindung L1 größer ist als der Winkel zwischen L0 und der folgenden Verbindung L2, werden L1 und L2 in der Liste mit Verbindungen miteinander vertauscht, siehe Fig. 5.
Der Cosinus und der Sinus des von der Verbindung L0 und der positiven x-Achse eingeschlossenen Winkels a0 sind:
cos(a0) = (x0B - x0A)/Quadratwurzel((x0B - x0A)² + (y0B - y0A)² );
sin(a0) = (y0B - y0A)/Quadratwurzel((xoB - x0A)² + (y0B - y0A)² );
und das gleiche gilt für die Verbindungen L1 und L2.
Daraus folgt, daß:
cos(a10) = cos(a1 - a0) = cos(a1)·cos(a0) + sin(a1)·sin(a0);
sin(a10) = sin(a1 - a0) = sin(a1)·cos(a0) - cos(a1)·sin(a0);
und das gleiche gilt für cos(a20) und sin(a20).
Die Reihenfolge wird nun folgendermaßen bestimmt:
falls sin(a10) > 0
danach, falls sin(a20) > 0
danach, falls cos(a10) > cos(a20)
nicht vertauschen,
und sonst vertauschen
sonst nicht vertauschen
sonst, falls sin(a20) > 0
vertauschen
sonst, falls cos(a10) < cos(a20)
nicht vertauschen
sonst vertauschen.
Danach wird für jede Kreuzung die Mittellinie aller Verbindungen, die von der betreffenden Kreuzung ausgehen, in ein Polygon umgesetzt, siehe Fig. 6.
Für alle Punkte, mit Ausnahme der Endpunkte, wird der Schnittpunkt der anliegenden linken und rechten Straßenseite berechnet. Der Vektor mit der Länge D1 senkrecht zu PQ ist gegeben durch:
(xpq, ypq), wobei xpg = -(yq - yp)·gpq und ypg = (xq - xp)·gpq,
wobei gpq + D1/Quadratwurzel ((xq - xp)² + (yr - yq)² ).
Für den Vektor senkrecht zu QR mit der Länge D2 gilt ein analoger Ausdruck:
(xqr, yqr), wobei xqr = -(yr - yq)·gqr und yqr = (xr - xq)·gqr,
wobei gqr = D2/Quadratwurzel((xr - xq)² + (yr - yq)² ).
Der gesuchte Schnittpunkt (xs, ys) ist der Schnittpunkt der Linie zwischen (xp + xpq, yp + ypq) und (xq + xpq, yq + ypq) und der Linie zwischen (xq + xqr, yq + yqr) und (xr + xqr, yr + yqr).
Es gilt das Folgende:
xs = xpq + n·xp + (1 - n)·xq und ys = ypq + n·yp + (1 - n)·yq;
xs = xqr + m·xq + (1 - m)·xr und ys = yqr + m·yq + (1 - m)·yr;
Die Auflösung dieser Gleichungen nach dem Parameter n ergibt:
n = [(yq - yr)·(xpq + xq - xqr - xr) - (xq - xr)·(ypq + yq - yqr - yr)]/ [(xq - xr)·(yp - yq) - (yq - yr)·(xp - xq)]
Wenn der Nenner null ist, befinden sich die beiden Linienabschnitte in der Verlängerung des jeweils anderen, und der Parameter n nimmt den Wert null an.
Der Schnittpunkt (xs, ys) ist damit gefunden.
Jede Mittellinie wurde somit ergänzt, um eine wirkliche Straße mit einer gegebenen Breite zu bilden.
Schließlich werden alle so gefundenen Polygone mit den dazugehörigen Kreuzungspunkten verbunden. Da die Verbindungen gegen den Uhrzeigersinn sortiert wurden, wird jedesmal der Schnittpunkt des linken Randes einer Verbindung mit dem rechten Rand der nächsten Verbindung berechnet. Die Berechnungen sind den obigen analog.
Das Netz von "strichförmigen Straßen" ist somit in ein Netz von "wirklichen" Straßen umgesetzt worden. Die Navigationsdaten können nun positioniert werden, um besser dem Bild der Umgebung zu entsprechen.

Claims

1. Verfahren zur Wiedergabe von Navigationsleitinformationen, die von einem Navigationssystem (12, 13) für ein Fahrzeug geliefert werden, wobei diese Informationen einem Szenenbild überlagert (14) werden, das einer Fahrzeugposition zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Bild ein Echtzeit-Bild und unabhängig von dem Navigationssystem (12, 13) ist, da es unmittelbar und kontinuierlich von einer Video- oder Fernsehkamera (24) erzeugt (11) wird, die physisch mit dem Fahrzeug verbunden ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Navigationsleitinformationen auf der Basis von Meßdaten von Sensoren und/oder topografischen Daten aus einer Datenstruktur von dem Navigationssystem erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Überlagern die Navigationsleitinformationen entsprechend einer Position der Video- oder Fernsehkamera relativ zur Umgebung transformiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Navigationsleitinformationen mittels perspektivischer Transformation transformiert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Navigationsleitinformationen in einer solchen Weise wiedergegeben werden, dass sie sich vom Rest des Bildes unterscheiden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Navigationsleitinformationen von dem Navigationssystem auf der Basis von Meßdaten von Sensoren und topografischen Daten aus einer Datenstruktur erzeugt werden, in der Straßen durch Koordinaten ihrer Mittellinien dargestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Überlagern der Navigationsleitinformationen die Darstellung der Straßen in eine Darstellung durch Polygone umgesetzt wird.

6. Navigationssystem zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem Informationsverschaffungsystem zur Verschaffung von Navigationsleitinformationen (21), einem Szenenbildverschaffungssystem zur Lieferung eines Szenenbildes, das einer bestimmten Fahrzeugposition zugeordnet ist, und Wiedergabeüberlagerungsmitteln (25), die vom genannten Informationsverschaffungssystem und vom genannten Szenenbildverschaffungssytem parallel gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Szenenbildverschaffungssystem für Echtzeitbetrieb vorgesehen ist und unabhängig vom genannten Informationsverschaffungssystem arbeitet, indem es eine Video- oder Fernsehkamera (11, 24) umfaßt, die physisch mit dem Fahrzeug verbunden ist, um unmittelbar und kontinuierlich das genannte Szenenbild zu erzeugen, ein Transformationsmodul (22) zur Transformation der durch das Informationsverschaffungssytem erzeugten Navigationsleitinformationen, einen Videogenerator (24) zur Erzeugung eines Anzeigesignals aus den transformierten Navigationsleitinformationen, eine Kombinationseinheit (25) zur Kombination des Szenenbildes mit dem videotransformierten Anzeigesignal, sowie eine Wiedergabeeinheit (26) zur Wiedergabe der kombinierten Signale.