DE102015003666A1 - Method for processing acquired measured data of a sensor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von erfassten Messdaten (9) eines Sensors (4) in einem Messbereich (5) zur Erzeugung mindestens einer digitalen Karte (K). Erfindungsgemäß werden räumliche Häufungen (6) der erfassten Messdaten (9) in dem Messbereich (5) ermittelt und zu einer räumlichen Häufung (6) gehörige Messdaten (9) jeweils als ein Cluster (8, 8.1 bis 8.3) zusammengefasst und gespeichert, wobei mindestens eine digitale Clusterkarte (CK) anhand mindestens eines oder mehrerer Cluster (8, 8.1 bis 8.3) erzeugt wird.The invention relates to a method for processing acquired measurement data (9) of a sensor (4) in a measurement area (5) for generating at least one digital map (K). According to the invention, spatial accumulations (6) of the acquired measurement data (9) are determined in the measurement area (5) and measurement data (9) associated with a spatial accumulation (6) are each summarized and stored as a cluster (8, 8.1 to 8.3), wherein at least a digital cluster card (CK) is generated based on at least one or more clusters (8, 8.1 to 8.3).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von erfassten Messdaten eines Sensors in einem Messbereich zur Erzeugung mindestens einer digitalen Karte.The invention relates to a method for processing acquired measurement data of a sensor in a measurement area for generating at least one digital map.
Zur Ermittlung von Fahrzeugpositionen, beispielsweise für ein als Einparkhilfe ausgebildetes Fahrerassistenzsystem werden vorzugsweise gegenüber Umwelteinflüssen widerstandsfähige und kostengünstige Sensoren verwendet.In order to determine vehicle positions, for example for a driver assistance system designed as a parking aid, it is preferable to use sensors which are resistant to environmental influences and cost-effective.
Solche Sensoren, insbesondere Radarsensoren, weisen eine durch deren Messprinzip bedingte Ungenauigkeit und ein hohes Grundrauschen auf. Das Grundrauschen tritt hauptsächlich infolge von unerwünschten Reflexionen an unerwünschten Zielen, von Selbstinterferenzen (sogenannte Speckle) und infolge einer gewissen Eindringtiefe von Radarstrahlung in Messziele auf.Such sensors, in particular radar sensors, have an inaccuracy due to their measuring principle and a high background noise. The background noise occurs mainly due to unwanted reflections on unwanted targets, of self-interference (so-called speckle) and due to a certain depth of penetration of radar radiation in measurement targets.
Es sind im Wesentlichen zwei Kategorien von Verfahren bekannt, mittels derer sich den bei einem SLAM-Verfahren (Simultane Lokalisation und Kartierung) auftretenden Problemstellungen genähert wird.Essentially, two categories of methods are known by means of which the problems occurring in a SLAM method (simultaneous localization and mapping) are approximated.
In einem sogenannten Grid-basierten Verfahren wird eine Diskretisierung der Messdaten in ein festes Raster vorgenommen, so dass sowohl der Ort der Messung als auch der Messwert des Radars diskretisiert wird. Diese Verfahren benötigen lange Rechenzeiten, da häufig über die Einträge des Datensatzes iteriert werden muss. Die Diskretisierung bedingt eine gewisse Ungenauigkeit der Lokalisation und der Kartierung. Werden erhöhte Genauigkeiten angestrebt, sind im Verhältnis zur erreichten Erhöhung der Genauigkeit quadratisch ansteigende Datenvolumen erforderlich.In a so-called grid-based method, a discretization of the measured data is carried out in a fixed grid, so that both the location of the measurement and the measured value of the radar is discretized. These methods require long computation times, since it is often necessary to iterate over the entries in the data set. The discretization requires some inaccuracy of localization and mapping. If higher accuracies are desired, then in relation to the achieved increase in accuracy, quadratically increasing data volumes are required.
In Landmarken-basierten Verfahren werden dagegen spezielle Algorithmen benutzt, um die Umgebung eines markanten Punktes mittels eines Vektors, einem sogenannten Deskriptor, zu beschreiben. Dabei werden einzelne Punkte aus dem Umfeld des Punktes mittels eines Detektors (feature-detector, z. B. SIFT, SURF, ORB, FAST oder FREAK) extrahiert und über eine Vorschrift der Deskriptor berechnet. Um die Umgebung wiederzuerkennen, werden möglichst reproduzierbare Detektoren verwendet, um über ein Vergleichsverfahren (Matching-Verfahren oder kurz Matching) einen guten Abgleich der Deskriptoren zu erreichen.In landmark-based methods, on the other hand, special algorithms are used to describe the environment of a prominent point by means of a vector, a so-called descriptor. In the process, individual points from the surroundings of the point are extracted by means of a detector (feature-detector, eg SIFT, SURF, ORB, FAST or FREAK) and the descriptor is calculated by means of a rule. In order to recognize the environment, detectors that are as reproducible as possible are used in order to achieve a good comparison of the descriptors by means of a comparison method (matching or brief matching).
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Verarbeitung von Messdaten eines Sensors anzugeben.The invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved method for processing measurement data of a sensor.
Hinsichtlich des Verfahrens zur Ermittlung von Messdaten aus erfassten Sensorsignalen wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.With regard to the method for determining measured data from detected sensor signals, the object is achieved by the features specified in
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Das Verfahren zur Verarbeitung von erfassten Messdaten eines Sensors in einem Messbereich dient zur Erzeugung mindestens einer digitalen Karte.The method for processing acquired measurement data of a sensor in a measurement area is used to generate at least one digital map.
Erfindungsgemäß werden räumliche Häufungen der erfassten Messdaten in dem Messbereich ermittelt und zu einer räumlichen Häufung gehörige Messdaten jeweils als ein Cluster zusammengefasst und gespeichert, wobei mindestens eine digitale Clusterkarte anhand mindestens eines oder mehrerer Cluster erzeugt wird.According to the invention, spatial accumulations of the acquired measurement data in the measurement area are determined, and measurement data belonging to a spatial accumulation is in each case combined and stored as a cluster, wherein at least one digital cluster map is generated based on at least one or more clusters.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in einem Messbereich eines Sensors erfasste Rohdaten oder Messdaten als ein Messdatenstrom bereitgestellt und über mehrere Zeitschritte in Clustern zusammengefasst (auch als Stream-Clustering-Algorithmus bezeichnet), wodurch vorteilhaft eine starke Reduktion von zu speichernden und zu verarbeitenden Messdaten erreicht ist. Eine verfügbare Speicherkapazität, beispielsweise die eines Steuergeräts eines Fahrzeugs, wird daher nur geringfügig belegt, sodass weiterhin erhebliche freie Speicherkapazitäten für andere Aufgaben zur Verfügung stehen. Die kleinen Mengen zu speichernder und zu verarbeitender Messdaten begünstigen eine schnelle Verarbeitung der Messdaten, was insbesondere für die Anwendbarkeit der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Messdaten in Echtzeit-Anwendungen vorteilhaft ist. By means of the method according to the invention, raw data or measured data acquired in a measuring range of a sensor are provided as a measured data stream and combined into clusters over several time steps (also referred to as stream clustering algorithm), whereby a strong reduction of measured data to be stored and processed is achieved , An available storage capacity, for example, that of a control unit of a vehicle, is therefore only slightly occupied, so continue to have significant free storage capacity for other tasks. The small amounts of measurement data to be stored and processed favor rapid processing of the measurement data, which is advantageous in particular for the applicability of the measurement data determined in accordance with the inventive method in real-time applications.
Durch das Verfahren werden Messdaten, die aufgrund eines Rauschens des Sensors und/oder aufgrund von Sensorsignalen nur temporär in dem Messbereich befindlicher Messziele verursacht sind, unterdrückt oder gänzlich ausgefiltert. Damit ist trotz einer Verwendung von Sensoren mit einem hohen Grundrauschen ihrer Sensorsignale eine fehlerarme Ermittlung und Verarbeitung der Messdaten und ein sehr präziser Abgleich der ermittelten Messdaten mit bereits vorhandenen Messdaten, beispielsweise bei einem Abgleich von Messdaten verschiedener Datensätze und/oder Karten eines Umfelds eines Fahrzeugs, ermöglicht.The method suppresses or entirely filters out measurement data which are only temporarily caused by measuring targets located in the measuring range due to noise of the sensor and / or due to sensor signals. Thus, despite the use of sensors with a high background noise of their sensor signals, a low-error detection and processing of the measurement data and a very precise comparison of the determined measurement data with existing measurement data, for example, in a comparison of measurement data of different data sets and / or maps of an environment of a vehicle allows.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung von Messdaten aus erfassten Sensorsignalen ist ferner keine Diskretisierung der Messdaten erforderlich.In carrying out the method according to the invention for determining measured data from detected sensor signals, no further discretization of the measured data is required.
Die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelten und verarbeiteten Messdaten können zur Erzeugung einer Karte eines Umfelds des Fahrzeugs sowie zur Erstellung einer aktualisierten Karte anhand einer ursprünglichen Karte und/oder zur Erstellung eines aktualisierten Datensatzes der Karte ausgehend von einem ursprünglichen Datensatz der Karte verwendet werden.The measured data determined and processed when carrying out the method according to the invention can be used to generate a map of an environment of the vehicle and to produce an updated map from an original map and / or to generate an updated data set of the map from an original map of the map.
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 der
In einer
Die relativen Lagen der Messdaten
Durch die Messdaten
Diese unscharfen Abbildungen rühren von sogenannten Rauschartefakten her, die beispielsweise durch Reflexionen an Fahrzeugwänden entstehen, wie diese beispielhaft in der
Ein weiteres, in der
In
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vereinfachend anhand der
Als Sensor
Im Folgenden wird beispielhaft von einem in
Zusätzlich oder alternativ wird als Sensor
Erfindungsgemäß werden räumliche Häufungen
Schematisch sind in der
Eine räumliche Häufung
Anhand der dem Cluster
Die Cluster
Zur Berechnung des effektiven Clusterradius reff, des effektiven Clustermittelpunkts meff und weiterer Parameter des Clusters
Dabei ist wi ein individueller Gewichtungsfaktor der jeweiligen, in den Gleichungen [1] bis [3] als Punkte Pi bezeichneten Messdaten
Die Cluster
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird ein maximaler Wichtungsparameter Wcmax definiert, durch den eine Obergrenze des Wichtungsparameters Wc eines Clusters
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird eine räumliche Häufung
Messdaten
In dem in
Hinzugefügte Messdaten
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich beispielsweise zur lebenslangen Kartierung eines sich verändernden Umfelds eines Fahrzeugs
Das Verfahren wird in einer seiner möglichen Ausgestaltungen zur Erzeugung einer digitalen Clusterkarte CK anhand der Cluster
In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird ein gespeichertes Cluster
Hierzu werden bei einer Erfassung von aktuellen Messdaten
Ein bereits gespeichertes Cluster
Cluster
In einer möglichen weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird der aktualisierte Clusterdatensatz bei einer erneuten Erfassung von Messdaten
Die Clusterdatensätze werden vorteilhaft in räumlichen Datenstrukturen gespeichert, um eine maximale Flexibilität bei zugleich geringen Zugriffszeiten sicherzustellen. In einer möglichen weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden die Clusterdatensätze in einer R-Baum-Datenstruktur (r-tree) gespeichert.The cluster data sets are advantageously stored in spatial data structures in order to ensure maximum flexibility combined with low access times. In a possible further embodiment of the method, the cluster data sets are stored in an R-tree data structure (r-tree).
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens werden Cluster
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens werden die Parameter wie der effektive Clusterradius reff und der maximale Clusterradius rmax richtungsabhängig ermittelt oder vorgegeben, um richtungsabhängig unterschiedliche Messgenauigkeiten beispielsweise für Winkel und/oder Entfernungen zu berücksichtigen.In a further possible embodiment of the method, the parameters such as the effective cluster radius r eff and the maximum cluster radius r max are determined or predetermined in a direction-dependent manner in order to take into account different measuring accuracies, for example for angles and / or distances, depending on the direction.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens zur Ermittlung von Messdaten aus Sensorsignalen wird einen jedem nicht verifizierten Cluster
Durch dieses Vorgehen werden nicht mehr vorhandene Messdaten
In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens ist der Wichtungsparameter Wc als ein modifizierter Wichtungsparameter Wc,decay wie folgt modelliert:
Werden Messdaten
Fallen in einem Cluster
Durch die Implementierung der Konstante β entfällt vorteilhaft das Erfordernis, rechen- und speichertechnisch aufwändige Klassifikationsalgorithmen oder Algorithmen zur Bereinigung eines Datensatzes von Artefakten (update-algorithm) verwenden zu müssen, wie dies bei Grid-basierten Verfahren der Fall ist.The implementation of the constant β advantageously eliminates the need to use computationally complex algorithms or algorithms to clean up a data set of artefacts (update algorithm), as is the case with grid-based methods.
Die Berechnung des Wichtungsparameters Wc wird anhand der
In der
In der
Ein drittes Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Verarbeitung von Messdaten
In einer nicht dargestellten weiteren Ausgestaltung des Verfahrens sind an dem Fahrzeug
Zwischen dem ersten Zeitpunkt t1 und dem zweiten Zeitpunkt t2 werden mittels des Sensors
Die jeweils durch eine Volllinienumrandung R4 beispielhaft in der
Der aktualisierte Clusterdatensatz wird in einer weiteren Ausführung des Verfahrens bei einer erneuten Erfassung von Messdaten
Die mittels des Verfahrens erzeugten Clusterkarten CK werden beispielsweise für eine Lokalisierung und/oder eine Selbstlokalisation des Fahrzeugs
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Selbstlokalisation des Fahrzeugs
Durch das Verfahren werden Diskretisierungsfehler vermieden. Es ist zudem nur ein geringer Speicherplatz zum Speichern der Clusterkarten CK und/oder der Clusterdatensätze erforderlich. Beispielsweise erfordert eine Clusterkarte CK eines rund 500 m langen Parkplatzes
Gegenüber Landmarken-basierten Verfahren kann das erfindungsgemäße Verfahren mit geringem Programmieraufwand in bestehende Systeme implementiert und verwaltet werden. Das Verfahren ist auf jegliche Art von Entfernungssensoren (Range-Scanner-Sensoren) übertragbar. Auch bei diesen Sensoren
Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind die günstigen Eigenschaften von Grid-basierten Verfahren und den daraus erhaltenen Karten K (Grid-Maps) sowie die günstigen Eigenschaften Landmarken-basierter Verfahren und den daraus erhaltenen Karten K (Feature-Maps) vereinigt. Das Verfahren ermöglicht eine effiziente Darstellung einer digitalen Clusterkarte CK des Umfelds eines Fahrzeugs
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