DE102019216396A1

DE102019216396A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors

Info

Publication number: DE102019216396A1
Application number: DE102019216396.3A
Authority: DE
Inventors: Stephan Dorenkamp; David Ziegler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-10-24
Filing date: 2019-10-24
Publication date: 2021-04-29
Also published as: US11808896B2; US20210124034A1; CN112710340A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors (5) eines Kraftfahrzeugs, mit den Schritten: Ermitteln (S1), durch den Fahrzeugsensor (5), von Sensordaten zu einer Vielzahl von Messzeitpunkten während eines Gesamtmesszeitraums, wobei der Gesamtmesszeitraum in eine Vielzahl von Teilmesszeiträumen unterteilt wird, wobei sich das Kraftfahrzeug relativ zu Objekten in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs bewegt; Berechnen (S2), für jeden Teilmesszeitraum, von Objektpositionen der Objekte anhand der ermittelten Sensordaten; Berechnen (S3), für jeden Teilmesszeitraum, eines Teilmesszeitraum-Sinogramms anhand der berechneten Objektpositionen für den Teilmesszeitraum; Berechnen (S4) eines Gesamtmesszeitraum-Sinogramms durch Addieren der Teilmesszeitraum-Sinogramme und Korrigieren mittels eines von den Teilmesszeitraum-Sinogrammen abhängigen Faktors; Ermitteln (S5) einer Ausrichtung des Fahrzeugsensors (5) relativ zu einer Fahrachse (A1) des Kraftfahrzeugs anhand des Gesamtmesszeitraum-Sinogramms; und Kalibrieren (S6) des Fahrzeugsensors (5) anhand der ermittelten Ausrichtung des Fahrzeugsensors (5) relativ zu der Fahrachse (A1) des Kraftfahrzeugs.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors eines Kraftfahrzeugs. Weiter betrifft die Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors eines Kraftfahrzeugs.
Stand der Technik
Fahrerassistenzsysteme greifen auf Sensordaten von Fahrzeugsensoren zu. Damit die Fahrerassistenzsysteme bereits ab Verlassen des Werkes verfügbar sind, müssen die Fahrzeugsensoren kalibriert werden. Zum Kalibrieren kann sich das Kraftfahrzeug auf einem Fahrwerksstand bei vermessener Fahrachse auf ein geeignetes Ziel zubewegen. Die stationäre Vermessung der Fahrachse und die darauf aufbauende Kalibrierung können jedoch zeit- und kostenaufwendig sein. Insbesondere kann sich das Ermitteln der Ausrichtung der Sensoren in Relation zur Fahrachse des Kraftfahrzeugs im Produktionsumfeld als problematisch gestalten, da kurze Stillstandzeiten zu erwarten sind. So kann der Aufwand von statischen Verfahren mit jedem Sensor linear anwachsen, was sich für ein aus vielen Sensoren bestehendes Multi-Sensorsystem als schwierig gestalten kann.
Bei einer dynamischen Kalibrierung der Sensoren mittels Trilateration über feststehende Objekte kann es sich als schwierig gestalten, die Positionen der Objekte zueinander zu überwachen, um sicherzustellen, dass das Objekt nicht bewegt wird. Ein Tracken (Verfolgen) von Objekten ist zudem sehr aufwendig. Unter „Objekt“ kann jeder Punkt verstanden werden, dem anhand der Sensordaten Koordinaten zugewiesen werden können, etwa Radarreflexionen oder dergleichen.
Aus der DE 10 2013 209 494 A1 ist ein Verfahren zum Ermitteln einer Dejustage eines Radarsensor bekannt, wobei gemessene Winkel mit anhand einer Abstandsmessung berechneten Winkeln verglichen werden.
Weiter sind aus der EP 1 947 473 A2 ein Verfahren und eine Messstrecke zum Ausrichten eines Abstandsensors bekannt. Hierbei ist auf einer Fahrbahn eine Bake angeordnet.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 bereit.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung demnach ein Verfahren zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors eines Kraftfahrzeugs. Der Fahrzeugsensor ermittelt Sensordaten zu einer Vielzahl von Messzeitpunkten während eines Gesamtmesszeitraums, wobei sich das Kraftfahrzeug relativ zu Objekten in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs bewegt. Der Gesamtmesszeitraum wird in eine Vielzahl von Teilmesszeiträumen unterteilt. Für jeden Teilmesszeitraum werden Objektpositionen anhand der ermittelten Sensordaten berechnet. Für jeden Teilmesszeitraum wird ein Teilmesszeitraum-Sinogramm anhand der berechneten Objektpositionen für den Teilmesszeitraum berechnet. Ein Gesamtmesszeitraum-Sinogramm wird durch Addieren der Teilmesszeitraum-Sinogramme und durch Korrigieren mittels eines von den Teilmesszeitraum-Sinogrammen abhängigen Faktors berechnet. Eine Ausrichtung des Fahrzeugsensors relativ zu einer Fahrachse des Kraftfahrzeugs wird anhand des Gesamtmesszeitraum-Sinogramms ermittelt. Der Fahrzeugsensor wird anhand der ermittelten Ausrichtung des Fahrzeugsensors relativ zu der Fahrachse des Kraftfahrzeugs kalibriert.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors eines Kraftfahrzeugs, mit einer Schnittstelle, einer Recheneinrichtung, und einer Kalibriereinrichtung. Die Schnittstelle empfängt Sensordaten, welche durch den Fahrzeugsensor zu einer Vielzahl von Messzeitpunkten während eines Gesamtmesszeitraums ermittelt wurden, während sich das Kraftfahrzeug relativ zu Objekten in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs bewegt. Die Recheneinrichtung unterteilt den Gesamtmesszeitraum in eine Vielzahl von Teilmesszeiträumen. Die Recheneinrichtung berechnet für jeden Teilmesszeitraum Objektpositionen anhand der ermittelten Sensordaten. Die Recheneinrichtung berechnet für jeden Teilmesszeitraum ein Teilmesszeitraum-Sinogramm anhand der berechneten Objektpositionen für den Teilmesszeitraum. Die Recheneinrichtung berechnet ein Gesamtmesszeitraum-Sinogramm durch Addieren der Teilmesszeitraum-Sinogramme und durch Korrigieren mittels eines von den Teilmesszeitraum-Sinogrammen abhängigen Faktors. Die Recheneinrichtung berechnet weiter eine Ausrichtung des Fahrzeugsensors relativ zu einer Fahrachse des Kraftfahrzeugs anhand des Gesamtmesszeitraum-Sinogramms. Die Kalibriereinrichtung kalibriert den Fahrzeugsensor anhand der ermittelten Ausrichtung des Fahrzeugsensors relativ zu der Fahrachse des Kraftfahrzeugs.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung ermöglicht eine dynamische Kalibrierung, sodass der Kalibriervorgang ohne Standzeiten und ohne Ausrichtung der Fahrachse während der Fahrt durchgeführt werden kann. Somit kann zum Beispiel die Fahrt vom Werk zum Parkplatz oder Transporter zur Kalibrierung verwendet werden. Die Erfindung kann daher zur Optimierung der zeitlichen Abläufe im Werk dienen.
Die erfindungsgemäße Kalibrierung des Fahrzeugsensors kann auch ohne Messung von (Radial-)Geschwindigkeiten, Gierraten oder weiteren Signalen auskommen. Auch ein Tracking der Objekte ist nicht erforderlich. Weiter ist das Verfahren insbesondere in Elevationsrichtung genauer als statische Verfahren.
Schließlich ist das Verfahren einfacher zu implementieren. Trotz guter Ergebnisse ist das Verfahren nicht auf feste Objekte angewiesen, wodurch Kosten reduziert werden können, da die Objekte nicht bezüglich ihrer Aufstellposition dauerhaft überwacht werden müssen.
Indem der Gesamtmesszeitraum in eine Vielzahl von Teilmesszeiträumen unterteilt wird und entsprechende Teilmesszeitraum-Sinogramme ermittelt werden, können prägnante Störeinflüsse durch Verwendung des Korrekturfaktors eliminiert werden. Der Korrekturfaktor kann optional auch Null sein, falls keine Korrektur erforderlich ist. Mögliche Störeinflüsse umfassen Fremdstrukuren, etwa Kurven, zur Bewegungsrichtung senkrecht stehende Geraden und Ähnliches. Insbesondere können Bewegungseinflüsse, welche entgegen der Hauptflussrichtung wirken, sowie Raumstrukturen, welche negative Einflüsse auf die Berechnung der Sinogramme haben, kompensiert werden. Das Gesamtmesszeitraum-Sinogramm enthält somit im Wesentlichen nur noch den Hauptbewegungsfluss. Die Erfindung ermöglicht somit eine bessere Bestimmung der Hauptbewegung der Objekte. Insbesondere können kurzzeitige Einflüsse, wie Unebenheiten, Brems- und Beschleunigungsvorgänge des Kraftfahrzeugs und kurze Lenkeinschläge kompensiert werden. Die Kompensation ist insbesondere für eine kontinuierliche Kompensation während der Fahrt vorteilhaft, da sich hier viele Störfaktoren potenzieren, die kontinuierlich herausgefiltert werden können.
Weiter können auch statische Winkelabweichungen korrigiert werden, die durch Oberflächen vor dem Radar (bspw. Abdeckungen) hervorgerufen werden, durch die dieser seine Strahlung emittiert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors umfasst der Fahrzeugsensor mindestens einen Radarsensor, Lidarsensor, Ultraschallsensor, Infrarotsensor und/oder Kamerasensor. Die Erfindung ist für sämtliche umgebungsabtastende Sensoren ohne zusätzliche Fremdinformationen anwendbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors werden weiter eine Geschwindigkeit und eine Gierrate des Fahrzeugs bestimmt, um eine exakte Nachfilterung der Ausrichtung des Fahrzeugsensors relativ zu der Fahrachse des Kraftfahrzeugs durchzuführen, d.h. hinsichtlich eines Ausrichtungsfehler-Winkels in Azimut- und Elevationsrichtung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors werden die Teilmesszeitraum-Sinogramme mittels einer Hough-Transformation berechnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors werden zum Korrigieren mittels eines von den Teilmesszeitraum-Sinogrammen abhängigen Faktors die Teilmesszeitraum-Sinogramme normiert. Weiter wird ein Differenzen-Sinogramm durch Multiplizieren der normierten Teilmesszeitraum-Sinogramme berechnet. Das Differenzen-Sinogramm kann wiederum normiert werden.
Der Faktor kann berechnet werden, indem das normierte Differenzen-Sinogramm von einem Sinogramm mit Werten 1 abgezogen wird. Der entspricht einer Kompensation von „Hintergrundrauschen“ aufgrund von Bewegungen und Strukturen. Es erfolgt somit eine gefilterte bzw. störfaktorkompensierte Flussbestimmung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors wird beim Erstellen der Teilmesszeitraum-Sinogramme eine Gewichtung der Objektpositionen durchgeführt. Die Gewichtung kann zu besseren Ergebnissen führen, da Qualitätsmerkmale der Objektspositionen, welche den Objekten zugeordnet sind, berücksichtigt werden können. Zur Gewichtung können Geräteinformationen der Fahrzeugsensoren berücksichtigt werden, insbesondere eine Reichweite der Sensoren oder eine Winkel- oder Abstandsabhängigkeit der Qualität der von dem Fahrzeugsensor ermittelten Sensordaten. Je verlässlicher die Daten sind, desto höher werden die entsprechenden Informationen gewichtet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors wird anhand des Gesamtmesszeitraum-Sinogramms durch Intensitätsmaxima bestimmende Verfahren, insbesondere durch Kerndichte Schätzung, innerhalb des Hough-Raums eine Hauptrichtung der Objektpositionen ermittelt, wobei das Ermitteln der Ausrichtung des Fahrzeugsensors relativ zu der Fahrachse des Kraftfahrzeugs das Berechnen eines Winkels zwischen der Hauptrichtung und der Fahrachse des Kraftfahrzeugs umfasst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors werden ein Azimutwinkel und ein Elevationswinkel berechnet, welche sich zwischen entsprechenden Hauptrichtungen und der Fahrachse des Kraftfahrzeugs erstrecken.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors umfasst das Gesamtmesszeitraum-Sinogramm anhand der Sensordaten ermittelte Intensitätswerte, wobei unter Anwendung einer Schwellenwertfunktion auf die Intensitätswerte ein Histogramm berechnet wird. Das Histogramm hängt von einem Azimut- und/oder Elevationswinkel relativ zur Fahrachse des Kraftfahrzeugs ab. Die Ausrichtung des Fahrzeugsensors relativ zu der Fahrachse des Kraftfahrzeugs wird anhand des berechneten Histogramms ermittelt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors wird die Ausrichtung des Fahrzeugsensors relativ zu der Fahrachse des Kraftfahrzeugs durch Anwenden einer Filterfunktion auf das Histogramm ermittelt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors wird durch Anwenden der Filterfunktion auf das Histogramm eine Hauptrichtung der Objektpositionen ermittelt. Das Ermitteln der Ausrichtung des Fahrzeugsensors relativ zu der Fahrachse des Kraftfahrzeugs umfasst das Berechnen eines Winkels zwischen der Hauptrichtung und der Fahrachse des Kraftfahrzeugs.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors wird das Berechnen der Teilmesszeitraum-Sinogramme in Kugelkoordinaten durchgeführt. Die Berechnung erfolgt vorzugsweise ohne vorherige Berechnung eines Gitters. Die Verwendung von Kugelkoordinaten hat den Vorteil, dass die Positionen der Objekte häufig bereits in Kugelkoordinaten vorliegen, sodass diese ohne Transformation in das kartesische Koordinatensystem verwendet werden können. Dadurch kann die Performanz gesteigert werden. Eine Formulierung im Kugelkoordinatensystem ermöglicht eine höhere Genauigkeit, welche mit der Genauigkeit einer Radon-Transformation zu vergleichen ist, jedoch unter begrenzter Ressourcenverfügbarkeit deutlich performanter ist, da im Vergleich zur kartesischen Formulierung der Hough-Transformation die Objektpositionen nicht auf die Auflösung der Gridgröße im kartesischen Raum reduziert werden, sondern kontinuierlich angegeben werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors kann eine Berechnung eines Fehlers der Ausrichtung des Fahrzeugsensors relativ zu der Fahrachse des Kraftfahrzeugs durch ein Fehlerfortpflanzungsverfahren durchgeführt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors kann das Kalibrieren des Fahrzeugsensors während der Fahrt dauerhaft eingesetzt werden. Dadurch ist eine ständige Kalibrierung möglich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:

1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors eines Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ein Gitter mit Objektpositionen zur Bestimmung einer Azimutausrichtung;
3 ein Gitter mit Objektpositionen zur Bestimmung einer Elevationsausrichtung;
4 ein beispielhaftes Gesamtmesszeitraum-Sinogramm;
5 ein beispielhaftes Histogramm; und
6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors eines Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 1 zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors 5 eines Kraftfahrzeugs. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Schnittstelle 2, welche mit dem Fahrzeugsensor 5 gekoppelt ist, um von diesem Sensordaten zu empfangen. Die Sensordaten werden anhand von Messungen des Fahrzeugsensors 5 zu einer Vielzahl von Messzeitpunkten generiert. Beispielweise kann der Fahrzeugsensor 5 in vorgegebenen Zeitabständen Messungen durchführen. Bei dem Fahrzeugsensor 5 kann es sich um einen umgebungserfassenden Sensor, bspw. einen Radarsensor, Lidarsensor, Ultraschallsensor, Infrarotsensor oder Kamerasensor handeln. Während den Messungen bewegt sich das Kraftfahrzeug relativ zu Objekten in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um eine lineare Relativbewegung konstanter Geschwindigkeit, etwa 5 bis 25 km/h. Beispielsweise sind die Objekte fest positioniert, während sich das Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit geradeaus auf ebenem Untergrund bewegt. In diesem Fall entspricht die Fahrachse der Längsachse des Kraftfahrzeugs. Prinzipiell können jedoch auch Beschleunigungen oder Lenkbewegungen des Fahrzeugs durch Sensoren ausgelesen und bei der Berechnung berücksichtigt werden.
Die Vorrichtung 1 umfasst weiter eine Recheneinrichtung 3, welche mit der Schnittstelle 2 gekoppelt ist, und die empfangenen Sensordaten weiter auswertet. Die Recheneinrichtung 3 kann ein Gitter in einem Fahrzeugkoordinatensystem des Kraftfahrzeugs mit vorgegebener Gittergröße erzeugen. Bei anderen Ausführungsformen, etwa bei einer Berechnung in Kugelkoordinaten kann auch auf die Berechnung des Gitters verzichtet werden.
Die Recheneinrichtung 3 unterteilt den Gesamtmesszeitraum in eine Vielzahl von Teilmesszeiträumen. Beispielsweise kann der Gesamtmesszeitraum in eine Vielzahl von direkt aufeinanderfolgenden Teilmesszeiträumen von beispielsweise gleicher Länge unterteilt werden. Die Dauer T_L des Gesamtmesszeitraums (etwa 800 ms) entspricht somit der Summe der Dauern T_Kn der Teilmesszeiträume (etwa 60 ms), wobei n=1...N, mit N der Anzahl der Teilmesszeiträume: $T_{L} = \sum_{n} T_{K n} .$
Anhand der Sensordaten berechnet die Recheneinrichtung 3 für jeden Teilmesszeitraum Objektpositionen, welche die Position der Objekte relativ zu dem Kraftfahrzeug angeben.
Die Recheneinrichtung 3 berechnet Objektpositionen der Objekte. Durch die Bewegung des Fahrzeugs relativ zu den Objekten werden die Positionen des Objekts zu verschiedenen Zeitpunkten erfasst, sodass ein „Fluss“ der Objekte ermittelt wird. Bei Verwendung eines Gitters wird jedes Objekt mehrfach in das Gitter eingeordnet, da für jeden Messzeitpunkt eine jeweilige Position des Objekts ermittelt wird. Die Objektpositionen können auch als „Locations“ bezeichnet werden. Jedem Objekt sind somit mehrere Locations zugeordnet.
Die Recheneinrichtung 3 berechnet für jeden Teilmesszeitraum eine Hough-Transformation, etwa anhand des Gitters mit den Objektpositionen für den Teilmesszeitraum, d.h. die Objektpositionen werden in einen Dual-Raum bzw. HoughRaum transformiert. Dadurch werden Teilmesszeitraum-Sinogramme S_TKn erzeugt, das heißt jeweils ein Sinogramm pro Teilmesszeitraum.
Die Recheneinrichtung 3 erzeugt ein additives Sinogramm S add durch Addieren der Teilmesszeitraum-Sinogramme S TKn, das heißt gemäß folgender Formel: $S_{a d d} = \sum_{n} S_{T_{K n}} .$
Weiter normiert die Recheneinrichtung die Teilmesszeitraum-Sinogramm S_TKn und berechnet somit normierte Teilmesszeitraum-Sinogramme norm(S_TKn). Unter „Normieren“ kann verstanden werden, dass der jeweils größte Wert eines jeden Teilmesszeitraum-Sinogramms auf den Wert 1 gesetzt wird und die anderen Werte entsprechend skaliert werden.
Die Recheneinrichtung 3 berechnet ein Differenzen-Sinogramm durch Aufmultiplizieren der normierten Teilmesszeitraum-Sinogramme: $S_{d i f f} = \prod_{n} n o r m (S_{T_{K n}}) .$
In jedem Teilmesszeitraum-Sinogram S TKn, also einer Momentanaufnahme eines kurzen Zeitabschnitts, sind auch die momentanen Störfaktoren mit abgebildet. Die übrigen prägnantesten Störfaktoren und Umgebungsstrukturen werden in dem Differenzen-Sinogramm aufpotenziert. Sie bleiben daher mit einer hohen Gewichtung erhalten, wohingegen andere Faktoren sehr niedrig gewichtet werden.
Die Recheneinrichtung 3 normiert das Differenzen-Sinogramm, multipliziert dieses mit dem additiven Sinogramm S_add und subtrahiert das Ergebnis von dem additiven Sinogramm S add, um ein kompensiertes Sinogramm bzw. Gesamtmesszeitraum-Sinogramm S_komp zu berechnen: $S_{k o m p} = S_{a d d} - n o r m (S_{d i f f}) \cdot S_{a d d} = S_{a d d} \cdot (1 - n o r m (S_{d i f f})) .$
Das Gesamtmesszeitraum-Sinogramm entsteht somit durch Addieren der Teilmesszeitraum-Sinogramme und Korrigieren mittels eines von den Teilmesszeitraum-Sinogrammen abhängigen Faktors, wobei der Faktor gegeben ist durch: $1 - n o r m (S_{d i f f}) .$
Die Bestimmung der Hauptrichtungen via Hough-Transformation in einem kartesischen Koordinatensystem erfolgt anhand des Gesamtmesszeitraum-Sinogramm S_komp mittels folgender Formel: $r_n = x \cdot cos (θ_n) + y \cdot cos (θ_n),$
wobei r_n die Ordinatenkoordinate und θ_n die Abszissenkoordinate eines Hough-Sinogramm-Punktes angibt. Weiter bezeichnen x und y die kartesischen Koordinaten der Objektpositionen.
Beim Erstellen der Teilmesszeitraum-Sinogramme kann die Recheneinrichtung 3 eine Gewichtung der in das Gitter eingeordneten Objektpositionen durchführen. Die Gewichtungsfaktoren können anhand von Qualitätsmerkmalen der jeweiligen Objektpositionen berechnet werden. Insbesondere können die Gewichtungsfaktor anhand von Sensoreigenschaften des Fahrzeugsensors 5 bestimmt werden und hängen etwa von einem Abstand der Objektposition von der Position des Fahrzeugsensors 5 ab.
Der durch die Gewichtung modifizierte Hough-Algorithmus kann folgende Form haben:
Alternativ kann die Recheneinrichtung 3 durch Kerndichteschätzung anhand des Gesamtmesszeitraum-Sinogramm S_komp die Hauptrichtung der in das Gitter eingeordneten Objektpositionen ermitteln.
Anstelle einer Berechnung in kartesischen Koordinaten kann die Recheneinrichtung 3 die Hough-Transformation auch in Kugelkoordinaten berechnen, d.h. anhand folgender Formel: $r_n (ξ_n) = d_R \cdot sin (ξ_R - ξ_n),$
wobei ξ_R eines von φ_R und θ_R bezeichnet. Die Ordinaten- und Abszissenkoordinaten (r_n, ξ_n) des Hough-Diagramms können durch den Radialabstand d_R der Objektposition und den Winkel θ_R der Objektposition (Azimut- oder Elevation) berechnet werden. Entsprechend der berechneten (r_n, ξ_n)-Koordinaten für das Hough-Diagramm werden die Gewichtungen der zugehörigen Objektpositionen (d_R, θ_R) über das Hough-Sinogramm aufsummiert. Hierbei kann eine beliebig genaue Quantisierung bzw. Einteilung von r_n, ξ_n vorgenommen werden, was die Auflösung des Sinogramms bestimmt.
Das Gesamtmesszeitraum-Sinogramm S_komp umfasst Intensitätswerte, auf welche die Recheneinrichtung 3 eine Schwellenwertfunktion anwendet, um ein Histogramm zu berechnen. Das Histogramm hängt von einem möglichen Azimut- oder Elevationswinkel des Fahrzeugsensors 5 relativ zur Fahrachse des Kraftfahrzeugs ab. Die Recheneinrichtung 3 wendet eine Filterfunktion auf das Histogramm an, um eine Hauptrichtung der in das Gitter eingeordneten Objektpositionen zu ermitteln. Dem Winkel zwischen Hauptrichtung und der Fahrachse des Kraftfahrzeugs entspricht der tatsächliche Azimut- bzw. Elevationswinkel des Fahrzeugsensors 5.
Die Vorrichtung 1 umfasst weiter eine Kalibriereinrichtung 4, welche mit der Recheneinrichtung 3 gekoppelt ist, und den Fahrzeugsensor 5 anhand der von der Recheneinrichtung 3 ermittelten Ausrichtung des Fahrzeugsensors 5 kalibriert. Beispielsweise kann bei sämtlichen Messwerten des Fahrzeugsensors 5 die tatsächliche Ausrichtung des Fahrzeugsensors 5 berücksichtigt werden. Weiter kann vorgesehen sein, einen Ausrichtungsfehler zu berechnen, d.h. eine Abweichung der berechneten Ausrichtung des Fahrzeugsensors 5 von einer erwarteten Ausrichtung.
2 zeigt zur Veranschaulichung ein Gitter mit Objektpositionen zur Bestimmung einer Azimutausrichtung. Jeder eingezeichnete Messpunkt im Gitter entspricht einem Messsignal, welches der dem Gitterpunkt entsprechenden räumlichen Region im Umfeld des Kraftfahrzeugs von der Recheneinrichtung 3 anhand der Sensordaten zugeordnet wird. Die Messpunkte bzw. Objektpositionen liegen für jedes Objekt auf zueinander parallelen Hauptrichtungen. Beispielhaft ist die Hauptrichtung A2 für eines der Objekte eingezeichnet. Die Objektpositionen entlang dieser Hauptrichtung A2 entsprechend Messungen des Objekts zu verschiedenen Messzeitpunkten. Weiter ist die Fahrachse A1 des Kraftfahrzeugs eingezeichnet. 2 entspricht einer Ansicht von oben auf das Fahrzeug, sodass ein Azimutwinkel β_AZ zwischen der Hauptrichtung A2 und der Fahrachse A1 liegt.
3 zeigt ein Gitter mit Objektpositionen zur Bestimmung einer Elevationsausrichtung. 3 entspricht somit einer seitlichen Ansicht, sodass ein Elevationswinkel β_EL zwischen einer Hauptrichtung A3 und der Fahrachse A1 liegt.
4 zeigt ein Gesamtmesszeitraum-Sinogramm S_komp für den Fall eines einzelnen Objekts. Es ergeben sich mehrere im Wesentlichen sinusförmige Kurven, welche sich in einem Punkt B höchster Intensität schneiden. Für mehrere Objekte würden sich weitere parallel verschobene Kurven ergeben, welche sich ebenfalls für jedes Objekt in einem Punkt höchster Intensität schneiden. Das Gesamtmesszeitraum-Sinogramm zeigt die Projektionsposition P als Funktion eines Winkels α, etwa eines Elevationswinkels oder Azimutwinkels. Winkel α mit höherer Intensität entsprechen einer größeren Anzahl an Messpunkten, welche auf der zugehörigen Gerade liegen.
5 zeigt ein beispielhaftes Histogramm, welches unter Anwendung einer Schwellenwertfunktion auf die Intensitätswerte berechnet wird. Für jeden Winkel α werden die Intensitäten über alle Projektionspositionen P, d.h. r_n, summiert, wobei lediglich Punkte berücksichtigt werden, deren Intensität einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Das entsprechende Histogramm ergibt für einen bestimmten Winkel α ein Maximum der aufsummierte Intensität A. Dieser Winkel entspricht dem entsprechenden Winkel zwischen der Hauptrichtung A2, A3 und der Fahrachse A1 des Kraftfahrzeugs, also beispielweise dem tatsächlichen Elevationswinkel oder Azimutwinkel. Die aufsummierte Intensität bzw. Gesamtintensität entspricht einer Gesamtgewichtung des zugehörigen Winkels α und kann mittels einer Filterfunktion berechnet werden. Die Ermittlung des Winkels kann unter Verwendung eines Winkelschätzverfahrens berechnet werden, insbesondere eines Kalman-Filters, Mittelwertbildungsverfahrens oder dergleichen.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors 5 eines Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
In einem ersten Verfahrensschritt S 1 übermittelt ein Fahrzeugsensor 5 Sensordaten, welche zu einer Vielzahl von Messzeitpunkten erfasst werden, während sich das Kraftfahrzeug relativ zu Objekten in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs bewegt. Das Kraftfahrzeug und die Objekte können sich insbesondere mit konstanter Geschwindigkeit linear zueinander bewegen. Der Gesamtmesszeitraum wird in eine Vielzahl von Teilmesszeiträumen unterteilt.
In einem zweiten Verfahrensschritt S2 werden für jeden Teilmesszeitraum Objektpositionen in ein Gitter in einem Fahrzeugkoordinatensystem des Kraftfahrzeugs anhand der ermittelten Sensordaten eingeordnet. Jedes Objekt wird mehrfach eingeordnet, d.h. für jeden Messzeitpunkt werden die entsprechenden Koordinaten („Locations“) in das Gitter eingetragen. Bei anderen Berechnungen, etwa in Kugelkoordinaten, kann auf die Erzeugung des Gitters verzichtet werden.
In einem dritten Verfahrensschritt S3 wird mittels Hough-Transformation für jeden Teilmesszeitraum ein Teilmesszeitraum-Sinogramm anhand der berechneten Objektpositionen für den Teilmesszeitraum berechnet. Hierzu kann eine Gewichtung der Objektpositionen durchgeführt werden kann. Die Hough-Transformation kann in kartesischen Koordinaten oder in Kugelkoordinaten berechnet werden.
In einem vierten Verfahrensschritt S4 wird ein Gesamtmesszeitraum-Sinogramm durch Addieren der Teilmesszeitraum-Sinogramme und Korrigieren mittels eines von den Teilmesszeitraum-Sinogrammen abhängigen Faktors berechnet. Die Berechnung kann gemäß obiger Formeln erfolgen.
In einem fünften Verfahrensschritt S5 wird eine Ausrichtung des Fahrzeugsensors 5 relativ zu einer Fahrachse A1 des Kraftfahrzeugs anhand des Gesamtmesszeitraum-Sinogramms berechnet. Hierzu kann eine Kerndichteschätzung zur Bestimmung einer Hauptrichtung durchgeführt werden. Alternativ kann unter Anwendung einer Schwellenwertfunktion auf die Intensitätswerte des Gesamtmesszeitraum-Sinogramms ein Histogramm berechnet werden, welches von einem Azimut- und/oder Elevationswinkel relativ zur Fahrachse des Kraftfahrzeugs abhängt. Die Ausrichtung des Fahrzeugsensors 5 relativ zur Fahrachse des Kraftfahrzeugs wird anhand des berechneten Histogramms ermittelt. Hierbei kann eine Filterfunktion auf das Histogramm angewendet werden.
In einem sechsten Verfahrensschritt S6 wird der Fahrzeugsensor 5 anhand der ermittelten Ausrichtung des Fahrzeugsensors 5 relativ zur Fahrachse A1 des Kraftfahrzeugs kalibriert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013209494 A1 [0004]
EP 1947473 A2 [0005]

Claims

Verfahren zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors (5) eines Kraftfahrzeugs, mit den Schritten: Ermitteln (S1), durch den Fahrzeugsensor (5), von Sensordaten zu einer Vielzahl von Messzeitpunkten während eines Gesamtmesszeitraums, wobei der Gesamtmesszeitraum in eine Vielzahl von Teilmesszeiträumen unterteilt wird, wobei sich das Kraftfahrzeug relativ zu Objekten in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs bewegt; Berechnen (S2), für jeden Teilmesszeitraum, von Objektpositionen der Objekte anhand der ermittelten Sensordaten; Berechnen (S3), für jeden Teilmesszeitraum, eines Teilmesszeitraum-Sinogramms anhand der berechneten Objektpositionen für den Teilmesszeitraum; Berechnen (S4) eines Gesamtmesszeitraum-Sinogramms durch Addieren der Teilmesszeitraum-Sinogramme und Korrigieren mittels eines von den Teilmesszeitraum-Sinogrammen abhängigen Faktors; Ermitteln (S5) einer Ausrichtung des Fahrzeugsensors (5) relativ zu einer Fahrachse (A1) des Kraftfahrzeugs anhand des Gesamtmesszeitraum-Sinogramms; und Kalibrieren (S6) des Fahrzeugsensors (5) anhand der ermittelten Ausrichtung des Fahrzeugsensors (5) relativ zu der Fahrachse (A1) des Kraftfahrzeugs.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kraftfahrzeug und die Objekte in der Umgebung des Kraftfahrzeugs eine im Wesentlichen lineare Relativbewegung mit konstanter Geschwindigkeit ausführen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Korrigieren mittels eines von den Teilmesszeitraum-Sinogrammen abhängigen Faktors folgende Schritte umfasst: Normieren der Teilmesszeitraum-Sinogramme; und Berechnen eines Differenzen-Sinogramms durch Multiplizieren der normierten Teilmesszeitraum-Sinogramme.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei beim Erstellen der Teilmesszeitraum-Sinogramme eine Gewichtung der Objektpositionen durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei anhand des Gesamtmesszeitraum-Sinogramms durch Intensitätsmaxima bestimmende Verfahren eine Hauptrichtung (A2, A3) der Objektpositionen ermittelt wird, wobei das Ermitteln der Ausrichtung des Fahrzeugsensors (5) relativ zu der Fahrachse (A1) des Kraftfahrzeugs das Berechnen eines Winkels zwischen der Hauptrichtung (A2, A3) und der Fahrachse (A1) des Kraftfahrzeugs umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Gesamtmesszeitraum-Sinogramm anhand der Sensordaten ermittelte Intensitätswerte umfasst, wobei unter Anwendung einer Schwellenwertfunktion auf die Intensitätswerte ein Histogramm berechnet wird, welches von einem möglichen Azimut- und/oder Elevationswinkel relativ zur Fahrachse (A1) des Kraftfahrzeugs abhängt, und wobei die Ausrichtung des Fahrzeugsensors (5) relativ zu der Fahrachse (A1) des Kraftfahrzeugs anhand des berechneten Histogramms ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Ausrichtung des Fahrzeugsensors (5) relativ zu der Fahrachse (A1) des Kraftfahrzeugs durch Anwenden einer Filterfunktion auf das Histogramm ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei durch Anwenden der Filterfunktion auf das Histogramm eine Hauptrichtung (A2, A3) der Objektpositionen wird, wobei das Ermitteln der Ausrichtung des Fahrzeugsensors (5) relativ zu der Fahrachse (A1) des Kraftfahrzeugs das Berechnen eines Winkels zwischen der Hauptrichtung (A2, A3) und der Fahrachse (A1) des Kraftfahrzeugs umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Berechnen der Teilmesszeitraum-Sinogramme in Kugelkoordinaten durchgeführt wird.
Vorrichtung (1) zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors (5) eines Kraftfahrzeugs, mit: einer Schnittstelle (2) zum Empfangen von durch den Fahrzeugsensor (5) ermittelten Sensordaten zu einer Vielzahl von Messzeitpunkten während eines Gesamtmesszeitraums, wobei sich das Kraftfahrzeug relativ zu Objekten in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs bewegt; einer Recheneinrichtung (3), welche dazu ausgebildet ist: - den Gesamtmesszeitraum in eine Vielzahl von Teilmesszeiträumen zu unterteilen, - für jeden Teilmesszeitraum Objektpositionen der Objekte anhand der ermittelten Sensordaten zu berechnen, - für jeden Teilmesszeitraum, ein Teilmesszeitraum-Sinogramm anhand der berechneten Objektpositionen für den Teilmesszeitraum zu berechnen, - ein Gesamtmesszeitraum-Sinogramm durch Addieren der Teilmesszeitraum-Sinogramme und Korrigieren mittels eines von den Teilmesszeitraum-Sinogrammen abhängigen Faktors zu berechnen, und - eine Ausrichtung des Fahrzeugsensors (5) relativ zu einer Fahrachse (A1) des Kraftfahrzeugs anhand des Gesamtmesszeitraum-Sinogramms zu berechnen; und einer Kalibriereinrichtung (4), welche dazu ausgebildet ist, den Fahrzeugsensor (5) anhand der ermittelten Ausrichtung des Fahrzeugsensors (5) relativ zu der Fahrachse (A1) des Kraftfahrzeugs zu kalibrieren.