Visual Positioning System
Visual Positioning System (VPS; deutsch Visuelles Positionierungssystem), auch Visual Navigation System (deutsch Visuelles Navigationssystem) ist eine Technologie, die es mobilen Geräten wie Smartphones, Drohnen und Robotern ermöglicht, ihren Standort und ihre Ausrichtung in der physischen Welt anhand visueller Merkmale zu bestimmen, die von Kameras erfasst werden. Während die GPS-Technologie auf Satellitensignalen basiert, werden bei VPS Computer Vision-Algorithmen und Bilderkennung eingesetzt, um Bilder der Umgebung zu analysieren und darauf erkannte Objekte mit einer Datenbank abzugleichen. Diese Technologie ist besonders nützlich in GPS-unzugänglichen Umgebungen wie Innenräumen, wo Satellitensignale i. d. R. blockiert werden.[1]
Geschichte
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Die Idee der visuellen Navigation hat ihre Wurzeln in der frühen Computer Vision-Forschung.[2] VPS als praktische Anwendung gewann mit Fortschritten in maschinellem Lernen und Bildverarbeitung an Bedeutung. Google begann etwa 2018–2019, VPS in Google Maps zu testen. Die Technik ermöglicht Fußgängern eine visuelle Navigation mittels Augmented Reality.[3][4] Im Dezember 2022 führte Google die ARCore Geospatial API ein, die VPS einbezieht, um weltweit präzise Augmented-Reality-Erfahrungen zu ermöglichen.
Funktionsweise
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]VPS erstellt eine visuelle Karte aus einer Reihe geo-referenzierter Bilder, indem es Schlüsselmerkmale wie Umrisse von Gebäuden oder Landmarken identifiziert. Diese Merkmale werden in einer durchsuchbaren Datenbank mit feststehenden Objekten indexiert.[5] Wenn ein Gerät neue Bilder aufnimmt, vergleicht das System diese mit der Datenbank, um die Position und Ausrichtung des Geräts zu berechnen. Die Implementierung von Google nutzt beispielsweise eine 3D-Punktwolke, die mit Milliarden von Street-View-Bildern abgeglichen wird, in Kombination mit tiefen neuronalen Netzen zur Bilderkennung, wobei die Genauigkeit von der Bildqualität und den Standortdaten abhängt.[4]
Anwendungen
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- Innenraum-Navigation: VPS löst die Einschränkungen von GPS in Innenräumen und kann z. B. für die Navigation von mobilen Robotern genutzt werden.[6].
- Augmented Reality: Systeme wie Live View in Google Maps nutzen visuelle Merkmale, um virtuelle Inhalte wie Pfeile in die Umgebung zu projezieren.[3]
- Robotik und Drohnen: VPS ermöglicht Navigation in Umgebungen, in denen GPS unzuverlässig oder nicht vorhanden ist, z. B. auf planetaren Erkundungen.[7]
Einschränkungen
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Die Genauigkeit von VPS hängt stark von der Qualität der Eingabebilder und der Vollständigkeit der visuellen Datenbank ab.[5] Schlechte Beleuchtung, Verdeckungen oder veraltete Referenzbilder können die Wirksamkeit verringern. Die Erstellung einer umfassenden Datenbank ist zeit- und kostenintensiv, was die Skalierbarkeit einschränkt.
Siehe auch
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Literatur
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- Yuri D. V. Yasuda, Luiz Eduardo G. Martins, Fabio A. M. Cappabianco: Autonomous Visual Navigation for Mobile Robots: A Systematic Literature Review. In: ACM Computing Surveys. Band 53, Nr. 1, 6. Februar 2020, ISSN 0360-0300, S. 13:1–13:34, doi:10.1145/3368961.
- Janghun Hyeon, Bumchul Jang, Hyunga Choi, Joohyung Kim, Dongwoo Kim, Nakju Doh: Photo-realistic 3D model based accurate visual positioning system for large-scale indoor spaces, Engineering Applications of Artificial Intelligence, Volume 123, Part A, August 2023,
Weblinks
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Einzelnachweise
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- ↑ The Complete Guide on Visual Positioning System. In: TechFunnel. 2. Februar 2023, abgerufen am 13. Juli 2025 (englisch, Definiert VPS als Technologie zur genauen Ortung durch Kamera und Datenanalyse, mit Fokus auf Innenräume und AR-Anwendungen.).
- ↑ Lorenz Hilty, Britta Oertel, Michaela Wölk, Kurt Pärli: Lokalisiert und identifiziert – Wie Ortungstechnologien unser Leben verändern. 2012 (uzh.ch [PDF; abgerufen am 13. Juli 2025] Frühe Diskussion zu visuellen Ortungsmethoden und gesellschaftlichen Implikationen).
- ↑ a b Andreas Floemer: Google Maps: AR-Navigation für Fußgänger kommt bei ersten Nutzern an. In: t3n.de. 11. Februar 2019, abgerufen am 13. Juli 2025 (Erste praktische Anwendung von VPS in Google Maps für AR-Navigation.).
- ↑ a b Meenal Dhande: Getting lost with GPS? Don’t worry, Google Maps VPS is here. In: Geospatial World. 12. Januar 2023, abgerufen am 13. Juli 2025 (amerikanisches Englisch, Erklärt VPS als bildbasierte Ortung mit Neural Networks und 3D-Punktwolken, mit Einschränkung durch Bildqualität.).
- ↑ a b Visual Positioning System | Working, Uses, Limitations & Future. In: Electronics For You. 9. Januar 2023, abgerufen am 13. Juli 2025 (englisch, Beschreibt Einschränkungen wie Sensitivität für Beleuchtung und Verdeckungen sowie hohe Kosten für die Erstellung der Datenbank.).
- ↑ De Xu, Liwei Han, Min Tan, You Fu Li: Ceiling-Based Visual Positioning for an Indoor Mobile Robot With Monocular Vision. In: IEEE Transactions on Industrial Electronics. Band 56, Nr. 5, Mai 2009, ISSN 0278-0046, S. 1617–1628, doi:10.1109/TIE.2009.2012457.
- ↑ Fabio Cozman, Eric Krotkov, Carlos Guestrin: Outdoor Visual Position Estimation for Planetary Rovers. In: Autonomous Robots. Band 9, Nr. 2, September 2000, ISSN 0929-5593, S. 135–150, doi:10.1023/A:1008966317408.