CN113227834A - 用于车辆的传感器数据融合的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
给出一种用于车辆的传感器数据融合的方法和一种装置以及一种车辆、一种计算机程序以及一种计算机可读的存储介质。车辆(F)配设有距离传感器(S1)，并且在所述方法中：提供融合对象数据，该融合对象数据代表在车辆(F)的周围环境中确定的融合对象(OF)；确定方向特征值，该方向特征值代表距离传感器(S1)的测量方向(M)的角度(α)；检测距离传感器(S1)的距离测量值(d)；根据距离测量值(d)和方向特征值确定融合对象(OF)，将所述距离测量值(d)和所述方向特征值配设给该融合对象，以及根据距离测量值(d)、方向特征值和融合对象数据确定革新的融合对象。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的传感器数据融合的方法和一种用于车辆的传感器数据融合的装置。本发明还涉及一种车辆、一种计算机程序以及一种计算机可读的存储介质。
背景技术
为了识别在车辆的周围环境中的对象，通常使用异类的传感器装置。在车辆周边环境中的已识别的对象可用于可靠地实现辅助功能，特别是用于进行纵向调节的功能、如主动巡航控制或交叉路口辅助，以及用于进行横向调节的功能、如侧向防撞、转向辅助和车道引导辅助。
由于所使用的传感器装置的测量原理不同，通过各传感器装置检测到的关于对象的信息可能是不同的。由于在车辆中的计算能力有限，由各传感器装置提供的信息通常在高水平层面上融合。这意味着，各传感器装置分别根据所检测的信息单独地识别对象并且在抽象的与传感器独立的对象代表中将所述对象作为信息提供(所谓的“传感器对象”)；然后，所提供的信息通过单独的传感器数据融合单元与每个实际对象的相应一个对象代表合并或融合(所谓的“融合对象”)。
例如考虑矩形或六面体作为对象代表(参考图1)。对于所述对象代表，为每个对象O分配一个参考点A，该参考点关于参考坐标系R(例如相对于在车辆上/中的预定基准点)包括对象O的侧向位移(x、y)、定向(例如相对于参考坐标系R的x轴的角度)以及长度l(关于x轴)和宽度b(关于y轴)。参考点A也可以称作“状态”，作为对象O的定位，所述参考点除了所述侧向位移(x、y)之外还配设有宽度b、长度l和定向。可以为所述状态配设对象O的其他特征、例如高度h(关于z轴)、速度或对象类型。在此，对象O的每个测量参数都可以关于其他测量参数建模为具有方差和协方差的正态分布的随机变量并且这些值也配设给所述状态。
因此，在高水平融合时，仅将各个传感器装置的所提供的对象代表融合，即，特别是将传感器对象与融合对象关联并且融合；传感器特定地被检测到的关于对象的信息由传感器装置本身处理并且不被传感器数据融合单元所考虑。由此，计算负载分布在传感器装置和传感器数据融合单元上；代替于传感器特定的数据处理或通信，可以采用对象代表。
不利的是，由于通过传感器装置预处理检测到的信息和由之引起的抽象化而导致丢失关于对象的信息。也不利的是，一些不满足所使用的对象代表的要求的传感器数据对于上述高水平融合而言不能利用。特别是，这涉及相对成本有利的传感器装置、例如距离传感器，在所述传感器装置中不能测量所使用的对象代表的一些测量参数。
发明内容
本发明所基于的目的是，提供一种用于车辆的传感器数据融合的方法以及一种相应的装置、一种车辆、一种计算机程序以及一种计算机可读的存储介质，通过其能够克服所提到的缺点。
所述目的通过各独立权利要求来实现。有利的设计方案在各从属权利要求中表明。
根据第一方面，本发明涉及一种用于车辆的传感器数据融合的方法，所述车辆配设有距离传感器。在所述方法中提供融合对象数据集，所述融合对象数据集包括融合对象数据。各所述融合对象数据分别代表在车辆的周围环境中确定的融合对象。
在所述方法中还确定方向特征值。所述方向特征值代表距离传感器在按照规定的运行中的测量方向与车辆的预定参考坐标系的预定基准轴所围成的角度。
此外，检测距离传感器的距离测量值。
根据所述距离测量值和所述方向特征值确定融合对象，将所述距离测量值和所述方向特征值配设给该融合对象。
此外，根据所述距离测量值、所述方向特征值和对应的融合对象数据来确定革新的融合对象。
以有利的方式，这能够实现在车辆中将距离传感器用于高水平融合。通过融合对象数据和距离测量值，可以使用几乎所有的距离传感器，特别是也可以使用相对成本有利的、角度分辨率低的或在角度信息方面不确定性高的超声传感器或雷达传感器。
通过在融合距离测量值时使用已经存在的融合对象数据集，能够简化地实现距离测量值与所识别的对象的关联，从而能够在车辆中使用的性能弱的控制装置上实施。
所提供的融合对象数据特别是代表以矩形对象代表或六面体对象代表的融合对象。例如考虑车辆的纵轴线作为预定基准轴。
如下步骤也可以称作关联步骤：在所述步骤中，根据距离测量值和方向特征值从融合对象数据集确定用于配设的融合对象。
如下步骤也可以称作革新步骤或融合：在所述步骤中，根据距离测量值、方向特征值和与在所述关联步骤中配设的融合对象相对应的融合对象数据来确定革新的融合对象。
在根据第一方面的一种有利的设计方案中，根据各对象数据分别确定一个距离特征值。所述距离特征值代表在距离传感器与相应一个在车辆的周围环境中确定的融合对象之间的沿测量方向的距离。
此外，分别确定在相应的距离特征值与距离测量值之间的偏差。仅在所述偏差小于预定阈值的情况下，才将距离测量值和方向特征值配设给融合对象。否则，例如将对应的距离测量值和/或方向特征值舍弃，或者检查该距离测量值是否相对于与来自融合对象数据集的其他融合对象相配设的距离特征值具有更小的偏差。
以有利的方式，这能够实现数据缩减，从而在处理时的计算负载能够保持得小。这个步骤也可称作选通(Gating)。在此，距离特征值不是实际的测量值，而是对应于借助已经存在的融合对象数据集预测距离传感器对每个融合对象可能输出哪个距离测量值。例如可以使用欧氏距离或马氏距离作为偏差的程度。
在根据第一方面的另一种有利的设计方案中，仅将距离测量值配设给具有最小的所确定的偏差的融合对象。在此，例如首先确定多个潜在的融合对象作为用于配设的候选者，所述多个潜在的融合对象的相应的偏差都低于阈值。然后在第二步骤中可以借助所谓的局部最近邻选通(local nearest neighbour gating)方法从各候选者中确定具有最小的偏差的融合对象。
在根据第一方面的另一种有利的设计方案中，根据各融合对象数据分别确定对应的融合对象的朝向车辆的轮廓部段。
此外，从距离传感器出发分别确定在沿测量方向的矢量与沿着相应的轮廓部段的直线之间的交点。
最后，根据相应的交点确定相应的距离特征值。
以有利的方式，这样能够考虑对象的长度和宽度的测量参数的方差。
在根据第一方面的另一种有利的设计方案中，所述融合对象数据包括融合参考点、融合对象关于融合参考点的侧向延伸、融合对象关于车辆的参考坐标系的定向以及相应的指示特征值，所述指示特征值代表在确定所述侧向延伸和所述定向时的不确定性。
然后根据所述融合对象数据和所述交点确定变换状态。所述变换状态包括融合对象关于交点的侧向延伸、融合对象关于车辆的参考坐标系的定向以及相应的指示特征值，所述指示特征值代表在确定所述侧向延伸和所述定向时的不确定性。
所述融合参考点也可以称作融合对象的状态。以有利的方式，通过这个设计方案能够在考虑不确定性的情况下将融合对象的状态变换到所确定的交点上。
在根据第一方面的另一种有利的设计方案中，根据变换状态和各指示特征值、距离测量值和方向特征值来确定革新的变换状态。
然后，根据所述革新的变换状态确定革新的融合对象。
所述革新的变换状态表示补充了距离传感器的测量数据的变换状态。以有利的方式，如此能够在考虑不确定性的情况下利用所确定的距离测量值和方向特征值来调整融合对象在所确定的交点中的状态。根据革新的变换状态确定革新的融合对象的步骤特别是包括逆变换到原始的融合参考点上，从而能够实现接下来又将革新的融合对象与传感器对象进行融合。
在根据第一方面的另一种有利的设计方案中，根据距离传感器的探测特性来确定距离传感器的测量方向，特别是在距离传感器为超声传感器的情况下。备选地，测量方向可以例如通过距离传感器的安装来预给定并且例如通过车间侧的校准存储在传感器数据融合单元中。
根据第二方面，本发明涉及一种用于车辆的传感器数据融合的装置。所述装置构造为用于实施根据第一方面的方法。所述装置也可称作传感器数据融合单元。
根据第三方面，本发明涉及一种车辆。所述车辆包括根据第二方面的用于传感器数据融合的装置以及包括距离传感器。
在根据第三方面的一种有利的设计方案中，所述车辆包括另外的传感器装置。所述另外的传感器装置配置为用于检测代表车辆的周围环境的测量数据。
此外，所述另外的传感器装置配置为用于根据所述测量数据确定传感器对象数据，所述传感器对象数据代表在车辆的周围环境中由所述另外的传感器装置确定的传感器对象。
此外，所述装置构造为用于根据融合对象数据集和传感器对象数据来确定革新的融合对象。所述革新的融合对象示例性地由存储在融合对象数据集中的融合对象数据来代表。
在根据第三方面的另一种有利的设计方案中，所述另外的传感器装置包括摄像机、RaDAR(Radio Detection And Ranging，无线电探测和测距)传感器、LiDAR(LightDetection And Ranging，光探测和测距)传感器或LaDAR(Laser Detection And Ranging，激光探测和测距)传感器中的至少一者或由它们组成。
在根据第三方面的另一种有利的设计方案中，所述距离传感器包括超声传感器、点激光传感器、红外传感器或RaDAR(Radio Detection And Ranging，无线电探测和测距)传感器中的至少一者或由它们组成。
根据第四方面，本发明涉及一种用于车辆的传感器数据融合的计算机程序。所述计算机程序包括指令，所述指令在由计算机执行所述程序时促使所述计算机实施根据第一方面的方法。
根据第五方面，本发明涉及一种计算机可读的存储介质，在所述存储介质上存储有根据第四方面的计算机程序。
附图说明
下面借助示意性的附图更详细地阐述本发明的各实施例。
图中：
图1示出示例性的对象代表；
图2示出根据本发明的车辆的一种实施例，所述车辆具有用于传感器数据融合的装置；以及
图3示出用于传感器数据融合的方法的示例性流程图。
具体实施方式
结构相同或功能相同的元件在所有附图中设有相同的附图标记。
下面提出一种系统，该系统能够实现在高水平对象融合中也融合距离测量值。借助图2的实施例示出根据本发明的车辆F，所述车辆具有用于传感器数据融合的装置V以及距离传感器S1，该距离传感器配置为用于检测距离测量值d。在此，例如可以涉及超声传感器、点激光传感器或红外传感器。与所使用的用于高水平对象融合的方法无关，在汽车领域中作为对象融合的结果通常输出一系列矩形或六面体(参见图1)作为对象代表，所述对象代表表示在车辆F的周围环境中识别到的、特别是可运动的对象。图2示出这样的融合对象OF，所述融合对象配设有融合参考点AF、关于融合参考点A的长度l和宽度b、融合对象OF关于车辆F的参考坐标系R的定向以及相应的指示特征值，所述指示特征值代表在确定长度l、宽度b和定向时的不确定性。所述不确定性例如可以通过方差来表示。
除了距离测量值d之外，还可以通过距离传感器S1的取向或在例如超声传感器的情况下由探测特性来确定测量方向α，沿该测量方向检测距离测量值d。此外，可以在测量时确定所属的方差。
车辆F还示例性地具有另外的传感器装置S2，所述另外的传感器装置配置为用于检测车辆F的周围环境。距离传感器S1以及所述另外的传感器装置S2与用于传感器数据融合的装置V在信号技术上耦合。在此，所述另外的传感器装置S2提供如下传感器对象数据，所述传感器对象数据由装置V根据任意的用于高水平对象融合的方法进行融合并且存储在融合对象数据集中。就这点而言，示例性地参见N.
在“激光扫描仪和视频数据的特征级融合(Feature-level fusion of laser scanner and video data)”，(乌尔姆：乌尔姆大学，2007年)中；和F.Seeliger在“跨车辆的信息融合(FahrzeugübergreifendeInformationsfusion)”(乌尔姆：乌尔姆大学测量、调节和微技术研究所丛书，2017年)中的实施方案。
为了将距离测量值d与融合对象数据融合，根据本发明的方法将所述距离测量值如下那样与相应一个融合对象OF关联并且随后革新对象状态。在关联步骤中，将距离传感器S1的距离测量与来自已融合的对象列表或来自融合对象数据集的融合对象OF相配设。如果车辆F应当具有多于一个的距离传感器S1，则相应地对于这些距离传感器中的每个距离传感器每次测量都要应用下面描述的步骤。在革新时，每个融合对象OF的状态都利用相关联的距离数据进行调整。
就这点而言，装置V特别是配设有数据和程序存储器，在所述数据和程序存储器中存储有计算机程序，下面借助图3的流程图更详细地阐述所述计算机程序。
在第一步骤P10中提供融合对象数据集，所述融合对象数据集包括融合对象数据，各所述融合对象数据分别代表一个在车辆F的周围环境中确定的融合对象OF。例如，所述融合对象数据集存储在装置V的数据存储器中并且已经在先前的融合方法中由所述另外的传感器装置S2的传感器对象数据确定。
在步骤P20中继续所述程序，在该步骤中确定方向特征值，所述方向特征值代表距离传感器S1在按照规定的运行中的测量方向M与车辆F的预定基准轴x所围成的角度α。就这点而言，可以在前一个步骤P18中已经根据距离传感器的探测特性确定距离传感器S1的测量方向M。
在接在步骤P20之后的步骤P30中，根据各对象数据分别确定一个距离特征值
所述距离特征值代表在距离传感器S1与相应一个在车辆F的周围环境中确定的融合对象OF之间的沿测量方向M的距离。
为此，在步骤P32中根据融合对象数据分别确定相应的融合对象OF的朝向车辆F的轮廓部段KS，并且在随后的步骤P34中从距离传感器S1出发分别确定沿测量方向M的矢量与通过相应的轮廓部段KS的直线KG之间的交点xS。交点xS特别是在侧向方向上确定，即，作为关于参考坐标系R沿着x轴和y轴的偏移。换句话说，确定距离测量的方向矢量与每个融合对象OF的处于最近的轮廓部段KS的交点xS。根据对象延伸尺寸(长度l和宽度b)的方差，也可能存在如下交点xS，所述交点位于轮廓部段KS的在融合对象OF稍微旁边的相应的延长部KG上。然后在步骤P36中，根据相应的交点xS确定相应的距离特征值
接着在步骤S40中，根据所述融合对象数据和所述交点xS确定变换状态，所述变换状态包括融合对象OF关于交点xS的长度和宽度、融合对象OF关于参考坐标系R的定向以及相应一个对应的指示特征值，以便如此在考虑不确定性的情况下将融合对象OF的状态变换到所确定的交点xS上。在此，对象状态或融合参考点AF借助函数A′F＝f(AF)来从在对象轮廓KS上的当前的融合参考点AF变换到交点xS上，其中，A′F表示变换状态。对应地，对象状态的方差PAF借助
变换到交点xS中，其中，Jf(AF)是f(.)在点AF中的雅克比矩阵。
在随后的步骤P50中，检测距离传感器S1的距离测量值d。
随后在步骤P60中，分别确定在距离特征值
与相应的距离测量值d之间的偏差εd，其中，仅在偏差εd小于预定阈值的情况下，才在随后的步骤P70中将距离测量值d配设给融合对象OF，更确切地说，仅将所述距离测量值配设给所确定的偏差εd最小的融合对象OF。步骤P60也可以称作选通。换句话说，仅当在距离传感器S1与交点xS的预测距离与实际测量的距离之间的差别小于可根据使用情况应用的阈值时，才将融合对象OF考虑作为用于关联的候选者。可以使用任何标准、例如欧氏距离、马氏距离等作为所述差别的程度。在所有已经被确定为用于关联的候选者的融合对象OF中，将距离测量与具有最小差别的融合对象OF相关联。在此，每个距离测量仅与唯一一个融合对象OF相关联。然而，多个距离测量可以与一个融合对象OF相关联。
在接在步骤P70之后的步骤P80中，根据变换状态和指示特征值、距离测量值d和方向特征值确定革新的变换状态。
在此，利用在步骤P70中关联的距离数据调整关于交点xS的变换状态A′F。为此，特别是可以使用以下用于测量的模型，利用该模型可以针对具有坐标(X、Y)的每个状态计算期望的测量
利用所述模型的公式(1)和(2)并且在考虑将距离测量的不确定性反映为方差vard并且将方向测量的不确定性反映为varα的公式(3)的情况下，可以利用通用的融合方案(例如在F.Seeliger的“跨车辆的信息融合”，(乌尔姆：乌尔姆大学测量、调节和微技术研究所丛书，2017年)中阐述的那样)确定对于变换状态A′F而言所期望的测量
并且根据在距离传感器S1的期望测量与实际测量之间的差来调整在交点xS处的A′F，即，确定革新的变换状态
在随后的步骤P90中，根据所述革新的变换状态
确定革新的融合对象
以便能够在后续的步骤中再次融合(传感器)对象数据。为此，例如借助f-1(·)和
将所述革新的变换状态
又逆变换到融合对象OF的原始的融合参考点AF上。
如果在所使用的融合方案中也估计融合对象OF的存在概率，则也可以将所述存在概率与变换状态相配设并且革新所述存在概率。
随后结束所述程序或者必要时在预给定的中断之后在步骤P10中以更新的对象数据集继续所述程序。
Claims (14)
1.用于车辆(F)的传感器数据融合的方法，所述车辆(F)配设有距离传感器(S1)，并且在所述方法中
-提供融合对象数据集，所述融合对象数据集包括融合对象数据，所述融合对象数据分别代表在车辆(F)的周围环境中确定的融合对象(OF)；
-确定方向特征值，所述方向特征值代表距离传感器(S1)在按照规定的运行中的测量方向(M)与车辆(F)的预定参考坐标系(R)的预定基准轴(x)所围成的角度(α)；
-检测距离传感器(S1)的距离测量值(d)；
-根据所述距离测量值(d)和所述方向特征值确定融合对象(OF)，将所述距离测量值(d)和所述方向特征值配设给所述融合对象；并且
-根据所述距离测量值(d)、所述方向特征值和对应的融合对象数据来确定革新的融合对象。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
-根据融合对象数据分别确定距离特征值
所述距离特征值代表在距离传感器(S1)与相应一个在车辆(F)的周围环境中确定的融合对象(OF)之间的沿测量方向(M)的距离；并且
-分别确定在相应的距离特征值
与距离测量值之间的偏差(εd)，仅在所述偏差(εd)小于预定阈值的情况下，才将所述距离测量值(d)和所述方向特征值配设给融合对象(OF)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，
-仅将所述距离测量值(d)和所述方向特征值配设给具有最小的所确定的偏差(εd)的融合对象(OF)。
4.根据前述权利要求2或3中任一项所述的方法，其中，
-根据融合对象数据分别确定对应的融合对象(OF)的朝向车辆(F)的轮廓部段(KS)；
-从距离传感器(S1)出发分别确定在沿测量方向(M)的矢量与沿着相应的轮廓部段(KS)的直线(KG)之间的交点(xS)；并且
-根据相应的交点(xS)确定相应的距离特征值
5.根据权利要求4所述的方法，其中，
-所述融合对象数据包括融合参考点(AF)、融合对象(OF)关于融合参考点(AF)的侧向延伸、融合对象(OF)关于车辆(F)的参考坐标系(R)的定向以及相应一个指示特征值，所述指示特征值代表在确定所述侧向延伸和所述定向时的不确定性；并且
-根据所述融合对象数据和所述交点(xS)确定变换状态，所述变换状态包括融合对象(OF)关于交点(xS)的侧向延伸、融合对象(OF)关于车辆(F)的参考坐标系(R)的定向以及相应的指示特征值，所述指示特征值代表在确定所述侧向延伸和所述定向时的不确定性。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，
-根据所述变换状态和各指示特征值、距离测量值(d)和方向特征值来确定革新的变换状态；并且
-根据所述革新的变换状态确定革新的融合对象。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，
-根据距离传感器(S1)的探测特性来确定所述距离传感器(S1)的测量方向(M)。
8.用于车辆(F)的传感器数据融合的装置(V)，其中，所述装置(V)构造为用于实施根据前述权利要求1至7中任一项所述的方法。
9.车辆(F)，所述车辆包括根据权利要求8所述的用于传感器数据融合的装置(V)以及包括距离传感器(S1)。
10.根据权利要求9所述的车辆(F)，所述车辆包括另外的传感器装置(S2)，所述另外的传感器装置配置为用于
-检测代表车辆(F)的周围环境的测量数据，
-根据所述测量数据确定传感器对象数据，所述传感器对象数据代表在车辆(F)的周围环境中由所述另外的传感器装置(S2)确定的传感器对象(OS)；并且
-所述装置(V)构造为用于根据融合对象数据集和传感器对象数据来确定革新的融合对象(OF)。
11.根据权利要求10所述的车辆(F)，其中，
-所述另外的传感器装置(S2)包括摄像机、RaDAR(Radio Detection And Ranging，无线电探测和测距)传感器、LiDAR(Light Detection And Ranging，光探测和测距)传感器或LaDAR(Laser Detection And Ranging，激光探测和测距)传感器中的至少一者或由它们组成。
12.根据前述权利要求9至11中任一项所述的车辆(F)，其中，-所述距离传感器(S1)包括超声传感器、点激光传感器、红外传感器或RaDAR(Radio Detection And Ranging，无线电探测和测距)传感器中的至少一者或由它们组成。
13.用于车辆(F)的传感器数据融合的计算机程序，所述计算机程序包括指令，所述指令在由计算机执行所述计算机程序时促使所述计算机实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
14.计算机可读的存储介质，在所述计算机可读的存储介质上存储有根据权利要求13所述的计算机程序。
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