CN116686015A

CN116686015A - 使用位置信息评估扫描信息

Info

Publication number: CN116686015A
Application number: CN202180087926.7A
Authority: CN
Inventors: 扬·贝林; 马蒂亚斯·罗杰里; 扬·索伦·埃默里希; 德克·霍宁; 帕特里克·克洛克夫斯基; 克里斯蒂安·哈默迈斯特; 迈克尔·坦洪佩尔
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2021-11-23
Publication date: 2023-09-01
Also published as: EP4252197A2; AU2021387768A1; AU2021387768B2; WO2022112221A3; WO2022112221A2; DE102020214974A1; US20230298208A1

Abstract

本文描述了一种具有处理单元(110)的装置(100、200)，该处理单元被配置成接收表面(130)的二维扫描(120b)的扫描信息(120a)。处理单元(110)还被配置成接收指示捕获单元(120、510)相对于表面(130)的倾斜度的位置信息(120c)，所述捕获单元提供二维扫描(120b)，并且使用用于捕获单元(120、510)相对于表面(130)的定位的位置信息(120c)来评估扫描信息(120a)。

Description

使用位置信息评估扫描信息

技术领域

本发明涉及一种使用位置信息评估扫描信息的装置。特别地，本发明涉及借助于旋转编码器的光学倾斜补偿。

背景技术

自动行驶的车辆需要某种形式的定位，例如，能够安全地在空间中行驶。这可能涉及相机或其他光学传感器，其通过测量(例如以图像的形式)来帮助重新定位周围区域中先前映射的特征。由于这种测量值或观测值容易出错，所以通常借助于统计估计器(诸如卡尔曼滤波器)用车辆的里程计来重新计算它们。该过程可能需要对其唯一自由度是车辆位置的特征进行例如光学测量。对于带悬架的车辆，由于车辆底盘的偏转，车辆到地面的距离可能会变化。此外，如果不同车轮处的偏转具有不同的幅值，则整个车辆可能具有相对于世界上固定参考点的倾斜位置。

在操作中，车辆的偏转可能以不同的方式改变。以下可能是造成这种情况的原因：

装载状态的改变，例如通过容纳或释放不同重量的有效载荷，

加速度矢量的动态变化，例如强烈的减速或加速，

材料缺陷，例如有缺陷的弹簧减震器元件，

例如由于有效载荷的移动引起的车辆质量分布不均和/或车辆质量分布变化。

车辆的偏转可以改变底盘的位置，因此也可以改变附接到底盘的传感器在空间中的位置，而不改变车辆在地平面上的位置。因此，可能是自由度干扰了定位。这里，应该注意的是，偏转不一定是由常规的弹簧引起的，也可能是由于底盘或车身底部的某种柔软性，例如由于充气车轮引起的。

现有技术

对于以前的解决方案，可以考虑两种情况。一方面，可以使用刚性底盘，这在车辆的室内使用的情况下并不罕见。在这种情况下，上述问题不会出现或者几乎不会出现。例如，只有当车轮离开地面时，例如在强烈减速或加速操作的情况下，才有可能出现“不正确的测量”。然而，举例来说，这可能只发生很短的一段时间，这就是为什么不正确的测量很少或没有意义。然而，刚性底盘的技术缺点可能是车辆不能补偿地面上的颠簸。

另一方面，即在具有悬架的底盘的情况下，可以在评估传感器的测量中使用算法，该算法对于由偏转引起的传感器位置变化的透视失真是稳健的。这方面的一个很好的示例可能是经由贴在地面上的QR码进行定位，除其他外，这也用于仓库中的机器人。这种车辆或机器人可能确实是无悬架的，但QR码在检测中对透视失真非常稳健。其他基于地标的定位方法，例如基于周围区域中的代码而不是地面上的代码，可以相同或相似地起作用。

然而，在这种情况下，基于标记的方法的缺点在于，必须预先在周围区域中应用标记，例如QR码，并且必须将关于标记的位置或地点或周围区域的信息引入标记中。接着，这可能与成本和时间方面的额外工作相关联。此外，例如由于标记的磨损，例如在车辆行驶的地面上，或者在标记上有灰尘的情况下，标记的更换或维护，例如重新喷漆，可能是必要的。这也可能带来缺点，即需要监测标记的状态，以避免事故或故障。

因此，需要一种改进的构思，使得可以使用这样的车辆，一方面，该车辆具有悬架以确保良好的行驶特性，另一方面，该车辆不依赖于应用在周围区域中的标记，即，例如基于光学扫描，例如通过提取周围区域的特征或通过周围区域的固有特征，自行执行导航。

因此，本发明的目的是提供一种改进的构思，使得有可能使用位置信息，例如包括关于带悬架的车辆的偏转的信息，以及例如作为车辆一部分的捕获单元的扫描信息，来定位捕获单元并因此定位例如车辆。

发明内容

发明人已经认识到，基于来自捕获单元的表面的二维扫描的扫描信息，可以改进和/或实现捕获单元(例如，其是车辆的一部分)的定位，其中位置信息指示捕获单元相对于表面的倾斜度。根据本发明的实施例基于使用位置信息相对于捕获单元的定位来评估扫描信息的核心思想。位置信息的使用实现了简单的模式检测和/或位置的快速计算。

根据实施例，一种装置包括处理单元，该处理单元被配置成获得表面的二维扫描的扫描信息，并且获得指示捕获单元相对于表面的倾斜度的位置信息，所述捕获单元提供二维扫描，并且通过使用关于捕获单元相对于表面的定位的位置信息来评估扫描信息。

这里，捕获单元可以是在表面上导航的车辆的一部分。为了定位捕获单元并因此定位例如车辆，该装置的处理单元可以从捕获单元获得表面的二维扫描的扫描信息。在带悬架的车辆的情况下，捕获单元可以包括相对于表面的倾斜度(例如由于车辆的各个车轮的不同偏转)。在无人机的情况下，捕获单元可以包括相对于表面的倾斜度(例如由于俯仰和滚动运动)。

这里，例如仅基于扫描信息，即特别是在没有额外使用标记的情况下，相对于捕获单元的定位，可能不可能或者可能难以评估例如由于捕获单元的倾斜而失真的扫描信息。考虑倾斜度可能具有优势，特别是在基于周围区域的固有特征(例如地面或周围墙壁的特征)的检测而不是基于先前引入的标记的定位方法中。在此类方法中，例如，在周围区域中识别图案形式的特征，并且将其与数据库进行比较。由于扫描信息失真，存储在数据库中的特征映射可能会失败，因此定位可能会失败。因此，处理单元被配置成获得指示捕获单元相对于表面的倾斜度的位置信息。因此，可以考虑倾斜度，例如因此考虑失真，以便执行捕获单元的定位。

根据实施例，一种方法包括获得表面的二维扫描的扫描信息，获得指示捕获单元相对于表面的倾斜度的位置信息，所述捕获单元提供二维扫描，以及通过使用关于捕获单元相对于表面的定位的位置信息来评估扫描信息。

通过本发明的方法，考虑到捕获单元的倾斜度和位置信息，可以相对于捕获单元的定位来评估表面的扫描信息，和/或可以执行改进的评估。因此，本发明的方法因此可以基于扫描信息来执行定位，该扫描信息不包括关于捕获单元的倾斜度的任何编码信息或其他直接信息。

根据实施例，计算机程序包括用于执行本发明方法的程序代码。例如，用于执行本发明方法的计算机程序可以在诸如移动机器人平台的车辆上执行，以定位车辆，和/或在中央计算单元中执行，例如，从多个车辆获得扫描信息并且基于其确定车辆的位置。以计算机程序的形式，本发明的方法可以用于多种应用和应用的变体中，诸如在微控制器或中央计算单元的更高性能的计算装置上。

根据实施例，处理单元被配置成通过使用位置信息来操纵扫描信息，以获得被操纵的扫描信息，并且关于捕获单元相对于表面的定位来执行对被操纵的扫描信息的评估。

例如，由于捕获单元相对于表面的倾斜而导致的扫描信息的失真可以通过使用位置信息操纵扫描信息来至少部分地补偿。通过这样，例如可能的是，下游的评估方法(例如图像评估方法)从扫描信息中提取能够定位捕获单元的特征。通过这样，可以以更精确和/或更稳健的方式来执行捕获单元的定位。

根据实施例，处理单元被配置成基于位置信息执行扫描信息的校正。例如图像数据形式的扫描信息中的几何失真可以通过校正或均衡至少部分地被均衡。因此，扫描信息(诸如图像)可以以这种方式转换，就好像它是垂直于表面捕获的一样。通过这样，可以确定特征的距离和位置，其信息包含在扫描信息中，并且其包含关于捕获单元在表面上的位置信息，以便将它们与例如数据库进行比较，从而确定捕获单元的位置。

根据实施例，捕获单元包括相机和/或激光距离传感器阵列。使用相机和/或激光距离传感器阵列对于提供扫描信息是成本有效的、可用的和有用的，特别是对于移动机器人应用来说。此外，这种形式的捕获单元的扫描信息的信息内容使得能够提取周围区域的特征以定位捕获单元。

根据实施例，处理单元被配置成通过使用位置信息来至少部分地补偿扫描信息的透视失真。捕获单元的定位可以通过扫描信息的调节来实现和/或改进。例如，均衡扫描信息的评估使得能够提取关于周围区域的固有特征的信息，其与数据库的比较使得能够推断捕获单元的位置。此外，可以进行距离估计的改进，例如以避免与障碍物的碰撞。

根据实施例，该装置包括被配置成捕获位置信息的位置捕获单元，其中该装置包括捕获单元。例如，该装置可以被配置成包括用于在表面上导航的捕获单元(例如相机)的车辆。为了考虑位置信息和/或操纵扫描信息以便定位捕获单元并因此定位该装置，该装置还包括位置捕获单元以便捕获位置信息。例如，位置捕获单元可以被配置成多轴旋转角度传感器，例如，被布置在捕获单元附近以便捕获位置信息。

该装置与位置捕获单元和捕获单元的组合可以用于自动或自主行进的机器人。通过位置捕获单元中的传感器系统和捕获单元以及以装置的处理单元形式的评估的组合，可以提供一种可以独立地在环境中找到其路径的系统，例如借助于其自身位置的确定。通过使用位置捕获单元的位置信息来改进定位，对应的车辆可以对其自身进行定向，或者至少可以在未知环境中对其自身进行更好的定向，所述未知环境例如没有任何标记。

根据实施例，该装置是具有至少两个带悬架的轮段的车辆，并且捕获单元包括相对于至少两个带悬架的轮段的预定相对位置。通过将该装置配置成具有至少两个带悬架的轮段的车辆，可以实现该装置的良好行驶特性，例如，使得该装置也可以用于具有不平坦地面的困难地形中。在这种情况下，特别地，该装置可以包括三个、四个或更多个带悬架的轮段。通过捕获单元相对于至少两个带悬架的轮段的预定位置，确定轮段的偏转可以允许计算捕获单元的倾斜度，例如，以便改进扫描信息和/或其评估。

根据实施例，位置捕获单元包括至少两个传感器元件，其中所述至少两个传感器元件中的每一个都布置在至少两个带悬架的轮段中的一个上，并且其中处理单元被配置成从所述至少两个传感器元件中的每一个接收与轮段的悬架行程相关的测量值，并且基于测量值的组合来计算位置信息。

通过将每个传感器元件直接布置在带悬架的轮段处，例如，可以采用简单和/或成本高效的传感器元件。代替中央传感器，例如包括几个测量轴(即，例如可以在几个空间维度上执行测量)，可以使用几个例如简单或单轴传感器(例如，可以仅相对于一个空间维度执行测量)，其测量信息被组合。此外，多于一个的传感器元件可以布置在一个带悬架的轮段上，每个例如在特别安全关键的应用中提供冗余。

根据实施例，至少两个传感器元件布置在轮段处，使得在轮段向下或向上偏转的情况下，传感器元件发生较大的位置变化。通过传感器元件如轮段的这种布置，可以提高位置信息相对于捕获单元的倾斜度变化的灵敏度，使得即使轮段向下或向上偏转的小变化也已经影响传感器元件的测量值。因此，继而可以提高捕获单元的定位精度。

根据实施例，处理单元被配置成从至少两个传感器元件中的每一个接收测量值，并且基于测量值确定关于至少两个轮段的悬架行程的信息，其中关于悬架行程的信息包括关于相应轮段到表面的距离信息，所述距离通过轮段的悬架是可变的，因此包括捕获单元相对于表面的倾斜度的信息。

例如，通过存储的轮段的几何信息和捕获单元相对于轮段的相对位置，捕获单元可以通过评估测量值来确定相应轮段的偏转，因此确定轮段相对于表面的距离，该距离在悬架上是可变的。轮段到表面的距离继而可以用于通过捕获单元的预定相对位置来计算捕获单元相对于表面的倾斜度。

根据实施例，至少两个传感器元件包括距离传感器和/或旋转编码器。距离传感器和旋转编码器形成了可以使用的稳健且可用的传感器元件，例如，特别是在诸如移动机器人平台的车辆中。由于此类传感器的良好可用性，对应的装置也可以大量生产。此外，距离传感器的使用使得能够直接确定轮段相对于表面的距离，用于确定捕获单元的位置信息。通过旋转编码器，可以通过确定轮段的倾斜度以及轮段的已知几何信息来推断轮段到表面的偏转或距离，从而由此确定位置信息，例如关于捕获单元相对于表面的倾斜度的信息。

在这种情况下，例如，距离传感器可以包括超声波传感器和/或激光距离测量，或者激光距离传感器。原则上，这些可以用于诸如旋转编码器，以确定车辆的倾斜位置，因此确定例如捕获单元的倾斜度。

根据实施例，该装置是用于分拣系统的车辆。将该装置配置成例如具有捕获单元和位置捕获单元的车辆，可以实现自主或自动行进的机器人。这种发明的装置在分拣系统中的使用方面具有主要优点，例如由于通过考虑位置信息而改进了定位，从而可以通过改进的对各个机器人位置的确定来规划轨迹并且避免碰撞，例如特别是不需要使用复杂且昂贵的标记。

根据实施例，车辆被配置成自主行驶。通过本发明改进的位置确定，因为碰撞的危险可以降低，例如由于关于车辆自身位置的更精确的信息，所以可以实现和/或改进自主行驶。

根据实施例，该方法还包括通过使用位置信息来操纵扫描信息，以便获得被操纵的扫描信息，并且关于捕获单元相对于表面的定位来评估被操纵的扫描信息。

通过使用位置信息来操纵扫描信息可以使得能够从扫描信息中提取周围区域的特征，和/或相对于特征的形状(或类型)和/或例如特别是特征相对于彼此的相对位置来评估特征，例如这些特征可以是周围区域的固有特征，例如地面中的图案。通过经由位置信息改进扫描信息，对绝对距离的确定是可能的，即，没有因捕获单元的倾斜而失真的距离，其继而可以用于借助于参考(例如，通过与数据库的比较)来确定位置。

附图说明

随后参考附图更详细地描述根据本发明的示例。关于示出的示意图，应注意，示出的功能框应当被理解为根据本发明的装置的元件或特征以及根据本发明的方法的对应方法步骤，并且根据本发明的方法的对应方法步骤可以从中导出，其中：

图1示出了根据本发明实施例的装置的示意性侧视图；

图2示出了根据本发明实施例的装置的示意性侧视图，其中该装置被配置成车辆，并且包括捕获单元和位置捕获单元；

图3a示出了根据本发明实施例的处于中间位置的带悬架的轮段的示意性侧视图；

图3b示出了根据本发明实施例的处于示例性向下偏转状态的图3a的带悬架的轮段的示意性侧视图；

图3c示出了根据本发明实施例的处于示例性向上偏转状态的图3a的带悬架的轮段的示意性侧视图；

图4示出了根据本发明实施例的方法的流程图；

图5a示出了根据本发明实施例的处于中间位置的另一带悬架的轮段的示意性侧视图；

图5b示出了根据本发明实施例的处于示例性向下偏转状态的图5a的另一带悬架的轮段的示意性侧视图；

图5c示出了根据本发明实施例的处于示例性向上偏转状态的图5a的另一带悬架的轮段的示意性侧视图；

图6示出了扫描信息的可能透视失真的示意图，这些失真通过本发明的实施例来解决；以及

图7示出了根据本发明实施例的带悬架的轮段的示意性侧视图，该轮段具有带对置悬架的车轮摆臂。

具体实施方式

在随后基于附图更详细地描述本发明的实施例之前，应注意，相同或功能相同的元件、物体和/或结构，或者具有相同效果的元件、物体和/或结构在不同的附图中提供有相同或相似的附图标记，使得在不同实施例中示出的这些元件的描述可以互换或彼此适用。

图1示出了根据本发明实施例的装置的示意性侧视图。图1示出了具有处理单元110的装置100，该处理单元被配置成获得表面130的二维扫描120_b的扫描信息120_a，并且进一步获得指示捕获单元120相对于表面130的倾斜度(例如角度α)的位置信息120_c(例如角度信息α)，所述捕获单元提供二维扫描120_b。位置信息可以指示在扫描120_b时获得相对于表面的倾斜度的扫描信息120_a。例如，位置信息120_c可以指示可选地作为装置100的一部分的捕获单元120在该时间点包括哪个位置或倾斜度。此外，处理单元110被配置成通过使用关于捕获单元120相对于表面130的定位的位置信息120_c来评估扫描信息120_a。

在这种情况下，例如，捕获单元120可以是无人机的一部分或者在地面130上导航的移动机器人的一部分。捕获单元120可以包括相机和/或激光距离传感器阵列。此外，捕获单元可以是面扫描相机或线扫描相机，但是也可以配备用于不同的、优选光学的表面扫描，诸如借助于雷达(无线电探测和测距)或LiDAR(光探测和测距)。

捕获单元120的倾斜可能由于捕获单元120的运动和/或加速而发生，例如由于包括捕获单元120的车辆的偏转，例如当行进通过弯道时或者当相对于表面130增加或降低速度时。例如，这可以防止表面130的扫描120_b正交或垂直于表面130发生，使得扫描信息120_a包括由于倾斜引起的透视失真。通过提供位置信息120_c，例如关于角度α的信息，可以在扫描信息120_a的评估中考虑或至少部分补偿这种透视失真。

这可以实现对周围区域的特征的改进的确定，例如，通过借助于位置信息120_c校正失真来确定扫描信息120_a中可能包含的周围区域的固有特征的距离和位置。通过这种形式的对周围区域的分类，例如映射，可以例如基于先验信息，通过对特征或特征簇的检测，诸如以彼此之间具有特定距离的特定模式排列多个特征，来执行捕获单元120的定位。通过使用位置信息对倾斜度进行补偿，可以使用对透视失真不太稳健或根本不稳健的特征(例如已知的QR码)来确定位置。通过这种方式，可以使用多种特征，这使得定位更加灵活。

图2示出了根据本发明实施例的装置的示意性侧视图，其中该装置被配置成车辆，并且包括捕获单元和位置捕获单元。图2示出了被配置成车辆(例如，移动机器人平台)的装置200，其具有处理单元110、捕获单元120和位置捕获单元210。车辆200包括带悬架的轮段220。如图2中所示，并非所有的轮段都必须具有悬架，车辆200也包括没有悬架的轮段230。这里，应注意，在侧视图中仅示出了一个带悬架的轮段220。此外，所有轮段可以具有悬架。此外，带悬架的轮段不一定必须位于车辆200的一端，带悬架的轮段位于车辆一侧的图示仅作为示例。这里，带悬架的轮段220被示出处于向外偏转的状态，例如由于装置200例如在x方向上(朝向负x方向定向)的加速度。图2示出了位置捕获单元210配置有可选的中央传感器元件210₁。替代地或附加地，位置捕获单元210可以包括传感器元件210₂，每个传感器元件布置在带悬架的轮段220处。在这种情况下，例如，传感器元件可以包括陀螺仪(角速度传感器)、超声波传感器、激光距离传感器或传感器阵列以及增量编码器。

在这种情况下，处理单元110被配置成获得表面130的二维扫描120_b的扫描信息120_a，并且获得位置信息120_c，即来自中央传感器210₁的位置信息120_c1和/或来自传感器元件210₂的位置信息120_c2，其指示捕获单元120相对于表面130的倾斜度(例如α)，所述捕获单元提供扫描120_b。在这种情况下，处理单元110还可以被配置成获得包括传感器元件210的至少两个测量值的位置信息120_c，其中这两个测量值包括关于捕获单元120的倾斜度的信息的至少一部分。

对于仅具有两个带悬架的轮段220的车辆200，例如具有两个轮段220的带悬架的前轴和具有至少一个轮段230的不带悬架的后轴，至少两个测量值可以由至少两个传感器元件210₁提供，每个传感器元件布置在带悬架的轮段220处(例如每个传感器元件210₁至少一个测量值)。在这种情况下，由于对至少两个测量值的评估和例如至少一个不带悬架的轮段230到表面130的已知距离，例如该距离由于没有悬架而恒定，可以提供车辆200的位置信息，因此也可以提供捕获单元120的位置信息。

在车辆200具有至少三个带悬架的轮段220的情况下，例如在前轴处带悬架的轮段220和在后轴处带悬架的两个轮段220，或者分别在前轴和后轴处带悬架的两个轮段220，处理单元110可以被配置成获得包括至少三个测量值的位置信息120_c，其中三个测量值包括关于捕获单元120的倾斜度的信息的至少一部分。至少三个测量值可以由至少三个传感器元件210₁提供，每个传感器元件布置在带悬架的轮段220中的一个处(例如，每个传感器元件210₁至少一个测量值)。继而可以利用至少三个测量值来确定关于车辆200的倾斜度的信息，并因此确定捕获120。

在这两种情况下，替代地或附加地，至少两个或至少三个测量值可以由中央传感器元件210₂提供，该中央传感器元件可以相对于几个测量轴，即相对于不同的空间方向捕获测量值。

因此，处理单元110可以使用位置信息120_c来操纵扫描信息120_a，以便获得被操纵的扫描信息，并且相对于捕获单元120的定位来使用它们，并且在这种情况下还相对于车辆200的定位来使用它们。

在这种情况下，操纵可以包括对扫描信息120_a的透视失真的补偿或至少部分补偿。例如，扫描信息120_a可能由于捕获单元120相对于表面130的倾斜度(例如，角度α)而失真，这又可以由处理单元110使用位置信息120_c来补偿。换句话说，例如，扫描信息120_a可以被均衡。为此，例如，扫描信息120_a的校正可以借助于处理单元110来执行。

根据图2，捕获单元120包括相对于至少两个带悬架的轮段220的预定相对位置。由此，例如当使用传感器元件210₂时，考虑到传感器元件210₂与捕获单元120之间的几何距离和角度，可以通过对位置信息120_c2的评估来计算捕获单元120的倾斜度。

在这种情况下，传感器元件210₂可以生成与轮段220的悬架行程相关的测量值，使得由于捕获单元120相对于至少两个带悬架的轮段220的预定相对位置，关于轮段220的位置信息120_c2包括关于捕获单元120相对于表面130的倾斜度的位置信息120_c。在这种情况下，可以选择传感器元件210₂的布置，使得在轮段220向下偏转或向上偏转的情况下，发生传感器元件210₂的较大位置变化，例如，以便也能够检测并因此补偿捕获单元120的小的倾斜和位置变化。关于振荡(或振动)，传感器元件因此可以布置在具有大振幅的位置。

在下文中，将基于图3a、图3b和图3c更详细地描述带悬架的轮段的发明状态的示例。在实施例中，图3a、图3b和图3c可以示出先前解释的(例如基于图2)带悬架的轮段220以及图3a至图3c中处于不同状态的旋转编码器形式的传感器元件的详细视图。图3a示出了处于中间位置的带悬架的轮段的示意性侧视图，图3b示出了处于示例性向下偏转状态的图3a的带悬架的轮段的示意性侧视图，以及图3c示出了处于示例性向上偏转状态的图3a的带悬架的轮段的示意性侧视图。

图3a至图3c示出了带悬架的轮段220，包括车轮摆臂310、悬架320和旋转编码器330。此外，轮段220还包括枢转点340，该枢转点相对于悬架320的偏转形成车轮摆臂310的旋转轴线。例如，通过捕获单元120相对于轮段220的预定相对位置，旋转编码器330可以指示关于捕获单元(例如相机)相对于表面130的位置的至少部分信息。例如，旋转编码器330中的每一个可以指示局部倾斜或旋转。例如，使用至少两个(例如连同几何引起的已知信息，诸如无悬架的轮段230到表面130的距离)或至少三个间隔开的旋转编码器330或其他传感器元件210，考虑到几何布置或位置，例如通过考虑可能经由空间中的三个点确定经受倾斜的平面，这种部分信息可以用于确定例如捕获单元120的另一位置处的倾斜度。

换句话说，例如通过使用单个传感器元件210，可以在捕获单元120的位置局部地确定倾斜度。当定位几个分布式传感器元件210时，可以通过考虑分布几何形状来相互评估它们。

图3a示出了包括轮段220的车辆的起始位置，其中悬架320的弹簧处于中间位置，从而例如由于向下偏转或向上偏转而不需要图像补偿。图3b示出了车辆的状态，其中悬架320的弹簧向下偏转，例如，使得车辆的图示区域低于其他区域，并且旋转编码器330捕获偏离图3a的参考位置的倾斜信息。捕获单元(例如相机)可以比图3a(例如参见图5b)中更靠近地面130，例如当布置成远离车辆拐角处的枢转点340或者车辆的轮段220或者车轮摆臂310时。图3c示出了车辆的状态，其中悬架320的弹簧向上偏转，例如，使得车辆的区域高于其他区域，并且旋转编码器330捕获其他不同的倾斜度信息。在这点上，参考图2的示例。在这种情况下，捕获单元可以位于离地面更远的地方(参见例如图5c)，例如当被布置成远离车辆拐角处的枢转点、或者车辆的轮段220、或者车轮摆臂310时。

图3a至图3c旨在示出根据本发明实施例的基本思想，即获得例如关于车辆的每个车轮的偏转的精确信息。为此，实施例提供了附接在轮段和/或车轮悬架的摆臂310处的旋转编码器330。

悬架行程可以经由枢轴点340处的角度来确定。车辆在空间中的位置可以例如通过不同车轮的测量值的组合，或者换句话说带悬架的轮段220的不同旋转编码器330的测量值的组合来精确地确定。在实施例中，提供至少三个测量点可能是有利的，以便能够明确地确定空间中平面的位置，并因此确定例如捕获单元的位置，因此确定车辆的位置。图像可以被变换，使得它们看起来是经由被称为校正的图像处理方法从空间中的另一个位置捕获的。利用这种技术，例如以光学传感器形式的捕获单元的测量值可以被均衡，即在最后，例如在均衡或校正之后，它们看起来好像是在非偏转状态下被捕获的。

虽然一些实施例提供了通常指图像的校正的使用，但是本发明的装置和方法不限于图像的专用。在本发明构思的上下文中，可以使用位置信息来操纵其他形式的扫描信息，即，使其均衡。因此，例如，本发明的方法还可以均衡来自激光距离传感器阵列的扫描信息或测量值。在一维扫描中，或者换句话说，在一维情况下，测量或扫描可以被解释为图像线。

此外，应注意，车辆的倾斜位置或捕获单元的倾斜度可以经由不同类型的距离传感器来确定，诸如超声传感器或激光距离测量或激光距离传感器，而不是图3a至图3c中所示的旋转编码器330。

此外，悬架也可以通过直接在例如轮段220的弹簧/阻尼器单元处/中测量来确定。然而，在这种情况下，利用轮段220的车轮摆臂310处的传感器元件210₂来确定悬架行程可以具有这样的优点，即可以用较少的精力和较少的成本来实现。此外，借助旋转编码器330的角度测量，例如轮段220的车轮摆臂310的旋转角度的测量可以具有更小的误差和/或公差。

图4示出了根据本发明实施例的方法的流程图。方法400包括获得表面的二维扫描的扫描信息的步骤410，获得指示捕获单元相对于表面的倾斜度的位置信息的步骤420，所述捕获单元提供二维扫描，以及通过使用关于捕获单元相对于表面的定位的位置信息来评估扫描信息的另一步骤430。应注意，步骤410和420可以以任何顺序和/或同时执行，因为这两个步骤都为步骤430提供输入量，并且可能彼此独立。

可选地，方法400可以包括通过使用位置信息来操纵扫描信息，以便获得被操纵的扫描信息。为了考虑被操纵的扫描信息，步骤430可以包括关于捕获单元相对于表面的定位来评估被操纵的扫描信息。

将基于图5a至图5c更详细地描述在带悬架的轮段的悬架状态改变的情况下捕获单元的位置。图5a至图5c示出了带悬架的轮段，其包括车轮摆臂310以及被配置成相机510的捕获单元。在图5a至图5c中，相机510固定地连接到壳体，并且因此又连接到例如车轮摆臂310，这是现实中或许多实际实现中的情况。也就是说，相机510可能没有被枢转地支撑，使得在摆臂310倾斜的情况下，它不再垂直于地面定向，或者由于改变的悬架状态，它包括相对于地面的可变定向或倾斜。

轮段还包括枢转点340，该枢转点相对于悬架的偏转形成车轮摆臂310的旋转轴线。与图3a至图3c相反，为了简化说明，除了车轮弹簧310处的悬架的冲击点520之外，没有明确示出悬架。这里，图5a至图5c也可以形成图3a至图3c的简化图示，其中捕获单元另外以相机510的形式示出。为了简化解释，没有明确示出类似于图3a至图3c的旋转编码器；然而，根据本发明，它可以存在。此外，图5a至图5c示出了基于捕获单元(即相机510)的扫描的示意性图像530a-c，其取决于轮段的相应悬架状态。

类似于图3a，图5a示出了处于中间位置的带悬架的轮段的示意性侧视图。在平坦地面的情况下，相机510平行于该表面定位，使得可以捕获不失真的图像530a。

类似于图3b，图5b示出了处于示例性向下偏转状态的图5a的带悬架的轮段的示意性侧视图。通过向下偏转的状态，相机510更靠近地面，并且包括相对于地面的倾斜角。例如，当观察单个摆臂310时，例如，两个自由度的最大数量可以改变，即，如果相机510没有固定在轴线的中心或枢轴点340，则到地面的距离以及相机510的角度(例如相机510相对于地面的观察角度)会改变。在结构宽度为几个摆臂310的情况下(例如带悬架的多轴车辆)，并且固定在壳体上(例如当将相机510固定在壳体上，该壳体又固定地连接到车轮摆臂310)时，三个自由度的最大数量可以改变，即相机510的滚动和俯仰角以及到地表面(例如地面)的距离会改变。简而言之，例如具体关于图5b或图像530b，如果车轮摆臂310倾斜，则相机510也相对于地面倾斜定向或者倾斜地捕获。因此，与图像530a相比，图像530b失真，例如，从矩形图像530a创建了梯形图像530b。

类似于图3c，图5c示出了处于示例性向上偏转状态的图5a的带悬架的轮段的示意性侧视图。由于向上偏转的状态，相机510位于更远离地面的位置，并且相对于地面具有倾斜角。因此，与图像530a相比，图像530c也是失真的。

将基于图6更详细地解释扫描信息(例如图像530a-c)的可能失真。即使这些效果是单独示出的，它们也可以组合出现，这与本文描述的实施例并不相反。类似于图5a，图6示出了参考扫描信息610，例如，该参考扫描信息由固定到处于中间位置的车轮摆臂的相机510捕获。

捕获图像到表面的距离的增加620可以导致参考扫描信息610的图像部分的缩小，即实际捕获的对象区域仅仅是完整图像的一部分。这用结果扫描信息620a来说明。

捕获图像到表面的距离的减小630可以导致参考扫描信息610的图像部分的放大，即例如仅捕获参考扫描信息610的一部分。这用结果扫描信息630a来说明。

在这种情况下，捕获单元相对于第一轴线的倾斜640可能导致参考扫描信息610的图像部分相对于第一轴线的失真。这用结果扫描信息640a来说明。捕获单元的倾斜650还可以相对于可能垂直于第一轴线的第二轴线发生。因此，例如，轴线中的一个可以至少部分地通过枢轴点340来确定，该枢轴点可以理解为基于所示二维侧剖视图的三维主体中的旋转轴线的轴线。关于第二轴线倾斜的结果用结果扫描信息650a示例性地示出。

考虑到位置信息，经修改的扫描信息620a、630a、640a和/或650a可以被单独校正或与本文描述的实施例相结合校正，其中通过使用示例性校正对本文描述的扫描信息的评估可以包括均衡和/或缩放。

例如，在这种情况下，相对于第一轴线和/或第二轴线的倾斜可以由先前描述的相机相对于地面的滚动和/或俯仰角产生。例如，这种类型的倾斜以及距离的变化可能发生在加速或减速期间和/或在带悬架车辆转弯的情况下。此外，应注意，扫描信息的失真和/或放大和/或缩小的任何叠加都是可能的，例如，特别是对于具有多个带悬架的轮段的车辆。此外，相机510在车轮摆臂310处的定位仅被认为是描述本发明构思的示例。在车辆具有几个带悬架的轮段的情况下，相机也可以位于车辆的中心，并且不必附接到单独的车轮摆臂310中的一个。通过各个轮段的偏转，对于相机510，或者对于由相机捕获的图像，例如由于各个车轮摆臂与相机可附接的车辆底盘之间的连接，可能出现以距离和/或倾斜变化形式的所述失真的叠加。

图6示出了通过使用位置信息对根据本发明的扫描信息进行评估，例如通过旋转编码器的角度信息对由相机510捕获的图像进行校正，这可以具有显著的优点，以便例如补偿不期望的失真。为了保证良好的驾驶特性，使用带悬架的车辆可能是必不可少的；然而，由于扩展的驱动动态，这可能会放大扫描信息失真的问题。由于扫描信息的失真，例如基于周围区域的特征的定位可能是困难的或者甚至是不可能的，因为由于失真，特征可能没有被检测到，这就是为什么使用位置信息例如用于校正图像的发明构思可以提供很大的优点。

图7示出了根据本发明实施例的带悬架的轮段的示意性侧视图，该轮段具有带对置悬架的车轮摆臂。车轮摆臂310具有枢转点340，并且相对于具有重量G的负载710经由对置悬架7被对置悬挂20。在实施例中，根据图3a至图3c，旋转编码器可以相对于枢转点340布置在对置悬架720的一侧，即在图像中的右侧。在经由负载710在摆臂310上产生应变的情况下，对置悬架720的悬架状态可以改变，这可能导致摆臂310倾斜。这种倾斜可以通过旋转编码器来检测。

在这种情况下，例如，车辆的底盘可以形成负载，其中所述底盘例如包括捕获单元，并且例如被装载或卸载。根据本发明，即使车辆被对称地加载，使得车辆悬架的所有轮段以相同的方式向上偏转和向下偏转，由于车轮摆臂310的倾斜，由于负载710和对置悬架720，倾斜信息也可以被车轮摆臂处的旋转编码器捕获。例如，通过旋转编码器的倾斜信息的组合评估，例如车轮摆臂310相对于枢转点340的角度的组合评估，可以计算捕获单元的倾斜度。

例如，如果不同轮段的所有旋转编码器具有相同的车轮摆臂310的倾斜角，则可以推断捕获单元相对于地面的平行取向。同时，可以通过各个旋转编码器的倾斜度和例如轮段的已知几何参数来计算各个轮段的悬架行程，从而可以推断捕获单元相对于地面(例如根据图6，图像620a/630a)的距离变化。由此，又可以执行对扫描信息的操纵，例如缩放。

同样，应注意，可以以这种方式检测或补偿距离和倾斜变化或失真的任何组合。此外，应注意，图7仅示出了根据本发明的轮段的配置的示例，并且负载710和对置悬架720可以互换，类似于将旋转编码器定位在摆臂310上的枢转点340的一侧或另一侧。

结论和进一步评论

总的来说，本发明的实施例提供了补偿透视失真的可能性。通过这种方式，捕获单元的扫描信息(例如光学传感器的测量数据)可以用于诸如定位方法的方法，例如与QR码相比，这些方法对于这种类型的失真并不稳健。这可能是有趣的或有利的，特别是对于图像传感器，然而，根据本发明的设备和方法不限于使用图像传感器。例如，特别地，本发明构思可以简化用于定位的光学传感器的使用，例如，在预期强偏转的应用情况下。替代地或附加地，本发明构思可以增加例如捕获单元或车辆的定位的准确度或预期的准确度。

根据本发明的实施例是基于在偏转的基础上确定车辆在空间中的位置，例如通过使用在轮段(例如车轮悬架)的车轮摆臂处的旋转编码器。

根据本发明的实施例的技术应用领域可以是通过光学传感器对自动或自主车辆或机器人进行定位。

在根据本发明的实施例中，处理单元可以通过任何适当的电路结构来实现，诸如微处理器电路、ASIC电路、CMOS电路等。在示例中，处理单元可以实现为硬件结构和机器可读命令的组合。例如，处理单元可以包括处理器或存储机器可读命令的存储器设备，所述机器可读命令提供本文描述的功能，并且如果由处理器执行，则引起本文描述的方法的执行。在示例中，存储设备可以由任何适当的存储设备实现，诸如ROM、PROM、EPROM、EEPROM、闪存、FRAM(铁电RAM)、MRAM(磁阻RAM)或相变RAM。

本文列出的材料、环境影响、电特性和光学特性的所有列表都被认为是示例性的，而不是穷举性的。

尽管已经在设备的上下文中描述了一些方面，但是应当理解，所述方面也表示对应方法的描述，因此设备的块或结构组件也应当理解为对应的方法步骤或方法步骤的特征。以此类推，在方法步骤的上下文中或作为方法步骤描述的方面也表示对应设备的对应块或细节或特征的描述。方法步骤中的一些或所有可以在使用硬件设备时执行，诸如微处理器、可编程计算机或电子电路。在一些实施例中，最重要的方法步骤中的一些或几个可以由这样的设备执行。

取决于具体的实现要求，本发明的实施例可以用硬件或软件来实现。当使用数字存储介质，例如软盘、DVD、蓝光光盘、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪存、硬盘或其上存储有电子可读控制信号的任何其他磁或光存储器时(它们可以与可编程计算机系统协作，从而执行相应的方法)，可以实现实施。这就是为什么数字存储介质可以是计算机可读的。

因此，根据本发明的一些实施例包括数据载体，该数据载体包括能够与可编程计算机系统协作的电子可读控制信号，从而执行本文描述的任何方法。

通常，本发明的实施例可以被实现为具有程序代码的计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机上运行时，该程序代码有效地执行任何方法。

例如，程序代码也可以存储在机器可读载体上。

其他实施例包括用于执行本文描述的任何方法的计算机程序，所述计算机程序存储在机器可读载体上。

换句话说，本发明方法的实施例因此是一种计算机程序，当该计算机程序在计算机上运行时，该计算机程序具有用于执行本文描述的任何方法的程序代码。

因此，本发明方法的另一实施例是数据载体(或者数字存储介质或者计算机可读介质)，在其上记录了用于执行本文描述的任何方法的计算机程序。数据载体、数字存储介质或计算机可读介质通常是有形的或非易失性的。

因此，本发明方法的另一实施例是表示用于执行本文描述的任何方法的计算机程序的数据流或信号序列。数据流或信号序列可以被配置成例如经由数据通信链路(例如经由互联网)传输。

另一实施例包括处理单元，例如计算机或可编程逻辑器件，其被配置成或适于执行本文描述的任何方法。

另一实施例包括计算机，其上安装了用于执行本文描述的任何方法的计算机程序。

根据本发明的另一实施例包括被配置成向接收机传输用于执行本文描述的至少一种方法的计算机程序的设备或系统。例如，该传输可以是电子的或光学的。例如，接收机可以是计算机、移动设备、存储设备或类似设备。例如，该设备或系统可以包括用于将计算机程序传输到接收机的文件服务器。

在一些实施例中，可编程逻辑器件(例如现场可编程门阵列、FPGA)可以用于执行本文描述的方法的一些或全部功能。在一些实施例中，现场可编程门阵列可以与微处理器协作来执行本文描述的任何方法。通常，在一些实施例中，这些方法由任何硬件设备来执行。所述硬件设备可以是任何通用的硬件，诸如计算机处理器(CPU)，或者可以是专用于该方法的硬件，诸如ASIC。

例如，本文描述的装置可以使用硬件设备、或使用计算机、或使用硬件设备和计算机的组合来实现。

本文描述的装置或本文描述的装置的任何组件可以至少部分地在硬件和/或软件(计算机程序)中实现。

例如，本文描述的方法可以使用硬件设备、或使用计算机、或使用硬件设备和计算机的组合来实现。

本文描述的方法或本文描述的方法的任何组件可以至少部分地通过执行和/或软件来实现。

上述实施例仅代表本发明原理的说明。应当理解，本领域的其他技术人员将会意识到本文所述的布置和细节的修改和变化。这就是为什么本发明仅由所附权利要求的范围来限定，而不是由本文通过实施例的描述和讨论给出的具体细节来限定。

Claims

1.一种装置(100、200)，包括：

处理单元(110)，被配置成

获得表面(130)的二维扫描(120_b)的扫描信息(120_a)；以及

获得指示捕获单元(120、510)相对于所述表面(130)的倾斜度的位置信息(120_c)，所述捕获单元提供所述二维扫描(120_b)；以及

使用关于所述捕获单元(120、510)相对于所述表面(130)的定位的所述位置信息(120_c)来评估所述扫描信息(120_a)。

2.根据权利要求1所述的装置(100、200)，其中所述处理单元(110)被配置成

使用所述位置信息(120c)操纵所述扫描信息(120a)以便获得被操纵的扫描信息；以及

关于所述捕获单元(120、510)相对于所述表面(130)的所述定位，执行对所述被操纵的扫描信息的评估。

3.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100、200)，其中所述处理单元(110)被配置成基于所述位置信息(120_c)执行对所述扫描信息(120_a)的校正。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100、200)，其中所述捕获单元(120、510)包括相机(510)和/或激光距离传感器阵列。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100、200)，其中所述处理单元(110)被配置成使用所述位置信息(120_c)至少部分地补偿所述扫描信息(120_a)的透视失真。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100、200)，其中所述装置(100、200)包括被配置成捕获所述位置信息(120_c)的位置捕获单元(210)，并且其中所述装置(100、200)包括所述捕获单元(120、510)。

7.根据权利要求6所述的装置(100、200)，其中所述装置(100、200)是具有至少两个带悬架的轮段(220)的车辆，并且其中所述捕获单元(120、510)包括相对于所述至少两个带悬架的轮段(220)的预定相对位置。

8.根据权利要求7所述的装置(100、200)，其中所述位置捕获单元(210)包括至少两个传感器元件(210₂)，其中所述至少两个传感器元件(210₂)各自被布置在所述至少两个带悬架的轮段(220)中的一个处；以及

其中所述处理单元(110)被配置成从所述至少两个传感器元件(210₂)中的每一个接收与所述轮段(220)的悬架行程相关的测量值，并且基于所述测量值的组合来计算所述位置信息(120_c)。

9.根据权利要求8所述的装置(100、200)，其中所述至少两个传感器元件(210₂)布置在所述轮段(220)处，使得在所述轮段(220)向下偏转或向上偏转的情况下，所述传感器元件(210₂)发生较大的位置变化。

10.根据权利要求8或9中任一项所述的装置(100、200)，其中所述处理单元(110)被配置成：

从所述至少两个传感器元件(210₂)中的每一个接收测量值；以及

基于所述测量值确定关于至少所述两个轮段(220)的所述悬架行程的信息，其中关于所述悬架行程的信息包括关于相应轮段到所述表面(130)的距离的信息，所述距离通过所述轮段(220)的所述悬架是可变的，因此包括所述捕获单元(120、510)相对于所述表面(130)的所述倾斜度的信息。

11.根据权利要求10所述的装置(100、200)，其中所述至少两个传感器元件(210₂)包括距离传感器和/或旋转编码器。

12.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100、200)，其中所述装置(100、200)是用于分拣系统的车辆(200)。

13.根据权利要求12所述的装置(100、200)，其中所述车辆(200)被配置成自主行驶。

14.一种方法(400)，包括：

获得(410)表面(130)的二维扫描(120_b)的扫描信息(120_a)；以及

获得(420)指示捕获单元(120、510)相对于所述表面(130)的倾斜度的位置信息(120_c)，所述捕获单元提供所述二维扫描(120_b)；以及

通过使用关于所述捕获单元(120、510)相对于所述表面(130)的定位的位置信息(120_c)来评估(430)所述扫描信息(120_a)。

15.根据权利要求14的方法(400)，其中所述方法还包括：

通过使用所述位置信息(120_c)操纵所述扫描信息(120_a)，以便获得被操纵的扫描信息；以及

关于所述捕获单元(120、510)相对于所述表面(130)的所述定位来评估所述被操纵的扫描信息。

16.一种具有程序代码的计算机程序，当程序在计算机上运行时，执行根据权利要求14或15中任一项所述的方法(400)。