TWI408339B - 即時擴增實境裝置、即時擴增實境方法及其電腦程式產品 - Google Patents

Description

即時擴增實境裝置、即時擴增實境方法及其電腦程式產品

本發明係關於一種即時擴增實境裝置、即時擴增實境方法及其電腦程式產品。具體而言，本發明係關於一種可根據即時影像以及導航資訊產生一導航影像之即時擴增實境裝置、即時擴增實境方法及其電腦程式產品。

隨著定位與導航系統技術的成熟，其應用範圍亦隨之日益廣泛，例如：手機、PDA及汽車......等，皆能運用定位導航系統之技術，使其更具便利性，其中，又以車內GPS定位導航裝置最為普遍，下文將說明習知車內GPS定位導航裝置之運作機制。

全球定位系統(Global Positioning System；GPS)係為一種中距離圓型軌道衛星系統，其係為地球表面的絕大部分地區提供準確的定位，而導航系統係利用GPS確定交通工具本身的經緯度、方向、速度、高度等資訊，再利用慣性導航如電子羅盤、加速計、陀螺儀等輔助計算GPS資訊更新週期之間的資訊，接著，更利用定位資訊及地圖資訊，確認交通工具所處位置，並決定行進路徑，最後將交通工具目前所在位置以及目前應行駛方向指示以圖形方式顯示。

惟習之車內GPS定位導航系統，普遍皆以2D地圖顯示，僅有在某些特定區域，例如高速公路交流道，其係用以3D景像示意圖顯示以及實景靜態照片其中之一顯示，加強行駛指引。當駕駛者於不熟悉的場所時，3D景像導引將發揮強大的功效，特別是行進方向與「上」「下」等三維方向相關，如複雜的高速公路交流道系統，其功效更為顯著。

然而，此種3D景像導引技術皆為事前制作，車內GPS定位導航系統除了地圖資訊外，仍需要儲存巨大的3D景像以及靜態照片資料，才能發揮效果。更進一步來說，上述資料皆是以制作時間的景像為主，當實際狀況發生變化，即便僅部份可供辨識的標誌、標線及地標等位置產生移動，車內GPS定位導航系統即必須立即更新，因此，需花費大量的時間及成本。

综上所述，如何不需要存入大量3D景像以及靜態照片資料，仍可因應實際應用上的需求，使GPS定位導航系統能隨時與即時影像搭配，增加該系統的彈性，實為該領域之技術者極需解決之課題。

本發明之一目的在於提供一種即時擴增實境裝置，此即時擴增實境裝置係可與一影像擷取裝置以及一導航裝置搭配使用，導航裝置係可根據該導航裝置之一目前位置，產生一導航資訊，影像擷取裝置用以擷取一包含一物件之即時影像，即時擴增實境裝置係可根據該導航資訊、該即時影像以及本身具有之資料，產生一導航影像，供其使用者作為導航之用。

為達上述目的，本發明之即時擴增實境裝置包含一傳送/接收介面、一儲存器以及一微處理器，微處理器係與傳送/接收介面以及儲存器呈電性連接，傳送/接收介面係與導航裝置以及影像擷取裝置呈電性連接，以接收導航資訊以及即時影像，儲存器用以儲存物件之一實際長度與一實際寬度，微處理器係用以判斷物件於即時影像中所具有之一虛擬長度以及一虛擬寬度，接著，根據實際長度、實際寬度、虛擬長度、虛擬寬度以及導航資訊，產生一指引資訊，最後將指引資訊合成於即時影像上，以產生前述之導航影像。

此外，為達上述目的，本發明更提供一種用於前述即時擴增實境裝置之即時擴增實境方法，該即時擴增實境方法包含下列步驟：(A)令該傳送/接收介面接收導航資訊以及即時影像；(B)令該微處理器判斷物件於即時影像中所具有之一虛擬長度以及一虛擬寬度；(C)令該微處理器根據實際長度、實際寬度、虛擬長度、虛擬寬度以及導航資訊，產生一指引資訊；(D)令該微處理器將指引資訊合成於即時影像上，以產生一導航影像。

再者，為達到上述目的，本發明更提供一種電腦程式產品，內儲一種用以執行用於前述即時擴增實境裝置之即時擴增實境方法之程式，該程式被載入即時擴增實境裝置後執行：一程式指令A，令一傳送/接收介面接收導航資訊以及即時影像；一程式指令B，令該微處理器判斷物件於即時影像中所具有之一虛擬長度以及一虛擬寬度；一程式指令C，令微處理器根據實際長度、實際寬度、虛擬長度、虛擬寬度以及導航資訊產生一指引資訊；以及一程式指令D，令微處理器將指引資訊合成於即時影像上，以產生一導航影像。

综上所述，本發明在與導航裝置與影像擷取裝置搭配使用下，可根據一物件之即時影像，擷取出物件之一虛擬長度以及一虛擬寬度，再搭配物件之一實際長度與一實際寬度以及一導航資訊，進一步產生一指引資訊，並將指引資訊合成於即時影像上，產生一導航影像，換言之，本發明透過即時影像之獲得，在不儲存高成本的3D景像以及靜態照片資料之情況下，亦可即時產生導航影像，藉此，習知為產生導航影像除了需大量儲存空間儲存3D景像以及靜態照片資料外，為維持導航之準確度，更需隨時更新3D景像以及靜態照片資料，造成時間及成本浪費的缺點得以被有效克服，進而增加定位導航產業之整體附加價值。

在參閱圖式及隨後描述之實施方式後，所屬技術領域具有通常知識者便可瞭解本發明之其它目的、優點以及本發明之技術手段及實施態樣。

以下將透過實施例來解釋本發明內容，本發明的實施例並非用以限制本發明須在如實施例所述之任何特定的環境、應用或特殊方式方能實施。因此，以下實施例之描述僅為說明目的，並非本發明之限制。須說明者，以下實施例及圖式中，與本發明非直接相關之元件已省略而未繪示；且圖式中各元件間之尺寸關係僅為求容易瞭解，非用以限制實際比例。

本發明之第一實施例如第1圖所示，其係為一即時擴增實境導航顯示系統1之示意圖，即時擴增實境導航顯示系統1係包含一即時擴增實境裝置11、一影像擷取裝置13、一導航裝置15以及一顯示裝置17。於本實施例中，即時擴增實境導航顯示系統1係用於一車輛，而於其它實施例中，即時擴增實境導航顯示系統1亦可視使用者之實際需求，應用於其它駕駛工具，例如：飛機、船以及機車...等等，並不以此限制本發明之應用範圍。以下將說明擴增實境裝置11如何搭配影像擷取裝置13、導航裝置15以及顯示裝置17實現即時擴增實境導航顯示系統1，接下來將說明即時擴增實境導航顯示系統1所包含之各裝置的作用。

即時擴增實境導航顯示系統1之導航裝置15係根據其目前位置，產生一導航資訊150，影像擷取裝置13則用以擷取一包含一物件之即時影像130，而擴增實境裝置11儲存有該物件之一實際長度1130與一實際寬度1132，且根據實際長度1130、實際寬度1132、即時影像130以及導航資訊150，產生與傳送一導航影像117至顯示裝置17，俾顯示裝置17可顯示導航影像117，供車輛駕駛人參考。

需注意者，於本實施例中，導航裝置15係運用GPS技術確定導航裝置15本身或其所安裝處的經緯度、方向、速度、高度等資訊，並利用慣性導航如電子羅盤、加速計、陀螺儀等，輔助計算GPS資訊更新週期之間的資訊，再利用定位資訊與地圖資訊，確認交通工具所處位置，並決定行進路徑，以產生導航資訊150，其係屬一二維資訊，於其它實施例中，導航裝置15可利用其它定位技術產生導航資訊150，並不以此為限。

再者，影像擷取裝置13所擷取之即時影像130係可為直接、即時方式輸入，舉例而言，如裝載於車輛前方之攝影機，另外，此即時影像亦可以間接、非即時方式輸入，舉例而言，如模擬駕駛艙將可用記錄影像，或是由記錄影像衍生的電腦3D影像作為即時影像130。

為方便後續說明，於本實施例中，即時擴增實境導航顯示系統1係安裝於一行駛中之車輛，導航裝置15所產生之導航資訊150可視為包含該行駛中之車輛之目前位置，而影像擷取裝置13所擷取之即時影像130則可視為該行駛中車輛之周圍環境景象，例如道路以及路樹等等，即時影像130為車輛駕駛人所視之道路影像，而即時影像130所包含之物件係可為駕駛人自車輛前方車窗看到的道路分隔線。以下將說明擴增實境裝置11係如何產生導航影像117。

由第1圖可知，即時擴增實境裝置11包含一傳送/接收介面111、一儲存器113以及一微處理器115，傳送/接收介面111係與導航裝置15、影像擷取裝置13以及顯示裝置17呈電性連接，微處理器115係與傳送/接收介面111以及儲存器113呈電性連接，儲存器113用以儲存該物件(即道路分隔線)之一實際長度1130與一實際寬度1132。

於導航裝置15產生導航資訊150以及影像擷取裝置13擷取出包含該道路分隔線之即時影像130後，傳送/接收介面111係可接收導航資訊150以及即時影像130，接下來微處理器115係可根據一物件邊緣辨識法，判斷該道路分隔線於即時影像150中所具有之一虛擬長度與一虛擬寬度，以供後續處理之用，需注意者，本實施例所採用之物件邊緣辨識法係可透過習知技術達成，且於其它實施例中，微處理器115亦可根據其它判斷方式，判斷出該道路分隔線於即時影像150中所具有之虛擬長度與虛擬寬度，並不以此為限。

接下來，微處理器115係根據實際長度1130、實際寬度1132、虛擬長度以及虛擬寬度，計算出影像擷取裝置13之一影像擷取方向與一水平面間之一仰角，再根據實際長度1130、實際寬度1132、虛擬長度、虛擬寬度以及導航資訊150，計算出該影像擷取方向與導航裝置15之一行進方向間之一偏角，接下來，微處理器115根據該仰角、該偏角以及導航資訊150，產生一指引資訊，且將該指引資訊合成於即時影像130上，以產生導航影像117，最後，微處理器115透過傳送/接收介面111，傳送導航影像117至顯示裝置17，俾顯示裝置17可顯示導航影像117，以供車輛駕駛人參考。

具體而言，導航影像117係為微處理器115合成即時影像130以及指引資訊所產生，換言之，若指引資訊係為一箭頭符號，則即時影像130將與箭頭符號合成在一起，而駕駛者係所看到之導航影像117係即時影像130搭配考量垂直視角深度的指引資訊所產生，需特別說明者，指引資訊更可為其它圖形，並不以此限制本發明之範圍。

詳言之，根據道路法規的規範，道路分隔線之實際長度以及實際寬度係為固定，於判斷出道路分隔線之虛擬長度與虛擬寬度後，微處理器115係利用實際長度1130與虛擬長度、實際寬度1132以及虛擬寬度的比例，計算出影像擷取裝置13之影像擷取方向與水平面間之仰角，且微處理器115更利用實際長度1130與虛擬長度、實際寬度1132以及虛擬寬度的比例以及導航資訊150，計算出影像擷取裝置13之影像擷取方向與導航裝置15之行進方向間之偏角，微處理器115根據該仰角、該偏角以及導航資訊150，即可產生考量垂直視角深度的指引資訊。

更具體而言，請參閱第2圖，其係為一裝載即時擴增實境導航顯示系統1之車輛21行駛於路面的示意圖，路面上有一具有實際長度1130與實際寬度1132之道路分隔線23，影像擷取裝置13係自位置27看出去的影像擷取方向擷取即時影像130，即時影像130中所包含之道路分隔線將隨著車輛的行進方向以及道路所處之地形或沿伸之方向而改變，簡言之，即是即時影像130中之道路分隔線的虛擬長度以及虛擬寬度係隨著車輛的行進方向以及道路所處之地形或沿伸之方向而改變。

透過微處理器115連續的判斷道路分隔線的虛擬長度以及虛擬寬度，目前影像擷取方向與導航裝置15行進方向之偏角，以及影像擷取方向與水平面間之仰角將可連續即時計算出，以使微處理器115將導航裝置15二維的導航資訊轉換為三維之指引資訊，換言之，微處理器115係將導航裝置所呈現的二維地圖中的距離轉換成三維投射影像中的深度，當指引資訊為一箭頭符號時，由於指引資訊係根據仰角、偏角以及導航資訊150及時產生時，箭頭符號遇到突然之岔路時，仍能正確的落在岔路中央位置，不使其偏移，以指示駕駛者選擇正確的路口轉彎。

需強調的是，微處理器115係根據一領域轉換(Domain Transform)方式，輔以根據仰角、偏角以及導航資訊150，產生指引資訊，換言之，係利用仰角及偏角數據，可計算出一矩陣，將導航資訊150根據該矩陣做領域轉換，以將用以指引道路方向之箭頭符號，利用該矩陣使其上下部壓縮，成為一考量垂直視角深度後的指引資訊。

本發明之第二實施例如第3A-3B圖所示，其係為一用於如第一實施例所述之即時擴增實境裝置之即時擴增實境方法之流程圖，即時擴增實境裝置係可與一導航裝置以及一影像擷取裝置搭配使用，該導航裝置係可根據該導航裝置之一目前位置，產生一導航資訊，該影像擷取裝置用以擷取一包含一物件之即時影像，該即時擴增實境裝置包含一傳送/接收介面、一儲存器以及一微處理器，該傳送/接收介面係與該導航裝置以及該影像擷取裝置呈電性連接，該微處理器係與該傳送/接收介面以及該儲存器呈電性連接，該儲存器用以儲存該物件之一實際長度與一實際寬度。

此外，第二實施例所描述之即時擴增實境方法可由一電腦程式產品執行，當即時擴增實境裝置經由一電腦載入該電腦程式產品並執行該電腦程式產品所包含之複數個指令後，即可完成第二實施例所述之即時擴增實境方法。前述之電腦程式產品可儲存於電腦可讀取記錄媒體中，例如唯讀記憶體(read only memory；ROM)、快閃記憶體、軟碟、硬碟、光碟、隨身碟、磁帶、可由網路存取之資料庫或熟習此項技藝者所習知且具有相同功能之任何其它儲存媒體中。

第二實施例即時擴增實境方法所採之技術手段實質上與第一實施例即時擴增實境裝置所採知技術手段相同，此項技術領域具有通常知識者將可根據第一實施例所揭示之內容，輕易得知第二實施例即時擴增實境方法係如何實現，以下將只簡述即時擴增實境方法。

第二實施例之即時擴增實境方法係包含以下步驟，請先參閱第3A圖，執行步驟301，令傳送/接收介面接收導航資訊以及即時影像，接著，執行步驟302，令微處理器判斷物件於即時影像中所具有之一虛擬長度以及一虛擬寬度，執行步驟303，令微處理器根據實際長度、實際寬度、虛擬長度以及虛擬寬度，計算出影像擷取裝置之影像擷取方向與一水平面之一仰角。

接著，執行步驟304，令微處理器根據實際長度、實際寬度、虛擬長度、虛擬寬度以及導航資訊，計算出影像擷取方向與導航裝置之一行進方向間之一偏角，接下來，請參閱第3B圖，執行步驟305，令微處理器根據該仰角、該偏角以及該導航資訊產生指引資訊，接著，執行步驟306，令微處理器將指引資訊合成於即時影像上，以產生一導航影像，最後，執行步驟307，令微處理器更用以透過傳送/接收介面，傳送導航影像至顯示裝置，俾顯示裝置可顯示導航影像。

除了上述步驟，第二實施例亦能執行第一實施例所描述之操作及功能，所屬技術領域具有通常知識者可直接瞭解第二實施例如何基於上述第一實施例以執行此等操作及功能，故不贅述。

综上所述，本發明在與導航裝置與影像擷取裝置搭配使用下，可根據一物件之即時影像，擷取出物件之一虛擬長度以及一虛擬寬度，再搭配物件之一實際長度與一實際寬度以及一導航資訊，進一步產生一指引資訊，並將指引資訊合成於即時影像上，產生一導航影像，換言之，本發明透過即時影像之獲得，在不儲存高成本的3D景像以及靜態照片資料之情況下，亦可即時產生導航影像，藉此，習知為產生導航影像除了需大量儲存空間儲存3D景像以及靜態照片資料外，為維持導航之準確度，更需隨時更新3D景像以及靜態照片資料，造成時間及成本浪費的缺點得以被有效克服，進而增加定位導航產業之整體附加價值。

上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，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。任何熟悉此技術者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。

1．．．即時擴增實境導航顯示系統

11．．．即時擴增實境裝置

111．．．傳送/接收介面

113．．．儲存器

1130．．．實際長度

1132．．．實際寬度

115．．．微處理器

117．．．導航影像

13．．．影像擷取裝置

130．．．即時影像

15．．．導航裝置

150．．．導航資訊

17．．．顯示裝置

21．．．車輛

27．．．影像擷取裝置之位置

第1圖係為本發明第一實施例之示意圖；

第2圖係為裝載第一實施例之即時擴增實境導航顯示系統之車輛行駛於路面之示意圖；以及

第3A圖至第3B圖係為本發明之第二實施例之即時擴增實境方法之流程圖。

1．．．即時擴增實境導航顯示系統

11．．．即時擴增實境裝置

111．．．傳送/接收介面

113．．．儲存器

1130．．．實際長度

1132．．．實際寬度

115．．．微處理器

117．．．導航影像

13．．．影像擷取裝置

130．．．即時影像

15．．．導航裝置

150．．．導航資訊

17．．．顯示裝置

Claims (9)

1. 一種即時擴增實境(augmented reality)裝置，係可與一導航裝置以及一影像擷取裝置搭配使用，該導航裝置係可根據該導航裝置之一目前位置，產生一導航資訊，該影像擷取裝置用以擷取一包含一物件之即時影像，該即時擴增實境裝置包含：一傳送/接收介面，係與該導航裝置以及該影像擷取裝置呈電性連接，用以接收該導航資訊以及該即時影像；一儲存器，用以儲存該物件之一實際長度與一實際寬度；以及一微處理器，係與該傳送/接收介面以及該儲存器呈電性連接，並用以：判斷該物件於該即時影像中所具有之一虛擬長度以及一虛擬寬度；根據該實際長度、該實際寬度、該虛擬長度以及該虛擬寬度，計算出該影像擷取裝置之一影像擷取方向與一水平面間之一仰角；根據該實際長度、該實際寬度、該虛擬長度、該虛擬寬度以及該導航資訊，計算出該影像擷取方向與該導航裝置之一行進方向間之一偏角；根據該仰角、該偏角以及該導航資訊，產生一指引資訊；以及將該指引資訊合成於該即時影像上，以產生一導航影像。
2. 如請求項1所述之即時擴增實境裝置，其中該即時擴增實境裝 置更可與一顯示裝置搭配使用，該傳送/接收介面更與該顯示裝置呈電性連接，該微處理器更用以透過該傳送/接收介面，傳送該導航影像至該顯示裝置，俾該顯示裝置可顯示該導航影像。
3. 如請求項1所述之即時擴增實境裝置，其中該微處理器係根據一物件邊緣辨識法，判斷該物件於該即時影像中所具有之虛擬長度以及虛擬寬度。
4. 一種用於一即時擴增實境裝置裝置之即時擴增實境方法，該即時擴增實境裝置係可與一導航裝置以及一影像擷取裝置搭配使用，該導航裝置係可根據該導航裝置之一目前位置，產生一導航資訊，該影像擷取裝置用以擷取一包含一物件之即時影像，該即時擴增實境裝置包含一傳送/接收介面、一儲存器以及一微處理器，該傳送/接收介面係與該導航裝置以及該影像擷取裝置呈電性連接，該微處理器係與該傳送/接收介面以及該儲存器呈電性連接，該儲存器用以儲存該物件之一實際長度與一實際寬度，該即時擴增實境方法包含下列步驟：(A)令該傳送/接收介面接收該導航資訊以及該即時影像；(B)令該微處理器判斷該物件於該即時影像中所具有之一虛擬長度以及一虛擬寬度；(C1)令該微處理器根據該實際長度、該實際寬度、該虛擬長度以及該虛擬寬度，計算出該影像擷取裝置之一影像擷取方向與一水平面之一仰角；(C2)令該微處理器根據該實際長度、該實際寬度、該虛擬長度、該虛擬寬度以及該導航資訊，計算出該影像擷取方向與該導航裝置之一行進方向間之一偏角； (C3)令該微處理器根據該仰角、該偏角以及該導航資訊，產生一指引資訊；以及(D)令該微處理器將該指引資訊合成於該即時影像上，以產生一導航影像。
5. 如請求項4所述之即時擴增實境方法，其中該即時擴增實境裝置更可與一顯示裝置搭配使用，該傳送/接收介面更與該顯示裝置呈電性連接，該即時擴增實境方法更包含下列步驟：(E)令該微處理器透過該傳送/接收介面，傳送該導航影像至該顯示裝置，俾該顯示裝置可顯示該導航影像。
6. 如請求項4所述之即時擴增實境方法，其中該步驟(B)可為一令該微處理器係根據一物件邊緣辨識法，判斷該物件於該即時影像中所具有之虛擬長度以及虛擬寬度之步驟。
7. 一種電腦程式產品，內儲一種執行一用於一即時擴增實境裝置之即時擴增實境方法之程式，該即時擴增實境裝置係可與一導航裝置以及一影像擷取裝置搭配使用，該導航裝置係可根據該導航裝置之一目前位置，產生一導航資訊，該影像擷取裝置用以擷取一包含一物件之即時影像，該即時擴增實境裝置包含一傳送/接收介面、一儲存器以及一微處理器，該傳送/接收介面係與該導航裝置以及該影像擷取裝置呈電性連接，該微處理器係與該傳送/接收介面以及該儲存器呈電性連接，該儲存器用以儲存該物件之一實際長度與一實際寬度，該程式經由一電腦被載入該即時擴增實境裝置後執行：一程式指令A，令該傳送/接收介面接收該導航資訊以及該即時影像； 一程式指令B，令該微處理器判斷該物件於該即時影像中所具有之一虛擬長度以及一虛擬寬度；一程式指令C1，令該微處理器根據該實際長度、該實際寬度、該虛擬長度以及該虛擬寬度，計算出該影像擷取裝置之一影像擷取方向與一水平面之一仰角；一程式指令C2，令該微處理器根據該實際長度、該實際寬度、該虛擬長度、該虛擬寬度以及該導航資訊，計算出該影像擷取方向與該導航裝置之一行進方向間之一偏角；以及一程式指令C3，令該微處理器根據該仰角、該偏角以及該導航資訊，產生一指引資訊；以及一程式指令D，令該微處理器將該指引資訊合成於該即時影像上，以產生一導航影像。
8. 如請求項7所述之電腦程式產品，其中該即時擴增實境裝置更可與一顯示裝置搭配使用，該傳送/接收介面更與該顯示裝置呈電性連接，該程式經由該電腦被載入該即時擴增實境裝置後更執行：一程式指令E，令該微處理器透過該傳送/接收介面，傳送該導航影像至該顯示裝置，俾該顯示裝置可顯示該導航影像。
9. 如請求項7所述之電腦程式產品，其中該程式指令B係為一令該微處理器係根據一物件邊緣辨識法，判斷該物件於該即時影像中所具有之虛擬長度以及虛擬寬度之程式指令。