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使用水平角的位置確定的制作方法與工藝

文檔序號:11970830閱讀:256來源:國知局
使用水平角的位置確定的制作方法與工藝
使用水平角的位置確定相關(guān)申請的交叉引用本申請要求提交于2011年1月11日的題為“PositionDeterminationUsingHorizontalAngles(使用水平角的位置確定)”的美國臨時申請No.61/431,732的權(quán)益,該臨時申請的全文出于所有用途通過援引包括于此。背景無線通信系統(tǒng)被廣泛部署以向移動用戶提供各種通信服務(wù)和位置服務(wù)。系統(tǒng)中的用戶依靠位置確定功能性提供位置服務(wù),包括導(dǎo)航、基于位置的服務(wù)、和興趣點應(yīng)用。存在數(shù)種確定無線通信系統(tǒng)中接入終端的位置的技術(shù),包括全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)、輔助GPS(A-GPS)、以及基于蜂窩小區(qū)的定位方法,諸如源蜂窩小區(qū)(COO)、抵達時間(TOA)、以及抵達角(AOA)。這些技術(shù)具有變化的精確度,可能不能提供當(dāng)今許多基于位置的服務(wù)所需要的準(zhǔn)確度。例如,GPS定位在城市環(huán)境中可能尤其不準(zhǔn)確,在城市環(huán)境中高且密集的建筑物會限制衛(wèi)星視野并且建筑物的反射表面會導(dǎo)致多徑效應(yīng)。一種改善城市環(huán)境中GPS準(zhǔn)確度的技術(shù)使用計算機視覺方法來確定裝備有相機的接入終端的位置。這些方法目的在于通過例如使用非線性最小二乘最小化使對象點的投影與相機圖像上所標(biāo)識的相應(yīng)點之間的二次投影誤差最小化來解決尋找外部相機參數(shù)(即,位置和方位)的三維問題。最小二乘法可通過迭代數(shù)值法進行優(yōu)化,但是在接入終端中實現(xiàn)迭代數(shù)值法在計算上代價很高且成本驚人。概述根據(jù)本公開的無線通信系統(tǒng)的接入終端的示例包括:收發(fā)機,其被配置成無線地接收多個參考關(guān)鍵點以及每個相應(yīng)參考關(guān)鍵點的地理位置,每個地理位置是靠近所述接入終端的估計位置的位置;至少一臺相機,其通信地耦合至該收發(fā)機并被配置成捕捉圖像;以及處理器,其通信地耦合至該至少一臺相機并被配置成使用被確定為各自對應(yīng)由該至少一臺相機捕捉的圖像內(nèi)所標(biāo)識的相應(yīng)圖像關(guān)鍵點的相應(yīng)第一和第二對參考關(guān)鍵點的地理位置之間的第一和第二水平角來演算該接入終端的比估計位置更為準(zhǔn)確的精細位置。這樣的接入終端的實施例可包括以下特征中的一個或多個。收發(fā)機還被配置成無線地傳送接入終端的估計位置以作為對多個參考關(guān)鍵點和地理位置的請求。處理器還被配置成演算該精細位置作為各自由相應(yīng)第一和第二水平角定義的第一和第二位置圓的交集。處理器還被配置成演算第一和第二位置圓的每一個的中心;演算第一和第二位置圓的每一個的半徑平方;使用相應(yīng)演算出的中心和半徑平方來定義第一和第二位置圓的每一個的方程;以及通過求解第一和第二位置圓的方程來演算第一和第二位置圓的交集。處理器還被配置成選擇第一和第二對的每一對的所確定關(guān)鍵點以使得第一和第二水平角的每一個介于30度到120度之間。收發(fā)機還被配置成無線地接收附加參考關(guān)鍵點和每個相應(yīng)附加參考關(guān)鍵點的附加地理位置,每個附加地理位置是靠近接入終端的所估計將來位置的位置。處理器還被配置成跟蹤接入終端的運動以估計接入終端的將來位置。該至少一臺相機被配置成捕捉多幅圖像;以及處理器還被配置成將這多幅圖像組合為合成圖像。該至少一臺相機是以類似扇形的圖案布置在接入終端上的、具有至少80度的組合有效水平視角的多臺相機。配置成確定無線通信系統(tǒng)的接入終端的位置的設(shè)備的示例包括:用于在接入終端處無線地接收多個參考關(guān)鍵點和每個相應(yīng)參考關(guān)鍵點的地理位置的裝置,每個地理位置是靠近該接入終端的估計位置的位置;用于確定這些參考關(guān)鍵點中的各自對應(yīng)由接入終端捕捉的圖像內(nèi)的相應(yīng)圖像關(guān)鍵點的至少三個參考關(guān)鍵點的裝置;以及用于使用相應(yīng)第一和第二對所確定關(guān)鍵點的地理位置之間的第一和第二水平角來演算接入終端的比估計位置更準(zhǔn)確的精細位置的裝置。這樣的設(shè)備的實施例可包括以下特征。該設(shè)備還包括用于從接入終端無線地傳送接入終端的估計位置以作為對這多個參考關(guān)鍵點和地理位置的請求的裝置。該設(shè)備還包括用于在接入終端捕捉的圖像內(nèi)標(biāo)識多個圖像關(guān)鍵點的裝置;以及用于搜索這多個參考關(guān)鍵點以尋找所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點的裝置。用于演算的裝置包括用于演算各自由相應(yīng)第一和第二水平角定義的第一和第二位置圓的每一個的中心的裝置;用于演算第一和第二位置圓的每一個的半徑平方的裝置;用于使用相應(yīng)演算出的中心和半徑平方來定義第一和第二位置圓的每一個的方程的裝置;以及用于通過求解第一和第二位置圓的方程來演算第一和第二位置圓的交集的裝置,其中接入終端的精細位置被演算作為該交集。用于演算的裝置包括用于選擇第一和第二對的每一對的所確定關(guān)鍵點以使得第一和第二水平角的每一個介于30度到120度之間的裝置。該設(shè)備還包括用于在接入終端處無線地接收附加參考關(guān)鍵點和每個相應(yīng)附加參考關(guān)鍵點的附加地理位置的裝置,每個附加地理位置是靠近接入終端的所估計將來位置的位置。一種計算機程序產(chǎn)品的示例包括存儲處理器可讀指令的處理器可讀介質(zhì),該指令被配置成使處理器:在無線通信系統(tǒng)的接入終端處無線地接收多個參考關(guān)鍵點和每個相應(yīng)參考關(guān)鍵點的地理位置,每個地理位置是靠近接入終端的估計位置的位置;確定這些參考關(guān)鍵點中的各自對應(yīng)由接入終端捕捉的圖像內(nèi)的相應(yīng)圖像關(guān)鍵點的至少三個參考關(guān)鍵點;以及使用相應(yīng)第一和第二對所確定關(guān)鍵點的地理位置之間的第一和第二水平角來演算接入終端的比估計位置更準(zhǔn)確的精細位置。此類計算機程序產(chǎn)品的實施例可包括以下特征中的一個或多個。該計算機程序產(chǎn)品還包括配置成使處理器從接入終端無線地傳送接入終端的估計位置以作為對多個參考關(guān)鍵點和地理位置的請求的指令。該計算機程序產(chǎn)品還包括配置成使處理器執(zhí)行以下動作的指令:在接入終端捕捉的圖像內(nèi)標(biāo)識多個圖像關(guān)鍵點;以及搜索這多個參考關(guān)鍵點以尋找所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點。配置成使處理器演算接入終端的精細位置的指令被配置成處理器:演算各自由相應(yīng)第一和第二水平角定義的第一和第二位置圓的每一個的中心;演算第一和第二位置圓的每一個的半徑平方;使用相應(yīng)演算出的中心和半徑平方來定義第一和第二位置圓的每一個的方程;以及通過求解第一和第二位置圓的方程來演算所述第一和第二位置圓的交集,其中接入終端的所述精細位置被演算作為該交集。配置成使處理器演算精細位置的指令被配置成使處理器選擇第一和第二對的每一對的所確定關(guān)鍵點以使得第一和第二水平角的每一個介于30度到120度之間。確定無線通信系統(tǒng)的接入終端的位置的方法的示例包括:在接入終端處無線地接收多個參考關(guān)鍵點和每個相應(yīng)參考關(guān)鍵點的地理位置,每個地理位置是靠近該接入終端的估計位置的位置;確定這些參考關(guān)鍵點中的各自對應(yīng)由接入終端捕捉的圖像內(nèi)的相應(yīng)圖像關(guān)鍵點的至少三個參考關(guān)鍵點;以及使用相應(yīng)第一和第二對所確定關(guān)鍵點的地理位置之間的第一和第二水平角來演算接入終端的比估計位置更準(zhǔn)確的精細位置。此類方法的實施例可包括以下特征中的一個或多個。該方法還包括在接入終端捕捉的圖像內(nèi)標(biāo)識多個圖像關(guān)鍵點;以及搜索這多個參考關(guān)鍵點以尋找所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點。演算精細位置包括演算該精細位置作為各自由相應(yīng)第一和第二水平角定義的第一和第二位置圓的交集。演算精細位置包括演算第一和第二位置圓的每一個的中心;演算第一和第二位置圓的每一個的半徑平方;使用相應(yīng)演算出的中心和半徑平方來定義第一和第二位置圓的每一個的方程;以及通過求解第一和第二位置圓的方程來演算第一和第二位置圓的交集。演算精細位置包括選擇第一和第二對的每一對的所確定關(guān)鍵點以使得第一和第二水平角的每一個介于30度到120度之間。該方法還包括在接入終端處無線地接收附加參考關(guān)鍵點和每個相應(yīng)附加參考關(guān)鍵點的附加地理位置,每個附加地理位置是靠近接入終端的所估計將來位置的位置。確定這些參考關(guān)鍵點中的至少三個參考關(guān)鍵點包括確定參考關(guān)鍵點描述符與圖像關(guān)鍵點描述符之間的多個關(guān)鍵點對應(yīng)關(guān)系,每個關(guān)鍵點對應(yīng)關(guān)系是根據(jù)描述符相似性相匹配的一對參考關(guān)鍵點和圖像關(guān)鍵點;以及對這多個關(guān)鍵點對應(yīng)關(guān)系執(zhí)行幾何核實直至根據(jù)幾何約束匹配了預(yù)定數(shù)目的關(guān)鍵點對應(yīng)關(guān)系。演算接入終端的精細位置包括演算接入終端的多個位置,每個位置是使用相應(yīng)第一和第二對所確定關(guān)鍵點的地理位置之間的相應(yīng)第一和第二水平角演算出的;以及演算精細位置作為這多個位置的平均。演算精細位置作為這多個位置的平均包括將這多個位置中的至少一個標(biāo)識為離群值;以及以將所標(biāo)識的至少一個離群值排除在演算之外的方式演算精細位置作為這多個位置的平均。本文中描述的項目和/或各技術(shù)可提供以下能力中的一個或更個。使用水平角的位置確定可提供比GPS更佳的準(zhǔn)確度,特別是在城市環(huán)境中。可使用具有已知地理位置的所標(biāo)識點之間的水平角來確定位置而不需要依賴磁學(xué)測量并因而也不需要利用由羅盤方位的經(jīng)典導(dǎo)航方法所用的磁學(xué)校正。與使用迭代數(shù)值法求解非線性三維最小化問題的計算昂貴的計算機視覺方法不同,使用水平角的位置確定是計算廉價的,因為具有二維解析閉形解。通常,使用水平角的位置確定包括同時測量兩個毗鄰的角,每個角介于30度到60度之間,并且由此需要具有至少介于60度到120度的視角的相機。這樣的廣角相機是存在的,但是非常昂貴并且在圖像中引入顯著畸變。然而,使用多臺各自具有適度視角的現(xiàn)成相機有效地增大了光學(xué)系統(tǒng)的總視角同時引入相比于使用昂貴的廣角相機容易補償?shù)妮^小畸變。這些相機是廉價的同時提供較高圖像質(zhì)量。從用戶體驗的角度,在接入終端上安裝多臺相機提供了將來自這些相機的圖像合并成接入終端顯示器上的單幅全景的能力。盡管已描述了項目/技術(shù)-效果對,但是也可以借助除所提及的項目/技術(shù)以外的項目/技術(shù)來達成所提及的效果,并且所提及的項目/技術(shù)可以并非必然產(chǎn)生所提及的效果。附圖簡述圖1是包括基站和接入終端的無線通信系統(tǒng)的簡化圖。圖2是圖1中所示的接入終端在城市環(huán)境中從衛(wèi)星接收定位信息的簡化圖,其中從建筑物墻壁反射的衛(wèi)星信號在GPS定位中引入明顯誤差。圖3是圖1中示出的接入終端的組件的框圖。圖4是圖1中示出的接入終端的功能組件的框圖。圖5是使用毗鄰的兩個水平角進行位置確定的圖解。圖6是由相機在圖像中捕捉到的兩個點的透視圖。圖7是演算由水平角定義的位置圓的中心和半徑的圖解。圖8是安裝了兩臺相機的圖1中所示的接入終端的簡化俯視圖。圖9是解說圖8中所示的相機的視角的圖示。圖10是安裝了三臺相機的圖1中所示的接入終端的簡化俯視圖。圖11是解說圖10中所示的相機的視角的圖示。圖12是確定圖1中所示的無線通信系統(tǒng)的接入終端的位置的過程的流程框圖。圖13是確定所標(biāo)識的圖像關(guān)鍵點之間的水平角的過程的流程框圖。圖14是演算位置圓的中心和半徑平方的過程的流程框圖。圖15是通過求解兩個位置圓的交點來確定圖1中所示的接入終端的位置的過程的流程框圖。圖16是將地理緯度和經(jīng)度轉(zhuǎn)換成本地水平坐標(biāo)系的坐標(biāo)的過程的流程框圖。圖17是使用兩個非毗鄰的水平角進行位置確定的圖解。在附圖中,具有類似相關(guān)特性和/或特征的組件可能具有相同的附圖標(biāo)記。詳細描述本文描述的技術(shù)提供了使用具有已知地理位置的對象之間的水平角確定接入終端位置的機制。例如,如果在接入終端的相機系統(tǒng)所獲取的圖像中標(biāo)識出自然或人造對象,則可以僅使用該相機圖像來確定這些對象之間的水平角。這種技術(shù)需要三個這樣的對象。如果這些對象的地理位置也是已知的,就可以確定接入終端的地理位置。該相機系統(tǒng)可被認為包括安裝在接入終端上的一臺或多臺相機并且這些相機的組合視角覆蓋足夠的水平跨度。本文中描述的技術(shù)可用于各種無線通信系統(tǒng),諸如碼分多址(CDMA)、時分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)、正交FDMA(OFDMA)、單載波FDMA(SC-FDMA)、以及其他系統(tǒng)。術(shù)語“系統(tǒng)”和“網(wǎng)絡(luò)”常被可互換地使用。CDMA系統(tǒng)可實現(xiàn)諸如CDMA2000、通用地面無線電接入(UTRA)等無線電技術(shù)。CDMA2000涵蓋IS-2000、IS-95和IS-856標(biāo)準(zhǔn)。IS-2000發(fā)布版本0和A常稱為CDMA20001X、1X等。IS-856(TIA-856)常被稱為CDMA20001xEV-DO、高速分組數(shù)據(jù)(HRPD)等。UTRA包括寬帶CDMA(WCDMA)和其它CDMA變體。TDMA系統(tǒng)可實現(xiàn)諸如全球移動通信系統(tǒng)(GSM)等無線電技術(shù)。OFDMA系統(tǒng)可實現(xiàn)諸如超移動寬帶(UMB)、演進UTRA(E-UTRA)、IEEE802.11(Wi-Fi)、IEEE802.16(WiMAX)、IEEE802.20、等無線電技術(shù)。UTRA和E-UTRA是通用移動電信系統(tǒng)(UMTS)的部分。3GPP長期演進(LTE)和高級LTE(LTE-A)是使用E-UTRA的新UMTS發(fā)行版。UTRA、E-UTRA、UMTS、LTE、LTE-A以及GSM在來自名為“第三代伙伴項目”(3GPP)的組織的文獻中描述。CDMA2000和UMB在來自名為“第三代伙伴項目2”(3GPP2)的組織的文獻中描述。本文中描述的技術(shù)既可被用于以上所提及的系統(tǒng)和無線電技術(shù)也可被用于其他系統(tǒng)和無線電技術(shù)。參照圖1,無線通信系統(tǒng)100包括基收發(fā)機站(BTS)14和移動接入終端16(AT)。系統(tǒng)100可支持多個載波(不同頻率的波形信號)上的操作。多載波發(fā)射機能同時在多個載波上發(fā)射經(jīng)調(diào)制信號。每個經(jīng)調(diào)制信號可以是CDMA信號、TDMA信號、OFDMA信號、SC-FDMA信號等。每個經(jīng)調(diào)制信號可在不同的載波上發(fā)送。BTS14可與AT16無線通信。BTS14也可被稱為接入點、接入節(jié)點(AN)、B節(jié)點、演進型B節(jié)點(eNB)等。BTS14可被配置成經(jīng)由多個載波與AT16通信。BTS14可為相應(yīng)的地理區(qū)域(例如,蜂窩小區(qū)(未示出))提供通信覆蓋。AT16可被稱為移動站、移動設(shè)備、用戶裝備(UE)或訂戶單元。AT16在此處包括蜂窩電話和無線通信設(shè)備,但也可以包括個人數(shù)字助理(PDA)、其他手持式設(shè)備、上網(wǎng)本、筆記本計算機等。參照圖2,衛(wèi)星22可與處在城市環(huán)境200中的AT16無線通信。衛(wèi)星22可以是例如全球定位系統(tǒng)(GPS)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)、或伽利略系統(tǒng)等全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的一部分。這里,衛(wèi)星22是具有能夠發(fā)射關(guān)于AT16的位置的信息的發(fā)射機的GPS衛(wèi)星。AT16包括能夠從衛(wèi)星22無線地接收位置信息的GPS接收機。所傳送的位置信息可包括AT16的估計地理位置。例如,AT16的位置可以由地理緯度和經(jīng)度、任選地還由大地海拔來指定。圖2的AT16位于城市環(huán)境200中。GPS定位在城市環(huán)境中類似峽谷的現(xiàn)代街道地形中可能特別不可靠。例如,高而密集地擠在一起的建筑物24會限制對衛(wèi)星22的觀察,并且現(xiàn)代建筑物24的大反射表面會引起導(dǎo)致錯誤位置確定的多條傳輸路徑26。受到高度擾亂的GPS位置信息會限制城市環(huán)境200中AT16可用的位置服務(wù)(例如,導(dǎo)航、基于位置的服務(wù)、以及興趣點應(yīng)用)的可用性。參照圖3,一個示例性的AT16包括包含處理器30、存儲器32、收發(fā)機34、天線36以及相機38的計算機系統(tǒng)。收發(fā)機34被配置成經(jīng)由天線36與BTS14進行雙向通信。收發(fā)機34被配置成例如向BTS14傳送對參考關(guān)鍵點及其靠近AT16的估計位置的地理位置的請求、以及響應(yīng)于該請求接收多個參考關(guān)鍵點和地理位置。在一些實現(xiàn)中,還響應(yīng)于該請求接收這多個參考關(guān)鍵點的描述符。描述符在下文更詳細地描述。在一些實現(xiàn)中,收發(fā)機34被進一步配置成從圖2的衛(wèi)星22無線地接收信息(例如,AT16的估計位置)。替換地,計算機系統(tǒng)可進一步包括配置成經(jīng)由另一天線(未示出)從衛(wèi)星22無線地接收信息的另一接收機(未示出)。處理器30優(yōu)選為智能硬件設(shè)備,例如,諸如ARM、或處理器之類的中央處理單元(CPU)、微控制器、專用集成電路(ASIC)等。存儲器32包括隨機存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。存儲器32存儲包含指令的計算機可讀、計算機可執(zhí)行的軟件代碼33,這些指令被配置成當(dāng)被執(zhí)行時使處理器30執(zhí)行本文中所描述的各種功能。替換地,軟件33可以是不能由處理器30直接執(zhí)行的,而是被配置成當(dāng)例如被編譯和執(zhí)行時使計算機執(zhí)行所描述的這些功能。相機37、38和39被配置成捕捉圖像。在一些實現(xiàn)中,計算機系統(tǒng)包括用于捕捉圖像的單臺相機37或兩臺相機37和38。使用兩個水平角進行位置確定的過程參照圖12并且還參照圖1、2和4,確定無線通信系統(tǒng)100的AT16的位置的過程1200包括所示的階段。然而,過程1200僅是示例性的而不是限定性的。例如,可通過增加、移除或重新安排各階段來改動過程1200。在階段1202,AT16的處理器確定AT16的估計位置。替換地,AT16的估計位置是由BTS14、衛(wèi)星22、或無線通信系統(tǒng)100的某個其他實體確定的。AT16的估計位置隨后被傳送至AT16的收發(fā)機。在階段1204,AT16的收發(fā)機無線地接收多個參考關(guān)鍵點和每個相應(yīng)參考關(guān)鍵點的地理位置,其中每個地理位置是靠近AT16的估計位置的位置。AT16的收發(fā)機無線地傳送AT16的估計位置以作為多個參考關(guān)鍵點和地理位置的請求。在一些實現(xiàn)中,AT16還無線地接收對這多個參考關(guān)鍵點的描述符。在其他實現(xiàn)中,AT16計算出所收到的多個參考關(guān)鍵點的描述符。在計算機視覺中,關(guān)鍵點是圖像中的特性點(例如,對象的拐角或中心、圖像中的斑點及其他),給定對象的該關(guān)鍵點可以在從不同距離和角度獲取到的圖像中被識別出。圖像中圍繞關(guān)鍵點的小片塊被稱為特征。通過對特征進行處理,可以獲得關(guān)鍵點的描述符(例如,數(shù)字簽名或簡檔)。計算機視覺中有許多算法用來計算圖像中關(guān)鍵點的描述符,包括尺度不變特征變換(SIFT)和加速穩(wěn)健特征(SURF)。參照圖4,AT16包括圖像捕捉模塊42、關(guān)鍵點標(biāo)識及搜索模塊44、幾何認證模塊46、和位置演算模塊48。圖像捕捉模塊42被配置成例如使用圖3的相機37、38和39來捕捉圖像。AT16的相機可捕捉一幅或多幅圖像。優(yōu)選參照圖8-11,由AT16上呈類似扇形圖案布置的多臺相機(例如,相機37、38和39)捕捉多幅圖像。圖像捕捉模塊42還被配置成將多幅圖像組合為合成圖像。例如,圖像捕捉模塊42可創(chuàng)建具有至少80°的有效水平視角的合成圖像,該至少80°的有效水平視角大于來自AT16相機的諸個體圖像各自的水平視角。圖3的處理器30可執(zhí)行將圖像組合為合成圖像的功能。在圖12的階段1206,AT16的處理器在AT16捕捉的圖像內(nèi)標(biāo)識多個圖像關(guān)鍵點??梢栽谶@多幅圖像內(nèi)或者在該合成圖像內(nèi)標(biāo)識多個圖像關(guān)鍵點。圖4的關(guān)鍵點標(biāo)識及搜索模塊被配置成從所捕捉圖像標(biāo)識這多個圖像關(guān)鍵點并從多個收到參考關(guān)鍵點(例如,從具有多個參考關(guān)鍵點的列表)搜索這些所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點。圖像關(guān)鍵點可被標(biāo)識為自然地理對象(例如,山脈、巖石、樹、小山)和人造對象(例如,大樓、雕像、橋、通信塔)的一部分。類似地,參考關(guān)鍵點可能先前已經(jīng)在參考圖像中被標(biāo)識為自然地理對象或人造對象(在本文稱為參考對象)的一部分。在AT16處接收參考關(guān)鍵點連同其已知地理位置(例如,作為緯度和經(jīng)度或大地坐標(biāo))。例如,參考關(guān)鍵點可作為參考關(guān)鍵點的物理描述符被接收。關(guān)鍵點標(biāo)識及搜索模塊44可使用本領(lǐng)域已知的技術(shù)來執(zhí)行圖像關(guān)鍵點標(biāo)識或識別功能??衫缡褂肧IFT或SURF計算所標(biāo)識的相機圖像關(guān)鍵點的描述符。關(guān)鍵點標(biāo)識及搜索模塊44的搜索功能可包括將所捕捉圖像中所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點的計算出的描述符與收到參考關(guān)鍵點的描述符相比較以尋找一個或多個可能的關(guān)鍵點對應(yīng)關(guān)系。關(guān)鍵點對應(yīng)關(guān)系是包括一個參考關(guān)鍵點和一個圖像關(guān)鍵點的關(guān)鍵點對,其中該些關(guān)鍵點根據(jù)描述符相似性(例如,使用相似性閾值)進行匹配。在一些實現(xiàn)中,關(guān)鍵點標(biāo)識及搜索模塊44替換地或者另外地配置成搜索所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點以尋找收到參考關(guān)鍵點。還是替換地,BTS14或無線通信系統(tǒng)100的某個其他實體確定參考關(guān)鍵點與圖像關(guān)鍵點之間的對應(yīng)關(guān)系,并且關(guān)于該對應(yīng)關(guān)系的信息被傳送給AT16的收發(fā)機。單單在搜索功能中找到的關(guān)鍵點對應(yīng)關(guān)系還不能確保已經(jīng)檢測到對象,因為AT16捕捉的圖像中的特征可能與不止一幅參考圖像中的許多特征相類似。為了確定已經(jīng)檢測到對象,需要在圖像關(guān)鍵點與參考對象的參考關(guān)鍵點之間有閾值數(shù)目個(例如,至少10或12個)不僅滿足描述符相似性而且滿足幾何約束的關(guān)鍵點對應(yīng)關(guān)系。假設(shè)在AT16捕捉的圖像中存在參考對象,則可以認為AT16所捕捉的該圖像與相應(yīng)的參考圖像提供了同一對象的兩個觀點。可以嘗試這兩個觀點之間被稱之為單應(yīng)性的映射,其中該映射將參考關(guān)鍵點變換至AT16所捕捉的圖像。通過單應(yīng)性獲得參考關(guān)鍵點被映射在AT16所捕捉的圖像中的位置。如果來自一關(guān)鍵點對應(yīng)關(guān)系的參考關(guān)鍵點的映射位置靠近來自同一關(guān)鍵點對應(yīng)關(guān)系的圖像關(guān)鍵點的位置,則可以確定該關(guān)鍵點對應(yīng)關(guān)系通過幾何核實。如果通過幾何核實的關(guān)鍵點對應(yīng)關(guān)系的數(shù)目大于某個閾值(例如,10或12),則可以較高置信度認為已經(jīng)在相機圖像中檢測到參考對象。有許多算法使用精密的最優(yōu)化方法來估計單應(yīng)性。作為檢測過程的結(jié)果,可以確定在相機圖像中檢測到一個以上的參考對象。在對檢出對象進行幾何核實后,在圖12的階段1208,AT16的處理器選擇至少三個通過了幾何核實的參考關(guān)鍵點。從被確定為既滿足描述符相似性又滿足幾何約束的關(guān)鍵點對應(yīng)關(guān)系中選擇參考關(guān)鍵點是一種用于確定該些參考關(guān)鍵點對應(yīng)于AT16所捕捉的圖像內(nèi)的相應(yīng)圖像關(guān)鍵點的技術(shù)。所選參考關(guān)鍵點可屬于單個或多個檢出參考對象。無論何種情形,都需要知道所選參考關(guān)鍵點的地理位置。此外,從AT16的觀點來看,所選參考關(guān)鍵點需要跨越足夠的角度。在圖12的階段1210,AT16的處理器演算AT16的比估計位置(例如,從圖2的GPS衛(wèi)星22接收的估計位置)更準(zhǔn)確的精細位置。AT16的處理器使用相應(yīng)第一和第二對所確定關(guān)鍵點的地理位置之間的第一和第二水平角來演算該精細位置。該第一和第二對可具有公共的所確定關(guān)鍵點,如圖5中所示,其中第一和第二水平角是相鄰的。該精細位置也可使用如圖17中所示并在下文進一步詳細描述的非相鄰的第一和第二水平角來演算。圖4的位置演算模塊48被配置成基于與由幾何核實模塊46確定的所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點相對應(yīng)的參考關(guān)鍵點來演算AT16的精細位置。階段1210處AT16的精細位置可以用數(shù)個階段來演算,每個階段可由圖4的位置演算模塊48來執(zhí)行。首先,確定與一對所確定關(guān)鍵點相對應(yīng)的所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點之間的水平角。下文參照圖6描述的圖13解說此過程,可為與第一和第二對所確定關(guān)鍵點中的每一對相對應(yīng)的所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點執(zhí)行該過程。其次,使用所確定關(guān)鍵點的已知地理位置和對應(yīng)的所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點之間的所確定水平角來演算位置圓的中心和半徑平方。下文參照圖7描述的圖14解說此過程,可分別為第一和第二水平角所定義的兩個位置圓中的每個位置圓執(zhí)行該過程。第三,通過求解這兩個位置圓的交集來確定AT16的精細位置,包括使用演算出的中心和半徑來定義這兩個位置圓中的每個位置圓的方程。下文參照圖5描述的圖15解說此過程。圖3的處理器30可執(zhí)行位置演算模塊48的一個或多個功能。較優(yōu)地,AT16的處理器選擇第一和第二對中的每一對的所確定關(guān)鍵點以提供最大的組合水平角并且使得第一和第二水平角中的每一個介于30°至120°之間。替換地,AT16的處理器通過選擇導(dǎo)致以最高準(zhǔn)確度確定的水平角的所確定關(guān)鍵點來選擇第一和第二對中每一對的所確定關(guān)鍵點。AT16的收發(fā)機還無線地接收附加參考關(guān)鍵點和每一相應(yīng)附加參考關(guān)鍵點的附加地理位置。每個附加地理位置是靠近AT16的所估計將來位置的位置。AT16的處理器還跟蹤AT16的運動以估計AT16的將來位置。替換地,BTS14、衛(wèi)星22、或無線通信系統(tǒng)100的某個其他實體跟蹤AT16的運動以估計AT16的將來位置。該運動跟蹤可使用本領(lǐng)域已知的技術(shù)來執(zhí)行。AT16的用戶可選擇決定使用水平角進行位置確定,例如通過使用AT16顯示器的圖形用戶界面中的菜單選項來激活此功能性。如果用戶選擇決定不采取此位置確定方法,則將對AT16執(zhí)行其他位置確定方法。在一些實現(xiàn)中,如果在AT16上激活了使用水平角的位置確定,則AT16的處理器嘗試標(biāo)識AT16所捕捉的每幅圖像內(nèi)的多個圖像關(guān)鍵點。在一些實現(xiàn)中,AT16的處理器識別所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點在相繼圖像內(nèi)的位置的微小變化并基于這些變化來估計AT16的運動。在一些實現(xiàn)中,BTS14或無線通信系統(tǒng)100的某個其他實體確定參考關(guān)鍵點與圖像關(guān)鍵點之間的對應(yīng)關(guān)系,執(zhí)行用于確定AT16的精細位置的演算,并將關(guān)于該精細位置的信息傳送給AT16的收發(fā)機。例如,AT16所捕捉的圖像可通過AT16的收發(fā)機傳送給BTS14。BTS14隨后可標(biāo)識這些圖像內(nèi)的多個圖像關(guān)鍵點以確定所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點與已知參考關(guān)鍵點之間的對應(yīng)關(guān)系。替換地,AT16的處理器可標(biāo)識這些圖像內(nèi)的圖像關(guān)鍵點,并且AT16的收發(fā)機可將所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點(例如,作為圖像關(guān)鍵點的物理描述)傳送給BTS14以確定所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點與已知參考關(guān)鍵點之間的對應(yīng)關(guān)系。使用兩個水平角的位置確定在導(dǎo)航中,位置線或位置的線被定義為在其處給定參數(shù)具有恒定值的點集。用于構(gòu)造位置線的參數(shù)包括方位、至對象的距離、對象間的角度、天體海拔等等。為了確定位置,需要至少兩條位置線的交集,其中該交集被認為是觀察者的位置。參照圖5,可使用具有對應(yīng)的位置圓50和52的對象A、B、以及對象B、C之間的兩個水平角α1和α2來確定觀察者(例如,圖1的AT16)的位置P。在圖5的示例中,兩個水平角α1和α2是相鄰的,盡管這對于位置確定不是必需的,如在下文參照圖17描述的。位置圓是在其處以恒定角(即,水平角)觀看到連接兩個對象的線段的點集。在圖5中,位置圓50是基于對象A和B之間的水平角α1的位置線。根據(jù)平面幾何學(xué)知道,內(nèi)接在圓周50中的對著對象A和B之間的弦的所有的角都是相等的(角度α1)。位置圓52是基于對象B和C之間的水平角α2的位置線,并且具有對著弦BC的所有內(nèi)接角相等(角度α2)這一相同屬性。兩個位置圓50和52在兩點處——觀察者的位置P和對象B的位置(即,兩個水平角α1和α2公共的對象)——相交。圖5解說對著弦的、具有位于位置圓50和52兩者的較大圓弧上的頂點的內(nèi)接角。這樣的角小于或等于90°。對著同一弦的、具有位于較小圓弧上的頂點的角大于或等于90°且可以同樣很好地在本文描述的方法中使用。為了確定圖1的無線通信系統(tǒng)100中AT16的位置P,圖5中的對象A、B和C表示屬于在由相機37、38和39捕捉的圖像中檢出的一個或多個參考對象的參考關(guān)鍵點的地理位置。第一對所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點(即,圖5中的對象A和B)之間的水平角α1和第二對所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點(即,圖5中的對象B和C)之間的水平角α2可以直接從相機37、38和39所捕捉的一幅或多幅圖像來測得/確定。這第一和第二對共享一個且僅一個所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點(這里為對象B),所確定關(guān)鍵點當(dāng)中的一個所確定關(guān)鍵點對應(yīng)于該所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點。確定所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點之間的水平角參照圖6并且還參照圖5和13,示出了表示由相機37捕捉的圖像內(nèi)的檢出對象的關(guān)鍵點的兩個點A和B的透視圖。出于引用方便,圖6和13的描述涉及圖3的相機37,盡管這些描述適用于圖3中的任何相機37、38和39。點O表示對應(yīng)于相機37的取景孔的觀察者位置。相機37的投影面60位于距相機取景孔O焦距f處。在投影面60上創(chuàng)建圖像62。點A和B的圖像A'和B'是射線OA和OB在其處穿透投影面60的圖像點。水平角θ(即,角AOB)是從相機取景孔所處的觀察者位置O觀看點A和B的角度。角AOB等于角A'OB',以使得關(guān)于相機圖像62上的點A'和B'的位置的知識足以確定該角度θ。參照圖13并且還參照圖6,確定與所確定關(guān)鍵點對相對應(yīng)的所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點之間的水平角的過程1300包括圖示的階段。然而,過程1300僅是示例性的而不是限定性的。例如,可通過增加、移除或重新安排各階段來改動過程1300。在階段1302,AT16的處理器對包括圖像點A'和B'的相機圖像62定義局部三維坐標(biāo)系,圖像點A'和B'是點A和B在投影面60上的投影。在圖6中,向相機圖像62附上局部三維笛卡爾坐標(biāo)系。該坐標(biāo)系的原點是點O',即相機取景孔O沿垂直于投影面60的線在投影面60上的投影。該點被稱為投影的主點并且在此坐標(biāo)系中具有坐標(biāo)(0,0,0)。x軸指向相機圖像62的右方,y軸指向上方,而z軸垂直于投影面60并指向相機取景孔O。在階段1304,AT16的處理器確定圖像點A'和B'以及相機取景孔O在該局部三維坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。對于數(shù)碼相機,方便的長度單位為像素,并且圖像62上所有點的坐標(biāo)都可以按像素來衡量和表達。例如,AT16的處理器30可確定A'和B'兩點在圖像62上的位置并使用圖像62的已知像素分辨率來演算點A'和B'的以像素計的圖像坐標(biāo)。相機37的焦距f也是以像素來衡量的,其值是在相機37的校準(zhǔn)期間確定的。如果點A'具有圖像坐標(biāo)(xA',yA'),則點A'在該局部三維坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(xA',yA',0),因為點A'位于z坐標(biāo)為0的投影面60中。類似地,點B'的圖像坐標(biāo)(xB',yB')在該局部三維坐標(biāo)系中具有坐標(biāo)(xB',yB',0)。位于z軸上的點O具有坐標(biāo)(0,0,f)。在階段1306,AT16的處理器確定由相機取景孔O與圖像點A'和B'形成的三角形A'OB'的邊長。通過A'、B'和O的坐標(biāo),可以確定三角形A'OB'的邊長。對于a=長度(OB')、b=長度(OA')以及c=長度(A'B'),長度公式在進行點坐標(biāo)替換后為:簡化為簡化為簡化為在階段1308,AT16的處理器使用三角形A'OB'的邊長確定圖像點A'和B'(表示所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點的點A和B的投影)之間的水平角θ。水平角θ等于對應(yīng)于所確定關(guān)鍵點對的所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點之間的水平角。根據(jù)平面幾何法,余弦定律提供角度θ的公式:因此,為了確定圖5中第一對所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點(即,對應(yīng)于對象A和B)之間的水平角α1,可使用圖像點A'和B'以及相機取景孔O的所確定三維坐標(biāo)來演算公式(1)到(4)的解。類似地,為了確定圖5中第二對所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點(即,對應(yīng)于對象B和C)之間的水平角α2,圖像點B'和C'以及相機取景孔O的三維坐標(biāo)可以被確定并被用作公式(1)到(4)中的坐標(biāo)。如果對應(yīng)于圖5中的對象A和C的圖像關(guān)鍵點是在AT16所捕捉的不同圖像中標(biāo)識出的,則用于確定水平角α2的圖像點B'和相機取景孔O的三維坐標(biāo)可以與用于確定水平角α1的三維坐標(biāo)不同。例如,如果相機37捕捉帶有對應(yīng)于對象A和B的所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點的第一圖像而相機38捕捉帶有對應(yīng)于對象B和C的所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點的第二圖像,則每幅圖像將具有從相應(yīng)每臺相機取景孔所處的觀察者位置O看到的對象B的不同透視圖。相機37和38的焦距f上的差異將導(dǎo)致每臺相機的點O的不同的三維坐標(biāo)。再次參照圖5,位置圓50的中心O1是關(guān)于線段AB以角度90°-α1繪出的兩條直線的交點。類似地,位置圓52的中心O2是關(guān)于線段BC以角度90°-α2繪出的兩條直線的交點。位置圓50和52的半徑分別為r1即線段O1A、和r2即線段O2B。下文參照圖7和14描述對位置圓的中心的演算,圖7和14解說使用所確定關(guān)鍵點的已知地理位置和對應(yīng)的所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點之間使用圖13的過程1300確定的水平角來演算該中心。所確定關(guān)鍵點的地理位置可以使用地理緯度和經(jīng)度來表達,并被用作對應(yīng)的所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點的地理位置(即,圖5的對象A、B和C的地理位置)。使用緯度和經(jīng)度的地理坐標(biāo)系是球坐標(biāo)系而非笛卡爾坐標(biāo)系。對于地球表面上的較小區(qū)域,可以引入為笛卡爾的局部水平坐標(biāo)系以簡化演算。下文描述的圖16解說用于構(gòu)造局部水平坐標(biāo)系的過程1600。參照圖15并且還參照圖5,通過求解兩個位置圓的交集來確定AT16的位置的過程1500包括圖示的階段。然而,過程1500僅是示例性的而不是限定性的。例如,可通過增加、移除或重新安排各階段來改動過程1500。在階段1502,AT16的處理器演算兩個位置圓中的每個位置圓的半徑平方。該演算使用所確定關(guān)鍵點的已知地理位置作為對應(yīng)的所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點的地理位置。對于圖5的位置圓50和52,使用中心O1和O2的地理位置和以及三個對象A、B和C(即,對應(yīng)于所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點)的地理位置(xA,yA)、(xB,yB)和(xC,yC),位置圓50和52的半徑平方r12和r22可分別被演算為:在這些演算中使用的地理位置是例如使用圖16的過程1600從地理緯度和經(jīng)度轉(zhuǎn)換得到的局部水平笛卡爾坐標(biāo)系中的x和y坐標(biāo)。在階段1504,AT16的處理器使用相應(yīng)的半徑平方和中心的地理位置來定義每個位置圓的方程。圖5的位置圓50和52的方程分別為:在階段1506,AT16的處理器通過共同求解這兩個位置圓的方程以演算交集的方式來確定AT16的位置(例如,精細位置)。針對x和y值對方程(7)和(8)進行共同求解產(chǎn)生兩個交點:對象B的地理位置(xB,yB)和在點P處的AT16的位置。點P是這樣的位置,即從該位置以水平角α1觀看線段AB和以水平角α2觀看線段BC。對于此位置確定技術(shù),對象A、B和C以及位置P不能都位于同一圓上。地理位置向局部水平坐標(biāo)系坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換如上所述,圖1的AT16接收多個參考關(guān)鍵點(例如,作為多個參考關(guān)鍵點的物理描述)以及各個參考關(guān)鍵點的地理位置。較優(yōu)地,每個地理位置是靠近AT16的估計位置的位置。可以例如使用GPS、A-GPS、或基于蜂窩小區(qū)的定位方法來估計AT16的位置。圖1的無線通信系統(tǒng)100將覆蓋區(qū)的參考關(guān)鍵點和地理位置存儲在關(guān)系數(shù)據(jù)庫或其他信息儲存庫中。可以在該數(shù)據(jù)庫或儲存庫中積累、存儲、索引以及檢索參考關(guān)鍵點及其地理位置以及任選地這些參考關(guān)鍵點的描述符。可以例如響應(yīng)于AT16對地理位置靠近AT16的估計位置的參考關(guān)鍵點的請求來檢索并向AT16傳送多個參考關(guān)鍵點及其相應(yīng)的地理位置。來自AT16的請求較優(yōu)地包括該估計位置。BTS14的服務(wù)器或另一組件、或無線通信系統(tǒng)100的不同實體(未示出)可通過檢索和傳送所請求的參考關(guān)鍵點和地理位置以及任選地這些參考關(guān)鍵點的描述符來響應(yīng)來自AT16的該請求。在一些實現(xiàn)中,無需接收對參考關(guān)鍵點的請求,BTS14以規(guī)律或不規(guī)律的時間表向其覆蓋區(qū)中的AT16傳送參考關(guān)鍵點及其地理位置,其中發(fā)送給特定AT16的參考關(guān)鍵點具有靠近該AT16的估計位置的地理位置。AT16接收到的參考關(guān)鍵點的地理位置可以作為地理緯度和經(jīng)度給出。被確定為對應(yīng)于所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點的參考關(guān)鍵點的地理位置可被用作對應(yīng)的所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點的地理位置。地理緯度和經(jīng)度被轉(zhuǎn)換為局部水平笛卡爾坐標(biāo)系坐標(biāo)。參照圖16并且還參照圖5,將地理緯度和經(jīng)度轉(zhuǎn)換成局部水平坐標(biāo)系坐標(biāo)的過程1600包括圖示的階段。然而,過程1600僅是示例性的而不是限定性的。例如,可通過增加、移除或重新安排各階段來改動過程1600。在階段1602,AT16的處理器為要轉(zhuǎn)換其地理位置的對象(例如,關(guān)鍵點或特征)定義局部水平坐標(biāo)系。定義局部水平坐標(biāo)系包括為該坐標(biāo)系選擇原點。平面笛卡爾坐標(biāo)系是由其原點以及正交的x軸和y軸來定義的。出于導(dǎo)航目的,地球表面上位于興趣區(qū)域中的任何點P0都可被選作原點并被用于定義該局部水平坐標(biāo)系的水平面。例如P0可被選為AT16的估計位置或選為收到參考關(guān)鍵點的地理位置。在局部水平坐標(biāo)系中,將x軸定義為指向東而y軸指向北是方便的。對于對象A、B和C(例如,與對應(yīng)于定義兩個水平角的所確定關(guān)鍵點的所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點相對應(yīng)),地理位置的坐標(biāo)為(緯度A,經(jīng)度A)、(緯度B,經(jīng)度B)、(緯度C,經(jīng)度C)。所選的原點具有地理位置坐標(biāo)如在圖5中所示的,對象A和B之間的水平角為α1,以及對象B和C之間的水平角為α2。在階段1604,AT16的處理器演算每個對象關(guān)于所選原點的緯度和經(jīng)度增量。在定義了局部水平坐標(biāo)系后,水平面中的對象A、B和C的坐標(biāo)可以關(guān)于它們的軸來表達。對象A的緯度和經(jīng)度增量為關(guān)于原點P0演算出的:可為點B和C編寫等效的公式以演算△緯度B、△經(jīng)度B、△緯度C和△經(jīng)度C。在階段1606,AT16的處理器將每個對象的緯度和經(jīng)度增量轉(zhuǎn)換成局部水平坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。這些緯度和經(jīng)度增量被轉(zhuǎn)換成所希望的長度單位。例如,以度數(shù)計的緯度和經(jīng)度增量可以被轉(zhuǎn)換成米。一度有60分弧度。一海里被定義為子午線上緯度的一分弧度。一海里等于1852米。對以度數(shù)計的緯度增量,度數(shù)差被乘以每度60分弧度以得到海里差。緯度的海里差隨后被乘以每海里1852米。將以度數(shù)計的緯度增量△緯度A轉(zhuǎn)換成以米計的y坐標(biāo)的公式為:yA=△緯度A×60×1852(10)并且對點B和C使用等價公式以分別演算yB和yC。對以度數(shù)計的經(jīng)度增量,度數(shù)差也被乘以每度60分弧度以及每海里1852米。然而,經(jīng)度增量另外還被乘以該位置的平均緯度的余弦。使用此附加乘法因子是因為黃緯圈的圓并不是地球球體的大圓,并且其半徑與該位置的緯度的余弦成比例。將以度數(shù)計的經(jīng)度增量△經(jīng)度A轉(zhuǎn)換成以米計的x坐標(biāo)的公式為:xA=△經(jīng)度A×60×1852×cos(緯度平均)(11)并且對點B和C使用等價公式以分別演算xB和xC。實踐中,一般不演算點A和P0之間的平均緯度而在公式(11)中使用點P0的緯度的余弦,因為所有的興趣點都在僅數(shù)百米的范圍內(nèi)。此范圍內(nèi)緯度的余弦的差異都可忽略不計。相應(yīng)地,平均緯度可被近似為區(qū)域中任意點(例如,原點P0)的緯度。對點A應(yīng)用公式(10)和(11)并對點B和C應(yīng)用等效公式產(chǎn)生對象A、B和C在局部水平坐標(biāo)系中以米計的x、y坐標(biāo):(xA,yA),(xB,yB)和(xC,yC)。這些坐標(biāo)被用于參照圖5和15對公式(5)和(6)的演算以及用于參照圖7和14對公式(13)、(16)、(19)以及(21)到(24)的演算。演算位置圓的中心參照圖7,由對象A和B之間的水平角α定義的單個位置圓70的方程可由中心點O和半徑r來定義??舍槍D5的兩個位置圓50和52中的每一個執(zhí)行以下演算以分別定義這兩個位置圓50和52的方程(7)和(8)。隨后可通過聯(lián)合求解方程(7)和(8)尋找交集來演算AT16在圖5的點P處的位置。所在位置以恒定角度(即,水平角α)觀看線段AB的點集是位置圓70,其中線段AB是該圓的弦。為了確定圖1的無線通信系統(tǒng)100中AT16的位置P,對象A和B是與在AT16(例如,圖3的相機37、38和39)捕捉的一幅或多幅圖像中所標(biāo)識的兩個圖像關(guān)鍵點相對應(yīng)的檢出對象。對于這兩個所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點中的每一個,如上所述,收到的參考關(guān)鍵點被確定為與該所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點相對應(yīng)。所確定關(guān)鍵點的地理位置被用作對應(yīng)的所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點的地理位置(即,相應(yīng)的對象A和B的地理位置)。如上所述,可以定義局部水平坐標(biāo)系,并且這些地理位置可以從緯度和經(jīng)度度數(shù)被轉(zhuǎn)換成以米計的x、y坐標(biāo)以用于之后的位置圓中心的演算。所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點(即,對應(yīng)于對象A和B)之間的水平角α可以直接從相機37、38和39所捕捉的圖像測得,如上文參照圖6和13所述的。測量水平角α僅提供其量值。水平角α可被假定為正并且可被加上或減去,如下文所述的。當(dāng)從中心O的角度來看時,對象A關(guān)于位置圓70在對象B的左邊。從AT16的角度,如果對應(yīng)于對象A的所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點在對應(yīng)于對象B的所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點的左邊,則這是要定義的正確的位置圓。也可能定義不應(yīng)被用于此位置確定的第二位置圓(未示出),在該第二位置圓處也是以恒定的水平角觀看線段AB。此第二位置圓將關(guān)于線段AB與位置圓70對稱。即,此第二位置圓將在線段AB的另一側(cè)。然而,當(dāng)從此第二對稱位置圓的中心觀看時,對象B將在對象A的左邊。確定所在位置以恒定水平角α觀看線段AB的位置圓70的正確的中心和半徑涉及小心應(yīng)用符號法則以求解關(guān)于圓的中心及相應(yīng)位置圓的模糊性。在解析幾何中,直線的斜率被定義為該直線與x軸相交的角度的正切。在右手笛卡爾坐標(biāo)系中,直線的傾斜角是在逆時針方向上從x軸正向測得的,并取值自0°到180°。這樣的角被認為是正的。在圖7中,角度γ、和ψ分別是直線AB、OA和OB的傾斜角,并且弧線顯示其正向。為了定義位置圓70的方程,演算中心O和半徑r。位置圓70的中心O是直線OA和直線OB的交點。對于位置圓70,半徑r是線段OA。由于直線OA和OB穿過具有已知坐標(biāo)的對象A和B,因而可在演算這些直線的斜率之后定義它們的方程。圖7中的三角形OAB是等腰三角形,因為它的邊OA和OB是圓的半徑r從而是相等的。相應(yīng)地,角OAB和OBA也是相等的。根據(jù)平面幾何,對著弦AB的內(nèi)接角(即,水平角α)的值等于對著相同的弦AB的中心角(即,圖7中的中心角AOB=β)的一半。即,α=β/2。在每個三角形中,所有的內(nèi)角和為180°?;谌切蜲AB的這些特性,半徑r與線段AB之間的角OAB和OBA的方程可被寫為:∠OAB=∠OBA=(180°-β)/2=90°-α(12)如圖7中所示。直線OA和直線OB關(guān)于線段AB呈90°-α傾斜。參照圖14并且還參照圖7,演算位置圓的中心和半徑平方的過程1400包括圖示的階段。該演算使用所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點之間的水平角和被確定為對應(yīng)于所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點的關(guān)鍵點的已知地理位置。可針對圖5中分別由水平角α1和α2定義的位置圓50和52中的每一個執(zhí)行過程1400.然而,過程1400僅是示例性的而不是限定性的。例如,可通過增加、移除或重新安排各階段來改動過程1400。在階段1402,AT16的處理器演算與所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點A和B相對應(yīng)的對象A和B之間的直線AB與局部水平坐標(biāo)系中的x軸形成的傾斜角。該局部水平坐標(biāo)系是由用于轉(zhuǎn)換所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點的地理位置的所選原點P0定義的坐標(biāo)系。直線AB的斜率mAB的公式為:mAB=(yB-yA)/(xB-xA)(13)以及角γ的公式為:γ=arctan(mAB)(14)該角是直線AB與x軸形成的傾斜角。在右手笛卡爾坐標(biāo)系中,直線的傾斜角取值自0°到180°。如果演算出的傾斜角γ、或ψ中的任何一個是負的,則可以通過加上180°將該角轉(zhuǎn)換成0°到180°之間的正值。如果演算出的傾斜角γ、或ψ中的任何一個大于180°,則可以通過減去180°將該角轉(zhuǎn)換成0°到180°之間的正值。在階段1404,AT16的處理器確定中心O與對象A之間的直線OA的方程,包括演算直線OA與局部水平坐標(biāo)系中的x軸形成的傾斜角。直線OA關(guān)于x軸的角度是角度γ與線段AB和直線OA之間的角度90°-α的算術(shù)和。在圖7的參照系中,直線OA可被看作直線AB關(guān)于對象A旋轉(zhuǎn)90°-α。由于對象B在對象A的右邊,所以該旋轉(zhuǎn)為順時針旋轉(zhuǎn)并且在右手笛卡爾坐標(biāo)系中為負。相應(yīng)地,角度的公式為:該角是直線OA與x軸形成的傾斜角??蓪ρ菟愠龅膬A斜角進行校正(即,±180°)以確保其是0°到180°之間的正值。演算出了對象A的x、y坐標(biāo)以及傾斜角,直線OA的方程可被確定為:y=mOA*(x-xA)+yA(16)其中斜率mOA是直線OA的傾斜角的正切:并且(xA,yA)是對象A的坐標(biāo),例如從以度計的維度和經(jīng)度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到的以米計的坐標(biāo)。在階段1406,AT16的處理器確定中心O與對象B之間的直線OB的方程,包括演算直線OB與局部水平坐標(biāo)系中的x軸形成的傾斜角。直線OB關(guān)于x軸的角度ψ是角度γ與線段AB和直線OB之間的角度90°-α的算術(shù)和。在圖7的參照系中,直線OB可被看作直線AB關(guān)于對象B旋轉(zhuǎn)90°-α。由于對象A在對象B的左邊,所以該旋轉(zhuǎn)為逆時針旋轉(zhuǎn)并且在右手笛卡爾坐標(biāo)系中為正。相應(yīng)地,角度ψ的公式為:ψ=γ+(90°-α)(18)該角是直線OB與x軸形成的傾斜角??蓪ρ菟愠龅膬A斜角ψ進行校正(即,±180°)以確保其是0°到180°之間的正值。演算出了對象B的x、y坐標(biāo)以及傾斜角ψ,直線OB的方程可被確定為:y=mOB*(x-xB)+yB(19)其中斜率mOB是直線OB的傾斜角ψ的正切:mOB=tan(ψ)(20)并且(xB,yB)是對象B的坐標(biāo),例如從以度計的維度和經(jīng)度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到的以米計的坐標(biāo)。在階段1408,AT16的處理器通過聯(lián)合求解直線OA和OB的方程以演算交集來演算位置圓的中心O。聯(lián)合求解方程(16)和(19)的x和y值產(chǎn)生交叉點,即中心O。方程(16)和(19)可被寫為具有兩個未知數(shù)(即,x和y)的一對方程:mOA*x-y=mOA*xA-yA(21)mOB*x-y=mOB*xB-yB(22)這對方程的解提供直線OA和OB的交叉點即中心O的坐標(biāo)(xO,yO)。方程(21)和(22)可寫成矩陣形式A*x=b,其中:并且可使用克拉默法則來得到解。坐標(biāo)(xO,yO)是關(guān)于該局部水平坐標(biāo)系的所選原點P0以米計的。在階段1410,AT16的處理器演算位置圓的半徑平方r2。中心O的所演算坐標(biāo)(xO,yO)和對象A的坐標(biāo)可被用于演算位置圓70的半徑平方r2:r2=(xA-xO)2+(yA-yO)2(24)其中方程(24)采用與分別關(guān)于圖5中的位置圓50和52的方程(5)和(6)相同的形式。位置圓70的方程隨后可被定義為:(xO-x)2+(yO-y)2=r2(25)其中方程(25)采用與分別關(guān)于圖5中的位置圓50和52的方程(7)和(8)相同的形式。演算方程(12)到(24)以確定中心點O的坐標(biāo)和半徑平方r2從而定義圖7的位置圓70的方程(25)可以針對圖5的兩個位置圓50和52中的每一個進行。隨后可以求解這兩個位置圓50和52的方程(即,方程(7)和(8))以確定點P處的合需交叉點(即AT16的位置),如上文參照圖5和15所述的。在存在噪聲測量的情況下此位置確定技術(shù)的準(zhǔn)確度取決于測得的水平角α1和α2的大小,這會影響位置圓50和52相交的角度。此交叉角越接近90°,位置越準(zhǔn)確。一般而言,以范圍從30°到120°的角度交叉的位置線提供合理準(zhǔn)確的位置。交叉角介于30°到120°之間的需求轉(zhuǎn)變?yōu)樗浇铅?和α2介于范圍30°到120°的需求。對于在此范圍之外的角度,位置的不確定性在存在噪聲和測量誤差的情況下增長迅速。盡管三個點足以使用水平角來確定觀察者的位置,但是可以利用單幅相機圖像提供數(shù)百個關(guān)鍵點這一事實??墒褂妹恳粋€關(guān)鍵點三元組,只要相關(guān)聯(lián)對象的地理位置是已知的并且所跨越的角度足夠?qū)?。所描述的位置確定技術(shù)在計算上非常廉價??梢赃x擇不止一個三元組而是多個三元組,并且位置確定可使用所有被選擇的三元組。例如,可選擇三個點序列{Ai}、{Bi}、{Ci}(i=1,…,n),其中n是三元組的數(shù)目??舍槍γ總€三元組確定對應(yīng)的位置序列Pi。作為最終精細位置,可通過演算該序列的平均緯度和平均經(jīng)度來確定所有位置Pi的平均:其中(緯度f,經(jīng)度f)是最終精細位置P的地理坐標(biāo),以及(緯度i,經(jīng)度i)是位置Pi的地理坐標(biāo)。一般而言,數(shù)目n越大,所確定的位置越準(zhǔn)確。為了改善穩(wěn)健性,如果序列長度足夠大則可以從位置序列Pi中丟棄離群值。為此有很多做法。例如,在簡單情形中,如果n大于5,則可以從序列中丟棄最小和最大緯度以及最小和最大經(jīng)度(例如,通過在計算算術(shù)平均以獲得最終精細位置P時將它們排除在外)。具有多臺相機的接入終端的有效水平視角除了向顯示器提供實況視頻流外,圖3的AT16的相機37可用作位置確定的工具,從而使得能在AT16上應(yīng)用導(dǎo)航技術(shù)。一些導(dǎo)航技術(shù)的準(zhǔn)確度取決于導(dǎo)航設(shè)備(在此為相機38)所能測得的角度的大小。移動設(shè)備上使用的典型相機具有約45°的水平視角。同時測量兩個毗鄰的水平角的、使用水平角的位置確定的準(zhǔn)確度取決于所測水平角的大小,并且一般希望每個水平角大于30°。除了特殊情形,具有45°水平視角的相機不足以使用此技術(shù)獲得可靠位置,因為該相機不能測得兩個毗鄰的各自至少30°的角。相機的水平視角對于導(dǎo)航而言是一重要參數(shù),并且不應(yīng)將其與較大并且通常在相機制造商規(guī)范中使用的對角線視角相混淆??朔?biāo)準(zhǔn)相機的角度限制以便用于導(dǎo)航的可能解決方案是使用廣角相機或魚眼相機。典型的廣角相機具有約60°的水平視角,如果使用通過水平角進行位置確定,那么該水平視角在大多數(shù)情況下仍然太窄而不能提供準(zhǔn)確位置。廣角相機比標(biāo)準(zhǔn)相機更貴,同時廣角鏡頭引入了明顯的畸變從而需要仔細的校準(zhǔn)和補償。典型的魚眼相機可具有110°或更大的水平視角,但會非常昂貴。而且,即使使用非常昂貴的校準(zhǔn)和補償技術(shù)也不能完全消除魚眼鏡頭引入的畸變。以類似扇形的配置在AT16上安裝兩臺或更多臺標(biāo)準(zhǔn)相機且各臺相機的水平視角之間具有略微交迭(例如,從5°到10°)有效地增加了聯(lián)合視角而不需要昂貴的組件也不引入較大畸變。在毗鄰相機的水平視角之間保持較小交迭起到兩個作用:對距離兩臺相機的主軸最遠的點(這些點是透鏡引入最大徑向畸變的區(qū)域)上的信息的重復(fù),以及將來自多臺相機的多幅圖像組合成設(shè)備顯示器上的單幅全景的能力,這也能改善用戶體驗。參照圖8和圖9,在AT16上安裝了兩臺標(biāo)準(zhǔn)相機37和38。相機37和38是各自具有45°水平視角80的標(biāo)準(zhǔn)相機。對應(yīng)這種配置的有效水平視角可以約為80°到85°。此種配置在更多場合下相比于使用單臺標(biāo)準(zhǔn)相機或單臺廣角相機提供使用水平角的可靠位置確定。盡管使用相對廉價的相機但是光學(xué)系統(tǒng)的有效視角得到提升。而且,具有適度水平視角的標(biāo)準(zhǔn)相機具有較小的鏡頭畸變從而只需要低成本的補償方法。參照圖10和圖11,在AT16上安裝了三臺標(biāo)準(zhǔn)相機37、38和39。相機37、38和39是各自具有45°水平視角80的標(biāo)準(zhǔn)相機。對應(yīng)這種配置的有效水平視角可以約為115°到125°。此種配置在更多場合下相比于使用單臺魚眼相機以及在明顯更多場合下相比于使用兩臺標(biāo)準(zhǔn)相機提供使用水平角的可靠位置確定。除了使用水平角的位置確定,通過這種寬度的有效水平視角進行其他導(dǎo)航方法也是可能的。這里,相機37和38是灰度相機而相機39是彩色相機,它們各自具有45°水平視角80。相機37、38和39以類似扇形的配置安裝在AT16上并且在個體水平視角之間具有略微交迭。單臺彩色相機39可作為中央相機被用于導(dǎo)航和顯示兩者,而兩臺灰度相機37和38可作為外圍相機僅用于導(dǎo)航。這種配置比使用三臺標(biāo)準(zhǔn)彩色相機的配置更為便宜并且消耗更少功率。替換地,使用三臺標(biāo)準(zhǔn)彩色相機的配置提供將來自多臺相機的多幅彩色圖像組合成設(shè)備顯示器上的單幅彩色全景的能力,這可以改善用戶體驗。圖8和10中在AT16上安裝多臺廉價標(biāo)準(zhǔn)相機的配置顯著增大了光學(xué)系統(tǒng)的有效水平視角,并且使得能在AT16上實現(xiàn)高效而強大的位置確定技術(shù)。這些技術(shù)被公式化成具有存在的閉形解析解的二維幾何問題,該閉形解析解可容易地通過繪圖來圖形化求解或者直接通過解方程來求解。因此,相比于使用迭代數(shù)值法求解非線性三維問題的使用計算機視覺技術(shù)的位置確定的計算成本,這些方法的計算成本是最小的。對于使用水平角對AT16進行位置確定而言,相對于使用計算機視覺技術(shù)明顯降低的計算成本轉(zhuǎn)換成執(zhí)行時間上的顯著增益和功耗上的節(jié)省。上文公開的技術(shù)為了簡單起見假設(shè)被選擇用于確定位置的水平角是毗鄰的,如圖5中所示。在此類情形中,僅需要三個對象A、B和C,并且位置圓50和52的交叉點是中點P和觀察者位置P。然而,該項技術(shù)在水平角不是毗鄰的情況下同樣工作良好,只要兩個水平角至少30度。這在圖17中解說,其中示出了四個對象A、B、C和D。第一水平角α1對著線段AB;第二水平角α2對著線段CD。水平角α1和α2在觀察者位置處具有公共頂點,但是水平角α1和α2不是毗鄰的。此技術(shù)的變型與水平角毗鄰時所用的技術(shù)相類似。使用公式(1)到(8)構(gòu)造分別以點O1和O2為中心的位置圓170和172。一旦構(gòu)造了位置圓170和172,就能找到它們的交叉點P1和P2。這兩個交叉點P1和P2都是精細位置P的候選,因為從這兩個交叉點P1和P2以角度α1觀看線段AB并且以角度α2觀看線段CD。模糊性可通過使用上文參照圖6和13以及公式(1)到(4)描述的確定所標(biāo)識圖像關(guān)鍵點之間的水平角的技術(shù)測量觀察者觀看線段AD的角度APD來求解。隨后演算角度AP1D和AP2D并將其與測得的角度APD相比。隨后,精細位置P被選為所在位置以近似測得的角度APD觀看AD的點。關(guān)于本描述的考量結(jié)合本文公開描述的各種解說性邏輯框、模塊、以及電路可用通用處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其他可編程邏輯器件、分立的門或晶體管邏輯、分立的硬件組件、或其設(shè)計成執(zhí)行本文中描述的功能的任何組合來實現(xiàn)或執(zhí)行。通用處理器可以是微處理器,但在替換方案中,處理器可以是任何常規(guī)的處理器、控制器、微控制器、或狀態(tài)機。處理器還可以被實現(xiàn)為計算設(shè)備的組合,例如DSP與微處理器的組合、多個微處理器、與DSP核心協(xié)作的一個或更多個微處理器、或任何其他此類配置。結(jié)合本文公開描述的方法或算法的塊可直接在硬件中、在由處理器執(zhí)行的軟件模塊中、或在這兩者的組合中實施。軟件模塊可駐留在RAM存儲器、閃存、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器、寄存器、硬盤、可移動盤、CD-ROM、或本領(lǐng)域中所知的任何其他形式的存儲介質(zhì)中。示例性存儲介質(zhì)耦合到處理器以使得該處理器能從該存儲介質(zhì)讀取信息以及向該存儲介質(zhì)寫入信息。在替換方案中,存儲介質(zhì)可以被整合到處理器。處理器和存儲介質(zhì)可駐留在ASIC中。ASIC可駐留在用戶終端中。在替換方案中,處理器和存儲介質(zhì)可作為分立組件駐留在用戶終端中。在一個或更多個示例性設(shè)計中,所描述的功能可以在硬件、由處理器執(zhí)行的軟件、固件、或其任何組合中實現(xiàn)。如果在由處理器執(zhí)行的軟件中實現(xiàn),則各功能可以作為一條或更多條指令或代碼存儲在計算機可讀介質(zhì)上或藉其進行傳送。計算機可讀介質(zhì)包括計算機存儲介質(zhì)和通信介質(zhì)兩者,其包括促成計算機程序從一地向另一地轉(zhuǎn)移的任何介質(zhì)。存儲介質(zhì)可以是能被通用或?qū)S糜嬎銠C訪問的任何可用介質(zhì)。作為示例而非限定,計算機可讀介質(zhì)可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盤存儲、磁盤存儲或其他磁存儲設(shè)備、或能用來攜帶或存儲指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式的合需程序代碼手段且能由通用或?qū)S糜嬎銠C、或者通用或?qū)S锰幚砥髟L問的任何其他介質(zhì)。另外,任何連接也被正當(dāng)?shù)胤Q為計算機可讀介質(zhì)。例如,如果軟件是使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數(shù)字訂戶線(DSL)、或諸如紅外、無線電、以及微波之類的無線技術(shù)從web網(wǎng)站、服務(wù)器、或其他遠程源傳送而來,則該同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL、或諸如紅外、無線電、以及微波之類的無線技術(shù)就被包括在介質(zhì)的定義之中。如本文中所使用的盤和碟包括壓縮碟(CD)、激光碟、光碟、數(shù)字通用碟(DVD)、軟盤和藍光碟,其中盤(disk)往往以磁的方式再現(xiàn)數(shù)據(jù)而碟(disc)用激光以光學(xué)方式再現(xiàn)數(shù)據(jù)。上述的組合也被包括在計算機可讀介質(zhì)的范圍內(nèi)。提供了先前的描述以使得本領(lǐng)域任何技術(shù)人員皆能作出和/或使用所描述的裝置、系統(tǒng)和方法。對本公開的各種修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說都將是顯而易見的,且本文中所定義的普適原理可被應(yīng)用到其他變體而不會脫離本公開的精神或范圍。由此,本公開并非被限定于本文中所描述的示例和設(shè)計,而是應(yīng)被授予與本文中所公開的原理和新穎性特征相一致的最廣范圍。
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