CN103843035A - 用于几何校准借助车辆的传感器***形成的传感器数据的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于几何校准借助车辆（401）的传感器***（405）形成的传感器数据的设备（101，403），所述传感器数据相应于车辆周围环境，所述设备包括：求取器（103），所述求取器用于基于所述传感器数据求取所述车辆周围环境的自然对象的以传感器单位的几何大小；查询器（105），所述查询器用于在数据库中查询所述自然对象的以真实物理单位的几何大小，在所述数据库中存储有分配给一个路程的自然对象的以真实物理单位的几何大小；计算器（107），所述计算器用于计算换算因数，所述换算因数用于基于所求取的以传感器单位的几何大小和所查询的以真实物理单位的几何大小将传感器单位换算成真实物理单位。本发明还涉及一种相应的方法以及一种相应的***（301）。此外，本发明涉及一种相应的计算机程序。

Description

用于几何校准借助车辆的传感器***形成的传感器数据的设备和方法

技术领域

本发明涉及用于几何校准借助车辆的传感器***形成的传感器数据的设备和方法。本发明还涉及一种用于几何校准借助车辆的传感器***形成的传感器数据的***。此外，本发明涉及一种计算机程序。

背景技术

车辆的驾驶员辅助***通常使用周围环境传感器***，借助所述周围环境传感器***可以传感式地检测车辆周围环境。然后，通常基于所检测的车辆周围环境运行驾驶员辅助***。为了驾驶员辅助***的正常运行通常需要以下信息：哪个传感器路程相应于真实世界中的路程。尤其也就是说，需要以下信息：真实世界中的多少厘米相应于借助周围环境传感器***拍摄的图像中的一个像素。

通常基于多个假设来估计所述信息。因此已知的是，在借助周围环境传感器***拍摄的图像中搜寻车道。随后假设车道具有标准宽度并且由所探测的具有标准假设的车道来求取厘米每像素的比例。

对此尤其不利的是，因为所述估计基于假设，所以所述估计可能是非常容易出错的。例如，车道在一个位置处可能比标准宽度窄很多或宽很多。由此，基本信息可能是错误的，驾驶员辅助***所提供的所有功能借助所述基本信息工作。尤其也就是说，所述功能可能产生有错误的结果。

发明内容

因此，本发明所基于的任务可以视为，说明一种用于几何校准借助车辆的传感器***形成的传感器数据的设备，所述传感器数据相应于车辆周围环境，借助所述设备能够实现车辆的驾驶员辅助***的可靠运行。

本发明所基于的任务也可以视为，提供一种相应的方法以及一种相应的***。

本发明所基于的任务也可以视为，提供一种相应的计算机程序。

借助独立权利要求的相应主题来解决所述任务。各个从属权利要求的主题是有利的构型。

根据一个方面，提供一种用于几何校准借助车辆的传感器***形成的传感器数据的设备，其中所述传感器数据相应于车辆周围环境。尤其也就是说，传感器***传感式地检测车辆周围环境并且形成相应的传感器数据。

所述设备包括用于基于传感器数据求取车辆周围环境的自然对象的以传感器单位的几何大小的求取器。所述设备还包括用于在数据库中查询所述自然对象的以真实物理单位的几何大小的查询器。分配给一个路程的自然对象的以真实物理单位的几何大小存储在所述数据库中。此外，设有用于计算换算因数的计算器，所述换算因数用于基于所求取的以传感器单位的几何大小和所查询的以真实物理单位的几何大小将传感器单位换算成真实物理单位。

根据另一个方面，提供一种用于几何校准借助车辆的传感器***形成的传感器数据的方法，其中所述传感器数据相应于车辆周围环境。求取车辆周围环境的自然对象的以传感器单位的几何大小，其中所述求取基于传感器数据。此外，在数据库中查询自然对象的以真实物理单位的几何大小，在所述数据库中存储有分配给一个路程的自然对象的以真实物理单位的几何大小。随后，计算换算因数，借助所述换算因数可以将传感器单位换算成真实物理单位。基于所求取的以传感器单位的几何大小和所查询的以真实物理单位的几何大小实施所述换算因数的计算。

根据又一个方面，提供一种用于几何校准借助车辆的传感器***形成的传感器数据的***，所述传感器数据相应于车辆周围环境。所述***包括用于几何校准借助车辆的传感器***形成的传感器数据的设备，所述传感器数据相应于车辆周围环境。此外，所述***包括数据库，所述数据库中存储有分配给一个路程的自然对象的以真实物理单位的几何大小。

根据又一个方面，提供一种计算机程序，所述计算机程序包括当在计算机上执行所述计算机程序时用于执行用于几何校准借助车辆的传感器***形成的传感器数据的方法的程序代码，所述传感器数据相应于车辆周围环境。

因此，本发明尤其包括以下构思：由借助车辆的传感器***形成的传感器数据识别车辆周围环境的自然对象并且求取所述自然对象的几何大小。在此，因为所基于的数据涉及传感器数据，所以以传感器单位说明所述几何大小。因此例如所述几何大小可以是确定数量的像素。

然后，在数据库中查询先前识别的自然对象的几何大小，其中在此现在以真实物理单位说明所述几何大小。尤其也就是说，向数据库提出与此有关的询问，以便获得以下信息：以真实物理单位的几何大小具有什么样的值。因此，在此数据库例如可以提供以下信息：以真实物理单位的几何大小为若干米。

基于所求取的以传感器单位的几何大小和基于所查询的以真实物理单位的几何大小来计算换算因数，借助所述换算因数可以以有利的方式将传感器单位换算成真实物理单位。当例如以传感器单位的几何大小为两个像素并且还已知以真实物理单位的几何大小为两米时，则可以计算出以传感器单位的一个像素相应于以真实单位的一米。就此而言，相应的换算因数为2。

通过将自然对象的真实几何大小用于换算因数的计算，可以准确地计算所述换算因数。与此相反，在背景技术中为了计算换算因数使用可能有错误的假设，尤其也就是说，不相应于真实世界。就此而言，根据背景技术相应计算的换算因数不反映真实性。

现在，借助所述换算因数能够以有利的方式实现几何校准传感器数据。因为优选向驾驶员辅助***提供所述传感器数据，所以只要几何正确地校准了所述传感器数据，就可以可靠地运行这种驾驶员辅助***。因此，以有利的方式使驾驶员辅助***知晓车辆周围环境的传感式地检测的自然对象具有怎样的几何大小。因此，当驾驶员辅助***例如必须判断车辆是否仍位于车道内或者车辆与传感式地识别的自然对象具有多少距离时，所述信息尤其是重要的。

本发明意义上的几何校准尤其意味着，使相应于传感器数据的自然对象几何正确地彼此关联。尤其也就是说，由经几何校准的传感器数据能够实施已借助传感器***传感式地检测的其他自然对象的几何大小的求取或者确定。尤其可以确定各个自然对象之间的距离。以有利的方式也尤其能够实现由经几何校准的传感器数据正确地识别车辆周围环境的地面。然后，尤其使其他自然对象与地面相关联。因此，例如可以将行车道标识正确地定位在地面的高度上。在此，在根据背景技术的假设中可能发生：将行车道标识定位在地面上方。

根据一种实施方式，设有传感器***，所述传感器***可以传感式地检测车辆周围环境并且尤其可以形成相应的传感器数据。这种传感器***例如可以包括视频传感器、尤其立体视频传感器。优选地，传感器***可以包括3D摄像机。根据另一种实施方式可以提出，传感器***可以包括360°摄像机——英语也称作“surround camera（环绕摄像机）”。所述传感器***例如也可以包括激光雷达传感器和/或雷达传感器和/或超声传感器。优选地，所述传感器***包括飞行时间（Time-of-flight，TOF）传感器。尤其可以将这种传感器用于借助传输时间方法的距离测量。所述周围环境传感器***尤其也可以包括光子混合探测器（PMD）传感器。这种光子混合探测器传感器用英语也称为“photonic mixing device”传感器。因为所述传感器***尤其传感式地检测车辆周围环境，所以这种传感器***例如也可以称作周围环境传感器***。

根据一种实施方式，所述自然对象可以是道路、行车道或弯道。几何大小则尤其可以涉及道路或者行车道的宽度或涉及弯道半径。自然对象尤其也可以是行车道的交通标识或限界柱。自然对象例如也可以是行车道标识。自然对象的几何大小例如可以是自然对象的长度、高度和/或宽度。几何大小例如也可以是角度。几何大小也可以是自然对象与另一个自然对象的距离。

在一种实施方式中，也可以由传感器数据识别多个自然对象，其中然后分别求取以传感器单位的相应几何大小。类似地实施数据库中的查询。随后对于所识别的自然对象中的每一个可以计算相应的换算因数。因此，以有利的方式尤其可以由多个换算因数计算平均换算因数，然后借助所述平均换算因数能够在整体上实现传感器数据的几何校准。

根据一种实施方式，设有位置确定装置，借助所述位置确定装置可以确定车辆位置。这种位置确定装置优选可以包括“全球定位***（GlobalPositioning System，GPS）”传感器。位置确定装置优选构造为导航***。所述位置确定装置优选构造用于在形成传感器数据的时刻将车辆位置分配给所述传感器数据。尤其也就是说，在形成传感器数据的时刻确定车辆位置并且将所述车辆位置尤其分配给相应的传感器数据。因此，以有利的方式知晓：各个自然对象准确地位于哪里。尤其可以相对于导航***的数字地图来实施这种位置确定。尤其也就是说，相对于车辆所行驶的路程来确定自然对象的位置。

优选提出，将车辆位置发送给数据库，从而可以根据所述车辆位置将借助所述传感器***检测的自然对象分配给在数据库中存储的对象参考数据。路程的自然对象一般性地相应于所述对象参考数据，所述路程具有相应的路程位置。尤其也就是说，将传感式地检测的自然对象的路程位置发送给数据库，以便从在数据库中存储的对象参考数据中选择出相应于传感式地识别的自然对象的对象参考数据。

根据一种实施方式，数据库可以包括车辆周围环境参考数据。尤其也就是说，这样的车辆周围环境参考数据存储在数据库中。这样的车辆周围环境参考数据尤其包括以上描述的对象参考数据。本发明意义上的车辆周围环境参考数据尤其包括关于相应的路程位置处的车辆周围环境的信息。在此，车辆周围环境参考数据相应于参考车辆周围环境。例如，通过一个或多个车辆行驶所述路程以及沿着所述路程传感式地检测相应的车辆周围环境，可以获得这样的数据。优选地，随后还可以设有手动的修正或者检验，以便随后可以将所述数据用作参考。所述对象参考数据尤其包括有关各个自然对象的路程的信息。然后，优选地在数据库中存储有关例如道路宽度、行车道宽度、弯道半径、岔口的信息。此外，有关静止自然对象的信息优选为例如各个对象的位置和尺寸。附加地，在数据库中例如可以存储其他信息，例如关于行车道特性的信息：例如涉及混凝土还是沥青，和/或关于行车道损坏的信息：例如道路是否具有坑，和/或关于当前已知条件的信息：例如具有变化的道路特性或者道路走向的建筑工地。此外，在数据库中也可以存储行车道数据、例如行车道线颜色。

根据另一种实施方式，还设有计算器，所述计算器用于基于自然对象的所求取的以传感器单位的几何大小和以真实物理单位的理论几何标准大小来计算合理性换算因数并且为了合理性检验将其与所计算的换算因数进行比较。尤其也就是说，基于自然对象的所求取的以传感器单位的几何大小和以真实物理单位的理论几何标准大小来计算合理性换算因数并且为了合理性检验将其与所计算的换算因数进行比较。尤其也就是说，基于所求取的以传感器单位的几何大小和理论几何标准大小来计算用于将传感器单位换算成真实物理单位的换算因数。所述换算因数则相应于合理性换算因数。因此，这样的标准大小例如可以是标准道路的宽度。因此尤其假设：所识别的自然对象涉及具有相应的标准宽度的标准道路。通常，相应的换算因数彼此不会显著偏离。对于位于预先确定的值以上的偏离则可以提出：重复计算或者使用其他自然对象来计算换算因数。

根据一种实施方式设有提供驾驶员辅助功能的驾驶员辅助***。优选也可以设有多个驾驶员辅助***。尤其可以相同地或不同地构成所述驾驶员辅助***。所述驾驶员辅助***例如可以是车道保持***。这种车道保持***用英语也称为“lane-keeping-support（LKS）”。所述驾驶员辅助***例如也可以涉及“自适应巡航控制（adaptive cruise control，ACC）”***。这种***用德语也称为“速度调节装置（Geschwindigkeitsregeleinrichtung）”。所述周围环境传感器***则尤其将传感器数据、优选经校准的传感器数据提供给驾驶员辅助***使用，从而所述驾驶员辅助***然后尤其可以基于所述传感器数据判断相应的驾驶员辅助功能是否可供使用。

根据另一种实施方式，也可以将所述方法应用在经融合的传感器数据上。尤其也就是说，借助所述方法可以几何校准经融合的传感器数据。经融合的传感器数据尤其包括多个传感器的数据，其中尤其可以求取这些数据的平均。经融合的传感器数据例如可以包括摄像机数据和雷达数据。

附图说明

以下借助优选的实施例参考附图进一步阐述本发明。附图示出：

图1：用于几何校准借助车辆的传感器***形成的传感器数据的设备，所述传感器数据相应于车辆周围环境；

图2：用于几何校准借助车辆的传感器***形成的传感器数据的方法的流程图，所述传感器数据相应于车辆周围环境；

图3：用于几何校准借助车辆的传感器***形成的传感器数据的***，所述传感器数据相应于车辆周围环境；

图4：包括用于几何校准借助车辆的传感器***形成的传感器数据的设备的车辆，所述传感器数据相应于车辆周围环境。

以下对于相同的特征使用相同的参考标记。

具体实施方式

图1示出用于几何校准借助车辆的传感器***形成的传感器数据的设备101，所述传感器数据相应于车辆周围环境。所述设备101包括用于基于传感器数据求取车辆周围环境的自然对象的以传感器单位的几何大小的求取器103。

所述设备101还包括用于在数据库中查询自然对象的以真实物理单位的几何大小的查询器105，在所述数据库中存储有分配给一个路程的自然对象的以真实物理单位的几何大小。此外，所述设备101包括用于计算换算因数的计算器107，所述换算因数用于基于所求取的以传感器单位的大小和所查询的以真实物理单位的几何大小将传感器单位换算成真实物理单位。

因此，以有利的方式能够实现“传感器”到“世界”的换算因数的准确求取并且反之亦然（也称作变换因数）并且能够实现作为驾驶员辅助***的基础并且尤其作为用于自主驾驶的***的基础的基本高度计算的准确求取。

图2示出用于几何校准借助车辆的传感器***形成的传感器数据的方法的流程图，所述传感器数据相应于车辆周围环境。在步骤201中，基于传感器数据求取车辆周围环境的自然对象的以传感器单位的几何大小。这种以传感器单位的几何大小例如可以是若干像素。

根据步骤203，在数据库中查询自然对象的以真实物理单位的几何大小，其中分配给一个路程的自然对象的以真实物理单位的几何大小存储在所述数据库中。

根据步骤205计算换算因数，借助所述换算因数可以将传感器单位换算成真实物理单位。尤其也就是说，例如可以将像素数量换算成有关真实世界的以米为单位的距离。换算因数的计算基于所求取的以传感器单位的几何大小和所查询的以真实物理单位的几何大小。

图3示出用于几何校准借助车辆的传感器***形成的传感器数据的***301，所述传感器数据相应于车辆周围环境。所述***301包括根据图1的设备101以及数据库303，在所述数据库中存储有分配给一个路程的自然对象的以真实物理单位的几何大小。在图3中所示出的实施方式中，数据库设置在设备101的外部。尤其也就是说，数据库303位于设备101的外部。这种数据库303也可以称作“外部数据库”。尤其可以借助无线的通信方法实施设备101与数据库303之间的通信。这种无线的通信方法例如可以涉及移动通信方法——例如“长期演进技术（Long Term Evolution，LTE）”。优选也可以涉及WLAN通信方法。例如也可以涉及C2I通信方法。在此，缩写C2I代表英语表述“car to infrastructure（车到基础设施）”。就此而言，C2I通信方法表示车辆到基础设置或者到不是车辆的自然对象——例如信号设备或基站的通信方法。

在这种传输中可以提出，相应的通信接口固定地设置在车辆中、例如中央控制设备中。例如，也可以借助外部设备——例如移动电话、尤其智能手机实施所述传输。然后，所述设备例如可以尤其借助蓝牙通信方法再次与车辆进行通信。

在一种未示出的实施方式中可以提出，数据库303集成在设备101中。尤其也就是说，数据库303可以设置在车辆内部。在此尤其可以提出，驾驶员将所需的参考数据通过数据载体录入数据库303。例如，驾驶员可以通过PC从外部数据库服务器得到相应的参考数据。

在一种未示出的实施方式中也可以提出，在车辆的外部实施换算因数的计算。在此也可以借助先前描述的通信方法实施相应的通信。例如，也可以设置内部的计算、即设备101自身中的计算与外部的计算的组合。

图4示出包括用于几何校准借助车辆401的传感器***405形成的传感器数据的设备403的车辆401，所述传感器数据相应于车辆周围环境。基本类似于根据图1的设备101地构造设备403。附加地，设备403还包括传感器***405和位置确定装置407。借助传感器***405可以传感式地检测车辆周围环境。因此一般性地尤其也可以将这种传感器***405称作“周围环境传感器***”。借助位置确定装置407能够实现车辆位置的确定。此外，所述位置确定装置407也设置用于将在检测车辆周围环境的时刻的相应车辆位置分配给借助传感器***405形成的传感器数据。一般性地，尤其可以将所述传感器数据提供给在此未示出的驾驶员辅助***使用，可以据此运行所述驾驶员辅助***。尤其也就是说，驾驶员辅助***可以据此来控制车辆的驱动***、制动***和/或转向***。

此外设有数据库409，在所述数据库中尤其存储有分配给一个路程的自然对象的真实物理单位的几何大小。优选地，在数据库409中存储所述路程的其他精确数据——例如道路宽度、行车道宽度、弯道半径和/或岔口，和/或静止对象的精确数据——例如位置和/或尺寸。在数据库409中存储的其他数据例如包括行车道特性、行车道损坏、当前已知条件和/或行车道数据。在此，数据库409在图4中设置在车辆401的外部。就此而言，这种数据库409也可以称作“外部数据库”。在一个未示出的实施例中可以提出，所述数据库409设置在车辆401中。

根据一种未示出的实施方式可以提出，确定车辆位置并且尤其确定车辆的行驶方向。然后，在数据库409中查询所述车辆位置的真实世界的参考数据，尤其是对于位于车辆前方的真实世界和行驶方向。此外，在传感器数据中识别确定的自然对象、例如行车道和/或车道并且由所述传感器数据求取相应的几何大小、例如行车道宽度或者车道宽度。然后，以传感器单位说明在此求取的几何大小，例如以一个或多个距离平面的像素。

然后，由所查询的真实世界的参考数据尤其可以求取相应的自然对象的以真实物理单位的几何大小。然后，基于以真实物理单位和以传感器单位的几何大小可以计算“传感器-世界”换算因数以及相反计算“世界-传感器”换算因数并且尤其计算用于基本计算的数据。优选地，仍可以借助假设（例如基于具有以米为单位的确定宽度的标准道路）对所述计算进行合理性验证。在此优选可以提出，如有必要重复所述计算。

在此，优选连续地进行相应的计算。也可以优选地提出，仅仅在确定的时间、尤其在***没有满负荷的时间实施所述计算。尤其也就是说，满负荷状态值位于一个预先确定的值以下。

Claims (10)

1.一种用于几何校准借助车辆（401）的传感器***（405）形成的传感器数据的设备（101，403），所述传感器数据相应于车辆周围环境，所述设备包括：

求取器（103），所述求取器用于基于所述传感器数据求取所述车辆周围环境的自然对象的以传感器单位的几何大小；

查询器（105），所述查询器用于在数据库中查询所述自然对象的以真实物理单位的几何大小，在所述数据库中存储有分配给一个路程的自然对象的以真实物理单位的几何大小；

计算器（107），所述计算器用于计算换算因数，所述换算因数用于基于所求取的以传感器单位的几何大小和所查询的以真实物理单位的几何大小将传感器单位换算成真实物理单位。

2.根据权利要求1所述的设备（101，403），其中，构造有用于确定车辆位置的位置确定装置（407），所述位置确定装置还设置用于在形成所述传感器数据的时刻将车辆位置分配给所述传感器数据，其中，所述查询器（105）还设置用于将所述车辆位置发送给所述数据库（303，409）。

3.根据权利要求1或2所述的设备（101，403），其中，所述计算器（107）还设置用于基于所述自然对象的所求取的以传感器单位的几何大小和以真实物理单位的理论几何标准大小来计算合理性换算因数并且为了合理性检验将所述合理性换算因数与所计算的换算因数进行比较。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备（101，403），其中，所述自然对象是道路、行车道或者弯道，并且所述几何大小是所述道路的宽度或所述行车道的宽度或弯道半径。

5.一种用于几何校准借助车辆（401）的传感器***（405）形成的传感器数据的方法，所述传感器数据相应于车辆周围环境，所述方法包括以下步骤：

基于所述传感器数据求取（201）所述车辆周围环境的自然对象的以传感器单位的几何大小；

在数据库（303，409）中查询（203）所述自然对象的以真实物理单位的几何大小，在所述数据库中存储有分配给一个路程的自然对象的以真实物理单位的几何大小；

计算（205）换算因数，所述换算因数用于基于所求取的以传感器单位的几何大小和所查询的以真实物理单位的几何大小将传感器单位换算成真实物理单位。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述数据库（303，409）包括相应于所述路程的自然对象的分配给路程位置的对象参考数据，在形成所述传感器数据的时刻确定车辆位置，以及所述查询包括向所述数据库（303，409）发送所述车辆位置，以便根据所述车辆位置将借助所述传感器***（405）检测的自然对象分配给在所述数据库（303，409）中存储的对象参考数据。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，基于所述自然对象的所求取的以传感器单位的几何大小和以真实物理单位的理论几何标准大小来计算合理性换算因数，并且为了合理性检验将所述合理性换算因数与所计算的换算因数进行比较。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，所述自然对象是道路、行车道或弯道，并且所述几何大小是所述道路的宽度或者所述行车道的宽度或弯道半径。

9.一种用于几何校准借助车辆（401）的传感器***（405）形成的传感器数据的***（301），所述传感器数据相应于车辆周围环境，所述***具有根据权利要求1至3中任一项所述的设备（101，403）和数据库（303，409），在所述数据库中存储有分配给一个路程的自然对象的以真实物理单位的几何大小。

10.一种计算机程序，所述计算机程序包括当在计算机上执行所述计算机程序时用于执行根据权利要求5至8中任一项所述的方法的程序代码。

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