DE102013220170A1 - Method for determining a kinematic state variable of an object - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer kinematischen Zustandsgröße eines Objekts in einem Umfeld eines Fahrzeugs, wobei ein das Umfeld unterteilendes Belegungsgitter gebildet wird, wobei einem Objekt des Umfelds zugeordnete belegte Zellen des Belegungsgitters zu einem Zellverbund gruppiert werden, wobei eine kinematische Zustandsgröße für den Zellverbund geschätzt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Fahrerassistenzsystem sowie ein entsprechendes Computerprogramm.The invention relates to a method for determining a kinematic state variable of an object in an environment of a vehicle, wherein an occupancy grid subdividing the environment is formed, whereby assigned cells of the occupancy grid assigned to an object of the environment are grouped to form a cell network, wherein a kinematic state variable for the cell network is appreciated. The invention further relates to a corresponding device, a corresponding driver assistance system and a corresponding computer program.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer kinematischen Zustandsgröße eines Objekts in einem Umfeld eines Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrerassistenzsystem sowie ein Computerprogramm.The invention relates to a method and a device for determining a kinematic state variable of an object in an environment of a vehicle. The invention further relates to a driver assistance system and a computer program.
Stand der TechnikState of the art
Fahrerassistenzsysteme basieren in der Regel auf einem Modell des Fahrzeugumfelds. Ein solches Umfeldmodell kann zum Beispiel Eigenschaften anderer Objekte, wie beispielsweise deren Position, oder Freiflächeninformationen beinhalten. Zum Aufbau eines Umfeldmodells können Messungen verschiedenster im Fahrzeug vorhandener Sensoren genutzt werden (zum Beispiel: Videosensor, Radarsensor, Ultraschallsensor oder Lidarsensor).Driver assistance systems are usually based on a model of the vehicle environment. Such an environment model may include, for example, properties of other objects, such as their location, or open space information. To build up an environment model, measurements of various sensors present in the vehicle can be used (for example: video sensor, radar sensor, ultrasound sensor or lidar sensor).
Belegungsgitter, die das Fahrzeugumfeld unterteilen, eignen sich in der Regel gut zur Repräsentation statischer Hindernisse, da diese üblicherweise immer die gleichen Gitterzellen belegen und somit verschiedene Messungen leicht fusioniert werden können. Dynamische, das heißt bewegte, Hindernisse lassen sich hingegen nur schwer in einem Belegungsgitter modellieren.Occupancy gratings, which subdivide the vehicle environment, are generally well suited for the representation of static obstructions, as these usually always occupy the same grid cells and thus different measurements can easily be fused. Dynamic, that is, moving, obstacles are difficult to model in an occupancy grid.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann daher darin gesehen werden, ein verbessertes Verfahren zum Bestimmen einer kinematischen Zustandsgröße eines Objekts in einem Umfeld eines Fahrzeugs bereitzustellen, das auf dynamische Hindernisse angewendet werden kann.The object underlying the invention can therefore be seen to provide an improved method for determining a kinematic state quantity of an object in an environment of a vehicle, which can be applied to dynamic obstacles.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann ferner darin gesehen werden, eine entsprechende Vorrichtung zum Bestimmen einer kinematischen Zustandsgröße eines Objekts in einem Umfeld eines Fahrzeugs bereitzustellen.The object underlying the invention can also be seen in providing a corresponding device for determining a kinematic state variable of an object in an environment of a vehicle.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann auch darin gesehen werden, ein entsprechendes Fahrerassistenzsystem bereitzustellen.The object underlying the invention can also be seen to provide a corresponding driver assistance system.
Des Weiteren kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin gesehen werden, ein entsprechendes Computerprogramm bereitzustellen.Furthermore, the object underlying the invention can be seen to provide a corresponding computer program.
Diese Aufgaben werden mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.These objects are achieved by means of the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of each dependent subclaims.
Nach einem Aspekt wird ein Verfahren zum Bestimmen einer kinematischen Zustandsgröße eines Objekts in einem Umfeld eines Fahrzeugs bereitgestellt, wobei ein das Umfeld unterteilendes Belegungsgitter gebildet wird, wobei einem Objekt des Umfelds zugeordnete belegte Zellen des Belegungsgitters zu einem Zellverbund gruppiert werden, wobei eine kinematische Zustandsgröße für den Zellverbund geschätzt wird.According to one aspect, a method for determining a kinematic state variable of an object in an environment of a vehicle is provided, wherein an occupancy grid subdividing the environment is formed, wherein occupied cells of the occupancy grid assigned to an object of the environment are grouped into a cell network, wherein a kinematic state variable for the cell network is estimated.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zum Bestimmen einer kinematischen Zustandsgröße eines Objekts in einem Umfeld eines Fahrzeugs bereitgestellt, umfassend eine Bildungseinrichtung zum Bilden eines das Umfeld unterteilenden Belegungsgitters, eine Gruppierungseinrichtung zum Gruppieren von einem Objekt des Umfelds zugeordneten belegten Zellen des Belegungsgitters zu einem Zellverbund und eine Schätzeinrichtung zum Schätzen einer kinematischen Zustandsgröße für den Zellverbund.According to a further aspect, an apparatus for determining a kinematic state variable of an object in an environment of a vehicle is provided, comprising an education device for forming an occupancy grid subdividing the environment, a grouping device for grouping occupied cells of the occupancy grid assigned to an object of the environment to form a cell network and an estimator for estimating a kinematic state quantity for the cell composite.
Nach noch einem Aspekt wird ein Fahrerassistenzsystem bereitgestellt, das die Vorrichtung sowie eine Sensoreinrichtung zum Erfassen eines Umfelds des Fahrzeugs umfasst.In yet another aspect, a driver assistance system is provided that includes the device and a sensor device for detecting an environment of the vehicle.
Nach noch einem Aspekt wird ein Computerprogramm bereitgestellt, das Programmcode zur Durchführung des Verfahrens umfasst, wenn das Computerprogramm in einem Computer, insbesondere in einem Fahrerassistenzsystem, ausgeführt wird.According to yet another aspect, a computer program is provided which comprises program code for carrying out the method when the computer program is executed in a computer, in particular in a driver assistance system.
Eine kinematische Zustandsgröße im Sinne der vorliegenden Erfindung beschreibt insbesondere eine Bewegung des Objekts. Eine kinematische Zustandsgröße kann beispielsweise eine Position, eine Geschwindigkeit oder eine Beschleunigung sein. Beispielsweise kann die kinematische Zustandsgröße ein Winkel, eine Winkelgeschwindigkeit oder eine Winkelbeschleunigung sein. Beispielsweise kann die kinematische Zustandsgröße eine Gierrate sein. Beispielsweise können mehrere kinematische Zustandsgrößen vorgesehen sein, also insbesondere geschätzt werden. Bei mehreren kinematischen Zustandsgrößen können diese insbesondere gleich oder vorzugsweise unterschiedlich gebildet sein.A kinematic state variable in the sense of the present invention particularly describes a movement of the object. A kinematic state variable can be, for example, a position, a velocity or an acceleration. For example, the kinematic state variable may be an angle, an angular velocity or an angular acceleration. For example, the kinematic state variable may be a yaw rate. For example, a plurality of kinematic state variables can be provided, that is, in particular estimated. In the case of several kinematic state variables, these can be formed in particular the same or preferably different.
Ein Belegungsgitter im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst mehrere Zellen. Jeder Zelle ist insbesondere ein Belegungswert zugeordnet, der insbesondere als Belegung bezeichnet werden kann. Ein Belegungswert kann beispielsweise einen Wahrscheinlichkeitswert umfassen. Ein solcher Wahrscheinlichkeitswert ist ein Maß für die Wahrscheinlichkeit dafür, dass diese Zelle durch ein Objekt belegt ist. Das heißt also insbesondere, dass an der dieser Zelle entsprechenden Position im Umfeld des Fahrzeugs sich das Objekt befindet entsprechend der Wahrscheinlichkeit. An occupancy grid in the sense of the present invention comprises a plurality of cells. Each cell is assigned in particular an occupancy value, which can be referred to in particular as occupancy. An occupancy value may include, for example, a probability value. Such a probability value is a measure of the probability that this cell is occupied by an object. This means in particular that at the position corresponding to this cell in the environment of the vehicle, the object is located according to the probability.
Eine Zelle, die einen Wahrscheinlichkeitswert aufweist, der größer ist als ein vorbestimmter Wahrscheinlichkeitswert, beispielsweise 1 %, vorzugsweise 5 %, insbesondere 10 %, kann als belegte Zelle bezeichnet werden. Eine Zelle mit einem Wahrscheinlichkeitswert von kleiner dem vorbestimmten Wahrscheinlichkeitswert kann als nicht-belegte oder unbelegte Zelle bezeichnet werden. A cell having a probability value greater than a predetermined probability value, for example 1%, preferably 5%, in particular 10%, may be referred to as an occupied cell. A cell with a probability value less than the predetermined probability value may be referred to as an unoccupied or unoccupied cell.
Jeder Zelle ist insbesondere eine kinematische Zustandsgröße zugeordnet, die insbesondere auch als eine Bewegungsinformation bezeichnet werden kann. Im Folgenden kann diese kinematische Zustandsgröße einer Zelle auch als individuelle kinematische Zustandsgröße bezeichnet werden. Diese beschreibt insbesondere eine Bewegung des Objekts des Umfelds des Fahrzeugs, das dieser Zelle zugeordnet ist.Each cell is associated in particular with a kinematic state variable, which in particular can also be referred to as movement information. In the following, this kinematic state variable of a cell can also be referred to as an individual kinematic state variable. In particular, this describes a movement of the object of the environment of the vehicle which is assigned to this cell.
Insbesondere ist jeder Zelle ein Belegungswert als auch eine individuelle kinematische Zustandsgröße zugeordnet.In particular, each cell is assigned an occupancy value as well as an individual kinematic state variable.
Beispielsweise kann eine Zelle 10 cm × 10 cm (Länge × Breite) groß sein. Beispielsweise kann eine Zelle 20 cm × 20 cm (Länge × Breite) groß sein.For example, a cell may be 10 cm x 10 cm (length x width) in size. For example, a cell may be 20 cm x 20 cm (length x width) in size.
Die Erfindung umfasst also insbesondere den Gedanken, zu einem Zellverbund gruppierte Zellen eines Belegungsgitters nicht mehr unabhängig von einander zu betrachten, sondern als voneinander abhängige Zellen. Denn zu einem Zellverbund gruppierte Zellen eines Belegungsgitters entsprechen in der Regel einem einzigen Objekt. Insofern müssen jeweilige individuelle Zustandsgrößen dieser zu einem Zellverbund gruppierten Zellen gleich sein. Denn ein Objekt kann üblicherweise nicht unterschiedliche kinematische Zustandsgrößen aufweisen. Insbesondere kann dem Objekt nur eine einzige Geschwindigkeit zugeordnet werden.The invention thus encompasses, in particular, the idea of no longer independently looking at cells of an occupancy grid grouped together to form a group of cells, but rather as mutually dependent cells. Because cells of an occupancy grid grouped into a cell grouping generally correspond to a single object. In this respect, respective individual state variables of these cells grouped into a cell grouping must be the same. Because an object usually can not have different kinematic state variables. In particular, only a single speed can be assigned to the object.
Im Stand der Technik ist es so, dass für jede Zelle eine individuelle kinematische Zustandsgröße geschätzt wurde. Die kann zu Artefakten führen dahingehend, dass Zellen unterschiedliche geschätzte kinematische Zustandsgrößen aufweisen, obwohl die Zellen einem einzigen Objekt zugeordnet sind und sie deshalb eigentlich alle die gleiche Zustandsgröße aufweisen müssten. In the prior art, an individual kinematic state quantity was estimated for each cell. This can lead to artifacts in that cells have different estimated kinematic state variables, even though the cells are assigned to a single object and therefore they should all actually have the same state variable.
Erfindungsgemäß wird für den Zellverbund eine einzige kinematische Zustandsgröße geschätzt. Artefakte können somit gar nicht auftreten. Es ist ein Objekt im Umfeld des Fahrzeugs vorhanden. Somit kann es beispielsweise nur eine Geschwindigkeit für das Objekt geben. Es wird insofern der Umstand ausgenutzt, dass zu einem Zellverbund gruppierte Zellen auch zu einem Objekt gehören. Insofern werden die einzelnen Zellen nicht mehr unabhängig voneinander betrachtet, sondern voneinander abhängig, dahingehend, dass die Zellen zu einem Zellverbund gruppiert oder verbunden werden und für diesen Zellverbund ein gemeinsame kinematische Zustandsgröße geschätzt wird. Die geschätzt kinematische Zustandsgröße für den Zellverbund gilt somit für jede Zelle des Zellverbunds. Jede Zelle des Zellverbunds weist also die geschätzte kinematische Zustandsgröße auf.According to the invention, a single kinematic state variable is estimated for the cell composite. Artifacts can not occur at all. There is an object around the vehicle. Thus, for example, there may only be one speed for the object. In this respect, the fact is exploited that cells grouped into a cell group also belong to an object. In this respect, the individual cells are no longer considered independently of each other, but interdependent, to the effect that the cells are grouped or connected to form a cell group and that a joint kinematic state quantity is estimated for this cell group. The estimated kinematic state quantity for the cell group thus applies to each cell of the cell group. Each cell of the cell group thus has the estimated kinematic state variable.
Zu einem Zellverbund gruppierte Zellen können beispielsweise unmittelbar benachbarte Zellen sein. Die Formulierung „unmittelbar benachbart“ bedeutet insbesondere, dass zwischen zwei unmittelbar benachbarten Zellen keine Zelle vorgesehen ist, die nicht einem Objekt zugeordnet ist und somit keine Belegung aufweist. Bei den unmittelbar benachbarten Zellen handelt es sich insbesondere um belegte Zellen. For example, cells grouped into a cell grouping can be immediately adjacent cells. The phrase "immediately adjacent" means, in particular, that no cell is provided between two immediately adjacent cells that is not assigned to an object and therefore has no occupancy. The immediately adjacent cells are in particular occupied cells.
Nach einer Ausführungsform sind diejenigen belegten Zellen zu einem Zellverbund gruppiert, denen jeweils ein Belegungswert und/oder eine kinematische Zustandsgröße zugeordnet sind, wobei die Belegungswerte und/oder die kinematischen Zustandsgrößen innerhalb eines vorbestimmten Belegungswertintervalls respektive Zustandsgrößenintervalls liegen. Somit kann in vorteilhafter Weise sichergestellt werden, dass nur diejenigen belegten Zellen zu einem Zellverbund gruppiert werden, die jeweils möglichst ähnliche (abhängig von den gewählten Intervallen) Belegungswerte und/oder kinematische Zustandsgrößen aufweisen. Denn zwei belegte Zellen, die beispielsweise eine kinematische Zustandsgröße von einmal 10 km/h und einmal 100 km/h aufweisen, können in der Regel nicht zu einem Objekt gehören. Solche belegte Zellen zu einem Zellverbund zu gruppieren, wäre also nicht sinnvoll und zielführend.According to one embodiment, those occupied cells are grouped into a cell group, to each of which an occupancy value and / or a kinematic state variable are assigned, wherein the occupancy values and / or the kinematic state variables lie within a predetermined occupancy value interval or state variable interval. Thus, it can be ensured in an advantageous manner that only those occupied cells are grouped into a cell group, each of which has as similar as possible (depending on the selected intervals) occupancy values and / or kinematic state variables. For two occupied cells, for example, have a kinematic state variable of once 10 km / h and once 100 km / h, usually can not belong to an object. So to group such occupied cells into a cell group, would not make sense and purposeful.
Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass für zumindest einige der Zellen des Zellverbunds jeweils eine individuelle kinematische Zustandsgröße geschätzt wird, wobei die kinematische Zustandsgröße für den Zellverbund basierend auf den individuellen kinematischen Zustandsgrößen geschätzt wird.According to one embodiment it can be provided that in each case an individual kinematic state variable is estimated for at least some of the cells of the cell cluster, wherein the kinematic state variable for the cell cluster is estimated based on the individual kinematic state variables.
Dadurch, dass mehrere individuelle Zustandsgrößen zur Schätzung der kinematischen Zustandsgröße des Zellverbunds verwendet werden, mitteln sich eventuelle Fehler oder Artefakte in den individuellen Zustandsgrößen heraus. Dies bewirkt eine genauere Schätzung.The fact that several individual state variables are used to estimate the kinematic state variable of the cell grouping means that any errors or artifacts average out in the individual state variables. This will give a more accurate estimate.
Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die kinematische Zustandsgröße für den Zellverbund basierend auf einem Mittelwert oder einem Median der individuellen kinematischen Zustandsgrößen geschätzt wird. According to one embodiment, it may be provided that the kinematic state variable for the cell network is estimated based on an average value or a median of the individual kinematic state variables.
Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass eine Objekteigenschaft ermittelt wird, wobei die Zuordnung von belegten Zellen zu dem Objekt basierend auf der ermittelten Objekteigenschaft durchgeführt wird.According to one embodiment, it can be provided that an object property is determined, wherein the assignment of occupied cells to the object is carried out based on the determined object property.
Das erleichtert insbesondere eine Zuordnung von belegten Zellen zu einem Objekt im Umfeld des Fahrzeugs. Eine Objekteigenschaft kann beispielsweise die Größe, also insbesondere eine Länge und/oder eine Höhe und/oder eine Breite, sein. Entsprechend ist dann bekannt, welche Ausmaße, also wie viele und welche Zellen, im Belegungsgitter durch das Objekt belegt werden.This facilitates in particular an assignment of occupied cells to an object in the environment of the vehicle. An object property can be, for example, the size, that is to say in particular a length and / or a height and / or a width. Accordingly, it is then known which dimensions, ie how many and which cells are occupied by the object in the allocation grid.
Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zeitlich beabstandet von dem Bilden des Belegungsgitters ein weiteres das Umfeld unterteilendes Belegungsgitter gebildet wird, wobei in einem der Belegungsgitter eine dem Zellverbund zugeordnete Struktur ausgewählt wird, nach der in dem anderen Belegungsgitter gesucht wird, so dass bei Detektion der Struktur in dem anderen Belegungsgitter die kinematische Zustandsgröße basierend auf dem jeweiligen Ort der Struktur in den beiden Belegungsgittern und einem zeitlichen Abstand zwischen dem jeweiligen Bilden der Belegungsgitter geschätzt wird.According to one embodiment it can be provided that a further partitioning grid forming the environment is formed at a time distance from the formation of the occupation grid, one structure assigned to the cell grouping being searched for in the other allocation grid being selected in one of the allocation grid, so that upon detection the structure in the other allocation lattice, the kinematic state quantity is estimated based on the respective location of the structure in the two assignment lattices and a time interval between the respective forming of the allocation lattice.
Da der Struktur ein einziges Objekt zugrunde liegt, ist die Struktur in der Regel im anderen Belegungsgitter ebenfalls vorhanden. Dort in der Regel an einer anderen Position. Das Verwenden einer solchen Struktur vereinfacht somit in vorteilhafter Weise die Suche nach dem Objekt in dem anderen Belegungsgitter, also die Suche, welche belegte Zellen zum Objekt gehören. Wenn dann der jeweilige Ort und der zeitliche Abstand bekannt sind, so kann zum Beispiel eine Objektgeschwindigkeit berechnet werden. Wenn zusätzlich Objektgeschwindigkeiten bekannt sind, so kann eine Beschleunigung berechnet werden.Since the structure is based on a single object, the structure is usually also present in the other allocation grid. There usually in a different position. The use of such a structure thus advantageously facilitates the search for the object in the other allocation grid, ie the search which occupied cells belong to the object. If then the respective location and the time interval are known, so for example, an object speed can be calculated. If additional object speeds are known, then an acceleration can be calculated.
Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Struktur der Zellverbund selbst ist.According to one embodiment it can be provided that the structure is the cell composite itself.
Dies bewirkt eine einfachere und zuverlässigere Detektierbarkeit, da die Wahrscheinlichkeit klein oder vernachlässigbar ist, dass sich im Belegungsgitter ein weiteres Objekt mit genau der gleichen Struktur befindet.This results in a simpler and more reliable detectability, since the probability is small or negligible that there is another object with exactly the same structure in the occupancy grid.
Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Struktur eine Teilmenge der Zellen des Zellverbunds umfasst.According to one embodiment, it may be provided that the structure comprises a subset of the cells of the cell assembly.
Es müssen somit weniger Zellen betrachtet werden, was einen geringeren Rechenaufwand und eine schnellere Bearbeitung bewirkt.Thus, fewer cells must be considered, which results in less computational effort and faster processing.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigenThe invention will be explained in more detail below with reference to preferred embodiments. Show here
Im Folgenden können für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet werden.Hereinafter, like reference numerals may be used for like features.
Das Belegungsgitter
Eine Objekteigenschaft kann beispielsweise eine Größe, also eine Länge und/oder eine Höhe und/oder eine Breite, sein. Dadurch ist dann unmittelbar bekannt, welche Ausmaße das Objekt im Belegungsgitter
Da die entsprechenden belegten Zellen
Um nun eine kinematische Zustandsgröße für das Objekt zu schätzen, werden die belegten Zellen
Es ist dann vorgesehen, dass ein Median oder ein Mittelwert der individuellen kinematischen Zustandsgrößen
Das linke Belegungsgitter
Wie die Belegungsgitter
Es wird im Belegungsgitter
Analog zu
Analog zu
Es wird also insbesondere eine belegte Zelle
Analog zu den
Die entsprechende Substruktur aus belegten Zellen
In einem Schritt
In einem Schritt
In einem Schritt
In einem Schritt
Die geschätzten kinematischen Zustandsgrößen gemäß Schritt
Teilweise sind im Verfahren gemäß
Als ein Unterschied wird der Sensorwert gemäß dem Schritt
In einem Schritt
Die Zustandsgrößen
Gemäß einem Schritt
Die Vorrichtung
Das Fahrerassistenzsystem
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