專利名稱：數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理器和數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理器和數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理方法，更具體地說，涉及一種用于由地面照相數(shù)據(jù)產(chǎn)生的數(shù)字地圖數(shù)據(jù)的處理器和處理方法。
近來，導(dǎo)航系統(tǒng)日益普及，它能利用全球定位系統(tǒng)(GPS)衛(wèi)星信號指示其上裝有該系統(tǒng)的車輛的位置，提供引向目的地的路徑。還提出一種動態(tài)路徑引導(dǎo)系統(tǒng)(DRGS)，它利用VICS(車輛信息通信系統(tǒng))得出象來自信息中心的線路行駛時間之類的交通信息，根據(jù)所得到的交通信息檢索一個為了在最短時間達到目的地而推薦的行駛路徑，和向用戶(司機或類似人員)提供這一路徑。這樣一種系統(tǒng)的用戶，按照顯示器上的顯示或語音的提示，識別由該系統(tǒng)提供的行駛路徑和各種信息。借助路徑引導(dǎo)信息，用戶能夠操縱車輛，以便更舒適地駕駛，不那么疲勞。
上述系統(tǒng)使用的導(dǎo)航功能可包括航位推算導(dǎo)航，地圖匹配，GPS等。在航位推算導(dǎo)航中，按照車輛上安裝的方向和距離傳感器的測定，從車輛的相對位置確定車輛的行駛軌跡。在地圖匹配中，根據(jù)地圖數(shù)據(jù)結(jié)合道路形式由航位推算導(dǎo)航確定車輛的行駛軌跡，以鑒定行駛過的道路，從而在地圖上確定車輛的位置。結(jié)合由GPS得出的車輛的絕對位置(緯度和經(jīng)度)信息，可改善地圖匹配的位置精度。
為了用戶識別由上述系統(tǒng)提供的信息而沒有不適宜的感覺，關(guān)于車輛的實際狀態(tài)(道路形式和周圍建筑物)應(yīng)當與在顯示器件或類似器件上的顯示內(nèi)容一致，這些內(nèi)容是與有關(guān)車輛一起顯示的。因此，需要一個準確地指示有關(guān)車輛位置的地圖。
希望使用一種通過進行實際測量、建筑物研究等而校正的地圖數(shù)據(jù)，但涉及巨大的地圖制作時間和成本、很長的更新間隔(例如每年一次)、和小于最佳計時的問題仍然是一些障礙。
日本專利申請擬公開號Hei7-28400公開了一種技術(shù)，其中，把由地球觀測衛(wèi)星捕獲的衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)傳送到地面上的車輛等上，把衛(wèi)星圖像變換成地圖背景圖象，和把背景圖像與以前生成的地點名稱數(shù)據(jù)和道路數(shù)據(jù)結(jié)合起來，以生成地圖。根據(jù)這種技術(shù)，能夠得到以較短周期拍攝的地面的衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)，從而能較經(jīng)常地更新地圖。在是實際光學圖像的背景圖象上顯示車輛的位置，用戶就能在地圖上容易看到建筑物和周圍的環(huán)境(車輛周圍的圖像)。這樣，可改善信息識別程度。
然而，借助上述方法得到的地面照片只是一個圖像，并不包括涉及有關(guān)道路的地點名稱等的數(shù)據(jù)，和計算路徑用的各個道路連接處的距離的數(shù)據(jù)。因此，有一個缺點不能實現(xiàn)常規(guī)導(dǎo)航功能，這些功能包括很復(fù)雜的路徑計算(例如通行費道路優(yōu)先檢索，成本優(yōu)先檢索等)，路徑指導(dǎo)(避免交通擁擠，避免交通管制等)，警告控制(彎道警示，上山或下山坡度警示等)等。此外，由于照片取自拍攝時的不同拍攝角度，所以拍攝的道路形式等不同于實際的道路形式。結(jié)果，當以前生成的道路數(shù)據(jù)、地點名稱數(shù)據(jù)等被覆蓋時，照片上所示地點就從各數(shù)據(jù)地點(緯度和經(jīng)度)移開。
因此，有一個問題當各種信息被組合時，總地圖精度下降，且不能通過上述導(dǎo)航功能準確地進行計算。還有一個缺點照片上所示的位置移開由GPS識別的有關(guān)車輛的位置，且導(dǎo)航本身變成無意義。
本發(fā)明旨在克服上述問題，本發(fā)明之目的在于提供一種數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理設(shè)備和數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理方法，它能通過使用容易和經(jīng)常得到的數(shù)據(jù)得出準確的道路地圖數(shù)據(jù)，和能有效地使用所得出的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明致力于一種數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理設(shè)備，它包括圖像數(shù)據(jù)采集裝置，它得到從高觀看點捕獲的地面圖像數(shù)據(jù)；圖像處理裝置，它把圖像數(shù)據(jù)變換成基本上直接從上面觀看的垂直圖像數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)提取裝置，它根據(jù)垂直數(shù)據(jù)提取地面道路網(wǎng)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置，它把道路網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一種相當于預(yù)定數(shù)字道路地圖的數(shù)據(jù)格式；和地圖生成裝置，它通過把轉(zhuǎn)換后的道路網(wǎng)數(shù)據(jù)重迭在預(yù)定的數(shù)字道路圖上，生成數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)。
從高觀看點拍攝的地面圖像數(shù)據(jù)可以是由飛機或衛(wèi)星之類的高緯度航天器捕獲的圖像數(shù)據(jù)。在此，基本上直接從上面觀看的垂直圖像數(shù)據(jù)不一定意味著完全垂直于地面，而只是把地面上的道路和建筑物當成在平面上觀看。此外，道路網(wǎng)數(shù)據(jù)包括道路和涉及道路的三維信息(例如地形，設(shè)施外觀等)，和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置附加高度信息，以及涉及道路和到提取道路網(wǎng)數(shù)據(jù)道路的各連接處和連接支路的距離的信息。此外，地圖生成裝置把地點名稱信息、名稱信息、道路相關(guān)控制信息等覆蓋到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)上，以生成道路地圖。通過這樣的配置，從處于垂直投影狀態(tài)的圖像數(shù)據(jù)提取的和基本上直接從上面觀看的道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，使道路以準確形式相當于實際的緯度和經(jīng)度，從而當覆蓋各種信息時，信息無位移之憂，且能生成高精度的地圖。根據(jù)具有直接從上面看的全部區(qū)域的垂直圖像數(shù)據(jù)，提取道路網(wǎng)絡(luò)。因此，能夠得到相當于實際道路的準確地圖數(shù)據(jù)。
在上述結(jié)構(gòu)中，本發(fā)明可以包括一個特征，即數(shù)據(jù)提取裝置包括比較裝置，它把在第一時間轉(zhuǎn)換的第一垂直圖像數(shù)據(jù)和在第二時間轉(zhuǎn)換的第二垂直圖像數(shù)據(jù)進行比較，以得到在其間的變動部分的數(shù)據(jù)，并且圖像生成裝置根據(jù)變動部分數(shù)據(jù)校正數(shù)字垂直圖像數(shù)據(jù)。
在上述配置情況下，可以只對在第一時間與第二時間之間變動部分校正地圖數(shù)據(jù)。因此，可降低地圖生成成本，和經(jīng)常更新地圖數(shù)據(jù)。
在上述結(jié)構(gòu)中，本發(fā)明還包括傳送裝置，它把生成的數(shù)字垂直圖像數(shù)據(jù)傳送到一個外部地圖數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
外部地圖數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以是一個使用地圖數(shù)據(jù)進行各種處理的導(dǎo)航系統(tǒng)，和各種在車輛和信息中心之類任何地方使用的檢索系統(tǒng)。傳送裝置除了用于傳送的有線或無線通信裝置以外，還可包括CD-ROM和DVD之類的存儲裝置。通過上述配置，可以容易地使用很準確的地圖數(shù)據(jù)。
在上述結(jié)構(gòu)情況下，本發(fā)明可以具有一個特征由圖像數(shù)據(jù)采集裝置采集的圖像數(shù)據(jù)是由人造衛(wèi)星捕獲的衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)。
按照上述配置，能經(jīng)常得到圖像數(shù)據(jù)，且能得到最新的道路數(shù)據(jù)。因此，能用要求的計時容易而準確地更新地圖數(shù)據(jù)。
本發(fā)明還致力于一種數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理方法，該方法包括一個圖像數(shù)據(jù)采集步驟，它得到從高觀看點捕獲的地面圖像數(shù)據(jù)；一個圖像處理步驟，它把圖像數(shù)據(jù)變換成基本上直接從上面觀看的垂直圖像數(shù)據(jù)；一個數(shù)據(jù)提取步驟，它根據(jù)垂直圖像數(shù)據(jù)提取地面道路網(wǎng)數(shù)據(jù)；一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換步驟，它把道路網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一種相當于預(yù)定數(shù)字道路地圖的數(shù)據(jù)格式；和一個地圖生成步驟，它通過把轉(zhuǎn)換后的道路網(wǎng)數(shù)據(jù)重迭在預(yù)定數(shù)字道路地圖上，生成數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)。
本發(fā)明還致力于一種媒體，在媒體上記錄用于生成數(shù)字垂直圖像數(shù)據(jù)的生成軟件，其特征在于生成軟件是在計算機上執(zhí)行的，并且包括一個處理程序塊，它把從高觀看點捕獲的地面圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成基本上直接從上面觀看的垂直圖像數(shù)據(jù)；一個提取程序塊，它根據(jù)垂直圖像數(shù)據(jù)提取地面道路網(wǎng)數(shù)據(jù)；一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序塊。它把道路網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一個相當于預(yù)定數(shù)字道路地圖的數(shù)據(jù)格式；和一個生成程序塊，它通過把轉(zhuǎn)換后的道路網(wǎng)數(shù)據(jù)重迭在預(yù)定的數(shù)字道路地圖上，生成數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)。
本發(fā)明還致力于一種數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理設(shè)備，該設(shè)備包括數(shù)據(jù)采集裝置，它得到根據(jù)從高觀看點拍攝的地面圖像數(shù)據(jù)生成的數(shù)字垂直圖像數(shù)據(jù)；寫裝置，它把所采集的數(shù)字垂直圖像數(shù)據(jù)寫入與導(dǎo)航系統(tǒng)有關(guān)的地圖存儲裝置；和控制裝置，它根據(jù)寫入的數(shù)字垂直圖像數(shù)據(jù)控制導(dǎo)航系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)采集裝置還可包括讀裝置，它讀取來自有線或無線通信裝置的數(shù)據(jù)，或來自CD-ROM或DVD之類的存儲裝置的數(shù)據(jù)。按照上述的配置，根據(jù)由圖像數(shù)據(jù)提取的道路網(wǎng)數(shù)據(jù)生成的地圖是處于垂直投影狀態(tài)的和基本直接從上面觀看的，具有相當于實際緯度和經(jīng)度的道路形式，和在不移動情況下重迭的各種類型的信息。這樣，地圖很準，且能很準地控制導(dǎo)航。
在上述結(jié)構(gòu)中，本發(fā)明可具有一種特征控制裝置也控制一個車載的行駛控制裝置。
行駛控制設(shè)備可以包括例如加速控制，換檔控制，剎車控制，暫?？刂疲?qū)動輪控制和操縱輪控制設(shè)備。數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)除了經(jīng)緯度數(shù)據(jù)以外，還可包括高度數(shù)據(jù)，從而可準確地計算道路的傾角和彎道的曲率半徑。例如，可以按照適當?shù)目刂屏坑眠m當?shù)挠嫊r，在彎道和上山或下山坡道的前面，作出用于減速的換檔控制和加速控制。這樣，車輛的控制能按地形調(diào)整。
本發(fā)明還致力于數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理方法，該方法包括采集步驟，用它得到根據(jù)從高觀看點拍攝的地面圖像數(shù)據(jù)生成的數(shù)字垂直圖像；寫步驟，用它把所采集的數(shù)字垂直圖像數(shù)據(jù)寫入與導(dǎo)航系統(tǒng)有關(guān)的地圖存儲裝置；和控制步驟，根據(jù)寫入的數(shù)字垂直圖像數(shù)據(jù)用它控制導(dǎo)航系統(tǒng)。
在上述結(jié)構(gòu)中，本發(fā)明可具有一個特征控制步驟也控制一個車載的行駛控制裝置。


圖1是原理圖，根據(jù)本發(fā)明的實施例說明數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理器的總結(jié)構(gòu)；圖2是示意圖，根據(jù)本發(fā)明的實施例說明用數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理器生成數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)的原理；圖3是流程圖，根據(jù)本發(fā)明的實施例說明用數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理器生成數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)的過程；圖4是說明圖，根據(jù)本發(fā)明的實施例說明用數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理器生成數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)；圖5是結(jié)構(gòu)塊圖，根據(jù)本發(fā)明的實施例說明關(guān)于數(shù)字圖像數(shù)據(jù)處理器的數(shù)據(jù)提取段的結(jié)構(gòu)；圖6是說明圖，說明在根據(jù)本發(fā)明的實施例的數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)與常規(guī)地圖數(shù)據(jù)之間的差別；圖7是說明圖，根據(jù)本發(fā)明的實施例說明基于數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)的模擬圖像的實例；圖8是結(jié)構(gòu)塊圖，根據(jù)本發(fā)明的實施例說明車載的數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理器的結(jié)構(gòu)；圖9是說明圖，根據(jù)本發(fā)明的實施例說明數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)的應(yīng)用實例；和圖10是說明圖，根據(jù)本發(fā)明的實施例說明用于生成數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)的軟件的應(yīng)用實例。
下面參照附圖描述本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例。
圖1是原理圖，說明本實施例的數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理設(shè)備(以下簡稱處理器)的總結(jié)構(gòu)。處理器主要包括一個地像處理站16，它通過一個用作圖像數(shù)據(jù)采集裝置的衛(wèi)星通信站14采集地面衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)，該采集裝置用于相繼地接收從成像裝置發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)，當衛(wèi)星12或繞地球軌道飛行的類似飛行器之類的成像裝置以預(yù)定的高度在地面上飛行時，它就捕捉地面的圖像。通過有線或無線通信裝置或CD-ROM或DVD之類的任何存儲媒體，把由地像處理站16生成的圖像數(shù)據(jù)傳送到一個用戶的車輛18，該用戶是正在使用有著各種地圖使用應(yīng)用軟件(例如檢索系統(tǒng))的地圖或處理設(shè)備(例如計算機)的。
地像處理站16包括一個圖像處理部分(圖像處理裝置)20，它對通過衛(wèi)星通信站14得到的衛(wèi)星圖像進行處理；一個數(shù)據(jù)提取部分(數(shù)據(jù)提取裝置)22，它從轉(zhuǎn)換后的垂直圖像，例如道路和設(shè)施的形狀和涉及道路的地形的三維信息，提取所需的道路網(wǎng)數(shù)據(jù)；和一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分(數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置)24，它把所提取的道路網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一種相當于預(yù)定數(shù)字道路地圖的數(shù)據(jù)格式。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分24轉(zhuǎn)換具有基本信息(例如鏈接信息)的道路網(wǎng)數(shù)據(jù)，使道路網(wǎng)數(shù)據(jù)涉及現(xiàn)有的數(shù)字道路地圖。地像處理部分16還具有一個地圖生成部分(地圖生成裝置)28，它把從一個具有現(xiàn)有地圖數(shù)據(jù)(例如地點名稱、道路名稱、交叉路口名稱、各種交通管制信息、關(guān)于沿途建筑物信息等)的地圖數(shù)據(jù)庫26得到的屬性數(shù)據(jù)等，重迭到轉(zhuǎn)換后的道路網(wǎng)數(shù)據(jù)上，以生成數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)；和一個傳送部分(傳送裝置)30，它把生成后的數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)傳送到用戶，即車輛18。
垂直圖像處理是下述的處理它對取自多個角度的一個區(qū)或相同區(qū)的衛(wèi)星圖像(地面圖像數(shù)據(jù))進行圖像處理，以便把地面狀態(tài)轉(zhuǎn)換成基本上直接從上面觀看的狀態(tài)。當拍攝一個大區(qū)的照片時，有小拍攝角度的拍攝區(qū)的周邊指示一種傾斜地觀看的狀態(tài)，從而地面上的道路、建筑物、地形等是變形的。但垂直圖像處理能使整個拍攝區(qū)具有一種直接從上面拍攝的狀態(tài)，從而地面上的道路、建筑物、地形等不變形，且具有和實際形式相同的形式。基本上直接從上面觀看的狀態(tài)不一定意味著完全垂直于地面，而只是意味著一種程度在一個平面上給出地面上的道路和建筑物。
除了圖1外，參照圖2的示意圖和圖3的流程圖，描述在地像處理站16內(nèi)生成數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)的過程。首先，地像處理站16的圖像處理部分20使用通信裝置(無線或有線的)，得到一個由衛(wèi)星通信站14采集的景物區(qū)的衛(wèi)星圖像(S100)。在此得到的衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)包括如上所述的從多個角度捕捉的一個區(qū)中的多個圖像。一般說來，繞地球軌道運動的人造衛(wèi)星會周期地通過同一軌道。為了從多個角度(例如，相對于到地面的垂線成±27°)拍攝同一地點的照片，圖像處理部分20能夠產(chǎn)生取自至少兩個方向的同一地點的所謂立體照片。地像處理站16還可判斷是否已經(jīng)得到用于生成一個地圖的預(yù)定區(qū)的圖像數(shù)據(jù)(S101)，并且當已經(jīng)得到期望的圖像數(shù)據(jù)時，開始校正每個圖像數(shù)據(jù)(M200)。首先，為亮度和飽和度校正所得圖像數(shù)據(jù)(S102)。一般說來，人造衛(wèi)星從日本北部到南部飛行約3分鐘，并且由于時間滯后或取決于反射光角度的飽和度的變化而產(chǎn)生一種陰影。因此，實現(xiàn)校正，使亮度和顏色達到預(yù)定的水平，從而校正成人類友好圖像。
然后，校正照相圖像位置(S103)。進行這種校正，以校正由人造衛(wèi)星在照相時間處理的數(shù)據(jù)，例如，根據(jù)人造衛(wèi)星在照相時間的位置數(shù)據(jù)、照相角度數(shù)據(jù)等實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的校正，為了在照相范圍內(nèi)確定用作數(shù)據(jù)等的區(qū)域位置校正而實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的校正，和為了把圖像數(shù)據(jù)和位置與角度數(shù)據(jù)聯(lián)系起來而實現(xiàn)的校正。然后，實現(xiàn)匹配校正，以匹配地面參考點和圖像數(shù)據(jù)上的參考點(S104)。在地球上的給定位置(有指定緯度和經(jīng)度的地方)，確定地面參考點。例如，當整個日本被定為地圖上示出的一個區(qū)時，就在總計200個左右的各點確定上述的參考點。借助在上述步驟(S103)和(S104)中實現(xiàn)的校正，地像處理站16能識別由人造衛(wèi)星按照一系列連續(xù)數(shù)據(jù)任意地得到的圖像數(shù)據(jù)。
然后，使圖像數(shù)據(jù)(立體照相)經(jīng)受垂直圖像處理，以便把圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一種其地面是直接從上面成像的狀態(tài)。因為垂直圖像處理是以用作基本數(shù)據(jù)的立體照相圖像進行的，就能用三角網(wǎng)技術(shù)等得到各點的高度信息。結(jié)果，把圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一種平面視圖形式，并且在沒有畸變的情況下示出圖像數(shù)據(jù)上給定位置的道路、建筑物和地形。此外，給出各點的高度信息，使圖像數(shù)據(jù)上各點的道路、建筑物和地形變成立體照相數(shù)據(jù)(S105)。
生成具有圖像數(shù)據(jù)的DTM(數(shù)字拓撲模型)數(shù)據(jù)庫(S106)，該圖像數(shù)據(jù)具有涉及數(shù)值數(shù)據(jù)的經(jīng)緯度和高度。DTM數(shù)據(jù)庫是一個矩陣數(shù)據(jù)庫，它具有圖像數(shù)據(jù)上的5米間隔的網(wǎng)格，和涉及圖像數(shù)據(jù)的經(jīng)緯度和高度數(shù)據(jù)的各交叉點。此外，生成全景清晰的1米圖像(S107)。一般說來，以各種頻率拍攝衛(wèi)星圖像。例如，使用一種具有1米分辨率的單色近紅外線膠片或一種具有4米分辨率的彩色膠片。因此，通過把這些膠片的優(yōu)點結(jié)合起來，構(gòu)成一種具有1米分辨率的彩色照片。通過在下文描述的比較部分中比較經(jīng)歷一段預(yù)定時間后的兩個DTM數(shù)據(jù)，能識別建筑物高度和地形高度上的變化。同樣，有可能通過比較在經(jīng)歷一段預(yù)定時間后的兩個全景清晰的1米圖像，識別道路和建筑物的新架設(shè)、修理、拆除等；并且通過自動地識別變更量，自動地更新一個最后生成的數(shù)字垂直地圖。一個基于上述垂直圖像的數(shù)據(jù)庫具有1米的水平精度和1.5米的垂直精度。因此，通過分析轉(zhuǎn)換后的垂直圖像，能識別圖像上的尺寸，例如道路寬度等，并且能夠使用該尺寸在下述的生成略圖中決定每個結(jié)構(gòu)線的厚度。
適合于這點的數(shù)據(jù)是帶形的數(shù)據(jù)，具有根據(jù)衛(wèi)星圖像生成的預(yù)定攝影寬度。然后連接各帶形正交處理數(shù)據(jù)，以生成一個正交無縫隙鑲嵌(S108)。在這時，各帶形正交處理數(shù)據(jù)具有5米間隔的網(wǎng)格數(shù)據(jù)(經(jīng)緯度和高度)，借此得到所期望無縫隙區(qū)的垂直圖像數(shù)據(jù)(M201)。
按如上所述完成基于衛(wèi)星圖像的圖像處理的第一半。然后，數(shù)據(jù)提取部分22根據(jù)生成的垂直圖像數(shù)據(jù)提取道路網(wǎng)數(shù)據(jù)。尤其是，生成一個略圖(S109，M202)。為了生成略圖，把現(xiàn)有的地圖數(shù)據(jù)變成垂直圖像數(shù)據(jù)，并且提取垂直圖像數(shù)據(jù)上的道路和關(guān)于道路的立體照像信息(道路網(wǎng)數(shù)據(jù))。道路網(wǎng)數(shù)據(jù)除了道路數(shù)據(jù)以外，還包括例如地形、設(shè)施外觀和其他數(shù)據(jù)。在這一點上，結(jié)合道路識別垂直圖像數(shù)據(jù)上的像素的連續(xù)性，并且考慮到現(xiàn)有地圖數(shù)據(jù)中未包括的新建、改建或改變的道路，以配置略圖。換句話說，即使所參考的現(xiàn)有地圖數(shù)據(jù)精度低，也能夠接收那些已經(jīng)準確識別實際道路和與道路相關(guān)的信息的垂直圖像數(shù)據(jù)，以迅速提取道路網(wǎng)數(shù)據(jù)。
所生成的略圖包括經(jīng)緯度和高度數(shù)據(jù)，從而數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分24根據(jù)在生成略圖中識別的道路形式進行道路連接點的分隔，并且計算用于各道路連接點的基本道路數(shù)據(jù)(S110，M203)?；镜缆窋?shù)據(jù)可以包括例如連接點信息(從連接點到連接點的距離，坡度，彎道曲率半徑等)，道路結(jié)構(gòu)等。還保持業(yè)已得到的道路寬度、高度等，用作基本道路數(shù)據(jù)。根據(jù)基本道路數(shù)據(jù)，能順利地進行下文描述的導(dǎo)航。能根據(jù)DTM5米網(wǎng)格數(shù)據(jù)，計算連接點信息。因此，從連接點到連接點的距離、坡度、彎道的曲率半徑能夠基本上相同于實際的形式，當進行要在下文描述的圖像模擬時，能夠構(gòu)成實際的圖像。
然后判斷是否采集基本道路數(shù)據(jù)(S111)。當判斷業(yè)已采集該數(shù)據(jù)時，地圖生成部分28參考已知的數(shù)據(jù)庫26，以便把屬性數(shù)據(jù)覆蓋到略圖上，從而生成一個數(shù)字垂直地圖(S112，M204)屬性數(shù)據(jù)是從能按需要更新的已知數(shù)據(jù)庫得到的信息，包括道路的類型(例如高速公路，一般道路，收費公路，國家級公路，縣級公路，市政公路，私營公路)，路號，公路經(jīng)營管理者類型(國營，地方國營等)，行政區(qū)類型，交通管制(速度限制，單向行駛，非停放區(qū)等)，地點名稱，交叉路口名稱，流行的公路名稱，各種路標，和其他數(shù)據(jù)。如果需要，可以覆蓋一個涉及道路，尤其是背景數(shù)據(jù)的立體圖。背景數(shù)據(jù)包括例如河流系統(tǒng)數(shù)據(jù)(河、湖、池等)，鐵路位置數(shù)據(jù)(路線位置，車站位置等)，設(shè)施位置數(shù)據(jù)，設(shè)施形式數(shù)據(jù)等。通過覆蓋上述的背景數(shù)據(jù)，能夠生成一個很接近實際景物和環(huán)境的地圖。對每種類型分級其屬性數(shù)據(jù)，以希望通過轉(zhuǎn)換格式而只覆蓋所需的信息，從而和要用的應(yīng)用符合(S113，M205)。例如，該數(shù)據(jù)可以具有關(guān)于只帶有其他設(shè)施信息和被省略的類似信息的道路的信息，或只涉及主要城市郊區(qū)(例如10公里半徑)和限于只說明道路信息的其他地區(qū)的被添加到道路信息上的設(shè)施信息。圖4說明含有基本道路數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和背景數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這樣，數(shù)字垂直地圖經(jīng)受取決于使用的應(yīng)用的格式轉(zhuǎn)換，從而能夠有效地處理該應(yīng)用。
通過傳送部分30把其格式被轉(zhuǎn)換的數(shù)字垂直地圖傳送到車輛18，或記錄到CD-ROM之類的存儲媒體上，再傳送到車輛18上。
對于要通過各種應(yīng)用有效地使用的上述數(shù)據(jù)垂直圖像數(shù)據(jù)，期望經(jīng)常(例如每幾個月一次)校正其數(shù)據(jù)。在這種情況下，重新生成全部數(shù)字垂直圖像數(shù)據(jù)是低效的。因此，期望檢測數(shù)據(jù)的變化，并且只校正和更新變化后的部分。
圖5是方塊圖，說明數(shù)據(jù)變化部分的檢測。在數(shù)據(jù)提取部分中有一個存儲器32，用于把早先的垂直圖像數(shù)據(jù)和最新的垂直圖像數(shù)據(jù)存儲在一起。存儲器32可以存儲處于DTM5米網(wǎng)格數(shù)據(jù)狀態(tài)或全景清晰的1米圖像狀態(tài)的垂直圖像數(shù)據(jù)。當把新的垂直圖像數(shù)據(jù)輸入到存儲器32時，就把新的垂直圖像數(shù)據(jù)和以前存儲在存儲器32中的老垂直圖像數(shù)據(jù)輸入到比較部分(比較裝置)34。比較部分34進行新老垂直圖像數(shù)據(jù)的對應(yīng)比較和重迭比較，以得到新老數(shù)據(jù)之間的變化的數(shù)據(jù)。略圖生成部分36生成涉及變化部分采集數(shù)據(jù)的部分略圖(M206)，并且數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分24計算關(guān)于部分略圖的基本道路數(shù)據(jù)，和轉(zhuǎn)換成相當于數(shù)字道路地圖的數(shù)據(jù)，以將它供給地圖生成部分28。地圖生成部分28根據(jù)基于變化部分數(shù)據(jù)生成的數(shù)據(jù)，校正以前生成數(shù)字垂直地圖的相應(yīng)部分，以反映最新圖像數(shù)據(jù)的信息。換句話說，新老垂直圖像數(shù)據(jù)中的未變部分，即隨時間過去而變的道路形式、建筑物和地形中的未變部分，能夠在處理中略去，從而能減輕處理的負擔，且能迅速地更新數(shù)據(jù)。
當傳送部分30傳送數(shù)字垂直圖像數(shù)據(jù)時，只傳送那些根據(jù)變化部分數(shù)據(jù)形成的變化部分的數(shù)字垂直圖像數(shù)據(jù)(部分數(shù)據(jù))，并且更新以前由接收側(cè)(例如車輛18)接收的數(shù)字垂直圖像數(shù)據(jù)(通用數(shù)據(jù))。這樣，數(shù)據(jù)傳送量明顯減小，且能降低傳送成本。
按如上所述生成的數(shù)字垂直圖像基于基本上從上面觀看的圖像數(shù)據(jù)，從而道路形式和涉及道路形式的立體照相信息(例如地形，設(shè)施外觀點)不會畸變。結(jié)果，能夠準確地得到各個用于計算路線的道路連接點的距離，道路坡度，彎道曲率半徑等。因為道路形式等不畸變，故能在最佳位置上覆蓋與道路相連系的以前生成的地點名稱數(shù)據(jù)，限定數(shù)據(jù)等。尤其是，根據(jù)圖6(a)所示的常規(guī)方法，當?shù)孛婢哂懈叨炔顒e時，以地面上基本相等的距離d表示的標記a1至ai的位置，按照相機出射點(攝影角)的位置而移動到圖像數(shù)據(jù)上，并且相當于標記a1至ai的標記b1至bi的間距被不均勻地指示。結(jié)果，當作為已知數(shù)據(jù)的屬性數(shù)據(jù)被覆蓋到圖像數(shù)據(jù)上時，就產(chǎn)生位移，從而不能按照地圖作出校正指示。特別是，當存在高度差別時，標記b1至bi之間的間距的不均勻性就顯得突出。此外，還不能作出完善的路線計算(例如收費公路優(yōu)先檢索，成本優(yōu)先檢索等)，該計算是導(dǎo)航、路線制導(dǎo)(避免交通擁擠、避免交通管制等)、警告控制(彎道警示、上山和下山坡道警示等)的重要功能。
另一方面，通過進行如圖6(b)所示的垂直圖像處理，使各標記a1至ai處于一種基本上直接從上面觀看的狀態(tài)，和使標記c1至ci處于一種下述狀態(tài)它們基本保持地面上的相等間距(由于地面上的高度差而有輕微的位移；d(1-cosθ))，并且被指示在垂直圖像數(shù)據(jù)上。結(jié)果，當作為已知數(shù)據(jù)的屬性數(shù)據(jù)被覆蓋時，就能在沒有位移的情況下作出準確的地圖顯示，和能很準確地進行上述的導(dǎo)航功能。
通過使用沒有圖像畸變的垂直圖像，能夠進行期望位置的圖像模擬。垂直圖像具有各位置的緯度數(shù)據(jù)，經(jīng)度數(shù)據(jù)和高度數(shù)據(jù)，從而還能識別地面上建筑物的大小、高度等。通過把這樣的數(shù)據(jù)重迭到一個由衛(wèi)星得到的立體照片上，能夠按圖7所示合成一個模擬圖像，該圖像是從與車輛司機相同的出射點位置觀看的(M207，M208)。還能通過把模擬圖像和要在下文描述的導(dǎo)航系統(tǒng)的路線制導(dǎo)功能結(jié)合起來，重迭制導(dǎo)箭頭38，且能作出良好的導(dǎo)航顯示。通過有線或無線通信裝置或借助CD-ROM或DVD之類的期望存儲媒體，按照與數(shù)字垂直圖像數(shù)據(jù)相同的方式，把所生成的圖像模擬傳送到那些使用具有各種地圖使用應(yīng)用軟件的地圖或處理設(shè)備(計算機等)的用戶車輛18。
圖8是具有數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理器的導(dǎo)航設(shè)備的結(jié)構(gòu)塊圖，在要提供數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)的車輛上安裝該處理器。裝在車輛上的數(shù)據(jù)采集部分40可以是一個接收器，它接收從上述地像處理站16(見圖1)的傳送部分30傳送的數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)；或者是一個閱讀器，它閱讀以CD-ROM或DVD形式提供的數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)。通過一個寫部分(寫裝置)42，把由數(shù)據(jù)采集部分(數(shù)據(jù)采集裝置)40采集的數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)，寫入裝在車輛上的地圖數(shù)據(jù)庫44中。一個導(dǎo)航控制部分(控制裝置)46，能夠根據(jù)基本道路數(shù)據(jù)(連接點數(shù)據(jù)等)、屬性數(shù)據(jù)、背景數(shù)據(jù)等，以及根據(jù)各種類型的數(shù)據(jù)、用存儲于地圖數(shù)據(jù)庫44中的數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)處理的經(jīng)緯度和高度，進行完善的路線計算(例如收費公路優(yōu)先檢索、成本優(yōu)先檢索等)，路線制導(dǎo)(避免交通擁擠、避免交通管制等)，警告控制(彎道警示、上山或下山坡道警示等)，如圖9所示。通過顯示部分48的可見指示和來自揚聲器50的聲音，向司機之類的用戶提供這種導(dǎo)航控制。在這種情況下，數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)具有準確的道路形式和關(guān)于道路的準確立體照相信息，從而能夠很準確地進行上述各種導(dǎo)航控制。因為覆蓋的屬性數(shù)據(jù)和背景數(shù)據(jù)完善地符合涉及道路形式的立體照相信息，并且道路準確地一致，所以能夠顯示與實際道路和庫房區(qū)相當一致的高質(zhì)量地圖和導(dǎo)航信息。
此外，車輛和每個信息中心能同時得到按如上所述生成的很準確數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)，并且車輛和每個信息中心能進行更重大的通信。尤其是，信息中心(例如交通信息中心，警察當局等)和車輛可共享相同的數(shù)字垂直圖像數(shù)據(jù)，并且信息中心能根據(jù)最新的準確地圖數(shù)據(jù)向車輛給出準確快速的導(dǎo)向，以避免危險和交通事故。因為車輛和各信息系統(tǒng)共享相同的數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)，所以能配置一個可靠的國際通用無線電話求救信號系統(tǒng)。特別是，在事故或緊急等情況下，能迅速地向現(xiàn)場派遣救援車輛，因為信息中心和車輛共享同樣的很準確地地圖數(shù)據(jù)，能作出正確目的地位置的適當路線和顯示和方向的選擇。當信息中心從一個行駛車輛接收到關(guān)于事故等信息時，能夠迅速準確地傳送信息，因為車輛和信息中心處于完善的匹配狀態(tài)。
導(dǎo)航控制部分46與報警控制同步，以向行駛控制部分52提供數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)的基本道路數(shù)據(jù)之類的信息，從而控制車輛在彎道、上坡、下坡等處的行駛。行駛控制部分52考慮彎道的曲率半徑、道路坡度、車道數(shù)目、車輛寬度等，調(diào)節(jié)剎車閘、變速器、暫停、發(fā)動機等的控制量和控制時間。數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)具有準確的連接點信息(從連接點到連接點的距離、坡度、彎道曲率半徑等)，從而行駛控制部分52能夠準確地計算和作出安全而最佳的計時控制。行駛控制部分52除了數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)之外，還得到其他的信息(例如，關(guān)于有關(guān)車輛的交通狀態(tài)、周圍環(huán)境等)，從而能夠進行轉(zhuǎn)向角控制和驅(qū)動輪控制，還能進行自動駕駛控制。
如圖10所示，能夠在一個CD-ROM或DVD之類的媒體54中，存儲用于生成數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)的軟件(用于處理圖3流程的軟件)，并且能在不通過地像處理站16(見圖1)的情況下，使用像用戶計算機56之類的處理設(shè)備執(zhí)行該軟件，以生成上述的數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)。在這種情況下，通過公用線路等從衛(wèi)星通信站14得到圖像數(shù)據(jù)。軟件至少包括一個處理程序塊，它把從高處拍攝的和通過公用線路等得到的地面圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成基本上直接從上面觀看的垂直圖像數(shù)據(jù)；一個提取程序塊，它根據(jù)垂直圖像數(shù)據(jù)提取地面道路網(wǎng)數(shù)據(jù)；一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序塊，它把道路網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相當于預(yù)定數(shù)字道路地圖的數(shù)據(jù)格式；和一個生成程序塊，它通過把轉(zhuǎn)換后的道路網(wǎng)數(shù)據(jù)覆蓋到預(yù)定的數(shù)字道路地圖上，生成數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)。這個軟件能夠用期望的時間和在期望的地點生成數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)。
當計算機56是一個車載設(shè)備時，能夠按照車輛正在行駛的地區(qū)直接生成所需地區(qū)的數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)；并且通過把一個用于進行像圖5比較部分一樣的處理的程序塊添加到上述軟件中，就能夠容易地根據(jù)變化部分數(shù)據(jù)，更新數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)。此外，若添加一個進行圖2所示圖像模擬的程序塊，則有利于生成用戶期望位置或出射點的模擬圖像。
雖然參照用作基本數(shù)據(jù)的衛(wèi)星捕捉立體圖像數(shù)據(jù)描述了本實施例的示范性配置，但能用相同的方式處理任何從高觀看點拍攝的立體圖像，且能得到相同的效果。同樣，覆蓋在略圖上的屬性數(shù)據(jù)等也不限于本實施例中指示的那些數(shù)據(jù)，能按要求覆蓋道路和涉及道路的數(shù)據(jù)，且能生成期望的數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明，能夠容易和經(jīng)常地得到的圖像數(shù)據(jù)，能夠用來生成準確的道路地圖數(shù)據(jù)，并且所生成的數(shù)據(jù)能夠有效地用來進行很準確的導(dǎo)航和車輛控制。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理設(shè)備和數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理方法可用來生成一個準確的道路地圖，并且特別能用于根據(jù)生成的道路地圖導(dǎo)航和控制行駛中的車輛。
權(quán)利要求
1．一種數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理設(shè)備，包括圖像數(shù)據(jù)采集裝置，它得到從高觀看點捕捉的地面圖像數(shù)據(jù)；圖像處理裝置，它把圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成基本上直接從上面觀看的垂直圖像數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)提取裝置，它根據(jù)垂直圖像數(shù)據(jù)，提取地面的道路網(wǎng)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置，它把道路網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一種相當于預(yù)定數(shù)字道路地圖的數(shù)據(jù)格式；和地圖生成裝置，它通過把轉(zhuǎn)換后的道路網(wǎng)數(shù)據(jù)覆蓋在預(yù)定的數(shù)字道路地圖上，生成數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其中數(shù)據(jù)提取裝置包括比較裝置，它把在第一時間轉(zhuǎn)換的第一垂直圖像裝置和在第二時間轉(zhuǎn)換的第二垂直圖像裝置比較，以得到其間的變化部分的數(shù)據(jù)；和地圖生成裝置，它根據(jù)變化部分的數(shù)據(jù)，校正數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理設(shè)備，還包括傳送裝置，它把所生成的數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)傳送到一個外部地圖數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其中由圖像數(shù)據(jù)采集裝置采集的圖像數(shù)據(jù)是由衛(wèi)星捕捉的衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)。
5．一種數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理方法，包括下述步驟一個圖像數(shù)據(jù)采集步驟，它得到從高觀看點捕捉的地面圖像數(shù)據(jù)；一個圖像處理步驟，它把圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成基本上直接從上面觀看的垂直圖像數(shù)據(jù)；一個數(shù)據(jù)提取步驟，它根據(jù)垂直圖像數(shù)據(jù)，提取地面的道路網(wǎng)數(shù)據(jù)；一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換步驟，它把道路網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一種相當于預(yù)定數(shù)字道路地圖的數(shù)據(jù)格式；和一個地圖生成步驟，它通過把轉(zhuǎn)換后的道路網(wǎng)數(shù)據(jù)覆蓋在預(yù)定的數(shù)字道路地圖上，生成數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)。
6．一種在其上記錄用于生成數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)的生成軟件的媒體，其特征在于生成軟件是在計算機上執(zhí)行的，并且包括一個處理程序塊，它把從高觀看點捕捉的地面圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成基本上直接從上面觀看的垂直圖像數(shù)據(jù)；一個提取程序塊，它根據(jù)垂直圖像數(shù)據(jù)，提取地面的道路網(wǎng)數(shù)據(jù)；一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序塊，它把道路網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相當于預(yù)定數(shù)字道路地圖的數(shù)據(jù)格式；和一個生成模塊，它通過把所轉(zhuǎn)換的道路網(wǎng)數(shù)據(jù)覆蓋在預(yù)定數(shù)字道路地圖上，生成數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)。
7．一種數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理設(shè)備，包括數(shù)據(jù)采集裝置，它得到數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)是根據(jù)從高觀看點拍攝的地面圖像數(shù)據(jù)生成的；寫裝置，它把所采集的數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)寫入涉及導(dǎo)航系統(tǒng)的地圖存儲裝置；和控制裝置，它根據(jù)寫入的數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)，控制導(dǎo)航系統(tǒng)。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其中控制裝置還控制一個車載的行駛控制設(shè)備。
9．一種數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理方法，包括下述步驟一個采集步驟，它得到數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)是根據(jù)從高觀看點拍攝的地面圖像數(shù)據(jù)生成的；一個寫步驟，它把所采集的數(shù)字垂直地圖寫入涉及導(dǎo)航系統(tǒng)的地圖存儲裝置；和一個控制步驟，它根據(jù)寫入的數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)，控制導(dǎo)航系統(tǒng)。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理方法，其中控制步驟還控制一個車載的行駛控制設(shè)備。
全文摘要
在一種用于生成一個準確道路地圖和特別能用于根據(jù)生成的道路地圖導(dǎo)航和控制行駛中車輛的數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理設(shè)備和數(shù)字地圖數(shù)據(jù)處理方法中,有一個地像處理站16通過衛(wèi)星通信站14采集地面的圖像數(shù)據(jù),和一個圖像處理部分20把該圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一種基本上直接從上面觀看的和沒有畸變的垂直圖像數(shù)據(jù)。一個數(shù)據(jù)提取部分22根據(jù)垂直圖像數(shù)據(jù),提取一個用道路和相關(guān)立體照相信息作成的略圖(道路網(wǎng)數(shù)據(jù));一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分24根據(jù)略圖計算基本道路數(shù)據(jù);和一個地圖生成部分28覆蓋所需的屬性數(shù)據(jù),以生成沒有畸變的很準確的數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)。通過一個傳送部分30把數(shù)字垂直地圖數(shù)據(jù)發(fā)送到車輛18,用于導(dǎo)航控制和行駛控制。
文檔編號G06T17/05GK1284191SQ9881329
公開日2001年2月14日 申請日期1998年12月16日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月25日
發(fā)明者田中勇彥 申請人:豐田自動車株式會社