专利名称：使用扩增实境技术的定位装置及定位方法
技术领域：
本发明涉及一种定位装置及定位方法，且特别涉及一种使用扩增实境技术的定位装置及定位方法。
背景技术：
近年来,基于位置信息所提供的服务(Location Based Service)逐渐受到使用者的注意。扩增实境(Augmented Reality)技术即是目前市场上最为热门的移动服务之一。扩增实境技术是一种计算所摄取的影像所对应的实体的位置及角度，并于所摄取的影像叠加上相对应的信息或图像的技术。这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界与在现实世界结 合，并进行互动。举例来说，若撷取到附近餐厅的影像时，扩增实境技术可将此餐厅所对应的餐厅的基本数据与推荐菜色的数据叠加于此餐厅的影像之上，以提供使用者更便利的服务。然而，在扩增实境技术中，使用者所在位置的判断的精确与否，乃影响扩增实境技术效能好坏最重要的因素。对目前的移动装置而言，使用者位置的取得以全球定位系统(GlobalPositioning System, GPS)最为常见,也为大多数使用扩增实境技术的移动装置所采用。然而GPS碍于先天上的限制，其定位误差仍有3至5米的误差大小。此误差将明显地影响到扩增实境的效果。目前修正此误差的一种作法为，通过影像处理的方式将定位误差进行修正。举例来说，通过取得招牌的影像，来进行影像辨识，来确认是否确实为某家商店，以将此商店的扩增实境信息正确地显示于此家商店的影像上。然此法除了需至各地收集欲辨识的招牌图像数据外，在移动装置上，影像辨识将耗费极大的计算时间与消耗功率。因此，如何提供一种可以快速且有效的使用者所在位置的定位方式，以增进扩增实境的正确性与效能，乃业界所致力的课题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用扩增实境技术的定位装置及定位方法，可快速且有效地定位出定位装置的所在位置。本发明提出一种使用扩增实境技术的定位装置实施范例。此定位装置实施例包括一标的物坐标产生单元、一相对角度决定元件及一处理单元。标的物坐标产生单元用以选择定位装置外部的至少三个标的物，并取得至少三个标的物的至少三个标的物坐标值。相对角度决定元件用以决定至少三个标的物中两两标的物之间的至少两个视角差。处理单元用以根据至少两个视角差与至少三个标的物的坐标值，产生定位装置的一所在位置坐标值。本发明提出一种使用扩增实境技术的定位方法实施范例，是使用于一定位装置，此方法实施例包括下列步骤。选择定位装置外部的至少三个标的物，并取得至少三个标的物的至少三个标的物坐标值。决定至少三个标的物中两两标的物之间的至少两个视角差。根据至少两个视角差与至少三个标的物的坐标值，产生定位装置的一所在位置坐标值。本发明提出一种计算机程序产品实施范例，具有一计算机程序。当一定位装置加载此计算机程序并执行后，此定位装置完成一使用扩增实境技术的定位方法。此定位方法包括以下步骤。选择定位装置外部的至少三个标的物，并取得至少三个标的物的至少三个标的物坐标值。决定至少三个标的物中两两标的物之间的至少两个视角差。根据至少两个视角差与至少三个标的物的坐标值，产生定位装置的一所在位置坐标值。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图I绘示乃本发明一实施范例的一种使用扩增实境技术的定位装置的方框图；图2绘示图I的定位装置与多个标的物的关系的一范例的示意图；
图3乃屏幕显示器所显示的使用者界面的一范例；图4绘示乃一使用扩增实境技术的定位方法实施例的流程图；图5乃屏幕显示器所显示的画面的一例；图6绘示图I的定位装置与一个较大的标的物的关系的一例的示意图；图7绘不使用者界面的另一范例的不意图；图8绘示使用者界面的再一范例的示意图；图9绘示图2的定位装置与多个标的物的几何关系的一例；图10绘不图9的几何关系于Ct〈 90°时所对应的第一圆的不意图；图11绘不图9的几何关系于Ct > 90°时所对应的第一圆的不意图；图12绘示图9的几何关系所对应的所有可能的第一圆与第二圆的示意图。其中，附图标记100 :定位装置102 :标的物坐标产生单元104 :相对角度决定元件106 :处理单元108 :位置信息储存单元110:影像撷取装置112:屏幕显示器202、204、206 :标的物302,704,804 :标的物的影像304 :使用者界面306、706、806 :指示标记308 :确认键402、404、406 :流程步骤602 :标的物的最左侧604 :标的物的最右侧708 :方框808 :缩图
具体实施例方式下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述请同时参照图I及图2，图I绘示乃本发明一实施例的一种使用扩增实境技术的定位装置100的方框图，图2绘示图I的定位装置100与多个标的物的关系的一例的示意图。定位装置100包括一标的物坐标产生单元102、一相对角度决定元件104、及一处理单元106。标的物坐标产生单元102用以选择定位装置100外部的至少三个标的物，例如是图2所示的标的物202、204与206。标的物坐标产生单元102并取得此至少三个标的物的至少三个标的物坐标值，例如是标的物202的坐标(xl，yl)，标的物204的坐标(x2，y2)与标的物206的坐标(x3, y3)。相对角度决定元件104用以决定此至少三个标的物中两两标的物之间的至少两 个视角差，例如是决定标的物202与204之间的视角差α，以及标的物204与206之间的视
角差β。处理单元106则是用以根据此至少两个视角差与至少三个标的物的坐标值，产生定位装置100的一所在位置坐标值。例如根据标的物202的坐标(xl，yl)，标的物204的坐标(x2，y2)与标的物206的坐标(x3，y3)，以及视角差α与β，来得到定位装置100的所在位置坐标值U，y)。进一步来说,定位装置100还可包括一位置信息储存单元108,用以储存至少三个标的物的坐标值。标的物坐标产生单元102可从位置信息储存单元108取得此至少三个标的物的至少三个标的物坐标值。然定位装置100也可不使用到位置信息储存单元108，而使标的物坐标产生单元102从因特网取得此至少三个标的物的至少三个标的物坐标值。此至少三个标的物坐标值与所在位置坐标值可为全球地理坐标系统的坐标值，或者是自订的平面坐标系统的坐标值。标的物坐标产生单元102例如包括一影像撷取装置110与一屏幕显示器112。影像撷取装置Iio用以分别撷取上述至少三个标的物的影像，而屏幕显示器112则是用以分别显示上述至少三个标的物的影像与一使用者界面。使用者界面具有一指示标记。当屏幕显示器112显示上述至少三个标的物的影像时，指示标记用以选择上述至少三个标的物。影像撷取装置110例如可由视频镜头来实现。请同时参照图I及图3，其中图3乃屏幕显示器112所显示的使用者界面的一例。屏幕显示器112例如显示了标的物202的影像302与使用者界面304。使用者界面304具有一指示标记306。图3以指示标记306为位于屏幕显示器112中间的一位置指示线为例作说明，然本实施例并不限于此。指示标记306不一定要位于屏幕显示器112中间，且也不限制于线状，只要能于选择标的物时有同一个点选标准即可。当定位装置100被移动至所撷取的标的物202的影像302是位于指示标记306上时，使用者可通过点选确认键308，以选择标的物202。上述的相对角度决定元件104例如包括一惯性元件。此惯性元件例如为一磁力计、一重力加速度计或一陀螺仪。磁力计可得到标的物与正北方的夹角，而通过陀螺仪的角速度也可推测出定位装置100的旋转角度。然本实施例也不限于此，只要能测出角度变化的元件，均可作为本实施例的相对角度决定元件104。本实施例还提出一种使用扩增实境技术的定位方法，使用于定位装置100。请参照图4，其绘示乃本实施例的定位方法的流程图。此方法包括步骤402、404与406。于步骤402中，选择定位装置110外部的至少三个标的物，并取得至少三个标的物的至少三个标的物坐标值。于步骤406中，决定至少三个标的物中两两标的物之间的至少两个视角差。而于步骤406中，则根据至少两个视角差与至少三个标的物的坐标值，产生定位装置的一所在位置坐标值。执行步骤402时，当至少三个标的物分别被选取时，定位装置100分别面向此至少三个标的物，且屏幕显示器112所显示的至少三个标的物的影像分别位于指示标记306上。举例来说，定位装置100先面向图2的标的物202以撷取标的物202的影像，并显示于屏幕显示器112上。此时标的物202的影像302有可能不位于指示标记306上，如图5所示。然后，使用者站在相同位置处，微幅地旋转定位装置100，以更精确地面向标的物202并重新 撷取标的物202的影像。若此时屏幕显示器112所显示的标的物202的影像302已经移动成位于指示标记306上的话，如图3所示，则于使用者按下确认键308之后，标的物202将被选取，且相对角度决定元件104会产生标的物202的视角。之后，使用者站在实质上相同的位置处，再次地旋转定位装置100以面向图2的标的物204，并且微调定位装置100的角度，以使屏幕显示器112所显示的标的物204的影像是位于指示标记306上。于使用者按下确认键308之后，标的物204将被选择，且相对角度决定元件104会产生标的物204的视角。之后，使用者仍站在实质上相同的位置处，使用者再次地旋转定位装置100以面向图2的标的物206，并且微调定位装置100的角度，以使屏幕显示器112所显示的标的物206的影像位于指示标记306上。于使用者按下确认键308之后，标的物206将被选择，且相对角度决定元件104会产生标的物206的视角。相对角度决定元件104于得到标的物202、204及206的视角之后，即可产生视角差α与β。另一种作法为，相对角度决定元件104直接于标的物202与204被选择后，检测出定位装置100从面向标的物202旋转至标的物204时的旋转角度，以作为视角差α，并于标的物204与206被选择后，检测出定位装置100从面向标的物204旋转至标的物206时的旋转角度，以作为视角差β。请参照图6，如果标的物过大而不易将标的物的中心点对准于第3图的指示标记306的话，则可以通过分别让标的物的最左侧602与最右侧604分别对准指示标记306以分别取得视角之后，再将最左侧602与最右侧604所对应的视角作平均，以作为标的物的视角。请参照图7，其绘示使用者界面的另一例的示意图。于步骤402中，屏幕显示器112所显示的使用者界面702还可显示多个候选点的名称，以供使用者利用屏幕触控的方式或是按钮选取的方式，配合屏幕显示器112所显示的至少三个标的物的影像(例如是影像704)与指示标记706,从这些候选点中选取至少三个标的物。于图7中，多个候选点例如包括A车站、B百货公司、C饭店、与D景点。使用者可利用屏幕触控的方式，例如将A车站的方框708拖拉至指示标记706上，以选取A车站，也即是将影像704设成是A车站的影像，来选取A车站作为标的物并取得A车站的坐标值。使用者也可直接点选方框708，来选取A车站作为标的物。请参照图8，其绘示使用者界面的再一例的示意图。于步骤402中，屏幕显示器112所显示的使用者界面802还可显示多个候选点的缩图(例如是缩图808)，以供使用者利用屏幕触控的方式或是按钮选取的方式，配合屏幕显示器112所显示的至少三个标的物的影像(例如是影像804)与指示标记806,从这些候选点中选取至少三个标的物。若缩图808所代表的候选点即是所要选择的标的物，则使用者可以将缩图808以触控的方式，拖拉至指示标记806上以完成选择确定的动作，或是使用者可以直接点选缩图808以完成选择确定的动作。上述的多个候选点，可以是根据定位装置100的一概略位置来产生。例如是从多个地标中，寻找最接近此概略位置的多个地标，以作为上述的多 个候选点。例如，如图7所示，当知道定位装置100所在之处的概略位置之后，可从定位装置100所在之处的多个地标中，找出地标A车站、B百货公司、C饭店与D景点，以作为候选点。若定位装置100具有GPS功能的话，则此概略位置可根据所接收到的一 GPS定位信号来产生，以从GPS得知定位装置100的概略位置。若定位装置100具有无线通讯的功能，则此概略位置可从无线通讯基地台所接收的一基地台定位信号来产生，以从基地台得知定位装置100的概略位置。若定位装置100此时无法接收到GPS定位信号的话，则此概略位置可通过先前于附近已经接收下来的一先前的GPS定位信号来决定，来大略地估计目前定位装置100可能的所在位置，以作为上述的概略位置。或者，若定位装置100具有电子地图的功能的话，则使用者可以通过操作电子地图，依照使用者对目前所在环境的认知，从电子地图上找出定位装置100的概略区域，以产生上述的概略位置。位置信息储存单元108还可用以储存上述多个地标与多个地标的坐标值。于步骤402中，是根据此概略位置，以从位置信息储存单元108所储存的此些地标中，寻找最接近概略位置的多个地标，以作为此些候选点。而于步骤402中，也可从因特网取得此些地标与此些地标的坐标值。于图4的步骤406例如包括下列步骤。根据任意两个标的物与定位装置100共圆下的几何关系，产生对应的一第一圆心坐标参数及一第一圆。根据其它任两个标的物与定位装置100共圆下的几何关系，产生对应的一第二圆心坐标参数及一第二圆。选取第一圆与第二圆的交点，并根据至少二视角差以决定定位装置100的所在位置坐标值。兹举例详细说明如下。兹将图2的定位装置100与标的物202、204、及206的关系分别以图9的点X、A、B、及C代表之，其坐标分别为A(xl，yl)、B(x2，y2)、C(x3，y3)，点X(x，y)为待求的值。点X(x, y)使得Z BXC = a , Z BXA = β。首先，请参照图10，先找出三角形Λ BXC的共圆圆心01 (x4，y4)的参数式。已知三角形共圆圆心为三中垂线交点，所以可假设01在直线BC的中垂线L上，B与C点的中点为M,故可令01的参数式为x4=X2^Xs + (y2 - y3)ty4= y2^y3 +(X3-X2)^接着，依视角差α的条件计算01的坐标。如果视差角α <90°，根据O1B = O1Mcsca的关系，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) /
权利要求
1.一种使用扩增实境技术的定位装置，其特征在于，包括 一标的物坐标产生单元，用以选择该定位装置外部的至少三个标的物，并取得该至少三个标的物的至少三个标的物坐标值； 一相对角度决定元件，用以决定该至少三个标的物中两两标的物之间的至少两个视角差；以及 一处理单元，用以根据该至少两个视角差与该至少三个标的物的坐标值，产生该定位装置的一所在位置坐标值。
2.根据权利要求I所述使用扩增实境技术的定位装置，其特征在于，该标的物坐标产生单元包括 一影像撷取装置，用以分别撷取该至少三个标的物的影像； 一屏幕显示器，用以分别显示该至少三个标的物的影像与一使用者界面，该使用者界面具有一指示标记； 其中，当屏幕显示器显示的该至少三个标的物的影像时，该指示标记用以选择该至少三个标的物。
3.根据权利要求I所述使用扩增实境技术的定位装置，其特征在于，还包括 一位置信息储存单元，用以储存该至少三个标的物的坐标值，该标的物坐标产生单元从该位置信息储存单元取得该至少三个标的物的该至少三个标的物坐标值。
4.根据权利要求I所述使用扩增实境技术的定位装置，其特征在于，该标的物坐标产生单元从因特网取得该至少三个标的物的该至少三个标的物坐标值。
5.根据权利要求I所述使用扩增实境技术的定位装置，其特征在于，该相对角度决定元件包括一惯性元件。
6.根据权利要求5所述使用扩增实境技术的定位装置，其特征在于，该惯性元件包括一磁力计、一重力加速度计或一陀螺仪。
7.根据权利要求I所述使用扩增实境技术的定位装置，其特征在于，该至少三个标的物坐标值与该所在位置坐标值为全球地理坐标系统的坐标值。
8.根据权利要求I所述使用扩增实境技术的定位装置，其特征在于，该至少三个标的物坐标值与该所在位置坐标值为自订的平面坐标系统的坐标值。
9.一种使用扩增实境技术的定位方法，使用于一定位装置，其特征在于，该方法包括 选择该定位装置外部的至少三个标的物，并取得该至少三个标的物的至少三个标的物坐标值； 决定该至少三个标的物中两两标的物之间的至少两个视角差；以及 根据该至少两个视角差与该至少三个标的物的坐标值，产生该定位装置的一所在位置坐标值。
10.根据权利要求9所述使用扩增实境技术的定位方法，其特征在于，于该选择步骤中，使用一影像撷取装置来分别撷取该至少三个标的物的影像，并使用一屏幕显示器来显示该至少三个标的物的影像与一使用者界面，该使用者界面具有一指示标记； 其中，当屏幕显示器显示的该至少三个标的物的影像时，该指示标记用以选择该至少三个标的物。
11.根据权利要求10所述使用扩增实境技术的定位方法，其特征在于，当该至少三个标的物分别被选取时，该定位装置分别面向该至少三个标的物，且该屏幕显示器所显示的该至少三个标的物的影像分别位于该指示标记上。
12.根据权利要求10所述使用扩增实境技术的定位方法，其特征在于，于该选择步骤中，该屏幕显示器还显示多个候选点的名称及缩图至少两者之一，以供一使用者利用屏幕触控的方式或是按钮选取的方式，配合该屏幕显示器所显示的该至少三个标的物的影像与该指示标记，从该些候选点中选取该至少三个标的物。
13.根据权利要求12所述使用扩增实境技术的定位方法，其特征在于，于该选择步骤中，根据该定位装置的一概略位置，以从多个地标中，寻找最接近该概略位置的该些地标，以作为该些候选点。
14.根据权利要求13所述使用扩增实境技术的定位方法，其特征在于，该定位装置包括一位置信息储存单元，用以储存该些地标与该些地标的坐标值，于该选择步骤中，根据该概略位置，以从该位置信息储存单元所储存的该些地标中，寻找最接近该概略位置的该些地标，以作为该些候选点。
15.根据权利要求13所述使用扩增实境技术的定位方法，其特征在于，于该选择步骤中，从因特网取得该些地标与该些地标的坐标值。
16.根据权利要求13所述使用扩增实境技术的定位方法，其特征在于，于该选择步骤中，该概略位置为根据一全球定位系统定位信号产生，或根据一基地台定位信号产生，或通过一先前的全球定位系统定位信号产生，或是由该定位装置设定一概略区域产生。
17.根据权利要求9所述使用扩增实境技术的定位方法，其特征在于，于该决定步骤中，使用一惯性元件来决定该至少两个视角差。
18.根据权利要求17所述使用扩增实境技术的定位方法，其特征在于，该惯性元件包括一磁力计、一重力加速度计或一陀螺仪。
19.根据权利要求9所述使用扩增实境技术的定位方法，其特征在于，该至少三个标的物坐标值与该所在位置坐标值为全球地理坐标系统的坐标值，或是自订的平面坐标系统的坐标值。
20.根据权利要求9所述使用扩增实境技术的定位方法，其特征在于，所述产生该定位装置的该所在位置坐标值的步骤包括 根据任意两个标的物与该定位装置共圆下的几何关系，产生对应的一第一圆心坐标参数及一第一圆； 根据其它任意两个标的物与该定位装置共圆下的几何关系，产生对应的一第二圆心坐标参数及一第二圆；以及 选取该第一圆与该第二圆的交点，并根据该至少二视角差以决定该定位装置的该所在位置坐标值。
21.一种计算机程序产品，具有一计算机程序，当一定位装置加载该计算机程序并执行后，该定位装置完成一使用扩增实境技术的定位方法，其特征在于，该定位方法包括 选择该定位装置的至少三个标的物，并取得该至少三个标的物的至少三个标的物坐标值； 决定该至少三个标的物中两两标的物之间的至少两个视角差；以及 根据该至少两个视角差与该至少三个标的物的坐标值，产生该定位装置的一所在位置坐标值。
22.根据权利要求21所述计算机程序产品，其特征在于，于该选择步骤，是使用一影像撷取装置来分别撷取该至少三个标的物的影像，使用一屏幕显示器来显示该至少三个标的物的影像与一使用者界面，该使用者界面具有一指示标记； 其中，当屏幕显示器显示的该至少三个标的物的影像时，该指示标记用以选择该至少三个标的物。
23.根据权利要求22所述计算机程序产品，其特征在于，当该至少三个标的物分别被选取时，该定位装置分别面向该至少三个标的物，且该屏幕显示器所显示的该至少三个标的物的影像分别位于该指示标记上。
24.根据权利要求22所述计算机程序产品，其特征在于，于该选择步骤中，该屏幕显示器还显示多个候选点的名称及缩图至少二者之一，以供一使用者配合该屏幕显示器所显示的该至少三个标的物的影像与该指示标记，从该些候选点中选取该至少三个标的物。
25.根据权利要求24所述计算机程序产品，其特征在于，于该选择步骤中，是根据该定位装置的一概略位置，以从多个地标中，寻找最接近该概略位置的该些地标，以作为该些候选点。
26.根据权利要求25所述计算机程序产品，其特征在于，该定位装置包括一位置信息储存单元，用以储存该些地标与该些地标的坐标值，于该选择步骤中，是根据该概略位置，以从该位置信息储存单元所储存的该些地标中，寻找最接近该概略位置的该些地标，以作为该些候选点。
27.根据权利要求25所述计算机程序产品，其特征在于，于该选择步骤中，是从因特网取得该些地标与该些地标的坐标值。
28.根据权利要求25所述计算机程序产品，其特征在于，于该选择步骤中，该概略位置是根据一全球定位系统定位信号产生，或根据一基地台定位信号产生，或通过一先前的全球定位系统定位信号产生，或是由该定位装置设定一概略区域产生。
29.根据权利要求21所述计算机程序产品，其特征在于，于该决定步骤中，是使用一惯性元件来决定该至少两个视角差。
30.根据权利要求29所述计算机程序产品，其特征在个地，该惯性元件包括一磁力计、一重力加速度计或一陀螺仪。
31.根据权利要求21所述计算机程序产品，其特征在于，该至少三个标的物坐标值与该所在位置坐标值是为全球地理坐标系统的坐标值，或是自订的平面坐标系统的坐标值。
32.根据权利要求21所述计算机程序产品，其特征在于，所述产生该定位装置的该所在位置坐标值的步骤包括 根据任意两个标的物与该定位装置共圆下的几何关系，产生对应的一第一圆心坐标参数及一第一圆； 根据其它任意两个标的物与该定位装置共圆下的几何关系，产生对应的一第二圆心坐标参数及一第二圆；以及 选取该第一圆与该第二圆的交点，并根据该至少二视角差以决定该定位装置的该所在位置坐标值。
全文摘要
一种使用扩增实境技术的定位装置及定位方法。此定位装置包括一标的物坐标产生单元、一相对角度决定元件及一处理单元。标的物坐标产生单元用以选择定位装置外部的至少三个标的物，并取得至少三个标的物的至少三个标的物坐标值。相对角度决定元件用以决定至少三个标的物中两两标的物之间的至少两个视角差。处理单元用以根据至少两个视角差与至少三个标的物的坐标值，产生定位装置的一所在位置坐标值。
文档编号G01C21/00GK102788577SQ201110229660
公开日2012年11月21日 申请日期2011年8月11日 优先权日2011年5月17日
发明者曾煜棋, 林宗庆, 林群惟, 罗棨钟, 郭伦嘉 申请人:财团法人工业技术研究院