[发明专利]定位载体、估测载体姿态与建地图的系统与方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种应用感测元件以定位载体、估测载体姿态与建地图的系统与方法，且特别是有关于一种应用可互补的多种感测元件的系统与方法，其能定位载体、估测环境特征点的位置并建构地图。

背景技术

室外定位系统，比如GPS(全球定位系统)，已广泛使用在车用导航系统，以在室外定出车辆或人的位置。但室内定位系统至今仍有其问题无法突破，室内定位系统的困难度在于(1)在室内时，电磁讯号易被遮蔽，无法接收到卫星讯号；(2)室内环境(比如室内的对象、人物等)的变动性大。

目前来说，室内定位的技术有两种类型，一种为外部定位系统，另一种为内部定位系统。外部定位系统例如，利用外部的传感器与机器人的接收器之间的相对关系去估测机器人在空间中的位置。由内部定位系统例如，在机器人上放传感器，将所扫描到的数据比较于其内建地图，进而估测机器人在空间中的位置。

外部定位系统的定位速度快，但需事先建好外部传感器。一旦外部传感器被移动或被遮蔽，此系统将无法定位。外部定位系统如要用于大范围，所需的传感器数目与成本将增加。

内部定位系统的定位速度较慢但具扩充性，即使环境变动性大，只要特征点可供定位，内部定位系统仍能定位。但其必需先内建室内环境地图，才能进行定位。

发明内容

本发明实施例提出一种结合惯性感测元件(inertial measurement unit，IMU)与视觉感测元件，以定位移动载体并计算出环境特征对象在三度空间的相对位置(相对于移动载体)，达到同步定位、姿态估测、与建构环境地图。

本发明的一实施例提出一种定位载体、估测载体姿态与建地图的系统，包括：一惯性感测元件，测量该载体的一移动状态与一旋转状态；一视觉感测元件，配置在该载体的一表面上以拍摄该载体所在的一室内环境内的至少一环境特征点；以及一控制器，控制该惯性感测元件与该视觉感测元件，接收该惯性感测元件的一感测结果与该视觉感测元件的一感测结果以估测该载体的一姿态信息、该载体的一位置信息与一速度信息，并建构含有该环境特征点的一地图。该控制器根据该惯性感测元件与该视觉感测元件之一的一修正后感测结果而估测，该控制器令该惯性感测元件与该视觉感测元件中的另一个感测并且据以修正该载体的该姿态信息、该载体的该位置信息、该速度信息与该地图。

本发明的另一实施例提出一种定位载体、估测载体姿态与建地图的方法，包括：利用一惯性感测元件以测量该载体的一移动状态与一旋转状态；利用一视觉感测元件以拍摄该载体所在的一室内环境内的至少一环境特征点；以及根据该惯性感测元件与该视觉感测元件之一的一修正后感测结果而估测，令该惯性感测元件与该视觉感测元件中的另一个感测并且据以修正该载体的一姿态信息、该载体的一位置信息、一速度信息与一地图。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

附图说明

图1显示根据本发明第一实施例的系统示意图。

图2显示本第一实施例如何结合惯性感测元件与视觉感测元件来估测载体的状态。

图3显示根据本发明第一实施例的流程图。

附图标记说明

100：载体            110：惯性感测元件

120：视觉感测元件    130：控制器

140：显示单元        210～230：环境特征点

241～243：载体的姿态与位置

251：实际画面

210A～230A：环境特征点的实际位置

252：估测画面

210B～230B：环境特征点的估测位置

253：实际画面

210C～230C：环境特征点的实际位置

E1～E3：估测误差

310～370：步骤

具体实施方式

第一实施例：惯性感测元件+视觉感测元件(单眼相机)

图1显示根据本发明第一实施例的系统示意图。如图1所示，根据本发明第一实施例的系统包括：载体100、惯性感测元件110、视觉感测元件120、控制器130与显示单元140。

载体100是可以移动的，其比如但不受限为可进行室内定位的机器人、个人携带型导航装置(Personal Navigation System)、游戏娱乐机、车辆、机车、自行车、眼镜、手表、安全帽或其它可移动物体。