DE102021111013A1 - Calibration object and method for determining a position of an individual object in a scan plane of a LiDAR-based environmental sensor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Kalibrierobjekt (32) mit wenigstens drei länglichen Einzelobjekten (28, 30), wobei die Einzelobjekte (28, 30) in einer Ebene angeordnet sind und zwei erste Einzelobjekte (28) parallel zueinander angeordnet sind, und ein zweites Einzelobjekt (30) sich zwischen den zwei ersten Einzelobjekten (28) erstreckt, wobei die Einzelobjekte (28, 30) derart innerhalb der Ebene angeordnet sind, dass sie beim aufgestellten Kalibrierobjekt (32) bezogen auf eine erwartete Scanebene (24), insbesondere eine horizontale Scanebene (24), einen flachen Schnittwinkel (α) mit der erwarteten Scanebene (24) aufweisen. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Bestimmen einer Position (38) eines Einzelobjekts (28, 30) in einer Scanebene (24) eines LiDAR-basierten Umgebungssensors (14), insbesondere zur Verortung eines Kalibierobjekts (3) mit mehreren Einzelobjekten (28, 30) zur Kalibirierung des LiDAR-basierten Umgebungssensors (14), insbesondere mit einem obigen Kalibrierobjekt (32), umfassend die Schritte Aussenden von einer Mehrzahl Laserpulsen in der Scanebene (24) des LiDAR-basierten Umgebungssensors (14), Empfangen von Reflektionen der ausgesendeten Laserpulse aus der Scanebene (24), Bestimmen von Intensitäten (26) der empfangenen Reflektionen, Ermitteln von zu dem Einzelobjekt (28, 30) gehörenden Reflektionen, und Ermitteln der Position (38) des Einzelobjekts (28, 30) basierend auf den Intensitäten (26) der zu dem Einzelobjekt (28, 30) gehörenden empfangenen Reflektionen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrunterstützungssystem (12) zur Durchführung des obigen Verfahrens.The invention relates to a calibration object (32) with at least three elongated individual objects (28, 30), the individual objects (28, 30) being arranged in one plane and two first individual objects (28) being arranged parallel to one another, and a second individual object (30 ) extends between the two first individual objects (28), the individual objects (28, 30) being arranged within the plane in such a way that, when the calibration object (32) is set up, they are in relation to an expected scan plane (24), in particular a horizontal scan plane (24 ), have a shallow intersection angle (α) with the expected scan plane (24). The invention also relates to a method for determining a position (38) of an individual object (28, 30) in a scanning plane (24) of a LiDAR-based environmental sensor (14), in particular for locating a calibration object (3) with a number of individual objects (28, 30 ) for calibrating the LiDAR-based environmental sensor (14), in particular with an above calibration object (32), comprising the steps of emitting a plurality of laser pulses in the scan plane (24) of the LiDAR-based environmental sensor (14), receiving reflections of the emitted laser pulses from the scanning plane (24), determining intensities (26) of the received reflections, determining reflections belonging to the individual object (28, 30), and determining the position (38) of the individual object (28, 30) based on the intensities (26 ) of the received reflections belonging to the individual object (28, 30). The invention also relates to a driving support system (12) for carrying out the above method.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kalibrierobjekt mit wenigstens drei länglichen Einzelobjekten, wobei die Einzelobjekte in einer Ebene angeordnet sind und zwei erste Einzelobjekte parallel zueinander angeordnet sind, und ein zweites Einzelobjekt sich zwischen den zwei ersten Einzelobjekten erstreckt.The present invention relates to a calibration object with at least three elongated individual objects, the individual objects being arranged in one plane and two first individual objects being arranged parallel to one another, and a second individual object extending between the two first individual objects.
Auch betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Einzelobjekts in einer Scanebene eines LiDAR-basierten Umgebungssensors, insbesondere zur Verortung eines Kalibierobjekts mit mehreren Einzelobjekten zur Kalibirierung des LiDAR-basierten Umgebungssensors, insbesondere mit einem obigen Kalibrierobjekt.The present invention also relates to a method for determining a position of an individual object in a scan plane of a LiDAR-based surroundings sensor, in particular for locating a calibration object with several individual objects for calibrating the LiDAR-based surroundings sensor, in particular with a calibration object mentioned above.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrunterstützungssystem mit einem LiDAR-basierten Umgebungssensor und einer Steuereinheit, die über eine Datenverbindung miteinander verbunden sind, wobei der LiDAR-basierte Umgebungssensor ausgeführt ist, aus wenigstens einer Scanebene Reflektionen von ausgesendeten Laserpulsen zu empfangen und Intensitäten der empfangenen Reflektionen zu bestimmen, wobei das Fahrunterstützungssystem ausgeführt ist, das obige Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Einzelobjekts, insbesondere zur Verortung eines Kalibierobjekts mit mehreren Einzelobjekten zur Kalibirierung des LiDAR-basierten Umgebungssensors, durchzuführen.Furthermore, the present invention relates to a driving support system with a LiDAR-based environment sensor and a control unit, which are connected to one another via a data connection, the LiDAR-based environment sensor being designed to receive reflections of emitted laser pulses from at least one scan plane and intensities of the received reflections to determine, wherein the driving support system is designed to carry out the above method for determining a position of an individual object, in particular for locating a calibration object with a plurality of individual objects for calibrating the LiDAR-based environmental sensor.
LiDAR-basierte Umgebungssensoren (Light Detection and Ranging) gewinnen mehr und mehr an Bedeutung in aktuellen Fahrzeugen, um deren Umgebung zu überwachen und Fahrunterstützungssysteme für verschiedene Unterstützungsfunktionen bis hin zum autonomen Fahren zu realisieren. Eine extrinsische Kalibrierung von LiDAR-basierten Umgebungssensoren ist für viele Verwendungszwecke Grundvoraussetzung für deren Einsatz. Ziel ist dabei die Position und Ausrichtung der LiDAR-basierten Umgebungssensoren so genau wie möglich zu bestimmen.LiDAR-based environmental sensors (Light Detection and Ranging) are becoming more and more important in current vehicles in order to monitor their surroundings and implement driving support systems for various support functions up to and including autonomous driving. An extrinsic calibration of LiDAR-based environmental sensors is a prerequisite for their use for many purposes. The aim is to determine the position and orientation of the LiDAR-based environmental sensors as precisely as possible.
Die Kalibirierung ist insbesondere wichtig, wenn an dem Fahrzeug weitere Umgebungssensoren angebracht sind, beispielsweise Kameras, so dass sichergestellt werden kann, dass die Information der verschiedenen Umgebungssensoren in Bezug auf die Umgebung des Fahrzeugs konsistent ist. Die verschiedenen Umgebungssensoren können dann nacheinander oder gleichzeitig kalibriert werden.The calibration is particularly important when other environmental sensors are fitted to the vehicle, for example cameras, so that it can be ensured that the information from the various environmental sensors is consistent in relation to the vehicle's surroundings. The various environmental sensors can then be calibrated sequentially or simultaneously.
Die Kalibrierung kann sowohl im fahrenden Fahrzeug als auch auf einem Kalibrierstand geschehen. Die Kalibrierung im fahrenden Fahrzeug basiert meist auf einem Feature-Tracking-Ansatz basierend auf erkannten Objekten („Features“). Es können beispielsweise besondere Kalibrierobjekte eigens für die Kalibrierung platziert werden. Alternativ können „Alltags“-Objekte, wie Verkehrszeichen, Leitplanken, etc. zur Kalibirierung verwendet werden, die vorzugsweise eine bekannte Ausrichtung (horizontal oder vertikal) aufweisen. Dabei muss die Bewegung des Fahrzeugs mit größtmöglicher Genauigkeit bestimmt werden. Dies erfordert zusätzliche Sensoren, wodurch die Kalibrierung sehr aufwendig wird. Außerdem bergen die Identifikation statischer Objekte und deren Tracking weitere Fehlerquellen.The calibration can take place both in the moving vehicle and on a calibration stand. Calibration in the moving vehicle is mostly based on a feature tracking approach based on detected objects (“features”). For example, special calibration objects can be placed specifically for the calibration. Alternatively, "everyday" objects such as traffic signs, crash barriers, etc. can be used for calibration, which preferably have a known orientation (horizontal or vertical). The movement of the vehicle must be determined with the greatest possible accuracy. This requires additional sensors, which makes the calibration very complex. In addition, the identification of static objects and their tracking contain further sources of error.
Bei der statischen Kalibrierung werden Kalibrierobjekte im Sichtbereich des LiDAR-basierten Umgebungssensors platziert. Durch die Kenntnis der Positionen der Kalibrierobjekte in einem Referenzkoordinatensystem und deren Darstellung in der Punktwolke des LiDAR-basierten Umgebungssensors im LiDAR-Koordinatensystem können die Position und die Ausrichtung des LiDAR-basierten Umgebungssensors im Referenzkoordinatensystem ermittelt werden.With static calibration, calibration objects are placed in the field of view of the LiDAR-based environmental sensor. By knowing the positions of the calibration objects in a reference coordinate system and their representation in the point cloud of the LiDAR-based environmental sensor in the LiDAR coordinate system, the position and alignment of the LiDAR-based environmental sensor in the reference coordinate system can be determined.
Für das Kalibrieren der Umgebungssensoren werden in beiden Fällen vorzugsweise spezielle Kalibrierobjekte verwendet, die durch ihre Gestaltung eine Erfassung durch die Umgebungssensoren und eine exakte Ermittlung von deren Position erleichtern. Vorzugsweise sind die Kalibrierobjekte sowohl zur Erfassung mit LiDAR-basierten Umgebungssensoren wie auch mit Kameras geeignet, um die verschiedenen Umgebungssensoren mit den gleichen Kalibrierobjekten kalibrieren zu können.In both cases, special calibration objects are preferably used for calibrating the environmental sensors, which, due to their design, facilitate detection by the environmental sensors and an exact determination of their position. The calibration objects are preferably suitable both for detection with LiDAR-based environmental sensors and with cameras, in order to be able to calibrate the various environmental sensors with the same calibration objects.
Bei den unterschiedlichen Ansätzen können die Position der Kalibrierobjekte und/oder eindeutige Punkte auf dem Kalibrierobjekt in beiden Koordinatensystemen eindeutig bestimmt werden. Durch einen sogenannten Point-Matching-Algorithmus wird eine Transformation zwischen den beiden Koordinatensystemen und damit die extrinsische Kalibrierung zwischen den Koordinatensystemen bestimmt.With the different approaches, the position of the calibration objects and/or unique points on the calibration object can be uniquely determined in both coordinate systems. A transformation between the two coordinate systems and thus the extrinsic calibration between the coordinate systems is determined by a so-called point-matching algorithm.
Für die Erfassung von Kalibrierobjekten mit dem LiDAR-basierten Umgebungssensor ist das zugrundeliegende Messprinzip der LiDAR-basierten Umgebungssensoren von Bedeutung. In Fahrzeugen verwendete LiDAR-basierte Umgebungssensoren sollen üblicherweise einen großen horizontalen Bereich um das Fahrzeug erfassen. In vertikaler Richtung ist weniger Information erforderlich. Typische LiDAR-basierte Umgebungssensoren erfassen die Umgebung daher in Scanebenen (Layern). Für jede Scanebene wird eine Reihe von Scanpunkten erzeugt, die Laufzeitinformationen von empfangenen Reflektionen und bei neueren LiDAR-basierten Umgebungssensoren zusätzlich eine Intensität der empfangenen Reflektionen enthalten. Die Anzahl an Scanebenen bestimmt hierbei die vertikale Polarwinkel-Auflösung. Die azimutale Auflösung in den einzelnen Scanebenen ist typischerweise signifikant höher.For the detection of calibration objects with the LiDAR-based environmental sensor, the underlying measurement principle of the LiDAR-based environmental sensors is important. LiDAR-based environmental sensors used in vehicles are typically designed to capture a large horizontal area around the vehicle. Less information is required in the vertical direction. Typical LiDAR-based environmental sensors therefore capture the environment in scan planes (layers). A series of scan points is generated for each scan plane, which contains runtime information from received reflections and, in the case of newer LiDAR-based environmental sensors, also an intensity of the received reflections included. The number of scan planes determines the vertical polar angle resolution. The azimuthal resolution in the individual scan planes is typically significantly higher.
Für Multilayer-LiDAR-Sensoren mit hoher polarer Auflösung, d.h. mit mehreren Scanebenen, existiert eine Vielzahl von bekannten Kalibrierobjekten, welche beispielsweise für die statische Kalibrierung verwendet werden können. Zum Beispiel werden Quadrate, Dreiecke oder kreisrunde Ausschnitte verwendet um Punkte im Raum mit dem LiDAR-basierten Umgebungssensor eindeutig zu bestimmen.For multilayer LiDAR sensors with high polar resolution, i.e. with multiple scan planes, there is a large number of known calibration objects that can be used, for example, for static calibration. For example, squares, triangles or circular sections are used to clearly determine points in space with the LiDAR-based environment sensor.
Im Bereich des autonomen Fahrens und Industrieanwendungen werden aus Kostengründen allerdings häufig LiDAR-basierte Umgebungssensoren mit wenigen Scanebenen verwendet. Besonders kostengünstige LiDAR-basierte Umgebungssensoren arbeiten mit nur einer Scanebene. Weniger Scanlinien haben zwar den Vorteil, dass die Umgebung mit einer höheren Frequenz abgetastet werden kann. Allerdings können diese LiDAR-basierten Umgebungssensoren mit solchen bekannten Kalibrierobjekten nicht mit ausreichender Genauigkeit extrinsisch kalibriert werden. Je geringer die vertikale Auflösung der LiDAR-basierten Umgebungssensoren ist, desto schwieriger ist die Bestimmung aller sechs Freiheitsgrade im Rahmen der Kalibrierung. Bei LiDAR-basierten Umgebungssensoren mit nur einer Scanebene ist die Kalibrierung mit solchen bekannten Kalibrierobjekten deutlich erschwert oder sogar ausgeschlossen. Um Formen und Ausrichtungen der Kalibrierobjekte abschätzen zu können, müssen typischerweise mindestens zwei Scan-Ebenen die Kalibrierobjekte schneiden.In the field of autonomous driving and industrial applications, however, LiDAR-based environmental sensors with few scan planes are often used for cost reasons. Particularly cost-effective LiDAR-based environmental sensors work with just one scan plane. Fewer scan lines have the advantage that the environment can be scanned at a higher frequency. However, these LiDAR-based environmental sensors cannot be extrinsically calibrated with sufficient accuracy using such known calibration objects. The lower the vertical resolution of the LiDAR-based environmental sensors, the more difficult it is to determine all six degrees of freedom during calibration. In the case of LiDAR-based environmental sensors with only one scan plane, calibration with such known calibration objects is significantly more difficult or even impossible. In order to be able to estimate the shapes and orientations of the calibration objects, typically at least two scan planes have to intersect the calibration objects.
Zusätzlich besteht das Problem, dass übliche LiDAR-basierte Umgebungssensoren an Kanten von Einzelobjekten ungenaue Laufzeitinformationen liefern, so dass die Zuordnung zu dem Kalibrierobjekt erschwert ist. Eine binäre Ausgabe der diskreten Abtastung der Scanebene mit den Scanpunkten hat zur Folge, dass die Lage der Kanten und darüber die Position des Kalibrierobjekts nur diskret geschätzt werden können. Besonders im Rahmen einer Kalibrierung sind aber besonders hohe Anforderungen an eine Positionsbestimmung der Kalibrierobjekte zu stellen.There is also the problem that conventional LiDAR-based environmental sensors provide inaccurate runtime information at the edges of individual objects, making assignment to the calibration object more difficult. A binary output of the discrete scanning of the scan plane with the scan points means that the position of the edges and above them the position of the calibration object can only be estimated discretely. Particularly in the context of a calibration, however, particularly high demands are made on determining the position of the calibration objects.
In diesem Zusammenhang ist aus der
Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, ein Kalibrierobjekt mit wenigstens drei länglichen Einzelobjekten, ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Einzelobjekts in einer Scanebene eines LiDAR-basierten Umgebungssensors, insbesondere zur Verortung eines Kalibierobjekts mit mehreren Einzelobjekten zur Kalibirierung des LiDAR-basierten Umgebungssensors, insbesondere mit einem obigen Kalibrierobjekt, sowie ein Fahrunterstützungssystem mit einem LiDAR-basierten Umgebungssensor und einer Steuereinheit zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, die die im Stand der Technik vorhandenen Nachteile zumindest teilweise überwinden und insbesondere eine einfache Kalibrierung von Umgebungssensoren für lediglich eine Scanebene ermöglichen.Based on the prior art mentioned above, the invention is therefore based on the object of providing a calibration object with at least three elongated individual objects, a method for determining a position of an individual object in a scan plane of a LiDAR-based environmental sensor, in particular for locating a calibration object with several individual objects Calibration of the LiDAR-based environment sensor, in particular with a calibration object above, and a driving support system with a LiDAR-based environment sensor and a control unit for performing the method, which at least partially overcome the disadvantages of the prior art and in particular a simple calibration of environment sensors for only allow one scan plane.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved according to the invention by the features of the independent claims. Advantageous refinements of the invention are specified in the dependent claims.
Erfindungsgemäß ist somit ein Kalibrierobjekt mit wenigstens drei länglichen Einzelobjekten angegeben, wobei die Einzelobjekte in einer Ebene angeordnet sind und zwei erste Einzelobjekte parallel zueinander angeordnet sind, und ein zweites Einzelobjekt sich zwischen den zwei ersten Einzelobjekten erstreckt. Die Einzelobjekte sind derart innerhalb der Ebene angeordnet, dass sie beim aufgestellten Kalibrierobjekt bezogen auf eine erwartete Scanebene, insbesondere eine horizontale Scanebene, einen flachen Schnittwinkel mit der erwarteten Scanebene aufweisen, insbesondere einen Schnittwinkel von weniger als 45°, vorzugsweise einen Schnittwinkel von weniger als 30°, besonders bevorzugt einen Schnittwinkel von etwa 20°. Der minimale Schnittwinkel hängt ab von der Auflösung des LiDARs und die Größe des Kalibrierobjekts und dessen Einzelobjekte.According to the invention, a calibration object with at least three elongated individual objects is specified, the individual objects being arranged in one plane and two first individual objects being arranged parallel to one another, and a second individual object extending between the two first individual objects. The individual objects are arranged within the plane in such a way that when the calibration object is set up, they have a flat angle of intersection with the expected scan plane, in particular a horizontal scan plane, in particular an angle of intersection of less than 45°, preferably an angle of intersection of less than 30 °, particularly preferably a cutting angle of about 20 °. The minimum intersection angle depends on the resolution of the LiDAR and the size of the calibration object and its individual objects.
Erfindungsgemäß ist außerdem ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Einzelobjekts in einer Scanebene eines LiDAR-basierten Umgebungssensors angegeben, insbesondere zur Verortung eines Kalibierobjekts mit mehreren Einzelobjekten zur Kalibirierung des LiDAR-basierten Umgebungssensors, insbesondere mit einem obigen Kalibrierobjekt, umfassend die Schritte Aussenden von einer Mehrzahl Laserpulsen in der Scanebene des LiDAR-basierten Umgebungssensors, Empfangen von Reflektionen der ausgesendeten Laserpulse aus der Scanebene, Bestimmen von Intensitäten der empfangenen Reflektionen, Ermitteln von zu dem Einzelobjekt gehörenden Reflektionen, und Ermitteln der Position des Einzelobjekts basierend auf den Intensitäten der zu dem Einzelobjekt gehörenden empfangenen Reflektionen.According to the invention, a method for determining a position of an individual object in a scan plane of a LiDAR-based environmental sensor is also specified, in particular for locating a calibration object with a plurality of individual objects for calibrating the LiDAR-based environmental sensor, in particular with an above calibration object, comprising the steps of sending of a plurality of laser pulses in the scan plane of the LiDAR-based environmental sensor, receiving reflections of the emitted laser pulses from the scan plane, determining intensities of the received reflections, determining reflections belonging to the individual object, and determining the position of the individual object based on the intensities of the received reflections belonging to the single object.
Weiter ist erfindungsgemäß ein Fahrunterstützungssystem mit einem LiDAR-basierten Umgebungssensor und einer Steuereinheit, die über eine Datenverbindung miteinander verbunden sind, angegeben, wobei der LiDAR-basierte Umgebungssensor ausgeführt ist, aus wenigstens einer Scanebene Reflektionen von ausgesendeten Laserpulsen zu empfangen und Intensitäten der empfangenen Reflektionen zu bestimmen, wobei das Fahrunterstützungssystem ausgeführt ist, das obige Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Einzelobjekts, insbesondere zur Verortung eines Kalibierobjekts mit mehreren Einzelobjekten zur Kalibirierung des LiDAR-basierten Umgebungssensors, durchzuführen.Furthermore, according to the invention, a driving support system with a LiDAR-based environment sensor and a control unit, which are connected to one another via a data connection, is specified, the LiDAR-based environment sensor being designed to receive reflections of transmitted laser pulses from at least one scan plane and to intensities of the received reflections determine, wherein the driving support system is designed to carry out the above method for determining a position of an individual object, in particular for locating a calibration object with a plurality of individual objects for calibrating the LiDAR-based environmental sensor.
Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es also, eine verbesserte Bestimmbarkeit von Positionen von Einzelobjekten nicht nur die Leistung von LiDAR-basierten Umgebungssensoren als solchen zur Erkennung von Einzelobjekten zu verbessern, sondern insbesondere eine verbesserte Bestimmung von Einzelobjekten von Kalibrierobjekten zu ermöglichen, um so die Leistung von LiDAR-basierten Umgebungssensoren basierend auf einer verbesserten Kalibrierung, die einfach und zuverlässig durchgeführt werden kann, zu erhöhen. Die verbesserte Bestimmung der Position von Einzelobjekten kann dabei durch verschiedene Faktoren einzeln oder in Kombination erreicht werden.The basic idea of the present invention is therefore to improve the ability to determine the positions of individual objects not only to improve the performance of LiDAR-based environmental sensors as such for the detection of individual objects, but in particular to enable an improved determination of individual objects from calibration objects in order to improve the performance of LiDAR-based environmental sensors based on an improved calibration that can be performed easily and reliably. The improved determination of the position of individual objects can be achieved individually or in combination by various factors.
Einzelne Reflektionen der ausgesendeten Laserpulse aus der Scanebene, die mit dem LiDAR-basierten Umgebungssensor empfangen werden, werden im Weiteren auch als Scanpunkte bezeichnet.Individual reflections of the emitted laser pulses from the scan plane, which are received with the LiDAR-based environmental sensor, are also referred to as scan points in the following.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft dabei die Bereitstellung eines verbesserten Kalibierobjekts. Im Stand der Technik sind Kalibrierobjekte verbreitet, die zur Kalibrierung von LiDAR-basierten Umgebungssensoren mit horizontalen Scanebenen zwei senkrechte Einzelobjekte aufweisen. Deren Position kann aber nur ungenau bestimmt werden, da nur wenige Reflektionen, im ungünstigsten Fall nur eine Reflektion, von dem Einzelobjekt empfangen werden. Damit kann sich eine Unsicherheit in Bezug auf die Position des Einzelobjekts im Bereich von einem Winkelabstand zwischen benachbarten Scanpunkten ergeben. Durch die vorgeschlagene Ausrichtung der Einzelobjekte mit einem flachen Schnittwinkel kann sichergestellt werden, dass eine erhöhte Anzahl von Reflektionen von dem Einzelobjekt erfasst wird, so dass sich dessen Position basierend auf diesen Reflektionen verbessert bestimmen lässt. Eine weitere Verbesserung kann erzielt werden, wenn zusätzlich Intensitäten der empfangenen Reflektionen betrachtet werden, da Reflektionen von Laserpulsen, die nur teilweise das Einzelobjekt erfassen, durch ihre unterschiedlichen Intensitäten eine verbesserte Bestimmung der Position des Einzelobjekts ermöglichen. Es erfolgt also nicht nur eine binäre Unterscheidung zwischen Scanpunkten, die das Einzelobjekt erfassen, und Scanpunkten, die das Einzelobjekt nicht erfassen, sondern es kann auch ein Grad der Abdeckung des Einzelobjekts bestimmt werden.A first aspect of the present invention relates to the provision of an improved calibration object. Calibration objects that have two vertical individual objects for calibrating LiDAR-based environmental sensors with horizontal scanning planes are widespread in the prior art. However, their position can only be determined imprecisely, since only a few reflections, in the worst case only one reflection, are received from the individual object. This can result in an uncertainty with regard to the position of the individual object in the range of an angular distance between adjacent scan points. The proposed alignment of the individual objects with a flat angle of intersection can ensure that an increased number of reflections from the individual object is detected, so that its position can be better determined based on these reflections. A further improvement can be achieved if the intensities of the received reflections are also considered, since reflections from laser pulses, which only partially detect the individual object, allow an improved determination of the position of the individual object due to their different intensities. There is therefore not only a binary distinction between scan points that capture the individual object and scan points that do not capture the individual object, but a degree of coverage of the individual object can also be determined.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Betrachtung von Intensitäten der empfangenen Reflektionen. Dadurch können Scanpunkte, die nur teilweise das Einzelobjekt erfassen, durch die Bestimmung ihrer Intensitäten dazu beitragen, die Position des Einzelobjekts zu bestimmen. Es erfolgt also nicht nur eine binäre Unterscheidung zwischen Scanpunkten, die das Einzelobjekt erfassen, und Scanpunkten, die das Einzelobjekt nicht erfassen, sondern es kann auch ein Grad der Abdeckung des Einzelobjekts bestimmt werden. Im Ergebnis ergibt sich eine erhöhte Zahl von Scanpunkten, die zur Ermittlung der Position des Einzelobjekts beitragen und die Ermittlung der Position des Einzelobjekts mit einer verbesserten Genauigkeit ermöglichen. Eine weitere Verbesserung kann erzielt werden, wenn zusätzlich ein oben beschriebenes verbessertes Kalibierobjekt verwendet wird. Durch die vorgeschlagene Ausrichtung der Einzelobjekte mit einem flachen Schnittwinkel kann sichergestellt werden, dass eine erhöhte Anzahl von Reflektionen der Laserpulse an dem Einzelobjekt erfasst wird, so dass sich dessen Position basierend auf diesen Reflektionen verbessert bestimmen lässt. Darüber hinaus können die Reflektionen mit ihrer unterschiedlichen Intensität im Randbereich der Einzelobjekte zur Ermittlung der Position des jeweiligen Einzelobjekts beitragen.A second aspect of the present invention concerns the consideration of intensities of the received reflections. As a result, scan points that only partially cover the individual object can contribute to determining the position of the individual object by determining their intensities. There is therefore not only a binary distinction between scan points that capture the individual object and scan points that do not capture the individual object, but a degree of coverage of the individual object can also be determined. The result is an increased number of scan points, which contribute to determining the position of the individual object and enable the position of the individual object to be determined with improved accuracy. A further improvement can be achieved if an improved calibration object described above is also used. The proposed alignment of the individual objects with a flat angle of intersection can ensure that an increased number of reflections of the laser pulses on the individual object is detected, so that its position can be better determined based on these reflections. In addition, the reflections with their different intensities in the edge area of the individual objects can contribute to determining the position of the respective individual object.
In beiden Aspekten kann also eine erhöhte Anzahl von Reflektionen von dem entsprechenden Einzelobjekt empfangen und diesem zugeordnet werden. Bei einer Berücksichtigung der Intensitäten der empfangenen Reflektionen können somit auch solche Reflektionen zur Ermittlung der Position des jeweiligen Einzelobjekts herangezogen werden, die im Stand der Technik nicht verwendbar sind, d.h. Reflektionen von Laserpulsen, die das Einzelobjekt aufgrund ihrer realen Ausdehnung nur teilweise treffen, können zusätzlich berücksichtigt werden und über ihre Intensität zusätzliche Informationen zur Ermittlung der Position des Einzelobjekts liefern.In both aspects, an increased number of reflections can therefore be received from the corresponding individual object and assigned to it. If the intensities of the received reflections are taken into account, those reflections that cannot be used in the prior art can also be used to determine the position of the respective individual object, i.e. reflections of laser pulses that only partially hit the individual object due to their real extent can also be used are taken into account and their intensity provide additional information for determining the position of the individual object.
Zusätzlich erleichtert eine erhöhte Anzahl von Reflektionen von dem entsprechenden Einzelobjekt eine Erkennung des jeweiligen Einzelobjekts und darüber das Ermitteln von zu dem Einzelobjekt gehörenden Reflektionen. Insbesondere wird eine automatische Erkennung des jeweiligen Einzelobjekts erleichtert. Dabei kann prinzipiell auf besonderes Vorab-Wissen in Bezug auf die Position der Einzelobjekte verzichtet werden.In addition, an increased number of reflections from the corresponding individual object makes it easier to identify the respective individual object and, via this, to determine reflections belonging to the individual object. In particular, automatic recognition of the respective individual object is facilitated. In principle, special prior knowledge with regard to the position of the individual objects can be dispensed with.
Von einem flachen Schnittwinkel im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ausgegangen, wenn eine Abweichung von einem rechten Winkel vorliegt, so dass eine Schnittlänge mit der Scanebene erhöht wird. Bei einer größeren Abweichung ergibt sich eine größere Schnittlänge, so dass mehr Reflektionen von dem Einzelobjekt empfangen werden und die Positionsermittlung verbessert wirdA flat cutting angle within the meaning of the present invention is assumed if there is a deviation from a right angle, so that a cutting length with the scan plane is increased. A larger deviation results in a larger cut length, so that more reflections are received from the individual object and the determination of the position is improved
Allerdings muss der Schnittwinkel der Einzelobjekte bei dem Kalibrierobjekt so gewählt sein, dass er von der erwarteten Scanebene unterscheidbar ist, d.h. er ist beispielsweise bei einer erwarteten horizontalen Scanebene mit einem Toleranzbereich der Scanebene größer als der Toleranzbereich. Beispielsweise ist der Schnittwinkel doppelt so groß gewählt wie der Toleranzbereich.However, the intersection angle of the individual objects in the calibration object must be selected in such a way that it can be distinguished from the expected scan plane, i.e. it is larger than the tolerance range for an expected horizontal scan plane with a tolerance range of the scan plane. For example, the cutting angle is twice as large as the tolerance range.
Die ersten Einzelobjekte und das zweite Einzelobjekt können unabhängige Schnittwinkel aufweisen.The first individual objects and the second individual object can have independent angles of intersection.
Jedes der Einzelobjekte hat vorzugsweise eine jeweils gleichmäßige Erstreckung quer zu seiner Längsrichtung, d.h. die Einzelobjekte haben jeweils eine Breite, die sich über ihre Länge nicht ändert. Die Breite der Einzelobjekte kann dabei unterschiedlich gewählt sein.Each of the individual objects preferably has a uniform extension transversely to its longitudinal direction, i.e. the individual objects each have a width that does not change over their length. The width of the individual objects can be chosen differently.
Bei dem Kalibrierobjekt können die Einzelobjekte zumindest teilweise miteinander verbunden sein. Alternativ können die Einzelobjekte separat angeordnet sein und zusammen das Kalibrierobjekt bilden. Es ergibt sich zumindest in gedachter Verlängerung der Einzelobjekte ein Schnittpunkt des zweiten Einzelobjekts mit den zwei ersten Einzelobjekten.In the case of the calibration object, the individual objects can be at least partially connected to one another. Alternatively, the individual objects can be arranged separately and together form the calibration object. At least in the imaginary extension of the individual objects, there is an intersection of the second individual object with the two first individual objects.
Bei der Bestimmung der Position des Einzelobjekts in der Scanebene wie auch des Kalibrierobjekts ist es erforderlich, dass die Scanebene das Einzelobjekt bzw. das Kalibrierobjekt schneidet, wobei die Scanebene bei dem Kalibrierobjekt alle Einzelobjekte schneiden muss. Das Scanobjekt muss daher entsprechend ausgerichtet und positioniert werden.When determining the position of the individual object in the scan plane and of the calibration object, it is necessary for the scan plane to intersect the individual object or the calibration object, with the scan plane having to intersect all individual objects in the calibration object. The scan object must therefore be aligned and positioned accordingly.
Die Steuereinheit umfasst einen Prozessor und einen Speicher, um ein Programm zur Durchführung einer Unterstützungsfunktion des Fahrunterstützungssystems auszuführen. Die Steuereinheit verarbeitet von dem LiDAR-basierten Umgebungssensor bereitgestellte Sensorinformation.The control unit includes a processor and a memory to execute a program for performing an assistance function of the driving assistance system. The control unit processes sensor information provided by the LiDAR-based environmental sensor.
Die Datenverbindung ist beispielsweise nach der Art eines im Automobilbereich üblichen Bussystems ausgeführt. Verschiedene Bussysteme wie CAN, FlexRay, LON oder andere sind in diesem Zusammenhang bekannt.The data connection is designed, for example, in the manner of a bus system that is customary in the automotive sector. Various bus systems such as CAN, FlexRay, LON or others are known in this context.
LiDAR-basierte Umgebungssensoren sind als solche bekannt. Das Verfahren kann mit LiDAR-basierten Umgebungssensoren mit einer oder mit mehreren Scanebenen durchgeführt werden, wobei eine Scanebene ausreichend ist, um die Position des Einzelobjekts zu ermitteln. Bei einer Betrachtung mehrerer Scanebenen kann die Position des Einzelobjekts typischerweise mit einer erhöhten Genauigkeit ermittelt werden. Dabei können jedoch nur solche Scanebenen betrachtet werden, die das Einzelobjekt bzw. das Kalibrierobjekt schneiden.LiDAR-based environmental sensors are known as such. The method can be performed with LiDAR-based environment sensors with one or more scan planes, with one scan plane being sufficient to determine the position of the individual object. When considering multiple scan planes, the position of the individual object can typically be determined with increased accuracy. However, only those scan planes that intersect the individual object or the calibration object can be considered.
Das Aussenden der Mehrzahl Laserpulse erfolgt in der Scanebene des LiDAR-basierten Umgebungssensors, d.h. die Scanebene wird jeweils durch eine Ausbreitung der Laserpulse definiert. Die die ausgesendeten Laserpulse haben vorzugsweise die gleiche Intensität. Bei LiDAR-basierten Umgebungssensoren mit mehreren Scanebenen können Scanpunkte der einzelnen Scanebenen nacheinander oder in einer beliebigen Reihenfolge erfasst werden. Es kann jeweils ein Laserpuls zu einem Zeitpunkt ausgesendet werden, so dass ausgehend davon eine Reflektion empfangen wird. Alternativ können mehrere Laserpulse gleichzeitig ausgesendet und davon ausgehend mehrere Reflektionen empfangen werden. Dazu kann beispielsweise ein einzelner Laserpuls in mehrere Laserpulse aufgesplittet werden.The majority of laser pulses are emitted in the scan plane of the LiDAR-based environmental sensor, i.e. the scan plane is defined by the propagation of the laser pulses. The emitted laser pulses preferably have the same intensity. For LiDAR-based environmental sensors with multiple scan planes, scan points of each scan plane can be acquired sequentially or in any order. One laser pulse can be emitted at a time so that a reflection is received based on it. Alternatively, several laser pulses can be emitted simultaneously and, based on this, several reflections can be received. For this purpose, for example, a single laser pulse can be split into several laser pulses.
Die Scanebene ist typischerweise eine im Wesentlichen horizontal ausgerichtete Ebene, wobei aber basierend auf einer fehlerhaften Ausrichtung des LiDAR-basierten Umgebungssensors an dem Fahrzeug und/oder von Abweichungen bei Herstellung und Montage des LiDAR-basierten Umgebungssensors Abweichungen der Scanebene aus der Horizontalen möglich sind. Prinzipiell sind auch vertikale oder diagonale Scanebenen denkbar.The scan plane is typically a substantially horizontally oriented plane, however, deviations in the scan plane from horizontal are possible based on misalignment of the LiDAR-based environmental sensor on the vehicle and/or variations in manufacturing and assembly of the LiDAR-based environmental sensor. In principle, vertical or diagonal scanning planes are also conceivable.
Das Empfangen von Reflektionen der ausgesendeten Laserpulse aus der Scanebene umfasst typischerweise eine Laufzeiterfassung von dem Aussenden der Laserpulse bis zum Empfang der entsprechenden Reflektionen, um darauf basierend einen Abstand eines Objekts, an dem der Laserpuls reflektiert wurde, zu bestimmen.Receiving reflections of the emitted laser pulses from the scan plane typically includes a runtime detection from the emission of the laser pulses to the receipt of the corresponding reflections in order to determine a distance of an object at which the laser pulse was reflected based thereon.
Das Bestimmen von Intensitäten der empfangenen Reflektionen erfolgt vorzugsweise als integraler Schritt beim Empfangen der Reflektionen der ausgesendeten Laserpulse aus der Scanebene.Intensities of the received reflections are preferably determined as integral step in receiving the reflections of the emitted laser pulses from the scan plane.
Das Ermitteln von zu dem Einzelobjekt gehörenden Reflektionen kann auf verschiedene Weisen basierend auf Intensitäten und/oder Laufzeiten der empfangenen Reflektionen erfolgen.Reflections belonging to the individual object can be determined in various ways based on intensities and/or propagation times of the received reflections.
Das Ermitteln der Position des Einzelobjekts basierend auf den Intensitäten der zu dem Einzelobjekt gehörenden empfangenen Reflektionen kann auf unterschiedliche Weisen erfolgen, wie nachstehend beispielhaft ausgeführt ist.The position of the individual object can be determined based on the intensities of the received reflections belonging to the individual object in different ways, as is explained below by way of example.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Kalibrierobjekt zumindest an der Seite der Ebene für die Einzelobjekte eine Oberfläche, insbesondere als Beschichtung, mit einer hohen Reflektivität für abgestrahlte Laserpulse auf. Durch die hohe Reflektivität für abgestrahlte Laserpulse kann eine einfache Erkennung der Einzelobjekte erfolgen, wenn diese gegenüber Oberflächen mit „natürlichen“ Reflektivitäten eine besonders hohe Reflektivität aufweisen. Reflektionen mit besonders hohen Intensitäten können somit als zu dem Einzelobjekt gehörend erkannt werden. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, einen großen Dynamikbereich der Intensitäten der Reflektionen zu erzeugen und entsprechend auszuwerten, so dass die Position des Einzelobjekts zuverlässig ermittelt werden kann. Solche hohen Reflektivitäten betreffen insbesondere Reflektivitäten, die in „natürlichen“ Umgebungen praktisch nicht erreicht werden.In an advantageous embodiment of the invention, the calibration object has a surface, in particular as a coating, with a high reflectivity for emitted laser pulses, at least on the side of the plane for the individual objects. Due to the high reflectivity for emitted laser pulses, individual objects can be easily detected if they have a particularly high reflectivity compared to surfaces with "natural" reflectivities. Reflections with particularly high intensities can thus be identified as belonging to the individual object. In addition or as an alternative, it is possible to generate a large dynamic range of the intensities of the reflections and to evaluate them accordingly, so that the position of the individual object can be reliably determined. Such high reflectivities relate in particular to reflectivities that are practically unachievable in “natural” environments.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Kalibrierobjekt als Kalibriertafel ausgeführt, und die Einzelobjekte sind durch die Oberfläche mit einer hohen Reflektivität für abgestrahlte Laserpulse auf der Kalibriertafel ausgebildet. Die Einzelobjekte können somit beispielsweise allein durch das Aufbringen einer Beschichtung mit einer hohen Reflektivität auf der Kalibriertafel gebildet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Kalibriertafel aus den Einzelobjekten mit einer Oberfläche mit einer hohen Reflektivität und Teilen mit einer Oberfläche mit einer niedrigen Reflektivität zusammengesetzt werden. Durch die Verwendung der Kalibriertafel kann eine Fokussierung auf die Intensitäten der Reflektionen erfolgen. Die Intensitäten der Reflektionen können somit zuverlässig für das Einzelobjekt bestimmt werden, wenn teilweise Reflektionen an dem Einzelobjekt aufgrund einer übereinstimmenden Laufzeit noch dem Einzelobjekt zugerechnet werden können bzw. für die Ermittlung von dessen Position verwendet werden können. Die Reflektionen an der Kalibriertafel weisen alle die gleiche Laufzeit auf und unterscheiden sich somit in Ihrer Intensität, wobei Reflektionen an dem Einzelobjekt eine hohe Intensität aufweisen, teilweise Reflektionen an dem Einzelobjekt eine niedrigere Intensität aufweisen, und Reflektionen an der Kalibriertafel, die nicht von dem Einzelobjekt stammen, eine niedrigste Intensität bezogen auf die Kalibriertafel aufweisen.In an advantageous embodiment of the invention, the calibration object is designed as a calibration panel, and the individual objects are formed on the calibration panel by the surface with a high reflectivity for emitted laser pulses. The individual objects can thus be formed, for example, simply by applying a coating with a high level of reflectivity to the calibration panel. Alternatively or additionally, the calibration table can be composed of the individual objects with a surface with a high reflectivity and parts with a surface with a low reflectivity. By using the calibration panel, the intensities of the reflections can be focused. The intensities of the reflections can thus be reliably determined for the individual object if partial reflections on the individual object can still be attributed to the individual object due to a matching propagation time or can be used to determine its position. The reflections on the calibration panel all have the same transit time and therefore differ in their intensity, with reflections on the individual object having a high intensity, some reflections on the individual object having a lower intensity, and reflections on the calibration panel that are not from the individual object originate, have a lowest intensity relative to the calibration panel.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Kalibrierobjekt mit einer dreidimensionalen Struktur ausgeführt und die Einzelobjekte bilden die dreidimensionale Struktur. Die dreidimensionale Struktur wird also von den länglichen Einzelobjekten erzeugt, die beispielsweise als Balken oder Leisten ausgebildet sind. Die länglichen Einzelobjekte können beispielsweise an ihren Enden zur Bildung des Kalibrierobjekts miteinander verbunden sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Kalibrierobjekt beispielsweise eine Rahmenstruktur oder eine Stützstruktur aufweisen, an der die Einzelobjekte zur Bildung des Kalibrierobjekts gehalten sind. Alternative Anordnungen der Einzelobjekte sind ebenfalls möglich. Durch die dreidimensionale Struktur können Reflektionen an den Einzelobjekten nicht nur basierend auf der Intensität der Reflektionen, sondern zusätzlich unter Berücksichtigung von unterschiedlichen Laufzeiten der Reflektionen, die nicht von den Einzelobjekten stammen, unterschieden werden. Die Rahmenstruktur oder Stützstruktur ist vorzugsweise mit gegenüber den Einzelobjekten geringen Abmessungen ausgeführt, um Reflektionen daran zu vermeiden.In an advantageous embodiment of the invention, the calibration object is designed with a three-dimensional structure and the individual objects form the three-dimensional structure. The three-dimensional structure is thus generated by the elongated individual objects, which are designed, for example, as beams or strips. The elongated individual objects can, for example, be connected to one another at their ends to form the calibration object. Additionally or alternatively, the calibration object can have a frame structure or a support structure, for example, on which the individual objects are held to form the calibration object. Alternative arrangements of the individual objects are also possible. Due to the three-dimensional structure, reflections on the individual objects can be distinguished not only based on the intensity of the reflections, but also taking into account different propagation times of the reflections that do not originate from the individual objects. The frame structure or support structure is preferably designed with small dimensions compared to the individual objects in order to avoid reflections on it.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Ermitteln von zu dem Einzelobjekt gehörenden Reflektionen ein Vergleichen von Laufzeiten der empfangenen Reflektionen. Beispielsweise kann eine Reflektion als zu dem Einzelobjekt gehörend ermittelt werden, wenn diese Reflektion eine abweichende Laufzeit vom Aussenden des Laserpulses bis zum Empfang der Reflektion verglichen mit benachbarten Reflektionen aufweist. Entsprechend kann eine Gruppe von benachbarten Reflektionen aus der Scanebene als zu dem Einzelobjekt gehörend ermittelt werden, wenn diese Reflektionen die gleiche Laufzeit aufweisen und/oder wenn diese Reflektionen eine abweichende Laufzeit verglichen mit benachbarten Reflektionen aufweisen. Ein grober Abgleich der Position mit einer erwarteten Position des Einzelobjekts kann bei der Ermittlung der Reflektionen, die zu dem Einzelobjekt gehören, helfen. Insbesondere bei der Kalibirierung kann das Einzelobjekt in einem Bereich positioniert sein, in dem es keine weiteren Einzelobjekte in einem bestimmten Entfernungsbereich gibt, was bei der Bestimmung des Einzelobjekts und dem Ermitteln von zu dem Einzelobjekt gehörenden Reflektionen helfen kann, insbesondere um eine automatische Erkennung des Einzelobjekts eine Ermittlung von zu dem Einzelobjekt gehörenden Reflektionen durchzuführen.In an advantageous embodiment of the invention, the determination of reflections belonging to the individual object includes a comparison of propagation times of the received reflections. For example, a reflection can be determined as belonging to the individual object if this reflection has a different propagation time from the emission of the laser pulse to the reception of the reflection compared to neighboring reflections. Correspondingly, a group of adjacent reflections from the scan plane can be determined as belonging to the individual object if these reflections have the same propagation time and/or if these reflections have a deviating propagation time compared to neighboring reflections. A rough comparison of the position with an expected position of the individual object can help in determining the reflections associated with the individual object. In particular during the calibration, the individual object can be positioned in an area in which there are no other individual objects within a certain distance range, which can help to identify the individual object and determine reflections belonging to the individual object, in particular to automatically identify the individual object to carry out a determination of reflections belonging to the individual object.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Ermitteln von zu dem Einzelobjekt gehörenden Reflektionen ein Vergleichen der Intensitäten der empfangenen Reflektionen. Reflektionen mit ähnlichen Intensitäten können zusammen dem Einzelobjekt zugerechnet werden. Beispielsweise kann eine Gruppe von benachbarten Reflektionen aus der Scanebene als zu dem Einzelobjekt gehörend ermittelt werden, wenn diese Reflektionen näherungsweise die gleiche Intensität aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Gruppe von benachbarten Reflektionen aus der Scanebene als zu dem Einzelobjekt gehörend ermittelt werden, wenn diese Reflektionen gegenüber benachbarten Reflektionen eine erhöhte Intensität aufweisen. Weiter alternativ oder zusätzlich kann ein Verlauf der Intensitäten betrachtet werden, um zu dem Einzelobjekt gehörende Reflektionen zu ermitteln. Dadurch können insbesondere Scanpunkte an Rändern oder Kanten des Einzelobjekts erkannt und dem entsprechenden Einzelobjekt zuverlässig zugeordnet werden. Ein grober Abgleich einer erwarteten Position des Einzelobjekts mit Positionen der Reflektionen in der Scanebene kann bei der Ermittlung der Reflektionen, die zu dem Einzelobjekt gehören, helfen. Insbesondere kann dies eine automatische Ermittlung der Reflektionen, die zu dem Einzelobjekt gehören, ermöglichen. Insbesondere bei der Kalibirierung können mehrere Einzelobjekte in einem Bereich positioniert sein, in dem es keine weiteren Einzelobjekte mit einer ähnlichen Reflektivität gibt, was bei einer Erkennung des Einzelobjekts und dem Ermitteln von zu dem Einzelobjekt gehörenden Reflektionen helfen kann. Darüber hinaus kann die Intensität helfen, das Einzelobjekt als solches zu erkennen. Beispielsweise kann das Einzelobjekt eine besonders hohe Reflektivität für abgestrahlte Laserpulse aufweisen, so dass Reflektionen an dem Einzelobjekt eine besonders hohe Intensität aufweisen. Dadurch können Reflektionen an dem Einzelobjekt von Reflektionen an „natürlichen“ Objekten unterschieden werden, die üblicherweise eine niedrigere Reflektivität aufweisen.In an advantageous embodiment of the invention, the determination of the individual object includes associated reflections comparing the intensities of the received reflections. Reflections with similar intensities can be attributed together to the individual object. For example, a group of adjacent reflections from the scan plane can be determined as belonging to the individual object if these reflections have approximately the same intensity. Alternatively or additionally, a group of adjacent reflections from the scan plane can be determined as belonging to the individual object if these reflections have an increased intensity compared to adjacent reflections. As a further alternative or in addition, a profile of the intensities can be considered in order to determine reflections belonging to the individual object. In this way, in particular, scan points on edges or edges of the individual object can be recognized and reliably assigned to the corresponding individual object. A rough comparison of an expected position of the individual object with positions of the reflections in the scan plane can help in determining the reflections that belong to the individual object. In particular, this can enable automatic determination of the reflections that belong to the individual object. In particular during calibration, a number of individual objects can be positioned in an area in which there are no other individual objects with a similar reflectivity, which can help to identify the individual object and to determine reflections belonging to the individual object. In addition, the intensity can help to recognize the individual object as such. For example, the individual object can have a particularly high reflectivity for emitted laser pulses, so that reflections on the individual object have a particularly high intensity. As a result, reflections on the individual object can be distinguished from reflections on "natural" objects, which usually have a lower reflectivity.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Ermitteln der Position des Einzelobjekts basierend auf den Intensitäten der zu dem Einzelobjekt gehörenden empfangenen Reflektionen ein Ermitteln der zu dem Einzelobjekt gehörenden empfangenen Reflektion mit der höchsten Intensität als Position des Einzelobjekts. Die Reflektion mit der höchsten Intensität wird als eine Mittelposition des Einzelobjekts angesehen. Insbesondere wenn nur wenige Reflektionen von dem Einzelobjekt empfangen werden, kann somit die Position des Einzelobjekts auf einfache Weise ermittelt werden. Laserpulse, die aufgrund einer realen Ausdehnung der Laserpulse teilweise auf einem Rand- oder Kantenbereich des Einzelobjekts treffen, führen zu Reflektionen mit einer verringerten Intensität gegenüber Reflektionen von Laserpulsen, die vollumfänglich auf das Einzelobjekt treffen, so dass eine maximale Intensität die Position des Einzelobjekts angeben kann.In an advantageous embodiment of the invention, determining the position of the individual object based on the intensities of the received reflections belonging to the individual object includes determining the received reflection belonging to the individual object with the highest intensity as the position of the individual object. The reflection with the highest intensity is taken as a middle position of the single object. The position of the individual object can thus be determined in a simple manner, in particular if only a few reflections are received from the individual object. Laser pulses which, due to a real expansion of the laser pulses, partially hit a border or edge area of the individual object, lead to reflections with a reduced intensity compared to reflections of laser pulses which hit the individual object in their entirety, so that a maximum intensity can indicate the position of the individual object .
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Ermitteln der Position des Einzelobjekts basierend auf den Intensitäten der zu dem Einzelobjekt gehörenden empfangenen Reflektionen ein Ermitteln eines Verlaufs der Intensität über die zu dem Einzelobjekt gehörenden empfangenen Reflektionen und eines Höchstwerts des ermittelten Verlaufs der Intensität als Position des Einzelobjekts. Der Verlauf der Intensität kann beispielsweise als Interpolation der Intensitäten für die zu dem Einzelobjekt gehörenden Reflektionen ermittelt werden. Verschiedene mathematische Methoden zur Interpolation sind als solche dem Fachmann bekannt und können verwendet werden. Vorzugsweise weist der Verlauf der Intensität einen Peak auf, dessen Scheitel den Höchstwert angibt.In an advantageous embodiment of the invention, determining the position of the individual object based on the intensities of the received reflections belonging to the individual object includes determining an intensity profile over the received reflections belonging to the individual object and a maximum value of the determined intensity profile as the position of the individual object. The course of the intensity can be determined, for example, as an interpolation of the intensities for the reflections belonging to the individual object. Various mathematical methods for interpolation are known per se to those skilled in the art and can be used. Preferably, the intensity profile has a peak whose apex indicates the maximum value.
Alternativ oder zusätzlich kann die Position des Einzelobjekts basierend auf den Intensitäten der zu dem Einzelobjekt gehörenden empfangenen Reflektionen als Mittelpunkt zwischen Rändern oder Kanten des Einzelobjekts ermittelt werden. Dadurch die Position des Einzelobjekts zuverlässig ermittelt werden, wenn mehrere Laserpulse vollständig auf das Einzelobjekt treffen, so dass kein Peak des Verlaufs der Intensität mit einem scharfen Maximum entsteht.As an alternative or in addition, the position of the individual object can be determined based on the intensities of the received reflections belonging to the individual object as the center point between edges or borders of the individual object. As a result, the position of the individual object can be reliably determined when a plurality of laser pulses completely hit the individual object, so that no peak of the intensity profile with a sharp maximum arises.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. Die dargestellten Merkmale können sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen. Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele sind übertragbar von einem Ausführungsbeispiel auf ein anderes.The invention is explained in more detail below with reference to the attached drawing based on preferred embodiments. The features shown can represent an aspect of the invention both individually and in combination. Features of different exemplary embodiments can be transferred from one exemplary embodiment to another.
Es zeigt
-
1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem Fahrunterstützungssystem mit einem LiDAR-basierten Umgebungssensor und einer Steuereinheit, die über eine Datenverbindung miteinander verbunden sind, gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform, -
2 eine schematische Darstellung eines Kalibierobjekts gemäß einer zweiten Ausführungsform mit drei länglichen Einzelobjekten, wobei die Einzelobjekte in einer Ebene angeordnet sind und zwei erste Einzelobjekte parallel zueinander angeordnet sind, und ein zweites Einzelobjekt sich zwischen den zwei ersten Einzelobjekten erstreckt, -
3 eine schematische Darstellung eines Kalibierobjekts gemäß einer dritten Ausführungsform mit drei länglichen Einzelobjekten, wobei die Einzelobjekte in einer Ebene angeordnet sind und zwei erste Einzelobjekte parallel zueinander angeordnet sind, und ein zweites Einzelobjekt sich zwischen den zwei ersten Einzelobjekten erstreckt, und wobei die Einzelobjekte an ihren Enden miteinander verbunden sind, -
4 eine schematische Darstellung von zwei unterschiedlich ausgerichteten Einzelobjekten in Bezug auf eine Scanebene des LiDAR-basierten Umgebungssensors der ersten Ausführungsform, mit jeweils einer Kurve eines Verlaufs einer Intensität basierend auf empfangenen Reflektionen in der Scanebene, -
5 eine schematische Darstellung des Kalibierobjekts aus Figur zwei mit einer zusätzlichen Kurve eines Verlaufs einer Intensität basierend auf empfangenen Reflektionen in der Scanebene, -
6 eine schematische Darstellung eines Kalibierobjekts gemäß einer vierten Ausführungsform mit drei länglichen Einzelobjekten, wobei die Einzelobjekte in einer Ebene angeordnet sind und zwei erste Einzelobjekte parallel zueinander angeordnet sind, und ein zweites Einzelobjekt sich zwischen den zwei ersten Einzelobjekten erstreckt, mit einer Kurve eines Verlaufs einer Intensität basierend auf empfangenen Reflektionen in einer Scanebene, und -
7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Position von Einzelobjekten in einer Scanebene des LiDAR-basierten Umgebungssensors des ersten Ausführungsbeispiels.
-
1 a schematic view of a vehicle with a driving support system with a LiDAR-based environment sensor and a control unit, which are connected to one another via a data connection, according to a first preferred embodiment, -
2 a schematic representation of a calibration object according to a second embodiment with three elongated individual objects, the individual objects being arranged in one plane and two first individual objects being arranged parallel to one another, and a second individual object extending between the two first individual objects, -
3 a schematic representation of a calibration object according to a third embodiment with three elongated individual objects, wherein the individual objects are arranged in one plane are net and two first individual objects are arranged parallel to one another, and a second individual object extends between the two first individual objects, and the individual objects are connected to one another at their ends, -
4 a schematic representation of two differently aligned individual objects in relation to a scan plane of the LiDAR-based environmental sensor of the first embodiment, each with a curve of a course of an intensity based on received reflections in the scan plane, -
5 a schematic representation of the calibration object from FIG. 2 with an additional curve of a course of an intensity based on received reflections in the scan plane, -
6 a schematic representation of a calibration object according to a fourth embodiment with three elongated individual objects, wherein the individual objects are arranged in one plane and two first individual objects are arranged parallel to one another, and a second individual object extends between the two first individual objects, with a curve of a course of an intensity based on received reflections in a scan plane, and -
7 a flow chart of a method for determining a position of individual objects in a scan plane of the LiDAR-based surroundings sensor of the first exemplary embodiment.
Die
Das Fahrunterstützungssystem 12 umfasst einen LiDAR-basierten Umgebungssensor 14 und eine Steuereinheit 16, die über eine Datenverbindung 18 miteinander verbunden sind.The driving
Der LiDAR-basierte Umgebungssensor 14 ist ausgeführt ist, eine Umgebung 20 des Fahrzeugs 10 zu erfassen. Die Erfassung erfolgt mit Scanpunkten 22 in einer Scanebene 24, indem Laserpulse in der Scanebene 24 ausgesendet werden und Reflektionen der ausgesendeten Laserpulse in der Scanebene 24 empfangen werden. Die Scanpunkte 22 werden durch die empfangenen Reflektionen der ausgesendeten Laserpulse in der Scanebene 24. Die Scanebene 24 wird durch die ausgesendeten Laserpulse und die empfangenen Reflektionen aufgespannt. In der Scanebene 24 werden die Laserpulse mit einem gleichmäßigen Winkelabstand ausgesendet. Zusätzlich könne mit dem LiDAR-basierten Umgebungssensor 14 Intensitäten 26 der empfangenen Reflektionen bestimmt werden. Entsprechende LiDAR-basierte Umgebungssensoren 14 sind als solche bekannt.The LiDAR-based
Die Steuereinheit 16 umfasst einen Prozessor und einen Speicher, um ein Programm zur Durchführung einer Unterstützungsfunktion des Fahrunterstützungssystems 12 auszuführen. Die Steuereinheit 16 führt eine Ansteuerung des LiDAR-basierten Umgebungssensors 14 durch und empfängt und verarbeitet von dem LiDAR-basierten Umgebungssensor 14 bereitgestellte Sensorinformation.The
Die Datenverbindung 18 ist beispielsweise nach der Art eines im Automobilbereich üblichen Bussystems ausgeführt. Verschiedene Bussysteme wie CAN, FlexRay, LON oder andere sind in diesem Zusammenhang bekannt.The
Das Fahrunterstützungssystem 12 ist ausgeführt, das nachstehend beschriebene Verfahren zum Bestimmen einer Position von Einzelobjekten 28, 30 in der Scanebene 24 des LiDAR-basierten Umgebungssensors 14 und zur Verortung eines Kalibierobjekts 32 mit den Einzelobjekten 28, 30 zur Kalibirierung des LiDAR-basierten Umgebungssensors 14, durchzuführen.The driving
Das Verfahren wird beispielhaft mit dem Kalibierobjekt 32 durchgeführt, das in den
Bei dem in den
Das Kalibrierobjekt 32 ist derart positioniert, dass die Scanebene 24 alle Einzelobjekte 28, 30 des Kalibrierobjekts 32 schneidet.The
Das Verfahren beginnt mit Schritt S100, der ein Aussenden von einer Mehrzahl Laserpulsen 22 in der Scanebene 24 des LiDAR-basierten Umgebungssensors 14 umfasst. Die die ausgesendeten Laserpulse haben jeweils die gleiche Pulsintensität, wobei in diesem Ausführungsbeispiel jeweils ein Laserpuls zu einem Zeitpunkt ausgesendet wird.The method begins with step S100, which includes emitting a plurality of
Schritt S110 betrifft ein Empfangen von Reflektionen der ausgesendeten Laserpulse aus der Scanebene 24. Die Reflektionen werden von dem LiDAR-basierten Umgebungssensor 14 empfangen. Das Empfangen der Reflektionen der ausgesendeten Laserpulse aus der Scanebene 24 umfasst eine Laufzeiterfassung von dem Aussenden der Laserpulse bis zum Empfang der entsprechenden Reflektionen, so dass für jeden Scanpunkt 22 eine Abstandsinformation für die Reflektion des ausgesendeten Laserpulses bestimmt wird.Step S110 relates to receiving reflections of the emitted laser pulses from the
Die Laserpulse werden dabei nacheinander ausgesendet, so dass auch die Reflektionen nacheinander empfangen werden, so dass sich im Detail eine Abfolge von Wiederholungen der Schritte S100 und S110 ergibt, um alle Scanpunkte 22 in der Scanebene 24 zu erfassen. Prinzipiell kann es aber ausreichend sein, Scanpunkte 22 im Bereich des jeweiligen Einzelobjekts 28, 30 zu erfassen, beispielsweise wenn dessen Position näherungsweise vorab bekannt ist oder zuerst eine Groberfassung zur ungefähren Bestimmung der Position durchgeführt wird.The laser pulses are sent out one after the other, so that the reflections are also received one after the other, so that in detail a sequence of repetitions of steps S100 and S110 results in order to record all scan points 22 in the
Schritt S120 betrifft ein Bestimmen der Intensitäten 26 der empfangenen Reflektionen. Das Bestimmen der Intensitäten 26 der empfangenen Reflektionen erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel als integraler Schritt beim Empfangen der Reflektionen der ausgesendeten Laserpulse aus der Scanebene 26 in Schritt S110.Step S120 relates to determining the
Schritt S130 betrifft ein Ermitteln von zu dem Einzelobjekt 28, 30 gehörenden Reflektionen. Somit können Scanpunkte 22 dem Einzelobjekt 28, 30 für eine weitere Verarbeitung zugeordnet werden.Step S130 relates to determining reflections belonging to the
Das Ermitteln von zu dem Einzelobjekt 28, 30 gehörenden Reflektionen erfolgt zunächst basierend auf den Laufzeiten der empfangenen Reflektionen. Dadurch können Reflektionen von dem Kalibrierobjekt 32 aufgrund Ihrer gleichen Laufzeiten identifiziert werden. Es wird also eine Gruppe von benachbarten Reflektionen aus der Scanebene 24 als zu dem Einzelobjekt 28, 30 gehörend ermittelt, wenn diese Reflektionen die gleiche Laufzeit aufweisen und wenn diese Reflektionen eine abweichende Laufzeit verglichen mit benachbarten Reflektionen aufweisen.Reflections belonging to the
In einem zusätzlichen Schritt wird ein Vergleich der Intensitäten 26 der empfangenen Reflektionen im Bereich des Kalibrierobjekts 32 durchgeführt. Durch die hohe Reflektivität weisen Reflektionen an den Einzelobjekten 28, 30 eine erhöhte Intensität 26 gegenüber Reflektionen aus anderen Bereichen des Kalibrierobjekts 32 auf. Es werden also benachbarte Reflektionen erhöhten Intensitäten 26 zusammen dem jeweiligen Einzelobjekt 28, 32 zugerechnet. Dies umfasst Scanpunkte 26 an Rändern der Einzelobjekte 28, 30, bei denen die Laserpulse nur teilweise auf das jeweilige Einzelobjekt 28, 30 treffen und somit deren Intensität erhöht ist gegenüber Reflektionen, die nicht von den Einzelobjekten 28, 30 stammen.In an additional step, the
Schritt S140 betrifft ein Ermitteln der Position 38 des Einzelobjekts 28, 30 basierend auf den Intensitäten 26 der zu dem Einzelobjekt 28, 30 gehörenden empfangenen Reflektionen.Step S140 relates to determining the
Dazu wird basierend auf den Intensitäten 26 der zu dem Einzelobjekt 28, 30 gehörenden empfangenen Reflektionen ein Verlauf 34 der Intensität 26 über die zu dem Einzelobjekt 28, 30 gehörenden empfangenen Reflektionen ermittelt. Der Verlauf 34 der Intensität 26 wird basierend auf den zu dem Einzelobjekt 28, 30 gehörenden Reflektionen interpoliert. Verschiedene mathematische Methoden der Interpolation sind als solche dem Fachmann bekannt und können verwendet werden. Für das vorliegend verwendet Kalibrierobjekt 32 sind die Verläufe 34 der Intensität 26 in den
Basierend auf den Positionen 38 der Einzelobjekte 28, 30 kann eine Positionsbestimmung für das Kalibrierobjekt 32 erfolgen, wie beispielhaft in
Alternativ kann das Verfahren mit dem in
Das oben beschriebene Verfahren wird vorzugsweise mit einem Kalibrierobjekt 32 durchgeführt, dass in
Auch das Kalibrierobjekt 32 aus
Bezugszeichenlistereference list
- 1010
- Fahrzeugvehicle
- 1212
- Fahrunterstützungssystemdriving support system
- 1414
- LiDAR-basierter UmgebungssensorLiDAR-based environmental sensor
- 1616
- Steuereinheitcontrol unit
- 1818
- DatenverbindungData Connection
- 2020
- Umgebungvicinity
- 2222
- Scanpunktscan point
- 2424
- Scanebenescan plane
- 2626
- Intensitätintensity
- 2828
- erstes Einzelobjektfirst single object
- 3030
- zweites Einzelobjektsecond single object
- 3232
- Kalibrierobjektcalibration object
- 3434
- Verlauf der Intensitätcourse of the intensity
- 3636
- Maximummaximum
- 3838
- Positionposition
- 4040
- Schnittpunkt intersection
- αa
- Schnittwinkelcutting angle
- hH
- HöheHeight
- aa
- AbstandDistance
- bb
- AbstandDistance
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102015118874 A1 [0014]DE 102015118874 A1 [0014]
Claims (10)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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