[发明专利]使用测绘车辆的地图测绘技术

说明书

技术领域

本发明泛指涉及使用在道路上行驶的测绘车辆对包括道路在内的地形进行测绘的策划和方法，其中每个车辆包含具有GPS校正的IMU有关的一个或多个相机。

背景技术

背景信息的详细讨论在美国专利申请序列号第14/069,760号和第13/686,862号。

用于感测当前正在生产的气囊电子碰撞传感器，包括测量传感器位置处的加速度的一个或多个MEMS加速度计。这些加速度计通常通过微加工单晶硅而产生，并且感测元件通常以波束或音叉的形式。硅晶体通常具有可导致加速度计的机械结构随着时间和/或温度不可预测地几何改变的残余应力。结果，加速度计的性质同样可随时间和温度而改变。为了克服这个固有的问题，加速度计中设计了额外的装置，以允许施加加速度感测波束或音叉并对其进行响应测试。这些加速度计将随着其性能的变化而不断进行自我测试和调整，以保持适当的校准。这增加了加速度计和传感器软件设计的成本和复杂性。如果同时测试多个轴，这种自检功能也会使设备设计日益复杂化。

加速度计也用于车辆导航系统，例如在某些状态的铲雪车上，用于将车辆准确地定位在积雪的道路上。然而，不是通过使用GPS来校准每个惯性装置，而是在实验室中校准的固有的精确装置。它们用于在GPS读数之间插入车辆位置。这些设备不用于确定摄像机的角度位置。

本文和相关申请中提及的所有专利，专利申请，技术文献和其它参考文献通过引用整体并入本文。不承认这些参考文献中的任何一个或全部是现有技术，实际上，预期它们可能不能作为现有技术。

说明书和权利要求书中使用的术语的定义也见于上述申请。

发明综述

为了实现用于创建围绕和/或包括道路地形的地图新的和改进的方法和布置，根据本发明用于测绘包括一个或多个道路地形的方法和系统包括配备有至少一个照相机的车辆，确定其位置的位置确定系统和惯性测量单元(IMU)，当通过来自位置确定系统的读数校正时，提供相机和IMU的位置和角度定向，所有这些硬件都被设置为一组彼此相关联的设备。远离车辆的远程位置的处理器从车辆接收数据，并且通过识别可以从同一辆汽车或者从多辆汽车获得的多个图像中的共同对象，将与来自相机拍摄的图像中与该对象相关的信息转换成包括该对象的地图，同时包括获得这些多个图像时其拍摄位置信息和惯性测量信息以及相机，位置确定系统和IMU的配置的参数。从图像转换获得的信息，位置信息和惯性测量信息导出的信息通过车辆上的通信单元发送到处理器。位置确定单元，IMU，照相机和通信单元可以组合成一个集成的设备，以便于将改装应用于一个或多个车辆。

在本发明中，使用便宜的惯性MEMS装置，但是使用GPS频繁校准，而不是对加速度计进行自检，将加速度仪的集成输出与车辆的GPS位置和角度定向进行比较，并且使用差异来修改用于加速度计的加速度值和用于陀螺仪的角速度，并且该数据用于确定车辆的位置和/或角度定向。如本文所使用的，“GPS”是指能够通过与卫星通信来确定其位置的全球定位系统设备，单元或组件。对于一些实施例，角度取向是重要的，因为当获取图像时，其确定成像器指向的方向，这是确定出现在图像中的空间中的物体的位置的重要参数。与单加速度传感器或双加速度车辆碰撞传感器相比，设备中使用了额外的加速度仪和陀螺仪，由于需要对每个加速度仪或陀螺仪进行自检，因此不再需要额外的复杂性。事实上，卡尔曼滤波器和/或神经网络技术不仅允许针对每个加速度仪和陀螺仪来校正计算，而且考虑在某一个加速度仪或陀螺仪中的误差(例如由于校准误差)可能对另一加速度仪或陀螺仪的读数产生影响，此技术也有消除这些误差的效果。

昂贵的导航系统有时使用惯性测量单元(IMU)。这样的单元由三个加速度计和三个陀螺仪组成，允许测量装置的角运动和线性位移。通过卡尔曼滤波器和/或神经网络，可以使用GPS确定的位置来校正装置的角位移和位置位移。当在本发明的测绘系统中使用IMU时，GPS可以对惯性装置的各个测量值产生校正，而不是对角度运动的积分和加速度计的速度或加速度的积分。

这些单独的读数指向车辆角度和位移确定算法，该算法由诸如计算机的处理器并入或执行以用于确定车辆的位置和方位。通过消除自我测试要求，与实施自检的可比设备相比，IMU变得廉价。这种纠错方法特别纠正了加速度计和陀螺仪与车辆坐标系对准误差，这是通过自检无法消除的重大误差源。

可以使用三个加速度计和三个陀螺仪来设计IMU，如在常规IMU中，或者可以使用六个加速度计。每个设计都有优缺点，并在“196”专利中进行了讨论，这里不再赘述。在本发明中可以使用两种设计。