CN113341400A - 用于校准运动对象的传感器系统的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

用于校准运动对象(100)的传感器系统的方法(300)和设备(110)，传感器系统包括多个单个传感器(210，220，230，240，250，260)，每个单个传感器(210，220，230，240，250，260)具有单个检测区域(211，221，231，241，251，261)，传感器(210，220，230，240，250，260)中的每个与传感器系统的至少一个另外的传感器具有至少部分重叠的检测区域，该方法包括：基于每个单个传感器(210，220，230，240，250，260)的各个检测区域的融合确定(310)虚拟总传感器的步骤；确定(320)多个外部对象(310，320，330，340，350，360)的第一坐标和运动对象(100)的所选择点的第二坐标的步骤；根据第一坐标和第二坐标将虚拟总传感器相对于运动对象(100)定向(330)的步骤。

Description

用于校准运动对象的传感器系统的方法和设备
技术领域
本发明尤其涉及用于校准运动对象的传感器系统的一种方法和一种设备，其中，传感器系统包括多个单个传感器，其中，每个单个传感器具有单个检测区域，其中，这些传感器中的每个与传感器系统的至少一个另外的传感器具有至少部分重叠的检测区域。
发明内容
根据本发明的用于校准运动对象的传感器系统的方法包括：基于每个单个传感器的各个检测区域的融合确定虚拟总传感器的步骤；确定多个外部对象的第一坐标和运动对象的所选择点的第二坐标的步骤；根据第一坐标和第二坐标将虚拟总传感器相对于运动对象定向的步骤。在此，传感器系统包括多个单个传感器，其中，每个单个传感器具有单个检测区域，其中，这些传感器中的每个与传感器系统的至少一个另外的传感器具有至少部分重叠的检测区域。
传感器应理解为视频传感器或雷达传感器或激光雷达传感器或超声波传感器或构造为用于检测传感器的周围环境的另外的传感器。包括多个单个传感器的传感器系统例如应理解为一定数量和/或一定布置和/或一定分布的传感器，这些传感器被运动对象包括。在此，这些传感器原则上构造为用于例如以数据值的形式检测运动对象的周围环境。传感器的检测区域在此应理解为周围环境的可以被传感器检测到的部分。在一种实施方式中，传感器系统仅包括相同传感器类型(激光雷达、雷达、视频等)的传感器。在另一实施方式中，传感器系统包括不同传感器类型(激光雷达和雷达、激光雷达和视频、视频和雷达、视频和激光雷达和雷达等)的传感器。
环境传感装置应理解为至少一个视频传感器和/或至少一个雷达传感器和/或至少一个激光雷达传感器和/或至少一个超声波传感器和/或构造为用于以周围环境数据值的形式检测自动化车辆的周围环境的至少一个另外的传感器。环境传感装置尤其构造为用于检测周围环境中的周围环境特征(道路走向、交通标志、行车道标记、建筑物、行车道边界等)和/或交通对象(车辆、骑车人员、步行者等)。在一种实施方式中，环境传感装置例如包括具有适合软件的计算单元(处理器、工作存储器、硬盘)和/或与这样的计算单元连接，由此可以检测和/或分类或者说配属这些周围环境特征。
根据本发明的方法有利地解决如下任务，即确定关于运动对象的当前周围环境的大范围认识。可以通过不同传感器获得数据值形式的认识。尤其将所谓的外感受性的传感器，如视频传感器、激光雷达传感器和雷达传感器用于周围环境检测。为了可以创建全面的环境模型，不仅使用不同传感器类型的传感器，而且使用相同传感器类型的具有重叠(冗余)检测区域的多个传感器。
由传感器获得的数据首先总是存在于传感器自身的坐标系统中。为了能够将所获得的信息适当地融合在环境模型中，必须将数据转换到共同的坐标系统中。为此，通常使用运动对象的根据DIN ISO 8855的固定坐标系统，因为由此可以自如地描述运动对象的运动。转换关系在此取决于运动对象的传感器的安装位置和安装取向。具体地，(外来)校准的任务因此在于，精确地确定不同坐标系统之间的参数或转换。
借助根据本发明的有利的方法解决该任务，其方式是，不仅执行传感器-传感器校准，而且执行传感器-对象(在此：运动对象)校准。
借助传感器-传感器校准的结果将所有单个传感器的测量数据融合并且如此组合为“虚拟总传感器”的测量数据。然后，借助所融合的数据一次性地执行传感器-对象校准并且如此将传感器系统整体地相对于对象校准。通过传感器-传感器校准和接着的传感器-对象校准，从两种方法的相应优点中获益。
这尤其是：
-在所有空间维度中稳健地确定在具有例如受限检测区域的传感器的对象坐标中的安装参数。
-针对整个传感器系统整体地确定传感器-对象转换，而同时保留有自身稳定的周围环境成像。
-通过组合两种方法而减小校准误差。
优选地，运动对象是交通工具。交通工具可理解为任何行驶的、浮动的或飞行的交通工具，其构造为包括传感器系统并且用于检测该传感器系统的周围环境。在另一实施方式中，运动对象例如可理解为机器人或机器人车辆。在另一实施方式中，运动对象例如可理解为装卸桥，例如尤其用于在船运中装载和卸载集装箱的装卸桥，等。在此，传感器系统例如用于尽管有波浪起伏并因此伴随有轮船运动而仍能对接到静止对象(集装箱等)上。车辆尤其也应理解为根据SAE级别1至5(参见标准SAE J3016)构造的自动化车辆。
优选地，多个外部对象以几何形状布置，其中，运动对象(在实施用于校准的方法期间)位于该几何形状内。外部对象例如可理解为所谓的校准目标。在一种实施方式中，校准目标例如包括校准图样(Kalibiermuster)，以便能够实现传感器的校准。
优选地，虚拟传感器的确定包括如下步骤(S1至S5)：
S1：根据预给定标准、从传感器系统的传感器中确定所选择的第一传感器；
S2：确定传感器系统的第二传感器，该第二传感器与第一传感器具有至少部分重叠的检测区域；
S3：确定在第一传感器与第二传感器之间的第一空间关系；
S4：确定第一虚拟传感器，该第一虚拟传感器代表第一和第二传感器，其方法是，根据第一空间关系将第一传感器的检测区域与第二传感器的检测区域融合；以及
S5：对于传感器系统的所有传感器重复步骤S1至S4，其中，根据步骤S1，每个在前确定的虚拟传感器分别相应于所选择的传感器，其中，根据步骤S2，分别重新选择传感器系统的一个还未使用的传感器，其中，该重新选择的传感器与在前确定的虚拟传感器具有至少部分重叠的检测区域，其中，根据步骤S3，分别确定在该重新选择的传感器与在前确定的虚拟传感器之间的空间关系，其中，根据步骤S4，确定另一虚拟传感器，该另一虚拟传感器代表在前确定的虚拟传感器的传感器和该重新选择的传感器，直到根据所有传感器确定了虚拟总传感器。
在一种实施方式中，预给定的标准例如包括各个传感器的功率特征，其中，选择具有最高分辨率和/或最大检测区域等的传感器作为第一传感器。
优选地，在虚拟传感器与单个传感器之间和/或分别在各个单个传感器之间的空间关系包括三个平移坐标和/或三个旋转坐标，尤其相对于预给定的坐标系统。预给定的坐标系统例如应理解为虚拟传感器的传感器坐标系统或单个传感器的传感器坐标系统或运动对象的坐标系统。
根据本发明的设备、尤其控制设备设置为用于实施根据本发明的方法的所有步骤。
在一种可能的实施方式中，设备包括计算单元(处理器、工作存储器、硬盘)以及合适的软件，以便实施根据本发明的方法。附加地，设备例如包括发送和/或接收单元，所述发送和/或接收单元构造为用于通过线缆或以无线的方式与传感器系统或者说与每个单个传感器交换数据值。在一种替代的实施方式中，设备借助合适的接口与发送和/或接收装置连接。
此外，请求保护一种计算机程序，其包括命令，在通过计算机实施计算机程序时，该命令促使该计算机实施根据本发明的用于校准运动对象的传感器系统的方法。在一种实施方式中，计算机程序相应于由设备包括的软件。
此外，请求保护一种机器可读的存储介质，在其上存储有计算机程序。
本发明的有利扩展方案在优选的实施方式中说明并且在说明书中列举。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在以下说明书中做进一步阐述。附图示出：
图1示出根据本发明的方法的第一实施例；
图2示出根据本发明的方法的第二实施例；
图3a和3b示出根据本发明的方法的第三实施例；以及
图4a和4b以流程图形式示出根据本发明的方法的第四实施例。
具体实施方式
图1示出用于校准运动对象100的传感器系统的方法300的第一实施例，其中，运动对象100在此纯示意性地示出为矩形。在此，运动对象例如可以涉及车辆(俯视图)。运动对象包括设备110，该设备设置为用于执行方法300的所有步骤。
此外，运动对象100在此示例性地包括六个传感器210-260，这些传感器在此处示意性应用的示图中安装在运动对象100外部。在一种可能的实施方式中，例如至少一个传感器可以位于运动对象100之上和/或之下和/或位于运动对象100上的任何另外的任意位置上。传感器210-260的准确位置在此尤其取决于运动对象100的类型(车辆、机器人、装卸设备等)和/或运动对象100的构型(尺寸、速度曲线、自动化程度【例如根据SAE级别】等)。
图2示出用于校准运动对象100的传感器系统的方法300的第二实施例，其中，在此示例性地示出各个传感器210、250、260的多个检测区域211、251、261。在此，例如各两个传感器(210和260，或250和260)的两个检测区域(211和261，或251和261)分别重叠为至少部分重叠的检测区域280、290。
图3a和3b示出用于校准运动对象100的传感器系统的方法300的第三实施例，该运动对象包括用于实施方法300的设备110。
图3a和3b在此分别示出，多个外部对象310-360如何以几何形状布置的示例性可能实施方式(六边形或四边形)，其中，运动对象100分别位于该几何形状内。
在其他实施方式中，具有多个不同的——而且非规则的——布置的任意多的外部对象也是可能的。
图4a以流程图形式示出根据本发明的用于校准运动对象100的传感器系统的方法300的第四实施例。在此，传感器系统包括多个单个传感器210、220、230、240、250、260，其中，每个单个传感器210、220、230、240、250、260具有单个检测区域211、221、231、241、251、261，其中，这些传感器210、220、230、240、250、260中的每个与传感器系统的至少一个另外的传感器具有至少部分重叠的检测区域。
在步骤301中，方法300开始。
在步骤310中，基于每个单个传感器210、220、230、240、250、260的各个检测区域的融合确定虚拟总传感器。
在步骤320中，确定多个外部对象310、320、330、340、350、360的第一坐标以及运动对象100的所选择点的第二坐标。
在步骤330中，根据第一坐标和第二坐标将虚拟总传感器相对于运动对象100定向。
在步骤340中，方法300结束。
图4b示例性地示出确定310虚拟传感器的一种更详细的可能实施方式，其具有如下(子)步骤(S1至S5)：
在步骤S1中，根据预给定标准、从传感器系统的传感器210、220、230、240、250、260中确定所选择的第一传感器210。
在步骤S2中，确定传感器系统的第二传感器220，该第二传感器与第一传感器210具有至少部分重叠的检测区域。
在步骤S3中，确定第一传感器210与第二传感器220之间的第一空间关系。
在步骤S4中，确定第一虚拟传感器，该第一虚拟传感器代表第一和第二传感器210、220。这一点通过如下方式进行：根据第一空间关系将第一传感器210的检测区域211与第二传感器220的检测区域221融合。
在步骤S5中，对于传感器系统的所有传感器210、220、230、240、250、260重复步骤S1至S4，其中，根据步骤S1，之前确定的虚拟传感器分别相应于所选择的传感器，其中，根据步骤S2，分别重新选择传感器系统的还未使用的一个传感器，其中，该重新选择的传感器与之前确定的虚拟传感器具有至少部分重叠的检测区域，其中，根据步骤S3，分别确定在重新选择的传感器与之前确定的虚拟传感器之间的空间关系，其中，根据步骤S4，确定另一虚拟传感器，该另一虚拟传感器代表之前确定的虚拟传感器的传感器和重新选择的传感器，直到根据所有传感器210、220、230、240、250、260确定了虚拟总传感器。
示例性地，根据六个激光雷达传感器的静态校准再一次提出用于校准运动对象100的传感器系统的方法300，其中，在此为了阐明各个步骤而将车辆假设为运动对象。传感器中的四个以大约270°的形成视野安装在车辆角部上，而传感器中的两个以大约360°的形成视野安装在车辆顶部上。为了使校准结果不被传感器的同步误差影响，将车辆与所有传感器一起放置在静态环境中。在第一步骤中，通过传感器-传感器校准来确定在具有重叠检测区域的激光雷达传感器之间的转换关系。为此，首先选择具有重叠检测区域的两个传感器，例如左前传感器和右前传感器，其中之一(例如左前传感器)被定义为核心传感器(Pivotsensor)。借助用于点云记录的标准方法、例如正态分布转换来确定这两个传感器之间的转换。接着，将第二传感器的数据转换到核心传感器的坐标系统中并且合并为新的点云。该新的点云被解读为“虚拟”前传感器的测量。接着，根据同一方法确定另一传感器、例如右后传感器与该“虚拟”前传感器的转换关系并且将这些数据继而组合为另一“虚拟”传感器。一直重复这一点，直到所有传感器的数据都被组合为“虚拟总传感器”。由此确定所有传感器关于核心传感器的转换。
在下一步骤中，可以针对该“虚拟总传感器”一次性地应用传感器-车辆校准的方法。为此，例如在环境中附加地建立六个平面的矩形校准目标，如在图3a中所示的那样。在该环境中，记录下所有传感器的数据以用于进一步处理。借助外部参考测量系统、例如测速仪来确定六个外部校准目标的第一坐标和车辆上的参考点的第二坐标。根据该第一和第二坐标并且根据所记录的数据将虚拟总传感器关于车辆定向，并且如此确定在传感器-传感器校准的坐标系统与车辆坐标系统之间的转换。随后据此计算所有其他的传感器-车辆转换。

Claims (8)

1.一种用于校准运动对象(100)的传感器系统的方法(300)，其中，所述传感器系统包括多个单个传感器(210，220，230，240，250，260)，其中，每个单个传感器(210，220，230，240，250，260)具有单个检测区域(211，221，231，241，251，261)，其中，所述传感器(210，220，230，240，250，260)中的每个与所述传感器系统的至少一个另外的传感器具有至少部分重叠的检测区域，所述方法包括：
-基于每个单个传感器(210，220，230，240，250，260)的各个检测区域的融合确定(310)虚拟总传感器；
-确定(320)多个外部对象(310，320，330，340，350，360)的第一坐标和所述运动对象(100)的所选择的点的第二坐标；以及
-根据所述第一坐标和所述第二坐标将所述虚拟总传感器相对于所述运动对象(100)定向(330)。
2.根据权利要求1所述的方法(300)，其特征在于，所述运动对象(100)是车辆。
3.根据权利要求1所述的方法(300)，其特征在于，所述多个外部对象(310，320，330，340，350，360)以几何形状布置，其中，所述运动对象(100)位于所述几何形状内。
4.根据权利要求1所述的方法(300)，其特征在于，所述虚拟传感器的确定(310)包括如下步骤(S1至S5)：
S1：根据预给定标准、从所述传感器系统的传感器(210，220，230，240，250，260)中确定所选择的第一传感器(210)；
S2：确定所述传感器系统的第二传感器(220)，所述第二传感器与所述第一传感器(210)具有至少部分重叠的检测区域；
S3：确定在所述第一传感器(210)与所述第二传感器(220)之间的第一空间关系；
S4：确定第一虚拟传感器，所述第一虚拟传感器代表所述第一和第二传感器(210，220)，其方式是，根据所述第一空间关系将所述第一传感器(210)的检测区域(211)与所述第二传感器(220)的检测区域(221)融合；以及
S5：对于所述传感器系统的所有传感器(210，220，230，240，250，260)重复步骤S1至S4，其中，根据步骤S1，每个在前确定的虚拟传感器分别相应于所选择的传感器，其中，根据步骤S2，分别重新选择所述传感器系统的一个还未使用的传感器，其中，该重新选择的传感器与在前确定的虚拟传感器具有至少部分重叠的检测区域，其中，根据步骤S3，分别确定在所述重新选择的传感器与在前确定的虚拟传感器之间的空间关系，其中，根据步骤S4，确定另一虚拟传感器，该另一虚拟传感器代表在前确定的虚拟传感器的传感器和所述重新选择的传感器，直到根据所有传感器(210，220，230，240，250，260)确定了虚拟总传感器。
5.根据权利要求4所述的方法(300)，其特征在于，在虚拟传感器和单个传感器(210，220，230，240，250，260)之间和/或分别在各个单个传感器(210，220，230，240，250，260)之间的空间关系包括三个平移坐标和/或三个旋转坐标。
6.一种设备(110)、尤其控制设备，所述设备设置为用于实施根据权利要求1至5中任一项所述的方法(300)的所有步骤。
7.一种计算机程序，其包括命令，在通过计算机执行所述计算机程序时，所述命令促使该计算机实施根据权利要求1至5中任一项所述的方法(300)。
8.一种机器可读的存储介质，在其上存储有根据权利要求7所述的计算机程序。
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