TWI672673B

TWI672673B - 影像定位方法及其影像定位裝置

Info

Publication number: TWI672673B
Application number: TW106142630A
Authority: TW
Inventors: 張哲誠; 嚴毅; 姚文盛
Original assignee: 財團法人車輛研究測試中心
Priority date: 2017-12-06
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2019-09-21
Also published as: TW201926245A

Abstract

本發明係揭露一種影像定位方法及其影像定位裝置，其係尋找在一道路上行駛之一車輛的位置，道路設有複數個標誌。首先，提供一電子地圖，其係具有複數路徑、複數參考影像及其特徵位置。接著，依序擷取最靠近車輛之標誌之至少二定位影像。在電子地圖上搜尋與定位影像相同之參考影像，並以此作為特徵影像。在所有特徵影像之排序符合所有定位影像之排序時，根據所有特徵影像對應之路徑與所有特徵影像之特徵位置，估測車輛之位置。本發明在不需要衛星定位系統之前提下，對車輛進行定位，同時降低電子地圖之儲存空間。

Description

影像定位方法及其影像定位裝置

本發明係關於一種定位技術，且特別關於一種影像定位方法及其影像定位裝置。

一般來說，如第1圖所示，傳統車輛定位系統為衛星定位導航系統。此衛星定位導航系統具有一衛星定位模組10與一慣性量測單元模組(Inertial Measurement Unit, IMU)12。衛星定位模組10從複數個衛星接收定位資訊，此定位資訊包含駕駛資料，其係至少包括車輛之經度、緯度、方向與速度。慣性量測單元模組12具有一迴轉儀14、一加速度器16、一角度感測器18、一導航加速度單元20與一導航速度計算單元22。因此，慣性量測單元模組12能輸出目前車輛之慣性資料，其包括駕駛方向與速度等等。衛星定位導航系統根據衛星定位模組10之定位資訊與慣性量測單元模組12之車輛慣性資料，決定車輛之最終的衛星定位座標。舉例來說，衛星定位導航系統利用慣性量測單元模組12之駕駛方向與速度，並修改衛星定位模組10之駕駛方向與速度。

當車輛位於沒有衛星定位訊號或有微弱的衛星定位訊號之環境時，例如在橋下或在大樓中，衛星定位模組10不能提供可靠的駕駛資料。雖然衛星定位導航系統在車輛行駛至大樓中之前，可取得最後可靠的駕駛資料，並協同慣性量測單元模組12之車輛慣性資料來產生衛星定位座標，但因為慣性量測單元模組12之感測錯誤會累積，所以不準確的衛星定位座標會被計算出來。雖然有些技術會利用影像擷取器擷取影像與電子地圖之街景視圖(street view)比對，以對車輛進行定位，但此影像感測器之解析度必須很高，以辨識複雜的街景。為了辨識街景之唯一性，電子地圖會佔有許多儲存空間，影像感測器之成本也較高。

因此，本發明係在針對上述的困擾，提出一種影像定位方法及其影像定位裝置，以解決習知所產生的問題。

本發明的主要目的，在於提供一種影像定位方法，其係在不需要衛星定位系統之前提下，比對影像以對車輛進行定位，同時降低電子地圖之儲存空間。

為達上述目的，本發明提供一種影像定位方法，其係尋找在一道路上行駛之一車輛的位置，此道路設有複數個標誌，標誌係沿車輛之移動方向依序設置。首先，在步驟(a)中，提供一電子地圖，其係具有複數路徑、複數參考影像及其特徵位置，參考影像之特徵位置對應路徑之特徵位置。接著，在步驟(b)中，擷取最靠近車輛之標誌之第定位影像，並在電子地圖上搜尋與第定位影像相同之參考影像，又以此作為第特徵影像，為自然數。再來，在步驟(c)中，在車輛在道路上行駛一位移後，擷取最靠近車輛之標誌之第( +1)定位影像，並根據電子地圖之、位移與第特徵影像之特徵位置在電子地圖上搜尋與第( +1)定位影像相同之參考影像，又以此作為第( +1)特徵影像。最後，在步驟(d)中，對互相對應之所有特徵影像依其搜尋時間進行排序，以建立特徵影像序列，並對所有定位影像依其擷取時間進行排序，以建立一定位影像序列，且判斷符合定位影像序列之特徵影像序列之數量是否為唯一，若是，根據位移、電子地圖、定位影像序列對應之路徑與第特徵影像和第( +1) 特徵影像之特徵位置，估測車輛之位置；以及若否，將加1，並重複進行步驟(c)。

在本發明之一實施例中，標誌為招牌(signboard)、路牌(guideboard)、路標(landmark)、交通標示(traffic sign)或交通號誌燈(traffic light)。

在本發明之一實施例中，參考影像為招牌(signboard)、路牌(guideboard)、路標(landmark)、交通標示(traffic sign)或交通號誌燈(traffic light) 之影像。

在本發明之一實施例中，車輛之位置與特徵位置為絕對座標。

在本發明之一實施例中，位移包含直線位移與角度位移。

本發明亦提供一種影像定位裝置，其係設於在一道路上行駛之一車輛中，道路設有複數個標誌，標誌係沿車輛之移動方向依序設置，影像定位裝置包含一影像擷取器、一儲存器、一位移偵測器與一處理器。影像擷取器依序擷取最靠近車輛之標誌之第定位影像與第( +1)定位影像，為自然數，並在影像擷取器擷取第定位影像與第( +1)定位影像時，產生驅動訊號。儲存器存有一電子地圖，其係具有複數路徑、複數參考影像及其特徵位置，參考影像之特徵位置對應路徑之特徵位置。位移偵測器電性連接影像擷取器，並接收驅動訊號，且在位移偵測器接收驅動訊號之二時間點之間的時段中，位移偵測器偵測出車輛行駛一位移。處理器電性連接位移偵測器、儲存器與影像擷取器，並在電子地圖上搜尋與第定位影像相同之參考影像，並以此作為第特徵影像，且處理器根據電子地圖、位移與第特徵影像之特徵位置在電子地圖上搜尋與第( +1)定位影像相同之參考影像，又以此作為第( +1)特徵影像。處理器對互相對應之所有特徵影像依其搜尋時間進行排序，以建立特徵影像序列，並對所有定位影像依其擷取時間進行排序，以建立一定位影像序列。在符合定位影像序列之特徵影像序列之數量是唯一時，處理器根據位移、電子地圖、定位影像序列對應之路徑與第特徵影像和第( +1) 特徵影像之特徵位置，估測車輛之位置。

在本發明之一實施例中，處理器不斷增加，直到符合定位影像序列之特徵影像序列之數量是唯一為止。

在本發明之一實施例中，位移偵測器更包含一加速度計與一位移計算器。加速度計量測車輛於時段中的加速度。位移計算器電性連接加速度計、影像擷取器與處理器，並接收加速度與驅動訊號，且根據該加速度、驅動訊號和時段計算出上述位移。

在本發明之一實施例中，影像擷取器為攝影機 (camera)。

在本發明之一實施例中，參考影像為招牌(signboard)、路牌(guideboard)、路標(landmark)、交通標示(traffic sign)或交通號誌燈(traffic light) 等之影像。

在本發明之一實施例中，位移包含直線位移與角度位移。

茲為使　貴審查委員對本發明的結構特徵及所達成的功效更有進一步的瞭解與認識，謹佐以較佳的實施例圖及配合詳細的說明，說明如後：

本發明之實施例將藉由下文配合相關圖式進一步加以解說。盡可能的，於圖式與說明書中，相同標號係代表相同或相似構件。於圖式中，基於簡化與方便標示，形狀與厚度可能經過誇大表示。可以理解的是，未特別顯示於圖式中或描述於說明書中之元件，為所屬技術領域中具有通常技術者所知之形態。本領域之通常技術者可依據本發明之內容而進行多種之改變與修改。

以下請參閱第2圖，以下介紹本發明之影像定位裝置，其係設於在一道路上行駛之一車輛中，道路之側邊設有複數個標誌，標誌係沿車輛之移動方向依序設置，標誌例如為招牌(signboard)、路牌(guideboard)、路標(landmark)、交通標示(traffic sign)或交通號誌燈(traffic light)。影像定位裝置包含一影像擷取器24、一儲存器26、一位移偵測器28與一處理器30，其中影像擷取器24例如為攝影機 (camera)。影像擷取器24依序擷取最靠近車輛之標誌之第定位影像與第( +1)定位影像，為自然數，並在影像擷取器24擷取第定位影像與第( +1)定位影像時，產生驅動訊號R。儲存器26存有一電子地圖，其係具有複數路徑、複數參考影像及其特徵位置，參考影像之特徵位置對應路徑之特徵位置。參考影像例如為招牌(signboard)、路牌(guideboard)、路標(landmark)、交通標示(traffic sign)或交通號誌燈(traffic light) 之影像。車輛之位置與特徵位置為絕對座標，其包含經度與緯度。位移偵測器28電性連接影像擷取器24，並接收驅動訊號R。在位移偵測器28接收驅動訊號R之二時間點之間的時段中，位移偵測器28偵測出車輛行駛一位移，此位移包含直線位移與角度位移。處理器30電性連接位移偵測器28、儲存器26與影像擷取器24，並在電子地圖上搜尋與第定位影像相同之參考影像，並以此作為第特徵影像，且處理器30根據電子地圖之、上述位移與第特徵影像之特徵位置在電子地圖上搜尋與第( +1)定位影像相同之參考影像，又以此作為第( +1)特徵影像。當影像擷取器24具低解析度時，則可至少擷取定位影像之顏色、大小與輪廓，以與參考影像進行比對。因此，參考影像也不需要太複雜，故能降低電子地圖之儲存空間。處理器30對互相對應之所有特徵影像依其搜尋時間進行排序，以建立特徵影像序列，並對所有定位影像依其擷取時間進行排序，以建立一定位影像序列。在符合定位影像序列之特徵影像序列之數量是唯一時，處理器根據上述位移、電子地圖、定位影像序列對應之路徑與第特徵影像和第( +1) 特徵影像之特徵位置，估測車輛之位置。若符合定位影像序列之特徵影像序列之數量並非唯一時，處理器30不斷增加，直到符合定位影像序列之特徵影像序列之數量是唯一為止，使本發明在不需要衛星定位系統之前提下，對車輛進行定位。當影像擷取器24具高解析度時，此影像定位裝置可取代現有的衛星定位系統。當影像擷取器24具低解析度時，此影像定位裝置可應用於固定場域導航。因此，無論影像擷取器24具高解析度或低解析度，此影像定位裝置皆可應用於自動輔助駕駛系統（Autonomous Driving Assistant System）之高精度導航。

位移偵測器28更包含一加速度計32與一位移計算器34。加速度計32量測車輛於時段中的加速度。位移計算器34電性連接加速度計32、影像擷取器24與處理器30，並接收加速度與驅動訊號，且根據加速度、驅動訊號R和時段計算出上述位移。

以下介紹本發明之影像定位方法，請同時參閱第2圖與第3圖。首先，如步驟S10所示，儲存器26提供電子地圖，其係具有複數路徑、複數參考影像及其特徵位置，參考影像之特徵位置對應路徑之特徵位置。接著，如步驟S12所示，影像擷取器24擷取最靠近車輛之標誌之第定位影像，並產生驅動訊號R，且處理器30在電子地圖上搜尋與第定位影像相同之參考影像，並以此作為第特徵影像，為自然數。此外，位移計算器34接收驅動訊號R，並開始接收加速度計32所量測之加速度。再來，如步驟S14所示，在車輛在道路上於一時段中行駛一位移後，影像擷取器24擷取最靠近車輛之標誌之第( +1)定位影像，並產生驅動訊號R。同時，位移計算器34接收加速度計32所量測之加速度與驅動訊號R，且根據接收到的驅動訊號R與加速度，計算出上述位移。處理器30根據電子地圖、上述位移與第特徵影像之特徵位置在電子地圖上搜尋與第( +1)定位影像相同之參考影像，並以此作為第( +1)特徵影像。最後，如步驟S16所示，處理器30對互相對應之所有特徵影像依其搜尋時間進行排序，以建立特徵影像序列，並對所有定位影像依其擷取時間進行排序，以建立一定位影像序列，且判斷符合定位影像序列之特徵影像序列之數量是否為唯一，若是，進行步驟S18，若否，進行步驟S20。在步驟S18中，處理器30根據上述位移、電子地圖、定位影像序列對應之路徑與第特徵影像和第( +1) 特徵影像之特徵位置，估測車輛之位置。在步驟S20中，處理器30將加1，並重複進行步驟S14。

請參閱第2圖與第4(a)圖至第4(c)圖。具體來說，有一車輛36行駛於一道路上，道路設有複數個標誌，標誌係沿車輛36之移動方向依序設置，此些標誌包含交通標示38、交通號誌燈40與招牌42。首先，如第4(a)圖所示，影像擷取器24擷取最靠近車輛36之交通標示38之第一定位影像，並產生驅動訊號R，且處理器30在電子地圖上搜尋與第一定位影像相同之參考影像，並以此作為第一特徵影像。假設第一特徵影像之數量有三個，且三個第一特徵影像之特徵位置皆不同。此外，位移計算器34接收驅動訊號R，並開始接收加速度計32所量測之加速度。接著，如第4(b)圖所示，在車輛36在道路上於一時段T1中行駛一位移D1後，影像擷取器24擷取最靠近車輛36之交通號誌燈40之第二定位影像，並產生驅動訊號R。同時，位移計算器34接收加速度計32所量測之加速度與驅動訊號R，且根據接收到的驅動訊號R與加速度，計算出上述位移D1。處理器30根據電子地圖、上述位移D1與第一特徵影像在電子地圖上搜尋與第二定位影像相同之參考影像，並以此作為第二特徵影像。假設第二特徵影像之數量有二個，且二個第一特徵影像之特徵位置皆不同。最後，如第4(c)圖所示，在車輛36在道路上於一時段T2中行駛一位移D2後，影像擷取器24擷取最靠近車輛36之招牌42之第三定位影像，並產生驅動訊號R。同時，位移計算器34接收加速度計32所量測之加速度與驅動訊號R，且根據接收到的驅動訊號R與加速度，計算出上述位移D2。處理器30根據電子地圖、上述位移D2與第二特徵影像在電子地圖上搜尋與第三定位影像相同之參考影像，並以此作為第三特徵影像。定位影像序列包含第一定位影像、第二定位影像與第三定位影像。特徵影像序列則有三個，第一個特徵影像序列僅包含第一特徵影像，第二個特徵影像序列僅包含第一特徵影像與第二特徵影像，第三個特徵影像序列包含第一特徵影像、第二特徵影像與第三特徵影像。換言之，第三個特徵影像序列符合定位影像序列。由於第三個特徵影像序列之數量為唯一，故處理器30根據上述位移D2、電子地圖、定位影像序列對應之路徑與第二特徵影像和第三特徵影像之特徵位置，估測車輛36之位置。

綜上所述，本發明在不需要衛星定位系統之前提下，比對影像以對車輛進行定位，同時降低電子地圖之儲存空間。

以上所述者，僅為本發明一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10 衛星定位模組 12 慣性量測單元模組 14 迴轉儀 16 加速度器 18 角度感測器 20 導航加速度單元 22 導航速度計算單元 24 影像擷取器 26 儲存器 28 位移偵測器 30 處理器 32 加速度計 34 位移計算器 36 車輛 38 交通標示 40 交通號誌燈 42 招牌

第1圖為先前技術之衛星定位導航系統之電路方塊圖。第2圖為本發明之影像定位裝置之一實施例之電路方塊圖。第3圖為本發明之影像定位方法之一實施例之流程圖。第4(a)圖至第4(c)圖為本發明之擷取標誌之定位影像之示意圖。

Claims

一種影像定位方法，其係在不需要衛星定位系統之前提下，尋找在一道路上行駛之一車輛的位置，該道路設有複數個標誌，該些標誌係沿該車輛之移動方向依序設置，該影像定位方法包含下列步驟：(a)提供一電子地圖，其係具有複數路徑、複數參考影像及其特徵位置，該些參考影像之該特徵位置對應該些路徑之該特徵位置；(b)擷取最靠近該車輛之該標誌之第n定位影像，並在該電子地圖上搜尋與該第n定位影像相同之該些參考影像，又以此作為第n特徵影像，n為自然數；(c)在該車輛在該道路上移動一位移後，擷取最靠近該車輛之該標誌之第(n+1)定位影像，並根據該電子地圖、該位移與該第n特徵影像之該特徵位置在該電子地圖上搜尋與該第(n+1)定位影像相同之該些參考影像，又以此作為第(n+1)特徵影像；以及(d)對互相對應之所有該特徵影像依其搜尋時間進行排序，以建立特徵影像序列，並對所有該定位影像依其擷取時間進行排序，以建立一定位影像序列，且判斷符合該定位影像序列之該特徵影像序列之數量是否為唯一：若是，根據該位移、該電子地圖、該定位影像序列對應之該路徑與該第n特徵影像和該第(n+1)特徵影像之該特徵位置，估測該車輛之該位置；以及若否，將n加1，並重複進行該步驟(c)。
如請求項1所述之影像定位方法，其中該標誌為招牌(signboard)、路牌(guideboard)、路標(landmark)、交通標示(traffic sign)或交通號誌燈(traffic light)。
如請求項1所述之影像定位方法，其中該參考影像為招牌(signboard)、路牌(guideboard)、路標(landmark)、交通標示(traffic sign)或交通號誌燈(traffic light)之影像。
如請求項1所述之影像定位方法，其中該車輛之該位置與該特徵位置為絕對座標。
如請求項1所述之影像定位方法，其中該位移包含直線位移與角度位移。
一種影像定位裝置，其係在不需要衛星定位系統之前提下，尋找在一道路上行駛之一車輛之位置，該影像定位裝置設於該車輛中，該道路設有複數個標誌，該些標誌係沿該車輛之移動方向依序設置，該影像定位裝置包含：一影像擷取器，依序擷取最靠近該車輛之該標誌之第n定位影像與第(n+1)定位影像，n為自然數，並在該影像擷取器擷取該第n定位影像與該第(n+1)定位影像時，產生驅動訊號；一儲存器，存有一電子地圖，其係具有複數路徑、複數參考影像及其特徵位置，該些參考影像之該特徵位置對應該些路徑之該特徵位置；一位移偵測器，電性連接該影像擷取器，並接收該驅動訊號，且在該位移偵測器接收該驅動訊號之二時間點之間的時段中，該位移偵測器偵測出該車輛行駛一位移；以及一處理器，電性連接該位移偵測器、該儲存器與該影像擷取器，並在該電子地圖上搜尋與該第n定位影像相同之該些參考影像，並以此作為第n特徵影像，且該處理器根據該電子地圖、該位移與該第n特徵影像之該特徵位置在該電子地圖上搜尋與該第(n+1) 定位影像相同之該些參考影像，又以此作為第(n+1)特徵影像，該處理器對互相對應之所有該特徵影像依其搜尋時間進行排序，以建立特徵影像序列，並對所有該定位影像依其擷取時間進行排序，以建立一定位影像序列，在符合該定位影像序列之該特徵影像序列之數量是唯一時，該處理器根據該位移、該電子地圖、該定位影像序列對應之該路徑與該第n特徵影像和該第(n+1)特徵影像之該特徵位置，估測該車輛之該位置。
如請求項6所述之影像定位裝置，其中該處理器不斷增加n，直到符合該定位影像序列之該特徵影像序列之該數量是唯一為止。
如請求項6所述之影像定位裝置，其中該位移偵測器更包含：一加速度計，量測該車輛於該時段中的加速度；以及一位移計算器，電性連接該加速度計、該影像擷取器與該處理器，並接收該加速度與該驅動訊號，且根據該加速度、該時段和該驅動訊號計算出該位移。
如請求項6所述之影像定位裝置，其中該影像擷取器為攝影機(camera)。
如請求項6所述之影像定位裝置，其中該標誌為招牌(signboard)、路牌(guideboard)、路標(landmark)、交通標示(traffic sign)或交通號誌燈(traffic light)。
如請求項6所述之影像定位裝置，其中該參考影像為招牌(signboard)、路牌(guideboard)、路標(landmark)、交通標示(traffic sign)或交通號誌燈(traffic light)之影像。
如請求項6所述之影像定位裝置，其中該車輛之該位置與該特徵位置為絕對座標。
如請求項6所述之影像定位裝置，其中該位移包含直線位移與角度位移。