在高架道路区域内提供车辆导航信息的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及车辆导航技术，特别涉及一种在高架道路区域内提供车辆导航信息的方法以及实现该方法的车辆导航设备。按照本发明一个实施例的在高架道路区域内提供车辆导航信息的方法包括下列步骤：当判断所述车辆接近所述高架道路区域的匝道时，开始从车辆行进方向上的多幅图像的每一幅中提取至少一个特征对象，所述多幅图像获取自不同的时刻；根据所述特征对象随时间变化的特性确定所述车辆在所述匝道上的行驶方向；以及根据所述行驶方向生成和呈现相应的车辆导航信息。
【专利说明】在高架道路区域内提供车辆导航信息的方法和设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及车辆导航技术，特别涉及一种在高架道路区域内提供车辆导航信息的方法以及实现该方法的车辆导航设备。
【背景技术】
[0002]建设完善的智能交通系统是业界目前研究的重点。车辆导航技术是智能交通系统的重要组成部分，其借助于电子地图实时提供车辆位置、速度、方向以及周围地理环境等导航信息，从而指导驾车者快速、准确和安全地到达目的地。
[0003]典型的车辆导航系统一般包括导航主机和显示终端。系统的内置天线接收来自环绕地球的人造卫星所发送的无线定位信号，由此可测定车辆当前所处的位置。导航主机通过将卫星信号确定的位置坐标与电子地图数据进行匹配，从而在电子地图上确定车辆的准确位置。在此基础上，还可以提供各种基于位置的服务，例如行车导航、路线推荐、信息查询坐寸ο
[0004]高架道路指的是由高出地面的一系列桥梁组成的城市空间道路，其具有疏散交通密度，提高通行能力和运输效率等优点。通常情况下，高架道路被架设在地面道路的上方以节约土地面积，但是这却给车辆定位带来了新的课题。具体而言，由于借助卫星信号一般难以确定物体在垂直方向上的高度差异，因此基于卫星信号的定位方法无法区分出车辆是在高架道路上行进还是在位于其下方的地面道路上行进，从而影响到导航信息的准确性。
[0005]可见，迫切需要一种能够对车辆的上述两种行驶状态作出准确区分的方法。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种在高架道路区域内提供车辆导航信息的方法，其具有准确性高和实现可靠等优点。
[0007]按照本发明一个实施例的在高架道路区域内提供车辆导航信息的方法包括下列步骤:
[0008]当判断车辆接近所述高架道路区域的匝道时，开始从车辆行进方向上的多幅图像的每一幅中提取至少一个特征对象，所述多幅图像获取自不同的时刻；
[0009]根据所述特征对象随时间变化的特性确定所述车辆在所述匝道上的行驶方向；以及
[0010]根据所述行驶方向生成和呈现相应的车辆导航信息。
[0011]在上述实施例中，通过分析车辆在匝道区域的行驶状态能够准确判断其在随后的行车路径，这种方式具有可操作性好和实时性强等优点。
[0012]优选地，在上述方法中，根据由车辆导航设备获得的所述车辆与所述匝道之间的距离来判断所述车辆是否接近所述匝道。
[0013]优选地，在上述方法中，所述多幅图像以相等的时间间隔获取，所述时间间隔根据所述匝道的长度确定。
[0014]优选地，在上述方法中，所述特征对象为天空和高架道路，在从所述多幅图像提取特征对象之后并且在确定所述行驶方向之前还包括下列步骤:
[0015]判断所提取的特征对象在所述图像中的位置是否与预设的空间位置关系规则匹配；
[0016]如果匹配，则判定所述特征对象能够用于确定所述行驶方向，否则，则判定所述图像的获取出现异常。
[0017]优选地，在上述方法中，根据所述特征对象随时间变化的特性确定所述车辆的行驶方向包括下列步骤:
[0018]对于所述多幅图像中的每一幅，计算其中的天空和高架道路所占区域的面积比值；
[0019]根据多幅图像中的所述面积比值随时间的变化情况判断所述车辆是沿匝道驶入闻架道路还是驶尚闻架道路。
[0020]由于采用面积比值来表征特征对象随时间变化的特性，因此明显提高了方向判断的稳定性和准确性。
[0021]优选地，在上述方法中，所述特征对象为车道，根据所述特征对象随时间变化的特性确定所述车辆的行驶方向包括下列步骤:
[0022]确定车道在所述多幅图像中随时间的位置变化；
[0023]根据所述位置变化和来自所述导航设备的车道数据判断所述车辆是沿匝道驶入闻架道路还是驶尚闻架道路。
[0024]本发明的还有一个目的是提供一种车辆导航设备，其能够准确判断车辆在高架道路区域内的导航信息。
[0025]按照本发明一个实施例的车辆导航设备包括:
[0026]定位信号接收单元，其配置为接收来自卫星的定位信号；
[0027]显示器；以及
[0028]与所述定位信号接收单元和显示器耦合的处理单元，其配置为对所述定位信号进行处理并且使所述显示器呈现相应的导航信息，
[0029]进一步包括与所述处理单元稱合的图像单元,其包括:
[0030]图像获取装置，其配置为获取车辆行进方向上的多幅图像，所述多幅图像获取自不同的时刻；以及
[0031]图像处理装置，其配置为从所述多幅图像的每一幅中提取至少一个特征对象，并且根据所述特征对象随时间变化的特性确定所述车辆在所述匝道上的行驶方向，
[0032]所述处理单元被进一步配置为当根据所述定位信号判断所述车辆接近所述高架道路区域的匝道时，启动所述提取至少一个特征对象的操作和所述确定行驶方向的操作，其还被配置为根据所述行驶方向和定位信号生成导航信息。
[0033]优选地，在上述车辆导航设备中，所述处理单元还配置为当根据所述定位信号判断所述车辆接近所述高架道路区域的匝道时，启动所述图像获取装置执行所述多幅图像的获取操作。在优选方式下，仅在车辆接近匝道时才启动图像获取装置执行图像获取操作，这有利于降低系统的功耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]本发明的上述和/或其它方面和优点将通过以下结合附图的各个方面的描述变得更加清晰和更容易理解，附图中相同或相似的单元采用相同的标号表示，附图包括:
[0035]图1为按照本发明一个实施例的车辆导航设备的结构框图。
[0036]图2为按照本发明一个实施例的在高架道路区域提供车辆导航信息的方法的总体流程图。
[0037]图3为用于图2所示方法的特征对象提取例程的流程图。
[0038]图4为按照本发明另一个实施例的在高架道路区域提供车辆导航信息的方法的总体流程图。
[0039]附图标号列表
[0040]10车辆导航设备
[0041]110定位信号接收单元
[0042]120显示器
[0043]130存储器
[0044]140图像单元
[0045]141图像获取装置
[0046]142图像处理装置
[0047]150处理单元
【具体实施方式】
[0048]下面参照其中图示了本发明示意性实施例的附图更为全面地说明本发明。。
[0049]在下面的描述中，术语“高架道路区域”指的是高架道路所占用的地面区域和该地面区域的上方空间，因此当高架道路假设在地面道路上方时，地面道路也被包含在高架道路区域内。由此可见，本说明书中诸如“在高架道路区域内提供车辆导航信息”的表述不应狭义地理解为仅提供车辆在高架道路上的导航信息，而应理解为既可提供车辆在高架道路上的导航信息，也可提供车辆在地面道路上的导航信息。而如在上述【背景技术】部分指出的，现有技术无法区分出车辆是在高架道路上行进还是在位于其下方的地面道路上行进，由此导致不准确的导航信息。按照本发明的实施例，根据车辆在匝道上的行驶方向(例如向上进入高架道路或向下离开高架道路)可以确定其后续是在高架道路上还是在地面道路上行驶，从而能够提供完备的导航信息。
[0050]以下借助附图具体描述本发明的实施例。
[0051]图1为按照本发明一个实施例的车辆导航设备的结构框图。
[0052]如图1所示，本实施例的车辆导航设备10包括定位信号接收单元110、显示器120、存储器130、图像单元140和与前述各个单元耦合的处理单元150。
[0053]在本实施例中，定位信号接收单元110从诸如北斗卫星导航系统、全球定位系统(GPS)、伽利略卫星导航系统和俄罗斯全球导航卫星系统之类的卫星定位系统接收卫星信号。导航数据被存储在存储器130中以供处理单元150调用。处理单元150根据接收的卫星信号确定车辆的当前位置信息并结合存储在存储器130内的导航数据生成导航信息。所生成的导航信息被呈现在显示器120上以供用户使用。
[0054]存储器130除了存储上述导航数据以外，还存储用于实现导航功能以及下面将要描述的判断车辆在高架道路区域内行驶状态的控制程序以及其它数据。
[0055]参见图1，图像单元140包括图像获取装置141和图像处理装置142。
[0056]在本实施例中，图像获取装置141用于获取车辆在行进方向上的图像。值得指出的是，这里的行进方向应该广义理解为既包括沿车辆前进方向，也包括与车辆前进方向相反的方向。从后面的描述中将会认识到，前进方向上的图像和/或与前进方向相反的方向上的图像都可以用来判断车辆在高架道路匝道内的行驶状态。在本实施例中，图像获取装置141包括一个可以获取前进方向上的图像的摄像头。但是可选地，图像获取装置141也可以仅包括一个可以获取与前进方向相反的方向上的图像的摄像头，或者同时包括两个摄像头，分别用于获取前进方向上和与前进方向相反的方向上的图像。
[0057]在本实施例中，图像获取装置141优选地以触发模式工作。具体而言，当处理单元150根据定位信号和导航数据判断车辆与前方匝道相隔一个设定距离(例如10米)时，指示图像单元140使图像获取装置141开始摄取多幅图像。优选地，图像获取装置141以相等的时间间隔拍摄图像，并且该时间间隔与车辆所接近的匝道的长度相关(例如与匝道的长度成正比)。可选地，图像获取装置141也可处于连续工作模式。
[0058]图像处理装置142与图像获取装置141耦合，当处理单元150根据定位信号和导航数据判断车辆与前方匝道相隔一个设定距离时，指示图像处理单元140使图像处理装置142对获取的图像进行下面将要描述的操作，包括从获取图像提取特征对象和根据特征对象的特性随时间变化的情况确定车辆行驶状态。优选地，图像处理装置142提取特征对象之前先进行图像前置处理以提高提取的准确性。图像处理装置142所确定的行驶状态将被送至处理单元150以产生相应的导航信息。
[0059]这里所述的车辆行驶状态包括车辆在匝道上的行驶方向，也即向上驶入高架道路的方向和向下驶离高架道路的方向。
[0060]这里所述的特征对象可以是当车辆在匝道上行驶时其特性随时间发生改变的各种对象，例如包括但不限于天空、高架道路和车道。以将天空或高架道路取作特征对象为例，当车辆在匝道上向上驶入高架道路时，此时天空和高架道路在前进方向上的图像中所占的面积将随着时间的延续而分别增大和减小，由此可确定车辆正在向上驶入高架道路；反之，当车辆在匝道上向下驶入高架道路时，天空和高架道路在前进方向上的图像中所占的面积将随时间的延续而分别减小和增大，由此可确定车辆正在向下驶离高架道路。优选地，可以利用多个特征对象的组合来进行判断以提高判断的稳定性和准确性。例如在上述示例中，可以根据天空与高架道路在图像中所占面积的比值随时间的变化来确定车辆的行驶方向。又以将车道取作特征对象为例，当车辆向上驶入高架道路或向下驶离高架道路时，车辆所处的车道将发生变化，因此根据特定车道在多幅图像(无论是前进方向上的图像还是与前进方向相反的方向上的图像)中的位置变化也可以确定出车辆是沿匝道驶入还是驶离高架道路。有些电子地图能够提供车道数据(例如哪条车道可通向匝道)，当在后一示例中结合这类车道数据时，可以进一步提高车辆行驶状态判断的准确性。
[0061]图2为按照本发明一个实施例的在高架道路区域提供车辆导航信息的方法的总体流程图。为阐述方便起见，这里假设借助图1所示的车辆导航设备实现本实施例的方法。但是需要指出的是，本发明的原理并不局限于特定类型和结构的导航设备。
[0062]如图2所示，在步骤S210中，车辆导航设备10响应于用户命令而进入工作状态。
[0063]随后执行步骤S220，车辆导航设备的处理单元150根据定位信号接收单元110接收的卫星信号确定车辆的当前位置信息并结合导航数据确定车辆是否接近高架道路的匝道(例如通过判断车辆与匝道是否相隔设定的距离)。如果确定接近匝道，则进入步骤S230，否则继续执行上述确定步骤S220。
[0064]在步骤S230中，处理单元150指示图像单元140使图像获取装置141开始摄取车辆行进方向上的多幅图像。如上所述，这里所述的行进方向上的图像可以是前进方向上的图像，或者与前进方向相反的方向上的图像。在本实施例中，假设图像获取装置141包括安装在车辆前方的摄像头以获取车辆前进方向上的多幅图像。优选地，图像获取装置141以相等的间隔获取行进方向上的多幅图像。
[0065]值得指出的是，当图像获取装置141处于连续工作模式时，步骤S230可以省去。
[0066]在步骤S230之后，图2所示的方法进入下面将要作进一步描述的特征对象提取例程，在该例程中，将从每幅获取的图像中提取出用于判断车辆行驶状态所需的特征对象。
[0067]在完成特征对象提取例程之后将进入步骤S240，图像处理装置142根据所提取特征对象的特性随时间变化的情况来确定车辆在匝道上的行驶状态并将其输出至处理单元150。关于根据特征对象特性随时间变化的情况确定车辆行驶状态的方式在上面已经作了描述，因此此处不再赘述。
[0068]接着进入步骤S250，处理单元150根据图像处理装置142输出的车辆行驶状态生成相应的导航信息，并且使显示器120呈现所生成的导航信息。当完成步骤S250之后，图2所示的方法返回步骤S220。
[0069]图3为用于图2所示方法的特征对象提取例程的流程图。
[0070]如图3所示，在步骤S310中，图像处理装置142对步骤S230中获取的多幅图像中的每一幅进行图像滤波处理，以在尽量保留图像细节特征的条件下抑制图像噪声。
[0071]随后进入步骤S320，图像处理装置142对于降噪处理后的每一幅图像进行边缘检测，从而确定出每幅图像中多个区域的轮廓。
[0072]图像处理装置142接着执行步骤S330，确定特征对象(例如天空、高架道路和车道等)在每幅图像中所占的区域。随后，图像处理装置142执行步骤S340，根据步骤S320所确定的轮廓将特征对象所在的区域从图像中分割出来并且计算特征对象在每幅图像中所占的面积，如上所述，对于多个特征对象，例如可计算特征对象在每幅图像中所占面积的比值。
[0073]随后在步骤S350中，图像处理装置142对每幅图像进行空间拓扑关系分析以判断图像中的特征对象的位置是否与预设的空间位置关系规则匹配。如果匹配，则进入图2中的步骤S240或图4中的步骤S460，否则，则进入步骤S360。以作为特征对象的天空为例，在正常拍摄的图像中，其应该始终位于图像的最上方位置，因此如果在作空间拓扑关系分析时发现天空并未处于最上方的位置，则图像处理装置142即可判断该特征对象与空间位置关系规则不匹配。
[0074]在步骤S360中，图像处理装置142生成图像获取或处理异常的消息并发送至处理单元150。
[0075]图4为按照本发明另一个实施例的在高架道路区域提供车辆导航信息的方法的总体流程图。与图2所示的实施例相比，本实施例的不同方面主要是在获取多幅图像的步骤之后和执行特征对象提取例程之前包含图像前置处理步骤。
[0076]参见图4，在步骤S410中，车辆导航设备10响应于用户命令而进入工作状态。随后在步骤S420中，车辆导航设备的处理单元150根据卫星定位信号并结合导航数据确定车辆是否接近高架道路的匝道，并且如果确定接近匝道，则进入步骤S430，否则继续执行上述确定步骤S420。
[0077]在步骤S430中，处理单元150指示图像单元140使图像获取装置141开始摄取车辆行进方向上的多幅图像。
[0078]在图像获取装置141完成获取多幅图像的步骤S430之后，图4所示的方法进入步骤S440，由图像处理装置142判断所获取的图像的分辨率与特征对象提取例程中所采用的图像处理算法是否相适应。如果适应，则直接进入图3所示的特征对象提取例程，否则进入步骤S450，先降低获取图像的分辨率，然后再进入该特征对象提取例程，对分辨率降低后的图像进行特征提取处理。
[0079]在完成图3所示的特征对象提取例程之后将进入步骤S460，图像处理装置142根据特征对象的特性随时间变化的情况来确定车辆在匝道上的行驶状态并将结果输出至处理单元150。
[0080]接着进入步骤S470，处理单元150根据图像处理装置142输出的车辆行驶状态生成相应的导航信息，并且使显示器120呈现所生成的导航信息。当完成步骤S470之后，图4所示的方法返回步骤S420。
[0081]虽然已经展现和讨论了本发明的一些方面，但是本领域内的技术人员应该意识到:可以在不背离本发明原理和精神的条件下对上述方面进行改变，因此本发明的范围将由权利要求以及等同的内容所限定。
【权利要求】
1.一种在高架道路区域内提供车辆导航信息的方法，其特征在于，包括下列步骤: 当判断车辆接近所述高架道路区域的匝道时，开始从车辆行进方向上的多幅图像的每一幅中提取至少一个特征对象，所述多幅图像获取自不同的时刻； 根据所述特征对象随时间变化的特性确定所述车辆在所述匝道上的行驶方向；以及 根据所述行驶方向生成和呈现相应的车辆导航信息。
2.如权利要求1所述的方法，其中，根据由车辆导航设备获得的所述车辆与所述匝道之间的距离来判断所述车辆是否接近所述匝道。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述多幅图像以相等的时间间隔获取，所述时间间隔根据所述匝道的长度确定。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述特征对象为天空和高架道路，在从所述多幅图像提取特征对象之后并且在确定所述行驶方向之前还包括下列步骤: 判断所提取的特征对象在所述图像中的位置是否与预设的空间位置关系规则匹配； 如果匹配，则判定所述特征对象能够用于确定所述行驶方向，否则，则判定所述图像的获取出现异常。
5.如权利要求1所述的方法，其中，根据所述特征对象随时间变化的特性确定所述车辆的行驶方向包括下列步骤: 对于所述多幅图像中的每一幅，计算其中的天空和高架道路所占区域的面积比值；根据多幅图像中的所述面积比值随时间的变化情况判断所述车辆是沿匝道驶入高架道路还是驶离高架道路。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述特征对象为车道，根据所述特征对象随时间变化的特性确定所述车辆的行驶方向包括下列步骤: 确定车道在所述多幅图像中随时间的位置变化； 根据所述位置变化和来自所述导航设备的车道数据判断所述车辆是沿匝道驶入高架道路还是驶离高架道路。
7.—种车辆导航设备，其特征在于，包括: 定位信号接收单元，其配置为接收来自卫星的定位信号； 显不器；以及 与所述定位信号接收单元和显示器耦合的处理单元，其配置为对所述定位信号进行处理并且使所述显示器呈现相应的导航信息， 进一步包括与所述处理单元耦合的图像单元，其包括: 图像获取装置，其配置为获取车辆行进方向上的多幅图像，所述多幅图像获取自不同的时刻；以及 图像处理装置，其配置为从所述多幅图像的每一幅中提取至少一个特征对象，并且根据所述特征对象随时间变化的特性确定所述车辆在所述匝道上的行驶方向， 所述处理单元被进一步配置为当根据所述定位信号判断所述车辆接近所述高架道路区域的匝道时，启动所述提取至少一个特征对象的操作和所述确定行驶方向的操作，其还被配置为根据所述行驶方向和定位信号生成导航信息。
8.如权利要求7所述的车辆导航设备，其中，所述处理单元还配置为当根据所述定位信号判断所述车辆接近所述高架道路区域的匝道时，启动所述图像获取装置执行所述多幅图像的获取操作。
9.如权利要求7所述的车辆导航设备，其中，根据所述特征对象随时间变化的特性确定所述车辆的行驶方向包括下列步骤: 对于所述多幅图像中的每一幅，计算其中的天空和高架道路所占区域的面积比值；根据多幅图像中的所述面积比值随时间的变化情况判断所述车辆是沿匝道驶入高架道路还是驶离高架道路。
10.如权利要求7所述的车辆导航设备，其中，所述特征对象为车道，根据所述特征对象随时间变化的特性确定所述车辆的行驶方向包括下列步骤: 确定车道在所述多幅图像中随时间的位置变化； 根据所述位置变化和来自所述导航设备的车道数据判断所述车辆是沿匝道驶入高架道路还是驶离高架道路。
【文档编号】G01C11/04GK104422426SQ201310388741
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年8月30日 优先权日:2013年8月30日
【发明者】安健, 王剑 申请人:博世汽车部件(苏州)有限公司