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WO2016050385A1 - Mobiles endgerät und verfahren zur orientierungsbestimmung an einem mobilen endgerät - Google Patents

Mobiles endgerät und verfahren zur orientierungsbestimmung an einem mobilen endgerät Download PDF

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Publication number
WO2016050385A1
WO2016050385A1 PCT/EP2015/067466 EP2015067466W WO2016050385A1 WO 2016050385 A1 WO2016050385 A1 WO 2016050385A1 EP 2015067466 W EP2015067466 W EP 2015067466W WO 2016050385 A1 WO2016050385 A1 WO 2016050385A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mobile terminal
pattern
mha
orientation
determining
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2015/067466
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Asa Macwilliams
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP15745186.5A priority Critical patent/EP3170016A1/de
Publication of WO2016050385A1 publication Critical patent/WO2016050385A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/16—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S5/163—Determination of attitude
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/50—Depth or shape recovery
    • G06T7/536—Depth or shape recovery from perspective effects, e.g. by using vanishing points

Definitions

  • the invention relates to a mobile terminal and a procedural ⁇ ren for orientation determination at a mobile terminal.
  • WLAN Wireless Local Area Network
  • detect Bluetooth signals using the ge ⁇ -measured signal strength, for example using triangulation methods or lookup tables for determining the position.
  • a mobile terminal Under the orientation of a mobile terminal, in the following either one measured at a current position absolute indication of direction with respect to a Referenzorientie ⁇ tion, such as a compass direction, such as north, understood, or a relative indication of direction in which the mobile Endge ⁇ advises a fixed reference point is moved with respect.
  • a Referenzorientie ⁇ tion such as a compass direction, such as north, understood
  • a relative indication of direction in which the mobile Endge ⁇ advises a fixed reference point is moved with respect.
  • An inertial navigation allows a measurement of movements in space in six kinematic degrees of freedom, of which three translational and three
  • An inertial navigation system requires a double integration of acceleration measurements and a simple integration of angular velocity measurements.
  • a typically strong sensor drift and mathematically REQUIRED ⁇ che cross-coupling of orthogonal sensor axes result in significant errors in the orientation determination with influence that a cumulative effect with time progresses.
  • the present invention is faced with the task of creating With ⁇ tel, which provide an alternative or additional orientation determination at a mobile terminal.
  • the mobile terminal according to the invention comprises
  • an image acquisition unit for detecting an environment of the mobile terminal, for extracting line-like patterns from the detected environment and for determining a master main axis from the line-like patterns
  • a retrieval unit for retrieving a Mustersburgachsenversat ⁇ zes as an angle difference between the pattern of major axis and a reference orientation at the specific position
  • an orientation determination unit for determining an angle sum from the pattern main axis offset and the device offset.
  • the object is further achieved by a procedural ⁇ ren with the features of the patent claim. 5
  • the inventive method for orientation determination on a mobile terminal comprises the following steps:
  • the object is further achieved by a computer program product having the features of patent claim 11.
  • the Compu ⁇ terprogramm is executed in a processor of a mobile terminal, wherein the method executes with the execution.
  • an orientation determination is advantageously provided, which achieves a high accuracy in comparison with other orientation determination methods while avoiding the drift or jitter problems known in the prior art.
  • Figure 1 is a schematic representation of the approach determination Orientie ⁇ a mobile terminal used in a horizon axes system;. and;
  • FIG. 1 shows a Cartesian coordinate system-in the following also a horizontal system-consisting of an abscissa x and an ordinate y whose origin P corresponds to a determined position of a mobile terminal MEG.
  • at least one image acquisition unit arranged in the mobile terminal detects an environment of the mobile terminal.
  • the detection of the environment takes place in an advantageous manner by an image acquisition unit directed at a floor.
  • This direction to the floor corresponds advantageous ⁇ manner a natural orientation of a built-in commercial mobile terminals on the rear imaging unit or camera, when an operator holds the mobile terminal while standing in the hand and, disposed on the opposite against ⁇ front display unit considered the mo ⁇ bilen terminal.
  • the arranged on the back of the image capture unit is directed in commercial mobile Endgerä ⁇ th in the opposite direction to the display unit and usually serves an audiovisual recording of the environment with simultaneous possibility of viewing the recorded environment.
  • the detection of the environment is carried out by a directed to a ceiling of the environment images ⁇ supervisedsaku.
  • This direction on the ceiling advantageously corresponds to a natural orientation of a direction towards the display unit of the mobile terminal.
  • directed imaging unit when an operator holds the mobile terminal in the hand while looking at a display unit of the mobile terminal.
  • the aligned in the direction of the Ad ⁇ gene unit of the mobile terminal Bilderfas- sungsaku corresponds to a camera, which will normally detect the face of the operator to perform a Audiovisual ⁇ len communication.
  • Line-like patterns M are extracted from the detected environment according to the invention, which are sketched by way of example in the drawing and are shown obliquely above the horizon system for reasons of clarity.
  • regular patterns in tile joints, ceiling joints, parquet planks, strips in linoleum floors, weave patterns in carpets, ceiling light tubes and their reflections on granite floors, etc. are abstracted using pattern recognition methods and the line-shaped pattern M is extracted.
  • the Erfas ⁇ solution of wall patterns or baseboards is conceivable.
  • the line-like pattern M has been extracted from a tile joint pattern, wherein the tiles have an elongated rectangular base.
  • a pattern main direction MHA is extracted.
  • the pattern mainstream MHA corresponds to the present example of an acquired tile joints pattern of L Lucas ⁇ union joint direction.
  • the line-like pattern M was, however, of a - not shown - extracted tile grout pattern in which Flie- sen having a square base, a eindeu ⁇ term pattern MHA main direction is not clearly determined. From the two possible directions orthogonal to one another, a pattern main direction MHA is determined by selection and an orientation determination based thereon is corrected, if appropriate using orientations determined by other methods. In the case of a hexagonal or more complex base of a - not shown - tile joint pattern or
  • the pattern main direction MHA can be determined by a geometric center of gravity determination of the individual lines whose individual centers of gravity are extrapolated with a respec ⁇ ge line.
  • the geometric mean of Li ⁇ nien then also leads in this case to a unique pattern MHA main direction or, as in the above case orthogonal, at least only ambiguous patterns main direction MHA.
  • the mobile terminal in the already described attitude in which the operator holds the mobile terminal standing in his hand and a display unit of the mobile terminal ⁇ considered tet is usually not aligned parallel to the ground, so that the line-like pattern M is first detected with a distortion which is caused by a relative to the horizontal plane of the Horizontsystems tilted and / or tilted image plane of the image acquisition unit.
  • Ge ⁇ Switzerland one embodiment of the invention is therefore provided to detect a detection of a tilt and / or tilt angle of a plane passing through a principal axis of the mobile terminal ground plane of the mobile terminal with respect to the Horizontalebe- ne and on the basis of the tilt and / or tilt angle Correction of the line-like pattern M or the pattern main axis MHA make.
  • a determination of an overall illerversatzes GEV which corresponds to an angular difference between a main axis of the mobile terminal MEG GHA and the pattern ⁇ major axis MHA at the designated position P is effected.
  • This angular difference can be taken directly from a geographical determination of the line-like pattern M in the image plane of the detection unit or the pattern main axis MHA in the image plane of the detection unit.
  • GHA axis of the mobile terminal MEG corresponds to the Gerätver ⁇ set GEV.
  • a sample main axis offset MHV is retrieved as an angular difference between the master pattern axis MHA and a reference orientation RFO at the determined position P.
  • the retrieval of corresponding data occurs either from a terminal-internal or an external data source, in the latter case by any wireless Interface of the mobile terminal MEG. Instead of a complex wireless data communication connection, this data can also be received by Bluetooth or
  • WiFi beacons may be included which are sent by local transmitters for orientation in the building.
  • the data contains an indication as to which angular difference between the master pattern axis MHA of the linear pattern M and a reference orientation RFO, for example in the natural language:
  • the joints in the space at the given position P are arranged 10 degrees west of the north direction.
  • an internal fetch data ge ⁇ Häss an embodiment of the invention it is provided that the environment is detected with an initialization process. For example, a floor pattern will match the one on the mobile "Initialize" the initialization procedure carried out on the terminal MEG in order to generate corresponding data in the terminal-internal data source.
  • a request to the operator of the mobile terminal MEG be provided to align the mobile terminal MEG in a known orientation, for example, along a corridor. Even without measuring floor patterns, it can be assumed in many cases that the main lines of the floor pattern run parallel or at right angles to a wall of the room.
  • an orientation determining unit ei ⁇ ne sum of the angles from the pattern principal axis offset MHV and the device offset GEV which leads to the orientation LOCATION finally.
  • an orientation ORT of 35 degrees from the reference orientation RFO is determined from an angle sum of the pattern main axis offset MHV having a value of 15 degrees and the device offset GEV having a value of 20 degrees.
  • the orientation of the mobile terminal MEG thus corresponds to a 35 degree direction in the northwest direction, according to one of the mathematical information given by reversed sign windrope information so - 35 degrees to the northwest.
  • the major axis of GHA of the mobile terminal MEG and the reference orientation RFO are single ⁇ Lich their respective direction Horizon system of interest, while their respective length - in vectorial Be ⁇ case: the amount of which - is irrelevant.
  • the axes MHA, GHA, RFO referred to herein may be referred to as a unit vector.
  • the means according to the invention alone ensure an orientation determination of a mobile terminal, it is provided according to a preferred embodiment to combine the means for orientation determination known today with the agents according to the invention and in this way to refine and / or solidify the orientation determination.
  • the currently known methods for orientation determination are performed using data supplied by magnetic sensors and / or inertial sensors.
  • the preferred embodiment is in vorteilhaf ⁇ ter way, the disadvantages of this known Orientie ⁇ tion determination - ie in particular the above-mentioned disadvantages such as sensor drift, complex calculation of a Wienkopp ⁇ ment of orthogonal sensor axes, cumulatively with increasing time deviations, magnetic interference by power lines, etc. metal walls - to correct, refine and - ensure verläss ⁇ Liche orientation determination over longer periods of time - in view of the known effects of sensor drift.
  • the interaction with known orientation determination methods according to this preferred embodiment has the advantage of making an initially indefinite or ambiguous pattern main direction MHA unambiguously determinable by using the known "coarse" orientation determination methods in conjunction with the preferred embodiment Design to arrive at more precise and time-stable orientation data.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of selected functional components in a mobile terminal according to an embodiment of the invention.
  • the mobile terminal includes not only a non MEG Darge ⁇ set - position determining unit for determining a position of the mobile terminal MEG imaging unit BEF, a control unit STE, wherein the determination unit BSE for determining the displacement device GEV, the Abrufein- unit ARE for retrieving the pattern main axis offset MHA and the orientation determination unit OBE of the position.
  • a mobile terminal MEG also has other - not shown - functional units, such as a wireless interface ⁇ , another provided on the opposite side images ⁇ capture unit and internal terminal-internal memory.
  • the functional units mentioned are either implemented within the control unit STE as software routines or as separate and cooperative hardware components.
  • the present invention comprises a method for orientation determination on a mobile terminal.
  • a device offset (GEV) as the angular difference between a major axis (GHA) of the mobile terminal and the master pattern axis (MHA) at the determined position (P) is determined.
  • a main pattern ⁇ axial offset (MHV) is the main axis as an angle difference between the pattern (MHA) and a reference orientation (RFO) at the designated position (P) retrieved.
  • an angle sum is determined from the pattern principal axis offset (MHV) and the device offset (GEV).

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Abstract

Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zur Orientierungsbestimmung an einem mobilen Endgerät. Dabei erfolgt eine Bestimmung einer Position (P) des mobilen Endgeräts (MEG), eine Erfassung einer Umgebung des mobilen Endgeräts, Extraktion linienartiger Muster (M) aus der erfassten Umgebung und Ermittlung einer Musterhauptachse (MHA) aus den linienartigen Mustern (M). Ein Gerätversatz (GEV) als Winkeldifferenz zwischen einer Hauptachse (GHA) des mobilen Endgeräts und der Musterhauptachse (MHA) an der bestimmten Position (P) wird bestimmt. Weiterhin wird ein Musterhauptachsenversatz (MHV) als Winkeldifferenz zwischen der Musterhauptachse (MHA) und einer Referenzorientierung (RFO) an der bestimmten Position (P) abgerufen. Schließlich erfolgt eine Bestimmung einer Winkelsumme aus dem Musterhauptachsenversatz (MHV) und dem Gerätversatz (GEV).

Description

Beschreibung
Mobiles Endgerät und Verfahren zur Orientierungsbestimmung an einem mobilen Endgerät
Die Erfindung betrifft ein mobiles Endgerät sowie ein Verfah¬ ren zur Orientierungsbestimmung an einem mobilen Endgerät.
Im Stand der Technik sind mobile Endgeräte bekannt, welche eine Wegeführung eines Bedieners ermöglichen. Eine Wegeführung außerhalb von Gebäuden erfolgt heute weitgehend zuver¬ lässig in Anwendung einer Positionsbestimmung auf Basis von Satellitensignalen, insbesondere in Anwendung von Global Positioning System-Signalen, in der Fachwelt auch als GPS be- kannt .
Dagegen weisen Wegeführungsverfahren innerhalb von zumindest teilweise abgeschlossenen Bereichen wie etwa Gebäuden, noch eine Reihe technischer Probleme auf. Diese Probleme solcher auch als Indoor-Navigationssysteme bezeichneten Wegeführungs¬ verfahren sind hauptsächlich durch den Umstand begründet, dass ein Empfang von GPS-Signalen in Gebäuden technisch nahezu unmöglich ist. In abgeschlossenen Bereichen haben sich daher alternative Verfahren etabliert, welche eine Positions- und Orientierungsbestimmung eines mobilen Endgeräts in Abwesenheit von Satellitensignalen ermöglichen sollen.
Zur Positionsbestimmung eines mobilen Endgeräts sind beispielsweise Verfahren bekannt, welche WLAN- (Wireless Local Area Network) oder Bluetooth-Signale erfassen und deren ge¬ messene Signalstärke, beispielsweise unter Anwendung von Triangulierungsverfahren oder Lookup-Tabellen zur Positionsbestimmung verwenden. Diese Verfahren ermöglichen eine Bestimmung der Position eines mobilen Endgeräts, nicht jedoch der Orientierung des mobilen Endgeräts.
Unter der Orientierung eines mobilen Endgeräts wird im Folgenden entweder eine an einer aktuellen Position gemessene absolute Richtungsangabe in Bezug auf eine Referenzorientie¬ rung, etwa einer Himmelsrichtung wie z.B. Norden, verstanden, oder eine relative Richtungsangabe, in die das mobile Endge¬ rät in Bezug einen festen Bezugspunkt bewegt wird.
Zur Orientierungsbestimmung sind ergänzende Verfahren bekannt, welche eine Anwendung eines Trägheitsnavigationssys- tems mit zusätzlicher Verwendung von Magnetfeldsensoren (Kompasssensoren) vorsehen. Eine Trägheitsnavigation ermöglicht eine Messung von Bewegungen im Raum in sechs kinematischen Freiheitsgrade, davon drei translatorische sowie drei
rotatorische Freiheitsgrade. Mit diesem Trägheitsnavigations- systems lassen sich Lageänderungen, also die Orientierung im Raum bestimmen. Eine Bestimmung der Orientierung ist insbe- sondere unabhängig von jeglichen Ortungssignalen aus der Umgebung .
Ein Trägheitsnavigationssystem erfordert eine doppelte Integration von Beschleunigungsmesswerte und eine einfache Integ- ration von Winkelgeschwindigkeitsmesswerten. Eine üblicherweise starke Sensordrift sowie eine mathematisch erforderli¬ che Kreuzkopplung von orthogonalen Sensorachsen führen zu beträchtlichen Fehlern in der Orientierungsbestimmung, deren Einflüsse sich mit fortschreitender Zeit kumulativ auswirken.
Es wurde daher bereits vorgeschlagen, Trägheitsnavigations- systeme mit zusätzlichen Verfahren zur Orientierungsbestimmung zu ergänzen. Zum Bestimmen von Integrationskonstanten, zur Verbesserung der Genauigkeit und zur Korrektur der Sen- sordrift werden unterstützende Orientierungsbestimmungsver- fahren unter Auswertung von Magnetfeldsensoren bzw. Kompasssensoren verwendet. Magnetfeldsensoren werden allerdings durch magnetische Störeinflüsse durch Stromleitungen, Metall¬ wände etc. beeinflusst. Zur Korrektur von Abweichungen und Störeinflüssen ist eine softwarebasierte Signalverarbeitung, beispielsweise mittels Kaiman-Filterung bekannt. Ungeachtet dieser zusätzlichen Verfahren zur Orientierungsbestimmung weichen die innerhalb von Gebäuden bestimmten Orientierungen in der Praxis um Winkelfehler bis zu 20 Grad von einer tatsächlichen Orientierung ab. Der Winkelfehler, auch als Deviation bekannt, entspricht einem Winkel zwischen einer tatsächlichen Orientierung und der gemessenen Orientierung.
Die vorliegende Erfindung ist vor die Aufgabe gestellt, Mit¬ tel zu schaffen, welche eine alternative oder zusätzliche Orientierungsbestimmung an einem mobilen Endgerät gewährleisten .
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein mobiles Endgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße mobile Endgerät umfasst
- eine Positionsbestimmungseinheit zur Bestimmung einer Po¬ sition des mobilen Endgeräts;
- eine Bilderfassungseinheit zur Erfassung einer Umgebung des mobilen Endgeräts, zur Extraktion linienartiger Muster aus der erfassten Umgebung und zur Ermittlung einer Mus- terhauptachse aus den linienartigen Mustern;
- eine Bestimmungseinheit zur Bestimmung eines Gerätversat¬ zes als Winkeldifferenz zwischen einer Hauptachse des mobilen Endgeräts und der Musterhauptachse an der bestimmten Position;
- eine Abrufeinheit zum Abruf eines Musterhauptachsenversat¬ zes als Winkeldifferenz zwischen der Musterhauptachse und einer Referenzorientierung an der bestimmten Position;
- eine Orientierungsbestimmungseinheit zur Bestimmung einer Winkelsumme aus dem Musterhauptachsenversatz und dem Ge- rätversatz.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin durch ein Verfah¬ ren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Orientierungsbestimmung an einem mobilen Endgerät umfasst folgende Schritte:
- Bestimmung einer Position des mobilen Endgeräts; - Erfassung einer Umgebung des mobilen Endgeräts, Extraktion linienartiger Muster aus der erfassten Umgebung und Ermittlung einer Musterhauptachse aus den linienartigen Mustern;
- Bestimmung eines Gerätversatzes als Winkeldifferenz zwischen einer Hauptachse des mobilen Endgeräts und der Mus¬ terhauptachse an der bestimmten Position;
- Abruf eines Musterhauptachsenversatzes als Winkeldifferenz zwischen der Musterhauptachse und einer Referenzorientie- rung an der bestimmten Position; und;
- Bestimmung einer Winkelsumme aus dem Musterhauptachsenversatz und dem Gerätversatz.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Das Compu¬ terprogramm wird in einem Prozessor eines mobilen Endgeräts abgearbeitet, welcher mit der Abarbeitung das Verfahren ausführt . Mit Einsatz der erfindungsgemäßen Mittel wird in vorteilhafter Weise eine Orientierungsbestimmung geschaffen, welche in Vergleich mit anderen Orientierungsbestimmungsverfahren eine hohe Genauigkeit unter Vermeidung der im Stand der Technik bekannten Drift- bzw. Jitterproblemen erzielt.
Im Gegensatz bekannten komplexen optischen Positions- und Orientierungsberechnung aus gespeicherten 3D-Modellen eines Gebäudes ist eine Erfassung einer Umgebung und eine Extrakti¬ on linienartiger Muster aus der erfassten Umgebung in vor- teilhafter Weise mit weniger rechentechnischen Ressourcen zu bewerkstelligen .
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele und Vorteile der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen : Fig. 1: eine schematische Darstellung von zur Orientie¬ rungsbestimmung eines mobilen Endgeräts verwendeter Achsen in einem Horizontsystem; und;
Fig. 2: eine schematische Darstellung ausgewählter Funktionskomponenten in einem mobilen Endgerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In Figur 1 ist ein kartesisches Koordinatensystem - im Folgenden auch Horizontsystem - bestehend aus einer Abszisse x und einer Ordinate y dargestellt, dessen Ursprung P einer ermittelten Position eines mobilen Endgeräts MEG entspricht. Erfindungsgemäß erfasst mindestens eine im mobilen Endgerät angeordnete Bilderfassungseinheit eine Umgebung des mobilen Endgeräts .
Die Erfassung der Umgebung erfolgt in vorteilhafter Weise durch eine auf einen Fußboden gerichtete Bilderfassungseinheit. Diese Richtung auf den Fußboden entspricht in vorteil¬ hafter Weise einer natürlichen Orientierung einer in handelsüblichen mobilen Endgeräten auf der Rückseite verbauten Bilderfassungseinheit bzw. Kamera, wenn ein Bediener das mobile Endgerät im Stehen in der Hand hält und eine auf der gegen¬ überliegenden Vorderseite angeordnete Anzeigeneinheit des mo¬ bilen Endgeräts betrachtet. Die auf der Rückseite angeordnete Bilderfassungseinheit ist in handelsüblichen mobilen Endgerä¬ ten in Gegenrichtung zur Anzeigeneinheit gerichtet und dient üblicherweise einer audiovisuellen Aufnahme der Umgebung bei gleichzeitiger Möglichkeit einer Betrachtung der aufgenommenen Umgebung.
Alternativ oder zusätzlich erfolgt die Erfassung der Umgebung durch eine auf eine Raumdecke der Umgebung gerichtete Bilder¬ fassungseinheit. Diese Richtung auf die Raumdecke entspricht in vorteilhafter Weise einer natürlichen Orientierung einer in Richtung der Anzeigeneinheit des mobilen Endgeräts ausge- richteten Bilderfassungseinheit, wenn ein Bediener das mobile Endgerät im Stehen in der Hand hält und eine Anzeigeneinheit des mobilen Endgeräts betrachtet. Die in Richtung der Anzei¬ geneinheit des mobilen Endgeräts ausgerichtete Bilderfas- sungseinheit entspricht einer Kamera, welche üblicherweise das Gesicht des Bedieners zur Durchführung einer audiovisuel¬ len Kommunikation erfassen soll.
Aus der erfassten Umgebung werden erfindungsgemäß linienarti- ge Muster M extrahiert, welche in der Zeichnung beispielhaft skizziert sind und aus Gründen der Übersichtlichkeit schräg oberhalb des Horizontsystems dargestellt sind. Beispielsweise werden regelmäßige Muster in Fliesenfugen, Deckenfugen, Parkettdielen, Streifen in Linoleumböden, Webmuster in Teppi- chen, Deckenlichtröhren sowie deren Reflexionen an Granitböden usw. mit Hilfe von Mustererkennungsverfahren abstrahiert und so das linienförmige Muster M extrahiert. Auch die Erfas¬ sung von Wandmustern oder Sockelleisten ist denkbar. Im Beispiel der Zeichnung wurde das linienartige Muster M aus einem Fliesenfugenmuster extrahiert, wobei die Fliesen eine längliche rechteckige Grundfläche aufweisen.
In einem weiteren Schritt wird eine Musterhauptrichtung MHA extrahiert. Die Musterhauptrichtung MHA entspricht im vorlie- genden Beispiel eines erfassten Fliesenfugenmusters der läng¬ lichen Fugenrichtung.
Wurde das linienartige Muster M dagegen aus einem - nicht dargestellten - Fliesenfugenmuster extrahiert, bei dem Flie- sen eine quadratische Grundfläche aufweisen, ist eine eindeu¬ tige Musterhauptrichtung MHA nicht eindeutig bestimmbar. Aus den beiden möglichen orthogonal aufeinander stehenden Richtungen wird eine Musterhauptrichtung MHA durch Wahl bestimmt und eine darauf basierende Orientierungsbestimmung, gegebe- nenfalls unter Heranziehung von durch andere Verfahren bestimmten Orientierungen, korrigiert. Im Fall einer sechseckigen oder komplexeren Grundfläche eines - nicht dargestellten - Fliesenfugenmusters oder
Bodenbelagmusters kann die Musterhauptrichtung MHA durch eine geometrische Schwerpunktbestimmung der einzelnen Linien be- stimmt werden, deren einzelne Schwerpunkte mit einer jeweili¬ ge Linie extrapoliert werden. Das geometrische Mittel der Li¬ nien führt dann auch in diesem Fall zu einer eindeutigen Musterhauptrichtung MHA oder, wie im oben genannten orthogonalen Fall, zumindest nur zweideutigen Musterhauptrichtung MHA.
Bei der Extraktion der linienartigen Muster M oder auch bei der Ermittlung der Musterhauptachse MHA ist zu beachten, dass das mobile Endgerät in der bereits beschriebenen Haltung, bei der der Bediener das mobile Endgerät im Stehen in der Hand hält und eine Anzeigeneinheit des mobilen Endgeräts betrach¬ tet, üblicherweise nicht parallel zum Boden ausgerichtet wird, so dass das linienartige Muster M zunächst mit einer Verzerrung erfasst wird, welche durch eine gegenüber der Horizontalebene des Horizontsystems gekippten und/oder geneig- ten Bildebene der Bilderfassungseinheit verursacht wird. Ge¬ mäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, eine Erfassung eines Kipp- und/oder Neigungswinkels einer durch eine Hauptachse des mobilen Endgeräts verlaufenden Grundebene des mobilen Endgeräts gegenüber der Horizontalebe- ne zu erfassen und auf Basis des Kipp- und/oder Neigungswinkels eine Korrektur des linienartigen Musters M oder auch der Musterhauptachse MHA vorzunehmen.
In einem folgenden Schritt erfolgt eine Bestimmung eines Ge- rätversatzes GEV, welcher einer Winkeldifferenz zwischen einer Hauptachse GHA des mobilen Endgeräts MEG und der Muster¬ hauptachse MHA an der bestimmten Position P entspricht. Diese Winkeldifferenz ist anhand einer geographischen Bestimmung des linienartigen Musters M in der Bildebene der Erfassungs- einheit oder der Musterhauptachse MHA in der Bildebene der Erfassungseinheit direkt entnehmbar. Ein Winkelversatz der Musterhauptachse MHA um die in der Bildebene liegende Haupt- achse GHA des mobilen Endgeräts MEG entspricht dem Gerätver¬ satz GEV.
In der Zeichnung ist eine Windrose bestehend aus den Himmels- richtungen Nord N, Süd S, West W und Ost 0 versinnbildlicht. Diese Windrose dient lediglich der Anschauung einer Orientie¬ rungsrichtung. Im Weiteren wird stattdessen eine Referenzorientierung RFO betrachtet, welche im vorliegenden Ausführungs¬ beispiel mit der Nordrichtung N zusammenfällt. Alternativ sind beliebig andere Himmelsrichtungen S, W, 0 als Referenzorientierung RFO wählbar. In Abweichung von Gewohnheiten einer Windrosenrichtung entspricht eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn einem positiven Winkel, eine Drehung im Uhrzeigersinn einem negativen Winkeln, entsprechend der mathematischen Zählrichtung.
In einem folgenden Schritt erfolgt ein Abruf eines Musterhauptachsenversatzes MHV als Winkeldifferenz zwischen der Musterhauptachse MHA und einer Referenzorientierung RFO an der bestimmten Position P. Der Abruf entsprechender Daten erfolgt entweder von einer Endgerät-internen oder einer externen Datenquelle, im letzten Fall bezogen durch eine beliebige drahtlose Schnittstelle des mobilen Endgeräts MEG. Anstelle einer aufwändigen drahtlosen Datenkommunikationsverbindung können diese Daten auch durch empfangene Bluetooth- bzw.
WiFi-Beacons enthalten sein, welche von lokalen Sendern zur Orientierung im Gebäude gesendet werden. Die Daten enthalten eine Angabe darüber, welche Winkeldifferenz zwischen der Musterhauptachse MHA des linienartige Musters M und einer Refe- renzorientierung RFO, beispielsweise in der natürlichsprachlichen Form: Die Fugen im Raum an der gegebenen Position P sind um 10 Grad westlich gegenüber der Nordrichtung angeordnet . Im ersten Fall, also eines internen Abrufs von Daten ist ge¬ mäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Umgebung mit einem Initialisierungsverfahren erfasst wird. Beispielsweise wird ein Fußbodenmuster mit dem auf dem mobi- len Endgerät MEG ausgeführten Initialisierungsverfahren »vermessen«, um entsprechende Daten in der Endgerät-internen Datenquelle zu erstellen. Im Rahmen des Initialisierungsverfahrens kann eine Aufforderung an den Bedieners des mobilen Endgeräts MEG vorgesehen sein, das mobile Endgerät MEG in einer bekannten Orientierung auszurichten, z.B. genau entlang eines Flurs. Auch ohne Vermessung von Fußbodenmustern kann in sehr vielen Fällen davon ausgegangen werden, dass die Hauptlinien des Fußbodenmusters parallel oder rechtwinklig zu einer Wand des Raumes verlaufen.
Mit Endgerät-intern vorliegenden oder extern gelieferten bestehenden Kartendaten eines Gebäudes kann für sehr viele Räume die einfache Annahme »parallel oder rechtwinklig zur Wand« als Default-Annahme für Fußbodenlinien, oder allgemeiner: linienartigen Mustern M, innerhalb eines Raumes verwendet wer¬ den .
In einer Orientierungsbestimmungseinheit wird schließlich ei¬ ne Winkelsumme aus dem Musterhauptachsenversatz MHV und dem Gerätversatz GEV, welche zur Orientierung ORT führt. Gemäß der Zeichnung wird eine Orientierung ORT in Höhe von 35 Grad gegenüber der Referenzorientierung RFO aus einer Winkelsumme des Musterhauptachsenversatz MHV mit einem Wert von 15 Grad und des Gerätversatz GEV mit einem Wert von 20 Grad bestimmt. Die Orientierung des mobilen Endgeräts MEG entspricht also einer 35 Grad Richtung in Richtung Nordwest, gemäß einer der mathematischen Angabe mit umgekehrten Vorzeichen angegebenen Windrosenangabe also - 35 Grad Richtung Nordwest.
Für die Musterhauptachse MHA, die Hauptachse GHA des mobilen Endgeräts MEG sowie die Referenzorientierung RFO sind ledig¬ lich deren jeweilige Richtung im Horizontsystem von Interesse, während deren jeweilige Länge - bei vektorieller Be¬ schreibung: deren Betrag - ohne Belang ist. Auf die hier Bezug genommenen Achsen MHA, GHA, RFO kann alternativ auch als Einheitsvektor Bezug genommen werden. Wenngleich die erfindungsgemäßen Mittel für sich alleine eine Orientierungsbestimmung eines mobilen Endgeräts gewährleisten, ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, die heute bekannten Mittel zur Orientierungsbestimmung mit den erfindungsgemäßen Mitteln zu kombinieren und auf diese Weise die Orientierungsbestimmung zu verfeinern und/oder zu verfestigen. Die derzeit bekannten Verfahren zur Orientierungsbestimmung erfolgen unter Verwendung von Daten, welche von magnetischen Sensoren und/oder Trägheitssensoren gelie- fert werden. Die bevorzugte Ausgestaltung ist in vorteilhaf¬ ter Weise geeignet, die Nachteile dieser bekannten Orientie¬ rungsbestimmung - also insbesondere die oben genannten Nachteile wie Sensordrift, aufwändige Berechnung einer Kreuzkopp¬ lung von orthogonalen Sensorachsen, mit fortschreitender Zeit kumulativ auswirkende Abweichungen, magnetische Störeinflüsse durch Stromleitungen, Metallwände etc. - zu korrigieren, zu verfeinern und - in Hinblick auf die bekannten Auswirkungen der Sensordrift - auch über längere Zeiträume eine verläss¬ liche Orientierungsbestimmung gewährleisten.
Die Zusammenwirkung mit bekannten Verfahren zur Orientierungsbestimmung gemäß dieser bevorzugten Ausgestaltung hat darüber hinaus den Vorteil, eine wie oben erläuterte zunächst unbestimmte oder zweideutige Musterhauptrichtung MHA durch Heranziehung der bekannten »groben« Verfahren zur Orientie- rungsbestimmung eindeutig bestimmbar zu gestalten, um in Zusammenwirkung mit der bevorzugten Ausgestaltung zu präziseren und zeitstabilen Orientierungsdaten zu gelangen.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung ausgewählter Funk- tionskomponenten in einem mobilen Endgerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Das mobiles Endgerät MEG umfasst neben einer nicht darge¬ stellten - Positionsbestimmungseinheit zur Bestimmung einer Position des mobilen Endgeräts MEG die Bilderfassungseinheit BEF, eine Steuerungseinheit STE, welcher die Bestimmungseinheit BSE zur Bestimmung des Gerätversatzes GEV, die Abrufein- heit ARE zum Abruf des Musterhauptachsenversatzes MHA und die Orientierungsbestimmungseinheit OBE der Position umfasst.
Ein mobiles Endgerät MEG gemäß weiterer Ausführungsformen verfügt darüber hinaus über weitere - nicht dargestellte - Funktionseinheiten, beispielsweise eine drahtlose Schnitt¬ stelle, eine weitere auf der Gegenseite vorgesehene Bilder¬ fassungseinheit sowie über interne Endgerät-interne Speicher. Die genannten Funktionseinheiten sind entweder innerhalb der Steuereinheit STE als Softwareroutinen implementiert oder als separate und zusammenwirkende Hardware-Bausteine.
Zusammenfassend umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfah- ren zur Orientierungsbestimmung an einem mobilen Endgerät.
Dabei erfolgt eine Bestimmung einer Position (P) des mobilen Endgeräts (MEG) , eine Erfassung einer Umgebung des mobilen Endgeräts, Extraktion linienartiger Muster (M) aus der er- fassten Umgebung und Ermittlung einer Musterhauptachse (MHA) aus den linienartigen Mustern (M) . Ein Gerätversatz (GEV) als Winkeldifferenz zwischen einer Hauptachse (GHA) des mobilen Endgeräts und der Musterhauptachse (MHA) an der bestimmten Position (P) wird bestimmt. Weiterhin wird ein Musterhaupt¬ achsenversatz (MHV) als Winkeldifferenz zwischen der Muster- hauptachse (MHA) und einer Referenzorientierung (RFO) an der bestimmten Position (P) abgerufen. Schließlich erfolgt eine Bestimmung einer Winkelsumme aus dem Musterhauptachsenversatz (MHV) und dem Gerätversatz (GEV) .

Claims

Patentansprüche
1. Mobiles Endgerät, umfassend
- eine Positionsbestimmungseinheit zur Bestimmung einer Po¬ sition (P) des mobilen Endgeräts (MEG) ;
- mindestens eine Bilderfassungseinheit (BEF) zur Erfassung einer Umgebung des mobilen Endgeräts, zur Extraktion linienartiger Muster (M) aus der erfassten Umgebung und zur Ermittlung einer Musterhauptachse (MHA) aus den linienartigen Mustern (M) ;
- eine Bestimmungseinheit (BSE) zur Bestimmung eines Gerät¬ versatzes (GEV) als Winkeldifferenz zwischen einer Hauptachse (GHA) des mobilen Endgeräts und der Musterhauptachse (MHA) an der bestimmten Position (P) ;
- eine Abrufeinheit (ARE) zum Abruf eines Musterhauptachsen¬ versatzes (MHV) als Winkeldifferenz zwischen der Musterhauptachse (MHA) und einer Referenzorientierung (RFO) an der bestimmten Position (P) ;
- eine Orientierungsbestimmungseinheit (OBE) zur Bestimmung einer Winkelsumme aus dem Musterhauptachsenversatz (MHV) und dem Gerätversatz (GEV) .
2. Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bilderfassungseinheit (BEF) ge¬ genüber einer eine Anzeigeeinheit des mobilen Endgeräts um¬ fassenden Seite des mobilen Endgeräts vorgesehen ist.
3. Vorrichtung gemäß einem der vorgenannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bilderfas¬ sungseinheit (BEF) auf einer eine Anzeigeeinheit des mobilen Endgeräts umfassenden Seite des mobilen Endgeräts vorgesehen ist .
4. Vorrichtung gemäß einem der vorgenannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierungsbestimmungsein- heit (OBE) eingerichtet ist zur Verarbeitung weiterer Orientierungsinformationen, insbesondere von magnetischen Sensoren und/oder Trägheitssensoren gelieferte Orientierungsinformati¬ onen .
5. Verfahren zur Orientierungsbestimmung an einem mobilen Endgerät, umfassend folgende Schritte:
- Bestimmung einer Position (P) des mobilen Endgeräts (MEG) ;
- Erfassung einer Umgebung des mobilen Endgeräts, Extraktion linienartiger Muster (M) aus der erfassten Umgebung und Ermittlung einer Musterhauptachse (MHA) aus den linienartigen Mustern (M) ;
- Bestimmung eines Gerätversatzes (GEV) als Winkeldifferenz zwischen einer Hauptachse (GHA) des mobilen Endgeräts und der Musterhauptachse (MHA) an der bestimmten Position (P) ;
- Abruf eines Musterhauptachsenversatzes (MHV) als Winkel¬ differenz zwischen der Musterhauptachse (MHA) und einer Referenzorientierung (RFO) an der bestimmten Position (P) ; und;
- Bestimmung einer Winkelsumme aus dem Musterhauptachsenversatz (MHV) und dem Gerätversatz (GEV) .
6. Verfahren gemäß Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Musterhauptrichtung (MHA) durch eine geometrische Schwerpunktbestimmung der linienartigen Muster (M) bestimmt wird .
7. Verfahren gemäß einem der vorgenannten Patentansprüche 5 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte
- Ermittlung eines Kipp- und/oder Neigungswinkels einer
durch eine Hauptachse des mobilen Endgeräts (MEG) verlau¬ fenden Grundebene des mobilen Endgeräts gegenüber einer Horizontalebene; und;
- Vornahme einer Korrektur am linienartigen Muster M
und/oder an der Musterhauptachse MHA auf Basis des ermit¬ telten Kipp- und/oder Neigungswinkels.
8. Verfahren gemäß einem der vorgenannten Patentansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abruf des Muster- hauptachsenversatzes (MHV) von einer Endgerät-internen und/oder externen Datenquelle erfolgt.
9. Verfahren gemäß Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abruf des Musterhauptachsenversatz (MHV) Endgerätinterne und/oder externe Kartendaten eines Gebäudes verarbei tet werden.
10. Verfahren gemäß einem der vorgenannten Patentansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Orientierungsbestim- mung weitere OrientierungsInformationen, insbesondere von magnetischen Sensoren und/oder Trägheitssensoren gelieferte Orientierungsinformationen herangezogen werden .
11. Computerprogrammprodukt mit Mitteln zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 5 bis 10 wenn das Computerprogrammprodukt an einem mobilen End gerät (MEG) zur Ausführung gebracht wird.
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