Google AR導航技術探究，如何透過影像協助GPS進行定位

我們在先前的報導中曾介紹過Google發表的AR導航功能，讓使用者可以在智慧型手機的螢幕上清楚看到當下街景以及應該要行走的方向，讓路痴也能按圖索驥走到目的地。然而對於導航系統來說，收不到GPS訊號等於是瞎了雙眼，在這種狀況下導航該如果運作呢？

GPS訊號仍有死角

在傳統的導航系統大多以地圖方式呈現，使用者需要看著地圖上的指示，並透過腦袋將圖資轉換為現實世界的路線，有些導航系統會提供語音功能，到了路口會透過語音提醒使用者該轉彎了。

而Google在2018年Google I/O大會上展示的AR導航功能則一改前述狀況，它會以AR方式進行指引，使用者只要拿起手機拍攝街景，系統就會即時將路線與箭頭等圖示標記在畫面上，如此一來就能透過更直覺的方式找到要去的地方。

在導航系統的運作過程中，需要透過GPS訊號鎖定位置與移動的狀況，如此一來才能指引方向。

GPS的原理為測量多顆衛星傳送無線電訊號至地表時，因距離不同而產生的訊號延遲，並搭配衛星在空中的位置資訊與演算法，反推使用者在地表位置的經緯度與高度座標。

如果使用者在擁擠的都會區，GPS的訊號就容易受到遮蔽，而且高聳建築物還會讓訊號在街道間反射，進而干擾定位系統判讀，最終造成降低準確度的後遺症，讓導航所顯示的位置與實際位置差了幾條街。

GPS還有另外1個先天的小缺點，就是它只能判斷當下的位置，而不能確定面對的方向，需要透過電子指南針，或是測量使用者移動的方向，才能推估正確方向。

▲ AR導航功能能帶來更直覺的使用體驗。（完整Gif動圖，23.8MB）（圖片來源：Google，下方無標示圖片相同）

▲ GPS是透過衛星發射的無線電訊號進行定位。（圖片來源：NASA）

▲ GPS訊號容易在都會區因建築物的反射造成干擾。

用影像視別強化定位

Google所推出的Global Localization（全球定位）技術除了延續以GPS訊號定位，還會透過Visual Positioning Service（影像定位服務，以下簡稱VPS），利用智慧型手機的攝影機所拍攝的即時畫面，搭配資料庫中的索引圖像，如此一來就能判斷使用者面對方向。

然而VPS會受到攝影品質以及GPS給予的輔助資訊影響，如果拍攝的圖像不清處，都會影響到定位的精確度，至於另一個嚴重的問題，就是開發人員要去哪裡找到那麼多高畫質的圖檔以建立資料庫。

好在這對Google來說並不構成問題，因為Google在過去10幾年間在街景服務下了許多工夫，擁有全球大量城市的街景圖檔，因此VPS能夠以這些圖檔為基礎，在運作時藉由辨識街上建築物的特徵，來判斷使用者面對的方向。

然而使用街景服務的圖檔會引發另一個問題，那就是圖檔往往是好幾個月前拍設的，建築物可能會發生變化，而且樹木會隨著季節而改變樣貌，不同時段的光影也會對圖像造成影響，增加了VPS比對圖像的困難度，這有賴系統透過人工智慧的方式，過濾掉圖像中車輛、植物等「非永久」的資訊，將比對重點聚焦於不易隨時間變動的部分，並推算不同時段的光影表現，以提升VPS的準確度。

▲ VPS利用街景服務的圖檔資料庫，以三角測量方式推算出使用者與建築物之間的距離與方向，就能作為定位與方向標定的依據。（完整Gif動圖，3.14MB）

▲ VPS透過影響辨識增加定位與方向判定的精準度，在AR導航上可以發揮關鍵效果。

在GPS與VPS的協同運作下，AR導航能為使用者帶來更直覺、易用的導航體驗，如果連看著這種導航還是會迷路的話，可能真的需要去檢查眼睛了（笑）。