Google AR 導航技術探究，如何透過影像協助 GPS 進行定位

之前介紹過 Google 新發表的 AR 導航功能，讓使用者可在智慧手機上清楚看到當下街景及要走的方向，讓路痴也能按圖索驥走到目的地。然而對導航系統來說，收不到 GPS 訊號等於瞎了雙眼，在這種狀況下導航該如何運作？

GPS 訊號仍有死角

傳統導航系統多以地圖方式呈現，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，到了路口會語音提醒使用者該轉彎了。

Google 在 I/O 2018 大會展示的 AR 導航功能則一改前述狀況，會以 AR 方式指引，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，如此一來就能更直覺找到要去的地方。

導航系統運作過程中，需要透過 GPS 訊號鎖定位置與移動狀況，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，並搭配衛星的空中位置資訊與演算法，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 訊號就容易受遮蔽，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，讓導航顯示的位置與實際位置差了幾條街。

GPS 還有另一個先天小缺點，就是只能判斷當下位置，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正確推估。

▲ AR 導航功能可帶來更直覺的使用體驗。（Source：Google，下同）

▲ GPS 透過衛星發射的無線電訊號定位。（Source：NASA [Public domain], via Wikimedia Commons）

▲ GPS訊號容易在都會區因建築物反射造成干擾。

用影像辨識強化定位

Google 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），利用智慧手機的攝影機拍攝的即時畫面，搭配資料庫的索引圖像，如此一來就能判斷使用者面對方向。

然而 VPS 會受攝影品質及 GPS 給的輔助資訊影響，如果拍攝圖像不清楚，會影響到定位精確度。另一個嚴重問題，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 Google 過去十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的，建築物可能發生變化，且樹木會隨著季節改變樣貌，不同時段的光影也會對圖像造成影響，增加 VPS 比對圖像的困難度，這有賴系統透過人工智慧，過濾掉圖中車輛、植物等「非永久」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。