DE102016222548A1 - Method and control unit for determining a distortion characteristic of an optical medium during travel operation - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Verzeichnungseigenschaften eines optischen Mediums (202) unter Verwendung eines durch das optische Medium (202) erfassenden optischen Sensors (102) während des Fahrtbetriebs, wobei in einem Schritt des Bestimmens zumindest ein Parameter eines Verzeichnungsmodells zum Kompensieren einer optischen Verzeichnung des optischen Mediums (202)unter Verwendung einer Bildfolge des optischen Sensors (102) und einer Trajektorie des Sensors bestimmt wird, um die Verzeichnungseigenschaft des optischen Mediums (202)während eines Fahrtbetriebs zu bestimmen, wobei die Trajektore sich zumindest über zwei Abbildungszeitpunkte erstreckt und eine Translation und/oder Rotation des Sensors (102) zwischen einem ersten Erfassungszeitpunkt eines ersten Bilds der Bildfolge und einem zweiten Erfassungszeitpunkt eines zweiten Bilds der Bildfolge repräsentiert.The invention relates to a method for determining the distortion characteristics of an optical medium (202) using an optical sensor (102) sensing through the optical medium (202) during the running operation, wherein in a step of determining at least one parameter of a distortion model for compensating an optical Distortion of the optical medium (202) is determined using an image sequence of the optical sensor (102) and a trajectory of the sensor to determine the distortion characteristic of the optical medium (202) during a driving operation, the trajectory extending at least over two imaging times and a translation and / or rotation of the sensor (102) between a first detection time of a first image of the image sequence and a second detection time of a second image of the image sequence represents.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Steuergerät oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.The invention is based on a control device or a method according to the preamble of the independent claims. The subject of the present invention is also a computer program.
Bei einem optischen Sensor, der hinter einer schräg ausgerichteten Scheibe angeordnet ist, wird ein von dem Sensor durch die Scheibe erfasstes Abbild eines Umfelds verzeichnet. Um diese Verzeichnung zu korrigieren, ist eine Korrekturvorschrift erforderlich, die Abtastpunkte des Abbilds entgegengesetzt zu der Verzeichnung verschiebt.In an optical sensor which is arranged behind an obliquely oriented disk, an image of an environment detected by the sensor through the disk is recorded. To correct for this distortion, a correction rule is required which shifts sample pixels of the image opposite to the distortion.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zur Bestimmung einer Verzeichnungseigenschaft eines optischen Mediums während des Fahrtbetriebs vorgestellt, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.Against this background, a method for determining a distortion characteristic of an optical medium during travel operation is presented with the approach presented here, furthermore a control unit which uses this method, and finally a corresponding computer program according to the main claims. The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim device are possible.
Eine Verzeichnungseigenschaft eines optischen Mediums, wie beispielsweise einer Front- oder Heckscheibe, manifestiert sich in einem durch das optische Medium hindurch aufgezeichneten Abbild. Beispielsweise können gerade Linien und Kanten durch die Verzeichnung bzw. Verzeichnungseigenschaft gebogen abgebildet werden. Mit anderen Worten resultiert aus der Verzeichnung ein verzerrtes Abbild, in dem ein Szenenpunkt an einer anderen Position abgebildet wird, als im unverzeichneten Fall.A distortion characteristic of an optical medium, such as a front or rear window, manifests itself in an image recorded through the optical medium. For example, straight lines and edges can be displayed bent by the distortion or distortion characteristic. In other words, the distortion results in a distorted image in which a scene point is imaged at a different position than in the unrecognized case.
Bei fester relativer Position des optischen Mediums zum optischen Sensor, bleibt die Verzeichnungseigenschaft konstant über die Zeit. Dies ist bei einem hinter einer Frontscheibe, beziehungsweise Windschutzscheibe, angeordnetem optischen Sensor der Fall.With fixed relative position of the optical medium to the optical sensor, the distortion characteristic remains constant over time. This is the case with a behind a windshield, or windshield, arranged optical sensor.
Aus der Verschiebung der Abbildung eines Szenenpunktes zu unterschiedlichen Abtastzeitpunkten (im Weiteren auch als optischer Fluss bezeichnet), kann mit dem Zusatzwissen über die Bewegung des Sensors zwischen den Abtastzeitpunkten auf die Verzeichnungseigenschaft des optischen Mediums rückgeschlossen werden. Zusätzlich ist die Einbeziehung einer Abstandsinformation bezüglich des Szenenpunktes möglich.From the displacement of the image of a scene point at different sampling times (also referred to as optical flow hereinafter), it is possible to draw conclusions about the movement of the sensor between the sampling instants on the distortion property of the optical medium. In addition, the inclusion of a distance information with respect to the scene point is possible.
Der hier beschriebe Ansatz nutzt die oben beschriebenen Zusammenhänge, um die vorliegenden Verzeichnungseigenschaften des optischen Mediums zu bestimmen. Er stellt einen funktionalen Zusammenhang zwischen Verzeichnungseigenschaft, Fahrzeugumgebung und ihrem verzeichneten Abbild her. Die Verzeichnungseigenschaft wird dabei über ein Modell beschrieben, dessen Parameter, über den funktionalen Zusammenhang, aus einer Abbildungsfolge der Fahrzeugumgebung bestimmt werden können. Die Abbildungsfolge resultiert dabei aus einer Trajektorie des bewegten Fahrzeugs über die Zeit, welche in einer Sensortrajektorie resultiert. Diese besteht aus zumindest zwei Einzelposen des Sensors zu den jeweiligen Abtastzeitpunkten. Die jeweilige Transformation besteht zumindest aus einer rotatorischen und/oder einer oder mehreren translatorischen Komponenten und kann beispielsweise durch eine vektorwertige Translation und eine Rotation um die drei Hauptachsen des Sensors beschrieben werden.The approach described here uses the relationships described above to determine the present distortion characteristics of the optical medium. It establishes a functional relationship between distortion characteristic, vehicle environment and their recorded image. The distortion characteristic is described by a model whose parameters, via the functional relationship, can be determined from an imaging sequence of the vehicle environment. The imaging sequence results from a trajectory of the moving vehicle over time, which results in a sensor trajectory. This consists of at least two individual poses of the sensor at the respective sampling times. The respective transformation consists of at least one rotational and / or one or more translatory components and can be described for example by a vector-valued translation and a rotation about the three main axes of the sensor.
Es wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Verzeichnungseigenschaft eines optischen Mediums während des Fahrtbetriebs unter Verwendung eines durch das Medium erfassenden optischen Sensors vorgestellt, wobei in einem Schritt des Bestimmens zumindest ein Parameter eines Verzeichnungsmodells zum Kompensieren einer optischen Verzeichnung des optischen Mediums unter Verwendung einer Bildfolge des optischen Sensors und einer Trajektorie des optischen Sensors bestimmt wird, um die Verzeichnungseigenschaft des optischen Mediums während eines Fahrtbetriebs zu bestimmen, wobei die Trajektorie eine Translation und/oder Rotation des optischen Sensors zwischen einem ersten Erfassungszeitpunkt eines ersten Bilds der Bildfolge und einem zweiten Erfassungszeitpunkt eines zweiten Bilds der Bildfolge repräsentiert.A method is provided for determining a distortion characteristic of an optical medium during travel using an optical sensor sensing the medium, wherein in a step of determining at least one parameter of a distortion model for compensating for optical distortion of the optical medium using an image sequence of the optical Sensor and a trajectory of the optical sensor is determined to determine the distortion characteristic of the optical medium during a driving operation, wherein the trajectory translation and / or rotation of the optical sensor between a first detection time of a first image of the image sequence and a second detection time of a second image represents the image sequence.
Das Modell beschreibt die Verzeichnungseigenschaft des optischen Mediums zumindest approximativ und enthält zumindest einen Parameter. Die in dem Modell enthaltene Verzeichnungsvorschrift ermöglicht die Korrektur eines Sensorabbildes, wodurch zumindest eine Reduktion der enthaltenen Verzeichnung erreicht wird.The model describes the distortion characteristic of the optical medium at least approximately and contains at least one parameter. The distortion rule contained in the model allows the correction of a sensor image, thereby achieving at least a reduction in the distortion contained.
Die Information der Sensortrajektorie kann als weiterer Freiheitsgrad bzw. Parameter, über das Funktional bestimmt oder geschätzt werden. Dies ist möglich über die Abbilder statischer Szenenobjekte, wie dies nachfolgend in einer Formel noch näher erläutert wird. Alternativ kann die Bewegungsinformation aus einem zusätzlichen Sensor des Fahrzeugs eingespeist werden, wie beispielweise einer Inertialsensorik, welche über den Datenbus des Fahrzeugs ausgelesen werden kann. The information of the sensor trajectory can be determined or estimated as a further degree of freedom or parameters, via the functional. This is possible via the images of static scene objects, as will be explained in more detail below in a formula. Alternatively, the movement information from an additional sensor of the vehicle can be fed, such as an inertial sensor, which can be read via the data bus of the vehicle.
Als weitere Information kann Tiefeninformation bezüglich der Fahrzeugumgebung in das Funktional aufgenommen werden (Umfeld erfassende Sensorik). Dadurch kann auf den Schritt zur Beseitigung der Tiefe als Unbekannte, entsprechend einer nachfolgend noch näher beschriebenen Formel, verzichtet werden. Es ergibt sich somit eine Variation des Verfahrens basierend auf einem leicht veränderten Funktional.As further information, depth information regarding the vehicle environment may be included in the functional (environment sensing sensor). This makes it possible to dispense with the step of eliminating the depth as unknown, according to a formula described in more detail below. This results in a variation of the method based on a slightly different functional.
Das Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.The method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.The approach presented here also creates a control unit which is designed to execute, to control or to implement the steps of a variant of a method presented here in corresponding devices. Also by this embodiment of the invention in the form of a control device, the object underlying the invention can be achieved quickly and efficiently.
Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.For this purpose, the control unit can have at least one arithmetic unit for processing signals or data, at least one memory unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading sensor signals from the sensor or for outputting control signals to the actuator and / or or at least a communication interface for reading or outputting data embedded in a communication protocol. The arithmetic unit may be, for example, a signal processor, a microcontroller or the like, wherein the memory unit may be a flash memory, an EEPROM or a magnetic memory unit. The communication interface can be designed to read or output data wirelessly and / or by line, wherein a communication interface that can read or output line-bound data, for example, electrically or optically read this data from a corresponding data transmission line or output in a corresponding data transmission line.
Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In the present case, a control device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon. The control unit may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In the case of a hardware-based embodiment, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains various functions of the control unit. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.Also of advantage is a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, especially when the program product or program is executed on a computer or a device.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
-
1 ein Blockschaltbild eines Steuergeräts zur Bestimmung einer Verzeichnungseigenschaft eines optischen Mediums während des Fahrtbetriebs unter Verwendung eines optischen Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
2 eine Darstellung eines optischen Pfads durch eine Frontscheibe; -
3 eine Darstellung einer optischen Verzeichnung durch ein optisches Medium; -
4 einen Verlauf einer optischen Verzeichnung eines optischen Mediums; und -
5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung einer Verzeichnungseigenschaft eines optischen Mediums während des Fahrtbetriebs unter Verwendung eines optischen Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel.
-
1 a block diagram of a controller for determining a distortion characteristic of an optical medium during the driving operation using an optical sensor according to an embodiment; -
2 a representation of an optical path through a windshield; -
3 a representation of an optical distortion by an optical medium; -
4 a course of optical distortion of an optical medium; and -
5 a flowchart of a method for determining a distortion characteristic of an optical medium during the driving operation using an optical sensor according to an embodiment.
In der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. In the following description of exemplary embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similarly acting, wherein a repeated description of these elements is omitted.
Das Steuergerät
In einem Ausführungsbeispiel verwendet das Steuergerät
Zusätzliche im Fahrzeug
Durch Vermeidung eines gesonderten Kalibrierprozesses zur Bestimmung der Scheibenverzeichnung können erhebliche Mehraufwände beziehungsweise Mehrkosten bei der Fahrzeugherstellung und bei nachträglichem Scheibentausch vermieden werden.By avoiding a separate calibration process for determining the disc distortion considerable additional expenses or additional costs in vehicle production and subsequent replacement of discs can be avoided.
In
In optischen Sensor
Der Lichtstrahl
Durch die Verzeichnung wird eine durch die Frontscheibe
Es wird eine Online-Schätzung, im Sinne einer Schätzung während des Betriebs, der Verzeichnungseigenschaften einer Windschutzscheibe
Optische Sensoren
Die Scheibe
Es wird ein Verfahren vorgestellt, welches die Verzeichnungseigenschaften einer Windschutzscheibe
In
Die Verzeichnung der Windschutzscheibe
Die Verzeichnungseigenschaften der Windschutzscheibe
Durch die Online-Schätzung ist eine notwendige Korrektur des Sensorabbildes im Betrieb gewährleistet.The online estimation ensures a necessary correction of the sensor image during operation.
Die Online-Schätzung stellt einen funktionalen Zusammenhang zwischen einem Verzeichnungsmodell, der Fahrzeugumgebung
Hier sind Bildpunkte mit dem gleichen Wert durch Isolinien miteinander verbunden. Der Wert ist am rechten Rand des Merkmalsraums angetragen.Here pixels with the same value are connected by isolines. The value is plotted on the right edge of the feature space.
Die Verzeichnung nimmt dabei von oben nach unten zu, wobei der Anstieg ungleichmäßig verläuft. An den Seitenrändern ist die Verzeichnung geringfügig niedriger, als in der Bildmitte. The distortion increases from top to bottom, the increase is uneven. At the margins the distortion is slightly lower than in the middle of the picture.
Mit anderen Worten ist die vertikale Scheibenverzeichnung
Zusätzlich sind in
Bei dem hier vorgestellten Ansatz werden die Parameter während des Betriebs des optischen Sensors optimiert, um den Verlauf der Polynome
In
In diesem Beispiel kann die Verzeichnung
Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel eines Algorithmus gemäß dem hier vorgestellten Ansatz beschrieben.An embodiment of an algorithm according to the approach presented here is described below.
Matrizen und Vektoren sind dabei in fett geschriebenen Großbuchstaben und Kleinbuchstaben angegeben. Eine Bezeichnung eines Referenzkoordinatensystems wird als oberer Index auf der rechten Seite hinzugefügt. Die relative Position oder Orientierung wird als oberer Index auf der linken und als Index auf der rechten Seite hinzugefügt. Eine Drehung ARB ∈ ℝ3×3 beschreibt dabei eine Rotationssequenz Rz( Aψ̇B) · Ry(AθB) · Rx(AΦ̇B) zum Übertragen von Bild A in das Bild B. Ein Translationsvektor
Dargestellt, wobei K die intrinsische Kalibrierungsmatrix ist. Für ein entsprechendes Punktepaar sind der Punkt in dem letzten und in dem aktuellen Abbild als
Alle verwendeten Koordinatensysteme sind entsprechend der Computer Vision Norm definiert.All coordinate systems used are defined according to the Computer Vision Standard.
Epipolargeometrie epipolar geometry
Unter der Annahme intrinsisch kalibrierter bildgebender Sensorik und dass [v] x ∈ ℝ3×3die schiefsymmetrische Matrix
Um eine Formulierung frei von Tiefeninformation zu erhalten, werden beide Seiten mit
Da der Vektor
Beispielalgorithmus basierend auf Epipolargeometrie Example algorithm based on epipolar geometry
Die hier vorgestellte Methode schätzt die Parameter eines Windschutzscheibenverzeichnungsmodells basierend auf der Epipolarbedingung zusammen mit einer optischen Flussinformation aus aufeinanderfolgender Bilder. Die Verzerrung wird in vertikaler Richtung
In horizontaler Richtung ergibt dies
Wobei c̅1,v,c̅0,v,c̅1,h,c̅0,h die in normalisierten Bildkoordinaten angegebenen Polynomkoeffizienten sind. Der unverzerrte normalisierte Bildpunkt
Für eine gegebene Sensorbewegung
Die Sensorbewegung kann von einer Inertialsensorik oder aus vorhandenen ESP-Sensordaten, wie beispielsweise der Längsgeschwindigkeit und der Giergeschwindigkeit abgerufen werden. Über ein Fahrzeugbewegungsmodell (z. B. Ackermannmodell) kann aus diesen Informationen die Sensorbewegung hergeleitet werden.The sensor movement can be retrieved from an inertial sensor or from existing ESP sensor data, such as the longitudinal speed and the yaw rate. Via a vehicle movement model (eg Ackerman model), the sensor movement can be derived from this information.
Wenn die Sensorbewegung nicht bekannt ist, wird eine minimale Parametrisierung der Translation und Rotation als
Auf diese Weise kann die Sensorbewegung zusammen mit den Verzerrungsparametern geschätzt werden. Ein Vorwissen über die in dem Funktional enthaltenen Größen ist somit nicht notwendig.In this way, the sensor movement can be estimated along with the distortion parameters. A prior knowledge of the variables contained in the functional is therefore not necessary.
Die Parametrisierung der vertikalen Windschutzscheibenverzerrung in zwei Parametern beschreibt die gemessene Verzerrung
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |