TW201621273A - 行動定位裝置及其定位方法 - Google Patents

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Abstract

一種行動定位裝置及其定位方法。行動定位裝置擷取感測資訊以及具有環境影像特徵點之環境影像。行動定位裝置根據感測資訊判斷第一位置資訊，並自影像資料庫中，選取對應於第一位置資訊之圖資影像。圖資影像具有相應於環境影像特徵點之圖資影像特徵點。行動定位裝置根據環境影像、圖資影像、環境影像特徵點以及圖資影像特徵點，判斷行動定位裝置之第二位置資訊。

Description

行動定位裝置及其定位方法
本發明係關於一種行動定位裝置及其定位方法；更具體而言，本發明之行動定位裝置及其定位方法利用環境狀態進行室內精準定位。
習知之室內定位技術中，多以紅外線、無線訊號、慣性測量或全影像比對等單一定位方式完成定位。具體而言，紅外線室內定位主要係利用紅外線訊號發射器之佈置，透過不同之位置之紅外線訊號接收以完成定位。惟紅外線定位準確度受限於紅外線訊號發射器之數量、場地環境干擾、紅外線訊號穿透力不足等因素。
類似地，無線訊號(例如RFID、Wi-Fi、藍牙等無線訊號)定位主要係利用無線訊號之場域變化及其強弱進行定位。惟無線訊號定位準確度同樣多受限於硬體佈置之額外成本、無線訊號穩定度、環境變化、訊號干擾等因素。
另一方面，慣性測量主要係利用裝置之感測數據(如加速度感測器、陀螺儀感測器等)，估測裝置之移動狀態並據以定 位。惟採用估算之方式定位，其誤差將會隨時間快速地累積，換言之，即其定位精確度將會隨時間大幅地降低。
而全影像比對主要係連續地利用拍攝影像與資料庫影像之比對，判斷裝置當下所處之位置。惟此種方式需連續拍攝影像，且每張影像皆須與資料庫之影像進行比對，因此其所需之運算量相當龐大且比對過程相當耗時。
綜上所述，目前之室內定位技術，於分別使用時多具有：額外硬體建置成本、環境變化影響定位結果、定位精確度不穩定以及定位效率過低之缺點。據此，如何加強定位效能並同時整合定位技術，以更有效率且精準的方式完成定位，以改善習知技術之缺點，乃業界亟需努力之目標。
本發明之主要目的係提供一種用於行動定位裝置之定位方法。行動定位裝置與影像資料庫連線。定位方法包含：(a)令行動定位裝置擷取至少一感測資訊以及環境影像。其中，環境影像具有至少一環境影像特徵點；(b)令行動定位裝置根據至少一感測資訊判斷行動定位裝置之第一位置資訊；(c)令行動定位裝置自影像資料庫中，選取對應於第一位置資訊之圖資影像。其中，圖資影像具有相應於至少一環境影像特徵點之至少一圖資影像特徵點；(d)令行動定位裝置根據環境影像、圖資影像、至少一環境影像特徵點以及至少一圖資影像特徵點，判斷行動定位裝置之第二位置資訊。
為完成前述目的，本發明又提供一種行動定位裝置，包含收發單元、感測單元、影像擷取單元以及處理單元。收發單元用以與影像資料庫連線。感測單元用以擷取至少一感測資訊。影像擷取單元用以用以擷取環境影像。其中，環境影像具有至少一環境影像特徵點。處理單元用以：根據至少一感測資訊判斷行動定位裝置之第一位置資訊；透過收發單元自影像資料庫中選取對應於第一位置資訊之圖資影像，其中，圖資影像具有相應於至少一環境影像特徵點之至少一圖資影像特徵點；根據環境影像、圖資影像、至少一環境影像特徵點以及至少一圖資影像特徵點，判斷行動定位裝置之第二位置資訊。
參閱圖式及隨後描述的實施方式後，所屬技術領域具有通常知識者可更瞭解本發明的技術手段及具體實施態樣。
1‧‧‧行動定位裝置
10‧‧‧第一位置資訊
11‧‧‧收發單元
12‧‧‧第二位置資訊
13‧‧‧感測單元
130‧‧‧至少一感測資訊
15‧‧‧影像擷取單元
150‧‧‧環境影像
17‧‧‧處理單元
2‧‧‧影像資料庫
200‧‧‧圖資影像
p1‧‧‧環境影像特徵點
p2‧‧‧圖資影像特徵點
RS‧‧‧後方交會點
第1A圖係本發明第一實施例之行動定位裝置之方塊圖；第1B圖係本發明第一實施例之行動定位裝置計算位置資訊之例示圖；第2圖係本發明第二實施例之定位方法之流程圖；以及第3圖係本發明第三實施例之定位方法之流程圖。
以下將透過本發明之實施例來闡釋本發明。然而，該等實施例並非用以限制本發明需在如實施例所述之任何環境、 應用程式或方式方能實施。因此，以下實施例的說明僅在於闡釋本發明，而非用以限制本發明。在以下實施例及圖式中，與本發明非直接相關的元件已省略而未繪示，且繪示於圖式中的各元件之間的尺寸關係僅為便於理解，而非用以限制為實際的實施比例。
請參考第1A圖，其係本發明第一實施例之一行動定位裝置1之方塊圖。行動定位裝置1包含一收發單元11、一感測單元13、一影像擷取單元15以及一處理單元17。收發單元11與一影像資料庫2連線。須特別說明者，影像資料庫2中預存有室內環境之複數影像，且各影像於建置時，已將各影像於室內之位置相關資訊(如相對空間座標或絕對空間座標等)一併儲存，而由於本領域人員可輕易理解此處之技術，因此不再贅述。本發明定位過程將於下文中進一步闡述。
首先，當行動定位裝置1進入室內後，主要係先針對環境進行初步之定位，再利用具特徵點之影像進行位置校正。具體而言，當進入室內環境時，行動定位裝置1之感測單元13擷取至少一感測資訊130。同時，影像擷取單元15擷取一環境影像150。其中，環境影像150具有至少一環境影像特徵點p1。須特別說明，於第一實施例中，環境影像特徵點p1數量為二。
接著，處理單元17初步地根據至少一感測資訊130判斷行動定位裝置1之一第一位置資訊10。隨後，由於影像資料庫2中具有相應之室內影像資料及其位置資訊，因此，處理單元17便可透過收發單元11，自影像資料庫2中選取對應於第一位置資訊10 之一圖資影像200。相應地，圖資影像200具有相應於至少一環境影像特徵點p1之至少一圖資影像特徵點p2。同樣地，於第一實施例中，圖資影像特徵點p2之數量為二。
隨即，由於此時具有即時之環境影像150、圖資影像200、至少一環境影像特徵點p1以及相應之至少一圖資影像特徵點p2，則處理單元17便可據以判斷行動定位裝置1之一第二位置資訊12，而此第二位置資訊12便為較精準之室內位置資訊。
須特別說明者，前述第一位置資訊10可由慣性導航(Inertial Navigation)定位演算法獲得。舉例而言，假設使用者將行動定位裝置1置於車上並由室外攜至室內時，感測單元13(例如加速度感測器、陀螺儀、磁力感測器、氣壓感測器及熱感測器等)便可感測相關之慣性感測資訊。
據此，處理單元17便可根據至少一感測資訊130(即慣性感測資訊)，判斷行動定位裝置1於車上之慣性使用狀態，並且進一步基於慣性導航定位演算法判斷行動定位裝置1之第一位置資訊10。
類似地，前述第一位置資訊10亦可由行人航位推算(Pedestrian Dead Reckoning)定位演算法獲得。舉例而言，假設使用者將手機置於身上時，感測單元13(例如加速度感測器、陀螺儀、磁力感測器、氣壓感測器及熱感測器等)便可感測相關之使用者動作感測資訊。
據此，處理單元17便可根據至少一感測資訊130(即 使用者動作感測資訊)，判斷行動定位裝置1目前係置於使用者身上，並進一步基於行人航位推算定位演算法判斷行動定位裝置1之第一位置資訊10。
另一方面，請一併參考第1B圖，其係本發明第一實施例之行動定位裝置1計算第二位置資訊12之例示圖，其中，前述第二位置資訊12主要可由後方交會計算方式而得。詳細來說，當處理單元17獲得環境影像150、圖資影像200、至少一環境影像特徵點p1以及至少一圖資影像特徵點p2後，其便可透過後方交會之 計算原理，利用公式 以及計算相對於圖資 影像200之一後方交會點RS(Resection Point)，而此後方交會點RS即為行動定位裝置1所處之位置，即第二位置資訊12。
更進一步來說，前述公式中，影像主點座標xp、yp、三維旋轉矩陣m(及其內含之旋轉角)、焦距c、透鏡畸變改正參數△x、△y皆為影像擷取單元15出廠時之固定參數，且特徵點於空間之實際座標XA、YA、ZA亦可於圖資影像建置時一併記錄，據此，欲計算影像擷取單元15之位置X0、Y0、Z0(即行動定位裝置1之位置)，僅須利用二不同特徵點xa、ya之參數即可達成。
詳言之，由於前述影像擷取單元15之位置坐標係三未知數X0、Y0、Z0，因此，需要至少三條方程式求解。而當影像具有二不同特徵點座標時，帶入前述公式便可獲得四條方程式， 如此，便可求得三未知數X0、Y0、Z0之解。須特別說明，若無法直接取得前述影像擷取單元15出廠時之固定參數時，在目前不同廠牌之影像擷取單元間之參數差異不大之情況下，亦可直接使用數值相近之自定參數，或是直接對影像擷取單元15進行率定，以獲得相關參數。
然於其他情境中，當行動定位裝置1利用感測單元13進一步取得三未知數其中之一數值時(例如利用氣壓感測器擷取Z0之實際數值)，便僅剩二未知數X0、Y0，此時僅需二條方程式求解，則當影像具單一特徵點座標時，帶入前述公式便可獲得二條方程式，如此，便可直接求得二未知數X0、Y0之解。而須強調，本領域技術人員應可輕易透過本發明前揭內容，理解利用後方交會之計算後方交會點之方式，於此不再贅述。
於其他實施態樣中，行動定位裝置1可進一步利用室內相關之無線訊號進行進一步之定位資訊調整。具體而言，收發單元11更用以擷取至少一無線訊號資訊(未繪示)，例如Wi-Fi無線訊號、藍牙無線訊號、RFID無線訊號等。處理單元17則進一步根據至少一無線訊號資訊計算至少一第三位置資訊(未繪示)。須特別說明，利用無線訊號資訊進行定位乃習知技術，於此不再贅述。
接著，處理單元17便根據第一位置資訊、第二位置資訊以及至少一第三位置資訊，利用卡曼濾波器(Kalman Filter)計算一第四位置資訊。詳言之，由於卡曼濾波器具有根據不同位置資訊之精確度作為權重比例，並據以進行融合篩選以獲得較佳 解之特性，因此透過卡曼濾波器，將可進一步地整合不同定位方式所得之內容，以獲得更精準之定位資訊。類似地，本領域技術人員應可輕易透過前述內容，理解如何將不同之位置資訊透過卡曼濾波器進行調整，因此不再贅述。
本發明之一第二實施例係為一定位方法，其流程圖請參考第2圖。第二實施例之方法係用於一行動定位裝置(例如前述實施例之行動定位裝置1)。行動定位裝置與一影像資料庫連線。第二實施例之詳細步驟如下所述。
首先，執行步驟201，令行動定位裝置擷取至少一感測資訊以及一環境影像。其中，環境影像具有至少一環境影像特徵點。執行步驟202，令行動定位裝置根據至少一感測資訊判斷行動定位裝置之一第一位置資訊。
接著，執行步驟203，令行動定位裝置自影像資料庫中，選取對應於第一位置資訊之一圖資影像。其中，圖資影像具有相應於至少一環境影像特徵點之至少一圖資影像特徵點。執行步驟204，令行動定位裝置根據環境影像、圖資影像、至少一環境影像特徵點以及至少一圖資影像特徵點，判斷行動定位裝置之一第二位置資訊。
本發明之一第三實施例係為一定位方法，其流程圖請參考第3圖。第三實施例之方法係用於一行動定位裝置(例如前述實施例之行動定位裝置1)。行動定位裝置與一影像資料庫連線。第三實施例之詳細步驟如下所述。
首先，執行步驟301，令行動定位裝置擷取至少一感測資訊以及一環境影像。其中，環境影像具有至少一環境影像特徵點。接著，根據感測器所偵測之資訊，位置資訊可由步驟302或步驟303之執行達成。若根據感測資訊判斷需進行慣性導航，則執行步驟302，令行動定位裝置根據至少一感測資訊，基於慣性導航定位演算法判斷行動定位裝置之一第一位置資訊。
另一方面，若根據感測資訊判斷需進行行人航位推算，則執行步驟303，令行動定位裝置根據至少一感測資訊，基於行人航位推算定位演算法判斷行動定位裝置之一第一位置資訊。接著，執行步驟304，令行動定位裝置自影像資料庫中，選取對應於第一位置資訊之一圖資影像。其中，圖資影像具有相應於至少一環境影像特徵點之至少一圖資影像特徵點。
執行步驟305，令行動定位裝置根據環境影像、圖資影像、至少一環境影像特徵點以及至少一圖資影像特徵點，計算一後方交會點。執行步驟306，令行動定位裝置根據後方交會點判斷行動定位裝置之一第二位置資訊。
須特別說明，第三實施例之定位方法可進一步地整合其他定位方式。具體而言，如流程圖所示，步驟307可另外同步執行，令行動定位裝置擷取至少一無線訊號資訊。接著執行步驟308，令行動定位裝置根據至少一無線訊號資訊計算至少一第三位置資訊。最後，執行步驟309，令行動定位裝置根據第一位置資訊、第二位置資訊以及至少一第三位置資訊，利用卡曼濾波器計算一 第四位置資訊。
綜上所述，本發明之行動定位裝置及其定位方法，可將透過不同感測訊息判斷使用者之狀態，以分別利用不同之演算法推算行動裝置之初步位置，接著，使用影像特徵點以及後方交會之計算，更有效率且精準地對行動定位裝置進行定位，並可進一步地利用卡曼濾波器，針對不同定位資訊進行整合加強定位之效果，以解決先前技術之缺點。
惟上述實施例僅為例示性說明本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技藝之人士可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。
301~311‧‧‧步驟

Claims (10)

  1. 一種用於一行動定位裝置之定位方法，該行動定位裝置與一影像資料庫連線，該定位方法包含：(a)令該行動定位裝置擷取至少一感測資訊以及一環境影像，其中，該環境影像具有至少一環境影像特徵點；(b)令該行動定位裝置根據該至少一感測資訊判斷該行動定位裝置之一第一位置資訊；(c)令該行動定位裝置自該影像資料庫中，選取對應於該第一位置資訊之一圖資影像，其中，該圖資影像具有相應於該至少一環境影像特徵點之至少一圖資影像特徵點；(d)令該行動定位裝置根據該環境影像、該圖資影像、該至少一環境影像特徵點以及該至少一圖資影像特徵點，判斷該行動定位裝置之一第二位置資訊。
  2. 如請求項1所述之定位方法，其中，步驟(b)更包含：(b1)令該行動定位裝置根據該至少一感測資訊，基於慣性導航(Inertial Navigation)定位演算法判斷該行動定位裝置之該第一位置資訊。
  3. 如請求項1所述之定位方法，其中，步驟(b)更包含：(b1)令該行動定位裝置根據該至少一感測資訊，基於行人航位推算(Pedestrian Dead Reckoning)定位演算法判斷該行動定位裝置之該第一位置資訊。
  4. 如請求項1所述之定位方法，其中，步驟(d)更包含： (d1)令該行動定位裝置根據該環境影像、該圖資影像、該至少一環境影像特徵點以及該至少一圖資影像特徵點，計算一後方交會點(Resection Point)；(d2)令該行動定位裝置根據該後方交會點判斷該行動定位裝置之該第二位置資訊。
  5. 如請求項1所述之定位方法，其中，步驟(d)前更包含：(d1)令該行動定位裝置擷取至少一無線訊號資訊；(d2)令該行動定位裝置根據該至少一無線訊號資訊計算至少一第三位置資訊；其中，步驟(d)後更包含：(d3)令該行動定位裝置根據該第一位置資訊、該第二位置資訊以及該至少一第三位置資訊，利用卡曼濾波器(Kalman Filter)計算一第四位置資訊。
  6. 一種行動定位裝置，包含：一收發單元，用以與一影像資料庫連線；一感測單元，用以擷取至少一感測資訊；一影像擷取單元，用以擷取一環境影像，其中，該環境影像具有至少一環境影像特徵點；一處理單元，用以：根據該至少一感測資訊判斷該行動定位裝置之一第一位置資訊；透過該收發單元，自該影像資料庫中選取對應於該第一位置資訊之一圖資影像，其中，該圖資影像具 有相應於該至少一環境影像特徵點之至少一圖資影像特徵點；根據該環境影像、該圖資影像、該至少一環境影像特徵點以及該至少一圖資影像特徵點，判斷該行動定位裝置之一第二位置資訊。
  7. 如請求項6所述之行動定位裝置，其中，該處理單元更用以根據該至少一感測資訊，基於慣性導航(Inertial Navigation)定位演算法判斷該行動定位裝置之該第一位置資訊。
  8. 如請求項6所述之行動定位裝置，其中，該處理單元更用以根據該至少一感測資訊，基於行人航位推算(Pedestrian Dead Reckoning)定位演算法判斷該行動定位裝置之該第一位置資訊。
  9. 如請求項6所述之行動定位裝置，其中，該處理單元更用以：根據該環境影像、該圖資影像、該至少一環境影像特徵點以及該至少一圖資影像特徵點，計算一後方交會點(Resection Point)；根據該後方交會點判斷該行動定位裝置之該第二位置資訊。
  10. 如請求項6所述之行動定位裝置，其中，該收發單元更用以擷取至少一無線訊號資訊，該處理單元更用以：根據該至少一無線訊號資訊計算至少一第三位置資訊； 根據該第一位置資訊、該第二位置資訊以及該至少一第三位置資訊，利用卡曼濾波器(Kalman Filter)計算一第四位置資訊。
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