JP5837092B2 - 水平角を使用する位置決定 - Google Patents
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Description
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、2011年1月11日に出願された「Position Determination Using Horizontal Angles」という名称の米国特許仮出願第61/431,732号の利益を主張する。
図12を参照して図1、図2および図4をさらに参照すると、ワイヤレス通信システム100のAT 16の位置を決定するプロセス1200は、図示の段階を含む。しかしながら、プロセス1200は、例にすぎず、制限ではない。プロセス1200は、たとえば、段階を追加する、削除する、または、並べ替えることによって変更され得る。
ナビゲーションにおいて、位置線(position line)または位置の線(line of position)が、所与のパラメータが一定値を有する点のセットとして定義される。位置線を構築するために使用されるパラメータは、方位、対象物への距離、対象物間の角度、天体の高度などを含む。位置を決定するために、少なくとも2本の位置線の交点が必要であり、交点は、観測者の位置であるものと仮定される。
図6を参照して図5および図13をさらに参照すると、カメラ37によってキャプチャされた画像内で検出された対象物のキーポイントを表す、2点AおよびBの斜視図が示されている。参照しやすいように、図6および図13の説明は図3のカメラ37に言及するが、説明は図3のカメラ37、38および39のいずれにも適用される。点Oは、カメラ37の目に対応する観測者の位置を表す。カメラ37の射影平面60は、カメラの目Oからの焦点距離fに位置する。画像62が、射影平面60の上に作成される。点AおよびBの画像A'およびB'は、光線OAおよびOBが射影平面60を貫通する所における画像点である。水平角θ(すなわち、角AOB)は、点AおよびBが、カメラの目が位置する観測者の位置Oから見られる角度である。角AOBは、角A'OB'に等しく、それにより、カメラ画像62上の点A'およびB'のロケーションの知識は、角度θを決定するのに十分である。
上記で説明したように、図1のAT 16は、複数の基準キーポイント(たとえば、複数の基準キーポイントの物理的記述として)と、それぞれの基準キーポイントの地理的ロケーションとを受信する。好ましくは、各地理的ロケーションは、AT 16の推定位置付近のロケーションである。AT 16の位置は、たとえば、GPS、A-GPS、またはセルベース測位方法を使用して推定され得る。
yA=ΔlatA×60×1852 (10)
であり、点BおよびCに対する等価な式が、yBおよびyCをそれぞれ計算するために存在する。
xA=ΔlongA×60×1852×cos(latmean) (11)
であり、点BおよびCに対する等価な式が、xBおよびxCをそれぞれ計算するために存在する。実際には、点AとP0との間の平均緯度は、一般に計算されず、点P0の緯度の余弦は、式(11)で使用される。というのは、関心のある点のすべては、ほんの数百メートルの範囲内にあるからである。この範囲における緯度の余弦における差は、無視できる。したがって、平均緯度は、その領域内の任意の点、たとえば原点P0の緯度として概算され得る。
図7を参照すると、対象物AとBとの間の水平角αによって定義される単一の位置圏70に対する式は、中心点Oと半径rとによって定義され得る。以下の計算は、2つの位置圏50および52のそれぞれに対する式(7)および(8)を定義するために、図5の2つの位置圏50および52のそれぞれに対して実行され得る。次いで、図5の点PにおけるAT 16の位置は、交点に対して式(7)および(8)を一緒に解くことによって計算され得る。
∠OAB=∠OBA=(180°-β)/2=90°-α (12)
と書かれ得る。線OAおよび線OBは、線分ABに対して角度90°-αで傾斜している。
mAB=(yB-yA)/(xB-xA) (13)
であり、角度γに対する式は、
γ=arctan(mAB) (14)
であり、γは、線ABがx軸と形成する傾斜角である。右手系の直交系において、線の傾斜角は、0°〜180°の値を取る。計算された傾斜角γ、
y=mOA*(x-xA)+yA (16)
として決定され得、ここで傾斜mOAは、線OAの傾斜角
Ψ=γ+(90°-α) (18)
であり、その角度は、線OBがx軸と形成する傾斜角である。計算された傾斜角Ψは、角度が0°と180°との間の正の値であることを保証するために修正(すなわち、±180°)されてよい。
y=mOB*(x-xB)+yB (19)
として決定され得、ここで傾斜mOBは、線OBの傾斜角Ψの正接
mOB=tan(Ψ) (20)
であり、(xB、yB)は、対象物Bの座標、たとえば度における緯度および経度の座標から変換されたメートルにおける座標である。
mOA*x-y=mOA*xA-yA (21)
mOB*x-y=mOB*xB-yB (22)
として書き換えられてよく、式の解は、線OAとOBとの交点、中心Oに対する座標(xO,yO)をもたらす。式(21)および(22)は、マトリックス形式、A*x=bで書かれてもよく、ここで
r2=(xA-xO)2+(yA-yO)2 (24)
を計算するために使用され得、ここで式(24)は、図5の位置圏50および52それぞれに関する式(5)および(6)と同じ形式を取る。次いで、位置圏70に対する式が、
(xO-x)2+(yO-y)2=r2 (25)
として定義され得、ここで式(25)は、図5の位置圏50および52それぞれに関する式(7)および(8)と同じ形式を取る。
図3のAT 16のカメラ37は、ライブビデオストリームをディスプレイに与えることに加えて、AT 16上でナビゲーション技法のアプリケーションを可能にする、位置決定のためのツールとして働くことができる。いくつかのナビゲーション技法の精度は、ナビゲーションデバイス、ここではカメラ38によって測定され得る角度の大きさに依存する。
本明細書の開示に関して説明する様々な例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)または他のプログラマブル論理的デバイス、個別ゲートまたはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、または本明細書で説明する機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せで実装または実行することができる。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであり得るが、代替として、プロセッサは任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であり得る。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、DSPとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連携する1つまたは複数のマイクロプロセッサ、あるいは任意の他のそのような構成として実装され得る。
16 モバイルアクセス端末(AT)
22 衛星
24 建造物
26 送信経路
30 プロセッサ
32 メモリ
33 ソフトウェアコード
34 トランシーバ
36 アンテナ
37 カメラ
38 カメラ
39 カメラ
42 画像キャプチャモジュール
44 キーポイント識別および探索モジュール
46 幾何学的検証モジュール
48 位置計算モジュール
50 位置圏
52 位置圏
60 射影平面
62 画像
70 位置圏
80 水平画角
100 ワイヤレス通信システム
170 位置圏
172 位置圏
200 都市環境
Claims (27)
- ワイヤレス通信システムのアクセス端末であって、
1つまたは複数の基準対象物に関する複数の基準キーポイントと、各々が前記アクセス端末の推定位置付近のロケーションである、それぞれの基準キーポイントの地理的ロケーションとをワイヤレスで受信するように構成されたトランシーバと、
前記トランシーバに通信可能に結合され、画像をキャプチャするように構成された、少なくとも1つのカメラと、
前記少なくとも1つのカメラに通信可能に結合され、前記少なくとも1つのカメラによってキャプチャされた前記画像内で識別された1つまたは複数の対象物に関するそれぞれの画像キーポイントにそれぞれが対応するように決定された、基準キーポイントの第1および第2のペアそれぞれの前記地理的ロケーションの間の第1および第2の水平角を使用して、前記推定位置より正確な前記アクセス端末の精密位置を計算するように構成されたプロセッサとを備え、
前記1つまたは複数の対象物が、前記それぞれの基準キーポイントに対してキーポイントに関する記述子の類似と幾何学的制約条件の両方を満足している、1つまたは複数の画像キーポイントを有し、前記1つまたは複数の画像キーポイントの数が、しきい値以上であり、
前記プロセッサが、それぞれの前記第1および第2の水平角によってそれぞれが定義される第1および第2の位置圏の交点として、前記精密位置を計算するようにさらに構成される、アクセス端末。 - 前記トランシーバが、前記複数の基準キーポイントおよび地理的ロケーションの要求として、前記アクセス端末の前記推定位置をワイヤレス送信するようにさらに構成される、請求項1に記載のアクセス端末。
- 前記プロセッサが、
前記第1および第2の位置圏のそれぞれの中心を計算し、
前記第1および第2の位置圏のそれぞれの半径の2乗を計算し、
前記それぞれの計算された中心と半径の2乗とを使用して、前記第1および第2の位置圏のそれぞれに対する式を定義し、
前記第1および第2の位置圏に対する前記式を解くことによって、前記第1および第2の位置圏の前記交点を計算するようにさらに構成される、請求項1に記載のアクセス端末。 - 前記プロセッサが、前記第1および第2の水平角のそれぞれが30度と120度との間になるように、前記第1および第2のペアのそれぞれに対して前記決定されたキーポイントを選択するようにさらに構成される、請求項1に記載のアクセス端末。
- 前記トランシーバが、追加の基準キーポイントと、各々が前記アクセス端末の推定未来位置付近のロケーションである、それぞれの追加の基準キーポイントの追加の地理的ロケーションとをワイヤレスで受信するようにさらに構成される、請求項1に記載のアクセス端末。
- 前記プロセッサが、前記アクセス端末の前記未来位置を推定するために、前記アクセス端末のモーションを追跡するようにさらに構成される、請求項5に記載のアクセス端末。
- 前記少なくとも1つのカメラが、複数の画像をキャプチャするように構成され、
前記プロセッサが、前記複数の画像を合成画像に組み合わせるようにさらに構成される、請求項1に記載のアクセス端末。 - 前記少なくとも1つのカメラが、前記アクセス端末上に扇形パターンで配列され、少なくとも80度の組み合わされた有効水平画角を有する複数のカメラである、請求項7に記載のアクセス端末。
- ワイヤレス通信システムのアクセス端末の位置を決定するように構成された装置であって、
1つまたは複数の基準対象物に関する複数の基準キーポイントと、各々が前記アクセス端末の推定位置付近のロケーションである、それぞれの基準キーポイントの地理的ロケーションとを、前記アクセス端末においてワイヤレスで受信するための手段と、
前記基準キーポイントのうちの少なくとも3つを、前記アクセス端末によってキャプチャされた画像内の1つまたは複数の対象物に関するそれぞれの画像キーポイントにそれぞれが対応するように決定するための手段と、
前記決定されたキーポイントの第1および第2のペアそれぞれの前記地理的ロケーションの間の第1および第2の水平角を使用して、前記推定位置より正確な、前記アクセス端末の精密位置を計算するための手段とを含み、
前記1つまたは複数の対象物が、前記それぞれの基準キーポイントに対してキーポイントに関する記述子の類似と幾何学的制約条件の両方を満足している、1つまたは複数の画像キーポイントを有し、前記1つまたは複数の画像キーポイントの数が、しきい値以上であり、
前記精密位置が、それぞれの前記第1および第2の水平角によってそれぞれが定義される第1および第2の位置圏の交点として計算される、装置。 - 前記アクセス端末の前記推定位置を、前記複数の基準キーポイントおよび地理的ロケーションの要求として前記アクセス端末からワイヤレス送信するための手段をさらに含む、請求項9に記載の装置。
- 前記アクセス端末によってキャプチャされた前記画像内で複数の画像キーポイントを識別するための手段と、
前記識別された画像キーポイントに対する前記複数の基準キーポイントを探索するための手段とをさらに含む、請求項9に記載の装置。 - 前記計算するための手段が、
前記それぞれの第1および第2の水平角によってそれぞれが定義される、第1および第2の位置圏のそれぞれの中心を計算するための手段と、
前記第1および第2の位置圏のそれぞれの半径の2乗を計算するための手段と、
前記それぞれの計算された中心と半径の2乗とを使用して、前記第1および第2の位置圏のそれぞれに対する式を定義するための手段と、
前記第1および第2の位置圏に対する前記式を解くことによって前記第1および第2の位置圏の交点を計算するための手段とを含み、前記アクセス端末の前記精密位置が前記交点として計算される、請求項9に記載の装置。 - 計算するための前記手段が、前記第1および第2の水平角のそれぞれが30度と120度との間になるように、前記第1および第2のペアのそれぞれに対して前記決定されたキーポイントを選択するための手段を含む、請求項9に記載の装置。
- 追加の基準キーポイントと、各々が前記アクセス端末の推定未来位置付近のロケーションである、それぞれの追加の基準キーポイントの追加の地理的ロケーションとを、前記アクセス端末においてワイヤレスで受信するための手段をさらに含む、請求項9に記載の装置。
- プロセッサに、
1つまたは複数の基準対象物に関する複数の基準キーポイントと、各々がアクセス端末の推定位置付近のロケーションである、それぞれの基準キーポイントの地理的ロケーションとを、ワイヤレス通信システムの前記アクセス端末においてワイヤレスで受信させ、
前記基準キーポイントのうちの少なくとも3つを、前記アクセス端末によってキャプチャされた画像内の1つまたは複数の対象物に関するそれぞれの画像キーポイントにそれぞれが対応するように決定させ、
前記決定されたキーポイントの第1および第2のペアそれぞれの前記地理的ロケーションの間の第1および第2の水平角を使用して、前記推定位置より正確な、前記アクセス端末の精密位置を計算させるように構成された、プロセッサ可読命令を備え、
前記1つまたは複数の対象物が、前記それぞれの基準キーポイントに対してキーポイントに関する記述子の類似と幾何学的制約条件の両方を満足している、1つまたは複数の画像キーポイントを有し、前記1つまたは複数の画像キーポイントの数が、しきい値以上であり、
前記精密位置が、それぞれの前記第1および第2の水平角によってそれぞれが定義される第1および第2の位置圏の交点として計算される、コンピュータプログラム。 - 前記プロセッサに、前記アクセス端末の前記推定位置を、前記複数の基準キーポイントおよび地理的ロケーションの要求として、前記アクセス端末からワイヤレスで送信させるように構成された命令をさらに含む、請求項15に記載のコンピュータプログラム。
- 前記プロセッサに、
前記アクセス端末によってキャプチャされた前記画像内で複数の画像キーポイントを識別させ、
前記識別された画像キーポイントに対する前記複数の基準キーポイントを探索させるように構成された命令をさらに含む、請求項15に記載のコンピュータプログラム。 - 前記プロセッサに、前記アクセス端末の前記精密位置を計算させるように構成された前記命令が、前記プロセッサに、
前記それぞれの第1および第2の水平角によってそれぞれが定義される、第1および第2の位置圏のそれぞれの中心を計算させ、
前記第1および第2の位置圏のそれぞれの半径の2乗を計算させ、
前記それぞれの計算された中心と半径の2乗とを使用して、前記第1および第2の位置圏のそれぞれに対する式を定義させ、
前記第1および第2の位置圏に対する前記式を解くことによって前記第1および第2の位置圏の交点を計算させるように構成され、前記アクセス端末の前記精密位置が前記交点として計算される、請求項15に記載のコンピュータプログラム。 - 前記プロセッサに、前記精密位置を計算させるように構成された前記命令が、前記プロセッサに、前記第1および第2の水平角のそれぞれが30度と120度との間になるように、前記第1および第2のペアのそれぞれに対して前記決定されたキーポイントを選択させるように構成される、請求項15に記載のコンピュータプログラム。
- ワイヤレス通信システムのアクセス端末の位置を決定する方法であって、
1つまたは複数の基準対象物に関する複数の基準キーポイントと、各々が前記アクセス端末の推定位置付近のロケーションである、それぞれの基準キーポイントの地理的ロケーションとを、前記アクセス端末においてワイヤレスで受信するステップと、
前記基準キーポイントのうちの少なくとも3つを、前記アクセス端末によってキャプチャされた画像内の1つまたは複数の対象物に関するそれぞれの画像キーポイントにそれぞれが対応するように決定するステップと、
前記決定されたキーポイントの第1および第2のペアそれぞれの前記地理的ロケーションの間の第1および第2の水平角を使用して、前記推定位置より正確な、前記アクセス端末の精密位置を計算するステップとを含み、
前記1つまたは複数の対象物が、前記それぞれの基準キーポイントに対してキーポイントに関する記述子の類似と幾何学的制約条件の両方を満足している、1つまたは複数の画像キーポイントを有し、前記1つまたは複数の画像キーポイントの数が、しきい値以上であり、
前記精密位置を計算するステップが、前記それぞれの第1および第2の水平角によってそれぞれが定義される第1および第2の位置圏の交点として、前記精密位置を計算するステップを含む、方法。 - 前記アクセス端末によってキャプチャされた前記画像内で複数の画像キーポイントを識別するステップと、
前記識別された画像キーポイントに対する前記複数の基準キーポイントを探索するステップとをさらに含む、請求項20に記載の方法。 - 前記精密位置を計算するステップが、
前記第1および第2の位置圏のそれぞれの中心を計算するステップと、
前記第1および第2の位置圏のそれぞれの半径の2乗を計算するステップと、
前記それぞれの計算された中心と半径の2乗とを使用して、前記第1および第2の位置圏のそれぞれに対する式を定義するステップと、
前記第1および第2の位置圏に対する前記式を解くことによって、前記第1および第2の位置圏の前記交点を計算するステップとを含む、請求項20に記載の方法。 - 前記精密位置を計算するステップが、前記第1および第2の水平角のそれぞれが30度と120度との間になるように、前記第1および第2のペアのそれぞれに対して前記決定されたキーポイントを選択するステップを含む、請求項20に記載の方法。
- 追加の基準キーポイントと、各々が前記アクセス端末の推定未来位置付近のロケーションである、それぞれの追加の基準キーポイントの追加の地理的ロケーションとを、前記アクセス端末においてワイヤレスで受信するステップをさらに含む、請求項20に記載の方法。
- 前記基準キーポイントのうちの少なくとも3つを決定するステップが、
前記基準キーポイントの記述子と前記画像キーポイントの記述子とを比較し、前記記述子の類似に基づいて、前記基準キーポイントと前記画像キーポイントとのペアである複数のキーポイント対応を決定するステップと、
所定の数のキーポイント対応が幾何学的制約条件によって適合されるまで、前記複数のキーポイント対応に対して幾何学的検証を実行するステップとを含む、請求項20に記載の方法。 - 前記アクセス端末の精密位置を計算するステップが、
前記決定されたキーポイントの第1および第2のペアそれぞれの前記地理的ロケーションの間のそれぞれの第1および第2の水平角を使用して各位置が計算される、前記アクセス端末の複数の位置を計算するステップと、
前記複数の位置の平均として前記精密位置を計算するステップとを含む、請求項20に記載の方法。 - 前記複数の位置の前記平均として前記精密位置を計算するステップが、
前記複数の位置のうちの少なくとも1つを異常値として識別するステップと、
前記少なくとも1つの識別された異常値が前記計算から排除される状態で、前記複数の位置の前記平均として前記精密位置を計算するステップとを含む、請求項26に記載の方法。
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