道路地图显示装置

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技术领域\n本发明涉及一种适用于车载导航装置中的道路地图显示装置，特别 涉及将道路地图数据的二维坐标变换成远近图显示用的台形坐标、将本 车辆当前位置附近的道路地图放大显示而对远方的道路地图大范围显示 的道路地图显示装置。\n背景技术\n以前，在1999年3月10日公布的日本专利第2869472号公报中， 提出了将地图的一部分通过坐标变换以从该车辆的外部位于地表的上方 观察的透视图进行显示的地图显示装置的方案。在该地图显示装置中， 二维平面上的地图数据被变换成鸟瞰图显示用的数据，对道路地图数据 的坐标值进行透视变换处理，将二维平面上的道路地图数据的坐标值投 影在显示装置上。因此，在该地图显示装置中，需要根据向下看的角度 进行考虑了三角函数的计算、视点的高度的三维计算，因而道路地图数 据的坐标变换处理变得复杂。为此，增大了道路地图数据的处理负荷， 使得坐标变换处理的高速化困难，向鸟瞰图显示用数据的变换处理慢， 成为该装置在使用上的障碍。\n发明内容\n本发明正是针对上述难点的发明，其目的在于提供一种不进行复杂 的坐标变换处理、通过简单的变换处理就可以将道路地图数据的二维坐 标迅速变换成远近图显示用台形坐标、将车辆行驶方向的道路地图按具 有深度的远近图显示的道路地图显示装置。\n本发明第一方案的道路地图显示装置，包括存储二维坐标上的道路 地图数据的地图信息存储装置、检测本车辆当前位置以及行驶方向的检 测装置、根据该检测装置所检测的本车辆当前位置以及行驶方向从所述 地图信息存储装置中获取道路地图数据的二维坐标的道路地图数据获取 装置、和在显示画面上以平面图的形式描绘由通过该道路地图数据获取 装置获取的所述二维坐标所规定的道路地图的描绘装置，并且还设有： 由连接规定的四角形二维坐标的上边的一端与下边的另一端的对角线与 在x轴方向上的适当分割位置上交叉的平行于y轴的直线规定出上下一 对三角形，在在保持所述对角线的直线性的情况下，由根据将所述三角 形变换成远近图显示用的台形坐标之后的比例以及所述将规定的四角形 二维坐标的上边的一端与下边的另一端连接的对角线函数式而确定的变 换式，预先设定多级台形变换参数的变换参数设定装置；存储由该变换 参数设定装置所设定的所述台形变换参数的参数存储装置；从所述地图 信息存储装置中取出在对应由从该变换参数设定装置选择性地取出的所 述台形变换参数所规定的台形坐标的逆台形坐标中所包含的道路地图数 据、并导入所述台形坐标的导入装置。使所述描绘装置描绘出由导入所 述台形坐标中的道路地图数据所规定的道路地图的远近图。\n本发明第二方案的道路地图显示装置，包括存储二维坐标上的道路 地图数据的地图信息存储装置、检测本车辆当前位置以及行驶方向的检 测装置、根据该检测装置所检测的本车辆当前位置以及行驶方向从所述 地图信息存储装置中获取道路地图数据的二维坐标的道路地图数据获取 装置、和在显示画面上以平面图的形式描绘由通过该道路地图数据获取 装置获取的所述二维坐标所规定的道路地图的描绘装置，并且还设有： 存储在保持连接规定的四角形二维坐标的上边的一端与下边的另一端的 对角线的直线性的状态下，通过在同一二维坐标中相对其下边适当地缩 小其上边，根据下面的变换式预先将所述道路地图数据的二维坐标确定 为用于进行远近图显示的台形坐标的台形变换参数的参数存储装置；从 所述地图信息存储装置中取出在对应由从该变换参数设定装置选择性地 取出的所述台形变换参数所规定的台形坐标的逆台形坐标中所包含的道 路地图数据、并导入到所述台形坐标中的导入装置，使所述描绘装置描 绘出由导入所述台形坐标中的道路地图数据所规定的道路地图的远近 图。所述变换式为，\n$\mathrm{sy}=\frac{b·L·Y}{a·L+(b-a)Y}$\n$\mathrm{sx}=\frac{X}{g}\{b-\frac{\mathrm{sy}}{L}(b-a)\}$\n式中，a：台形坐标的上边的1/2，\nb：台形坐标的下边的1/2，\nL：台形坐标的高度，\nX：四角形的二维坐标的x坐标，\nY：四角形的二维坐标的y坐标，\nsx：变换后的x坐标，\nsy：变换后的y坐标，\ng：基准高度下，即x方向的长度在东经、北纬系和画面坐标上在 变换后和变换前是相同的长度下台形坐标的宽度的1/2。\n本发明第三方案的道路地图显示装置，包括存储二维坐标上的道路 地图数据的地图信息存储装置、检测本车辆当前位置以及行驶方向的检 测装置、根据该检测装置所检测的本车辆当前位置以及行驶方向从所述 地图信息存储装置中获取道路地图数据的二维坐标的道路地图数据获 取装置、和在显示画面上以平面图的形式描绘由通过该道路地图数据 获取装置获取的所述二维坐标所规定的道路地图的描绘装置，并且 还设有：由连接规定的四角形二维坐标的上边的一端与下边的另一 端的对角线与在x轴方向上的适当分割位置上交叉的平行于y轴的 直线规定出上下一对三角形，在在保持所述对角线的直线性的情况 下，由根据将所述三角形变换成远近图显示用的台形坐标之后的比 例以及所述将规定的四角形二维坐标的上边的一端与下边的另一端 连接的对角线函数式而确定的变换式，变换为用于进行远近图显示 的台形坐标的坐标变换装置。该坐标变换装置把与由所述道路地图数 据获取装置取得的远近图相对应的道路地图数据的所述二维坐标变换成 所述台形坐标，所述描绘装置在显示画面上描绘出由通过所述坐标变换 装置变换的台形坐标所规定的在车辆行进方向上的道路地图的远近图。\n在上述构成的道路地图显示装置中，通过将根据上述变换式预先确 定的台形变换参数以表的形式存储，可以简单将从道路地图数据获取的 二维坐标变换成远近图显示用的台形坐标，并可将存储在上述地图信息 存储装置中的道路地图数据快速显示成具有远近感的远近图。\n附图说明\n图1为表示依据本发明的道路地图装置的概略构成图。\n图2(a)为表示为计算将二维坐标变换成台形坐标的变换式所采用的 四角形二维坐标。\n图2(b)为表示从上述二维坐标变换的远近图显示用台形坐标。\n图3为表示获取车辆当前位置所确定的绝对坐标。\n图4为表示根据图3所示绝对坐标的逆变换式所确定的逆台形坐标。\n图5为表示图4所示逆台形坐标的绝对坐标。\n图6为表示包含图5所示逆台形坐标的绝对坐标的道路地图数据的 获取状态。\n图7为表示根据将远方的道路地图按远近图显示的逆变换式所确定 的台形坐标。\n图8为表示图7所示逆台形坐标的绝对坐标。\n图9为表示包含图8所示逆台形坐标的绝对坐标的道路地图数据的 获取状态。\n图10为表示由图1所示的中央处理装置所处理的图像显示的程序的 流程图。\n图11为表示图10所示的远近图显示处理的程序的流程图。\n具体实施方式\n以下参照附图说明依据本发明的道路显示装置的一实施例。\n图1所示道路地图显示装置适用于车载导航装置，包括输入装置1， 检测本车辆当前位置以及行驶方向的检测装置2，存储道路地图数据、 台形变换参数表、道路向导信息以及根据这些信息进行地图显示、道路 向导的程序的地图信息存储装置3，为执行地图显示处理、道路探索处 理、道路向导所必要的显示和声音处理、系统整体的控制处理等的中央 处理装置4，对道路信息、交通信息等有关车辆行驶的信息进行收发并 且对有关车辆当前位置以及行驶方向的信息进行收发的收发装置5以及 由输出有关道路向导的信息的显示器和音箱等构成的输出装置6。\n输入装置1具有选择地图、输入目的地、向中央处理装置4指示根 据驾驶者的意图的导航处理等功能。为了实现该功能，可以采用利用电 话号码或者地图上的坐标输入目的地、要求进行道路向导的触键或者摇 动杆等遥控器。检测装置2由利用卫星导航系统(GPS)检测车辆当前位 置的位置传感器、利用大地磁场以绝对方位检测车辆行驶方向的绝对方 位传感器或者利用方向盘传感器和陀螺传感器以相对方位检测车辆行驶 方向的相对方位传感器所构成。\n地图信息存储装置3为CD-ROM等外部存储装置，存储有以二维坐标 上的地图网的形式构成的道路地图数据、用于将二维坐标变换成远近图 显示用台形坐标的台形坐标变换参数表、除有关道路向导的信息之外， 道路探索数据、道路向导数据、地图匹配数据、目的地数据、登录地点 数据、交叉点等分支点的图像数据等进行导航处理所必需的数据，同时 还存储有为进行线路探索的处理程序、为进行远近图显示的处理程序、 线路向导所必需的显示输出控制用程序、通过声音输入以对话方式进行 行驶路线向导所必需的声音输出控制用程序。此外，上述导航处理所必 需的数据也可以存储在中央处理装置中，或者存储在DVD-ROM等光盘、 软盘等磁盘中。\n中央处理装置4由执行各种运算处理的CPU、从地图信息存储装置3 的CD-ROM读出程序并进行存储的快擦写存储器、存储执行快擦写存储器 的程序校对、更新处理的程序的ROM、临时存储所设定的目的地的地点 坐标、探索的道路编号等道路向导信息以及正在进行运算处理中的数据 的RAM所构成。进一步，在该中央处理装置中，设置有存储为在显示器 上显示图像的数据的帧存储器、根据从输入装置1的声音输入进行对话 处理、根据来自CPU的声音输出控制信号将从地图信息存储装置3中读 出的声音、短句、文章等进行合成变换成模拟信号向音箱输出的声音处 理器、根据通信进行数据的输入输出的通信接口、和输入来自检测装置 2的各传感器的检测信号的输入接口。\n导航装置内藏有为从上述外部存储装置的CD-ROM中读出程序的比较 大容量的快擦写存储器、存储CD-ROM的启动处理的程序的小容量的ROM。 快擦写存储器是即使断电后也能保持所存储的信息的非易失性存储装 置。在CD-ROM的启动处理中，启动该CD-ROM中的程序与存储在快擦写 存储器中程序进行校对。\n信息收发装置5由利用卫星导航系统(GPS)接收信息的GPS接收装 置，利用FM多重广播、电波信标、光信标等接收信息的VICS信息接收 装置，利用手机、微机等与信息中心或者其他车辆进行双向信息通信的 数据收发装置所构成。\n输出装置6具有输出由中央处理装置4进行导航处理后的数据的功 能，包括为将中央处理装置所处理的数据和存储在地图信息存储装置3 中的数据进行图像显示而进行描绘的存储器、显示在该存储器中所描绘 的图像数据的显示器、将中央处理装置所处理的数据和存储在地图信息 存储装置3中的数据进行打印的打印机、和输出道路向导的声音的音箱。\n显示器由液晶显示器构成，在该显示画面上显示中央处理装置4处 理后的道路地图的显示数据、根据线路向导数据等描绘的交叉点放大图 画面、目的地地名、时刻、行驶方向箭头等。在该显示器上显示的图像 数据为2值图像数据、在通过通信线接收到中央处理装置4处理后的道 路地图的显示数据、线路向导数据等、并在输出装置6内的存储器中展 开并描绘后，在显示画面上显示所指定的显示范围。此外，该显示器设 置车辆的驾驶席附近的仪器面板上，驾驶者可以通过观察该显示器确认 自己车辆的当前位置，或者获得行驶线路的信息。\n以下，参照图2(a)、图2(b)～图6说明在上述道路地图显示装置中， 将二维坐标变换成具有深度的远近图显示用的台形坐标的变换处理的实 施例。在该实施例中，为了将图2(a)所示的四角形二维坐标在保持连接 上边一端和下边的另一端的对角线的状态下变换成图2(b)所示的远近图 显示用台形坐标，导出将二维坐标中的任意点P(X，Y)变换成台形坐标中 的点P1(sx，sy)的下述变换式。这时，二维坐标的对角线和与点P交叉 的y轴围成的上下一对三角形为相似三角形。因此，图2(b)中三角形的 y轴方向的长度的比为L-sy∶sy。\n然后，计算各三角形的底边的长度。如果考虑上边(y＝L的位置) 中的缩小率，变换前的长度g在变换后缩小为长度a，因此变换前的长 度X变换后为a-Xa/g。同样，下侧的三角形的底边变换后为b+Xb/g。由 于相似三角形的边长的比相等，所以L-sy∶sy＝a-Xa/g∶b+Xb/g。\n另一方面，变换前的对角线由下式表示\n$Y=\frac{L}{2g}X+\frac{L}{2}$\n从上式中消去X，则为\n$\mathrm{sy}=\frac{b·L·Y}{a·L+(b-a)Y}$\n然后，计算x轴的坐标值sx的算式按照下述的方法导出。y＝sy的 位置上台形坐标的宽度的1/2为\n$b-\frac{b-a}{L}\mathrm{sy}$\n如果考虑y＝sy位置上的缩小率，由于变换前的长度g在变换后由上式表 示，y＝sy位置上的变换前的x轴的坐标值X在变化后的x轴的坐标值sx 按照下述方法获得。\n$X:\mathrm{sx}=g:b-\frac{b-a}{L}\mathrm{sy}$\n$\mathrm{sx}=\frac{X}{g}\{b-\frac{\mathrm{sy}}{L}(b-a)\}$\n但是，在该实施例中，根据上述变换式的远近图显示用的台形坐标 变化参数由下表确定。\n  分级   a   b   L   g   Y方向压缩   1   70   230   240   77.5   0.46   2   71   210   240   75   0.50   3   72   200   240   72.5   0.55   4   73   190   240   70   0.60   5   74   180   240   67.5   0.65   6   75   170   240   65   0.70   7   80   160   240   62.5   0.80   8   85   140   240   60   1.10   9   90   130   240   57.5   1.40   10   100   110   240   55   1.80\n在该表中，远近图显示用的台形变换参数和y轴方向的压缩率被定 为10段，例如在第1级中，由于a的值小b的值大，从地图信息存储装 置3中读出的地图数据在台形坐标的上部区域(远方区域)被压缩，而 在该台形坐标的下部区域(附近区域)被放大。此外，上述台形变化参 数和y轴方向的压缩率可以由使用者任意选择各级的台形变化参数并进 行变更。\n假定在上述那样的远近图显示用的台形坐标确定后的状态下，使用 者选择第1级的远近图显示，中央处理装置4获取由检测装置2所检测 的本车辆的当前位置的绝对坐标。(参照图3)这时，中央处理装置4在 显示画面的中心显示当前位置，以显示画面的中心作为描绘基准点(0，0)， 而该画面四角的坐标由图3所示那样确定。由于在该显示画面上显示第 1级的远近图，在矩形地图网格的状态下所存储的道路地图数据中对于 远方区域需要广范围读出，而对于附近的区域需要窄范围读出。有关地 图数据的读出范围，根据上述远近图变换式通过下述的逆变换式计算出 图4所示的画面四角的坐标，作为逆台形坐标。\n$X=\frac{g·\mathrm{sx}}{b-\mathrm{sy}/L(b-a)}$\n$Y=\frac{a·L·\mathrm{sy}}{b·L-\mathrm{sy}(b-a)}$\n然后，将图4所示画面四角的坐标变换成绝对坐标，读出包含根据 这些绝对坐标所规定的逆台形坐标的地图数据。(参照图5以及图6)将 所读出的地图数据内的绝对坐标变换成画面坐标，将该画面坐标代入上 述远近图变换式中，变换成图2(b)所示的远近图显示用台形坐标，在帧 存储器中描绘后，在显示画面上显示。\n在上述台形变换处理中，与变换前的平面地图相比较，y轴方向的 地图数据的读出量没有变化。因此，为了显示更远方的地图数据，采用 上述表中预先确定的y轴方向的压缩率，通过将图4所示的逆台形坐标 中的上方2点的画面坐标象图7所示那样在y轴方向伸长，读出更远方 的地图数据。这时，例如，上方2点的画面坐标的Y坐标在第1级中由 y轴方向的压缩率0.46相除，确定图7中的虚线所示的逆台形的范围。 然后，将图7所示的画面四角的坐标变换成图8所示的绝对坐标，读出 包含根据这些绝对坐标所规定的逆台形坐标的道路地图数据。(参照图 9)将所读出的道路地图数据内的绝对坐标变换成画面坐标，将该变换后 的画面坐标在y轴方向上乘以0.46之后，将该画面坐标代入上述变换式 中，变换成图2(b)所示的远近图显示用台形坐标，在帧存储器中描绘后， 在显示画面上显示。\n上述道路地图显示装置的中央处理装置4按照以下的方式执行图10 以及图11中的流程图所示的程序的处理。假定在上述导航装置启动过程 中，中央处理装置4完成了图10的第S1步的程序的初始化的状态下， 驾驶者通过操作输入装置1，在显示画面上以平面图的形式显示道路地 图，中央处理装置4在第S2步根据由检测装置2所检测的车辆的当前位 置和行驶方向从地图信息存储装置3中读出当前位置周边的道路地图数 据，将所读出的道路地图数据的绝对坐标变换成画面坐标，在将该画面 坐标描绘在帧存储器中之后，在显示器的画面上显示平面图。这时，中 央处理装置4在图10的第S3步判定为NO，在第S8步中执行上述道路 地图数据的处理。然后，中央处理装置4在第S5步中利用电话号码、住 址、设施名称、登录地点等数据执行目的地的设定处理，在第S6步执行 从当前位置导目的地之间的线路探索处理，在第S7步执行向导和显示处 理。\n在这样的使用状态下，如果驾驶者通过操作输入装置1选择远近图 显示模式，中央处理装置4在第S3步判定为YES，进入到第S4步，执 行图11所示的远近图显示处理的程序。在该远近图显示处理中，中央处 理装置4在第S11步从上述表中获取预先确定的台形变换参数，在第S12 步中根据由检测装置2所取得的本车辆的当前位置绝对坐标以显示画面 的中心作为描绘基准点确定该画面四角的坐标。然后，中央处理装置4 在第S13步根据由上面所获取的台形变换参数所规定的上述逆变换式求 出画面四角的坐标确定逆台形坐标，在第S14步从地图信息存储装置3 中获取包含该逆台形坐标的道路地图数据的地图网格坐标，在第S15步 将所获取的地图网格内的绝对坐标变换成画面坐标，将该画面坐标代入 上述远近图显示用变换式变换成远近图显示用的台形坐标，在第S16步 将导入了该台形坐标的地图网格内的各坐标描绘在帧存储器中并在显示 器的画面上显示。在上述说明中，虽然是以显示画面的中心作为描绘基 准点，也可以用显示画面的下方作为描绘基准点。这样，可以将车辆行 驶方向的地图更加扩大显示。\n上述说明表明，本发明的道路地图显示装置，是在包括存储二维坐 标上的道路地图数据的地图信息存储装置3、检测本车辆当前位置以及 行驶方向的检测装置2、根据该检测装置所检测的本车辆当前位置以及 行驶方向从上述地图信息存储装置3中获取道路地图数据的二维坐标的 道路地图数据获取装置、和在显示画面上以平面图的形式描绘由该道路 地图数据获取装置所获取的所示二维坐标的描绘装置的道路地图显示装 置中，所具有的特征是设置有将给定的四角形的二维坐标按其上边相对 于下边适当缩小根据将上述道路地图数据的二维坐标变换成远近图显示 用台形坐标的变换式存储预先确定的台形变换参数的参数存储装置、和 从上述地图信息存储装置3中获取包含与由从该参数存储装置所获取的 上述台形变换参数所规定的台形坐标相对应的逆台形坐标的道路地图数 据、并导入到上述台形坐标中的导入装置，所述描绘装置将导入在上述 台形坐标中的道路地图数据以远近图的形式描绘。通过将根据上述变换 式预先确定的台形变换参数以表的形式存储，可以简单将从道路地图数 据获取的二维坐标变换成远近图显示用的台形坐标，将存储在上述地图 信息存储装置3中的道路地图数据快速显示成具有远近感的远近图。