TW200944830A - System and method for map matching with sensor detected objects - Google Patents

Description

疋位系統及車辆導 測之物件之地圖匹 電子地圖（亦在本文中稱為 不斷用以提供各種導航功

200944830 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明一般係關於數位地圖、地理 航’且特定言之係關於用於與感測器偵 配的系統及方法。 【先前技術】 在過去數年内，導航系統、 數位地圖）及地理定位裝置已 能。此類導航功能之範例包括決定一車輛的總位置及方 位；找到目的地及位址；計算最佳選路；以及提供即時駕 駛指導，包括對商業清單或黃頁的存取。 瓜地’ -導航系統描繪街道、河流、建築物及其他地 理與人造特徵之網路，作為H線段，其在—駕驶導航 系統之♦景内包括近似地沿每—街道之中心運行的一中心 線 移動車輛因此能接近於或關於該中心線而定位在地 圖上。 些較早的導航系統（例如美國專利第4,796，191號中說 月的導航系統）已主要依靠相對位置決定感測器，與"終止 推算特徵，以估計該車輛之當前位置及航向。然而，此 技術傾向於累積少量位置誤差。能採用”地圖匹配"演算法 來。卩分地校正該誤差，其中若能真正找到該地圖之術道網 路上的最適當點，則地圖匹配演算法將藉由車輛之電腦計 算的终止推算位置與街道之數位地 圖比較，以找到此點。 13S330.doc 200944830 該系統因此更新車輛的終止推算位置以匹配該地圖上的假 定更準確的”更新位置"。 其他形式的導航系統已使用信標（例如無線電信標，有 時亦稱為電子路標）以提供位置更新並減小位置誤差。基 於包括南安裝成本的數個原因，電子路標通常係以極低密 度來隔開。此意指在另一信標或電子路標能遇到並用於位 置確認之前，誤差通常累積至不可接受的位準。因此，即 φ 冑在使用信標的情況下，仍需要諸如地圖匹配之技術以消 除或至少明顯減小累積的誤差。 地圖匹配技術亦已證實可用於提供關於駕驶員的當前位 置方位、附近、目的地、選路的有意義，，實際"資訊或關 於沿一特定旅行遇到之目的地的資訊至該駕駛員。美國專 利第4,796，191號中揭示的地圖匹配之形式可視為"推論性 的，即揭示的演算法尋求使車輛之終止推算（或另外估計） 循跡與採用地圖編碼的公路網路匹配。車輛沒有公路網路 的直接測量；相反地，該導航系統僅估計車輛之位置及航 向並因此尋求將該等估計與已知公路片段之位置及航向比 較。一般地，此類地圖匹配技術係多維的，並且考慮許多 參數’最明顯的參數係公路與估計位置之間的距離，以及 A路與估叶車輛航向之間的航向差。地圖亦能包括附於每 一公路片段的絕對座標。一典型終止推算系統可藉由使該 駕敬員識別地圖上的車輛之位置來起始該程序。此致能終 止推算位置根據絕對座標來提供。其後終止推算決定（即 138330.doc 200944830 增量距離及航向測量）因此能用以計算座標之新絕對集 合，並將新或當前終止推算位置與在地圖令識別為定位在 計算之終止推算位置附近的公路片段比較。因此能隨著車 輛移動而重複該程序。當前終止推算位置之位置誤差的估 計能連同位置本身來計算。此誤差估計依次定義一空間區 . 域，在其内車輛很可能係在某一機率内。若車輛之決定位 置係在公路片段之一計算距離臨限值内，並且估計航向係 φ 在自公路片段資訊計算的航向之計算航向差臨限值内，則 其能採用車輛必須係在公路之該區段上的某一機率來推 斷。此允許該導航系統進行任何必要校正以消除任何累積 誤差。 在介紹價格合理的地理定位系統（GPsm星接收器硬體 情況下，一GPS接收器亦能添加至該導航系統以接收一 衛星信號並使用該信號來直接計算車輛之絕對位置。然 而，即使採用GPS之利益，仍通常使用地圖匹配以消除 接收的GPS信號内及地圖内的誤差，並且更準確地向該 駕駛員顯示其在該地圖上所處的位置。儘管全球或大規 型衛星技術係極準確的，但是本地或微小規模之小位置 誤差仍確實存在。此主要係因為Gps系统可經歷間歇或 較差信號接收或信號失真；以及因為街道之中心線代表 與自GPS接收器的測量位置兩者僅可在數米内係準確 的。較高實行系統使用終止推算與Gps的組合以減小位 置決定誤差，但是即使採用此組合，誤差仍能至數米或 I38330.doc 200944830 較大的程度出現。 在-些實例中，能添加慣性感測器以提供中等距離内的 利益，但是在較大距離内即使包括慣性感測器的該等系統 亦將累積誤差。 然而，雖然車輛導航裝置已隨時間而逐漸改良、變得更 準確特徵豐备、較便宜與普遍；但是其仍落在汽車行業 、；力要求内’而且特定言之，預期未來應用將需要較高 Φ 位置準確度，以及較詳細、準確及特徵豐富地圖。此係本 發明之具體實施例經設計用以解決的區域。 【發明内容】 本發明之具體實施例藉由提供—直接感測器及物件匹配 技術來解決以上說明的問題。直接感測器及物件匹配技術 能用以澄清該駕驶員通過的物件，並精確地表明檢索資訊 係在參考該等物件之哪一個。該技術亦可使該導航系統改 進其位置估計（即改良該位置估計的準確度），而無需使用 ® 者注意。 依據使用景物匹配之一具體實施例，提供一系統，其 自感測器收集之或原資料榻取一或多個景物；（b)自原資料 之地圖提供或儲存版本建立一對應景物；以及（(〇比較該兩 個景物以幫助提供車輛位置之更準確估計。 依據使用車輛與物件位置匹配的一具體實施例，提供一 系統，其（a)自感測器收集之或原資料擷取原物件資料； (b)自原資料之地圖提供或儲存版本將擷取資料與保持在地 138330.doc 200944830 圖中的一對應原物件資料比較；以及（c)比較物件資料之兩 個測量以幫助提供車輛位置之更準確估計。 依據使用物件特徵化的—具體實施例，提供—系統，其 ⑷自感測器收集之或原資料擷取原物件資料；（b)自該等 原、物件掏取特徵；以及⑷將該等特徵與儲存在該地圖‘的 特徵比較以幫助提供車輛位置之更準確估計。 在-些具體實施例中，小汽料的相機或感測器能用以 ❹冑態地即時產生車輛之附近的影像。使用直接感測器/物 件匹配技術，地圖及物件資訊因此能自一地圖資料庫而檢 索，並叠加於該等影像上以由該駕敬員來觀察，包括準確 地定義方位或平臺以便地圖資料及影像資料之對準係準確 的。-旦達到對準，影像就能採用自關於任何影像中物件 的資料庫檢索的資訊來進一步增強。該系統減小對其他較 昂貴之解決方式(例如使用高準確度系統以直接測量方位） 求。在-些具體實施例中，—旦該導航系統係與在附 近的物件感測器匹配，此等物件就可準確地顯示於地圖顯 不器上作為在駕駛員導航公路時幫助該駕駿員的圖標。例 如’停車標諸、燈柱或郵筒之影像（或圖標代表）能以對該 駕駛員的實際觀點或觀察之點的準確位置及方位而置於駕 駛員之顯7F器上。此等提示物件係用以提示該駕驶員注意 其確切位置及方位。在一些具體實施财，提示物件可甚 至基於系統提供清楚及實務方向至該駕駛員之目的而用作 ‘圯（例如，”在停車標誌處，向右轉至加州街上；您的目 138330.doc 200944830 的地因此係在通過郵筒後四米處）。 在一些具體實施例中，一旦該導航系統係與其附近的物 件感測器匹配’就能顯示額外細節，例如在該地圖資料庫 中收集的看板資訊。此資訊能用以改良該駕駛員讀取標誌 及瞭解其環境的能力’並且當該標誌對於該駕駛員仍係太 遠以致不能讀取時或當該標誌由於天氣或另一交通而模糊 不清時係尤其有用。 在一些具體實施例中，一位置及指導資訊能使用抬頭顯 示器（HUD)而投影於駕駛員之前窗或擋風玻璃上。此允許 由该系統提供的精確位置及方位資訊用以保持投影顯示與 待行進的公路準確地對準。 【實施方式】 本文中說明的係一種用於與感測器偵測之物件之地圖匹 配的系統及方法。一直接感測器及物件匹配技術能用以澄 清該駕駛員通過的物件◊該技術亦可使該導航系統改進其 位置估計（即改良該位置估計的準確度）。 對於未來導航有關應用，預期與一公路之中心的地圖匹 配可能係不充分的，即使當與Gps或慣性感測器組合時亦 如此。在每一方向上具有兩個行進通道之一典型公路以及 沿每一側的停放小汽車之一通道可橫跨約2〇米。公路中心 線係公路之一理想化簡化，其本質上具有零寬度。以參考 為基礎的地圖匹配一般不能夠幫助定位車輛所定位的公路 之哪個特定通道，或者甚至車輛沿一高準確度（好於（例 138330.doc 200944830 如米)内的公路所處的位置。今天的消費者位 可具有不同誤差來源，但是其產生與相對於總位置準確度 之非GPS技術粗略相同的結果。 已建議-些系統，其需要儲存於該地圖資料庫中的資訊 與針對車輛之即時位置決定所捕獲及使用的資訊兩者内： 更高位準的絕對準確度。例如，考量每—典型公路通道係 約3米寬’若該數位地圖或地圖資料庫係構造為具有小於 -米的絕對準確度位準，而且若以小於—米的準碟度位準 來編碼通道資訊並亦提供即時車輛位置系統，則裝置或車 輛能在合理確定内決定其前佔用哪個通道。此一方法已導 致引入差動信號’以及諸如WAAS之技術。遺憾地，產生 具有一米之絕對準確度的地圖係極昂貴且消耗時間的，而 且亦具有對於該地圖中的特徵之全部的位置之極高（例如 95%)可靠度比率。產生能以類似位準的絕對準確度、強固 度及仏心來收集資訊之強固即時以小汽車為基礎的位置決 定系統亦係極昂貴的。 其他系統建議以片段匹配為基礎而檢索物件資訊。然 而，此類系統僅自其記憶體以其與一特定公路或區塊片段 的關係為基礎而檢索物件。此時能檢索自與該片段相關聯 之所有物件的資訊並使其可用於該駕駛員。然而，區分自 不同物件的資訊仍取決於該駕駛員。 其他系統建議以探測資料為基礎來收集物件位置並使用 138330.doc 200944830 -地圖内的此等物件位置以改良位置估計。然而，此類系 統並不提供至於如何實際上使此一系統實際工作的任何實 務解決方式。 因為複數個導航系統6獲得動力，而且基本技術已根據 更大效能及減小成本而改良，故基本地圖資料庫中的投資 已豐田可用内容（板上與板外兩者），而且較多過分要求的 '終端使用者應用已開始顯現。例如，公司及政府代理人在 哥找將導航裝置用於改良式高速公路安全性及車輛控制功 參 能的方式（例如，用於自動化駕駛，或防止相撞）。為實施 此等先進概念之許多者，將需要更高位準的系統效能。 依據一具體實施例，發明者預期車輛中的下一代導航能 力將包含電子及其他感測器，以偵測並測量在車輛附近的 物件。此等感測器之範例包括相機（包括攝錄影機及靜止 圖像相機）、以各種波長操作並具有設計參數之寬分類的 雷達雷達掃描器、以及使用諸如附近射頻識別（RFID)之 • 技術的各種其他接收器及感測器與附近或無線通信裝置。 亦不斷有利的係應用比感測器更多地瞭解物件能直接測 量或另外感測。例如，應用可能需要瞭解在一特定街道標 痣上寫入的内容’或該街道標誌相對於其他附近物件的位 置。為支持此點，將需要儲存關於基本資料庫中的此類物 件之較多資訊’並接著以較智慧方式來使用該資訊。 一個方法係儲存物件資訊作為一電子地圖、數位地圖或 數位地圖資料庫之部分，或連結至此一資料庫，因為該等 物件通常需要藉由空間座標或以與亦儲存在此類地圖資料 138330.doc 200944830 庫中的其他物件（例如公路及公路屬性）之關係加以參考。 可使用此添加物件資訊以增強駕駛員之體驗的應用類型之 範例係說明在美國專利第6,047,234 ; 6,671，615 ;及6,836,724 號中。 然而，以上說明的技術之許多者儲存物件資料為與一街 道片段相關聯的一般屬性。此特定方法之缺點包括：缺乏

該地圖資料庫中的物件之高準確度放置；缺乏該物件相對 地資料庫中的其他物件之位置的高準確度位置資訊；缺乏 利用車輛中或板上感測器資料以主動地定位此類物件之任 何構件。此等技術僅能使藉由一車輛通過的一物件與該地 圖資料庫巾在該車輛之位置決定功能已識料公路片段附 近或/σ該A路片^又的該等物件不精確地匹配，而無需借助 於物件@測感測器。傳統消f者導航技術缺乏利用除地圖 資料以外的感測器位置測量以準確地且獨特地使感測物件 與一資料庫中的對應物件匹配之任何構件。 在 二糸統中，位置決定係在極大程度上採用Gps，可 以借助於終止推算及慣性導航感測器及以干擾為基礎的地 圖匹配來完成。因為車輛之位置決定之絕對位置及如儲存 在地圖中的物件之位置兩者遭受明顯誤差（在許多實例中 在1〇 m以上）’而且因為物件密度（例如在一典型主要公路 片&或十子路口上）可能包括相對緊密接近内的個或】〇 個以上物件，故當前系統將難以解決哪 或對應用係精確關注的…般 鳩駛員 < 故地糸統尚未採用一概念來 §又计概心之物件可為板上感測器所見，或如何使該伯 J38330.doc 200944830 測之物件與物件之一資料庫匹配以獲得較多精確位置或方 位資訊，或者獲得關於物件及附近的較多資訊。 以引用方式併入本文中的名稱為”用於包括絕對與相對 座標之車輛導航及駕駛的系統及方法"之共同待審的美國 專利申請案第60/891,019號說明用於儲存一地圖資料庫中 的物件之技術，該等物件具有一絕對位置與一相對位置兩 者（相對於亦在此地圖中代表的其他附近物件）之屬性。本 . 文中說明的系統及方法支援車輛中感測器之未來使用，而 O i允許儲存該地圖資料庫中的屬性（或以按需要為基礎而 動態地接收局部物件資訊），其將有助於感測物件與地圖 物件之獨特匹配。美國專利第6〇/89 LOW號識別對強固物 件匹配演算法的需求，並說明用於使感測器偵測之及測量 之物件依仗其在地圖中的代表來匹配之技術。本發明之具 體實施例進一步解決定義用於實行此直接感測物件之地圖 匹配的增強方法之問題。 φ 圖1顯不一汽車導航座標系統之解說與依據一具體實施 例的一實際物件之選擇。如圖丨中所示，一車輛丨〇〇行進包 括一或多個路邊、公路標記、物件、以及街道設施的一公 路102，其在此範例中包括：路邊1〇4、通道及/或公路標 »己10 5 (其能包括諸如通道間隔物或公路中心線、橋樑以及 天橋之特徵）、公路側圍欄1〇8、郵筒1〇ι、出口標誌1〇3、 公路標誌（例如停車標誌）1〇6、以及其他公路物件11〇或結 構。一起地，此等公路標誌及物件之全部，或公路標誌及 物件之選擇’能視為可藉由該系統解譯的一景物丨〇7。顯 138330.doc -13· 200944830 然’如圖1中所示的景物與公路標誌及物件係在本文中藉 由範例來提供而且許多其他景物及不同類型的公路標誌及 物件能加以想像並用於本發明之具體實施例。 公路網路、車輛及物件可根據包括X 120、y 122及z 124 方向或轴中的放置、方位及移動的座標系統118來考量。 依據一具體實施例，該車輛中的一地圖資料庫係用以儲存 除傳統公路網路及公路屬性以外的此等物件。一物件（例

纏I ❹ 如一停車標誌、路旁標誌、燈柱、交通號誌、橋樑、建築 物或甚至通道標記或公路路邊）係能由眼睛容易看見並識 別的一實體物件。依據本發明之具體實施例，此等物件之 一些或全部亦能由安裝於該車輛上或中的一感測器（例如 雷達、雷射、掃描雷射、相機、RFID接收器或類似物）來 感測（128)。此等裝置能感測一物件，而且在許多情況下能 測量該物件相對於該車輛之位置及方位的相對距離及方 向。依據一些具體實施例，該感測器能擷取關於該物件的 其他資訊，例如其大小或尺寸、密度、色彩、反射率或兑 他特徵。 ' 在些實施方案中’該系統及’或感測器能採用該車輛 中的軟體及微處理H來嵌人或與其連接以允許該車輛隨該 車輛移動*即時識別感測器輸ά中的一物件 " 車輛導航系統之一項具體實施例的解說。如圖2中所示、， 該系統包含-導航系統140，其能置於一車輛⑼如小汽 車、卡車、公共汽車、或其他移動車輛）中。替代性具體 實施例能類似地經設計以用於海運、航空、手持式導航裝 138330.doc -14- 200944830 置、與其他活動及使用。該導航系統包含一數位地圖或地 圖資料庫142,其依次包括複數個物件資訊。或者，此地 圖資料庫之一些或全部可健存於板外及於按需要與該裝置 通信的選定零件。依據一具體實施例，該等物件記錄之一 些或全部包括關於該物件之絕對及/或相對位置（或自物件 的原感測器樣本）的資訊。該導航系統進一步包含一定位 感測器子系統162。依據一具體實施例，該定位感測器子 ❹ 系統包括一物件特徵化邏輯168、景物匹配邏輯17〇、以及 一或多個絕對定位邏輯166及/或相對定位邏輯174之一組 合。依據一具體實施例，該絕對定位邏輯自包括（例如） GPS或伽利略（Galileo)接收器之絕對定位感測器ι M獲得資 料。此資料能用以獲得關於該車輛之絕對位置的初始估 計。依據-具體實施例，該相對定位邏輯自包括（例如）雷 達、雷射、光學（可見）、RFID、或無線電感測器之相對定 位感測器獲得資料。此資料能用以獲得關於該車輕斑一物 件比較的相對位置或軸承之估計。物件可能為該系統所瞭 解（在此情況下該數位地圖將包括對該物件的一記錄），或 不瞭解（在此情況下該數位地圖將不包括—記錄卜取決於 特定實施方案，該定位感測器子系統能包括絕對定位邏 輯、或相對定位邏輯之任-者，或者能包括兩個形式的定 位邏輯。 該導航系統進一步包含一導航邏輯148c>依據一具體實 施例’該導航邏輯包括若干額外組件，例如心中所示的 組件。顯然’該等組件之—些係任選的，而且其他組件可 138330.doc -15- 200944830 按需要來添加。在該導航邏輯的中心處係一車輛位置決定 邏輯150及/或以物件為基礎的地圖匹配邏輯154。依據一 具體實施例，該車輛位置決定邏輯自該等感測器之每一者 及其他組件接收輸入，以計算該車輛相對於該數位地圖、 其他車輛，以及其他物件之座標系統的準確位置（以及有 需要時的軸承）。一車輛回授介面156接收關於該車輛之位 置的資訊。此資訊能由該駕駛員或由該車輛自動地使用。 - 依據一具體實施例，該資訊能用於駕駛員回授（在此情況 Φ 了，其亦能饋送至一駕駛員之導航顯示器夠。此資訊能 包括位置及方位回授，以友詳細選路指導。 依據一些具體實施例，實際處理、分析，與特徵化在一 車輛附近的物件，以由該系統及/或該駕駛員使用。依據 替代性具體實施例，關於物件特徵的資訊並不需要自感測 器資料擷取或完全"瞭解”；相反地，在此等具體實施例 中’自-感測器返回的僅有原資料，其係用於物件或景物 匹配。以下說明使用此笠妯；衫 ^ 用此寻技術之一或多個的數個不同具體 ¥ 實施例。 景物匹配 依據使用景物匹配之—具體實施例，提供—系統，其⑷ 自感測器收集之或原資料，操取一或多個景物；⑻自原資 料之地圖提供或儲存版本建立一對應景物；以及⑷比較該 兩個景物以幫助提供車輛位置之更準確估計。 此具體實施例之優點包括該實施方案係相對容易實施， 而且具有客觀性質。添加較多物件種類至該地圖資料庫並 138330.doc -16 - 200944830 不影響或改變基本景物匹配程序。此允許一地圖用戶在新 地圖内容可用時立即獲益。其不必改變其應用平臺之行 為。此具體實施例一般亦可能需要更大儲存容量及處理功 率來實施。 圖3顯示一感測器偵測之物件特徵化以及使用依據一具 體實施例的景色匹配之地圖匹配的解說。依據此具體實施 例，車輛中導航系統並不需要處理感測器資料以擷取任何 特定物件。相反地，該感測器建立其當前感測的空間之二 ® 維（2D)或三維（3D)景物。接著將感測之景物與如自該地圖 資料庫檢索的一對應地圖指定之2D或3D景物或景物之序 列比較。接著將景物匹配用以實施該車輛與該等物件之間 的適當匹配’並且將此資訊用於位置決定及導航。 依據一具體實施例，而且如在共同待審之美國專利申請 案第60/891,019號中所進一步說明，該車輛之板上導航系 統可在某一初始時間僅具有位置之絕對測量。或者，在應 _ 用美國專利申請案第6〇/891，〇19號中說明的技術之時間週 期之後，該車輛可已與數個物件或與許多物件匹配，該等 物件已用以亦改良車輛位置及方位估計並定義適當相對座 標空間中的車輛位置及方纟，而且可以絕對座標為基礎改 良其估計。在此情況下，該車輛可具有至少一本地相對座 標中的一更準確位置及方位估計。在任一情況下，均能導 出在本文中稱為等機率之外形（CEP)的位置準確度之估 計。 在任一情況下該導航系統均能將其當前估計之位置置於 138330.doc •17· 200944830 該地圖上（使用絕對或相對座標）。在未改進絕對位置情況 下該CEP可以係適度大的（或許1〇米）。在一相對位置或 增強式絕對位置情況下，肖CEp將係成比例較小的（或許 1米）。該導航系統亦能估計一當前航向，並因此定義由該 感測器建立的景物之位置及航向。 依據一些具體實施例，由該導航系統觀察的景物能因此 產生為一雷達之三維返回矩陣，或為在本文中的一些具體 實施例中稱為車輛空間物件資料（VSOD)的雷達資料之兩 ⑩维投影。依據其他具體實施例，該景物能包含自一相機拍 攝的一影像，或由-雷射掃描器建立的一反射矩陣。該景 物亦能係由採用可見光相機收集的影像所著色的一雷達或 雷射掃描矩陣之一組合。 在一些具體實施例中，所解譯的景物能加以限於關注區 域（ROI) ’其係疋義為其中很可能找到匹配物件的區域或 極限。例如，使用一雷射掃描器作為一感測器，該景物能 ❹ 限於自板上感測器的某些距離，或限於代表某些高度的某 些角度。在其他具體實施例中，該R〇I能限於在（例如）自 該掃描器的miG米之間的距離’以及在（例如）相對於水平 線的分別對應於地面位準與該ROI之接近中心邊界處的5米 之高度的-30度與+30度之間的角度。可定義並調諧此r〇i 邊界以捕獲（例如）沿人行道或沿公路之側的物件之全部。 隨著該車輛移動，該ROI允許該導航系統聚焦於最關注區 j，此減小其必須分析的景物之複雜性，並類似地減小計 算需求以匹配該景物。 138330.doc -18- 200944830

如圖3中進一步所示，依據一些具體實施例，一雷射掃 描器反射叢集能疊加於如自該地圖資料庫令的物件所構造 的3D景物上。在圖3中所示的範例中，雖然車輛1〇〇行進: 公路，並且使用感測器172以評估關注區域〗8〇，但是其能 感知一景物107，包括作為資料之一叢集的一感測物件 182。如圖3中所示，該叢集能加以觀察並代表為對應於雷 射掃描器之解析度的複數個框，其依據一項具體實施例係 約1度並在近似5米的距離處產生9 cm正方形解析度或框。 產生雷射掃描叢集的物件（在此實例中為公路標誌）係在圖3 中顯示為在叢集解析度單元後面。對於該車輛導航系統， 該物件與該ROI中的任何其他物件能由該系統視為用於潛 在匹配的一景物1〇7。 依據一具體實施例，複數個物件之每一者亦能加以儲存 在地圖資料庫142中作為原感測器資料（或其一壓縮版本）。 能由該導航系統自該地圖資料庫檢索該景物中的一物件 184之資訊。圖3中所示的範例顯示儲存的原感測器資料以 及作為另一公路標誌、丨84或複數個框的物件（在此實例中在 感測器資料”後面"）之描述。因*，圖3代表物件景物194之 地圖版本，而且亦為同一物件景物192之即時感測器版 本’如在共同3D座標系統中所計算。如圖3中所示，物件 景物192之即時感測器版本能有時包括自一景物内的其他 物件之外來信號或雜訊’包括自附近物件的信號；自地圖 資料庫195内尚不瞭解的物件（或許為最近安裝於實體景物 中而且尚未更新至該地圖的物件）之信號；以及偶然隨機 138330.doc -19- 200944830 雜訊197。依據一具體實施例，能實行某一初始清理以減 少此等額外信號及雜訊。接著能藉由該導航系統匹配該兩 個景物（17 0)。接著能將所得資訊傳遞回至定位感測器子系 統 162。 依據一具體實施例，該地圖資料庫包含在2〇及/或31)空 間中定義的物件》物件（例如公路標誌）能歸因於說明（例 • 如）標钱之類型及其在絕對及/或相對座標中的3D座標。地 圖資料亦能包含特徵，例如標誌之色彩、標誌桿之類型、 ® #總上的措辭、或其方位。此外，該物件之地圖資料亦能 包含自（例如）雷射掃描器及/或雷達的原感測器輸出之集 合。一物件資料亦能包含一 2D代表’例如該物件之一影 像。如在該景物中所見的個別物件之精確位置亦能包含為 該地圖資料庫中關於其在該景物内的位置之屬性。此等屬 性係在原始映射/資料集合操作期間收集並處理，而且可 基於手動或自動物件辨識技術。能在此步驟期間使用的一 些額外技術係揭示在共同待審之PCT專利申請案第PCT 6011206及PCT 6(m865號，該等申請案之每一者係以引用 方式併入本文中。 若該系統瞭解該車輛中的感測器之類型、 測器之位置(例如其在地面以上的高度，以及其車= 車輛之中心前面與位準的方位）、以及該車輛之位置及方 位’則其能計算包含在用以複製由該車輛中的感測器捕獲 的景物之地圖中的物件之景物。自兩個來源的景物（包括 物件）能基於比較或匹配目的而置於同一座標參考系統 138330.doc -20- 200944830 中。例如，在利用VSOD的該等具體實施例中，由該車輛 之感測器捕獲的資料能使用除感測器位置/方位相對於該 車輛之已知關係以外的該車輛之位置及方位估計而置於地 圖資料之座標中。此係車輛景物。同時，能採用該地圖中 的物件以及自該車輛的位置及方位估計來構造地圖空間物 件 > 料（MSOD)。此係地圖景物。兩個資料來源產生景 物，其基於藉由（a)地圖資料庫與（b)該車輛及其感測器包 含的資訊而盡其所能地定位兩個物件。若不存在額外誤 差，則此兩個景物在其係疊加的情況下應該完美地匹配。 根據該車輛使用哪（些）感測器，該景物能產生為雷達返 回，或雷射反射或顏色像素之矩陣。依據一具體實施例， 可包括特徵用以使自該兩個來源接收的資料盡可能地為可 比較。可包括比例縮放或轉化能用以實行此舉。依據一具 體實施例，該導航系統能以數學方式使該兩個景物中的原 資料相關。例如，若將該景物構造為2D"影像，，（並且此 處’術語影像係寬鬆地用以亦包括諸如雷達叢集及射頻信 號之原資料），則能在兩維中使兩個景物版本（車輛及地圖） 相關。若將該景物構造為3D"影像"，則能在三維中使該兩 個景物版本相關。再次考量圖3中所示的範例，應看出其 中所示的兩個景物並非確切一致，即感測之位置與地圖指 定位置並不確切匹配。此可能係因為該車輛之位置及方位 估計中的誤差’或該地圖中的資料。在此範例中，地圖物 件仍將適當地在處於由該車輛感測的物件中心之一 CEp 内。能對該景物之X、y及Z三個座標實行相關，以找到最 138330.doc •21 - 200944830 佳擬合及真正的擬合之位準，即該等景物之間的類似性之 位準。 匕常地在該系統之實施期間，設計卫程師將選擇最佳 範圍及增量以用於相關函數中。例如，2或垂直方向上的 相關之$巳圍應該具有涵蓋在該維中應該為較小的該咖之 ⑮離的-範圍，因為並非很可能該車輛在地面以上的估計 隸將略微地改變。㈣（平行於公路/車輛航向）中的相關 之範圍應該具有涵蓋該CEPiy成分之距離的一範圍。同 參樣地:x維（正交於公路方向之方向）中的相關之範圍應該具 有涵蓋該CEP之X成分之距離的一範圍。能針對不同實施 方案來決定適當的確切範圍。用於相關的肖量距離一般係 與⑷感測器之解析度及⑻維持在該地圖資料庫中的資料 之解析度有關。 據-具體實施例，㈣物能係原《測器解析度點之簡 單描述，例如二進制資料集，其將數值】置於每一個解析 度單元中，其中另外各處具有一感測器返回及數值0。在 此實例中，該相關變為一簡單二進制相關：例如，對於3D 空間中的任何滯後，計數在兩個景物中為丨的單元之數目 而且藉由兩個景物中的單元之平均數目來正規化。進行搜 尋以找到相關函數之峰值，並且依仗一臨限值來測試該峰 值以決定該兩個景物是否係充分類似以為其考量一匹配。 相關函數之最大值下的x、y、z滞後因此代表座標空間中 的兩個位置估計之間的差異。依據一具體實施例，該差異 能分別藉由2D、3D及6自由度中的向量代表為相關之輸 138330.doc -22· 200944830 出。此差異能由該導航系統用以決定車輛位置之誤差，並 按需要校正該誤差。 應該注意’地圖與感測之間的失配可以係一方位誤差 而非一位置誤差之結果。雖然此並非預期為一明顯誤差來 源，但是依據一些具體實施例，能產生地圖景物以將可能 的方位誤差括在括號裏。同樣地，該系統能經設計用以調 • 整可能已由在決定該位置中的誤差產生的比例誤差。 如以上說明，景物相關之一範例使用0及丨以表示特定 ❹ x、y、z位置處的感測器返回之存在或缺少。本發明之具 體實施例能進一步擴大至使用其他數值，例如自該感測器 的返回強度數值，或一色彩數值’或許如藉由採用利用安 裝於該車輛上的一相機收集的色彩影像資料及對該車輛及 因此該掃描器的位置參考來著色掃描雷射資料所開發。其 他測试方式能在相關函數外面應用以進一步測試任何相關 之可靠度’例如大小、平均雷達橫斷面、反射率、平均色 彩、以及偵測之屬性》 ❷ 依據一具體實施例，能處理自該感測器接收的影像，而且 能應用局部最佳化或最大化技術。一局部最大值搜尋技術之 一範例係說明在Huttenlocher中：以郝斯多夫（Hausdorff)為基礎 的影像比較(hftp://www,cs.comell.edu/vision/hausdorff/hausmatch.html)， 其係以引用方式併入本文中。以此方法，藉由一邊緣偵測 構件處理原感測器點以產生線或多邊形，或者，對於3d資 料集’一表面偵測構件能用以偵測一物件面。能將此偵測 提供在該裝置本身内（例如藉由使用雷射掃描器及/或定義 138330.doc -23- 200944830 一表面上的點之雷達輸出表面幾何資料同一程序能應 用於感測之資料及地圖資料兩者。依據一些具體實施例， 為了減少計算時間，可以此方式已經儲存地圖資料。計算 郝斯多夫（Hausdorff)距離，並且實行本地最小值搜尋。結 果係接著與臨限值比較或相關，以決定是否已獲得充分高 位準的匹配。此程序係計算上有效率的並且展現相對於比 例及方位中的誤差之良好的強固程度。該程序亦能容忍某 一數量的景物誤差。 圖4顯示依據一具體實施例，用於感測器偵測之物件特 徵化以及使用景物匹配之地圖匹配之方法的流程圖。如圖 4中所示，在步驟200中，該系統使用GPS、參考、地圖匹 配、INS、或類似定位感測器或其組合而找到一（初始）位 置及航向資訊。在步驟202中，板上車輛感測器能用以掃 描或產生周圍景物（包括物件、公路標記、以及其中的其 他特徵）之影像。在步驟204中，該系統將周圍景物之掃描 影像與景物之儲存簽字比較。此等能藉由一數位地圖資料 庫或另一構件來提供。依據一些具體實施例，該系統使感 測器資料的"原"輸出之-叢集相關，並使用―臨限值以測 試相關函數是否具有充分峰值以辨識一匹配。在步驟2〇6 中’決定該車輛之位置及航向，其係使用掃描簽字相關與 數位地圖中的已知位置比較’在—些具體實施例中包括基 於決定相關函數之最大值的滯後（在2或3維中）之計算。在 步驟208中，更新之位置資訊接著能加以報告回至該車 輛、系統及/或駕駛員。 138330.doc -24- 200944830 車輛舆物件位置匹配 依據使用車輛與物件位置匹配的一具體實施例，提供一 系統，其（a)自感測器收集之或原資料擷取原物件資料； (b)自原資料之地圖提供或儲存版本將擷取資料與保持在地 圖中的一對應原物件資料比較；以及（c)比較物件資料之兩 個測量以幫助提供車輛位置之更準確估計。 ' 此具體實施例之優點包括，該實施方案係客觀性的，而 且亦能容易地併入其他物件比較技術。此具體實施例亦可 〇 能需要低於以上說明的景物匹配之處理功率。然而，擷取 係取決於儲存在該地圖中的種類。若引入新種類則地圖 用戶必y員相應地更新其應用平臺。一般地，地圖用戶及地 圖供應商應該預先同意將加以使用的儲存種類。此具體實 施例亦可能需要更大儲存容量。 圖5顯示一感測器偵測之物件特徵化以及使用依據另一 具體實施例的車輛與物件位置匹配之地圖匹配的解說。依 據一具體實施例，以上說明的景物匹配及相關函數能以物 件擷取並接著以影像處理演算法（例如郝斯多夫距離計算） 來取代’接著搜尋一最大值以決定一匹配物件。此具體實 施例將必須首先自原感測器資料擷取物件。此類計算在影 像處理之技術中為人所知，而且可用於產生複雜景物中的 物件或景物匹配並採用較少計算。因此，此等計算技術係 用於即時導航系統。 如由圖5中所示的範例所解說，依據一些具體實施例， 自感測器資料（例如雷射掃描器或相機）擷取的物件能疊加 138330.doc -25- 200944830 於3D物件景物上，如自該地圖資料庫中的物件所構造。雖 然車輛100行進一公路，並且使用感測器J 72以評估關注區 域（ROI) 180，但是其能感知一景物1〇7，包括作為資料之 一叢集的一感測物件1 82。亦如以上關於圖3所說明，該叢 集能加以觀察並代表為對應於雷射掃描器或另外感測裝置 之解析度的複數個框。產生雷射掃描叢集的物件（在此實 -. 例中為公路標誌）係再次在圖5中顯示為在叢集解析度單元 * 後面。依據一具體實施例，該物件能加以偵測或擷取為多 ® 邊形或簡單的3D立體物件。複數個物件之每一者亦係儲存 在地圖資料庫142中作為原感測器資料（或其一壓縮版本）， 或作為包括用於一物件184的資訊之多邊形。能處理自該 感測器接收的影像（21 〇) ’並且能應用本地最佳化或最小化 技術（212)。一局部最小值搜尋技術之一範例係以上說明的 郝斯多夫技術。如以上說明，以此方法，藉由一邊緣偵測 構件處理原感測器點以產生線或多邊形，或者，對於3〇資 瞻料集，一表面偵測構件能用以偵測一物件表面。能將此偵 ’貝J提供在該裝置本身内（例如藉由使用雷射掃描器及/或定 義一表面上的點之雷達輸出表面幾何資料）。同一程序能 應用於感測之資料（216)及地圖資料（214)兩者。依據—些 具體實施例，為了減少計算時間，可以此方式已經儲存地 圖資料。計算郝斯多夫距離，並且實行局部最小值搜尋。 結果係接著與臨限值比較或相關（22〇)，以決定是否已獲得 充分高位準的匹配。此程序係計算上有效率的並且展現相 對於比例及方位中的誤差之良好的強固程度。該程序亦能 138330.doc •26· 200944830 容忍某一數量的景物雜訊。所得資訊能接著傳遞回至定位 感測器子系統162，或至一車輛回授介面146，以由該車輛 及/或駕驶員進' —步使用。 依據一些具體實施例，郝斯多夫技術能用以決定物件點 之哪個部分處在資料庫點之臨限距離内並依仗一臨限值來 測试。此類具體實施例亦能用以計算乂及z中的座標偏移以 及與y方向上的一偏移（誤差）有關的比例因數❶

應注意，郝斯多夫距離技術僅係熟習影像與物件匹配之 技術者所瞭解的許多演算法之…依據其他具體實施例， 不同肩算法能適當地應用於在手邊的匹配問題。 以上範例說明一簡單情況’其中僅一單一物件係在該地 圖中存在或加以考量並由該車輛之感測器加以感測。實際 上，物件之密度可以係如此以致多個物件係相對緊密接近 (例如’隔開⑴米）而存在。在此等情形下，最佳化及量 小化技術（例如郝斯多夫技術）係尤其有用。在此類情形 下’詳細相關函數及/或郝斯多夫距離計算將具有充分敏 感度以匹配該等物件之所有特徵（如由該感測器接收）。因 此不太可能物件之集合將加以錯誤地匹配。例如，即使多 個物件之間距係約相同@，詳細相關仍將清楚地辨別相關 之峰值而不錯誤地使（例如）—郵筒與—燈柱相關，或使一 燈柱與一停車標誌相關。 以上說明的方法遭受某些誤差。一般地，位置或方位中 的任一誤差均將係簡單地比該車_該等景物之地圖版本 之間的\、丫、：2座標中的一僬蒋 偏移複雜。方位誤差可引入感 138330.doc -27· 200944830 知差異並且位置誤差可能產生比例（大小）誤差其兩者均 將產生相關函數中的總峰值之降低。對於其中該車輛具有 良好（小）CEP及方位之合現估計的情況，其將一般係如該 車輛實施-或多個先前物件匹配之情況，此等誤差不應該 明顯地實現匹配效能。此外，依據一些具體實施例，景物 之集合能經構造用以將此等誤差括在括號裏，並且對每一 者或選定的匹配演算法實行的相關可合理地容忍此類失 配。取決於任一特定實施方案之需求，設計工程師能基於 • 各種效能測量來決定添加的計算成本對較佳相關/匹配效 能之間的折衷。在以上說明之任一者中，若相關/匹配之 結果並未超過一最小臨限值，則地圖匹配因此感測器景物 而失效。此能發現，因為位置/方位具有太長的誤差及/或 因為該CEP係錯誤地計數為太小。其亦能在下列情況下發 生：在車輛景物巾T見在地圖取得期Fb1不存在的許多臨時 物件。諸如人行道、停放的小汽車、構造裝備之項目能動 ❹ 態、地改變該景物。此外，收集的物件之數目及分佈對構成 真實景物並由該感測器偵測的物件之數目及分佈將實現相 關效能。收集太多物件係不必要的，而且將増加費用及處 理器負載。相反，收集存在的太少物件將使該系統具有太 多相關雜讀以允許其實施可靠匹配。待儲存於該地圖中的 物件之密度及類型係一工程參數’其係取決於所需的感測 器及效能位準❶匹配函數應該考量並非所有車輛感測物件 均可在該地圖中的事實。 依據一具體實施例，用以確保該地圖儲存足夠數目的物 138330.doc -28- 200944830 件而不變為太大或不實用的資料集之方法之一，係運行捕 獲的物件之現實性的自相關模擬，同時採用已收集的該等 物件之充分子集來普及該地圖以達到對關注應用的足夠相 關。能針對每一可能車輛位置及物件及“戈雜訊模擬來進 行此類模擬。 若相關/影像程序臨限值已超過，則能自在所構造的各 •種地圖景物内實行的各種相關/影像程序來計算一最大 值。採用相關/影像程序，該地圖之已知物件係與車輛景 © #中的特定景物物件匹配。若該車輛感測器係能採用其感 測器測量相對位置的車輛感測器，例如雷射或雷射掃描 器則對該車輛的元全六自由度能加以決定至資料庫中的 物件以及與該感測器相關聯的誤差之準確度（相對及絕 對）。藉由測試個別物件之原資料叢集或擷取物件多邊 形，其係與個別感測器叢集返回或車輛景物中的擷取物件 多邊形匹配，該系統能進行許多有效性檢查以驗證景物相 __序已產生-準確匹配。結果因此致能未來應用所需要 的較高準破度。依據另一具體實施例，景物匹配及六自由 度之估計致能公路地圖採用高準確度疊加於即時影像（例 如pct專利申請案6132522中說明的即時影像）之上，或調 整預計與即將來臨之公路對準的一路徑之HUD顯示器中的 描述。在此等具體實施例之情況下，結果將對一般並非使 用為參考為基礎的形式之地圖匹配而可用的方位成分尤其 敏感。 、 依據-些具體實施例’可在-系、列級中實行物件匹配。 138330.doc 29· 200944830 線性物件（例如通道標記或路邊）能加以偵測並與資料庫中 的類似物件比較。此類線性特徵具有能夠幫助定位一個方 向上（即正交於通道標記，即正交於行進方向）的車輛之特 徵。此一物件匹配可用以準確地決定相對於以上圖丨中所 示的y方向（即相對於正交於通道標記或正交於公路方向的 方向，其係與該車輛之航向粗略地相同）之車輛位置。此 •. 匹配用以減小y方向上的cep，其依次減小其他景物誤 差，包括與較差y測量有關的比例誤差。此亦減少y軸相關 ® 言十算。取決於特定具體實施例，能藉由-單-感測器，或 藉由分離感測器或分離R0I來致能此等步驟。 圖6顯示用於感測器偵測之物件特徵化之方法及使用依 據一具體實施例之車輛與物件位置匹配之地圖匹配的流程 圖。如囷6中所示，在步驟23〇中，該系統使用Gps、參 考、地圖匹配、INS，或類似定位感測器而找到一（初始） 位置及航向資訊。在步驟232中，該系統使用其板上車輛 $ 感測器以掃描或建立周圍景物之一影像。在步驟234中， 該系統使用影像處理技術以減小景物之複雜性，例如使用 邊緣偵測、表面偵測、多邊形選擇，以及其他技術來擷取 物件。在步驟23ό中，該系統將影像處理用於物件選擇及 匹配景物内的物件。在步驟238中，該系統使用該等匹配 以计算並報告更新的車輛位置資訊至該車輛及/或駕駛 員。 物件特徵化 依據使用物件特徵化之一具體實施例，提供一系統，其 138330.doc -30. 200944830 (a)自感測器收集之或原資料，擷取原物件資料；（b)自該 等原物件擷取特徵；以及（c)比較該等特徵與儲存在該地圖 中的特徵’以幫助提供車輛位置之更準確估計。 此具體實施例之優點包括該具體實施例需要較小的處理 功率及儲存要求。新特徵隨時間之引入將需要地圖供應商 較頻繁地重新遞送其地圖資料。成功擷取取決於儲存在地 圖中的種類。若引入新種類，則地圖用戶將亦必須改變其

應用平臺之性質。地圖用戶及地圖供應商一般應該預先同 意將使用的儲存種類。 圖7顯不一感測器偵測之物件特徵化，以及使用依據另 具體實施例之物件特徵化之地圖匹配的解說。如圖7中 所不，依據此具體實施例，該車輛處理原感測器資料，擷 取物件246，並使用物件特徵化匹配邏輯168，以在最小值 情況下採用一位置及可能的其他屬性（例如大小、特定尺 寸色彩、反射率、雷射斷面及類似物），使擷取物件與 已矣物件244匹配。能使用許多不同物件識別/操取演算 法，此：為熟習此項技術者所瞭解。高效能物件擷取係計 算亡昂貴的，但是此問題不再成為一問題，因為正在開發 新演算法及特殊用途處理器。 :採用以上說明的具體實施例，該車輛可在某—初始時 間僅具有位置之不準確的絕對測量。或者在應用共同待審 發明或其他形式的感測器改良式位置決定之時間之後，並 可能已與數個(若非)許多物件或物件之景物匹配，該等物 件已用以亦定義適當相對座標空間中的該車輛之位置/方 138330.doc •31 _ 200944830 位。此可能亦已改良該車輛之絕對座標估計。在此情況 下，該匹配之結果可以係至少在相對座標及可能的絕對座 標中的更準確之位置及方位估計。 在某一情況下，該導航系統能將其當前估計的位置置於 該地圖之座標空間中（使用絕對或相地座標）而且能得到位 置準確度之估計並在其CEP中體現該估計。在未改進絕對 位置情況下，該CEP可以係適度大的（例如1〇米）而且在相 對位置情況下該CEP將係成比例較小的（例如1米）。在任一 情況下該CEP均能相對於地圖座標以及多邊形中點或簡單 距離演算法來計算，該演算法係用以決定哪些地圖物件係 在該CEP内並因此係與一個多個感測器偵測之物件潛地匹 配。此可在2D或3D空間中加以實行。 例如，若該車柄係在接近一適度忙綠的十字路口，並且 該感測器在一範圍及軸承下偵測一物件，其當與位置估計 組合時將偵測之物件的CEP放在人行道拐角，則在於該 CEP内僅存在一個物件的情況下可能已經完成匹配。基於 驗證目的，可實行一物件特徵化匹配。 依據各種具體實施例，每一感測器可具有獨特物件特徵 化能力。例如，一雷射掃描器可能能夠測量該物件之形狀 至某一解析度、其大小、其係多平坦、以及其反射率。— 相機可捕獲與形狀、大小及色彩有關的資訊。一相機可1 僅提供至該物件的距離之相對不準確估計，但是藉由自多 個角度看同一物件或藉由具有多個相機，亦可能捕獲充八 資訊以計算至該物件的準確距離估計。一雷達可能可以夠 138330.doc -32- 200944830 ’並且取決於其 量密度，或者至少提供一雷達大小或斷面 解析度，可能能夠識別形狀。 依據-具體實施例’物件亦能採用包括”角形反射 類似物的雷達反射增強器來擬合。此等小、便Μ置能安 裝於一物件上以便增加其可_性，或㈣測其所在的範 圍。此等裝置亦能用以藉由在感測物件的較大簽字内建立 一強點狀物件而料地定位—空間擴Α物件。因此，取決

於I感測n 0J•此存在能用以驗證物件匹配的物件之數個 特徵化特徵。 熟習此項技術者能構造額外方式以使用上述特徵來使感 測器資料與地圖資料匹配H特定具體實施例，雷射 掃描器資m {距離及西塔（theta)}，目對於平臺水平線 的垂直角）係藉由發射自—旋轉雷射的相干光並接收自其 遇到的第一物件返回的光而加以測量，並能用以依據下列 演算法與該資料庫中的一物件匹配： •自一物件接收感測器返回（距離、西塔、數值）。 •對於大於該感測器之基本解析度單元的一物件，藉由任 何適當技術聚集返回之集合。對雷射掃描器資料的聚集 之範例包括輸出網眼產生及另外的面（多邊形）產生，例 如藉由使用决算法（例如RANdom SAmple Consensus (RANSAC)演算法），其一範例係說明在以引用方式併入 本文中的PCT專利申請案第6011865號中。對影像的聚 集之範例包括向量化，其中輸出係包含具有同一色彩的 像素之一多邊形。 138330.doc •33· 200944830 •自聚集的感測器測量，計算該物件之一中心（使用質心 計算或另一估計技術）。 •使用至感測器測量之物件的中心之計算距離及角度，加 上感測器相對於車輛平臺的位置及方位資訊加上車輛之 估汁位置（以絕對或相對座標）以及車輛之位置的組合估 計準確度與感測器位置準確度（CEP)以定位該物件經計 算係在由該地圖資料庫使用的空間座標系統内的位置。 該CEP係代表該物件之位置的不定性之區域（2〇)或體積 (3D)。或者，除使用物件中心以外，還能使用該物件之 估計位置，因為其接觸地面。 1檢索在處於估計地圖座標_心之地圖内並在由該CEp定 義之區域或體積内的所有物件。區域或積體係設計是否 係用於3D匹配或2D匹配的函數。 對於每一檢索地圖物件（i)，計算自感測物件的估計位置 至該檢索物件之中心的測量距離Di並儲存每一距離連同 物件ID。 右可用，則對於每一檢索物件，將感測物件的測量形狀 (高度、寬度、深度等之某一組合）與每一檢索物件的儲 存形狀比較。計算一形狀特徵因數C1。除一複雜形狀以 外，可分別比較高度、寬度以及深度。此類形狀特徵能 依據各種可變方法之任一者來測量，該等方法如實體動 量計算、布萊爾布裏斯（Blair Bliss)係數、丹尼爾森 (Daniels〇n)係數、哈拉利克（Haralick)係數、或任何另一 適當特徵。 138330.doc -34- 200944830 右可用’則對於每—檢索物件’依仗平坦度之一儲存測 或物件之類型的分類（例如等級=標誌物件）來比較測 量的平坦度。若可用，則計算平坦度特徵因數c2。若能 測量一平坦物件之方位平面，則其亦能係一特徵。 •若可用’則對於每—檢索物件，依仗該物件之反射率的 儲存測量來比較測量的反射率。計算一反射率特徵因數 C3。 若可用’則對於每—檢索物件，將與感測^彳貞測之物件 相關聯的色彩同與地圖包含之物件相關聯的色彩比較。 汁算色彩特徵因數C4。一個此比較方法能再次係一郝 多夫距離，其中距離並非歐幾裏德（如川⑴抓）距離而 係色彩暗淡距離。 右可用，則對於每一檢索物件，依仗針對該地圖資料庫 中的物件儲存的該特徵之類似測量來比較任何另一測量 的特徵。计算該特徵之因數Ci。依據一具體實施例，所 _ 有因數係正規化至在〇與丨之間的一正數。 •依據已決定每-特徵相對於強固匹配而係多敏感之較佳 權重Wi來加權每一可用特徵之計算因數Ci。 •加總加權之記分並正規化而且選擇通過—合格臨限值的 所有加權之記分。即： 正規化加權記分=(Wi*Ci)的總和/(Wi)的總和 <>臨限值 •右不存在通過的物件，則拒絕對測量之當前集合的物件 地圖匹配。 右存在一個，則接收此作為感測器匹配之物件。通過其 138330.doc •35- 200944830 座標 '特徵及屬性至請求此資訊的應用（例如）以更新/改 進該車輛之位置及方位。 •若存在一個以上，則依據其加權記分來將其排列。若最 大加權記分係在匹配距離上比第二最大加權記分近一臨 限值以上’則選擇最近者作為感測器匹配之物件，否則 拒絕對測量之當前集合的物件地圖匹配。 熟習此項技術者應認識到’存在許多此類方式來利用此 特徵化資訊以影響一匹配演算法。

以上說明的演算法將提供應該使匹配誤差吸收的嚴格測 试。依據一具體實施例，能以一密度將物件儲存於該地圖 資料庫中以便能拒絕許多匹配測試而且匹配頻率仍將係充 分的以保持相對座標空間中的一準確位置及方位。 在其中測量一個以上物件而且在該CEP中存在一個以上 物件的該等情況下，可使用以上演算法之—較複雜版本。 能如所論述而比較每一感測物件。此外，感測物件之對代 表其之間的一測量關係（例如在4度之相對軸承差異下一對 可以係隔開2 m)。此添加的關係能用作以上說明之加權演 算法中的比較特徵以澄清該情形…旦—物件或物件集可 加以匹配，則其特徵及屬性㈣遞回輯求功能。 在其中感測-個以上物件但是未解決該等物件的該等情 況下’已感測但未解決的物件可視為一單一複雜物件。該 地圖資料4中的收集物件亦能特 右笊η夂叙从 竹傲亿局按不同感測器或具 有=參數的不同感測器很可能已解決或未解決的物件。 奴地’視為支援車輛中應用的感測器應該具有—解析 I38330.doc -36 - 200944830 度以便許多感測器解析度單元將包含自一物件的回應。在 以上說明的具體實施例中’自此多數解析度單元擷取該物 #之特定特徵。例如，藉由擴大物件或其位置之一平均或 質心測量來定義該物件之位置，其中其在其所處的情況下 接觸地面。 圖8顯示用於感測器偵測之物件特徵化之方法以及使用 ' 依據一具體實施例的物件特徵化之地圖匹配的流程圖。如 圖8中所示，在步驟250中，該系統使用GPS、參考、地圖 ® E配、1NS、或類似定位感測器而找到-(初始)位置及航 向資訊。在步驟252中，板上車輛感測器係用以掃描周圍 景物之一影像。在步驟254中，該系統自該景物（或自關注 區域ROI)擷取物件》在步驟256中，使用感測器資料來特 徵化物件。在步驟258中，該系統將感測物件的位置與自 該地圖資料庫的位置比較。該系統能接著比較物件特徵 化。在步驟260中，若該系統決定該等位置匹配而且比較 滿足某些臨限值，則其決定對該物件的一匹配。在步驟 262中，更新位置資訊，及/或提供駕駛員回授。 物件ID感測器增加 圖9顯示一感測器偵測之物件特徵化以及使用依據另一 具體實施例的感測器增加之地圖匹配的解說β在先前說明 的具體實施例中’一般藉由該導航系統基於未協助的感測 器測量來偵測並估定物件。依據一具體實施例，藉由增加 裝置來協助或增加感測器測量《增加能包括（例如）雷達或 雷射反射器之使用。在此實例中，增加裝置能係雷射反射 138330.doc -37- 200944830 器，其人工地加亮自該物件上的一特定位置之返回。此類 明亮光點之存在能加以捕獲並儲存於該地圖資料庫中而 且後者能用以協助匹配程序，並且變為一局部化及適當定 義之點以採用其來測量位置及方位。此類角形反射器及類 似物在雷達及雷射技術中為人所熟知。 依據另一具體實施例，該系統能使用一 ID標籤270，例 如一 RFID標籤。此類裝置發射一識別碼，其能由一適當接 收器加以容易地偵測並加以解碼來產生其識別符或id。該 ID能在該地圖資料庫内或與該地圖資料庫或另一空間代表 相關聯的ID 272之表中加以查找或與其比較。該m能與一 特定物件或與物件274之類型或等級（例如’ 一停車標誌、 郵筒或街道拐角）相關聯。一般地，諸如停車標誌的標誌 之間距以及該車輛之位置估計的準確度係充分避免關於哪 個感測物件係與哪個RFID標蕺相關聯的不定性或不明確。 以此方式，物件識別符276或匹配演算法能包括迅速及某 一構件以明白地使感測物件與地圖之適當地圖物件匹配。 依據另一具體實施例，該系統能使用RFID技術與（例如） 一反射器之一組合。若該RFID係與該反射器相關，則此能 用作一正識別特徵。此外，能控制該RFID以當藉由一車輛 中感測器（例如一掃描雷射）照明該反射器（或另一感測器） 時播送一獨特識別碼或額外旗標。此允許該裝置用作一轉 頻器並建立該信號之接收與該RFID標籤之接收之間的高度 精確時間相關。此正ID匹配會改良（並可甚至不必要地實 施）以上說明的空間匹配技術之數個，因為一正ID匹配會 138330.doc -38 - 200944830 改良任一此匹配之可靠度及位置準確度兩者。此技術可尤 其用於密集物件之情形，或RFID標籤之密集領域。 依據另一具體實施例，條碼、sema碼（二維條碼之一形 式）、或類似碼及識別裝置能以充分大小置於物件上以由 光學及其他感測裝置來讀取《感測器返回（例如相機或視 訊影像）能經處理用以偵測並讀取此類碼並將其與儲存地 圖資料比較。亦能以此方式實行精確及強固匹配。

圖1 〇顯示用於感測器偵測之物件特徵化以及使用依據一 具體實施例的感測器增加之地圖匹配之方法的流程圖。如 圖10中所示，在步驟280中，該系統使用GPS、參考、地 圖匹配、INS、或類似定位感測器而找到一（初始）位置及 航向資訊。在步驟282中，該系統使用板上車輛感測器以 掃描周圍景物之一影像。在步驟284中，肖系統自該景物 選擇一或多個物件以進行進一步識別。在步驟286中，該 系統決定用於該等物件的物件1〇並使用此資訊以與儲存物 件ID (例如自一地圖資料庫）比較並提供一準確物件識別。 在步驟288中，該系統能將識別的物件用於更新的位置資 訊’並提供駕駛員回授。 额外特徵 口 ：然’以上圖式中所示的景物僅代表能加以建立的許多 :此景物之少數。咖相關經設計用以找到該兩個維中的 :圭匹配。然而，若該導航系統之位置及方位估計的豆他 :之任何者有誤差’則該等景物將亦可能不相關。依據 種具體實施例，額外特徵及資料能用以減小此誤差，並 138330.doc -39- 200944830 改良相關。 例如’考篁該車輛之航向。該小汽車將標稱地航向平行 於公路但是可以係改變通道，並因此該航向並不確切係該 公路之航向。該車輛之導航系統基於該公路及其内部感測 器（例如GPS及職感測器）而估計航向。但是仍可能存在該 車輛之真實瞬間航向對該車輛之估計航向中的數度之誤 'I。因為該感測器係固定式安裝至該車輛，故當自該車輛 '之航向的方向旋轉至該感測器之航向的方向（指向方向）時 _ ㈣存在極小引人的誤差。仍存在航向誤差之組合估計。 在物件之某些組態下，自地圖資料的景物之計算對航向誤 差係敏感的。對於當前具體實施例，能以將估計航向括在 括號裏的不同航向自地圖物件計算其他景物。此等不同航 向景物能各與車輛景物相關，如以上所進行，以找到一最 大相關。此外，航向景物之選擇或範圍以及航向景物之增 量（例如一個景物用於每一度航向）係最佳留給該系統之設 計工程師來實施。 =量該車輛之節距。在極大程度上，該車輛之節距將係 平行於該公路之表面，即其將係在該公路所處的同一斜率 上。物件之該地圖資料庫能相對於該公路之節距儲存該等 物件或者能直接儲存節距（斜率）。在節距中可存在自該車 輛之斜率的偏差。例如，加速及減速能改變該小汽車之節 距，因為可能有凸起物及坑穴。此外，所有此等節距改變 均能加以測量但是應假定節距誤差能係幾度。在物件之某 些組態下，自地圖資料的景物之計算對節距誤差係敏感 138330.doc -40- 200944830 的。對於當前具體實施例，能以將估計節距括在括號裏的 不同節距自地圖物件計算其他景物。此等不同節距景物能 各與車輛景物相關以找到一最大相關。此外，節距景物之 選擇或範圍以及節距景物之增量（例如一個景物用於每一 度節距）係最佳留給該系統之設計工程師來實施。最大相 關將提供回授以校正該車輛之節距估計。 ' 4量該車輛之滚自。在極大程度i，該車輛之滚動將係 • 平行於該公路之表面，即該車輛並非在朝駕駛員側或朝行 © 人側傾斜而係在直線且水平行駛。然而，在一些公路上存 在顯著冠狀物。因此，該公路並非平坦且水平的而且一小 汽車在其係駕駛離開冠狀物之頂部（即在外道之一上）時將 體：自水平線數度的滾動。該地圖可包含關於該公路的滾 動資訊作為-屬性。此外，在該車輛之實際滚動中可能存 在偏差，此可能由凸起物及坑穴或類似物引起。此外，所 有此等滾w文變均能加以測量但是應M定滾動誤差能係幾 ❹纟。在物件之某些組態下，自地圖資料的景物之計算對滾 動誤差係敏感的。對於當前具體實施例，能以將估計滾動 括在括號襄的不同滾動自地圖物件計算其他景物。此等不 同滚動景物能各與車輛景物相關以找到一最大相關。此 外，滾動景物之選擇或範圍以及滾動景物之增量（例如L 個景物用於每一度滾動）係最佳留給該系統之設計工程師 來實施。最大相關將提供回授以校正該車輛之滾動估計。 考量該車輛之y位置’即正交於行進方向的該車輛之位 置。此主要係該車輛所在的通道之一測量或該車輛自該公 138330.doc 200944830 中“線的位移之測量。決定該車輛所在的通道亦係基 本測虿。傳統推論性地圖匹配沒有方法用以進行此估計。 若判斷該車輛係與該公路匹配，則將其置於該公路的中心 線上’或自其的某—計算距離，並且不能進行較精細的估 计。此對於需要該小汽車所在的通道之知識的應用完全係 不夠的。 -. 該車輛之y位置將取決於該車輛所在的通道而變化。該 .車輛之位置決定將估計絕對位置但是可具有此敏感尺寸中 ® &明顯誤差。應假定y維中的誤差係藉由該cep估計而且 能總計為數米。y位置中的一誤差一般產生該景物之比例 改變。因此例如，若7位置係較接近於人行道，則人行道 上的物件應該顯現為較大並進一步隔開，且相反地，若y 位置係較接近於該公路之中心線，則人行道上的物件應該 顯現為較小並較近在―起。如所說明1在相對座標中 (如（例如）在當前具體實施例中）產生景物，則自地圖資料 藝#景物之計算對該車位置係敏感的。（若在絕對座標 中產生該景物’則大小應該係與比例無關的㈠對於當前 具體實施例，能以將估計的7位置括在括號裏的不心位置 自地圖物件计算其他景物。此外，y位置景物之選擇或範 圍以及y位置景物之增量（例如一個景物用於每一米的位置） 係最佳留給該系統之設計工程師來實施。最大相關能提供 回授以校正該車輛之^位置的估計，其依次能改良其所 在的通道之估計。 如上所述’此等不同景物能各與車輛景物相關以找到一 138330.doc •42- 200944830 最大相關。簡化經程序的—方式係自感測器測量來計算平 均建築物距離之測量。若此對該景物係粗略恒定的，而且 建築物係在該地圖資料逮也 固貝科犀中捕獲，則能自該測量導出乂位 置之一良好估計。

-給定物#的特冑可以為一點冑集或感測之點單元 Cl(X’y，z)之集合。此等原點單元可加以儲存在該地圖資料 庫中以用於測量的每一感測器。例如，自該物件反射的每 一雷射掃描n點的特徵為a dl and a thetab _該車輛位 置及平臺參數，此等能轉譯成相對座標（x，y，z)或絕對座標 (緯度、經度、高度）或另一此方便座標系統中的點之集 合。其他資料可加以儲存以用於每一 xyz單元，例如色彩 或強度，取決於所涉及的感測器。該資料庫可針對同一物 件儲存用於不同感測器的不同叢集資訊。 當該車輛通過該物件並且該（等）車輛感測器掃描該物件 時，其亦將獲取具有相同參數的點之集合（或許以不同解 析度）。 此外，進行質心計算而且在該地圖内找到該CEP之位 置。此外，檢索落在該CEP内的所有物件但是在此情況下 檢索額外資訊，例如原感測器資料（原點叢集），其至少用 於已知在該車輛上此時係活動的感測器。 原叢集資料之兩個集合係正規化至一共同解析度大小 (在該技術中係共同的）。使用自感測物件及每一檢索之物 件的三維叢集合點’應用一相關函數。啟動相關點係其中 原感測器之質心係與一候選物件之質心匹配的點。相關結 I38330.doc -43- 200944830 果能進行加權並以因數形式進入該演算法作為另一特徵。 本發明可方便地使用依據本揭示内容之教示所程式化的 一傳統一般用途或特殊數位電腦或微處理器來實施，此將 為熟習電腦技術者所明白。適當的軟體編碼能輕易地藉由 熟練程式員基於本揭示内容之教示來製備，此將為熟習軟 體技術者所明白。用於該導航系統的適當感測器之選擇及 程式化亦能輕易地由熟習此項技術者所製備。本發明亦可 藉由特定應用積體電路、感測器及電子設備的製備，或藉 參 自互連傳統組件電路之適當網路來實施，此將為熟習此^ 技術者所輕易明白。 在一些具體實施例中，本發明包括一電腦程式產品其 係具有儲存於其中的指含之一（或多個）儲存媒體/其中其能 用以程式化一電腦以實行本發明的該等程序之任一者。該 儲存媒體能包括（但不限於）任何類型的碟片，包括軟碟、 光碟、DVD、CD_ROM、微驅動器及磁光碟片、r〇m、 〇 RAM、EPR0M、EEPROM、dram、VRAM、快閃記憶體 裝置、磁或光學卡、奈米系統（包括分子記憶體1C)、或適 用於儲存指令及/或資料之任何類型的媒體或裝置。本發 明包括儲存於該（等）電腦可讀取媒體之任一者上的軟體， 其用於控制一般用途/專用電腦或微處理器之硬體，並用 於致此電腦或微處理器與一人類使用者或利用本發明之結 2的另一機構互動。此軟體可包括（但不限於）裝置驅動 器、作業系統、以及使用者應用程式。最後’此類電腦可 讀取媒體進一步包括用於實行本發明之軟體，如以上說 138330.doc 200944830 明。軟體模組係包括在一般/專用電腦或微處理器之 化（軟體）中。 > 參 ❿ 基於解說及說明之目的已提供本發明之前述說明。並非 預計包攬無遺或將本發明限於所揭示的精確形式。許多修 改及變化將為熟習此項技術之從業者所明白。特定言之， 雖然已在位置決定增強之背景下說明本發明，但是二僅係 此組合式地圖匹配的許多應用之一。例如，一公路十字路 口及其打人穿越道之位置能加以準確地決定為自識別標諸、 的距離，因此能提供較多準確轉向指示或提供行人穿越道 警不。另外舉例而言，該車輛橫向於該公路（相對於通道） 的位置能加以準確地決定以提供關於其所在的通道之指 導’或許因即將來臨的機動或因為交通等。藉由額外範 例’该匹配能用以準確地對齊地圖特徵於在該車輛中收集 的即時影像上。在另一範例中，本發明之具體實施例能用 或其他視覺/聽覺增強以致能該駕驶員瞭解標 言志及其背景的確切位置。亦顯然’雖然該等具體實施例之 L者說月相對座標之使用，但是該系統之具體實施例亦 此用於利用絕對座標的環境。選擇並說明具體實施例以便 最佳=釋本發明之原理及其實際應用，從而使熟習此項技 術者月匕針肖各種具體實施例並採用冑合於所預期的特定使 用，各種修改而理解本發明。預計本發明之範嘴係由所附 申請專利範圍及其等效物定義。 【圖式簡單說明】 顯不車輛導航座標系統與依據一具體實施例的一 I38330.doc •45· 200944830 實際物件之選擇的解說。 圖顯不-車輛導航系統之一項具體實施例的解說。 圖.4不一感測器偵測之物件特徵化以及使用依據一具 體實施例的景色匹配之地圖匹配的解說。 圖4顯不用於感測器偵測之物件特徵化之方法以及使用 依據一具體實施例的景色匹配之地圖匹配的流程圖。 圖5顯示一感測器偵測之物件特徵化以及使用依據另一 體實施例的車輛與物件位置匹配之地圖匹配的解說。 圖6顯示用於感測器偵測之物件特徵化之方法以及使用 依據一具體實施例的車輛與物件位置匹配之地圖匹配的流 程圖。 圖7顯示一感測器偵測之物件特徵化以及使用依據另一 具體實施例的物件特徵化之地圖匹配的解說。 圖8顯示用於感測器偵測之物件特徵化之方法以及使用 依據一具體實施例的物件特徵化之地圖匹配的流程圖。 圖9顯示一感測器偵測之物件特徵化以及使用依據另一 具體實施例的感測器增加之地圖匹配的解說。 圖10顯示用於感測器偵測之物件特徵化之方法以及使用 依據一具體實施例的感測器增加之地囷匹配的流程圖。 【主要元件符號說明】 100 車輛 101 郵筒 102 公路 103 出口標§志 138330.doc -46- 200944830 104 路邊 105 通路及/或公路標記 106 公路標誌 107 景物 108 公路側圍欄 110 公路物件 118 座標系統 140 導航系統

142 數位地圖 146 駕駛員導航顯示器 156 車輛回授介面 162 定位感測器子系統 164 絕對定位感測器 172 感測器 180 關注區域 182 感測物件 184 物件 192 物件景物 194 物件景物 195 地圖資料庫 244 物件 246 物件 270 ID標籤

272 ID 138330.doc -47- 200944830 274 物件 276 物件識別符

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Claims (1)

1. 200944830 七、申請專利範圍： 1. 一種方法，其包含下列步驟： 藉由一車輛之一感測器偵測 社落車輛附近之複數個物 之至少一者，並估計關於該物 1 切件的特徵，該感測器係 藉由GPS或另一位置及/或方位決 厌疋技術而校準至該車輛 之該位置及方位， 自該車輛之位置及方位估計以及該感測器之該等測量 的至少一些，來估計該感測物件的一位置； ，藉由車輛位置或估計之感測物件位置來詢問一地圖或 影像資料庫’該資料庫允許檢索複數個物件之—或多個 檢索的資訊’以鮮描述於該資料庫中之用於該位置之 至少一物件， 使用一比較邏輯來比較該感測物件與該擷取物件，而 若此比較至一預定程度係成功的，則實現下列之一或 多個： < 該車輛之該GPS或另外決定之位置或方位之一調整， 如顯現於該資料庫中之該擷取物件之該位置資訊之一 調整，或者 作為一圖標之該經擷取之資料庫描述物件的圖形顯 不’或者當前顯示於其上之地圖資料之一適當位置中之 一導航單元之一圖形顯示上的其他圖形影像’代表當前 車輕位置之該環境。 2.如請求項1之方法，進一步包含· 估叶該車輛之位置及方位與該位置估計之該準確度之 138330.doc 200944830 一估計，·以及 自該地圖資料庫檢索用於落在處於該估計物件位置中 心之該準確度估計内之任何物件的物件資料。 3.如請求们或2之方法，其中該比較邏輯涉及該大小、形 狀、冋度、可見色彩、平坦表面之該程度，以及該物件 之該反射率的一或多項。 .4.如請求項！或2之方法，纟中若㈣之物件之該集合僅係 一個物件，則在該物件之比較函數通過一臨限值測試的 © 情況下，該物件係匹配的。 5. 如請求項1之方法，其中若在該CEp内沒有物件則不實 施匹配。 6. 如明求項1或2之方法，其中若檢索之物件之該集合係一 個以上’而且若1¾物件之記分係最佳的，i通過該臨限 值’其記分係優於該下一最佳記分之一第二臨限值則 該物件係匹配的。 _ 7.如請求項13戈2之方法，其中儲存於該地圖資料庫中之用 於每—物件之該等特徵包括來自一㈣上感測器 特徵。 8·如叫求項2之方法，其中該估計準確度係該車輛之當前 位置準確度與該基本感測器準確度之一組合。 9·如請求項2或8之方法’其中準確度估計係定義在—渺 間或一 3D空間之一者中。 二 10.如請求項！或2之方法’其中該等物件之一特徵係其點叢 集，且其中該等可能比較之一係該感測物件點叢集與該 138330.doc 200944830 擷取物件點叢集之間之一相關函數》 U.如請求項10之方法，其中一地圖資料庫包含用於不同感 測器的點叢集。 12·如请求項10之方法’其中該相關的中心係處於感測及擷 取物件之該質心周圍。 13·如請求項丨或2之方法，其中一物件之該等感測特徵之一 係連結至一物件之一 RFID之該接收。 14.如叫求項丨或2之方法，其中該物件具備連結至一轉頻器 之角形反射器，使得一 RFID係在由該感測器照明該反 射器時播送。 15·如明求項M2之方法’其係用作在—車輛中收集之一影 像與該公路網路之間之一校準構件’使得該公路網路及 該地圖之其他兀件能疊加於該小汽車中收集之即時相機 影像上，並向該駕駛員顯示。 16·如请求項1或2之方法甘 X &万法其中該比較邏輯涉及影像匹配技 術，其宜使用郝斯多夫距離之計算。 138330.doc