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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung zumindest eines Beschleunigungssensors eines Fahrzeugnavigationssystems.
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Verfahren für eine augmentierte Darstellung bringen eine erzeugte Zusatzinformation in Überlagerung mit einer durch eine Scheibe, beispielsweise durch eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, wahrgenommenen Umgebung oder mit einer durch eine Kamera aufgenommenen und auf einem Bildschirm dargestellten Umgebung. Dabei werden die Zusatzinformationen lagerichtig in den Umgebungsbildern dargestellt. Solche Zusatzinformationen können beispielsweise Navigationsinformationen, geografische oder topografische Informationen oder Infotainment-Inhalte sein.
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Neben Anwendungen zu einer augmentierten Darstellung ist auch bei Navigationsanwendungen, insbesondere bei einer spurgenauen Navigation, und bei einem Erlernen von Karten eine genaue Kenntnis der Position, gekennzeichnet durch eine geografische Breite, eine geografische Länge und einer Elevation, und Ausrichtung des Fahrzeugs oder einer fahrzeugeigenen Kamera, hier insbesondere eines so genannten Roll-Nick-Gier-Winkels, zu bestimmten Zeitpunkten erforderlich. Ein so genanntes 7-Tupel aus Position, Ausrichtung und Zeitpunkt wird zusammen kurz als Fahrzeugpose bezeichnet.
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Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, die die Pose eines Fahrzeugs aus einem zeitdiskret, beispielsweise in einem Abstand von einer Sekunde, empfangenen und ausgewerteten GPS-Signal ermitteln. Zwischen den diskreten Empfangszeitpunkten des GPS-Signals ist bei solchen Verfahren die Pose des Fahrzeugs unbekannt.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2013 016 243 A1 ein Verfahren zur Bestimmung einer Fahrzeugpose mittels fahrzeugspezifischer Bewegungsparameter bekannt. Dabei wird eine Fahrzeugtrajektorie als Folge von berechneten Werten für Positions- und/oder Richtungsparameter des Fahrzeugs ausgehend von einem eine Position des Fahrzeugs beschreibenden zeitdiskreten GPS-Signal zu einem Zeitpunkt, einem in der Position bestimmten Richtungsvektor und mindestens einem fortlaufend erfassten Bewegungsparameter des Fahrzeugs extrapoliert.
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Zur Bestimmung der Kameraausrichtung werden bei diesen Verfahren Beschleunigungssensoren verwendet, mittels welchen die Lage von Kamera oder Fahrzeug im Verhältnis zum Beschleunigungsfeld der Erde vermessen wird. Diese Messungen werden gegenüber aus dem Fahrbetrieb resultierenden Beschleunigungen kompensiert.
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Die Beschleunigungssensoren selbst unterliegen allerdings Fertigungsstreuungen. Dadurch können sowohl Nullpunkte der Messungen als auch eine Skalierung der Messergebnisse mit Fehlern behaftet sein. Somit ist eine Kalibrierung der Beschleunigungssensoren erforderlich.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Kalibrierung von Beschleunigungssensoren bekannt, bei welchen die Beschleunigungssensoren in definierte Lagen überführt werden, um dort jeweils Nullpunkt- und Skalierungsfehler zu messen. Hierbei ist es erforderlich, dass jedes Steuergerät mit entsprechenden Beschleunigungssensoren separat kalibriert wird.
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Zusätzlich kann es bei einer Montage eines Steuergeräts mit einer entsprechenden Beschleunigungssensorik in einem Fahrzeug aufgrund von Toleranzen zu weiteren Fehlern kommen, welche beispielsweise als zusätzliche Winkelfehler ausgebildet sind. Aus diesem Grund ist ein zweistufiges Kalibrierverfahren bekannt, bei welchem zunächst eine Kalibrierung der Beschleunigungssensorik innerhalb eines Steuergeräts und anschließend eine Kalibrierung des Steuergeräts im Fahrzeug erfolgen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Kalibrierung zumindest eines Beschleunigungssensors eines Fahrzeugnavigationssystems anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In dem Verfahren zur Kalibrierung zumindest eines Beschleunigungssensors eines Fahrzeugnavigationssystems werden erfindungsgemäß mittels einer kamerabasierten Umgebungserfassung erfasste Bilder rektifiziert. In den rektifizierten Bildern werden vertikal verlaufende Kanten an Objekten in der Umgebung detektiert und die detektierten vertikal verlaufenden Kanten werden als Referenzlinien für die Kalibrierung herangezogen.
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Als Kanten werden dabei beispielsweise Gebäudekanten, Gebäudefassaden, Straßenlaternen, Pfosten von Verkehrszeichen und/oder weitere Objektkanten verwendet, welche in mittels fahrzeugeigenen Kameras erfassten Bildern gut erkennbar sind. Solche vertikalen Kanten eignen sich besonders für die Kalibrierung von Beschleunigungssensoren, da lotrechte Wände und Kanten im bebauten Umfeld eines Fahrzeugs häufig vorkommen und bauseits in der Regel lotrecht ausgeführt werden.
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Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Kalibrierungen von Beschleunigungssensoren, bei welchen die Beschleunigungssensoren umfassende Steuergeräte in aufwändiger Weise manuell in unterschiedliche Lagen gebracht werden oder ein vorgegebenes Bewegungsprofil durchlaufen, kann bei dem vorliegenden Verfahren dieser manuelle und aufwändige Kalibrierschritt entfallen. Hieraus resultiert eine signifikante Kosten- und Zeitersparnis bei gleichzeitiger Erzielung einer hohen und kundentauglichen Leistungsfähigkeit der Beschleunigungssensoren und mit diesen gekoppelter Anwendungen, beispielsweise einer augmentierten Darstellung.
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Das Verfahren zeichnet sich dabei durch eine besonders geringe Umsetzungskomplexität aus, da zur Ausführung desselben lediglich einfache Bildverarbeitungsfunktionen erforderlich sind. Auch ist lediglich ein geringer Rechenaufwand zur Durchführung des Verfahrens erforderlich, so dass keine kostenintensive Erhöhung einer Rechenleistung eines fahrzeugeigenen Systems erforderlich ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch ein mittels einer kamerabasierten Umgebungserfassung eines Fahrzeugs erfasstes Bild,
- 2 schematisch das Bild gemäß 1 sowie Positionen von Endpunkten im Bild befindlicher Kanten, welche gemeinsam mit einer Position einer Kameraoptik eine vertikale Ebene als Lotebenenhypothese aufspannen, und
- 3 schematisch eine Anordnung von Lotebenenhypothesen zur Ermittlung einer Normalenhypothese.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein mittels einer kamerabasierten Umgebungserfassung eines Fahrzeugs erfasstes Bild B dargestellt.
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Bei Anwendungen zu einer augmentierten Darstellung und bei Navigationsanwendungen, insbesondere bei einer spurgenauen Navigation, sowie bei einem Erlernen von Karten ist eine genaue Kenntnis einer Position, gekennzeichnet durch eine geografische Breite, eine geografische Länge und einer Elevation, und Ausrichtung des Fahrzeugs oder einer fahrzeugeigenen Kamera, hier insbesondere eines so genannten Roll-Nick-Gier-Winkels, zu bestimmten Zeitpunkten erforderlich. Ein so genanntes 7-Tupel aus Position, Ausrichtung und Zeitpunkt wird zusammen kurz als Fahrzeugpose bezeichnet.
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Zur Bestimmung der Kameraausrichtung werden im Allgemeinen Beschleunigungssensoren verwendet, mittels welchen die Lage von Kamera oder Fahrzeug im Verhältnis zum Beschleunigungsfeld der Erde vermessen wird. Diese Messungen werden gegenüber aus dem Fahrbetrieb resultierenden Beschleunigungen kompensiert.
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Da die Beschleunigungssensoren selbst Fertigungsstreuungen unterliegen, können sowohl Nullpunkte der Messungen als auch eine Skalierung der Messergebnisse mit Fehlern behaftet sein. Somit ist eine Kalibrierung der Beschleunigungssensoren erforderlich.
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Zu dieser Kalibrierung ist vorgesehen, dass mittels der kamerabasierten Umgebungserfassung erfasste Bilder B rektifiziert werden. Anschließend werden in den rektifizierten Bildern B vertikal verlaufende Kanten K an Objekten in der Umgebung detektiert, wobei die detektierten vertikal verlaufenden Kanten K1 bis Kn als Referenzlinien für die Kalibrierung herangezogen werden.
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Solche Kanten K1 bis Kn sind beispielsweise Gebäudekanten, Gebäudefassaden, Straßenlaternen, Pfosten von Verkehrszeichen und/oder weitere Objektkanten. Diese vertikalen Kanten K1 bis Kn eignen sich besonders für die Kalibrierung von Beschleunigungssensoren, da lotrechte Wände und Kanten K1 bis Kn im bebauten Umfeld eines Fahrzeugs häufig vorkommen und bauseits in der Regel lotrecht ausgeführt werden.
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Dabei werden in einer möglichen Ausgestaltung als vertikal verlaufende Kanten K1 bis Kn an Objekten ausschließlich die Kanten K1 bis Kn als Referenzlinien herangezogen, welche in ihrer Neigung einer Senkrechtenschätzung abzüglich oder zuzüglich einer Genauigkeit der Umgebungserfassung entsprechen. Mit anderen Worten: Es werden zur Initialisierung Lotrechte im Bild B entlang einer kalibrierten Senkrechtenschätzung des zumindest einen Beschleunigungssensors verwendet. Es werden nur Linien, d. h. Kanten K1 bis Kn, im Bild B gesucht, die in ihrer Neigung der Senkrechtenschätzung plus bzw. minus einer Sensorungenauigkeit entsprechen.
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2 zeigt das Bild B gemäß 1 sowie Positionen von Endpunkten E1 bis Em im Bild B befindlicher Kanten K1 bis Kn, welche gemeinsam mit einer Position POS einer Kameraoptik eine vertikale Ebene A aufspannen.
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Hierzu werden zu jeder als Referenzlinie für die Kalibrierung herangezogenen vertikalen Kante K1 bis Kn Positionen der? Endpunkte E1 bis Em gespeichert, die zusammen mit einem momentanen Kamerazentrum bzw. Kameraaugpunkt, d. h. der Position POS der Kameraoptik, die senkrechte Ebene A aufspannen. Im dargestellten Bild B ist die Ebene A beispielsweise durch die Position POS und die Endpunkte E1, E2 sowie durch die Position POS und die Endpunkte E7, Em definiert. Diese Endpunkte E1, E2, E7, Em werden gemeinsam mit der Position POS im Folgenden als Lotebenenhypothesen X, Y bezeichnet.
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Bei einer Ausführung des Verfahrens wird abhängig von einer aktuellen Umgebung des Fahrzeugs eine Vielzahl solcher Lotebenenhypothesen X, Y generiert.
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In 3 ist eine Anordnung von Lotebenenhypothesen X, Y zur Ermittlung einer Normalenhypothese N dargestellt.
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Hierbei ergeben paarweise Schnitte von Lotebenenhypothesen X, Y Schätzwerte für eine Normale an der Position POS der Kameraoptik, welche im Folgenden als Normalenhypothese N bezeichnet wird.
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Dabei wird eine Eingangsmenge von Normalenhypothesen N mittels statistischer Methoden in eine gemittelte Schätzung überführt, mittels welcher eine gemittelte Normalenhypothese N und ein Gesamtkonfidenzindex für diese Normalenhypothese N ermittelt werden.
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Dazu werden die Normalenhypothesen N nach folgenden Kriterien bewertet (Konfidenzindex):
- - Basiswinkel: Schnittwinkel zwischen den Lotebenenhypothesenpaaren X, Y -je größer ein Öffnungswinkel zwischen den Ebenen (= Lotebenenhypothesenpaaren X, Y), desto zuverlässiger ist die Normalenhypothese N;
- - Länge der erkannten Kanten K1, Kn: je länger die Kanten K1 bis Kn in Bildkoordinaten sind, desto zuverlässiger ist die Normalenhypothese N
- - je mehr Lotebenenhypothesen X, Y in einem Bild B zu finden sind, desto zuverlässiger ist das Gesamtergebnis; dabei steigt die Gesamtkonfidenz mit der Anzahlt der Lotebenenhypothesen X, Y;
- - Ausreißer werden vor der Mittelung der Hypothesen entfernt.
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Bezugszeichenliste
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- A
- Ebene
- B
- Bild
- E1 bis Em
- Endpunkt
- K1 bis Kn
- Kante
- N
- Normalenhypothese
- POS
- Position
- X, Y
- Lotebenenhypothese
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013016243 A1 [0005]
