DE102021133672A1

DE102021133672A1 - Verfahren zum Kalibrieren eines Radarsensors innerhalb eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102021133672A1
Application number: DE102021133672.4A
Authority: DE
Inventors: Sachin Roy; Henry Stahl
Original assignee: Gestigon GmbH
Current assignee: Gestigon GmbH
Priority date: 2021-12-17
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2023-06-22

Abstract

Ein Verfahren zum Kalibrieren eines Radarsensors innerhalb eines Fahrzeugs verwendet eine Kalibriervorrichtung (1), die einen Körper (3) mit einer Vielzahl von beweglichen Zielen (2) aufweist, die in einer vordefinierten Beziehung zueinander angeordnet ist. Während die Kalibriervorrichtung (1) an mindestens einer vordefinierten Position innerhalb des Fahrzeugs platziert ist, wird der Radarsensor betrieben, um eine Punktwolke zu erzeugen, wobei die Punktwolke eine Vielzahl von Punkten umfasst, die durch den Radarsensor erkannt und mindestens der zumindest einen vordefinierten Position zugeordnet ist. Die Kalibriervorrichtung (1) wird betrieben, um mindestens eines der beweglichen Ziele (2) so zu bewegen, dass das bewegte Ziel durch den Radarsensor erkannt wird, um dynamische Punkte zu definieren, die in der Punktwolke enthalten sind. Anhand des Radarsensors wird die mindestens eine vordefinierte Position innerhalb des Fahrzeugs überwacht, und ein dreidimensionaler Begrenzungsrahmen für die vordefinierte Position innerhalb des Fahrzeugs wird unter Verwendung der erkannten Punkte, die sich aus der Bewegung der bewegten Ziele (2) ergeben, bestimmt, wobei die erkannten Punkte dem dreidimensionalen Begrenzungsrahmen zugeordnet sind, der einen Raum innerhalb des zu überwachenden Fahrzeugs definiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Konfigurieren, insbesondere Kalibrieren eines Radarsensors, der innerhalb eines Fahrzeugs platziert ist und konfiguriert ist, um zumindest einen Teil des Innenraums des Fahrzeugs zu überwachen, sowie eine entsprechende Vorrichtung zum Kalibrieren eines Radarsensors innerhalb eines Fahrzeugs.
Es sind Fahrzeuge, wie Autos, bekannt, bei denen der innere Raum des Fahrzeugs aus verschiedenen Gründen, insbesondere aus Sicherheitsgründen, überwacht werden kann. Beispielsweise kann der Innenraum des Fahrzeugs abgetastet werden, um kriminelle Einbrüche zu erkennen und einen Alarm auszulösen. Daneben werden Systeme immer interessanter, die in der Lage sind, Personen innerhalb des Fahrzeugs, insbesondere auf ihren Sitzen, insbesondere aus Sicherheitsgründen, zu überwachen, wie, um eine Anschnallerinnerung zu geben, wenn jemand auf seinem Platz sitzt, sich aber nicht angeschnallt hat. Eine solche Sitzbelegungserkennung kann auch (alternativ oder zusätzlich) verwendet werden, um einen Airbag für einen bestimmten Sitz aus-/einzuschalten oder um den Fahrer über das Vorhandensein kleinerer Gegenstände auf den Rücksitzen, wie etwa eines Babys oder eines Haustiers, zu informieren.
Eine solche Funktionalität wird typischerweise durch in die Sitze eingebaute kapazitive Sensoren wie Sensormatten (im Sitzbereich und/oder in der Rückenlehne des Sitzes) bereitgestellt, die das Fehlen oder Vorhandensein eines Objekts, insbesondere einer (lebenden) Person, erkennen können. Dies setzt jedoch voraus, dass jeder Sitz ein zusätzliches funktionales elektronisches Teil aufweist.
Alternativ ist es bekannt, das Vorhandensein eines auf einem Sitz platzierten Objekts im Innenraum eines Fahrzeugs mittels anderer Sensoren zu erkennen, die nicht in die Sitze integriert sind, sondern an einer anderen Position innerhalb des Autos, die dazu in der Lage sind, mindestens einen gewünschten Teil des Fahrzeuginnenraums zu überwachen. Beispielsweise können einer oder mehrere Radarsensoren verwendet werden, die im Innenraum eines Fahrzeugs platziert sein können und die z. B. im Dachhimmel, im Innenspiegel oder hinter den Sonnenblenden verborgen sein können. Ein einzelner Radarsensor kann ausreichend sein, aber es ist auch möglich, mehr als einen Sensor zu platzieren. Aufgrund der vom Sitz unabhängigen Position des Sensors kann es jedoch notwendig sein, zumindest anfänglich eine Kalibrierung durchzuführen, da eine der folgenden Ursachen auftreten kann.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Verbesserung der Konfiguration bereitzustellen, insbesondere eine Kalibrierung eines Radarsensors, der innerhalb des Fahrzeugs platziert ist, um den Fahrzeuginnenraum zu überwachen, insbesondere zum Erkennen der Belegung von Sitzen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche. Verschiedene Ausführungsformen und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines Radarsensors innerhalb eines Fahrzeugs. Die Kalibriervorrichtung weist einen Körper mit einer Vielzahl von beweglichen Zielen auf, die in einer vordefinierten Beziehung zueinander angeordnet ist. Die relative Beziehung kann auch als ein vorbestimmtes Muster der beweglichen Ziele bezeichnet werden. Sobald die Kalibriervorrichtung an mindestens einer vordefinierten Position innerhalb des Fahrzeugs platziert ist. Der Radarsensor wird betrieben, um eine Punktwolke zu erzeugen, wobei die Punktwolke eine Vielzahl von Punkten umfasst, die durch den Radarsensor erkannt und mindestens der zumindest einen vordefinierten Position zugeordnet werden. Die Kalibriervorrichtung wird betrieben, um mindestens eines der beweglichen Ziele so zu bewegen, dass das bewegte Ziel durch den Radarsensor erkannt wird, um dynamische Punkte zu definieren, die in der Punktwolke enthalten sind. Das Bewegen der beweglichen Ziele macht das Ziel für den Radarsensor sichtbar, da - wie der Fachmann erkennen wird - Radarsensoren für bewegte Ziele empfindlich sind, während feste Ziele für den Radarsensor weniger, kaum oder gar nicht sichtbar sind. Der Radarsensor überwacht mindestens eine vordefinierte Position innerhalb des Fahrzeugs, an der die Kalibriervorrichtung platziert ist. Dann wird für die vordefinierte Position innerhalb des Fahrzeugs unter Verwendung der erkannten Punkte, die sich aus der Bewegung der bewegten Ziele ergeben, ein dreidimensionaler Begrenzungsrahmen berechnet, wobei der dreidimensionale Begrenzungsrahmen einen zu überwachenden Raum innerhalb des Fahrzeugs definiert.
Gemäß der Erfindung wird für einen zu überwachenden Sitz innerhalb des Fahrzeugs ein dreidimensionaler Begrenzungsrahmen bestimmt. Dies kann den Rechenaufwand reduzieren, da nur Punkte der Punktwolke innerhalb des Rahmens berücksichtigt werden. Durch den Radarsensor erkannte Punkte, die außerhalb des Rahmens (bzw. der Rahmen) liegen, sind zur Bestimmung, ob ein Sitzplatz belegt ist oder nicht, nicht relevant.
Unter einem „Begrenzungsrahmen“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Raum im Innenraum eines Fahrzeugs zu verstehen, in dem sich ein Großteil einer auf einem bestimmten Sitzplatz des Fahrzeugs sitzenden Person aufhält. Der Begrenzungsrahmen muss nicht exakt die gleiche Größe wie die jeweilige Person aufweisen. Der Rahmen kann größer oder kleiner als die Person sein, er kann beispielsweise nur den Raum über einem Sitzbereich eines Sitzes abdecken, was bedeutet, dass die Beine einer Person, die auf einem bestimmten Sitz eines Fahrzeugs sitzt, möglicherweise nicht innerhalb des Rahmens sind. Es versteht sich, dass es nicht notwendig ist, auch die Beine einer Person zu erfassen, wenn sich z. B. ihr Oberkörper innerhalb des Begrenzungsrahmens befindet. Der Begriff Begrenzungsrahmen kann durch den Begriff „Rahmen“, „Volumen“ oder dergleichen ersetzt werden. Es handelt sich um einen dreidimensionalen Abschnitt des Innenraums des Fahrzeugs und kann eine rechteckige Form aufweisen.
Der Begriff „innerhalb“, wie er in der gesamten vorliegenden Offenbarung in Bezug auf ein Fahrzeug verwendet wird, ist als ein Sensor, wie ein Radarsensor, zu verstehen, der „innerhalb“ des Fahrzeugs angeordnet und dazu konfiguriert werden soll, um mindestens einen Teil des Innenraums des Fahrzeugs zu überwachen. Im Gegensatz zu einem Sensor „innerhalb“ des Fahrzeugs im Sinne der vorliegenden Offenbarung können verschiedene andere Sensoren wie Radarsensoren, Lidar-Sensoren, Kameras usw. in, an oder allgemein an Bord eines Fahrzeugs angeordnet sein, die jedoch konfiguriert sind, das Äußere, d. h. die Umgebung des Fahrzeugs, zu erfassen.
Die „Kalibriervorrichtung“ kann auch als „Markierung“ bezeichnet werden. Es handelt sich um eine mobile Vorrichtung, die von einem Benutzer im Innenraum des Fahrzeugs platziert werden kann. Mindestens die beweglichen Ziele sind für den Radarsensor sichtbar oder erkennbar. Informationen, die durch Platzieren der Kalibriervorrichtung an bekannten und vorbestimmten Positionen innerhalb des Fahrzeugs und Erkennen dieser Positionen durch den Radarsensor erhalten werden, können daher zur Kalibrierung verwendet werden.
Unter einer „Punktwolke“ im Sinne der Erfindung ist eine Menge von Punkten eines Vektorraums (soweit in den folgenden Ausführungsformen nicht auf bestimmte Dimensionen beschränkt) einer beliebigen Dimension M > 1 zu verstehen, die insbesondere eine organisierte oder eine unorganisierte räumliche Struktur aufweisen kann. Eine Punktwolke wird durch die darin enthaltenen Punkte beschrieben, die jeweils insbesondere durch ihre mittels Raumkoordinaten angegebenen Positionen aufgezeichnet werden können. Neben den Punkten können Attribute wie geometrische Normale, Farbwerte, Temperaturwerte, Aufnahmezeiten oder Messgenauigkeiten oder andere Informationen aufgezeichnet werden.
Die Begriffe „umfasst“, „schließt... ein“, „enthält“, „beinhaltet“, „aufweist“, „mit“ oder jede andere Variation davon, wie sie hierin verwendet werden können, sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken. Zum Beispiel ist ein Verfahren oder eine Einrichtung, die eine Liste von Elementen einschließt oder aufweist, nicht notwendigerweise auf diese Elemente beschränkt, sondern kann andere Elemente einschließen, die nicht speziell aufgeführt sind oder einem solchen Verfahren oder einer solchen Einrichtung innewohnen.
Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, bezieht sich „oder“ auf ein einschließendes oder und nicht auf ein ausschließendes „oder“. Zum Beispiel wird eine Bedingung A oder B durch eines von Folgenden erfüllt: A ist wahr (oder vorhanden) und B ist falsch (oder nicht vorhanden), A ist falsch (oder nicht vorhanden) und B ist wahr (oder vorhanden) und sowohl A als auch B sind wahr (oder vorhanden).
Die Begriffe „ein“ oder „eine“, wie sie hierin verwendet werden, sind im Sinne von „ein/eine oder mehrere“ definiert. Die Begriffe „andere“ und „anders“ und jede andere Variante davon sind im Sinne von „mindestens eine mehr“ zu verstehen.
Der Begriff „Vielzahl“, wie er hier verwendet wird, ist im Sinne von „zwei oder mehr“ zu verstehen.
Unter dem Begriff „konfiguriert“ oder „eingerichtet“ zum Durchführen einer bestimmten Funktion (und jeweilige Variationen davon) ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass die entsprechende Vorrichtung bereits in einer Konfiguration oder Einstellung vorhanden ist, in der sie die Funktion durchführen kann, oder zumindest so anpassbar - d. h. konfigurierbar - ist, dass sie nach entsprechender Anpassung die Funktion durchführen kann. Die Konfiguration kann in diesem Kontext zum Beispiel durch eine entsprechende Einstellung von Parametern eines Prozessablaufs oder von Schaltern oder dergleichen zum Aktivieren oder Deaktivieren von Funktionalitäten oder Einstellungen erfolgen. Insbesondere kann die Vorrichtung eine Vielzahl von vorbestimmten Konfigurationen oder Betriebsmodi aufweisen, so dass eine Konfiguration mittels einer Auswahl einer dieser Konfigurationen oder Betriebsmodi durchgeführt werden kann.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens beschrieben, die jeweils, sofern nicht ausdrücklich ausgeschlossen oder technisch nicht möglich, beliebig miteinander und mit den weiter beschriebenen anderen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können.
In einigen Ausführungsformen werden die dynamischen Punkte aus der Punktwolke extrahiert, um eine Position der Kalibriervorrichtung innerhalb des Fahrzeugs zu bestimmen, die dem jeweiligen dreidimensionalen Begrenzungsrahmen zugeordnet ist. Während des Kalibrierverfahrens sollte das bewegte Ziel das einzige Element im Innenraum des Fahrzeugs sein, das sich bewegt und daher am besten durch den Radarsensor sichtbar oder erkennbar ist. Alle anderen Elemente innerhalb des Fahrzeugs bewegen sich während des Kalibriervorgangs nicht und sind somit für den Radarsensor im Wesentlichen nicht sichtbar.
In einigen Ausführungsformen wird die Kalibriervorrichtung so betrieben, dass jeweils nur eines der beweglichen Ziele bewegt wird. Auf diese Weise kann die Position jedes der beweglichen Ziele im Vergleich zu einem Betriebsmodus, in dem sich mehr als eines oder alle der beweglichen Ziele bewegen würden, unabhängig bestimmt werden. Das Bewegen von jeweils nur einem der beweglichen Ziele kann daher die Genauigkeit der Erkennung der Kalibriervorrichtung verbessern.
In einigen Ausführungsformen wird der Betrieb der Kalibriervorrichtung wiederholt, wobei die Kalibriervorrichtung an einer anderen Position innerhalb des Fahrzeugs platziert wird. Durch das Erkennen von mehr als einer vorgegebenen Position innerhalb des Fahrzeugs kann die Kalibrierung verbessert werden. Die Informationen können kombiniert werden, um die Positionen und Ausrichtungen der den Sitzen des Fahrzeugs zugeordneten Begrenzungsrahmen zu berechnen.
In einigen Ausführungsformen werden die in der Punktwolke enthaltenen Punkte einerseits als statische Punkte klassifiziert, wenn ein Dopplerwert null oder im Wesentlichen null ist oder zumindest unter einer bestimmten Schwelle liegt, und andererseits als dynamische Punkte, wenn der Dopplerwert größer als null oder größer als eine bestimmte Schwelle ist. Unter der Annahme, dass sich der Innenraum des Fahrzeugs nicht bewegt, dürften sich alle erkannten Punkte in der Punktwolke, die einen sehr niedrigen Dopplerwert, insbesondere im Wesentlichen null, aufweisen, auf Fixpunkte im Innenraum des Fahrzeugs beziehen. Im Gegensatz dazu wird, wenn ein Sitzplatz von einer Person belegt ist, davon ausgegangen, dass sich die Person mindestens etwas bewegt, was zu einem Dopplerwert größer null oder größer als eine bestimmte Schwelle führt. Um Ausreißer zu eliminieren, werden nur dynamische Punkte mit einem Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) größer als eine vordefinierte Schwelle zur Bestimmung der Begrenzungsrahmen verwendet.
In einigen Ausführungsformen weist die Kalibriervorrichtung drei bewegliche Ziele auf, wobei die beweglichen Ziele in einer vorbestimmten Reihenfolge bewegt werden. Das Erkennen von drei Punkten, die sich auf die drei beweglichen Ziele beziehen, ermöglicht auf einfache Weise das Berechnen eines Schwerpunktes des entsprechenden Dreiecks, was wiederum das Berechnen einer Mitte des entsprechenden Begrenzungsrahmens ermöglicht. Es versteht sich, dass mehr als drei, wie vier, fünf, sechs oder mehr bewegliche Ziele bereitgestellt werden können.
In einigen Ausführungsformen kann die Kalibriervorrichtung an mindestens drei unterschiedlichen Positionen innerhalb des Fahrzeugs platziert werden. Diese Positionen können sich auf drei Rücksitze des Fahrzeugs beziehen. Durch Kombinieren der durch jede Bestimmung erhaltenen Informationen, insbesondere unter Berücksichtigung des Drei-Schwerpunkt-Dreiecks, kann eine Dimension für jede der Positionen berechnet werden. Es versteht sich, dass mehr als drei, wie vier, fünf, sechs oder mehr Positionen innerhalb des Fahrzeugs bestimmt werden können, indem die Kalibriervorrichtung an den jeweiligen Positionen platziert wird, insbesondere indem die Kalibriervorrichtung auf dem jeweiligen Sitz platziert wird.
Beispielsweise kann jeder Sitz des Fahrzeugs als Position zum Platzieren der Kalibriervorrichtung während des Verfahrens der vorliegenden Erfindung verwendet werden. In einigen Ausführungsformen wird die Kalibriervorrichtung auf den Rücksitzen des Fahrzeugs platziert. Die Vorrichtung kann zusätzlich in einem vorbestimmten Abstand über einem mittleren Rücksitz des Fahrzeugs platziert werden, um eine weitere Dimension der zu bestimmenden Positionen zu bestimmen, insbesondere die Zentren der interessierenden Begrenzungsrahmen.
In einigen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass ein bestimmter Begrenzungsrahmen größer bereitgestellt wird, als es für die derzeitige Sitzposition erforderlich wäre. Dies kann „dynamische“ Positionen von Sitzen abdecken, z. B. wenn sich eine Position eines Sitzes oder seine Ausrichtung ändern kann. Beispielsweise ist es allgemein bekannt, dass insbesondere die Vordersitze eines Autos nach vorne und hinten bewegt werden können und der Neigungswinkel der Rückenlehne basierend auf den Anforderungen oder Wünschen eines Benutzers geändert werden kann. Der Begrenzungsrahmen kann ausreichend groß gemacht werden, um alle möglichen Sitzpositionen abzudecken. Dadurch kann bestimmt werden, ob ein Sitz belegt ist oder nicht, selbst wenn ein Benutzer die Position des Sitzes ändert.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Radarsensors innerhalb eines Fahrzeugs, der insbesondere in dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und den bevorzugten Ausführungsformen des oben dargelegten Verfahrens verwendet werden kann. Es wird auf das oben beschriebene Verfahren verwiesen, wie und wo die Kalibriervorrichtung innerhalb eines Fahrzeugs zu platzieren ist, um den Radarsensor zu kalibrieren. Die Kalibriervorrichtung weist einen Körper mit einer Vielzahl von beweglichen Zielen auf, die in einer vordefinierten Beziehung zueinander angeordnet sind, wobei die Kalibriervorrichtung eine Steuereinheit aufweist, die konfiguriert ist, um mindestens eines der beweglichen Ziele zu bewegen. Die beweglichen Ziele sind einem dreidimensionalen Begrenzungsrahmen zugeordnet, der einen zu überwachenden Raum innerhalb des Fahrzeugs definiert.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinheit dazu konfiguriert, die Bewegung des mindestens einen beweglichen Ziels so zu steuern, dass jeweils nur eines der beweglichen Ziele bewegt wird.
In einigen Ausführungsformen ist zumindest ein Teil einer Oberfläche der beweglichen Ziele konfiguriert, um ein Signal zu reflektieren, das von dem Radarsensor gesendet wird. Dies verbessert die Erkennung der beweglichen Ziele durch den Radarsensor. Beispielsweise können die beweglichen Ziele ein Kunststoffmaterial umfassen, während zumindest ein Teil der Oberfläche ein metallisches Material umfasst oder mit einem metallischen Material beschichtet ist.
In einigen Ausführungsformen sind die beweglichen Ziele als drehbare Ventilatoren ausgebildet. Die Drehung kann durch einen Radarsensor leicht erkannt werden, insbesondere wenn die Schaufeln der Ventilatoren geneigt sind. Natürlich kann jede andere geeignete Konfiguration für die beweglichen Ziele in Betracht gezogen werden.
Wie ebenfalls oben erwähnt, weist die Vorrichtung in einigen Ausführungsformen drei bewegliche Ziele auf. Die vordefinierte Beziehung zwischen den beweglichen Zielen kann ein gleichseitiges Dreieck sein. Dies erleichtert die Berechnung eines Schwerpunktes der beweglichen Ziele der Kalibriervorrichtung. In einigen Ausführungsformen weist die Kalibriervorrichtung einen plattenförmigen Körper auf, der so bemessen und dimensioniert ist, dass er auf einem Sitz eines Fahrzeugs platziert werden kann. Andere Formen und Größen sind möglich, solange die Kalibriervorrichtung an den Positionen innerhalb des Fahrzeugs platziert werden kann, die für die Kalibrierung verwendet werden sollen.
Ein dritter Aspekt der Erfindung kann ein System zur Datenverarbeitung betreffen, umfassend mindestens einen Prozessor, der konfiguriert ist, um das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung durchzuführen, insbesondere unter Verwendung der Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Das System kann insbesondere einen oder mehrere Radarsensoren innerhalb des Fahrzeugs aufweisen, d. h. einen oder mehrere Radarsensoren, die konfiguriert sind, um zumindest einen Teil des Innenraums des Fahrzeugs zu überwachen.
Insbesondere kann das System ein Computer oder eine Steuerung für ein anderes oder übergeordnetes System sein, beispielsweise für ein Fahrzeug oder für eine Produktionsmaschine oder -linie.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm mit Anweisungen, die, wenn sie auf einem System gemäß dem zweiten Aspekt ausgeführt werden, das System veranlassen, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt auszuführen.
Insbesondere kann das Computerprogramm auf einem nichtflüchtigen Datenträger gespeichert sein. Vorzugsweise handelt es sich dabei um einen Datenträger in Form eines optischen Datenträgers oder eines Flash-Speichermoduls. Dies kann vorteilhaft sein, wenn das Computerprogramm als solches unabhängig von einer Prozessorplattform gehandelt werden soll, auf der das eine oder die mehreren Programme ausgeführt werden sollen. In einer anderen Implementierung kann das Computerprogramm als eine Datei auf einer Datenverarbeitungseinheit, insbesondere einem Server, vorliegen und über eine Datenverbindung, wie das Internet oder eine dedizierte Datenverbindung, wie ein proprietäres oder lokales Netzwerk, herunterladbar sein. Außerdem kann das Computerprogramm eine Vielzahl zusammenwirkender einzelner Programmmodule umfassen.
Dementsprechend kann das System gemäß dem dritten Aspekt einen Programmspeicher umfassen, in dem das Computerprogramm gespeichert ist. Alternativ kann das System auch eingerichtet sein, über eine Kommunikationsverbindung auf ein extern verfügbares Computerprogramm, zum Beispiel auf einen oder mehrere Server oder andere Datenverarbeitungseinheiten, zuzugreifen, insbesondere um Daten damit auszutauschen, die während der Ausführung des Verfahrens oder Computerprogramms verwendet werden oder Ausgaben des Computerprogramms darstellen.
Die mit Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung erläuterten Merkmale und Vorteile gelten entsprechend für die weiteren Aspekte der Erfindung.
Der Fachmann wird erkennen, dass zusätzliche Sensoren (z. B. kapazitive Sensoren) für verschiedene Zwecke in den Sitzen bereitgestellt werden können. Beispielsweise können zusätzliche Sensoren, obwohl sie für die vorliegende Erfindung nicht notwendig sind, die Funktionalität der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Erkennung einer Sitzbelegung unterstützen. Davon abgesehen ist die Erfindung nicht auf die Kalibrierung nur eines Radarsensors innerhalb des Fahrzeugs beschränkt. Es kann mehr als ein Radarsensor vorhanden sein, wie etwa zwei, z. B. einer für die hintere Sitzreihe und einer für die vordere Sitzreihe, oder sogar mehr, wie ein Sensor pro Sitz.
Weitere Vorteile, Merkmale und mögliche Anwendungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Figuren.

1 zeigt eine Kalibriervorrichtung gemäß der Erfindung.
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Algorithmus zum Finden von Begrenzungsrahmen.
3 zeigt das folgende Bild zeigt die extrahierten Dreieckspunkte und ihren Schwerpunkt der Dreiecksmarkierung, die an der oben bezeichneten Stelle platziert ist.

1 zeigt eine Kalibriervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist die Vorrichtung 1 als Dreieckmarkierungsreflektor ausgebildet. Sie weist drei bewegliche Ziele 2, die auf einem plattenförmigen Körper 3 angeordnet sind. Ein (nicht gezeigter) Motor treibt die beweglichen Ziele 2 an, die in Form von drehbaren Ventilatoren oder Propellern vorliegen. Die Propeller können 3D-gedruckt und aus Kunststoff hergestellt sein, der in dieser Ausführungsform mit Aluminiumfolie bedeckt ist, so dass er für den Radarsensor (nicht gezeigt) sichtbar wird. Das resultierende Dreieck aus diesen drei Propellern ist in diesem Fall ein gleichseitiges Dreieck. Die Kantenlänge kann z. B. 10 bis 30 cm, z. B. 20 cm betragen. An jeder Ecke des Dreiecks kann ein LED-Licht 5 vorgesehen sein, das angibt, ob der entsprechende Motor läuft oder nicht. Dieses optionale Merkmal ermöglicht es einem Benutzer, den Kalibriervorgang besser zu steuern. Die drei beweglichen Ziele 2 des Dreiecks werden von einer Steuereinheit 4 gesteuert, z. B. mit einem Raspberry Pi programmiert. Die Steuereinheit 4 ist so programmiert, dass zu jedem Zeitpunkt nur ein Motor der beweglichen Ziele 2 läuft. An der Steuereinheit 4 kann ein Schalter 6 angebracht sein, der bei der Auswahl des geeigneten Motors hilft.
Der durch das Verfahren gemäß der Erfindung zu kalibrierende Radarsensor (nicht gezeigt) kann im oberen Teil des Fahrzeugs platziert sein, wie dem Dachhimmel, um jeden Sitz überwachen zu können. Der Radarsensor gibt eine Punktwolke (x-, y- und z-Koordinaten) aus, und jedem Punkt in der Punktwolke sind ein entsprechendes Signal-Rausch-Verhältnis und ein damit verbundener Doppler zugeordnet. Es gibt zwei Typen von Punkten in der Punktwolke, nämlich statische und dynamische Punkte. Statische Punkte sind die Punkte, an denen der Dopplerwert null (oder im Wesentlichen null) ist, und dynamische Punkte sind Punkte mit einem Dopplerwert ungleich null. Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden nur dynamische Punkte mit einem Signal-Rausch-Verhältnis verwendet, das höher als eine vordefinierte Schwelle ist. Da die Propeller der beweglichen Ziele 2 gedreht werden, werden sie als dynamische Punkte erkannt und bilden somit die relevanten Punkte, die für die weitere Berechnung, insbesondere für die Bestimmung der Begrenzungsrahmen, verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf 2 wird nun ein beispielhaftes Verfahren der Erfindung beschrieben. Insbesondere wird beschrieben, wie die zuvor erwähnte Kalibriervorrichtung verwendet werden kann, um einen oder mehrere Radarsensoren innerhalb eines Fahrzeugs zu kalibrieren. Genauer gesagt zielt das Verfahren darauf ab, Begrenzungsrahmen zu definieren, die dann verwendet werden können, um zu bestimmen, ob ein Sitz eines Fahrzeugs belegt ist oder nicht. Diese Informationen können dann weiterverarbeitet werden, z. B. um eine Anschnallwarnung auszugeben etc. Die Verwendung solcher Begrenzungsrahmen, die ein Volumen beschreiben, innerhalb dessen sich eine Person voraussichtlich aufhalten wird, wenn sie auf einem entsprechenden Sitzplatz sitzt. Mit anderen Worten, wenn eine Person auf einem Sitz sitzt, befindet sich der größte Teil ihres Körpers innerhalb des Rahmens. Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer Überwachung des gesamten Innenraums des Fahrzeugs während des Betriebs des Fahrzeugs und auch Störeinflüsse, die von außerhalb des Fahrzeugs kommen und vom Radarsensor mit erkannt werden können, d. h. in der Punktwolke, die von dem Radarsignal erzeugt wird, enthalten sein können. Alle Punkte außerhalb der Begrenzungsrahmen können ignoriert oder weggelassen werden, was den Bedarf an Rechenressourcen erheblich verringert. Weiterhin werden durch das Verfahren gemäß der Erfindung nur sich bewegende Objekte oder Personen berücksichtigt, d. h. es werden nur dynamische Punkte innerhalb der Rahmen ausgewertet, um zu bestimmen, ob ein Sitz belegt ist oder nicht. Das Verfahren gemäß der Erfindung bezieht sich auf den Kalibriervorgang, der möglicherweise nur einmal nach der Herstellung des Fahrzeugs notwendig ist. Es kann sogar ausreichen, für ein bestimmtes Automodell ein und dieselben Kalibrierdaten zu verwenden, weil die Sitze immer an der gleichen Position sind.
Der Radarsensor erkennt eine spärliche und nicht klassifizierte Punktwolke (Schritt 201). Zur Kalibrierung, also zur Bestimmung der Position und Ausrichtung der den Sitzen des Autos zugeordneten Begrenzungsrahmen, insbesondere relativ zum Radarsensor innerhalb des Fahrzeugs, wird die Kalibriervorrichtung in dieser Ausführungsform an vier unterschiedlichen Positionen platziert, nämlich auf jedem der drei Rücksitze und in einem vorbestimmten Abstand, wie z. B. 50 cm über dem mittleren Rücksitz. Für jede Position werden die beweglichen Ziele 2 bewegt, was zu vier Dreiecken führt, die durch Extrahieren der resultierenden dynamischen Punkte bestimmt werden (Schritt 202). Um Ausreißer zu eliminieren, wird nicht nur der Dopplerwert berücksichtigt, sondern auch das Signal-Rausch-Verhältnis (siehe Schritte 203 und 204). Sobald die relevanten Punkte in der Punktwolke gefunden wurden, werden diese Punkte bei Schritt 205 kombiniert, was notwendig ist, um relative Positionen zu berechnen. Für jedes erkannte Dreieck wird bei Schritt 206 der Schwerpunkt bestimmt. Dies ist in 3 veranschaulicht, die beispielhafte Punkte 21, 22 und 23 für die drei beweglichen Ziele zeigt, wobei die Kalibriervorrichtung über dem mittleren Rücksitz platziert ist, und die berechneten Schwerpunkte 11, 12, 13 und 14 für jedes der resultierenden Dreiecke von den unterschiedlichen Positionen, an denen das Kalibriervorrichtung platziert wurde. Dann wird in Schritt 207 eine Rotationsmatrix konstruiert, welche die Ausrichtung jedes Begrenzungsrahmens darstellt. Die Positionen werden bei Schritt 208 unter Berücksichtigung aller gemessenen und relevanten dynamischen Punkte bestimmt, genauer gesagt der berechneten Schwerpunkte.
Anhand der gemessenen Datenpunkte, insbesondere der bestimmten Schwerpunkte (CoG) der vier Dreiecke, wird die Ausrichtung der Rahmen bestimmt. Zum Auffinden des x-Achsen-Vektors wird der Schwerpunkt für die unteren drei Dreiecke in den drei Sitzen verwendet. Die Differenz zwischen den unteren linken, mittleren und rechten CoG-Punkten wird zum Auffinden des Einheitsvektors in x-Richtung genommen. 3 zeigt die Dreiecksecken des mittleren Sitzes und auch den CoG des linken, mittleren und rechten Rahmens, der durch einen schwarzen Punkt gekennzeichnet ist. Die Kreuze bezeichnen die Dreiecksecken, die dem oberen, rechten und linken Propeller des Musters entsprechen (siehe z. B. die Bezugsziffern 21, 22 und 23 für die Position über dem mittleren Rücksitz). Um den y-Achsenvektor zu finden, wird die Differenz zwischen oberem und unterem CoG des mittleren Sitzes berücksichtigt. 3 zeigt die Dreiecksecken für den mittleren Sitz und den CoG für das obere und untere Muster. Der z-Achsen-Vektor wird berechnet, indem das Kreuzprodukt von x-Achsen- und y-Achsen-Vektoren genommen wird.
Nach dem Finden der 3-Achsen-Vektoren wird die Rotationsmatrix wie folgt erstellt. Die Rotationsmatrix wird mit R_t bezeichnet, wobei (X₁, X₂, X₃) den Richtungsvektor der x-Achse definieren, (Y₁, X₂, X₃) den Richtungsvektor der y-Achse definieren und (Z₁, Z₂, Z₃) den Richtungsvektor der z-Achse definieren. Die resultierende Rotationsmatrix R_t kann bezeichnet werden mit: $R_{t} = [\begin{matrix} X_{1} & Y_{1} & Z_{1} \\ X_{2} & Y_{2} & Z_{2} \\ X_{3} & Y_{3} & Z_{3} \end{matrix}]$
Die Rotationswinkel werden mit der Rotationsmatrix R_t aus dem vorherigen Schritt berechnet. Schließlich können die Rahmen mit dem berechneten CoG und den aus dem vorherigen Schritt geschätzten Drehwinkeln eingerichtet werden.
Angesichts des Vorstehenden können gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und ein System bereitgestellt werden, die dabei helfen, einen Radarsensor extern zu kalibrieren, indem eine Markierung (in Form der Kalibriervorrichtung) verwendet wird, die an einer bekannten Stelle (im Innenraum des Fahrzeugs) platziert wird. Dadurch ist es möglich, die Position und die drei Rotationswinkel des 3D-Rahmens (d. h. sechs Freiheitsgrade) zu schätzen, die durch die Dreieckmarkierung verkörpert werden.
Der Fachmann wird verstehen, dass es zwei Hauptverwendungsanwendungen für die Erfindung geben kann, nämlich die extrinsische Radarsensorkalibrierung und die Objektkalibrierung. Für eine extrinsische Radarsensorkalibrierung ist die Sensorposition nicht bekannt, und die Sensorposition wird unter Verwendung der Markierung (der hierin beschriebenen Kalibriervorrichtung) an bekannten Orten geschätzt. Umgekehrt ist bei der Objektkalibrierung die Sensorposition bekannt, aber Objekte wie Erkennungsrahmen (Position und Ausrichtung) müssen kalibriert werden. Das heißt, die Erfindung ist in unterschiedlichen Varianten für eine große Vielfalt von Anwendungen verwendbar. Solche Anwendungen schließen nicht nur die oben erläuterte Konfiguration, insbesondere Kalibrierung eines Radarsensors im Fahrzeuginnenraum, ein.
Obwohl oben mindestens ein Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, sei anzumerken, dass eine große Anzahl von Variationen davon existiert. Es ist auch zu beachten, dass die beschriebenen Ausführungsbeispiele nur nicht einschränkende Beispiele sind, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hierin beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren einzuschränken. Vielmehr stellt die vorstehende Beschreibung Fachleuten eine Anleitung zum Implementieren mindestens eines Ausführungsbeispiels bereit, wobei zu verstehen ist, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und Anordnung der in einem Ausführungsbeispiel beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne vom Gegenstand abzuweichen, der in jedem der beigefügten Ansprüche sowie ihrer rechtlichen Äquivalente dargelegt ist.

Claims

Verfahren zum Kalibrieren eines Radarsensors innerhalb eines Fahrzeugs mittels einer Kalibriervorrichtung (1), die einen Körper (3) mit einer Vielzahl von beweglichen Zielen (2) aufweist, die in einer vordefinierten Beziehung zueinander angeordnet ist, wobei das Verfahren mit der Kalibriervorrichtung (1) an mindestens einer vordefinierten Position innerhalb des Fahrzeugs platziert Folgendes umfasst: Betreiben des Radarsensors, um eine Punktwolke zu erzeugen, wobei die Punktwolke eine Vielzahl von Punkten umfasst, die durch den Radarsensor erkannt und mindestens der zumindest einen vordefinierten Position zugeordnet sind; Betreiben der Kalibriervorrichtung (1), um mindestens eines der beweglichen Ziele (2) so zu bewegen, dass das bewegte Ziel durch den Radarsensor erkannt wird, um dynamische Punkte zu definieren, die in der Punktwolke enthalten sind; Überwachen, mittels des Radarsensors, mindestens einer vordefinierten Position innerhalb des Fahrzeugs; und Bestimmen eines dreidimensionalen Begrenzungsrahmens für die vordefinierte Position innerhalb des Fahrzeugs unter Verwendung der erkannten Punkte, die sich aus der Bewegung der bewegten Ziele (2) ergeben, wobei die erkannten Punkte dem dreidimensionalen Begrenzungsrahmen zugeordnet sind, der einen Raum innerhalb des zu überwachenden Fahrzeugs definiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner das Extrahieren der dynamischen Punkte aus der Punktwolke umfasst, um eine Position der Kalibriervorrichtung (1) innerhalb des Fahrzeugs zu bestimmen, die dem entsprechenden dreidimensionalen Begrenzungsrahmen zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kalibriervorrichtung so betrieben wird, dass jeweils nur eines der beweglichen Ziele bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Betreiben der Kalibriervorrichtung wiederholt wird, wobei die Kalibriervorrichtung an einer unterschiedlichen Position innerhalb des Fahrzeugs platziert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die in der Punktwolke enthaltenen Punkte als statische Punkte klassifiziert werden, wenn ein Dopplerwert null ist, und als dynamische Punkte, wenn der Dopplerwert größer als null ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei zum Bestimmen des Begrenzungsrahmens nur dynamische Punkte mit einem Signal-Rausch-Verhältnis verwendet werden, das höher als eine vordefinierte Schwelle ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kalibriervorrichtung drei bewegliche Ziele aufweist, wobei die beweglichen Ziele in einer vorbestimmten Reihenfolge bewegt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kalibriervorrichtung an mindestens drei unterschiedlichen Positionen innerhalb des Fahrzeugs platziert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Kalibriervorrichtung auf den Rücksitzen des Fahrzeugs und in einem vorbestimmten Abstand über einem mittleren Rücksitz des Fahrzeugs platziert wird.
Kalibriervorrichtung zum Kalibrieren eines Radarsensors innerhalb eines Fahrzeugs, wobei der Radarsensor konfiguriert ist, um mindestens eine vordefinierte Position innerhalb des Fahrzeugs zu überwachen, wobei die Kalibriervorrichtung einen Körper mit einer Vielzahl von beweglichen Zielen aufweist, die in einer vordefinierten Beziehung zueinander angeordnet ist, wobei die Kalibriervorrichtung eine Steuereinheit aufweist, die dazu konfiguriert ist, mindestens eines der beweglichen Ziele zu bewegen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, um die Bewegung des mindestens einen beweglichen Ziels so zu steuern, dass jeweils nur eines der beweglichen Ziele bewegt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei zumindest ein Teil einer Oberfläche der beweglichen Ziele konfiguriert ist, um ein Signal zu reflektieren, das von dem Radarsensor gesendet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die beweglichen Ziele als drehbare Ventilatoren ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Vorrichtung drei bewegliche Ziele aufweist und wobei die vordefinierte Beziehung zwischen den beweglichen Zielen ein gleichseitiges Dreieck ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Kalibriervorrichtung einen plattenförmigen Körper aufweist, der so bemessen und dimensioniert ist, dass er auf einem Sitz eines Fahrzeugs platziert werden kann.