TWI596366B - 定位方法與其影像擷取裝置 - Google Patents

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Description

定位方法與其影像擷取裝置
本揭露係關於一種定位方法與其影像擷取裝置，特別關於一種利用影像擷取裝置輔助的定位方法。
全球定位系統(global positioning system, GPS)目前被廣泛地應用於各種運輸裝置。舉例來說，導航系統就需要用到全球定位系統座標。然而，在周遭地形複雜或是天氣不佳的環境中，全球定位系統需要花費一段時間才能將其誤差值收斂至可接受的範圍。舉例來說，在高樓大廈環伺的市中心區，全球定位系統可能需要花費一分鐘乃至數分鐘，才能將定位座標的誤差收斂至適合導航系統使用。因此，如何提供一種全球定位系統的輔助定位方式，以縮短定位所花費的時間，是一個有待克服的問題。
鑒於上述問題，本揭露旨在提出一種定位方法與其影像擷取裝置。藉由影像以及轉換矩陣的輔助，得以快速地計算出待定位物的全球定位系統座標。
依據本揭露一實施例的定位方法，包括：以一影像擷取裝置擷取一定位影像。判斷該定位影像中一物體於定位影像的一畫素座標。依據該畫素座標與一轉換矩陣，判斷該物體的一全球定位系統座標。
依據本揭露一實施例的定位座標取得方法，包括：以全球定位系統取得一第一全球定位系統座標與一誤差半徑。當該誤差半徑大於一門檻值時，向一雲端伺服器請求以上述實施例的方法取得之一第二全球定位系統座標。
依據本揭露一實施例的影像擷取裝置，包括：一攝相機，用以擷取一定位影像。一儲存媒介，儲存有一轉換矩陣。一處理器，分別電性連接該攝相機與該儲存媒介，用以判斷該定位影像中的一待定位物的一第一畫素座標，並依據該第一畫素座標與該轉換矩陣，產生關於該待定位物的一全球定位系統座標。
以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本揭露之精神與原理，並且提供本揭露之專利申請範圍更進一步之解釋。
以下在實施方式中詳細敘述本揭露之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本揭露之技術內容並據以實施，且根據本說明書所發明之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本揭露相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本揭露之觀點，但非以任何觀點限制本揭露之範疇。
請參照圖1，其係依據本揭露一實施例的定位系統配置圖。如圖1所示，依據本揭露實現的定位系統1000，首先以影像擷取裝置1100至1300其中之一(例如為影像擷取裝置1100)朝目標區域擷取影像。其中，所擷取影像中的三個位置A、B、C的全球定位系統座標(經緯度座標)已經被內建於影像擷取裝置1100。以這三個位置的全球定位系統座標，搭配這三個位置在影像中的畫素座標，可以得到影像擷取裝置1100所擷取的影像中的畫素座標與全球定位系統座標之間座標轉換矩陣。於一實施例中，位置A的全球定位系統座標為(x1,y1)，且其於影像擷取裝置1100所擷取的影像中的畫素座標為(r1,c1)。位置B的全球定位系統座標為(x2,y2)，且其於影像擷取裝置1100所擷取的影像中的畫素座標為(r2,c2)。位置C的全球定位系統座標為(x3,y3)，且其於影像擷取裝置1100所擷取的影像中的畫素座標為(r3,c3)。則利用上述六個資訊可以得到將位置A、位置B與位置C在影像中的三個畫素座標所定義的三角形區域映射到全球定位系統座標中對應的三角形區域的座標轉換矩陣。並且假設影像擷取裝置1100所擷取的影像中的地面是平坦的，影像擷取裝置1100則可以用外插或內插的方式，推估得到其所擷取的影像中的地面上任意點的全球定位系統座標。
於一實施例中，請參照圖2，其係依據本揭露一實施例的定位方法流程圖。如圖2所示，依據本揭露的定位方法可以下列步驟實現。如步驟S210，在校正階段，以影像擷取裝置1100擷取一個影像。所擷取的影像中有至少三個定位校正物的影像。以三個定位校正物為例，三個定位校正物C1~C3需要具有可辨識性，並且第一定位校正物C1對應有第一全球定位系統座標G1，第二定位校正物C2對應有第二全球定位系統座標G2，第三定位校正物C3對應有第三全球定位系統座標G3。具體來說，第一定位校正物C1位於位置A，也就是說第一全球定位系統座標G1的數值為(x1,y1)。接著如步驟S220所示，處理所擷取的影像得到對應於第一定位校正物C1的第一畫素座標P1、對應於第二定位校正物C2的第二畫素座標P2與對應於第三定位校正物C3的第三畫素座標P3。由於定位校正物C1~C3具有可辨識性，也就是說影像擷取裝置1100的處理器得以辨別三者的不同，因此在影像中三個定位校正物可以分別被辨識出來，且其對應的畫素座標也可以被計算得到。
而後如步驟S230所示，處理器依據第一畫素座標P1與第一全球定位系統座標G1的對應關係、第二畫素座標P2與第二全球定位系統座標G2的對應關係以及第三畫素座標P3與第三全球定位系統座標G3的對應關係，建立一個座標轉換矩陣，也就是透視投影轉換矩陣。
在定位階段，如步驟S240，影像擷取裝置1100擷取影像。並如步驟S250，影像擷取裝置1100的處理器判斷所擷取的影像中的待定位物的畫素座標，藉由校正階段得到的矩陣轉換出對應的全球定位系統座標，就得到待定位物的全球定位系統座標。
於一實施例中，當要計算影像中的待定位物的畫素座標時，係選擇其輪胎作為判斷的依據。於這樣的實施例中，對應在校正階段中，係以定位校正物的底緣(與地面接觸點)作為判斷其畫素座標的依據。於另一實施例中，當要計算影像中的待定位物(車輛)的畫素座標時，係選擇其車頂作為判斷的依據。於這樣的實施例中，對應在校正階段中，係以定位校正物的頂端作為判斷其畫素座標的依據，且定位校正物的高度可以藉於1公尺至2.5公尺。更具體來說，若是一個場域中通常是大型車為待定位物，則定位校正物的高度應選擇2.5公尺。反之，若是一個場域中通常是小客車作為待定位物，則定位校正物的高度應選擇1.3公尺至1.6公尺。
於另一實施例中，請參照圖3，其係依據本揭露另一實施例的定位方法流程圖。如圖3所示，依據本揭露的定位方法可以下列步驟實現。如步驟S310，在校正階段，以影像擷取裝置擷取至少三個影像，所擷取的每張影像中有定位校正物C4的影像。以三張影像為例，第一張影像中，定位校正物C4具有第一全球定位系統座標G1，在第二張影像中，定位校正物C4具有第二全球定位系統座標G2，而在第三張影像中，定位校正物C4具有第三全球定位系統座標G3。接著如步驟S320所示，處理器處理所擷取的三張影像得到定位校正物C4在第一張影像中的第一畫素座標P1、定位校正物C4在第二張影像中的第二畫素座標P2與定位校正物C4在第三張影像中的第三畫素座標P3。而後如步驟S330，影像擷取裝置1100的處理器依據第一畫素座標P1與第一全球定位系統座標G1的對應關係、第二畫素座標P2與第二全球定位系統座標G2的對應關係以及第三畫素座標P3與第三全球定位系統座標G3的對應關係，建立一個座標轉換矩陣。在定位階段，如同圖2步驟S240至S250的方式，即可得到待定位物的全球定位系統座標。
於又一實施例中，請參照圖4，其係依據本揭露又一實施例的定位方法流程圖。如圖4所示，依據本揭露的定位方法可以下列步驟實現。如步驟S410，在校正階段，以影像擷取裝置擷取一個影像，所擷取的影像中有三個定位校正物C5~C7的影像，三個定位校正物C5~C7具有可辨識性。其中，第一定位校正物C5至第三定位校正物C7均為固定參考物(例如紅綠燈、固定建築物的角落)。並且三個定位校正物C5~C7在影像中分別對應三個畫素座標P5~P7。如步驟S420，提供一張具有全球定位座標的空拍影像，此空拍影像中的至少三個位置點有全球定位系統座標GC1~GC3。如步驟S430所示，處理器可以利用三個全球定位系統座標，推得空拍影像中每個畫素對應的全球定位系統座標。如步驟S440所示，處理器找出(或由人員處理標記出)三個定位校正物在空拍影像中的位置，則可以得到三個定位校正物C5~C7的全球定位系統座標G5~G7。接著如步驟S450，依照三個全球定位系統座標G5~G7與三個畫素座標P5~P7，處理器得到一個座標轉換矩陣。在定位階段，如同圖2步驟S240至S250的方式，即可得到待定位物的全球定位系統座標。
於此一實施例中，校正與定位可以同時進行。如此可以避免影像擷取裝置因為地震或人為原因而被移動，導致定位的偏差。更具體來說，每次影像擷取即可重新產生新的轉換矩陣。以供定位使用。
於一實施例中，車輛所配備的定位系統若同時具有網路連接能力，則車輛從其搭配的全球定位系統取得一個第一全球定位系統座標，並向雲端伺服器請求一個第二全球定位系統座標。其中雲端伺服器所儲存的座標是由本揭露的方法以影像辨識的方式取得的。由於車輛搭載的全球定位系統會給予一個誤差值(誤差半徑)，當判斷誤差值大於門檻值時，車輛在介面上所呈現的座標即為第二全球定位系統座標。
於另一實施例中，車輛首先項全球定位系統請求第一全球定位系統座標，當全球定位系統回傳第一全球定位系統座標時，車輛同時獲得對應的誤差值。車輛所搭載的車用電腦判斷誤差值是否大於門檻值。舉例來說，門檻值可以設定為0.3公尺。當誤差值不大於門檻值(或是小於門檻值)時，車用電腦直接呈現第一全球定位系統座標。於一實施例中，當誤差值大於門檻值時，車用電腦透過物聯網與最接近的影像擷取裝置取得網路連接。並且車用電腦向該影像擷取裝置請求第二全球定位系統座標。
於另一實施例中，車輛可以不搭載全球定位系統，而是全程以網路向雲端伺服器或是直接以物聯網向最近的影像擷取裝置請求其全球定位系統座標。於再一實施例中，車輛仍搭載有全球定位系統，僅有當無法從雲端伺服器或是無法從最近的影像擷取裝置取得座標，或是雲端伺服器所記錄的座標未更新時間超過一個預設值(例如1分鐘)，車輛才以全球定位系統取得定位座標。
於一實施例中，請參照圖5，其係圖1中的影像擷取裝置功能方塊圖。如圖5所示，圖1的影像擷取裝置1100具有攝像機1110、儲存媒介1120與處理器1130。攝相機1110被設置用以擷取定位影像。也就是說，當待定位物(車輛)進入攝像機1110所設置的場域時，攝像機1110有能力擷取包括待定位物在內的影像。儲存媒介1120儲存有以先前例如圖2的步驟S210至S230所建立的轉換矩陣。處理器1130分別電性連接攝相機1110與儲存媒介1120，用以判斷定位影像中的待定位物的第一畫素座標，並依據第一畫素座標與轉換矩陣，產生關於待定位物的全球定位系統座標。其方法以於前述並且所屬技術領域具有通常知識者當有能力依據前述實施例的描述實施，於此不再贅述。於本實施例中的儲存媒介1120可以是揮發性或非揮發性儲存媒介，本揭露不加以限制。
於一實施例中，影像擷取裝置1100更具有通訊電路1140。於一實施例中，處理器1130所得到的待定位物的全球定位系統座標通過通訊電路1140被傳送到雲端伺服器2000。因此待定位物(車輛)得以隨時向雲端伺服器請求待定位物自己的全球定位系統座標。於另一實施例中，處理器1130所得到的待定位物的全球定位系統座標被儲存於儲存媒介，並且當待定位物以物聯網連接到通訊電路1140時，處理器依據待定位物的請求，將待定位物的全球定位系統座標回傳給待定位物。
因此，待定位物在進入影像擷取裝置所在的場域時，待定位物甚至無需開啟全球定位系統，僅需與影像擷取裝置透過網路或其他方式通訊，即能取得自身的全球定位系統座標。
雖然本揭露以前述之實施例發明如上，然其並非用以限定本揭露。在不脫離本揭露之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本揭露之專利保護範圍。關於本揭露所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。
1000‧‧‧定位系統
1100~1300‧‧‧影像擷取裝置
1110‧‧‧攝像機
1120‧‧‧儲存媒介
1130‧‧‧處理器
1140‧‧‧通訊電路
2000‧‧‧雲端伺服器
圖1係依據本揭露一實施例的定位系統配置圖。 圖2係依據本揭露一實施例的定位方法流程圖。 圖3係依據本揭露另一實施例的定位方法流程圖。 圖4係依據本揭露又一實施例的定位方法流程圖。 圖5係圖1中的影像擷取裝置功能方塊圖。

Claims (9)

  1. 一種定位方法，包括：以一影像擷取裝置擷取一定位影像；判斷該定位影像中一物體於該定位影像的一畫素座標；依據該畫素座標與一轉換矩陣，判斷該物體的一全球定位系統座標；以該影像擷取裝置擷取一校正影像，該校正影像具有至少三個校正畫素座標，該些校正畫素座標分別對應於該校正影像中的至少三個定位校正物的影像；取得關於該些定位校正物對應的該些全球定位系統座標；以及依據該些定位校正物對應的該些全球定位系統座標與該些校正畫素座標，得到該轉換矩陣。
  2. 如請求項1所述的方法，其中於取得關於該些定位校正物對應的該些全球定位系統座標的步驟中包括：對每一該定位校正物配置一全球定位系統，以取得對應的該些全球定位系統座標。
  3. 如請求項1所述的方法，其中於取得關於該些定位校正物對應的該些全球定位系統座標的步驟中包括：提供一空拍影像，該空拍影像更包括至少三個全球定位系統座標；以及依據該空拍影像，判斷該些定位校正物對應的該些全球定位系統座標。
  4. 一種定位方法，包括：以一影像擷取裝置擷取一定位影像；判斷該定位影像中一物體於該定位影像的一畫素座標；依據該畫素座標與一轉換矩陣，判斷該物體的一全球定位系統座標； 以該影像擷取裝置擷取一第一校正影像，該第一校正影像具有一定位校正物的影像，該定位校正物具有一第一全球定位系統座標，且該定位校正物的影像於該第一校正影像中具有一第一畫素座標；移動該定位校正物至一第二全球定位系統座標；以該影像擷取裝置擷取一第二校正影像，該定位校正物的影像於該第二校正影像中具有一第二畫素座標；移動該定位校正物至一第三全球定位系統座標；以該影像擷取裝置擷取一第一校正影像，該定位校正物的影像於該第三校正影像中具有一第三畫素座標；以及依據該些畫素座標與該第一至第三全球定位系統座標，產生該轉換矩陣。
  5. 一種定位方法，包括：以一影像擷取裝置擷取一定位影像；判斷該定位影像中一物體於該定位影像的一畫素座標；依據該畫素座標與一轉換矩陣，判斷該物體的一全球定位系統座標；從該定位影像中取得至少三個校正畫素座標，該些校正畫素座標分別對應於該定位影像中的至少三個定位校正物的影像；取得關於該些定位校正物對應的至少三個全球定位系統座標；以及依據該些定位校正物對應的至少三個全球定位系統座標與該些校正畫素座標，得到該轉換矩陣。
  6. 如請求項5所述的方法，更包括：提供一空拍影像，該空拍影像更包括至少三個全球定位系統座標；以及依據該空拍影像，判斷該些定位校正物對應的該些全球定位系統座標。
  7. 一種定位座標取得方法，包括：一第一裝置以全球定位系統取得一第一全球定位系統座標與一誤差半徑；以及當該誤差半徑大於一門檻值時，該第一裝置向一雲端伺服器請求一第二全球定位系統座標；其中該第二全球定位系統座標係以下列步驟取得：以一影像擷取裝置擷取一定位影像；判斷該定位影像中該第一裝置於該定位影像的一畫素座標；依據該畫素座標與一轉換矩陣，判斷該第一裝置的該第二全球定位系統座標；以該影像擷取裝置擷取一校正影像，該校正影像具有至少三個校正畫素座標，該些校正畫素座標分別對應於該校正影像中的至少三個定位校正物的影像；取得關於該些定位校正物對應的該些全球定位系統座標；以及依據該些定位校正物對應的該些全球定位系統座標與該些校正畫素座標，得到該轉換矩陣。
  8. 一種影像擷取裝置，包括：一攝相機，用以擷取一定位影像；一儲存媒介，儲存有一轉換矩陣；以及一處理器，分別電性連接該攝相機與該儲存媒介，用以判斷該定位影像中的一待定位物的一第一畫素座標，並依據該第一畫素座標與該轉換矩陣，產生關於該待定位物的一全球定位系統座標； 其中該儲存媒介更儲存有一空拍影像，該空拍影像具有至少三個全球定位系統座標，該處理器更依據該空拍影像的該至少三個全球定位系統座標與該定位影像，得到該轉換矩陣。
  9. 如請求項8所述的影像擷取裝置，更包括一通訊電路，電性連接該處理器與一雲端伺服器，用以將該全球定位系統座標傳送至該雲端伺服器。
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