CN105741260A - 行动定位装置及其定位方法 - Google Patents

Abstract

一种行动定位装置及其定位方法。行动定位装置撷取感测信息以及具有环境影像特征点的环境影像。行动定位装置根据感测信息判断第一位置信息，并自影像数据库中，选取对应于第一位置信息的数据影像。数据影像具有相应于环境影像特征点的数据影像特征点。行动定位装置根据环境影像、数据影像、环境影像特征点以及数据影像特征点，判断行动定位装置的第二位置信息。

Description

行动定位装置及其定位方法

技术领域

本发明系关于一种行动定位装置及其定位方法；更具体而言，本发明的行动定位装置及其定位方法利用环境状态进行室内精准定位。

背景技术

习知的室内定位技术中，多以红外线、无线信号、惯性测量或全影像比对等单一定位方式完成定位。具体而言，红外线室内定位主要系利用红外线信号发射器的布置，透过不同的位置的红外线信号接收以完成定位。惟红外线定位准确度受限于红外线信号发射器的数量、场地环境干扰、红外线信号穿透力不足等因素。

类似地，无线信号(例如RFID、Wi-Fi、蓝牙等无线信号)定位主要系利用无线信号的场域变化及其强弱进行定位。惟无线信号定位准确度同样多受限于硬件布置的额外成本、无线信号稳定度、环境变化、信号干扰等因素。

另一方面，惯性测量主要系利用装置的感测数据(如加速度传感器、陀螺仪传感器等)，估测装置的移动状态并据以定位。惟采用估算的方式定位，其误差将会随时间快速地累积，换言之，即其定位精确度将会随时间大幅地降低。

而全影像比对主要系连续地利用拍摄影像与数据库影像的比对，判断装置当下所处的位置。惟此种方式需连续拍摄影像，且每张影像皆须与数据库的影像进行比对，因此其所需的运算量相当庞大且比对过程相当耗时。

综上所述，目前的室内定位技术，于分别使用时多具有：额外硬件建置成本、环境变化影响定位结果、定位精确度不稳定以及定位效率过低的缺点。据此，如何加强定位效能并同时整合定位技术，以更有效率且精准的方式完成定位，以改善习知技术的缺点，乃业界亟需努力的目标。

发明内容

本发明的主要目的系提供一种用于行动定位装置的定位方法。行动定位装置与影像数据库连接。定位方法包含：(a)令行动定位装置撷取至少一感测信息以及环境影像。其中，环境影像具有至少一环境影像特征点；(b)令行动定位装置根据至少一感测信息判断行动定位装置的第一位置信息；(c)令行动定位装置自影像数据库中，选取对应于第一位置信息的数据影像。其中，数据影像具有相应于至少一环境影像特征点的至少一数据影像特征点；(d)令行动定位装置根据环境影像、数据影像、至少一环境影像特征点以及至少一数据影像特征点，判断行动定位装置的第二位置信息。

为完成前述目的，本发明又提供一种行动定位装置，包含收发单元、感测单元、影像撷取单元以及处理单元。收发单元用以与影像数据库连接。感测单元用以撷取至少一感测信息。影像撷取单元用以用以撷取环境影像。其中，环境影项具有至少一环境影像特征点。处理单元用以：根据至少一感测信息判断行动定位装置的第一位置信息；透过收发单元自影像数据库中选取对应于第一位置信息的数据影像，其中，数据影像具有相应于至少一环境影项特征点的至少一数据影像特征点；根据环境影像、数据影像、至少一环境影像特征点以及至少一数据影像特征点，判断行动定位装置的第二位置信息。

参阅图式及随后描述的实施方式后，所属技术领域具有通常知识者可更了解本发明的技术手段及具体实施态样。

附图说明

图1A系本发明第一实施例的行动定位装置的方块图；

图1B系本发明第一实施例的行动定位装置计算位置信息的例示图；

图2系本发明第二实施例的定位方法的流程图；以及

图3系本发明第三实施例的定位方法的流程图。

符号说明

1行动定位装置

10第一位置信息

11收发单元

12第二位置信息

13感测单元

130至少一感测信息

15影像撷取单元

150环境影像

17处理单元

2影像数据库

200数据影像

p1环境影项特征点

p2数据影像特征点

RS后方交会点

具体实施方式

以下将透过本发明的实施例来阐释本发明。然而，该等实施例并非用以限制本发明需在如实施例所述的任何环境、应用程序或方式方能实施。因此，以下实施例的说明仅在于阐释本发明，而非用以限制本发明。在以下实施例及图式中，与本发明非直接相关的元件已省略而未绘示，且绘示于图式中的各元件之间的尺寸关系仅为便于理解，而非用以限制为实际的实施比例。

请参考图1A，其系本发明第一实施例的一行动定位装置1的方块图。行动定位装置1包含一收发单元11、一感测单元13、一影像撷取单元15以及一处理单元17。收发单元11与一影像数据库2连接。须特别说明者，影像数据库2中预存有室内环境的多个影像，且各影像于建置时，已将各影像于室内的位置相关信息(如相对空间坐标或绝对空间坐标等)一并储存，而由于本领域人员可轻易理解此处的技术，因此不再赘述。本发明定位过程将于下文中进一步阐述。

首先，当行动定位装置1进入室内后，主要系先针对环境进行初步的定位，再利用具特征点的影像进行位置校正。具体而言，当进入室内环境时，行动定位装置1的感测单元13撷取至少一感测信息130。同时，影像撷取单元15撷取一环境影像150。其中，环境影像150具有至少一环境影像特征点p1。须特别说明，于第一实施例中，环境影像特征点p1数量为二。

接着，处理单元17初步地根据至少一感测信息130判断行动定位装置1的一第一位置信息10。随后，由于影像数据库2中具有相应的室内影像数据及其位置信息，因此，处理单元17便可透过收发单元11，自影像数据库2中选取对应于第一位置信息10的一数据影像200。相应地，数据影像200具有相应于至少一环境影像特征点p1的至少一数据影像特征点p2。同样地，于第一实施例中，数据影像特征点p2的数量为二。

随即，由于此时具有实时的环境影像150、数据影像200、至少一环境影像特征点p1以及相应的至少一数据影像特征点p2，则处理单元17便可据以判断行动定位装置1的一第二位置信息12，而此第二位置信息12便为较精准的室内位置信息。

须特别说明者，前述第一位置信息10可由惯性导航(InertialNavigation)定位算法获得。举例而言，假设使用者将行动定位装置1置于车上并由室外携至室内时，感测单元13(例如加速度传感器、陀螺仪、磁力传感器、气压传感器及热传感器等)便可感测相关的惯性感测信息。

据此，处理单元17便可根据至少一感测信息130(即惯性感测信息)，判断行动定位装置1于车上的惯性使用状态，并且进一步基于惯性导航定位算法判断行动定位装置1的第一位置信息10。

类似地，前述第一位置信息10亦可由行人航位推算(PedestrianDeadReckoning)定位算法获得。举例而言，假设使用者将手机置于身上时，感测单元13(例如加速度传感器、陀螺仪、磁力传感器、气压传感器及热传感器等)便可感测相关的使用者动作感测信息。

据此，处理单元17便可根据至少一感测信息130(即使用者动作感测信息)，判断行动定位装置1目前系置于使用者身上，并进一步基于行人航位推算定位算法判断行动定位装置1的第一位置信息10。

另一方面，请一并参考图1B，其系本发明第一实施例的行动定位装置1计算第二位置信息12的例示图，其中，前述第二位置信息12主要可由后方交会计算方式而得。详细来说，当处理单元17获得环境影像150、数据影像200、至少一环境影像特征点p1以及至少一数据影像特征点p2后，其便可透过后方交会的计算原理，利用公式 $x_a=x_p-c\frac{m_{11}(X_A-X_0)+m_{12}(Y_A-Y_0)+m_{13}(Z_A-Z_0)}{m_{31}(X_A-X_0)+m_{32}(Y_A-Y_0)+m_{33}(Z_A-Z_0)}+\mathrm{\Δx}$ 以及 $y_a=y_p-c\frac{m_{21}(X_A-X_0)+m_{22}(Y_A-Y_0)+m_{23}(Z_A-Z_0)}{m_{31}(X_A-X_0)+m_{32}(Y_A-Y_0)+m_{33}(Z_A-Z_0)}+\mathrm{\Δy}$ 计算相对于数据影像200的一后方交会点RS(ResectionPoint)，而此后方交会点RS即为行动定位装置1所处的位置，即第二位置信息12。

更进一步来说，前述公式中，影像像主点坐标x_p、y_p、三维旋转矩阵m(及其内含的旋转角)、焦距c、透镜畸变改正参数Δx、Δy皆为影像撷取单元15出厂时的固定参数，且特征点于空间的实际坐标X_A、Y_A、Z_A亦可于数据影像建置时一并记录，据此，欲计算影像撷取单元15的位置X₀、Y₀、Z₀(即行动定位装置1的位置)，仅须利用二不同特征点x_a、y_a的参数即可达成。

详言之，由于前述影像撷取单元15的位置坐标系三未知数X₀、Y₀、Z₀，因此，需要至少三条方程式求解。而当影像具有二不同特征点坐标时，带入前述公式便可获得四条方程式，如此，便可求得三未知数X₀、Y₀、Z₀的解。须特别说明，若无法直接取得前述影像撷取单元15出厂时的固定参数时，在目前不同厂牌的影像撷取单元间的参数差异不大的情况下，亦可直接使用数值相近的自定参数，或是直接对影像撷取单元15近行率定，以获得相关参数。

然于其它情境中，当行动定位装置1利用感测单元13进一步取得三未知数其中之一数值时(例如利用气压传感器撷取Z₀的实际数值)，便仅剩二未知数X₀、Y₀，此时仅需二条方程式求解，则当影像具单一特征点坐标时，带入前述公式便可获得二条方程式，如此，便可直接求得二未知数X₀、Y₀的解。而须强调，本领域技术人员应可轻易透过本发明前揭内容，理解利用后方交会的计算后方交会点的方式，于此不再赘述。

于其它实施态样中，行动定位装置1可进一步利用室内相关的无线信号进行进一步的定位信息调整。具体而言，收发单元11更用以撷取至少一无线信号信息(未绘示)，例如Wi-Fi无线信号、蓝牙无线信号、RFID无线信号等。处理单元17则进一步根据至少一无线信号信息计算至少一第三位置信息(未绘示)。须特别说明，利用无线信号信息进行定位乃习知技术，于此不再赘述。

接着，处理单元17便根据第一位置信息、第二位置信息以及至少一第三位置信息，利用卡曼滤波器(KalmanFilter)计算一第四位置信息。详言之，由于卡曼滤波器具有根据不同位置信息的精确度作为权重比例，并据以进行融合筛选以获得较佳解的特性，因此透过卡曼滤波器，将可进一步地整合不同定位方式所得的内容，以获得更精准的定位信息。类似地，本领域技术人员应可轻易透过前述内容，理解如何将不同的位置信息透过卡曼滤波器进行调整，因此不再赘述。

本发明的一第二实施例系为一定位方法，其流程图请参考图2。第二实施例的方法系用于一行动定位装置(例如前述实施例的行动定位装置1)。行动定位装置与一影像数据库连接。第二实施例的详细步骤如下所述。

首先，执行步骤201，令行动定位装置撷取至少一感测信息以及一环境影像。其中，环境影像具有至少一环境影像特征点。执行步骤202，令行动定位装置根据至少一感测信息判断行动定位装置的一第一位置信息。

接着，执行步骤203，令行动定位装置自影像数据库中，选取对应于第一位置信息的一数据影像。其中，数据影像具有相应于至少一环境影像特征点的至少一数据影像特征点。执行步骤204，令行动定位装置根据环境影像、数据影像、至少一环境影像特征点以及至少一数据影像特征点，判断行动定位装置的一第二位置信息。

本发明的一第三实施例系为一定位方法，其流程图请参考图3。第三实施例的方法系用于一行动定位装置(例如前述实施例的行动定位装置1)。行动定位装置与一影像数据库连接。第三实施例的详细步骤如下所述。

首先，执行步骤301，令行动定位装置撷取至少一感测信息以及一环境影像。其中，环境影像具有至少一环境影像特征点。接着，根据传感器所侦测的信息，位置信息可由步骤302或步骤303的执行达成。若根据感测信息判断需进行惯性导航，则执行步骤302，令行动定位装置根据至少一感测信息，基于惯性导航定位算法判断行动定位装置的一第一位置信息。

另一方面，若根据感测信息判断需进行行人航位推算，则执行步骤303，令行动定位装置根据至少一感测信息，基于行人航位推算定位算法判断行动定位装置的一第一位置信息。接着，执行步骤304，令行动定位装置自影像数据库中，选取对应于第一位置信息的一数据影像。其中，数据影像具有相应于至少一环境影像特征点的至少一数据影像特征点。

执行步骤305，令行动定位装置根据环境影像、数据影像、至少一环境影像特征点以及至少一数据影像特征点，计算一后方交会点。执行步骤306，令行动定位装置根据后方交会点判断行动定位装置的一第二位置信息。

须特别说明，第三实施例的定位方法可进一步地整合其它定位方式。具体而言，如流程图所示，步骤307可另外同步执行，令行动定位装置撷取至少一无线信号信息。接着执行步骤308，令行动定位装置根据至少一无线信号信息计算至少一第三位置信息。最后，执行步骤309，令行动定位装置根据第一位置信息、第二位置信息以及至少一第三位置信息，利用卡曼滤波器计算一第四位置信息。

综上所述，本发明的行动定位装置及其定位方法，可将透过不同感测消息判断使用者的状态，以分别利用不同的算法推算行动装置的初步位置，接着，使用影像特征点以及后方交会的计算，更有效率且精准地对行动定位装置进行定位，并可进一步地利用卡曼滤波器，针对不同定位信息进行整合加强定位的效果，以解决先前技术的缺点。

惟上述实施例仅为例示性说明本发明的实施态样，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的保护范畴。任何本领域技术人员可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利保护范围应以权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于行动定位装置的定位方法，该行动定位装置与影像数据库连接，该定位方法包含：

(a)令该行动定位装置撷取至少一感测信息以及环境影像，其中，该环境影像具有至少一环境影像特征点；

(b)令该行动定位装置根据该至少一感测信息判断该行动定位装置的第一位置信息；

(c)令该行动定位装置自该影像数据库中，选取对应于该第一位置信息的数据影像，其中，该数据影像具有相应于该至少一环境影像特征点的至少一数据影像特征点；

(d)令该行动定位装置根据该环境影像、该数据影像、该至少一环境影像特征点以及该至少一数据影像特征点，判断该行动定位装置的第二位置信息。

2.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，步骤(b)更包含：

(b1)令该行动定位装置根据该至少感测信息，基于惯性导航定位算法判断该行动定位装置的该第一位置信息。

3.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，步骤(b)更包含：

(b1)令该行动定位装置根据该至少一感测信息，基于行人航位推算定位算法判断该行动定位装置的该第一位置信息。

4.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，步骤(d)更包含：

(d1)令该行动定位装置根据该环境影像、该数据影像、该至少一环境影像特征点以及该至少一数据影像特征点，计算后方交会点；

(d2)令该行动定位装置根据该后方交会点判断该行动定位装置的该第二位置信息。

5.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，步骤(d)前更包含：

(d1)令该行动定位装置撷取至少一无线信号信息；

(d2)令该行动定位装置根据该至少一无线信号信息计算至少一第三位置信息；

其中，步骤(d)后更包含：

(d3)令该行动定位装置根据该第一位置信息、该第二位置信息以及该至少一第三位置信息，利用卡曼滤波器计算第四位置信息。

6.一种行动定位装置，包含：

收发单元，用以与影像数据库连接；

感测单元，用以撷取至少一感测信息；

影像撷取单元，用以撷取环境影像，其中，该环境影项具有至少一环境影像特征点；

处理单元，用以：

根据该至少一感测信息判断该行动定位装置的第一位置信息；

透过该收发单元，自该影像数据库中选取对应于该第一位置信息的数据影像，其中，该数据影像具有相应于该至少一环境影项特征点的至少一数据影像特征点；

根据该环境影像、该数据影像、该至少一环境影像特征点以及该至少一数据影像特征点，判断该行动定位装置的第二位置信息。

7.如权利要求6所述的行动定位装置，其特征在于，该处理单元更用以根据该至少一感测信息，基于惯性导航定位算法判断该行动定位装置的该第一位置信息。

8.如权利要求6所述的行动定位装置，其特征在于，该处理单元更用以根据该至少一感测信息，基于行人航位推算定位算法判断该行动定位装置的该第一位置信息。

9.如权利要求6所述的行动定位装置，其特征在于，该处理单元更用以：

根据该环境影像、该数据影像、该至少一环境影像特征点以及该至少一数据影像特征点，计算后方交会点；

根据该后方交会点判断该行动定位装置的该第二位置信息。

10.如权利要求6所述的行动定位装置，其特征在于，该收发单元更用以撷取至少一无线信号信息，该处理单元更用以：

根据该至少一无线信号信息计算至少一第三位置信息；

根据该第一位置信息、该第二位置信息以及该至少一第三位置信息，利用卡曼滤波器计算第四位置信息。