使用擴增實境技術的定位裝置及定位方法
2023-08-13 14:17:26 1
專利名稱：使用擴增實境技術的定位裝置及定位方法
技術領域：
本發明涉及一種定位裝置及定位方法，且特別涉及一種使用擴增實境技術的定位裝置及定位方法。
背景技術：
近年來,基於位置信息所提供的服務(Location Based Service)逐漸受到使用者的注意。擴增實境(Augmented Reality)技術即是目前市場上最為熱門的移動服務之一。擴增實境技術是一種計算所攝取的影像所對應的實體的位置及角度，並於所攝取的影像疊加上相對應的信息或圖像的技術。這種技術的目標是在屏幕上把虛擬世界與在現實世界結 合，並進行互動。舉例來說，若擷取到附近餐廳的影像時，擴增實境技術可將此餐廳所對應的餐廳的基本數據與推薦菜色的數據疊加於此餐廳的影像之上，以提供使用者更便利的服務。然而，在擴增實境技術中，使用者所在位置的判斷的精確與否，乃影響擴增實境技術效能好壞最重要的因素。對目前的移動裝置而言，使用者位置的取得以全球定位系統(GlobalPositioning System, GPS)最為常見,也為大多數使用擴增實境技術的移動裝置所採用。然而GPS礙於先天上的限制，其定位誤差仍有3至5米的誤差大小。此誤差將明顯地影響到擴增實境的效果。目前修正此誤差的一種作法為，通過影像處理的方式將定位誤差進行修正。舉例來說，通過取得招牌的影像，來進行影像辨識，來確認是否確實為某家商店，以將此商店的擴增實境信息正確地顯示於此家商店的影像上。然此法除了需至各地收集欲辨識的招牌圖像數據外，在移動裝置上，影像辨識將耗費極大的計算時間與消耗功率。因此，如何提供一種可以快速且有效的使用者所在位置的定位方式，以增進擴增實境的正確性與效能，乃業界所致力的課題之一。
發明內容
本發明的目的在於提供一種使用擴增實境技術的定位裝置及定位方法，可快速且有效地定位出定位裝置的所在位置。本發明提出一種使用擴增實境技術的定位裝置實施範例。此定位裝置實施例包括一標的物坐標產生單元、一相對角度決定元件及一處理單元。標的物坐標產生單元用以選擇定位裝置外部的至少三個標的物，並取得至少三個標的物的至少三個標的物坐標值。相對角度決定元件用以決定至少三個標的物中兩兩標的物之間的至少兩個視角差。處理單元用以根據至少兩個視角差與至少三個標的物的坐標值，產生定位裝置的一所在位置坐標值。本發明提出一種使用擴增實境技術的定位方法實施範例，是使用於一定位裝置，此方法實施例包括下列步驟。選擇定位裝置外部的至少三個標的物，並取得至少三個標的物的至少三個標的物坐標值。決定至少三個標的物中兩兩標的物之間的至少兩個視角差。根據至少兩個視角差與至少三個標的物的坐標值，產生定位裝置的一所在位置坐標值。本發明提出一種電腦程式產品實施範例，具有一電腦程式。當一定位裝置加載此電腦程式並執行後，此定位裝置完成一使用擴增實境技術的定位方法。此定位方法包括以下步驟。選擇定位裝置外部的至少三個標的物，並取得至少三個標的物的至少三個標的物坐標值。決定至少三個標的物中兩兩標的物之間的至少兩個視角差。根據至少兩個視角差與至少三個標的物的坐標值，產生定位裝置的一所在位置坐標值。以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。
圖I繪示乃本發明一實施範例的一種使用擴增實境技術的定位裝置的方框圖；圖2繪示圖I的定位裝置與多個標的物的關係的一範例的示意圖；
圖3乃屏幕顯示器所顯示的使用者界面的一範例；圖4繪示乃一使用擴增實境技術的定位方法實施例的流程圖；圖5乃屏幕顯示器所顯示的畫面的一例；圖6繪示圖I的定位裝置與一個較大的標的物的關係的一例的示意圖；圖7繪不使用者界面的另一範例的不意圖；圖8繪示使用者界面的再一範例的示意圖；圖9繪示圖2的定位裝置與多個標的物的幾何關係的一例；圖10繪不圖9的幾何關係於Ct〈 90°時所對應的第一圓的不意圖；圖11繪不圖9的幾何關係於Ct > 90°時所對應的第一圓的不意圖；圖12繪示圖9的幾何關系所對應的所有可能的第一圓與第二圓的示意圖。其中，附圖標記100 :定位裝置102 :標的物坐標產生單元104 :相對角度決定元件106 :處理單元108 :位置信息儲存單元110:影像擷取裝置112:屏幕顯示器202、204、206 :標的物302,704,804 :標的物的影像304 :使用者界面306、706、806 :指示標記308 :確認鍵402、404、406 :流程步驟602 :標的物的最左側604 :標的物的最右側708 :方框808 :縮圖
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理作具體的描述下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理作具體的描述請同時參照圖I及圖2，圖I繪示乃本發明一實施例的一種使用擴增實境技術的定位裝置100的方框圖，圖2繪示圖I的定位裝置100與多個標的物的關係的一例的示意圖。定位裝置100包括一標的物坐標產生單元102、一相對角度決定元件104、及一處理單元106。標的物坐標產生單元102用以選擇定位裝置100外部的至少三個標的物，例如是圖2所示的標的物202、204與206。標的物坐標產生單元102並取得此至少三個標的物的至少三個標的物坐標值，例如是標的物202的坐標(xl，yl)，標的物204的坐標(x2，y2)與標的物206的坐標(x3, y3)。相對角度決定元件104用以決定此至少三個標的物中兩兩標的物之間的至少兩 個視角差，例如是決定標的物202與204之間的視角差α，以及標的物204與206之間的視
角差β。處理單元106則是用以根據此至少兩個視角差與至少三個標的物的坐標值，產生定位裝置100的一所在位置坐標值。例如根據標的物202的坐標(xl，yl)，標的物204的坐標(x2，y2)與標的物206的坐標(x3，y3)，以及視角差α與β，來得到定位裝置100的所在位置坐標值U，y)。進一步來說,定位裝置100還可包括一位置信息儲存單元108,用以儲存至少三個標的物的坐標值。標的物坐標產生單元102可從位置信息儲存單元108取得此至少三個標的物的至少三個標的物坐標值。然定位裝置100也可不使用到位置信息儲存單元108，而使標的物坐標產生單元102從網際網路取得此至少三個標的物的至少三個標的物坐標值。此至少三個標的物坐標值與所在位置坐標值可為全球地理坐標系統的坐標值，或者是自訂的平面坐標系統的坐標值。標的物坐標產生單元102例如包括一影像擷取裝置110與一屏幕顯示器112。影像擷取裝置Iio用以分別擷取上述至少三個標的物的影像，而屏幕顯示器112則是用以分別顯示上述至少三個標的物的影像與一使用者界面。使用者界面具有一指示標記。當屏幕顯示器112顯示上述至少三個標的物的影像時，指示標記用以選擇上述至少三個標的物。影像擷取裝置110例如可由視頻鏡頭來實現。請同時參照圖I及圖3，其中圖3乃屏幕顯示器112所顯示的使用者界面的一例。屏幕顯示器112例如顯示了標的物202的影像302與使用者界面304。使用者界面304具有一指示標記306。圖3以指示標記306為位於屏幕顯示器112中間的一位置指示線為例作說明，然本實施例並不限於此。指示標記306不一定要位於屏幕顯示器112中間，且也不限制於線狀，只要能於選擇標的物時有同一個點選標準即可。當定位裝置100被移動至所擷取的標的物202的影像302是位於指示標記306上時，使用者可通過點選確認鍵308，以選擇標的物202。上述的相對角度決定元件104例如包括一慣性元件。此慣性元件例如為一磁力計、一重力加速度計或一陀螺儀。磁力計可得到標的物與正北方的夾角，而通過陀螺儀的角速度也可推測出定位裝置100的旋轉角度。然本實施例也不限於此，只要能測出角度變化的元件，均可作為本實施例的相對角度決定元件104。本實施例還提出一種使用擴增實境技術的定位方法，使用於定位裝置100。請參照圖4，其繪示乃本實施例的定位方法的流程圖。此方法包括步驟402、404與406。於步驟402中，選擇定位裝置110外部的至少三個標的物，並取得至少三個標的物的至少三個標的物坐標值。於步驟406中，決定至少三個標的物中兩兩標的物之間的至少兩個視角差。而於步驟406中，則根據至少兩個視角差與至少三個標的物的坐標值，產生定位裝置的一所在位置坐標值。執行步驟402時，當至少三個標的物分別被選取時，定位裝置100分別面向此至少三個標的物，且屏幕顯示器112所顯示的至少三個標的物的影像分別位於指示標記306上。舉例來說，定位裝置100先面向圖2的標的物202以擷取標的物202的影像，並顯示於屏幕顯示器112上。此時標的物202的影像302有可能不位於指示標記306上，如圖5所示。然後，使用者站在相同位置處，微幅地旋轉定位裝置100，以更精確地面向標的物202並重新 擷取標的物202的影像。若此時屏幕顯示器112所顯示的標的物202的影像302已經移動成位於指示標記306上的話，如圖3所示，則於使用者按下確認鍵308之後，標的物202將被選取，且相對角度決定元件104會產生標的物202的視角。之後，使用者站在實質上相同的位置處，再次地旋轉定位裝置100以面向圖2的標的物204，並且微調定位裝置100的角度，以使屏幕顯示器112所顯示的標的物204的影像是位於指示標記306上。於使用者按下確認鍵308之後，標的物204將被選擇，且相對角度決定元件104會產生標的物204的視角。之後，使用者仍站在實質上相同的位置處，使用者再次地旋轉定位裝置100以面向圖2的標的物206，並且微調定位裝置100的角度，以使屏幕顯示器112所顯示的標的物206的影像位於指示標記306上。於使用者按下確認鍵308之後，標的物206將被選擇，且相對角度決定元件104會產生標的物206的視角。相對角度決定元件104於得到標的物202、204及206的視角之後，即可產生視角差α與β。另一種作法為，相對角度決定元件104直接於標的物202與204被選擇後，檢測出定位裝置100從面向標的物202旋轉至標的物204時的旋轉角度，以作為視角差α，並於標的物204與206被選擇後，檢測出定位裝置100從面向標的物204旋轉至標的物206時的旋轉角度，以作為視角差β。請參照圖6，如果標的物過大而不易將標的物的中心點對準於第3圖的指示標記306的話，則可以通過分別讓標的物的最左側602與最右側604分別對準指示標記306以分別取得視角之後，再將最左側602與最右側604所對應的視角作平均，以作為標的物的視角。請參照圖7，其繪示使用者界面的另一例的示意圖。於步驟402中，屏幕顯示器112所顯示的使用者界面702還可顯示多個候選點的名稱，以供使用者利用屏幕觸控的方式或是按鈕選取的方式，配合屏幕顯示器112所顯示的至少三個標的物的影像(例如是影像704)與指示標記706,從這些候選點中選取至少三個標的物。於圖7中，多個候選點例如包括A車站、B百貨公司、C飯店、與D景點。使用者可利用屏幕觸控的方式，例如將A車站的方框708拖拉至指示標記706上，以選取A車站，也即是將影像704設成是A車站的影像，來選取A車站作為標的物並取得A車站的坐標值。使用者也可直接點選方框708，來選取A車站作為標的物。請參照圖8，其繪示使用者界面的再一例的示意圖。於步驟402中，屏幕顯示器112所顯示的使用者界面802還可顯示多個候選點的縮圖(例如是縮圖808)，以供使用者利用屏幕觸控的方式或是按鈕選取的方式，配合屏幕顯示器112所顯示的至少三個標的物的影像(例如是影像804)與指示標記806,從這些候選點中選取至少三個標的物。若縮圖808所代表的候選點即是所要選擇的標的物，則使用者可以將縮圖808以觸控的方式，拖拉至指示標記806上以完成選擇確定的動作，或是使用者可以直接點選縮圖808以完成選擇確定的動作。上述的多個候選點，可以是根據定位裝置100的一概略位置來產生。例如是從多個地標中，尋找最接近此概略位置的多個地標，以作為上述的多 個候選點。例如，如圖7所示，當知道定位裝置100所在之處的概略位置之後，可從定位裝置100所在之處的多個地標中，找出地標A車站、B百貨公司、C飯店與D景點，以作為候選點。若定位裝置100具有GPS功能的話，則此概略位置可根據所接收到的一 GPS定位信號來產生，以從GPS得知定位裝置100的概略位置。若定位裝置100具有無線通訊的功能，則此概略位置可從無線通訊基地臺所接收的一基地臺定位信號來產生，以從基地臺得知定位裝置100的概略位置。若定位裝置100此時無法接收到GPS定位信號的話，則此概略位置可通過先前於附近已經接收下來的一先前的GPS定位信號來決定，來大略地估計目前定位裝置100可能的所在位置，以作為上述的概略位置。或者，若定位裝置100具有電子地圖的功能的話，則使用者可以通過操作電子地圖，依照使用者對目前所在環境的認知，從電子地圖上找出定位裝置100的概略區域，以產生上述的概略位置。位置信息儲存單元108還可用以儲存上述多個地標與多個地標的坐標值。於步驟402中，是根據此概略位置，以從位置信息儲存單元108所儲存的此些地標中，尋找最接近概略位置的多個地標，以作為此些候選點。而於步驟402中，也可從網際網路取得此些地標與此些地標的坐標值。於圖4的步驟406例如包括下列步驟。根據任意兩個標的物與定位裝置100共圓下的幾何關係，產生對應的一第一圓心坐標參數及一第一圓。根據其它任兩個標的物與定位裝置100共圓下的幾何關係，產生對應的一第二圓心坐標參數及一第二圓。選取第一圓與第二圓的交點，並根據至少二視角差以決定定位裝置100的所在位置坐標值。茲舉例詳細說明如下。茲將圖2的定位裝置100與標的物202、204、及206的關係分別以圖9的點X、A、B、及C代表之，其坐標分別為A(xl，yl)、B(x2，y2)、C(x3，y3)，點X(x，y)為待求的值。點X(x, y)使得Z BXC = a , Z BXA = β。首先，請參照圖10，先找出三角形Λ BXC的共圓圓心01 (x4，y4)的參數式。已知三角形共圓圓心為三中垂線交點，所以可假設01在直線BC的中垂線L上，B與C點的中點為M,故可令01的參數式為x4=X2^Xs + (y2 - y3)ty4= y2^y3 +(X3-X2)^接著，依視角差α的條件計算01的坐標。如果視差角α <90°，根據O1B = O1Mcsca的關係，可得2 + [少2 2 少3 +(χ3 -X2)/-^]2 =[( 3 ^ 2)2 +(少3 ^2)2]csc2 a得到
9 I ,It ——(CSC CC — I) /
權利要求
1.一種使用擴增實境技術的定位裝置，其特徵在於，包括 一標的物坐標產生單元，用以選擇該定位裝置外部的至少三個標的物，並取得該至少三個標的物的至少三個標的物坐標值； 一相對角度決定元件，用以決定該至少三個標的物中兩兩標的物之間的至少兩個視角差；以及 一處理單元，用以根據該至少兩個視角差與該至少三個標的物的坐標值，產生該定位裝置的一所在位置坐標值。
2.根據權利要求I所述使用擴增實境技術的定位裝置，其特徵在於，該標的物坐標產生單元包括 一影像擷取裝置，用以分別擷取該至少三個標的物的影像； 一屏幕顯示器，用以分別顯示該至少三個標的物的影像與一使用者界面，該使用者界面具有一指示標記； 其中，當屏幕顯示器顯示的該至少三個標的物的影像時，該指示標記用以選擇該至少三個標的物。
3.根據權利要求I所述使用擴增實境技術的定位裝置，其特徵在於，還包括 一位置信息儲存單元，用以儲存該至少三個標的物的坐標值，該標的物坐標產生單元從該位置信息儲存單元取得該至少三個標的物的該至少三個標的物坐標值。
4.根據權利要求I所述使用擴增實境技術的定位裝置，其特徵在於，該標的物坐標產生單元從網際網路取得該至少三個標的物的該至少三個標的物坐標值。
5.根據權利要求I所述使用擴增實境技術的定位裝置，其特徵在於，該相對角度決定元件包括一慣性元件。
6.根據權利要求5所述使用擴增實境技術的定位裝置，其特徵在於，該慣性元件包括一磁力計、一重力加速度計或一陀螺儀。
7.根據權利要求I所述使用擴增實境技術的定位裝置，其特徵在於，該至少三個標的物坐標值與該所在位置坐標值為全球地理坐標系統的坐標值。
8.根據權利要求I所述使用擴增實境技術的定位裝置，其特徵在於，該至少三個標的物坐標值與該所在位置坐標值為自訂的平面坐標系統的坐標值。
9.一種使用擴增實境技術的定位方法，使用於一定位裝置，其特徵在於，該方法包括 選擇該定位裝置外部的至少三個標的物，並取得該至少三個標的物的至少三個標的物坐標值； 決定該至少三個標的物中兩兩標的物之間的至少兩個視角差；以及 根據該至少兩個視角差與該至少三個標的物的坐標值，產生該定位裝置的一所在位置坐標值。
10.根據權利要求9所述使用擴增實境技術的定位方法，其特徵在於，於該選擇步驟中，使用一影像擷取裝置來分別擷取該至少三個標的物的影像，並使用一屏幕顯示器來顯示該至少三個標的物的影像與一使用者界面，該使用者界面具有一指示標記； 其中，當屏幕顯示器顯示的該至少三個標的物的影像時，該指示標記用以選擇該至少三個標的物。
11.根據權利要求10所述使用擴增實境技術的定位方法，其特徵在於，當該至少三個標的物分別被選取時，該定位裝置分別面向該至少三個標的物，且該屏幕顯示器所顯示的該至少三個標的物的影像分別位於該指示標記上。
12.根據權利要求10所述使用擴增實境技術的定位方法，其特徵在於，於該選擇步驟中，該屏幕顯示器還顯示多個候選點的名稱及縮圖至少兩者之一，以供一使用者利用屏幕觸控的方式或是按鈕選取的方式，配合該屏幕顯示器所顯示的該至少三個標的物的影像與該指示標記，從該些候選點中選取該至少三個標的物。
13.根據權利要求12所述使用擴增實境技術的定位方法，其特徵在於，於該選擇步驟中，根據該定位裝置的一概略位置，以從多個地標中，尋找最接近該概略位置的該些地標，以作為該些候選點。
14.根據權利要求13所述使用擴增實境技術的定位方法，其特徵在於，該定位裝置包括一位置信息儲存單元，用以儲存該些地標與該些地標的坐標值，於該選擇步驟中，根據該概略位置，以從該位置信息儲存單元所儲存的該些地標中，尋找最接近該概略位置的該些地標，以作為該些候選點。
15.根據權利要求13所述使用擴增實境技術的定位方法，其特徵在於，於該選擇步驟中，從網際網路取得該些地標與該些地標的坐標值。
16.根據權利要求13所述使用擴增實境技術的定位方法，其特徵在於，於該選擇步驟中，該概略位置為根據一全球定位系統定位信號產生，或根據一基地臺定位信號產生，或通過一先前的全球定位系統定位信號產生，或是由該定位裝置設定一概略區域產生。
17.根據權利要求9所述使用擴增實境技術的定位方法，其特徵在於，於該決定步驟中，使用一慣性元件來決定該至少兩個視角差。
18.根據權利要求17所述使用擴增實境技術的定位方法，其特徵在於，該慣性元件包括一磁力計、一重力加速度計或一陀螺儀。
19.根據權利要求9所述使用擴增實境技術的定位方法，其特徵在於，該至少三個標的物坐標值與該所在位置坐標值為全球地理坐標系統的坐標值，或是自訂的平面坐標系統的坐標值。
20.根據權利要求9所述使用擴增實境技術的定位方法，其特徵在於，所述產生該定位裝置的該所在位置坐標值的步驟包括 根據任意兩個標的物與該定位裝置共圓下的幾何關係，產生對應的一第一圓心坐標參數及一第一圓； 根據其它任意兩個標的物與該定位裝置共圓下的幾何關係，產生對應的一第二圓心坐標參數及一第二圓；以及 選取該第一圓與該第二圓的交點，並根據該至少二視角差以決定該定位裝置的該所在位置坐標值。
21.一種電腦程式產品，具有一電腦程式，當一定位裝置加載該電腦程式並執行後，該定位裝置完成一使用擴增實境技術的定位方法，其特徵在於，該定位方法包括 選擇該定位裝置的至少三個標的物，並取得該至少三個標的物的至少三個標的物坐標值； 決定該至少三個標的物中兩兩標的物之間的至少兩個視角差；以及 根據該至少兩個視角差與該至少三個標的物的坐標值，產生該定位裝置的一所在位置坐標值。
22.根據權利要求21所述電腦程式產品，其特徵在於，於該選擇步驟，是使用一影像擷取裝置來分別擷取該至少三個標的物的影像，使用一屏幕顯示器來顯示該至少三個標的物的影像與一使用者界面，該使用者界面具有一指示標記； 其中，當屏幕顯示器顯示的該至少三個標的物的影像時，該指示標記用以選擇該至少三個標的物。
23.根據權利要求22所述電腦程式產品，其特徵在於，當該至少三個標的物分別被選取時，該定位裝置分別面向該至少三個標的物，且該屏幕顯示器所顯示的該至少三個標的物的影像分別位於該指示標記上。
24.根據權利要求22所述電腦程式產品，其特徵在於，於該選擇步驟中，該屏幕顯示器還顯示多個候選點的名稱及縮圖至少二者之一，以供一使用者配合該屏幕顯示器所顯示的該至少三個標的物的影像與該指示標記，從該些候選點中選取該至少三個標的物。
25.根據權利要求24所述電腦程式產品，其特徵在於，於該選擇步驟中，是根據該定位裝置的一概略位置，以從多個地標中，尋找最接近該概略位置的該些地標，以作為該些候選點。
26.根據權利要求25所述電腦程式產品，其特徵在於，該定位裝置包括一位置信息儲存單元，用以儲存該些地標與該些地標的坐標值，於該選擇步驟中，是根據該概略位置，以從該位置信息儲存單元所儲存的該些地標中，尋找最接近該概略位置的該些地標，以作為該些候選點。
27.根據權利要求25所述電腦程式產品，其特徵在於，於該選擇步驟中，是從網際網路取得該些地標與該些地標的坐標值。
28.根據權利要求25所述電腦程式產品，其特徵在於，於該選擇步驟中，該概略位置是根據一全球定位系統定位信號產生，或根據一基地臺定位信號產生，或通過一先前的全球定位系統定位信號產生，或是由該定位裝置設定一概略區域產生。
29.根據權利要求21所述電腦程式產品，其特徵在於，於該決定步驟中，是使用一慣性元件來決定該至少兩個視角差。
30.根據權利要求29所述電腦程式產品，其特徵在個地，該慣性元件包括一磁力計、一重力加速度計或一陀螺儀。
31.根據權利要求21所述電腦程式產品，其特徵在於，該至少三個標的物坐標值與該所在位置坐標值是為全球地理坐標系統的坐標值，或是自訂的平面坐標系統的坐標值。
32.根據權利要求21所述電腦程式產品，其特徵在於，所述產生該定位裝置的該所在位置坐標值的步驟包括 根據任意兩個標的物與該定位裝置共圓下的幾何關係，產生對應的一第一圓心坐標參數及一第一圓； 根據其它任意兩個標的物與該定位裝置共圓下的幾何關係，產生對應的一第二圓心坐標參數及一第二圓；以及 選取該第一圓與該第二圓的交點，並根據該至少二視角差以決定該定位裝置的該所在位置坐標值。
全文摘要
一種使用擴增實境技術的定位裝置及定位方法。此定位裝置包括一標的物坐標產生單元、一相對角度決定元件及一處理單元。標的物坐標產生單元用以選擇定位裝置外部的至少三個標的物，並取得至少三個標的物的至少三個標的物坐標值。相對角度決定元件用以決定至少三個標的物中兩兩標的物之間的至少兩個視角差。處理單元用以根據至少兩個視角差與至少三個標的物的坐標值，產生定位裝置的一所在位置坐標值。
文檔編號G01C21/00GK102788577SQ201110229660
公開日2012年11月21日 申請日期2011年8月11日 優先權日2011年5月17日
發明者曾煜棋, 林宗慶, 林群惟, 羅棨鍾, 郭倫嘉 申請人:財團法人工業技術研究院