TW201525420A

TW201525420A - 車輛定位方法及其系統

Info

Publication number: TW201525420A
Application number: TW102147106A
Authority: TW
Inventors: zhi-neng Liang
Original assignee: Automotive Res & Testing Ct
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2015-07-01
Also published as: TWI515410B

Abstract

本發明係一種車輛定位方法及其系統，該系統係包含有一設置於一車輛前方的攝影機、複數可視位置標記及一車輛定位裝置；其中複數可視位置標記係設置於該攝影機的拍攝範圍，且各可視位置標記係包含有對應其所在地點的位置資訊；如此，當車輛處於沒有GPS或訊號微弱時，其車輛定位裝置可藉由攝影機拍攝到任一可視位置標記，獲知該可視位置標記所包含的位置資訊，再配合計算與該拍攝到的可位置標記之相對距離，即可在無GPS訊號下仍可獲得目前車輛GPS座標。

Description

車輛定位方法及其系統

本發明係關於一種行動中車輛定位技術，尤指一種在沒有GPS或訊號微弱中車輛定位技術。

一般來說，目前車輛常見的定位系統為GPS導航系統50，如圖7所示，係主要包含有一GPS模組51及慣性測量模組(IMU)。由於GPS模組51是在地面接收衛星所發送關於裝設該GSP模組51之車輛的經度、緯度、方向、速度等等行車資料，再配合該慣性測量模組的陀螺儀52、加速規53、尤拉角度估測單元54、導航加速度單元55及導航速度計算單元56，輸出車輛目前的方向及速度，一併校正該GPS模組的方向及速度資料，最後決定車輛GPS座標(X,Y)。

以車輛駛入衛星收訊差或無衛星收訊的地點，如橋下或建築內，GPS模組無法提供有效位置資訊，則雖然導航系統50會以最後一筆有效行車資訊為基礎，再依據慣性測量模組接續輸出的方位及速度計算車輛位置，但因感應器誤差存在，使得計算車輛定位的誤差累積，而形成錯誤的定位資訊。

美國第20110121068號專利公開案揭示一種｢於一預定區域內判斷物件位置及旋轉方位的方法及設備｣的技術，係針對室內固定行進路線的物件進行定位。如圖8所示，該設備係包含有複數含有ID的條碼定位標記61、位置參考圖案60，以及複數裝設於移動中物件63上的攝影機62；如圖中所示，該位置參考圖案60係貼覆於該預定區域的天花板上，為複數行、列垂直交錯的格紋狀，而該條碼定位標記61則以固定間距矩陣排在該位置參考圖案60上。當物件63移動時，其上的攝影機62會向上拍攝並影像處理該條碼定位標記61，以讀取其內含的ID及其上的二維軸向，以獲知物件的大概位置及方位，再據此計算出物件63的位置，以確保物件63可於預定行進路線上行走。

雖然上述美國專利可定位一室內中移動的物件的位置，但僅應用於限定線路的移動物件，是以其位置參考圖案及條碼定位標記均固定於天花板上，並藉由複數圖案的關係變化計算及定位座標，此座標系統只能適用特定區域；因此，縱使上述美國前案可提供移動物件位置資訊，但仍無法作為GPS導航系統或自動巡航系統用的定位資訊；是以，目前對於GPS導航系統或自動巡航系統用的定位資訊在衛星訊號弱或無衛星訊號的場合，如何確定車輛的位置，仍有待進一步改良。

有鑑於上述現有車輛GPS導航系統或自動巡航系統的缺點，本發明的主要目的係提供種車輛定位方法及其系統。

欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該車輛定位方法包含：(a)設置複數可視位置標記於車輛前方的攝影機的拍攝範圍，各可視位置標記係包含有對應其所在地點的位置資訊，供車輛前方裝設的攝影機拍攝之；(b)拍攝其中一可視位置標記；(c)影像處理該可視位置標記以讀取其位置資訊，並計算可視位置標記與車輛之相對距離；及(d)依據上述位置資訊及相對距離，計算出車輛實際位置。

欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該車輛定位係統包含：一攝影機，係可設置於一車輛前方；複數可視位置標記，係設置於該攝影機的拍攝範圍，各可視位置標記係包含有對應其所在地點的位置資訊；及一車輛定位裝置，係供設置於該車輛內並電連接至該攝影機，並包含有一影像處理模組、一本地位置計算模組及一本車位置計算模組；其中該影像處理模組係接收該攝影機所拍攝包含有可視位置標記的影像，並影像處理該可視位置標記以讀取其包含的位置資訊；該本地位置計算模組則電連接至該影像處理模組及該攝影機，以同時取得該攝影機所拍攝包含有可視位置標記的影像，計算車輛距該可視位置標記的相對距離，再連同該位置資訊一併輸出至該本車位置計算模組，該本車位置計算模組依據距離修改該位置資訊，而計算目前車輛所在GPS座標。

上述本發明車輛定位方法及系統主要於室內設置複數可視位置標記，各位置標記包含有對應其所在位置的位置資訊；如此，進入該室內的車輛可藉由攝影機拍攝到任一可視位置標記，獲知該可視位置標記所包含的位置資訊，再配合計算與該拍攝到的可位置標記之相對距離，修改其位置資訊，即可獲得目前車輛的GPS座標。

本發明係針對車輛進入GPS訊號弱或無GPS訊號的場所，提供行動中車輛一定位資訊，可進一步供車輛整合其原本的車輛導航系統或巡航系統，令該等系統均可在無GPS訊號下，仍能獲得目前車輛的GPS座標。

首先請參閱圖1所示，本發明車輛定位方法係包含有：(a)設置複數可視位置標記於車輛前方的攝影機的拍攝範圍(S10)，各可視位置標記係包含有對應其所在地點的位置資訊，供車輛前方裝設的攝影機拍攝之；其中該位置資訊至少包含絕對座標(經度、緯度)；(b)拍攝其中一可視位置標記(S11)；(c)影像處理該可視位置標記以讀取其位置資訊，並計算可視位置標記與車輛之間相對距離(S12)；及(d)依據上述位置資訊及距離(S13)，計算出車輛實際的GPS座標(S14)。

再請配合參閱圖2所示，謹以一室內停車場為例，於停車場的牆壁或柱子上內設置複數可視位置標記20，其設置的高度在車輛攝影機11可拍攝的範圍R，如圖4A至圖4C所示，該可視位置標記20可為一維條碼20b、二維條碼20a或停車場內原有具有唯一性的圖案20c。其中該一維條碼20b或二維條碼20a可將其所設置地點的位置資訊直接編碼，或者將其中一識別碼予以編碼。

當車輛自室外駛入圖2所示的停車場時，其上攝影機11會拍攝到停車場內的任一可視位置標記20，由於各可視位置標記20均包含有其設置地點的位置資訊，故車輛藉由拍攝得到的可視位置標記20，可獲得該可視位置標記20的位置資訊(X,Y,φ)，其中X,Y為GPS座標, φ為該圖案與車輛平行的航向。惟該位置資訊的GPS座標仍非車輛當時的實際GPS座標，須進一步以影像處理技術計算車輛與該可視位置標記的相對距離(D,E)，待完成相對距離(D,E)計算後，再以相對距離(D,E)校正該位置資訊的GPS座標(X,Y)，以獲得拍攝當下的車輛GPS座標(X’,Y’)。

請參閱圖3所示，係為本發明車輛室內定位系統10的功能方塊圖，其包含有設置於室內用的複數可視位置標記20外，尚包含供車輛安裝置的一攝影機11及一車輛定位裝置12；其中該車輛定位裝置12係電連接至該攝影機11。

上述車輛定位裝置12係包含有：一影像處理模組121，係接收該攝影機11所拍攝包含有可視位置標記20的影像，並影像處理該可視位置標記20以讀取其包含的位置資訊；一本地位置計算模組122，係電連接至該影像處理模組121及該攝影機11，以同時取得該攝影機11所拍攝包含有可視位置標記20的影像，計算車輛與該可視位置標記20的相對距離，再連同該位置資訊一併輸出；以及一本車位置計算模組123，係電連接至該影像處理模組121，以接收位置資訊及相對距離，再以距離校正該位置資訊，而計算目前車輛的GPS座標。

以下謹進一步說明車輛定位系統10中該本地位置計算模組122獲得可視位置標記20之位置資訊的數種實施例。首先請參閱圖4A所示，當可視位置標記20為一維條碼20b或二維條碼20a，則其可將位置資訊(X,Y,φ)或識別碼(B1-1)直接編碼成圖形(如圖4C所示)，而該車輛定位裝置12的影像處理模組121即可對該一維條碼20b或二維條碼20a予以解碼，而獲得其唯一的位置資訊(X,Y,φ)或識別碼(B1-1)。當該影像處理模組121接收攝影機11所拍攝到包含可視位置標記20的畫面，而對畫面中的可視位置標記進行解碼以獲得位置資訊(X,Y,φ)時，即將該位置資訊(X,Y,φ)輸出至該本地位置計算模組122；在此同時，該本地位置計算模組122亦同時接收包含有該可視位置標記20的畫面，由於車輛定位裝置12是固定裝設在車輛內，故可依據該可視位置標記於該畫面的大小及位置，如圖5A及圖5B所示，判斷車輛與已拍攝位置標記20的相對距離(D,E)，並將該相對距離(D,E)輸出至該本車位置計算模組123；本發明計算可視位置標記與車輛之間距離(D,E)的公式分別為：(1)；其中H、V為可視位置標記的長、寬；h、v為拍攝後的長、寬；f為像距；(2)；其中E為位置標記與車輛前方中心點距離；e為拍攝後與影像中心點距離；f為像距。

至此，該本車位置計算模組123係取得可視位置標記的位置資訊(X,Y,φ)，以及車輛與該可視位置標記之間的距離(E,D)，故可以該相對距離校正該位置資訊的GPS座標(X,Y)，而計算出車輛目前的GPS座標位置(X’,Y’)，達到定位目的。

再如圖4B所示，若各可視位置標記20為包含有識別碼(B1-1)的一維條碼20b、二維條碼20a，同樣經由攝影機11拍攝後，經該影像處理模組121解碼該一維條碼20b或二維條碼20a可獲得該識別碼(B1-1)。該車輛定位裝置12的本地位置計算模組122預先儲存一包含有識別碼及位置資訊的對照表，當接收該影像處理模組121傳來的識別碼(B1-1)，即以查表方式自該對照表中讀出此一識別碼所對應的位置資訊(X,Y)。至於該對照表的預設方式，可進一步由該本地位置計算模組122內建一上網單元124(如WIFI模組、藍芽模組)，於進入室內停車場時與本地伺服器取得連線後，由該本地伺服器透過無線網路傳送予該本地位置計算模組122進行儲存。

請參閱圖4C所示，若各可視位置標記20為具有唯一性的圖案20c，則經攝影機11拍攝後，同樣由該影像處理模組121識別出該圖案20c，再由該本地位置計算模組122所內建的上網單元124將圖案20c透過無線網路傳送至本地伺服器，由本地伺服器將該圖案20c所對應的位置資訊回傳至該本地位置計算模組122。

由上述說明可知，本發明的車輛室內定位系統12可於進入室內時，藉由可視位置標記，而計算出車輛的GPS座標，因此本發明可另提供一種如圖6所示的車輛導航系統30，其包含有該車輛定位系統12及一車輛導航裝置31，該車輛導航裝置31係包含有GPS模組32及慣性測量模組，該慣性測量模組係電連接GPS模組及該車輛定位系統12的本車位置計算模組123，又該慣性測量模組係包含有陀螺儀33、加速規34、尤拉角度估測單元35、導航加速度單元36及導航速度計算單元37。

當其中車輛導航裝置31作為車輛導航系統30在失去GPS訊號後，以本發明計算車輛位置資訊作為慣性測量單元的正確起始位置資訊，不因起始位置錯誤，而造成依據慣性測量單元輸出的方位及速度計算的車輛位置因累計誤差而不正確。

10‧‧‧車輛定位系統
11‧‧‧攝影機
12‧‧‧車輛定位裝置
121‧‧‧影像處理模組
122‧‧‧本地位置計算模組
123‧‧‧本車位置計算模組
124‧‧‧上網單元
20‧‧‧可視位置標記
20a‧‧‧二維條碼
20b‧‧‧一維條碼
20c‧‧‧圖案
30‧‧‧車輛導航系統
31‧‧‧GPS導航裝置
32‧‧‧GPD模組
33‧‧‧陀螺儀
34‧‧‧加速規
35‧‧‧尤拉角度計測單元
36‧‧‧導航加速度單元
37‧‧‧導航速度計算單元
50‧‧‧車輛導航系統
51‧‧‧GPD模組
52‧‧‧陀螺儀
53‧‧‧加速規
54‧‧‧尤拉角度計測單元
55‧‧‧導航加速度單元
56‧‧‧導航速度計算單元
60‧‧‧位置參考圖案
61‧‧‧條碼定位標記
62‧‧‧攝影機
63‧‧‧物件

圖1：係本發明車輛定位方法的流程圖。圖2：係本發明應用於一車輛定位系統的架構圖。圖3：係本發明車輛定位系統的功能方塊圖。圖4A：係本發明車輛定位系統第一較佳實施例的功能方塊圖。圖4B：係本發明車輛定位系統第二較佳實施例的功能方塊圖。圖4C：係本發明車輛定位系統第三較佳實施例的功能方塊圖。圖5A及圖5B：係本發明計算攝影機與可視定位標記相對距離的示意圖。圖6：係本發明車輛導航系統的功能方塊圖。圖7：係既有一車輛導航系統的功能方塊圖。圖8：係既有一車輛室內定位系統架構示意圖。

Claims

一種車輛定位方法，係包含：(a)設置複數可視位置標記於車輛前方的攝影機的拍攝範圍，各可視位置標記係包含有對應其所在地點的位置資訊，供車輛前方裝設的攝影機拍攝之；(b)拍攝其中一可視位置標記；(c)影像處理該可視位置標記以讀取其位置資訊，並計算車輛與該可視位置標記的相對距離；及(d)依據上述位置資訊及相對距離，計算出車輛實際GPS座標。
如請求項1所述之車輛定位方法，其中：上述步驟(a)的可視位置標記係為一維條碼或二維條碼，並將該位置資訊編碼於其中；上述步驟(c)係直接解碼所拍攝之可視位置標記，以讀取其位置資訊。
如請求項1所述之車輛定位方法，其中：上述步驟(a)的可視位置標記係為一維條碼或二維條碼，並將一識別碼編碼於其中，該識別碼係對應一位置資訊；上述步驟(c)係直接解碼所拍攝之可視位置標記，以讀取其識別碼，再讀取一預先儲存包含有識別碼及位置資訊的對照表，並依據解碼出的識別碼查表出其對應的位置資訊。
如請求項1所述之車輛定位方法，其中：上述步驟(a)的可視位置標記係為一維條碼或二維條碼，並將一網路位址編碼於其中，該識別碼係對應一位置資訊；上述步驟(c)係直接解碼所拍攝之可視位置標記，以讀取其網址，再依據該網路位址連結至本地網路伺服器，以讀取其位置資訊。
如請求項1所述之車輛定位方法，其中：上述步驟(a)的各可視位置標記係唯一圖形；上述步驟(c)係識別該圖形識別資訊，並連結至本地網路伺服器，傳送該圖形的識別資訊至本地網路伺服器，以待回傳其位置資訊。
如請求項1所述之車輛室內定位方法，上述步驟(c)係以下列公式分別計算可視位置標記與車輛之間距離(D,E)：；其中H、V為可視位置標記的長、寬；h、v為拍攝後的長、寬；f為像距；；其中E為位置標記與車輛前方中心點距離；e為拍攝後與影像中心點距離；f為像距。
一種車輛定位系統，係包含：一攝影機，係可設置於一車輛前方；複數可視位置標記，係設置於該攝影機的拍攝範圍，各可視位置標記係包含有對應其所在地點的位置資訊；及一車輛定位裝置，係供設置於該車輛內並電連接至該攝影機，並包含有一影像處理模組、一本地位置計算模組及一本車位置計算模組；其中該影像處理模組係接收該攝影機所拍攝包含有可視位置標記的影像，並影像處理該可視位置標記以讀取其包含的位置資訊，該本地位置計算模組則電連接至該影像處理模組及該攝影機，以同時取得該攝影機所拍攝包含有可視位置標記的影像，計算車輛與該可視位置標記的相對距離，再連同該位置資訊一併輸出至該本車位置計算模組，該本車位置計算模組依據相對距離校正該位置資訊，而計算目前車輛的GPS座標。
如請求項7所述之車輛室內定位系統，其中：上述各可視位置標記係為一維條碼或二維條碼，並將該位置資訊編碼於其中；上述車輛定位裝置的影像處理模組係直接解碼所拍攝之可視位置標記，以讀取其位置資訊。
如請求項7所述之車輛定位系統，其中：上述各可視位置標記係為一維條碼或二維條碼，並將一識別碼編碼於其中，該識別碼係對應一位置資訊；上述車輛定位裝置的影像處理模組係直接解碼所拍攝之可視位置標記，以讀取其識別碼，且該本地位置計算模組預先儲存一包含有識別碼及位置資訊的對照表，並依據解碼出的識別碼查表出其對應的位置資訊。
如請求項7所述之車輛定位系統，其中：上述各可視位置標記係為一維條碼或二維條碼，並將一網路位址編碼於其中，該識別碼係對應一位置資訊；上述車輛定位裝置的影像處理模組係直接解碼所拍攝之可視位置標記，以讀取其網址，且該本地位置計算模組內建有一上網單元，以依據該網路位址連結至本地網路伺服器，以讀取其位置資訊。
如請求項7所述之車輛室內定位系統，其中：上述各可視位置標記係唯一圖形；上述車輛定位裝置的影像處理模組係識別該圖形的識別資訊，且該本地位置計算模組內建有一上網單元，以連結至本地網路伺服器，傳送該圖形的識別資訊至本地網路伺服器，以待回傳其位置資訊。
如請求項7所述之車輛室內定位方法，該本地位置計算模組係以下公式計算計算車輛相對距離(D,E)：；其中H、V為可視位置標記的長、寬；h、v為拍攝後的長、寬；f為像距；；其中E為位置標記與車輛前方中心點距離；e為拍攝後與影像中心點距離；f為像距。