TWI808543B - 移動載具用精密定位/標誌參考裝置、辨識系統及方法 - Google Patents

Abstract

本發明是一種移動載具用精密定位/標誌參考裝置、辨識系統及方法，其系統包括：參考裝置、可相對應至少一個承載件、資料儲存裝置及處理裝置。參考裝置分別包括複數轉角後反射單元，承載件內設置光源與發光/影像擷取裝置，其中在光源的照射範圍內，設置有至少三個參考裝置所構成的組件，儲存裝置儲存各別參考裝置的參考像素資料，最後由處理裝置獲得承載件和參考裝置組件的相對位置關係，藉此能廣泛應於載具的定位、導航、自動駕駛或駐車，甚至交通資訊的傳達以及建築物(鐵軌、橋梁)的結構性判斷等等。

Description

移動載具用精密定位/標誌參考裝置、辨識系統及方法

本發明係一種精密定位/標誌參考裝置，尤指一種移動載具用精密定位/標誌參考裝置、辨識系統及方法。

按，近年來，無論是國際或國內對於交通系統導入無人駕駛系統已逐漸明朗化，尤其以地鐵、捷運無人駕駛的普及性最高，不僅列車行走的自動化，亦需要能夠偵測軌道使用環境的實際狀態，以及站台的精準位置。此外，在汽車自行駕駛方面，需於汽車車頭位置安裝的相機、雷達監測，以供偵測出前方有障礙物時能自動減速而有效降低衝撞的可能性。一旦可以克服所有定位的精密度和準確度的問題，無疑還可以將移動載具從二維的路面行駛提升到三維的空中、水下、甚至跨不同界面的運動。

而不管是無人列車的判斷或是汽車自動駕駛的判斷，都必須搭配高端的運算平臺，藉以快速辨識周邊車輛、用路人或路況，並規劃出安全的行駛路線以及停靠位置。例如目前常見的自駕車影像辨識技術，需要影像撷取系統多次採樣才能計算定位，然而時速144公里的火車僅0.1秒的延遲就已行進4公尺，如何即時運算和控制，對於整體運算平台及通訊需求的標準都會相當嚴苛。不僅如此，高端的運算平臺還必須搭配輸入端的多個感測系統，用於收集環境狀態再將訊息進行運算，使得此種作法成本昂貴，市場接受度低。

此外，目前移動載具在辨識道路與固定物件時，必須獲得高精密度的地圖資訊做為主要的參考基礎，然而高精密度地圖的影像擷取編制及匯整 需要特定設備花時間製造，當範圍較大時，更新時程往往是以數個月、甚至數年為單位，無法即時反應天災(如颱風或地震)與人禍所造成的影響；尤其例如在室內停車場、隧道、地下室或氣候不佳的影響狀況下，無法藉由空中的衛星定位訊號等輔助機制時，更容易造成無法精準操作的風險。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、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發明相關之目的及優點。

本發明的一目的在提供一種易辨識的精密定位/標誌參考裝置：利用轉角後向反射器具備90度的反射區，全面提昇座標參考點與背景雜訊的差異性，影像辨識非常容易，同時利用陣列設置，可攜帶座標及其他相關資訊。

本發明的另一目的在提供一種使用富彈性的精密定位/標誌參考裝置，可以選擇不同排列方式、像素尺寸、顏色或灰階，甚至可選擇採主動變化，以因應各種不同需求，建立一完全標準化的定位/導航/資訊傳輸裝置。

本發明的再一目的在提供一種可適用於各種沒有電力，沒有網絡，沒有照明及其他資源的環境的精密定位/標誌參考裝置，提高應用彈性。

本發明的又一目的在提供一種具有移動載具用精密定位/標誌參考裝置的辨識系統，可在環境和移動載具間，從一者準確提供位置、環境或路況資訊給另一者，讓資料傳輸簡便且易於分辨，符合移動載具迅速移動情況下，快速且正確傳輸資料的需求。

本發明的更一目的在提供一種有移動載具用精密定位/標誌參考裝置的辨識系統，可以隨時即時分辨或傳輸相關的位置、環境或其他訊息，讓訊息可被即時修正傳播。

本發明的又另一目的在提供一種有移動載具用精密定位/標誌參考裝置的辨識系統，藉由結構簡單的參考裝置，使辨識所需的運算平臺平價化，裝置成本因而更經濟，可大幅提升市場接受度和普及性。

本發明的又再一目的在提供一種有移動載具用精密定位/標誌參考裝置的辨識系統，藉由光學方式的平行反射，讓發射與接收簡單且不易被干擾，提升操作安全及可靠性，讓移動載具升速成為可能。

本發明的又更一目的在提供一種有移動載具用精密定位/標誌參考裝置的辨識系統，藉由光學方式的平行反射，簡化對通訊的需求，減少發生通訊延遲而造成風險的機率。

本發明的還又一目的在於提供一種有移動載具用精密定位/標誌參考裝置的辨識系統，可以藉由多個參考裝置間相互校准，輕易獲得校准資料，迅速判別任一位置偏移的情況，有效判斷緊急危難。

本發明的還再一目的在於提供一種有移動載具用精密定位/標誌參考裝置的辨識方法，能夠即時偵測多個固定量測點是否有位移的現象進而提昇自動駕駛的安全性。

為達上述目的，本發明一種具有移動載具用精密定位/標誌參考裝置的辨識系統，包括：複數具有移動載具用精密定位/標誌的參考裝置，每一前述參考裝置分別包括複數轉角後反射單元的一陣列，其中前述陣列中，至少有部分轉角後反射單元具有彼此相異的反射率和/或色彩和/或尺寸和/或螢光；每一前述陣列的前述轉角後反射單元包括至少複數參考像素及複數定位/標誌像素，其中每一前述參考裝置的上述參考像素具有特定關連規律；至少一個可相對前述參考裝置移動的承載件，供設置至少一發光/影像擷取裝置，該發光/影像擷取裝置包括至少一具有一主發光角度的光源，以及至少一可沿前述主發光角度擷取光學影像的影像擷取器；其中在上述光源所發的光束的照射 範圍內，設置有至少三個上述參考裝置所構成的一組件，使得當上述光束照射至上述組件時，上述影像擷取器可接收所有上述參考裝置的上述參考像素及上述定位/標誌像素所反射的影像資料；其中上述參考裝置或上述承載件中之一是被固定於一特定位置；一資料儲存裝置，至少儲存上述各別參考裝置的上述參考像素資料，以及上述特定位置的位置資料；以及一供接收上述影像資料並且訊號連接上述資料儲存裝置的處理裝置，藉由比對所接收來自上述參考像素的上述反射影像資料及上述特定位置的位置資料，獲得上述承載件和上述參考裝置組件的相對位置關係。

根據本發明之一實施例，其中上述轉角後反射單元分別設置有彼此顏色相異的濾鏡，及上述光源是一寬頻帶光源，使上述各轉角後反射單元被上述寬頻帶光源所發上述光束照射後，是反射對應各自的上述濾鏡的反射光。

根據本發明之一實施例，其中上述轉角後反射單元具有彼此相異的螢光，及上述光源是一短波長光源，使上述各轉角後反射單元被上述短波長光源所發上述光束照射後，是射出對應於上述各轉角後反射單元的上述螢光。

根據本發明之一實施例，其中每一上述參考裝置更分別包括一驅動器，及每一參考裝置中的至少部分轉角後反射單元分別設置有受該驅動器致動的電致變色單元，藉此控制各前述轉角後反射單元被上述光束照射後的反射光顏色和/或亮度。

根據本發明之一實施例，更包括一移動載具，該移動載具具有一本體，其中上述組件的上述至少三個參考裝置是被設置於該本體，且該移動載具更包括一供驅動該本體移動的通訊控制裝置，以及上述承載件是被設置於一固定埠，藉此獲得上述移動載具相對於上述固定埠的位置，並使得上述通訊控制裝置受上述處理裝置的指令驅動該本體相對上述固定埠移動。

根據本發明之一實施例，其中上述包括複數前述參考裝置的組件是被設置於一待檢測物，且該辨識系統更包括至少一設置有上述承載件的檢校車輛，使得當前述檢校車輛行經上述待檢測物，並使得上述光束照射至上述組件時，上述處理裝置可以辨識上述組件的每一上述參考裝置的相對位置，並與上述資料儲存裝置所儲存的上述特定位置的位置資料比對。

上述辨識系統中所用的移動載具用精密定位/標誌參考裝置，是供至少一相對運動的發光/影像擷取裝置照射並獲得至少一定位/標誌資訊，其中該發光/影像擷取裝置包括至少一具有一主發光角度的光源，以及至少一可沿前述主發光角度擷取光學影像的影像擷取器；該移動載具用精密定位/標誌參考裝置包括：複數轉角後反射單元，其中前述轉角後反射單元中，至少部分具有彼此相異的反射率和/或色彩和/或尺寸和/或螢光，以及前述轉角後反射單元包括至少複數參考像素及複數定位/標誌像素，使得當上述光源所發光束照射至上述移動載具用精密定位/標誌參考裝置，上述影像擷取器可接收所有上述參考像素及上述定位/標誌像素所反射影像資料。

上述辨識系統所對應的一種具有移動載具用精密定位/標誌參考裝置的辨識系統的辨識方法，其中前述辨識系統包括複數具有移動載具用精密定位/標誌的參考裝置，每一前述參考裝置分別包括複數轉角後反射單元的一陣列，其中前述陣列中，至少有部分轉角後反射單元具有彼此相異的反射率和/或色彩和/或尺寸和/或螢光；每一前述陣列的前述轉角後反射單元包括至少複數參考像素及複數定位/標誌像素，其中每一前述參考裝置的上述參考像素具有特定關連規律；至少一個可相對前述參考裝置移動的承載件，供設置至少一發光/影像擷取裝置，該發光/影像擷取裝置包括至少一具有一主發光角度的光源，以及至少一可沿前述主發光角度擷取光學影像的影像擷取器；其中在上述光源所發的光束的照射範圍內，設置有至少三個上述參考裝置所構成的一組件 其中上述參考裝置或上述承載件中之一是被固定於一特定位置；一資料儲存裝置，至少儲存上述各別參考裝置的上述參考像素資料以及上述特定位置的位置資料；以及一訊號連接上述資料儲存裝置的處理裝置，其中上述參考裝置或上述承載件中之一是被固定於一特定位置，該辨識方法包括下列步驟：

a)當上述光源所發的光束照射至上述組件時，由上述影像擷取器接收所有上述參考裝置的上述參考像素及上述定位/標誌像素所反射影像，並轉換為反射影像資料傳輸至上述處理裝置；

b)由上述處理裝置辨識出上述反射影像資料中來自上述參考像素的部分，以獲得上述參考像素資料，並與上述資料儲存裝置所儲存的各別參考裝置的上述參考像素資料比對；

c)藉由計算上述組件中至少三個參考裝置和上述承載件的相對角度，獲得上述組件和上述承載件間的相對位置。

根據本發明之一實施例，其中當上述參考裝置是被設置於上述特定位置，以及上述承載件是被設置於一移動載具，且該處理裝置是一車用電腦，上述辨識方法在上述步驟b)之後，更包括以該車用電腦解讀上述定位/標誌像素的反射影像資料的內容的步驟d)。

根據本發明之一實施例，其中當上述參考裝置是被固定設置在上述特定位置的一待檢測物，該辨識方法在上述步驟b)之後，更包括一個獲得至少上述三個參考裝置以外的第四參考裝置的反射影像資料的步驟e)，並且將該第四個參考裝置跟前述三個參考裝置的各別設置位置相互核算，確認符合上述資料儲存裝置所儲存的上述特定位置沒有偏差；以及一旦偏差超過一預定門檻時發出警示訊號的步驟f)。

由於本發明的參考裝置是簡單的光學反射，一方面可以減少對於通訊的需求，避免通訊延遲所造成的風險；另方面光學反射的平行配置，使得 運作機制相當簡單且準確，讓信號/雜音比相當優良，提升訊號傳遞的準確度；何況所需的影像擷取裝置也相當平價，讓整體配置市場性絕佳。在系統化的設置時，一方面成本需求不高，但相反地，因為是光束直射且平行反射，操作便利及可靠度都相當高，且參考裝置可以選擇改變像素的大小、反光度、顏色或螢光，具有相當的使用彈性。進一步，如果採用可主動變換的像素，還可以即時提供路況相關資訊。尤其是藉由多個參考裝置之間的相對位置資料，就可以立即校准各參考裝置的位置是否有偏離情況，對於位置掌握即時且精準。

1、1’、1”、1''':參考裝置

10:轉角後反射單元

12:參考像素

14:定位/標誌像素

16:驅動器

18:電致變色單元

102、104、106:反射面

2、2’、2”、2''':承載件

20:發光/影像擷取裝置

200:光源

202:影像擷取器

3:資料儲存裝置

4、4’:處理裝置

51~53:步驟

6’:倉庫

60’:本體

62’:通訊控制裝置

66’:固定埠

7”:軌道

8、8”:檢校車輛

9''':固定設備

91''':車輛

L:斜線

A、B、C、D、E、F、G、H、I、O、O’:位置

圖1為本發明參考裝置第一較佳實施例的立體示意圖，其中包括多個轉角後反射單元。

圖2為圖1參考裝置的正視圖，說明陣列與像素分佈。

圖3為三個參考裝置與承載件相對位置關係示意圖，說明如何藉由圓周特性進行三角量測。

圖4為本發明辨識系統的結構方塊示意圖。

圖5為本發明辨識方法之流程示意圖。

圖6為本發明參考裝置說明電致變色機制。

圖7為本發明辨識系統第二較佳實施例，說明應用於倉庫內作為自動搬運車控制系統的操作模式。

圖8為多個參考裝置和一個承載件的分佈位置示意圖，說明如何檢校出其中一個參考裝置偏離預定位置的機制。

圖9為本發明辨識系統的第三較佳實施例，運用圖8機制的鐵道巡軌車之運作示意圖。

圖10為本發明辨識系統的第四較佳實施例，應用於汽車自動駕駛之運作示意圖。

藉由具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由說明書所揭示內容輕易瞭解本發明其他優點及功效。附圖繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示內容，供熟悉此技藝人士瞭解與閱讀，並非用以限定本發明實施之限定條件，不具技術上實質意義，任何結構修飾、比例關係改變或大小調整，在不影響本發明所能產生功效及所能達成目的下，均應仍落在本發明之內容的涵蓋範圍內。本說明書中所引用如“一”、“兩”、“上”等用語，亦僅為便於明瞭，而非用以限定本發明可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，亦視為本發明可實施之範疇。

圖1為本發明的移動載具用精密定位/標誌參考裝置1，包括例如水平面上有四個相連的轉角後反射單元10，而縱向則是3個轉角後反射單元，藉此構成一個4 X 3的轉角後反射單元陣列，一共具有12個像素。其中任一個轉角後反射單元10，在本例中就像是六面正方體僅保留其中相鄰且相互垂直的三個鏡像反射面102、104和106，藉此構成一個接受入射光束照射後，會在兩次反射後，以微小偏移而完全平行地將入射光束反射回去的立體結構。圖中可看出本例的各轉角後反射單元10擺設方式主要沿一斜線L採陣列傾斜設置。

如圖2所示，本例中的這12個轉角後反射單元10都是具有相同的長寬高的同尺寸結構，由於本例每一個轉角後反射單元10的尺寸僅需例如1至5立方公分，因此當有一束光從例如10至50公尺左右的距離入射至這個參考裝置1時，光束很容易完整覆蓋12個轉角後反射單元10，並且獲得12束各自獨立的反射光，為便於說明起見，以下將稱每一個轉角後反射單元10為一個像素。當然，如熟悉本技術領域人士所能輕易理解，每一個轉角後反射單元10的長寬高並不需要恰好是一個立方體，無論是長度、寬度、高度都可以彼此相同或相異，而且像素與像素的尺寸更可以相互不一致。

在本例中，選擇例如四角的四個像素作為參考像素12，具有特定關連規律，就如同QR code利用四角的三個內外黑白同心方框與一個不具有方框的角作為定位參考，讓影像擷取後易於辨識；而本例中的另外八個像素，則可以具有各自相異的反射率和色彩，藉此輕易讓每個像素可以選擇三原色之一，且每一顏色具有例如四種反射率，就此獲得8 X 3 X 4的九十餘種代表意涵，表達數十種交通號誌。當然，若要提供更豐富的資訊，完全可以憑藉顏色的排列組合、反射率的進一步細分階層、或者像素大小尺寸的變化，甚至在某些像素的反射面上塗佈螢光粉，讓反射光產生波長變化，藉此蘊藏更多訊息。即使是上述採用四角的四個像素作為辨識基礎，也不侷限於黑白同心框，完全可以將其中一個塗黑而不反射，一個全白全反射作為顏色與亮度參考標準，藉由上述兩個像素即可充分承擔參考像素的任務，另外兩個角的像素則可賦予色彩與亮度，利用如色彩亮度排列組合的特定關連規律，就此代表該參考裝置1的位置資料，例如是某條高速公路第幾公里的第幾號參考裝置。基於參考像素以外的其餘像素在排列組合及尺寸變化後蘊藏有位置或其他標誌資訊在內，因此定義這些像素為定位/標誌像素14。

如圖3所示，當路邊的已知固定位置A、B、C分別設置有參考裝置1，而一輛自駕車來到可以發光照射上述三個參考裝置1的未知位置D，此時自駕車上的光源可以入射光束至位置A和位置B的參考裝置1，並且獲得兩個參考裝置1的反射光，得知夾角ADB的角度大小，藉由已知的AB距離，由位置A、位置B和位置D設定作為一個虛擬小圓圓周上的三點，因此夾角ADB就是對應於割弦AB的圓周角，此角度恰為圓心角AOB的一半大小，藉此可以迅速進行三角函數運算，得出此時的虛擬圓心O位置，以及此時的半徑大小。

同理，已知位置A、位置C和未知的位置D作為另一個虛擬大圓圓周上的三點，可以取得虛擬大圓的圓心位置O’和半徑大小。當大小兩個虛擬圓 的圓心位置和半徑都已經算出，就可以取得兩個圓的兩個交點位置，分別是位置A和位置D，就此解出未知位置D的精確位置。

因此如圖4所示，本發明所揭露的具有移動載具用精密定位/標誌參考裝置的辨識系統，主要包括複數參考裝置1、承載件2、資料儲存裝置3及處理裝置4。在本例中，是把參考裝置沿著道路邊緣和中央分隔島固定設置，而承載件2則是設置在自駕車上，相對於參考裝置1移動。

由於轉角後反射單元10是一種以極小的偏移將入射光束反射回其光源的裝置。與平面鏡不同的是，它可以在很寬的入射角範圍內進行反射，且入射角等於反射角，因此當有兩次反射後，就會依循完全相同的角度將入射光反射而出。在本實施例中的工作方式，如圖5所示，是在承載件2設置有發光/影像擷取裝置20，步驟51時，藉由其中的光源200沿一主發光角度發出一光束，光束入射至轉角後反射單元10後，循大致原路徑反射回來，並且由發光/影像擷取裝置20中的影像擷取器202，例如是照相機，擷取參考裝置中的各轉角後向反射器的反射光束，就此獲得該參考裝置的相對角度以及其中蘊藏資訊，為便於說明，在此將照相機接收反射光束所轉換傳出的電子訊號稱為反射影像資料。由於轉角後向反射器的反射光束是循原路徑返回，非常清晰且易於辨識，可以排除環境雜光干擾的因素。尤其進一步，更可以讓光源和照相機連動，光源以脈衝式發光，而照相機在光源發光後的短瞬間擷取影像。甚至再進一步，當光源以脈衝式發光時，脈衝本身可以被調制為例如10100001的帶有調制碼的數位光束，讓辨識變得更容易。

藉由參考像素的特定關連規律，讓一個參考裝置1中的所有像素可以被識別，並且藉由位置/標誌像素，使得本例中的每一個參考裝置1的設置位置或蘊藏資料，都可以在承載件2的光源200所發光束照射到參考裝置1時，反射提供給影像擷取器202；照相機接收所有範圍內的參考裝置1的參考像素及定 位/標誌像素所反射的影像資料後，就交由處理裝置4進行處理，由於資料儲存裝置3已經儲存各別參考裝置1的參考像素資料以及特定位置的位置資料，處理裝置4在接收承載件2的影像資料並且訊號連接資料儲存裝置3，即可藉由比對所接收來自參考像素和定位/標誌像素的反射影像資料及特定位置的位置資料，在步驟52獲得承載件2和包括至少三個參考裝置1的組件的相對位置關係。而且承上所述，當光照範圍的參考裝置大於兩個，就可以在步驟53簡單且準確地定位承載件2相對於上述組件的相對位置，並參照參考裝置設置位置而取得承載件2的精確絕對位置。

前述關於部分轉角後反射單元10具有彼此相異的反射率的具體做法，可以在轉角後反射單元10前方設置濾鏡，藉由選擇濾鏡的顏色，當光源為寬頻帶光源時，各轉角後反射單元10被寬頻帶光源所產生的光束照射後，則會反射對應於濾鏡上的反射光，也就是當濾鏡為黃色時，光束照射到黃色濾鏡後則會反射出黃色的反射光，因此，透過改變濾鏡顏色即可改變反射光顏色。如果需要可以主動更改顏色的像素，也可以考慮設置多種不同顏色濾鏡的光輪，藉由旋轉光輪而改變光束行進路線上的濾鏡顏色。

另一種主動改變像素顏色的方式，則如圖6在各參考裝置1上裝設驅動器16以及電致變色單元18，電致變色單元18採用電子油墨方式，受驅動器16致動，藉此控制各轉角後反射單元10被光束照射後的反射光顏色和/或亮度。

至於螢光的作法，則是直接在轉角後反射單元10上塗佈有選定的螢光材料，不同顏色的螢光材料接收來自屬於短波長光源的光束後，則會射出該材料的特定螢光波長，因此則會呈現出不同色彩。依照目前技術，每個參考裝置中的各像素，不僅限於上述列舉的變化，無論是像素大小、顏色、亮度、或者時變或固定不變，只要是被動受照射且可以提供可供區別的反射光，都可以作為本發明參考裝置上的各轉角後反射單元的運作方式。

雖然前一實施例是以參考裝置被固定於路邊作為基準，供車輛移動時參照之用，但如圖7所示，本發明的辨識系統第二較佳實施例，則是以自動搬運倉庫為例，承載件2’是被設置於倉庫6’中的固定位置，多輛自動搬運車則以每輛車的本體60’上分別設有至少三個參考裝置1’的方式，分別接受作為處理裝置4’的倉庫管理中心的伺服器控制移動，自動搬運車的本體60’中，更設置有通訊控制裝置62’，藉由通訊控制裝置62’與伺服器的通訊連結，控制驅動自動搬運車的本體60’走與停。原理則如同上述，利用固定在固定埠66’的多個承載件2’，各自的發光/影像擷取裝置會由光源產生光束，並且照射一固定範圍，同時影像擷取器會沿此光束方向擷取反射的光學影像，當某一輛自動搬運車上的至少三個參考裝置的轉角後反射單元都被上述光束照射到，且反射光束被影像擷取器擷取，伺服器就可以算出該自動搬運車的本體60’相對於固定埠66’的位置和角度，藉此以公分等級精準判定每輛自動搬運車精確位置、方向和速度。

由於運算簡單，完全可以在例如1毫秒(msec)的時間內完成，完美達到自動控制搬運車完成停車之目的。即使圖式中僅以五輛搬運車為例，但即使增加至64或128輛，都不會妨礙影像擷取和運算操控。尤其是車輛間完全不需要相互通訊，車輛也不需自主運算，伺服器和車輛間也僅有簡單的走、轉向、停止等指令下達，毫無通訊干擾或延遲的擔憂，要提升控制精度，只需增加轉角後反射單元或承載件，成本非常便宜。此外，類似的定位方式即使運用於一般飛機在跑道上降落、或太空艙於太空站停靠的場景，即使飛行器是以音速飛行狀態，由於量測運算只需要1毫秒，因此可以在音速運動的飛行器運動0.34公尺的距離內完成量測運算，沒有任何困難。

更進一步，不僅可以藉由任何三個已知位置的參考裝置來計算定位一個承載件的未知位置，還可以用一個承載件對四個已知位置的參考裝置相互校准和驗證參考裝置間的相對位置。當量測點增加時，量測位置精確度更可 以利用迴歸分析(regression analysis)提升。如圖8所示的一個標準化的模擬測試，當承載件位於座標(100,100)的H點，並且逐一量測分別設置在位置E(0,0)、位置F(0,100)、位置G(200,0)和位置I(100,0)等四個參考裝置時，假設其中應該設置在I處的參考裝置偏移至(101,0)。雖然僅有一單位的距離偏離，但如前述實施例的辨識方法所述，只要採用三個參考點座標，兩兩配對就可以畫出兩個虛擬圓，並且推估兩個虛擬圓交點，計算出觀察點的承載件精確位置。因此，當改變取樣的參考裝置，就會發現一旦採用已經偏離的那個參考裝置時，會得到一個不斷漂移且跟其他取樣方式不同結果的不準確數字，情況如下表所列：

因此，只要輪流選用四個參考裝置中的三個，經過多種不同組合方式計算，就會發現回推的承載件位置大致都會準確落在同一位置，只有取樣點加入位置I以後，承載件位置完全無法固定，會不斷因選取的組合不同而改變結果；可見，位於位置I的參考裝置已經位移偏離原先紀錄的座標位置。藉此，利用本發明所揭露的方法，完全可以從一個相對移動的承載件處，利用三個以上固定位置的參考裝置，進行相對校正，確認其中是否有一個已經偏移。

還可以再進一步，採用剔除位置I的所有組合與一定包含位置I的所有組合進行迴歸分析比對，不但可以準確求出承載件所在的位置H座標， 還可以即時估算出位置I的實際正確位置以及目前位置偏離原先紀錄位置的程度。這也使得依照本發明的方法，可以從單一影像擷取器所採擷之所有範圍內參考裝置的資訊，即時精確求出所有參考裝置是否偏離原先紀錄位置。

因此如圖9所示，可以將本發明運用於例如鐵道巡軌車，本實施例中，至少四個參考裝置1”分別被設置於軌道7”旁，承載件2”則設置在檢校車輛8”，此處的檢校車輛是以鐵道巡軌車為例，當然本技術領域人士也可以輕易推知應用於橋樑巡邏或山路巡邏的工程車。當鐵道巡軌車巡邏行經每一段軌道時，就可以利用承載件2”中光源的光束會照射至範圍內的參考裝置1”，不斷改變參考裝置的組合而計算自身位置，並與資料儲存裝置所儲存的各參考裝置的位置資料比對，藉此抓出是否有任何一個參考裝置1”發生位移。考量目前技術，若以12M畫素(4290 X 2800)90°視角的影像擷取器，20公尺外直線距離的圖素解析度為9.3mm(40,000mm除以4290)以一般1/4圖素影像處理演算法，定位精度可達2.3mm，定位系統精度可維持在公分等級。

運用本發明的系統和方法，可以讓特別容易發生危險的道路、橋樑、隧道、軌道等巡邏檢校變得更方便，尤其各參考裝置可以不需要電力供應，不需要保養維護，不需要考慮通訊，只有當巡邏發現異常才需處理，即使參考裝置損壞，也僅需拔除更新。相較於現行技術埋設眾多光學或3G感測器，還要連線供電且不時維護，本發明無疑大幅降低維護成本並減輕操作負擔。

如圖10所示，為本發明應用於汽車自動駕駛之示意圖。多個參考裝置1”’分別佈設於道路上的固定設備9”’，例如路燈中，承載件2”’則設置於車輛91”’，固定設備9”’上的各參考裝置1'''中，至少有三個可同時被承載件中的光源照射到，且在影像擷取器的影像擷取範圍內，因此將三個參考裝置定為一組件，供車輛91”’精準定位，並且可以進一步加入時間而計算出行動方向、速度及加速度。由於本實施例的轉角後反射單元內的定位/標誌像素是採用可以 主動變化的方案，因此可以即時依照遠端的交通控制中心指令，將車速限制、前方堵塞、前方車禍等各種道路交通訊息一併提供給車輛91”’，由車輛上所設置的車用電腦作為處理裝置(圖未示)，以車用電腦解讀上述定位/標誌像素的反射影像資料的內容，就此控制車速或變換路線。

此外，值得一提的是，若參考裝置是被設置於路燈上，且受外在因素例如風吹而導致路燈晃動時，路燈晃動的座標會移動，但是絲毫不會影響其他參考裝置相對位置的精確度，也就是，即使是利用路燈作為承載件的安裝基座，只需要依靠單次影像擷取，計算不動的參考裝置，就可以回歸運算出路燈本身的晃動而補償運算，扣除其影響。

上述實施例僅為例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。即使是將上述狹義的光束擴張為包括遠紅外至深紫外線的波長範圍，都可以輕易實施，甚至延伸至例如微波範圍，只要採用微波發射器，微波反射轉角後反射單元，及微波偵測器(雷達)對應地將每一像素的尺寸擴大至例如數公尺，就可以將本發明所數的辨識系統和辨識方法運用於例如太空科技的繞地球衛星定位與辨識，或反向由衛星或飛行器量測與辨識地球表面的參考點，因此任何熟悉此項技藝的人士可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修改。因此本發明的權利保護範圍，應如後述申請專利範圍所列。

1:參考裝置

10:轉角後反射單元

2:承載件

20:發光/影像擷取裝置

200:光源

202:影像擷取器

3:資料儲存裝置

4:處理裝置

Claims (10)

1. 一種具有移動載具用精密定位/標誌參考裝置的辨識系統，包括：

   複數具有移動載具用精密定位/標誌的參考裝置，每一前述參考裝置分別包括複數轉角後反射單元的一陣列，其中前述陣列中，至少有部分轉角後反射單元具有彼此相異的反射率和/或色彩和/或尺寸和/或螢光；每一前述陣列的前述轉角後反射單元包括至少複數參考像素及複數定位/標誌像素，其中每一前述參考裝置的上述參考像素具有特定關連規律；

   至少一個可相對前述參考裝置移動的承載件，供設置至少一發光/影像擷取裝置，該發光/影像擷取裝置包括至少一具有一主發光角度的光源，以及至少一可沿前述主發光角度擷取光學影像的影像擷取器；其中在上述光源所發的光束的照射範圍內，設置有至少三個上述參考裝置所構成的一組件，使得當上述光束照射至上述組件時，上述影像擷取器可接收所有上述參考裝置的上述參考像素及上述定位/標誌像素所反射的影像資料；其中上述參考裝置或上述承載件中之一是被固定於一特定位置；

   一資料儲存裝置，至少儲存上述各別參考裝置的上述參考像素資料，以及上述特定位置的位置資料；以及

   一供接收上述影像資料並且訊號連接上述資料儲存裝置的處理裝置，藉由比對所接收來自上述參考像素的上述反射影像資料及上述特定位置的位置資料，獲得上述承載件和上述參考裝置組件的相對位置關係。
2. 如請求項1所述具有移動載具用精密定位/標誌參考裝置的辨識系統，其中上述轉角後反射單元分別設置有彼此顏色相異的濾鏡，以及上述光源是一寬頻帶光源，使得上述各轉角後反射單元被上述寬頻帶光源所發上述光束照射後，是反射對應各自的上述濾鏡的反射光。
3. 如請求項1所述具有移動載具用精密定位/標誌參考裝置的辨識系統，其中上述轉角後反射單元具有彼此相異的螢光，以及上述光源是一短波長光源，使得上述各轉角後反射單元被上述短波長光源所發上述光束照射後，是射出對應於上述各轉角後反射單元的上述螢光。
4. 如請求項1所述具有移動載具用精密定位/標誌參考裝置的辨識系統，其中每一上述參考裝置更分別包括一驅動器，以及每一參考裝置中的至少部分轉角後反射單元分別設置有受該驅動器致動的電致變色單元，藉此控制各前述轉角後反射單元被上述光束照射後的反射光顏色和/或亮度。
5. 如請求項1、2、3或4所述具有移動載具用精密定位/標誌參考裝置的辨識系統，更包括一移動載具，該移動載具具有一本體，其中上述組件的上述至少三個參考裝置是被設置於該本體，且該移動載具更包括一供驅動該本體移動的通訊控制裝置，以及上述承載件是被設置於一固定埠，藉此獲得上述移動載具相對於上述固定埠的位置，並使得上述通訊控制裝置受上述處理裝置的指令驅動該本體相對上述固定埠移動。
6. 如請求項1、2、3或4所述具有移動載具用精密定位/標誌參考裝置的辨識系統，其中上述包括複數前述參考裝置的組件是被設置於一待檢測物，且該辨識系統更包括至少一設置有上述承載件的檢校車輛，使得當前述檢校車輛行經上述待檢測物，並使得上述光束照射至上述組件時，上述處理裝置可以辨識上述組件的每一上述參考裝置的相對位置，並與上述資料儲存裝置所儲存的上述特定位置的位置資料比對。
7. 一種移動載具用精密定位/標誌參考裝置，供至少一相對運動的發光/影像擷取裝置照射並獲得至少一定位/標誌資訊，其中該發光/影像擷取裝置包括至少一具有一主發光角度的光源，以及至少一可沿前述主發光角度擷取光學影像的影像擷取器；該移動載具用精密定位/標誌參考裝置包括：

   複數轉角後反射單元，其中前述轉角後反射單元中，至少部分具有彼此相異的反射率和/或色彩和/或尺寸和/或螢光，以及前述轉角後反射單元包括至少複數參考像素及複數定位/標誌像素，使得當上述光源所發光束照射至上述移動載具用精密定位/標誌參考裝置，上述影像擷取器可接收所有上述參考像素及上述定位/標誌像素所反射影像資料。
8. 一種具有移動載具用精密定位/標誌參考裝置的辨識系統的辨識方法，其中前述辨識系統包括複數具有移動載具用精密定位/標誌的參考裝置，每一前述參考裝置分別包括複數轉角後反射單元的一陣列，其中前述陣列中，至少有部分轉角後反射單元具有彼此相異的反射率和/或色彩和/或尺寸和/或螢光；每一前述陣列的前述轉角後反射單元包括至少複數參考像素及複數定位/標誌像素，其中每一前述參考裝置的上述參考像素具有特定關連規律；至少一個可相對前述參考裝置移動的承載件，供設置至少一發光/影像擷取裝置，該發光/影像擷取裝置包括至少一具有一主發光角度的光源，以及至少一可沿前述主發光角度擷取光學影像的影像擷取器；其中在上述光源所發的光束的照射範圍內，設置有至少三個上述參考裝置所構成的一組件其中上述參考裝置或上述承載件中之一是被固定於一特定位置；一資料儲存裝置，至少儲存上述各別參考裝置的上述參考像素資料以及上述特定位置的位置資料；以及一訊號連接上述資料儲存裝置的處理裝置，其中上述參考裝置或上述承載件中之一是被固定於一特定位置，該辨識方法包括下列步驟：

   a)當上述光源所發的光束照射至上述組件時，由上述影像擷取器接收所有上述參考裝置的上述參考像素及上述定位/標誌像素所反射影像，並轉換為反射影像資料傳輸至上述處理裝置；

   b)由上述處理裝置辨識出上述反射影像資料中來自上述參考像素的部分，以獲得上述參考像素資料，並與上述資料儲存裝置所儲存的各別參考裝置的上述參考像素資料比對；

   c)藉由計算上述組件中至少三個參考裝置和上述承載件的相對角度，獲得上述組件和上述承載件間的相對位置。
9. 如請求項8所述的辨識方法，其中當上述參考裝置是被設置於上述特定位置，以及上述承載件是被設置於一移動載具，且該處理裝置是一車用電腦，上述辨識方法在上述步驟b)之後，更包括以該車用電腦解讀上述定位/標誌像素的反射影像資料的內容的步驟d)。
10. 如請求項8所述的辨識方法，其中當上述參考裝置是被固定設置在上述特定位置的一待檢測物，該辨識方法在上述步驟b)之後，更包括一個獲得至少上述三個參考裝置以外的第四參考裝置的反射影像資料的步驟e)，並且將該第四個參考裝置跟前述三個參考裝置的各別設置位置相互核算，確認符合上述資料儲存裝置所儲存的上述特定位置沒有偏差；以及一旦偏差超過一預定門檻時發出警示訊號的步驟f)。

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