DE102012009577A1 - Method for calibrating squint angle of frame camera of stereo camera arrangement in vehicle, involves calculating travel distance covered by vehicle, and determining deviation between distance and reference distance to calibrate angle - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Schielwinkels von Einzelbildkameras einer an einem Fahrzeug angeordneten Kameraanordnung, umfassend zumindest zwei Einzelbildkameras, wobei in zeitlich nacheinander erfassten Sätzen von jeweils zumindest zwei gleichzeitig mittels der zumindest zwei Einzelbildkameras erfassten Bildern korrespondierende Bildpunkte ermittelt werden, wobei zu zumindest zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten jeweils eine Disparität der korrespondierenden Bildpunkte in den gleichzeitig erfassten Bildern stereoskopisch ermittelt wird.The invention relates to a method for calibrating a squint angle of individual cameras of a camera arrangement arranged on a vehicle, comprising at least two individual image cameras, wherein correspondingly consecutively detected sets of respectively at least two images detected simultaneously by the at least two individual cameras are detected, at least two successive times in each case a disparity of the corresponding pixels in the simultaneously acquired images is determined stereoscopically.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Justierung von Einzelbildkameras einer an einem Fahrzeug angeordneten Kameraanordnung unter Verwendung eines Verfahrens zur Kalibrierung einer an dem Fahrzeug angeordneten Kameraanordnung.The invention further relates to a method for adjusting single-frame cameras of a camera arrangement arranged on a vehicle using a method for calibrating a camera arrangement arranged on the vehicle.
Aus der
Mittels der Objektverfolgung wird eine Positionsänderung oder eine Geschwindigkeitsänderung des Objekts im Raum bestimmt, wobei aus der Positionsänderung oder Geschwindigkeitsänderung der Gierwinkel ermittelt, mit dem Sollwert verglichen und bei einer Abweichung entsprechend korrigiert wird.Object tracking is used to determine a change in position or a change in the speed of the object in space, the yaw angle being determined from the change in position or speed, compared with the desired value and correspondingly corrected in the event of a deviation.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Kalibrierung eines Schielwinkels von Einzelbildkameras einer Kameraanordnung und ein verbessertes Verfahren zur Justierung von Einzelbildkameras einer Kameraanordnung anzugeben.The invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved method for calibrating a squint angle of frame cameras of a camera assembly and an improved method for adjusting single-frame cameras of a camera arrangement.
Hinsichtlich des Verfahrens zur Kalibrierung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Verfahrens zur Justierung durch die im Anspruch 6 angegebenen Merkmale gelöst.With regard to the method for calibration, the object is achieved by the features specified in claim 1 and in terms of the method for adjustment by the features specified in claim 6.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
In einem Verfahren zur Kalibrierung eines Schielwinkels von Einzelbildkameras einer an einem Fahrzeug angeordneten Kameraanordnung, umfassend zumindest zwei Einzelbildkameras, werden in zeitlich nacheinander erfassten Sätzen von jeweils zumindest zwei gleichzeitig mittels der zumindest zwei Einzelbildkameras erfassten Bildern korrespondierende Bildpunkte ermittelt und zu zumindest zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten wird jeweils eine Disparität der korrespondierenden Bildpunkte in den gleichzeitig erfassten Bildern stereoskopisch ermittelt.In a method for calibrating a squint angle of individual cameras of a camera arrangement arranged on a vehicle, comprising at least two single-frame cameras, corresponding pixels are determined in chronologically successively detected sets of at least two images simultaneously acquired by the at least two individual cameras and at at least two consecutive times respectively a disparity of the corresponding pixels in the simultaneously captured images detected stereoscopically.
Erfindungsgemäß wird aus Odometriedaten des Fahrzeugs eine von dem Fahrzeug in einem Zeitraum zwischen den zumindest zwei Zeitpunkten zurückgelegte Referenz-Fahrstrecke ermittelt.According to the invention, a reference travel distance covered by the vehicle in a period between the at least two times is determined from odometry data of the vehicle.
Unter Odometriedaten werden dabei Daten verstanden, welche eine Bewegung des Fahrzeugs beschreiben und insbesondere Messgrößen eines Fahrwerks, eines Antriebsstrangs, einer Lenkung sowie Messgrößen einer Navigationsvorrichtung des Fahrzeugs umfassen.In this case, odometry data is understood as meaning data describing a movement of the vehicle and in particular comprising measured variables of a chassis, a drive train, a steering system and measured variables of a navigation device of the vehicle.
Weiterhin erfindungsgemäß werden zu den zumindest zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten aus der stereoskopisch ermittelten Disparität, einer Brennweite der Kameraanordnung und einer Basisbreite zwischen den Einzelbildkameras Positionen des Fahrzeugs ermittelt, wobei aus einer Differenz der Positionen eine von dem Fahrzeug in einem Zeitraum zwischen den zumindest zwei Zeitpunkten zurückgelegte stereoskopisch ermittelte Fahrstrecke ermittelt wird. Zur Kalibrierung des Schielwinkels der Einzelbildkameras wird eine Abweichung zwischen der Referenz-Fahrstrecke und der stereoskopisch ermittelten Fahrstrecke ermittelt.Furthermore, according to the invention, positions of the vehicle are determined for the at least two consecutive times from the stereoscopically determined disparity, a focal length of the camera arrangement and a base width between the single-frame cameras, wherein a difference of the positions results stereoscopically from the vehicle in a time interval between the at least two times determined route is determined. To calibrate the squint angle of the individual cameras, a deviation between the reference distance and the stereoscopically determined distance is determined.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine stetige und robuste Kalibrierung des Schielwinkels der Einzelbildkameras der Kameraanordnung, beispielsweise einer Stereokameraanordnung. The method according to the invention enables a continuous and robust calibration of the squint angle of the single-frame cameras of the camera arrangement, for example of a stereo camera arrangement.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen:Showing:
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
In
In der Kameraanordnung
Bei derartigen achsenparallelen Kamerakoordinatensystemen ist der so genannte Epipol E1, E2, welcher in
Die Epipolargeometrie zeigt die Einzelbildkameras
Weiterhin ist jeweils eine Bildebene der mittels der Einzelbildkameras
Ein Objektpunkt OP1 bildet sich im Bild B1 der ersten Einzelbildkamera
In
Um eine optimale Erfassung der Umgebung des Fahrzeugs F mit der Kameraanordnung
Die Ausrichtung der Einzelbildkameras
Die Ausrichtung der Einzelbildkameras
Ferner ist die Ausrichtung der Einzelbildkameras
Mittels des Verfahrens zur Kalibrierung eines Schielwinkels γ der Einzelbildkameras
Zur Kalibrierung des Schielwinkels γ werden Odometriedaten des Fahrzeugs F bestimmt, wobei die Odometriedaten Daten umfassen, welche eine Bewegung des Fahrzeugs F beschreiben und insbesondere Messgrößen eines Fahrwerks, eines Antriebsstrangs, einer Lenkung sowie Messgrößen einer Navigationsvorrichtung des Fahrzeugs F umfassen.To calibrate the squint angle γ odometry data of the vehicle F are determined, the odometry data include data describing a movement of the vehicle F and in particular measures of a chassis, a powertrain, a steering and measured variables of a navigation device of the vehicle F include.
Aus den Odometriedaten wird eine vom Fahrzeug zwischen zwei Zeitpunkten zurückgelegte Fahrstrecke ermittelt. Diese Fahrstrecke wird als Referenz-Fahrstrecke verwendet.From the odometry data, a distance covered by the vehicle between two times is determined. This route is used as a reference route.
Weiterhin werden in zeitlich nacheinander erfassten Sätzen von jeweils zwei gleichzeitig erfassten Bildern B1, B2 die korrespondierenden Bildpunkte BP1, BP2 ermittelt, wobei diese Korrespondenzen zeitlich, mit einer Kameraanordnung
Zur Kalibrierung des Schielwinkels γ wird weiterhin zu zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten jeweils eine Disparität der korrespondierenden Bildpunkte BP1, BP2 in den gleichzeitig erfassten Bildern B1, B2 stereoskopisch ermittelt. Das heißt, es wird eine Distanz zwischen den Korrespondenzen in einem ersten Zeitschritt und einem darauf folgenden nächsten Zeitschritt ermittelt. Der Abstand zwischen den Zeitschritten ist dabei durch eine Aufnahmegeschwindigkeit der Einzelbildkameras
Aufgrund der Ermittlung der Referenz-Fahrstrecke aus den Odometriedaten des Fahrzeugs F ist es möglich, in der Menge der korrespondierenden Bildpunkte BP1, BP2 diejenigen Korrespondenzen, d. h. korrespondierende Bildpunkte BP1, BP2 zu ermitteln, welche einer in der folgenden Gleichung (1) dargestellten Rückprojektionsfunktion genügen: mit:
- x
- = Abstand zwischen dem Fahrzeug F und dem Objekt O,
- f
- = Brennweite der Kameraanordnung
1 , - b
- = Basisbreite, d. h. Abstand, zwischen den Einzelbildkameras
1.1 ,1.2 , - xL
- = Bildpunkt BP1 im linken Bild B1 und
- xR
- = Bildpunkt BP2 im rechten Bild B2.
- x
- = Distance between the vehicle F and the object O,
- f
- = Focal length of the camera arrangement
1 . - b
- = Base width, ie distance, between the single-frame cameras
1.1 .1.2 . - x L
- = Pixel BP1 in the left image B1 and
- x R
- = Pixel BP2 in the right image B2.
Der aus der Differenz der Bildpunkte BP1, BP2 (xL – xR) gebildete Divisor der Rückprojektionsfunktion stellt dabei die Disparität der Bildpunkte BP1, BP2 dar.From the difference of the pixels BP1, BP2 (x L - x R) of the rear projection divisor function formed thereby represents the disparity of the pixels BP1, BP2.
Die Rückprojektionsfunktion wird für jedes ermittelte Paar korrespondierender Bildpunkte BP1, BP2 in den aufeinander folgenden Zeitpunkten gerechnet, wobei aus dem jeweiligen Abstand zwischen dem Fahrzeug F und dem Objekt O eine Position des Fahrzeugs F abgeleitet wird. Das heißt, die des Fahrzeugs F zu dem jeweiligen Zeitpunkt wird aus dem Quotient des aus der Brennweite und der Basisbreite gebildeten Produkts und der Disparität der korrespondierenden Bildpunkte BP1, BP2 ermittelt.The rear projection function is calculated for each determined pair of corresponding pixels BP1, BP2 in the consecutive times, wherein a position of the vehicle F is derived from the respective distance between the vehicle F and the object O. That is, that of the vehicle F at the respective time is determined from the quotient of the product formed from the focal length and the base width and the disparity of the corresponding pixels BP1, BP2.
Eine Differenz der zu den beiden Zeitpunkten berechneten Rückprojektionsfunktionen ergibt eine zwischen den zwei Zeitpunkten zurückgelegte, aus den Bildern B1, B2 stereoskopisch ermittelte Fahrstrecke und wird gemäß folgender Gleichung (2) mit der durch das Fahrzeug F zurückgelegten und aus dessen Odometriedaten ermittelten Referenz-Fahrstrecke verglichen: mit:
- DistFahrzeug
- = Referenz-Fahrstrecke,
- 1
- = erster Zeitpunkt und
- 2
- = zweiter Zeitpunkt.
- Dist vehicle
- = Reference route,
- 1
- = first time and
- 2
- = second time.
Zur Kalibrierung des Schielwinkels γ der Einzelbildkameras
Besteht die Möglichkeit, dass sich ein Objekt O über eine längere Distanz mittels der Kameraanordnung
Zur Erhöhung der Robustheit der Kalibrierung werden zu einem jeweiligen Zeitpunkt vorzugsweise mehrere Paare von korrespondierenden Bildpunkten BP1, BP2 und deren jeweilige Disparität stereoskopisch ermittelt und gemäß der Gleichungen (1) und (2) die Kalibrierung durchgeführt.In order to increase the robustness of the calibration, a plurality of pairs of corresponding pixels BP1, BP2 and their respective disparities are preferably determined stereoscopically at a respective time, and the calibration is carried out in accordance with equations (1) and (2).
In besonders vorteilhafter Weise ist es durch Umstellen der Gleichung (2) nach der Disparität möglich, eine Aussage über die Güte der Paare von korrespondierenden Bildpunkten BP1, BP2, d. h. der Korrespondenzen, zu erhalten. Somit ist es möglich, Korrespondenzen mit hoher Güte zur Kalibrierung heranzuziehen und Korrespondenzen mit geringer Güte für die Kalibrierung zu verwerfen.In a particularly advantageous manner, by changing the equation (2) to the disparity, it is possible to make a statement about the quality of the pairs of corresponding pixels BP1, BP2, d. H. correspondence. Thus, it is possible to use high quality correspondence for calibration and discard low quality correspondences for calibration.
In
In jedem Sektor S1 bis S4 werden mehrere Bildpunkte BP1 gewählt und gemeinsam mit mehreren Bildpunkten BP2 in dem Bild B2 der weiteren Einzelbildkamera
Dieses Sammeln von Korrespondenzen wird als ”Binning” bezeichnet, wobei zusätzlich zur Unterteilung der Bilder B1, B2 in mehrere, beispielsweise vier Sektoren S1 bis S4, eine Schwelle, d. h. eine maximale Anzahl der zu ermittelnden Paare von korrespondierenden Bildpunkten BP1, BP2, vorgegeben wird. Somit werden eine bestimmte Menge und eine Verteilung der Korrespondenzen simuliert.This gathering of correspondences is referred to as "binning", wherein in addition to subdividing the images B1, B2 into a plurality, for example four sectors S1 to S4, a threshold, i. H. a maximum number of pairs of corresponding pixels BP1, BP2 to be determined is specified. Thus, a certain amount and a distribution of the correspondences are simulated.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Kameraanordnungcamera assembly
- 1.11.1
- EinzelbildkameraStill camera
- 1.21.2
- EinzelbildkameraStill camera
- AA
- EpipolarflächeEpipolarfläche
- B1, B2B1, B2
- Bildimage
- BP1, BP2BP1, BP2
- Bildpunktpixel
- E1, E2E1, E2
- Epipolepipole
- EB1, EB2EB1, EB2
- Erfassungsbereichedetection zones
- FF
- Fahrzeugvehicle
- HA1, HA2HA1, HA2
- optische Hauptachsemain optical axis
- L1, L2L1, L2
- Epipolarlinieepipolar
- O, O1 bis OnO, O1 to On
- Objektobject
- OP1 bis OP4OP1 to OP4
- Objektpunktobject point
- S1 bis S4S1 to S4
- Sektorensectors
- xx
- Abstanddistance
- X, Y, ZX, Y, Z
- Achseaxis
- αα
- erster Winkelfirst angle
- ββ
- zweiter Winkelsecond angle
- γγ
- Schielwinkelsquint
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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