DE102004033468A1 - Procedure for calibrating a camera - Google Patents

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DE102004033468A1
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Dirk Ulbricht
Markus Spitzer
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Abstract

Mit einem Verfahren zur Kalibrierung einer in einem Kraftfahrzeug (1) angeordneten Kamera (2) sollen Abweichungswinkel der Kamera (2) zu Sollanordnungswinkeln besonders einfach zu ermitteln sein. Dazu werden über ein Kamerabild eines außerhalb des Kraftfahrzeuges (1) angeordneten rechteckigen Kalibriermusters (8) näherungsweise die Abweichungswinkel der Kamera (2) zu den Sollannordnungswinkeln ermittelt.With a method for calibrating a camera (2) arranged in a motor vehicle (1), deviation angles of the camera (2) should be particularly easy to determine at nominal arrangement angles. For this purpose, approximately the deviation angle of the camera (2) to the nominal arrangement angles are determined via a camera image of a rectangular calibration pattern (8) arranged outside the motor vehicle (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung einer Kamera, die in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist.The Invention relates to a method for calibrating a camera, which is arranged in a motor vehicle.

In modernen Kraftfahrzeugen werden immer komplexere Steuerungssysteme eingesetzt. Dabei geht die Entwicklungstendenz zu einer fortschreitenden Automatisierung des Kraftfahrzeuges, um die Sicherheit, aber auch den Komfort für den Fahrer und die Insassen zu erhöhen. Dabei wird beispielsweise neben den bereits existierenden bekannten Bremshilf- und Stabilitätssystemen neuerdings versucht, weitere Teile der Kraftfahrzeugsteuerung zu automatisieren, um den Fahrer zu unterstützen, zu entlasten und die Sicherheit zu erhöhen. Denkbar und auch bereits realisierbar sind zum Beispiel automatische Funktionen zur Erfassung der Spur, das Erkennen von anderen Kraftfahrzeugen oder Hindernissen sowie das automatische Erfassen von Straßenschildern. Nach einer Erfassung und Erkennung der Objekte wird dem Fahrer entweder eine geeignete Fahrempfehlung gemacht oder die Steuerungsfunktion selbstständig im Kraftfahrzeug umgesetzt. Bereits realisierbar sind beispielsweise Funktionen wie die automatische Folgefunktion, bei der das Fahrzeug selbständig durch automatisches Beschleunigen und Abbremsen einen vorgegebenen Abstand zum vorherfahrenden Kraftfahrzeug einhält oder Funktionen zur selbstständigen Spurhaltung.In Modern motor vehicles are becoming increasingly complex control systems used. The development trend is progressing Automation of the motor vehicle to safety, as well the comfort for to increase the driver and the occupants. It is, for example, next the already existing known Bremshilf- and stability systems Recently tried to further parts of the vehicle control system automate to assist, relieve and reduce the driver Increase security. For example, automatic functions are conceivable and already feasible for detecting the lane, recognizing other motor vehicles or obstacles as well as the automatic detection of road signs. After detection and detection of the objects the driver is either made a suitable driving recommendation or the control function independently in Motor vehicle implemented. Already possible, for example Functions like the automatic follow-up function, where the vehicle independent by automatically accelerating and decelerating a given Keeps distance to the preceding motor vehicle or self-tracking functions.

Zur Erfassung der Fahrbahn und aller anderen relevanten Objekte werden in der Regel Kameras eingesetzt, die im Kraftfahrzeug angeordnet sind. Die Auswertung eines Kamerabildes erfolgt üblicherweise über eine ebenfalls im Kraftfahrzeug angeordnete Rechnereinheit, mit der die beabsichtigten Funktionen berechnet und gesteuert werden.to Capture the lane and all other relevant objects usually used in cameras, which are arranged in a motor vehicle are. The evaluation of a camera image is usually done via a also arranged in the motor vehicle computer unit, with the intended functions are calculated and controlled.

Für eine gute Funktionsfähigkeit und Genauigkeit der im Kraftfahrzeug eingebauten Kameras müssen diese exakt positioniert und ausgerichtet sein, damit bei der Auswertung des Kamerabildes keine Fehler miteinberechnet werden, die sich später auf Steuerungsfunktionen auswirken. Dabei muss in der Regel die Position der Kamera im Kraftfahrzeug, die sich aus den drei Raumkoordinaten zusammensetzt, als auch die Ausrichtung dieser bestimmt werden. Da die bei der Fahrzeugfertigung auftretenden Toleranzen vergleichsweise groß sind, kann eine Kamera nicht einfach durch den Einbau an einer vorgesehenen Positionsstelle kalibriert werden, sondern muss nach ihrem Einbau im Kraftfahrzeug einzeln kalibriert bzw. ausgerichtet werden. Dabei kann die Positionsberechnung einer Kamera vergleichsweise einfach durchgeführt werden, indem die Position eines oder mehrerer Referenzpunkte der Kamera bezüglich der Längs-, Quer- und Hochsachse vermessen wird oder die Position der Kamera über die bekannte Positionsstelle ermittelt wird. Problematischer dagegen ist die Vermessung der Ausrichtung einer Kamera, da wegen zu großer Fertigungstoleranzen der Kraftfahrzeugkomponenten diese in der Regel um die Raumachsen verdreht ist. Dabei wird eine Drehung um die Längsachse „Wankwinkel" oder „Rollwinkel", eine Drehung um die Hochachse „Gierwinkel" und eine Drehung um die Querachse „Nickwinkel" genannt.For a good operability and accuracy of built-in cameras must be this be accurately positioned and aligned so that in the evaluation of the camera image no errors are included, which later on Affect control functions. As a rule, the position must the camera in the car, resulting from the three spatial coordinates composed as well as the orientation of these are determined. Since the tolerances occurring in vehicle manufacturing comparatively are big, A camera can not simply be built-in by one Position but must be calibrated after installation individually calibrated or aligned in the motor vehicle. there can the position calculation of a camera comparatively easy carried out be determined by the position of one or more reference points of Camera re the longitudinal, Transverse and vertical axis is measured or the position of the camera over the known position location is determined. More problematic is the measurement of the orientation of a camera, because of too large manufacturing tolerances of Motor vehicle components these usually rotated about the spatial axes is. In this case, a rotation about the longitudinal axis "roll angle" or "roll angle", a rotation around the vertical axis "yaw angle" and a turn around the transverse axis called "pitch angle".

Eine Berechnung dieser Winkelabweichungen von den Sollwinkeln anhand einer Anzahl von Referenzpunkten der Kamera ist problematisch, da die Ausmaße der Kamera vergleichsweise klein sind und eine genaue Vermessung daher nur mit einem sehr hohen Aufwand realisiert werden kann. Weiterhin ist es möglich, dass eine Kamera ebenfalls Fertigungstoleranzen aufweist, die eine Abweichung von der Sollausrichtung bewirken, jedoch durch eine Vermessung von außen nicht registriert werden können.A Calculation of these angular deviations from the target angles based on a number of camera reference points is problematic because the dimensions the camera are comparatively small and a precise measurement Therefore, can be realized only with a very high cost. Farther Is it possible, that a camera also has manufacturing tolerances, the one Deviation from the target orientation effect, but by a survey from the outside can not be registered.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kalibrierung einer Kamera in einem Kraftfahrzeug anzuge ben, mit dem sich die Abweichungswinkel einer Kamera zu Sollanordnungswinkeln besonders einfach ermitteln lassen.Of the The invention is therefore based on the object, a method for calibration a suzu a camera in a motor vehicle ben, with which the deviation angle To determine a camera to target arrangement angles particularly easy to let.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem zur Kalibrierung einer Kamera, die in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, durch ein Kamerabild eines außerhalb des Kraftfahrzeuges angeordneten rechteckigen Kalibriermusters die Abweichungswinkel der Kamera zu den Sollanordnungswinkeln ermittelt werden.These The object is achieved according to the invention by for calibrating a camera arranged in a motor vehicle is, by a camera image of an outside of the vehicle arranged rectangular calibration pattern, the deviation angle the camera to the target placement angles are determined.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass für eine einfache Kalibrierung einer Kamera am besten ein Kamerabild der Kamera verwendet werden sollte, da auf diese Weise eventuelle Fertigungstoleranzen der Kamera und eventuelle Fertigungstoleranzen von relevanten Kraftfahrzeugkomponenten nicht ermittelt und beachtet werden müssen. Weiterhin geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass zur Ermittlung der Ausrichtungswinkel ein Kamerabild eines Objektes verwendet werden sollte, dessen Position relativ zum Kraftfahrzeug als auch zur Kamera bekannt ist. Außerdem sollten die Geometrie und das Ausmaß des aufgenommenen Objektes bekannt sein, um die Ausgestaltungsform als Referenz zu verwenden. Dabei bietet sich besonders ein rechteckiges Kalibriermuster an, da sich das Kamerabild eines rechteckigen Objektes jeweils bei einer Abweichung des Wank-, Gier- und Nickwinkels zu den entsprechenden Sollwinkeln im Vergleich zu einem Referenzsollbild verändert und sich diese Abweichungen wegen der 90°-Winkel des Kalibrierungsmusters vergleichsweise leicht detektieren lassen. Die Möglichkeit, die Position der Kamera und die des Kalibriermusters bezüglich des Kraftfahrzeuges bestimmen zu können, ist Voraussetzung für die Funktion des Verfahrens. Die Positionierung des Kalibriermusters zum Kraftfahrzeug bzw. die Positionierung der im Kraftfahrzeug verbauten Kamera zum Kalibriermuster kann vergleichsweise genau durchgeführt werden, indem die Kalibrierung einer Kamera in einem Prüfstand, wie beispielsweise einem Fahrwerkseinstellstand, durchgeführt wird, wo die Fahrwerksgeometrie sehr genau ge messen werden kann. Dabei wird in einem derartigen Prüfstand das Kraftfahrzeug üblicherweise in Rollen geführt und die Kraftfahrzeugposition ist damit relativ zum Kalibriermuster reproduzierbar. Ein entsprechender Prüfstand kann dabei auch in eine Fertigungsstraße integriert werden.The invention is based on the consideration that for a simple calibration of a camera best a camera image of the camera should be used, since in this way any manufacturing tolerances of the camera and possible manufacturing tolerances of relevant motor vehicle components need not be determined and observed. Furthermore, the invention proceeds from the consideration that a camera image of an object whose position relative to the motor vehicle as well as to the camera is known should be used to determine the orientation angle. In addition, the geometry and extent of the captured object should be known to use the embodiment as a reference. In this case, a rectangular calibration pattern is particularly suitable, since the camera image of a rectangular object changes in each case with a deviation of the roll, yaw and pitch angle to the corresponding desired angles compared to a reference target image and these deviations due to the 90 ° angle of Kalibrie relatively easy to detect. The ability to determine the position of the camera and the calibration pattern with respect to the motor vehicle is a prerequisite for the function of the method. The positioning of the calibration pattern for the motor vehicle or the positioning of the built-in motor vehicle camera calibration pattern can be performed comparatively accurate by the calibration of a camera in a test bench, such as a Fahrgestellseinstellstand is performed where the chassis geometry can be measured very accurately ge. In this case, the motor vehicle is usually performed in roles in such a test bench and the motor vehicle position is thus reproducible relative to the calibration. A corresponding test stand can also be integrated into a production line.

Für das Kalibriermuster wird vorteilhafterweise eine Anzahl von Kalibriermarkierungen verwendet, die in einer rechteckigen Formation angeordnet sind und so das rechteckige Kalibriermuster bilden. Bei einer Verwendung von mehr als vier Markierungen zur Bildung des Kalibriermusters können vorzugsweise Verzerrungen des Kamerabildes ausgeglichen werden.For the calibration pattern Advantageously, a number of calibration marks are used which are arranged in a rectangular formation and so the rectangular Form calibration pattern. When using more than four markers to form the calibration pattern may preferably be distortions of the camera image are compensated.

Für eine einfache Realisierung des Kalibriermusters werden zweckmäßigerweise genau vier Kalibriermarkierungen verwendet, wobei jeweils eine Kalibriermarkierung eine Ecke des rechteckigen Kalibriermusters bildet. Die Kalibriermarkierungen sind derart ausgestaltet, dass sie Umgebungslicht reflektieren. In einer weiteren möglichen Ausgestaltungsform können die Kalibriermarkierungen für einen besonders hohen Kontrast zur Umgebung eine besonders reflektierende Oberfläche aufweisen. Des Weiteren ist eine Bestrahlung der Kalibriermarkierungen mit Licht denkbar, um den Kontrast zur Umgebung zu erhöhen.For a simple Realization of the calibration pattern expediently exactly four calibration marks used, each with a calibration mark a corner of the forms rectangular calibration pattern. The calibration marks are designed to reflect ambient light. In another possible Embodiment can the calibration marks for a particularly high contrast to the environment a particularly reflective surface exhibit. Furthermore, an irradiation of the calibration marks with Light conceivable to increase the contrast to the environment.

Um zu vermeiden, dass zur Kalibrierung der Kamera Lichtmuster herangezogen werden, die dem Kalibriermuster ähneln, senden die Kalibriermarkierungen vorzugsweise aktiv Licht aus. Bei aktivem Licht erscheinen die Kalibriermarkierungen der Kamera heller als das Licht zurückstreuender Oberflächen der Umgebung. Bei einem Abdunkeln des Bildes können so lediglich die gewünschten Kalibriermarkierungen von der Kamera zur Kalibrierung der Kamera herangezogen werden. Dabei können zum Beispiel Spiegelungen und Reflexionen von Konturen des Kraftfahrzeuges oder anderen lackierten, gläsernen und reflektierenden Flächen unterdrückt werden.Around to avoid using light patterns to calibrate the camera which are similar to the calibration pattern, The calibration marks preferably emit light actively. at In active light, the calibration marks on the camera appear brighter as the light backscattering surfaces the environment. When the picture is darkened, only the desired ones can be selected Calibration marks from the camera to calibrate the camera be used. It can For example, reflections and reflections of contours of the motor vehicle or other painted, glassy ones and reflective surfaces be suppressed.

Um Menschen in der Umgebung der Messeinrichtung nicht mit dem aktiven Licht der Kalibriermarkierungen zu blenden, wird vorteilhafterweise Infrarotlicht verwendet. Dies ist möglich, da eine Kamera im Gegensatz zum menschlichen Auge infrarotempfindlich ist und die das Licht aussendenden Kalibriermarkierungen detektieren kann. Bei Verwendung von Infrarotlicht kann eine Beeinträchtigung der umgebenden Menschen verhindert werden, so dass diese Aufgaben, wie beispielsweise Fertigungsaufgaben am Kraftfahrzeug, ungehindert ausführen können.Around People in the vicinity of the measuring device not with the active Light of the calibration marks to dazzle, is advantageous Infrared light used. This is possible as opposed to a camera is sensitive to the human eye and the light can detect emitting calibration marks. When using Infrared light can be a nuisance the surrounding people are prevented, so these tasks, such as manufacturing tasks on the motor vehicle, unhindered To run can.

Die Ermittlung der Abweichungswinkel der Kamera zu den Sollanordnungswinkeln wird zweckmäßigerweise aus der Abweichungslage der Rechteckseiten und Diagonalen des Kalibriermusters von der jeweiligen Sollposition im Kamerabild vorgenommen. Die Abweichungswinkel sind dabei der Wank-, Gier- und Nickwinkel der Kamera bezüglich der Sollausrichtung der jeweiligen Koordinate. Dabei sind bei einem Wankwinkel im Kamerabild die Rechteckseiten im Vergleich zu Sollrechteckseiten oder dem Bildrand jeweils um einen gewissen Winkel verdreht bzw. verkippt. Bei einem Gier- oder Nickwinkel ist der Mittelpunkt des Kalibriermusters, der sich aus dem Diagonalenschnittpunkt des rechteckigen Musters ergibt, im Kamerabild bezüglich der Bildmitte vertikal und/oder horizontal verschoben.The Determination of the deviation angle of the camera to the target arrangement angles is expediently from the deviation position of the rectangle sides and diagonals of the calibration pattern made from the respective target position in the camera image. The deviation angle are the roll, yaw and pitch angle of the camera with respect to the Target orientation of the respective coordinate. There are at one Roll angle in the camera image the sides of the rectangle compared to the nominal rectangle sides or the image edge in each case rotated by a certain angle or tilted. At a yaw or pitch angle is the center of the Calibration pattern, resulting from the diagonal intersection of the rectangular Pattern results in the camera image with respect to the center of the image vertically and / or moved horizontally.

Zur Berechnung eines Gierwinkels einer Kamera wird daher vorzugsweise der horizontale Abstand des Diagonalenschnittpunktes des Kalibriermusters von der Bildmitte verwendet. Der Gierwinkel wird vorteilhafterweise näherungsweise aus dem Arcustangens des Quotienten von dem horizontalen Abstand des Diagonalenschnittpunktes des Kalibriermusters von der Bildmitte abzüglich eines Querversatzkoeffizienten und der Fokuslänge der Kamera berechnet.to Therefore, calculating a yaw angle of a camera is preferable the horizontal distance of the diagonal intersection of the calibration pattern used from the center of the picture. The yaw angle is advantageously approximately from the arctangent of the quotient of the horizontal distance of the diagonal intersection of the calibration pattern from the center of the image less a cross-offset coefficient and the focal length of the camera calculated.

Dabei stellt der Querversatzkoeffizient die Verschiebung des Diagonalenschnittpunktes des Kalibriermusters von der Bildmitte dar, die durch einen Querversatz, parallel zur Ebene des Kalibriermusters, der Kamera bezüglich des Kalibriermus ters eintritt. Wenn die Kamera direkt gegenüber des Kalibriermusters angeordnet ist, fällt der Querversatzkoeffizient weg bzw. ist null und die bei einem Gierwinkel zu beobachtende horizontale Abweichung des Diagonalenschnittpunktes von der Bildmitte tritt lediglich durch die vorhandene Winkelverschiebung der Kamera auf.there The lateral offset coefficient represents the shift of the diagonal intersection of the calibration pattern from the center of the image, represented by a transverse offset, parallel to the plane of the calibration pattern, the camera relative to the Kalibriermus ters occurs. When the camera is directly opposite the Calibration pattern is arranged, the transverse offset coefficient falls is zero and the horizontal one observed at a yaw angle Deviation of the diagonal intersection occurs from the center of the image only by the existing angular displacement of the camera.

Der Querversatzkoeffizient berechnet sich zweckmäßigerweise näherungsweise aus dem Produkt des Querversatzes des Lotes durch die Kamera auf die Ebene des Kalibriermusters und des Quotienten der Fokuslänge der Kamera und dem Abstand der Kameralinse von der Ebene des Kalibriermusters.Of the The transverse offset coefficient is expediently approximately calculated from the product of the transverse offset of the solder through the camera the plane of the calibration pattern and the quotient of the focal length of the Camera and the distance of the camera lens from the plane of the calibration pattern.

Die Ermittlung des Nickwinkels wird analog zur Berechnung des Gierwinkels durchgeführt. Für die Berechnung des Winkels wird vorzugsweise der vertikale Abstand des Diagonalenschnittpunktes des Kalibriermusters von der Bildmitte verwendet.The determination of the pitch angle becomes analog to calculate the yaw angle. For the calculation of the angle, preferably the vertical distance of the diagonal intersection of the calibration pattern from the center of the image is used.

Zur näherungsweisen Berechnung des Nickwinkels wird vorteilhafterweise das Produkt der Länge des Lotes auf die Ebene des Kalibriermusters durch die Kamera und des Tangens des Quotienten von dem vertikalen Abstand des Diagonalenschnittpunktes des Kalibriermusters von der Bildmitte abzüglich eines Vertikalversatzkoeffizienten und der Fokuslänge der Kamera näherungsweise berechnet. Der Vertikalkoeffizient, der die vertikale Verschiebung der Kamera bezüglich des Kalibriermusters beschreibt, berechnet sich zweckmäßigerweise aus dem Produkt des Vertikalversatzes des Lotes durch die Kamera auf die Ebene des Kalibriermusters und des Quotienten der Fokuslänge der Kamera und dem Abstand der Kameralinse von der Ebene des Kalibriermuster berechnet.to approximate Calculation of the pitch angle is advantageously the product of Length of the Solder to the plane of the calibration pattern by the camera and the Tangent of the quotient of the vertical distance of the diagonal intersection of the calibration pattern from the center of the image minus a vertical offset coefficient and the focal length the camera approximately calculated. The vertical coefficient, which is the vertical displacement of the Camera re of the calibration pattern is calculated expediently from the product of the vertical offset of the solder by the camera to the plane of the calibration pattern and the quotient of the focal length of the Camera and the distance of the camera lens from the plane of the calibration pattern calculated.

Die Ermittlung des Wankwinkels bzw. Rollwinkels, mit der die Kamera verbaut ist, kann über die Verdrehung der Rechteckseiten des Kalibriermusters im Kamerabild vorgenommen werden. Um bei der Ermittlung des Wankwinkels perspektivische Verzerrungen auszugleichen, die auftreten, wenn die Hauptachse der Ka mera nicht senkrecht zur Markierungsebene steht bzw. die Kamera zusätzlich mit einem Gier- und/oder Nickwinkel verbaut ist, wird ein Wankwinkel vorteilhafterweise näherungsweise aus einem Durchschnitt der Winkel der vier Rechteckseiten des Kalibriermusters im Kamerabild zu den benachbarten Bildrändern berechnet.The Determining the roll angle or roll angle with which the camera can be built over the rotation of the rectangle sides of the calibration pattern in the camera image be made. In order to determine the roll angle perspective To compensate for distortions that occur when the main axis of the Ka mera is not perpendicular to the marking plane or the camera additionally is installed with a yaw and / or pitch angle, a roll angle advantageously approximately from an average of the angles of the four rectangle sides of the calibration pattern calculated in the camera image to the adjacent image edges.

Für eine Kalibrierung einer Kamera während oder im Zuge der Montage eines Kraftfahrzeuges wird das oben beschriebene Kalibrierungsverfahren zweckmäßigerweise in einer Fertigungsstraße angewendet, wobei die Kalibriermarkierungen seitlich oder oberhalb der Fertigungsstraße positioniert sind. Dabei können die Kalibriermarkierungen starr an seitlich des Fertigungsbandes positionierten Säulen oder an einem Portal angeordnet sein. Die Kraftfahrzeuge können so an den Kalibriermarkierungen vorbei- bzw. hindurchtransportiert oder -gefahren werden.For a calibration a camera during or in the course of mounting a motor vehicle, the above-described Calibration method expediently in a production line applied, with the calibration marks laterally or above the production line are positioned. It can the calibration marks rigidly on the side of the production line positioned columns or be arranged on a portal. The motor vehicles can do so transported past or past the calibration markings or hazards.

Für eine Automatisierung des Kalibrierungsverfahrens wird das Verfahren vorzugsweise von einem Steuergerät durchgeführt.For automation Of the calibration method, the method is preferably from a control unit carried out.

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere in der Möglichkeit, eine Kalibrierung einer Kamera, die in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, vergleichsweise schnell und einfach durchzuführen. Dabei stützt sich die notwendige Ermittlung bzw. näherungsweise Berechnung der Ausrichtungswinkel der Kamera auf die Auswertung lediglich eines Kamerabildes von Kalibriermarkierungen, so dass der gerätetechnische Aufwand für die Kalibrierung gering gehalten werden kann. Außerdem sind die für die Ermittlung der Ausrichtungswinkel notwendigen Rechenalgorithmen vergleichsweise nur wenig rechenintensiv, so dass das Kalibrierungsverfahren auf einem geeigneten Steuergerät implementierbar ist.The Advantages of the invention are in particular the possibility a calibration of a camera arranged in a motor vehicle is to perform relatively quickly and easily. there supports the necessary determination or approximate calculation of the Alignment angle of the camera on the evaluation of only one Camera image of calibration marks, so that the equipment Effort for the calibration can be kept low. Besides, those are for the investigation the orientation angle necessary calculation algorithms comparatively only a little compute-intensive, so the calibration process on a suitable control unit is implementable.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht in der Möglichkeit, das Verfahren in einer Fertigungsstraße für Kraftfahrzeuge anzuwenden, so dass im Kraftfahrzeug verbaute Kameras noch während einer Serienproduktion kalibriert werden können und dies nicht erst in einem sich anschließenden Verfahren durchgeführt wird. Dadurch kann die Gesamtproduktionszeit bzw. die Durchlauf zeit eines Kraftfahrzeugs reduziert werden.One Another advantage of the method is the ability to process in a production line for motor vehicles apply, so that cameras installed in the motor vehicle still during a series production can be calibrated and this is not done first in a subsequent process. Thus, the total production time or the passage time of a Motor vehicle can be reduced.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:One embodiment The invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:

1 schematisch die Anordnung einer Kalibriereinrichtung für eine in einem Kraftfahrzeug verbaute Kamera, 1 1 schematically the arrangement of a calibration device for a camera installed in a motor vehicle,

2 ein Kamerabild eines Kalibriermusters einer Kamera, die mit einem Gierwinkel (psi), einem Nickwinkel (theta) und einem Wankwinkel (phi) verbaut ist, und 2 a camera image of a calibration pattern of a camera, which is installed with a yaw angle (psi), a pitch angle (theta) and a roll angle (phi), and

3 ein Kamerabild eines Kalibriermusters zur Ermittlung eines Wankwinkels (phi) einer Kamera. 3 a camera image of a calibration pattern for determining a roll angle (phi) of a camera.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Erklärungen für die Abkürzungen in den Formeln sind der Bezugszeichenliste zu entnehmen.Same Parts are provided with the same reference numerals in all figures. The explanations for the Abbreviations in the formulas, the list of reference numerals can be found.

In 1 ist der Ausschnitt einer Fertigungsstraße für ein Kraftfahrzeug 1 bzw. eine Kraftfahrzeugserie schematisch dargestellt. In der Fertigungsstraße durchlaufen eine Anzahl von Kraftfahrzeugen 1 bzw. die entstehenden Kraftfahrzeuge 1 eine Fertigungslinie, wobei von am Rand der Linie positionierten Werkzeugen das Kraftfahrzeug 1 bearbeitet bzw. Komponenten zugebaut werden. In dem zu fertigenden Kraftfahrzeug 1 wird eine Kamera 2 verbaut, die für automatische Steuerungsfunktionen des Kraftfahrzeugs 1 eingesetzt werden soll. Um die Kamera 2 für eine hohe Genauigkeit auszurichten bzw. zu kalibrieren, wird sie während des Fertigungsprozesses des Kraftfahrzeuges 1 kalibriert bzw. es werden Abweichungswinkel bezüglich Sollanordnungswinkeln ermittelt. Der in 1 dargestellte Ausschnitt der Fertigungsstraße zeigt die Kalibrier einrichtung für eine bereits im Kraftfahrzeug 1 verbaute Kamera 2.In 1 is the section of a production line for a motor vehicle 1 or a motor vehicle series shown schematically. In the production line go through a number of motor vehicles 1 or the resulting motor vehicles 1 a production line, wherein of the tools positioned at the edge of the line the motor vehicle 1 edited or components are zugebaut. In the motor vehicle to be manufactured 1 becomes a camera 2 installed for automatic control functions of the motor vehicle 1 should be used. To the camera 2 to align or calibrate for high accuracy, it becomes during the manufacturing process of the motor vehicle 1 calibrated or deviation angles are determined with respect to target arrangement angles. The in 1 shown section of the production line shows the calibration device for an already in the vehicle 1 built-in camera 2 ,

Für eine besonders einfache Kalibrierung wird die Kamera 2 durch die Auswertung eines Kamerabildes eines Kalibrierungsmusters 8 kalibriert. Dabei wird ein rechteckiges Kalibriermuster 8 verwendet, das von vier Kalibriermarkierungen 6 gebildet wird. Die Kalibriermarkierungen 6 sind dafür an einem Portal 4 der Fertigungsstraße angeordnet, so dass ein Kraftfahrzeug 1 durch das Portal 4 hindurch transportiert werden kann. Für einen hohen Kontrast der Kalibriermarkierungen 6 zu Umgebungsflächen senden die Kalibriermarkierungen 6 aktiv Infrarotlicht aus. Dabei kann vermieden werden, dass die an der Fertigungsstraße beschäftigten Bandarbeiter mit dem Licht geblendet werden, dieses jedoch von der Kamera 2 detektiert werden kann. Um im Kamerabild lediglich die das Kalibriermuster 8 ausbildenden Kalibriermarkierungen 6 zu erhalten und keine das Infrarotlicht reflektierenden Umgebungsflächen, wird das Kamerabild entsprechend abgedunkelt.For a particularly simple calibration, the camera 2 by evaluating a camera image of a calibration pattern 8th calibrated. This will be a rectangular calibration pattern 8th used that of four calibration marks 6 is formed. The calibration marks 6 are for a portal 4 arranged the production line, so that a motor vehicle 1 through the portal 4 can be transported through. For a high contrast of the calibration marks 6 to surrounding areas send the calibration marks 6 active infrared light off. It can be avoided that the busy on the production line band workers are dazzled with the light, but this from the camera 2 can be detected. In the camera image, only the calibration pattern 8th forming calibration marks 6 and no infrared surfaces reflecting the infrared, the camera image is darkened accordingly.

Um aus einem Kamerabild des Kalibriermusters 8 die Ausrichtungswinkel zu ermitteln, muss zunächst die Position der im Kraftfahrzeug verbauten Kamera 2 bezüglich der Kalibriermarkierungen 6 ermittelt werden. Da die Position der Kalibriermarkierungen 6 bekannt ist, muss lediglich die Raumposition der Kamera 2 im Kraftfahrzeug 1 und die relative Position des Kraftfahrzeuges 1 zu den Kalibriermarkierungen 6 ermittelt werden.To get out of a camera image of the calibration pattern 8th To determine the orientation angle, the position of the camera installed in the motor vehicle must first be determined 2 with respect to the calibration marks 6 be determined. Because the position of the calibration marks 6 is known, only the spatial position of the camera needs 2 in the motor vehicle 1 and the relative position of the motor vehicle 1 to the calibration marks 6 be determined.

In der Regel ist die Position der Kamera 2 innerhalb des Kraftfahrzeuges aufgrund einer vorgesehenen Einbauposition bekannt, diese kann alternativ jedoch auch mittels einer Messung individuell ermittelt werden. Um die bei einem aktiven Fahrwerk des Kraftfahrzeuges 1 bei einer Anzahl von Kraftfahrzeugen 1 abweichende Höhe des Kraftfahrzeuges 1 zu ermitteln, ist die Fertigungsstraße mit einer Fahrwerksvermes sungseinrichtung 10 versehen. Das gesamte Kalibrierungsverfahren wird automatisch von dem Steuergerät 12 durchgeführt.In general, the position of the camera 2 within the motor vehicle due to a proposed installation position known, but this can alternatively be determined individually by means of a measurement. To those with an active chassis of the motor vehicle 1 in a number of motor vehicles 1 Deviating height of the motor vehicle 1 to determine is the production line with a Fahrwerksvermes measuring device 10 Mistake. The entire calibration procedure is automatically performed by the controller 12 carried out.

In 2 ist ein Kamerabild des Kalibriermusters 8 dargestellt, wobei die Kamera 2 mit einem Gier-, Nick- und Wankwinkel verbaut ist. Dies lässt sich aus dem unsymmetrischen Anordnungsbild der Kalibriermarkierungen 6 erkennen.In 2 is a camera image of the calibration pattern 8th shown, with the camera 2 is installed with a yaw, pitch and roll angle. This can be derived from the asymmetrical arrangement image of the calibration marks 6 detect.

Die Ermittlung des Gier- und Nickwinkels wird aus der von der Solllage abweichenden Position der Diagonalen des Kalibriermusters 8 im Kamerabild berechnet. Dabei wird über den Schnittpunkt der Diagonalen die horizontale und vertikale Abweichung vom Bildmittelpunkt ermittelt.The determination of the yaw and pitch angle becomes from the position deviating from the desired position of the diagonal of the calibration 8th calculated in the camera image. The horizontal and vertical deviation from the center of the image is determined via the intersection of the diagonals.

Zur näherungsweisen Berechnung eines Gierwinkels der Kamera 2 wird dann der horizontale Abstand Δx des Diagonalenschnittpunktes des Kalibriermusters 8 von der Bildmitte verwendet, der in 2 eingezeichnet ist. Wenn die Kamera 2 direkt gegenüber dem Kalibriermusters 8 positioniert ist bzw. keinen Querversatz bezüglich des Kalibriermusters 8 aufweist, errechnet sich der Gierwinkel psi näherungsweise zu:

Figure 00100001
wobei Δximage die Länge der Projektion auf den Imager (Bildchip der Kamera) des horizontalen Abstands des Diagonalenschnittpunktes des Kalibriermusters 8 von der Bildmitte und f die Fokuslänge der Kamera 2 ist. Wenn die Kamera 2 mit einem Querversatz zum Kalibriermuster 8 verbaut ist, muss Δx um einen Querversatzkoeffizienten
Figure 00100002
korrigiert werden, so dass sich psi näherungsweise zu
Figure 00100003
berechnet, wobei XKam der Querversatz des Lotes durch die Ka mera 2 auf die Ebene des Kalibriermusters 8 und dMarker der Abstand der Kamera 2 von der Ebene des Kalibriermusters 8 ist.For approximate calculation of a yaw angle of the camera 2 Then, the horizontal distance Δx of the diagonal intersection of the calibration pattern 8th used from the center of the image in 2 is drawn. If the camera 2 directly opposite the calibration pattern 8th is positioned or no transverse offset with respect to the calibration pattern 8th the yaw angle psi is approximately equal to:
Figure 00100001
where Δx image is the length of the projection on the imager (image chip of the camera) of the horizontal distance of the diagonal intersection of the calibration pattern 8th from the center of the image and f the focal length of the camera 2 is. If the camera 2 with a transverse offset to the calibration pattern 8th is fitted, Δx must be a lateral offset coefficient
Figure 00100002
be corrected so that psi approximates to
Figure 00100003
calculated, where X Kam the transverse offset of the solder through the Ka mera 2 to the level of the calibration pattern 8th and d mark the distance of the camera 2 from the plane of the calibration pattern 8th is.

Die Ermittlung des Nickwinkels wird analog zur Berechnung des Gierwinkels durchgeführt, so dass sich für einen Nickwinkel der Kamera 2 näherungsweise

Figure 00110001
ergibt, wobei Δyimage der vertikale Abstand des Diagonalenschnittpunktes des Kalibriermusters 8 von der Bildmitte, auf dem Imager gemessen, und yKam der Vertikalversatz des Lotes durch die Kamera 2 auf die Ebene des Kalibriermusters 8 ist.The determination of the pitch angle is carried out analogously to the calculation of the yaw angle, so that for a pitch angle of the camera 2 approximately
Figure 00110001
where Δy image is the vertical distance of the diagonal intersection of the calibration pattern 8th measured from the center of the image on the imager, and y Kam the vertical offset of the solder by the camera 2 to the level of the calibration pattern 8th is.

Die Ermittlung des Wankwinkels phi bzw. Rollwinkels phi, mit der die Kamera 2 verbaut ist, kann über die Verdrehung der Rechteckseiten des Kalibriermusters 8 im Kamerabild vorgenommen werden, wie es in 3 dargestellt ist. Die Winkel φ1, φ2, φ3, φ4 stellen dabei die Winkel dar, mit denen die Rechteckseiten des Kalibriermusters 8 gegenüber den benachbarten Bildrändern der Kamera 2 verdreht sind. Um bei der Ermittlung des Wankwinkels phi perspektivische Verzerrungen auszugleichen, die auftreten, wenn die Hauptachse der Kamera 2 nicht senkrecht zur Ebene des Kalibrierungsmusters 8 steht bzw, die Kamera 2 zusätzlich zum Wankwinkel phi mit einem Gierwinkel psi und/oder Nickwinkel theta verbaut ist, wird ein Wankwinkel phi näherungsweise aus dem Durchschnitt der Winkel φ1, φ2, φ3 und φ4 berechnet, so dass sich für

Figure 00110002
ergibt.The determination of the roll angle phi or roll angle phi with which the camera 2 can be installed on the rotation of the rectangular sides of the calibration pattern 8th be made in the camera image as it is in 3 is shown. The angles φ 1 , φ 2 , φ 3 , φ 4 represent the angles with which the rectangular sides of the calibration pattern 8th opposite the adjacent edges of the camera 2 are twisted. To compensate in the determination of the roll angle phi perspective distortions, the occur when the main axis of the camera 2 not perpendicular to the plane of the calibration pattern 8th stands or, the camera 2 in addition to the roll angle phi with a yaw angle psi and / or pitch angle theta is installed, a roll angle phi is approximately calculated from the average of the angles φ 1 , φ 2 , φ 3 and φ 4 , so that for
Figure 00110002
results.

11
Kraftfahrzeugmotor vehicle
22
Kameracamera
44
Portalportal
66
Kalibriermarkierungcalibration flag
88th
Kalibriermustercalibration
1010
FahrwerksvermessungseinrichtungChassis measuring device
1212
Steuergerätcontrol unit
psipsi
Gierwinkel der Kamera 2 Yaw angle of the camera 2
thetatheta
Nickwinkel der Kamera 2 Nick angle of the camera 2
phiphi
Wankwinkel der Kamera 2 Roll angle of the camera 2
φi φ i
Winkel einer Rechteckseite i des Kalibriermusters 8 Angle of a rectangle side i of the calibration pattern 8th
im Kamerabild zu dem benachbarten Bildrandin the Camera image to the adjacent edge of the picture
ΔxAx
horizontaler Abstand des Diagonalenschnittpunkteshorizontal Distance of the diagonal intersection
des Kalibriermusters (8) von der Bildmitteof the calibration pattern ( 8th ) from the center of the picture
ΔyDy
vertikaler Abstand des Diagonalenschnittpunktes desvertical Distance of the diagonal intersection of the
Kalibriermusters (8) von der BildmitteCalibration pattern ( 8th ) from the center of the picture
ff
Fokuslänge der KameraFocus length of the camera
kx k x
QuerversatzkoeffizientTransverse offset coefficient
ky k y
VertikalversatzkoeffizientVertical offset coefficient
xKam x Kam
Querversatz des Lotes durch die Kamera 2 auf dieTransverse offset of the solder by the camera 2 on the
Ebene des Kalibriermusters 8 Level of the calibration pattern 8th
YKam Y Came
Vertikalversatz des Lotes durch die Kamera 2 aufVertical offset of the solder by the camera 2 on
die Ebene des Kalibriermusters 8 the plane of the calibration pattern 8th
dmarker d marker
Abstand der Kamera 2 von der Ebene des KalibrierDistance of the camera 2 from the level of the calibrator
musters 8 pattern 8th

Claims (13)

Verfahren zur Kalibrierung einer Kamera (2), die in einem Kraftfahrzeug (1) angeordnet ist, wobei über ein Kamerabild eines außerhalb des Kraftfahrzeuges (1) angeordneten rechteckigen Kalibriermusters (8) näherungsweise die Abweichungswinkel der Kamera (2) zu den Sollanordnungswinkeln ermittelt werden.Method for calibrating a camera ( 2 ) used in a motor vehicle ( 1 ), wherein a camera image of an outside of the motor vehicle ( 1 ) arranged rectangular calibration pattern ( 8th ) approximately the deviation angle of the camera ( 2 ) are determined to the target arrangement angles. Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich ein rechteckiges Kalibriermuster (8) aus einer Anzahl von, vorzugsweise aus vier, Kalibriermarkierungen (6) zusammensetzt.Method according to claim 1, wherein a rectangular calibration pattern ( 8th ) of a number of, preferably four, calibration marks ( 6 ). Verfahren nach Anspruch 2, wobei Kalibriermarkierungen (6) aktiv Licht, insbesondere Infrarotlicht, senden.Method according to claim 2, wherein calibration marks ( 6 ) actively send light, especially infrared light. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Abweichungswinkel einer Kamera (2) zu den Sollanordnungswinkeln aus der Abweichungslage der Rechteckseiten und Diagonalen des Kalibriermusters (8) von der jeweiligen Sollposition im Kamerabild näherungsweise ermittelt werden.Method according to one of claims 1 to 3, wherein the deviation angles of a camera ( 2 ) to the target arrangement angles from the deviation position of the sides of the rectangle and diagonals of the calibration pattern ( 8th ) are approximately determined by the respective target position in the camera image. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zur näherungsweisen Berechnung eines Gierwinkels (psi) einer Kamera (2) der horizontale Abstand des Diagonalenschnittpunktes des Kalibriermusters (8) von der Bildmitte (Δx) verwendet wird.Method according to one of claims 1 to 4, wherein for the approximate calculation of a yaw angle (psi) of a camera ( 2 ) the horizontal distance of the diagonal intersection of the calibration pattern ( 8th ) from the center of the image (Δx). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Gierwinkel (psi) einer Kamera (2) aus dem Arcustangens des Quotienten von dem horizontalen Abstand des Diagonalenschnittpunktes des Kalibriermusters (8) von der Bildmitte (Δx) abzüglich eines Querversatzkoeffizienten (kx) und der Fokuslänge (f) der Kamera (2) näherungsweise berechnet wird.Method according to one of claims 1 to 5, wherein a yaw angle (psi) of a camera ( 2 ) from the arctangent of the quotient of the horizontal distance of the diagonal intersection point of the calibration pattern ( 8th ) from the image center (Δx) minus a transverse offset coefficient (k x ) and the focal length (f) of the camera ( 2 ) is calculated approximately. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Querversatzkoeffizient (kx) aus dem Produkt des Querversatzes (xKam) des Lotes durch die Kamera (2) auf die Ebene des Kalibriermusters (8) und des Quotienten der Fokuslänge (f) der Kamera (2) und dem Abstand (dmarker) der Kamera (2) von der Ebene des Kalibriermuster (2) berechnet wird.The method of claim 6, wherein the transverse offset coefficient (k x ) from the product of the transverse offset (x Kam ) of the solder by the camera ( 2 ) to the level of the calibration pattern ( 8th ) and the quotient of the focal length (f) of the camera ( 2 ) and the distance (d marker ) of the camera ( 2 ) from the plane of the calibration pattern ( 2 ) is calculated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zur näherungsweise Berechnung eines Nickwinkels (theta) einer Kamera (2) der vertikale Abstand des Diagonalenschnittpunktes des Kalibriermusters (8) von der Bildmitte (Δy) verwendet wird.Method according to one of claims 1 to 4, wherein for approximately calculating a pitch angle (theta) of a camera ( 2 ) the vertical distance of the diagonal intersection of the calibration pattern ( 8th ) from the center of the image (Δy). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 8, wobei ein Nickwinkel (theta) einer Kamera (2) aus dem Produkt der Länge (a) des Lotes auf die Ebene des Kalibriermusters (8) durch die Kamera (2) und dem Tangens des Quotienten von dem vertikalen Abstand des Diagonalenschnittpunktes des Kalibriermusters (8) von der Bildmitte (Δyimage) abzüglich eines Vertikalversatzkoeffizienten (ky) und der Fokuslänge (f) der Kamera (2) näherungsweise berechnet wird.Method according to one of claims 1 to 4 and 8, wherein a pitch angle (theta) of a camera ( 2 ) from the product of the length (a) of the solder to the plane of the calibration pattern ( 8th ) through the camera ( 2 ) and the tangent of the quotient of the vertical distance of the diagonal intersection of the calibration pattern ( 8th ) from the center of the image (Δy image ) minus a vertical offset coefficient (k y ) and the focal length (f) of the camera ( 2 ) is calculated approximately. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Vertikalversatzkoeffizient (ky) aus dem Produkt des Vertikalversatzes (yKam) des Lotes durch die Kamera (2) auf die Ebene des Kalibriermusters (8) und des Quotienten der Fokuslänge (f) der Kamera (2) und dem Abstand (dmarker) der Kamera (2) von der Ebene des Kalibriermusters (8) näherungsweise berechnet wird.A method according to claim 9, wherein the vertical offset coefficient (k y ) from the product of the vertical offset (y Kam ) of the solder by the camera ( 2 ) to the level of the calibration pattern ( 8th ) and the quotient of the focal length (f) of the camera ( 2 ) and the distance (d marker ) of the camera ( 2 ) from the plane of the calibration pattern ( 8th ) is calculated approximately. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Wankwinkel (phi) einer Kamera (2) näherungsweise aus einem Durchschnitt der Winkel (φ1, φ2, φ3, φ4) der vier Rechteckseiten des Kalibriermusters (8) im Kamerabild zu den benachbarten Bildrändern berechnet wird.Method according to one of claims 1 to 4, where a roll angle (phi) of a camera ( 2 ) approximately from an average of the angles (φ 1 , φ 2 , φ 3 , φ 4 ) of the four rectangular sides of the calibration pattern ( 8th ) is calculated in the camera image to the adjacent image edges. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, das während der Fertigung eines Kraftfahrzeuges (1) in einer Fertigungsstraße angewendet wird, wobei die Kalibriermarkierungen (6) seitlich oder oberhalb der Fertigungsstraße positioniert sind.Method according to one of claims 1 to 11, which during the manufacture of a motor vehicle ( 1 ) is applied in a production line, the calibration marks ( 6 ) are positioned laterally or above the production line. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, das von einem Steuergerät (12) durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 12, which is provided by a control unit ( 12 ) is carried out.
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