基于数字视频处理技术的位置追踪系统及方法

1.一种基于数字视频处理技术的位置追踪系统，用于外置或内置 有相机的手机，其特征是具有如下几个部分：
位置信息存储部，存储有包括出发地、途经地、目的地的初始信 息；
标志牌信息管理部，存储有包括道路标志牌的颜色、大小的规格 信息；
道路标志牌感知部，分析利用所述相机获得的图像，确认是否是 道路标志牌图像；
位置信息提取部，从所述经确认的道路标志牌图像中提取文字信 息及图形信息；
位置信息分析部，接收所述提取的文字信息及图形信息，将所述 文字信息及图形信息实时存储在所述位置信息存储部中，并与所述初 始信息进行比较分析，掌握所述手机的现在位置；
信息输出部，在所述手机上以文字或/及图形化的形式显示所述掌 握的现在位置信息。
2.根据权利要求1所述的基于数字视频处理技术的位置追踪系 统，  其特征是包括一个地图检索部，存储有地图信息，将所述位置信 息分析部所掌握的现在位置信息与所述地图信息映射并传递给所述信 息输出部。
3.根据权利要求1所述的基于数字视频处理技术的位置追踪系 统，其特征是：
道路标志牌感知部把用所述相机拍摄的图像分离成二进制图像和 彩色图像，从二进制图像中提取线形信息，获得包括道路标志牌规格 的有效信息，同时，对彩色图像进行分组，获得颜色信息，通过与事 先存储的道路标志牌规格信息的比较，判断是否是道路标志牌图像。
4.根据权利要求3所述的基于数字视频处理技术的位置追踪系 统，其特征是：
如果道路标志牌感知部的验证结果是有效道路标志牌图像，则位 置信息提取部处理从所述道路标志牌感知部提取的线形信息和颜色信 息，获得所述文字信息及图形信息，所述位置信息分析部把所述文字 信息与以前获得的信息进行比较分析，计算出现在位置、距离目的地 的剩余距离。
5.根据权利要求1所述的基于数字视频处理技术的位置追踪系 统，其特征是：
所述信息输出部与无线通信部连动，以便向特定人以无线方式通 知现在位置。
6.根据权利要求1所述的基于数字视频处理技术的位置追踪系 统，其特征是：
所述信息输出部与平视显示器连动，以便向驾驶员显示道路标志 牌、现在掌握的位置、与现在位置映射的地图。
7.一种基于数字视频处理技术的位置追踪方法，用于外置或内置 有相机的手机，其特征是包括如下几个步骤：
位置信息存储步骤，把包括出发地、途经地、目的地的位置信息 存储到数据库；
拍摄步骤，用所述相机拍摄车辆运行中的前方图像；
道路标志牌感应判断步骤，在所述拍摄的图像中提取道路标志牌 图像，确认是否是道路标志牌图像；
位置信息提取步骤，从所述道路标志牌图像中提取位置相关文字 及图形信息；
位置信息分析步骤，将所述位置信息提取步骤中提取的文字及图 形信息与所述位置信息存储步骤中存储的位置信息进行比较分析，掌 握现在位置；
信息输出步骤，在所述手机的画面中显示所述掌握的现在位置。
8.根据权利要求7所述的基于数字视频处理技术的位置追踪方 法，其特征是还包括：地图检索步骤，把现在位置映射匹配到地图上 进行显示。
9.根据权利要求7所述的基于数字视频处理技术的位置追踪方 法，其特征是，所述位置信息提取步骤包括如下几个过程：
过程1，把拍摄图像转换成二进制图像后，从包括行的线形信息中 获得规格相关信息；
过程2，对拍摄图像的色彩进行分组，获得颜色信息；
过程3，分析上述线形信息与颜色信息，判断是否是有效道路标志 牌。
10.根据权利要求7所述的基于数字视频处理技术的位置追踪方 法，其特征是，所述位置信息分析步骤包括如下几个过程：
保存过程，将从道路标志牌图像中提出的二进制图像中提取的包 括地名、道路名、区间距离的文字信息保存；
计算过程，把所述提取的地名与数据库中事先存储的途经地及目 的地的地名进行比较，掌握现在位置，计算出距离目的地的剩余距离；
存储过程，把所述文字信息、现在位置、剩余距离、判读时间存 储到数据库。

技术领域\n本发明涉及一种车辆导航技术，特别是涉及一种基于数字视频处 理技术的位置追踪系统及方法。\n背景技术\n目前广为普及的汽车导航系统大部分是使用利用GPS (Global Positioning System-全球定位系统)来告知自身位置的方法。这 是通过手机用户与基站以及卫星实现的，根据安装的GPS性能的不同， 信息提供范围也会各异。\n此外，即使不使用GPS，也可以追踪车辆的出发位置及移动情况。\n如，于1996年9月27日公开的日本专利JP8247775A，公开了一种基 于数字视频处理技术的汽车定位系统，其技术特征是该系统被承载在 车辆上，包括：一个或多个相机，用于拍摄车辆行使中路边的景物图 像；一个路标识别装置，用于从拍摄的路边景物图像中提取路标的图 像，并输出路标的类别和位置信息；一个观测地图装置，用于维护观 测到的地图信息；地图数据控制装置，根据车辆大致位置从地图数据 存储装置中获取车辆周边的地图信息；地图数据比较装置，比较观测 地图和事先存储的车辆周边的地图信息并最终掌握车辆的现在位置； 路标提取时，通过分析路标图像的线条信息和颜色组成等来识别路标， 获得路标类型等信息并用于分析车辆现在位置。\n还有，大韩民国公开专利2001-35922号(数字移动通信网实时位 置追踪装置及其方法)。\n这种以往技术(公开专利2001-35922号)包括如下几个阶段：第一 阶段，在安装VLU(Vehicle Location Unit-车辆定位装置)的同时，VLU 固有号码和车牌号记录到中央计算机的车辆文件中；第二阶段，中央 管制所受理被盗报案时，被盗车辆上安装的VLU的固有号码输入到 VAC(Vehicle Activation Computer-车辆激活计算机)；第三阶段，VAC 向安装于中继塔的VAT(Vehicle Activation Transmittero-车辆激活发射 机)发送激活命令，报案车辆的VLU发送应答码信号；第四阶段，安装 了VTC(Vehicle Tracking System-车辆跟踪系统)的巡逻车捕获由被盗车 辆上安装的VLU发出的信号并进行追踪，立即追回被盗车辆；第五阶 段，被盗车辆追回后，向中央管制所的VAC输入非激活命令， 然后向VLU传送复位(Reset)信息，停止发送信号。\n但是，以往技术采取的方式是利用特定硬件(卫星或天线)确认现在 位置，然后利用终端与基站进行连接(connection)的方式，所以存在如 下问题，即在无法通话的地区或是在无法从基站获得信息的情况下， 难以掌握位置，所以难以在每次实际情况中，向车辆驾驶员提供直接 帮助，而且也无法让驾驶员离开车体独立地使用上述相机或终端。\n发明内容\n因此，本发明正是为了改善以往问题而提出的，目的在于提供一 种基于数字视频处理技术的位置追踪系统及方法，无需卫星或基站， 便能够取得作为局部地区信息的道路标志牌图像并进行分析，从而掌 握现在位置。\n本发明的目的还在于能够利用安装于便携终端的相机获得道路标 志牌图像，然后对其进行分析，从而掌握现在自身的位置。\n本发明的另一目的在于能够把从道路标志牌图像中获得的位置信 息(地名、区间距离、方向)制作成数据库，向驾驶员提供行车路线。\n为实现上述目的，本发明在外置或内置有相机的便携终端中，其 特征是由如下几个部分构成：道路标志牌感知部，它分析用相机获得 的图像，确认是否是道路标志牌图像；位置信息提取部，它从上述经 验证的道路标志牌图像中提取位置相关文字信息(地名、区间距离)及图 形信息(图形化的方向信息)；位置信息分析部，它对上述提取的文字信 息及图形信息与以前获得的信息进行比较分析，掌握现在位置；地图 检索部，它使上述掌握的现在位置信息与地图信息实现映射；信息输 出部，它显示上述现在位置信息文字或/及图形化的位置信息。\n更具体地，本发明提供一种基于数字视频处理技术的位置追踪系 统，用于外置或内置有相机的手机，其特点是具有如下几个部分：位 置信息存储部，存储有出发地、途经地、目的地等初始信息；标志牌 信息管理部，存储有道路标志牌的颜色、大小等规格信息；道路标志 牌感知部，分析利用所述相机获得的图像，确认是否是道路标志牌图 像；位置信息提取部，从所述经确认的道路标志牌图像中提取文字信 息及图形信息；位置信息分析部，接收所述提取的文字信息及图形信 息，将所述文字信息及图形信息实时存储在所述位置信息存储部中， 并与所述初始信息进行比较分析，掌握所述手机的现在位置；信息输 出部，在所述手机上以文字或/及图形化的形式显示所述掌握的现在位 置信息。\n上述基于数字视频处理技术的位置追踪系统，其特点是包括一个 地图检索部，存储有地图信息，将所述位置信息分析部所掌握的现在 位置信息与所述地图信息映射并传递给所述信息输出部。\n上述基于数字视频处理技术的位置追踪系统，其特点是：道路标 志牌感知部把用所述相机拍摄的图像分离成二进制图像和彩色图像， 从二进制图像中提取线形信息，获得道路标志牌规格等有效信息，同 时，对彩色图像进行分组，获得颜色信息，通过与事先存储的道路标 志牌规格信息的比较，判断是否是道路标志牌图像。\n上述基于数字视频处理技术的位置追踪系统，其特点是：如果道 路标志牌感知部的验证结果是有效道路标志牌图像，则位置信息提取 部处理从所述道路标志牌感知部提取的线形信息和颜色信息，获得所 述文字信息及图形信息，所述位置信息分析部把所述文字信息与以前 获得的信息进行比较分析，计算出现在位置、距离目的地的剩余距离。\n上述基于数字视频处理技术的位置追踪系统，其特点是：所述信 息输出部与无线通信部连动，以便向特定人以无线方式通知现在位置。\n上述基于数字视频处理技术的位置追踪系统，其特点是：所述信 息输出部与HUD平视显示器连动，以便向驾驶员显示道路标志牌、现 在掌握的位置、与现在位置映射的地图。\n本发明还提供一种基于数字视频处理技术的位置追踪方法，用于 外置或内置有相机的手机，其特点是包括如下几个步骤：位置信息存 储步骤，把出发地、途经地、目的地等位置信息存储到数据库；拍摄 步骤，用所述相机拍摄车辆运行中的前方图像；道路标志牌感应判断 步骤，在所述拍摄的图像中提取道路标志牌图像，确认是否是道路标 志牌图像；位置信息提取步骤，从所述道路标志牌图像中提取位置相 关文字及图形信息；位置信息分析步骤，将所述位置信息提取步骤中 提取的文字及图形信息与所述位置信息存储步骤中存储的位置信息进 行比较分析，掌握现在位置；信息输出步骤，在所述手机的画面中显 示所述掌握的现在位置。\n上述基于数字视频处理技术的位置追踪方法，其特点是还包括： 地图检索步骤，把现在位置映射匹配到地图上进行显示。\n上述基于数字视频处理技术的位置追踪方法，其特点是，所述位 置信息提取步骤包括如下几个过程：过程1，把拍摄图像转换成二进制 图像后，从行等线形信息中获得规格相关信息；过程2，对拍摄图像的 色彩进行分组，获得颜色信息；过程3，分析上述线形信息与颜色信息， 判断是否是有效道路标志牌。\n上述基于数字视频处理技术的位置追踪方法，其特点是，所述位 置信息分析步骤包括如下几个过程：保存过程，将从道路标志牌图像 中提出的二进制图像中提取的地名、道路名、区间距离等文字信息保 存；计算过程，把所述提取的地名与数据库中事先存储的途经地及目 的地的地名进行比较，掌握现在位置，计算出距离目的地的剩余距离； 存储过程，把所述文字信息、现在位置、剩余距离、判读时间存储到 数据库。\n上述基于数字视频处理技术的位置追踪方法，其特点是，现在位 置是通过对连续获得的地名的频率进行计算而掌握的。\n本发明不仅能够通过只具有位置追踪功能的单独设备的形式来实 现，也能够以内置于手机或PDA等便携终端的形式来实现。\n附图说明\n图1是本发明实施例的位置追踪系统框图。\n图2是图1中的道路标志牌验证过程的动作流程图。\n图3是一般道路标志牌的示例图。\n图4是图1中位置信息存储结构的示例图。\n具体实施方式\n下面参照附图，详细说明本发明。\n在本发明的实施例中，假定是在相机一体型手机中安装有位置追 踪功能，以此进行说明。\n图1是本发明实施例的位置追踪装置框图。如图所示，它由如下几 个部分构成：标志牌信息管理部(160)，它保存有道路标志牌的颜色、 大小等规格信息；道路标志牌感知部(120)，它把用相机(110)获得的图 像信息与上述标志牌信息管理部(160)的信息进行比较分析，确认是否 是实际的道路标志牌图像；位置信息提取部(130)，它从上述验证的道 路标志牌图像中提取文字信息(地名、区间距离)及图形信息(图形化的 方向信息)；位置信息分析部(140)把上述提取的文字信息及图形信息与 以前获得的信息进行比较分析，掌握现在位置；位置信息存储部(170)， 它存储该位置信息分析部(140)获得的基于文字及图形的位置信息；地 图检索部(180)，它使上述掌握的现在位置信息与地图信息实现映射； 信息输出部(150)，它把上述掌握的现在位置信息以文字或/及图形的形 式显示在便携终端画面上。\n下面说明如上构成的本发明实施例各组块的详细动作。\n上述相机(110)以内置或外置方式安装于手机中，驾驶员向目的地 驾驶车辆时，获得安装有道路标志牌的位置的图像，传递给道路标志 牌感知部(120)。相机(110)具有变焦功能，可以进行调整，从而不是拍 摄运行中车辆前方所有事物，而是只获得道路标志牌所在位置的事物 图像。\n下面参照图2的动作流程图，说明上述道路标志牌感知部(120)的动 作。相机(110)在实时监视的同时获得图像后，分离成提取线形信息所 需的二进制图像和可以利用颜色信息的彩色图像，然后，分别利用数 字图像处理技术对二进制图像和彩色图像进行处理，去除干扰图像， 从二进制图像中提取线形信息，获得规格等有效信息。并在提取的同 时，对彩色图像进行色彩分组，在取得颜色信息后，把规格等有效信 息和颜色信息与标志牌信息管理部(160)中存储的信息进行比较，判断 上述拍摄的图像是否是对获得道路标志牌信息有效的图像信息。\n在由于夜间或异常天气难以识别道路标志牌的情况下，由于标志 牌根据道路交通法已经实现了规格化，所以，也可以与标志牌信息管 理部(160)中存储的数据进行比较，判断是否是有效的道路标志牌图像。 这种情况下，也可以使用匹配为假想类似标志牌的方法。\n当道路标志牌感知部(120)判定是有效的道路标志牌图像时，上述 位置信息提取部(130)提取并获得文字(地名、距离信息)、图形信息(方 向标志)。这时，文字识别使用数字图像处理技术-OCR(optical charact er reader-光学字符阅读器)。一般而言，道路标志牌如图3的示例图所 示。\n上述位置信息分析部(140)把位置信息提取部(130)提取的文字信 息及图形信息保存到位置信息存储部(170)后，将驾驶初期便存储到位 置信息存储部(170)的出发地、途经地及目的地的地名与上述位置信息 提取部(130)提取的现在地名进行比较分析，掌握现在位置，然后与以 前掌握的位置信息联系，计算出剩余距离。此时，把现在位置的地名、 剩余距离及判读时间保存到上述位置信息存储部(170)。\n在每次获得道路标志牌图像时，反复进行上述过程，把向着目的 地行驶过程中途经的现在位置的信息制成数据库(DB)，依次保存在位 置信息存储部(170)中。上述数据库(DB)内存储的路线(route)的结构如 图4的示例图所示。\n另外，可以在利用连续标志牌识别获得的地名中，通过计算频率 获得有效的现在地名，把虽然不是现在地名，但却可能是周边信息的 地名和距离信息在位置信息存储部(170)中保存为一条路线。\n在图1所示的本发明实施例的系统中，以上述方式实现各个路线的 管理。\n上述地图检索部(180)把由位置信息分析部(140)掌握并保存于位 置信息存储部(170)的现在位置信息反映到内置的地图上，实现图形化， 然后输出到信息输出部(150)。\n上述信息输出部(180)以文字的形式，在手机画面上显示位置信息 分析部(150)获得的现在位置信息。同时，在手机画面中显示地图检索 部(180)标记了现在位置的图形化的地图。此时，文字信息和地图信息 可以一起显示在同一画面上，也可以依次显示。\n另外，上述信息输出部(180)可以与无线通信部(图中未标出)连动， 以便能够利用基站把自身的位置通知给其他用户，也可以与HUD(Head Up Display-平视显示器)技术连动，以便在驾驶员前挡风玻璃窗上显 示现在感知的道路标志牌图像或现在位置及地图信息。\n下面说明在执行上述动作的本发明实施例中的一系列动作及作用 效果。\n首先，驾驶员设置手机的位置追踪功能，在液晶显示屏(LCD)上显 示的位置设置画面中输入出发地、目的地。此时也可以这样实现，即， 提供一种画面，可以考虑驾驶员要运行的途经地，输入出发地至目的 地的途经地。\n然后，驾驶员调整上述相机(110)的拍摄方向，以便手机上安装的 相机(110)可以拍摄到前方事物，特别是拍摄道路标志牌所在的位置， 然后启动上述相机(110)。\n接着，驾驶员向目的地驾驶车辆后，相机(110)则拍摄前方的事物， 道路标志牌感知部(120)从上述相机(110)拍摄的图像中提取关于标志牌 规格、文字等的线形信息及关于标志牌颜色的颜色信息，验证是否是 实际道路上设置的道路标志牌的拍摄图像。\n此时，如果验证结果是实际道路上设置的道路标志牌的图像，那 么，位置信息提取部(130)分析与文字相关的线形信息和颜色信息，获 得地名、区间距离、道路号及图形化的道路信息。\n这样一来，位置信息分析部(140)分析位置信息提取部(130)获得的 地名、区间距离及图形化的道路信息，掌握现在地名，计算出现在距 离目的地的剩余距离。其中，现在地名可以通过比较位置信息提取部(1 30)所获得的地名与用户在驾驶初期输入的地名来掌握。\n此时，位置信息存储部(170)把位置信息提取部(130)获得的地名、 区间距离、图形化的道路信息及位置信息分析部(140)掌握的现在地名 及判读时间制成数据库(DB)并保存。\n另外，地图检索部(180)与事先内置的地图连动，映射保存于位置 信息存储部(170)中的现在地名及剩余距离，如此一来，便可在地图上 掌握现在位置，计算出直至目的地的到达信息。\n于是，信息输出部(150)便会接到从位置信息分析部(140)输入的现 在地名、图形化的道路信息及地图检索部(180)输入的映射了现在位置 的地图信息，即，可以在手机画面中同时显示图形化的地图与现在位 置。\n其中，位置追踪相关信息可以进行多种设置，并非仅限于在终端 画面上进行显示的方式，也可以发送到基站，把自身位置通知给特定 人，还可以在位置追踪功能之外，利用HUD(Head Up Display)，直接 在驾驶员前挡风玻璃窗上显示感知的交通标志牌。\n如上述所作的详细说明，本发明的效果是，无需GPS功能，只利 用安装有相机的便携终端，在识别了道路标志牌之后，通知现在位置 及抵达最终目的地的路线，提供驾驶员来不及看清的交通标志牌图像， 可以有助于安全驾驶。\n另外，本发明应用了数字图像处理技术，不仅可以识别边界、里 程、方向、路线标志等道路标志牌，还可以识别广告牌等具有特定目 的的标志牌，从而使用户在市区中也可以轻松找到需要的位置。