专利名称：实时影像导航系统及方法
实时影像导航系统及方法
技术领域：
本发明是有关于一种导航系统，特别是指一种在实时拍摄的街道影像上重迭显示导引信息的实时影像导航系统。
背景技术：
传统卫星导航系统是在预先绘制的二维地图上标示箭头、路径等导引信息，使用者必须自行将导航系统显示的二维地图与眼前的立体实景比对。在某些状况下，例如遇复杂的街道叉路、高架桥或圆环等，二维地图与立体实景之间存在相当差异，容易导致使用者无法了解导引信息。因此，近年来导航系统业者针对特定地点会进行拍照且收集交通号志等数据，并绘制立体画面；当车辆接近前述特定地点，则以立体画面取代二维地图，在立体画面上标示导引信息，让使用者轻松看懂导航系统所导引的方向。但实际上，基于成本考虑，导航系统业者仅能针对部分地点，例如交通流量大且用路人容易产生困扰的地点制作立体画面。当使用者行经没有制作立体画面的地点，仍然只能观看简单的二维地图。更重要的是，当建筑物拆除或改建而使地标消失或改变，导航系统业者难以立即更新数据库。在此情况下，当使用者行经样貌改变的地点，导航系统却显示旧的立体画面， 更容易导致使用者发生混淆。

发明内容因此，本发明的目的，即在提供一种在实时拍摄的街道影像上重迭显示导引信息的实时影像导航系统。本发明的再一目的，在于提供一种在实时拍摄的街道影像上重迭显示导引信息的实时影像导航方法。于是，本发明实时影像导航系统，包含一显示屏、一用以提供系统运动信息的惯性导航装置，及一用以规划行驶路线的导航单元，其特征在于该系统还包含一供撷取影像的影像撷取单元、一将该影像撷取单元撷取的影像实时显示于该显示屏的影像处理单元、一定位单元，及一控制单元。定位单元与该惯性导航装置及该导航单元连接，并依据该惯性导航装置提供的信息计算出一目前位置的地理坐标，并接收该导航单元提供的下一个需要实时影像导引的目标位置的地理坐标。控制单元依据该目前位置地理坐标、目标位置地理坐标及一预先储存的与该影像撷取单元相关的相机参数数据，计算出一目标位置在该显示屏中的坐标作为用来标示一指引记号的一指引记号坐标；并使该指引记号标示于该显示屏的指引记号坐标处而重迭显示于该实时影像上。较佳地，该控制单元计算该指引记号坐标的方式，是先求出该导航装置的目前位置与该目标位置之间在平面二垂直方向上及高度的距离，再计算该目标位置于该影像撷取单元的影像感应器上的成像位置，最后求出该目标位置于显示屏上的坐标，作为该指引记号坐标。较佳地，该定位单元利用其获得的目前位置坐标以及目标位置坐标计算出两者距离，并检视目前位置是否已到达一需要进行实时影像导引的地点，若是，才通知该影像处理单元显示该实时影像，且通知控制单元计算该指引记号坐标及标示该指引坐标。该定位单元还检视目前位置是否已通过该目标位置，若是，则通知该影像处理单元停止将影像显示于该显示屏。较佳地，该实时影像导航系统，还包含一内存，该定位单元将目前位置地理坐标以及目标位置地理坐标分别储存于该内存的一目前位置数据及一目标位置数据中且持续更新；该控制单元与该内存连接并自该目前位置数据及该目标位置数据中读取数据。本发明实时影像导航方法利用前述导航系统执行，并包含以下步骤(a)获取一目前位置的地理坐标，及一下一个要实时影像导引的目标位置的地理坐标；(b)将由一影像撷取单元撷取的实时影像显示于一显示屏；(c)依据该目前位置地理坐标、目标位置地理坐标及一预先储存的与该影像撷取单元相关的相机参数数据，计算出一目标位置在该导航系统的一显示屏中的坐标，作为用来标示一指引记号的一指引记号坐标；及(d)使该指引记号标示于该显示屏的指引记号坐标处而重迭显示于该实时影像上。较佳地，该步骤(C)中，计算该指引记号坐标的方式，是先求出该导航系统的目前位置与该目标位置之间在平面二垂直方向上及高度的距离，再计算该目标位置于该影像撷取单元的成像位置，最后求出该目标位置于该显示屏上的坐标，作为该指引记号坐标。较佳地，该步骤(b)及步骤(C)、(d)是当该目前位置已到达一需要进行实时影像导引的地点时才触发，且当该目前位置已通过该目标位置，则停止将影像显示于该显示屏。较佳地，该步骤(a)所获取的目前位置地理坐标以及目标位置地理坐标分别储存于一内存中且持续更新，作为执行步骤(c)的数据来源。为对本发明的目的、构造特征及其功能有进一步的了解，兹配合附图详细说明如下

图1是一系统方块图，说明本发明实时影像导航系统的较佳实施例的系统架构；图2是一流程图，说明本实施例执行的实时影像导航方法；图3是一示意图，说明本实施例所说明要实时影像导引的地点的地图；图4是一示意图，说明一影像撷取单元所撷取的影像；图5及图6是用以说明计算该指引记号坐标所需的对象的相关信息及相对关系；图7是一示意图，说明在该影像上迭上明显的指引记号。
具体实施方式有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一个较
5佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。参阅图1，本发明实时影像导航装置100的较佳实施例供安装于一汽车，包含一壳体(图未示)、设于壳体内的一导航单元1与一惯性导航装置anertialNavigation System，简称INS) 2、一设于壳体表面的显示屏3，及为实现实时影像导航而新增或调整设定的一定位单元4、一控制单元5、一影像撷取单元61、一影像处理单元62，及一储存有一目标位置数据71、一目前位置数据72及一相机参数数据73的内存7。该导航单元1主要用以规划行驶路线，其依据卫星定位(GPS)数据得知目前位置坐标，并依据使用者输入的目的地计算出最佳行驶路线或最短行驶路线。在本实施例，该导航单元1依据其规划的行驶路线及卫星定位数据，通知定位单元4下一个需要实时影像导引的目标位置的相关数据，内容包含目标位置坐标。惯性导航装置2 —般而言具有加速规及陀螺仪等能提供方向与加速度等运动信息的构件，在本实施例可依据定位单元4发出的控制指令，将系统100目前朝向哪个方向前进、加速度值等运动信息提供给定位单元4。以下配合参阅图2说明本实施例实时影像导航系统100执行的实时影像导航方法。当实时影像导航功能启动，导航单元1会不断地依据行驶路线以及GPS数据找出行驶路线中下一个需要实时影像导引的目标位置，例如图3所示的圈选处，为一多岔路口， 并通知定位单元4该目标位置的相关数据，内容包含目标位置坐标(步骤Sll)。定位单元4依据导航单元1提供的目标位置相关数据，将目标位置坐标存放于内存7的目标位置数据72记忆空间中。此外，定位单元4还持续对惯性导航装置2发出控制指令，使惯性导航装置2提供系统100运动方向、加速度值等信息，该定位单元4则一次次地依据所接收信息计算出系统100目前在三度空间中相对于起始点的相对位置与方向，获得一目前位置地理坐标及方向，并存放于内存7的目前位置数据71记忆空间中(步骤S12)。定位单元4利用其获得的目前位置坐标以及目标位置坐标计算出两者距离，并检视系统100目前位置是否到达一需要实时影像导引的地点(步骤S13)。一般来说，该地点距离目标位置约100公尺。本步骤持续进行，直到系统100目前位置到达该地点，则进入步骤 S14 及 S15。在步骤S14，影像处理单元62开始将目前影像撷取单元61撷取的影像显示于显示屏3，如图4所示。另一方面在步骤S15，控制单元5依据地图数据库(图未示)、内存7中储存的目前位置坐标、目标位置坐标、相机参数数据及系统100离地高度H(安装系统100时设定或另外以高度感应器取得)，以及GPS数据，计算要在显示屏3中标示一指引记号的一指引记号坐标。配合参阅图5及图6，该相机参数数据内容包括焦距f (镜头611到影像感应器612 的距离)、影像感应器612的宽cW及高cH，此外，还包括显示屏3的像素pWXpH。详细计算方法说明如下I.依据目前位置坐标及目标位置坐标，计算出距离D及夹角a，进一步求出平面二垂直方向上的距离X = D. sin (a)及Y = D. sin (a)。II.读取系统100离地高度H，并由地图数据库取得目标位置与目前位置的海拔高度而计算出高度差H’，再计算出目标位置与系统100的高度差dH = H-H'0
III.计算目标位置于影像撷取单元61的影像感应器612上的成像位置。以影像感应器612中心为原点，坐标(X，h)中，χ = f.X/Y，坐标h = f. dH/Y。IV.最后，计算目标位置于显示屏3上的坐标(px，py)，作为一指引记号坐标，其中 px = χ. pff/cff, py = h. pH/cH0在步骤S16，控制器5在该显示屏3的坐标(px，py)处标示一指引记号，例如一向下的箭头，箭头顶端位置对应该指引记号坐标(px，py)；并使该指引记号重迭显示于实时影像上而如图7所示。如此一来，使用者可直觉地了解导航系统100究竟是导引哪一条路。随着车辆持续前进，定位单元4持续更新的目前位置坐标，高度差H’也随的改变， 目标位置在显示屏3上的坐标也跟着改变，前述步骤S15及S16持续进行而使指引记号保持标示于目标位置于显示屏上的坐标处。此外，定位单元4持续计算目标位置与目前位置之间的距离，检视系统100目前位置是否通过目标位置(步骤S17)。当通过该目标位置，影像处理单元62即停止将影像显示于显示屏3 (步骤S18)，此时，导航单元1会再通知定位单元4下一个需要实时影像导引的目标位置而重新流程。控制单元5判断实时影像导引功能是否停止(步骤S19)，例如使用者是否操作系统100关闭此功能，若是，则结束流程；若否，则持续进行本流程。综上所述，本发明实时影像导航系统100能够在车辆接近实时影像导引的地点时，切换为影像模式并在影像中直接迭上指引记号，让使用者直觉地看懂导航系统100所指引的方位；此外，由于影像是真实的，即便附近建筑物等地标与导航系统业者记录不同， 本发明导航系统100还是能适用，而不需要另外收集数据、另外制作立体画面，故确实能达成本发明的目的。
权利要求
1.一种实时影像导航系统，包含一显示屏、一用以提供系统运动信息的惯性导航装置， 及一用以规划行驶路线的导航单元，其特征在于，该系统还包含一影像撷取单元，供撷取影像；一影像处理单元，将该影像撷取单元撷取的影像实时显示于该显示屏；一定位单元，与该惯性导航装置及该导航单元连接，并依据该惯性导航装置提供的信息计算出一目前位置的地理坐标，并接收该导航单元提供的一下一个需要实时影像导引的目标位置坐标；及一控制单元，依据该目前位置地理坐标、目标位置地理坐标及一预先储存的与该影像撷取单元相关的相机参数数据，计算出一目标位置在该显示屏中的坐标，以该坐标作为用来标示一指引记号的一指引记号坐标；并使该指引记号标示于该显示屏的指引记号坐标处而重迭显示于该实时影像上。
2.如权利要求1所述的实时影像导航系统，其特征在于，该控制单元计算该指引记号坐标的方式，是先求出该导航装置的目前位置与该目标位置之间在平面二垂直方向上及高度的距离，再计算该目标位置于该影像撷取单元的影像感应器上的成像位置，最后求出该目标位置于显示屏上的坐标，作为该指引记号坐标。
3.如权利要求1所述的实时影像导航系统，其特征在于，该定位单元利用其获得的目前位置坐标以及目标位置坐标计算出两者距离，并检视目前位置是否已到达一需要进行实时影像导引的地点，若是，才通知该影像处理单元显示该实时影像，且通知该控制单元计算该指引记号坐标及标示该指引坐标。
4.如权利要求3所述的实时影像导航系统，其特征在于，该定位单元还检视目前位置是否已通过该目标位置，若是，则通知该影像处理单元停止将影像显示于该显示屏。
5.如权利要求1、2、3或4所述的实时影像导航系统，其特征在于，其还包含一内存，该定位单元将该目前位置地理坐标以及目标位置地理坐标分别储存于该内存中且持续更新； 该控制单元与该内存连接并读取数据。
6.一种实时影像导航方法，利用一导航系统执行，其特征在于，其包含以下步骤(a)获取一目前位置的地理坐标，及一下一个要实时影像导引的目标位置的地理坐标；(b)将由一影像撷取单元撷取的实时影像显示于一显示屏；(c)依据该目前位置地理坐标、目标位置地理坐标及一预先储存的与该影像撷取单元相关的相机参数数据，计算出一目标位置在该导航系统的一显示屏中的坐标，作为用来标示一指引记号的一指引记号坐标；及(d)使该指引记号标示于该显示屏的指引记号坐标处而重迭显示于该实时影像上。
7.如权利要求要求6实时影像导航方法，其特征在于，该步骤(c)中，计算该指引记号坐标的方式，是先求出该导航系统的目前位置与该目标位置之间在平面二垂直方向上及高度的距离，再计算该目标位置于该影像撷取单元的成像位置，最后求出该目标位置于该显示屏上的坐标，作为该指引记号坐标。
8.如权利要求要求6实时影像导航方法，其特征在于，该步骤(b)及步骤(c)、(d)是当该目前位置已到达一需要进行实时影像导引的地点时才触发。
9.如权利要求要求8实时影像导航方法，其特征在于，当该目前位置已通过该目标位置，则停止将影像显示于该显示屏。
10.如权利要求要求6、7、8或9所述的实时影像导航方法，其特征在于，该步骤(a)所获取的目前位置地理坐标以及目标位置地理坐标分别储存于一内存中且持续更新，作为执行步骤(c)的数据来源。
全文摘要
本发明揭示一种实时影像导航系统，包含影像撷取单元、使影像实时显示于一显示屏的影像处理单元、定位单元，及控制单元。定位单元依据一惯性导航装置提供的信息计算出一目前位置的地理坐标，并接收一导航单元提供的下一个需要实时影像导引的目标位置的地理坐标。控制单元依据目前位置地理坐标、目标位置地理坐标及一相机参数数据，计算出一目标位置在该显示屏中的坐标，作为用来标示一指引记号的一指引记号坐标；并使该指引记号标示于该显示屏的指引记号坐标处而重迭显示于该实时影像上。
文档编号G01C21/36GK102288180SQ201010202158
公开日2011年12月21日 申请日期2010年6月18日 优先权日2010年6月18日
发明者郭幸评 申请人:昆达电脑科技(昆山)有限公司, 神达电脑股份有限公司