DE102018208205A1

DE102018208205A1 - Verfahren zum Kartographieren der Umgebung von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE102018208205A1
Application number: DE102018208205.7A
Authority: DE
Inventors: Lars KUHNERT; Nadja Wysietzky; Ahmed Benmimoun; Martin Klubal
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2019-11-28
Also published as: US11209539B2; US20190361112A1; CN110531353A

Abstract

Verfahren zum Kartographieren der Umgebung eines Kraftfahrzeugs mittels eines kraftfahrzeug-gestützten Sensors und einer kraftfahrzeug-gestützten Steuerung, wobei der Sensor ein RADAR Sensor ist und die Steuerung ausgestaltet ist, um anhand der mit dem RADAR Sensor aufgespürten Objekte die Umgebung des Kraftfahrzeugs zu kartographieren, wobei solche aufgespürten Objekte ignoriert werden, die von einem näher am RADAR Sensor liegenden aufgespürten unverdeckten Objekt verdeckt sein sollten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kartographieren der Umgebung von Kraftfahrzeugen nach Anspruch 1.
Aus der US 2017/206436 A1 ist z.B. ein Objektverfolgungssystem bekannt, das für den Einsatz in einem automatisierten Fahrzeug geeignet ist. Es besteht aus einer Kamera, einem Radarsensor und einem Controller. Der Controller ist so konfiguriert, dass er jeder Sicht-Spur, die einer Instanz eines mit der Kamera erkannten Objekts zugeordnet ist, eine Sicht-Identifikation zuweist, und jedem Radar-Objekt, der einer Instanz von gruppierten Tracklets zugeordnet ist, die mit Hilfe des Radarsensors erkannt wurden, eine Radar-Identifikation zuweist. Der Controller wird weiter konfiguriert, um Wahrscheinlichkeiten zu ermitteln, dass eine Vision-Spur und ein Radar-Objekt das gleiche Objekt anzeigen. Wenn die Kombination eine vernünftige Chance auf Übereinstimmung hat, wird sie in ein weiteres Screening der Daten einbezogen, um eine Kombination von Paarungen jeder Sicht-Spur zu einer Radarspur zu bestimmen, die die größte Wahrscheinlichkeit hat, die richtige Kombination zu sein.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein einfacheres, schnelles und trotzdem zuverlässigeres Verfahren zum Kartographieren der Umgebung von Kraftfahrzeugen bereitzustellen, mit dem insbesondere autonome Kraftfahrzeuge ihre Umgebung „wahrnehmen“ können.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 wiedergegebene Verfahren gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass wenn solche aufgespürten Objekte ignoriert werden, die von einem näher am RADAR Sensor liegenden aufgespürten unverdeckten Objekt verdeckt sein sollten, eine große Zahl an Fehldetektionen ignoriert werden kann und somit der Aufwand der Kartenerstellung sinkt.
Mit anderen Worten, es werden nur solche Objekte in die Karte mitaufgenommen, die tatsächlich vom Sensor in dessen Sichtfeld positiv erkennbar sein sollten. Solche Objekte, zu denen der Sensor keine Sichtverbindung hat, also von einem näher am Sensor liegenden Objekt verdeckt sind, und aus welchen Gründen auch immer ein Detektionssignal erzeugen, werden ignoriert.
Insbesondere bei RADAR Sensoren kommt es zu solchen Fehldetektionen aufgrund von Reflektionen oder Bodenecho.
Aus den so ermittelten unverdeckten Objekten wird eine Karte erstellt, die den freien Raum um den Sensor bzw. das Fahrzeug herum abbildet. Dazu wird ein Polygon bestimmt, dessen Ecken jeweils in gleich beabstandeten Kreissegmenten mit dem RADAR Sensor im Mittelpunkt um das Kraftfahrzeug herum liegen und jede Ecke ein im jeweiligen Kreissegment dem RADAR Sensor am nächsten liegendes aufgespürtes unverdecktes Objekt oder bei leerem Kreissegment eine Ecke in Detektionsentfernung darstellt, so dass nur aufgespürte Objekte innerhalb des Polygons berücksichtigt werden.
Das 360 Grad Umfeld wird demnach in Kreissegmenten aufgeteilt und in jedem Kreissegment ein erkanntes unverdecktes Objekt als Eckpunkt für das Polygon verwendet. Wird in einem Kreissegment kein Objekt detektiert, so wird eine vorgegebene Detektionsentfernung (oder Reichweite) des Sensors als virtuelles Objekt verwendet.
Vorzugsweise werden gleich beabstandete Kreissegmente verwendet. Es ist jedoch auch denkbar, die Kreissegmente anderweitig aufzuteilen, z.B. in Fahrtrichtung vorne mit einer feineren Teilung als hinten, so dass dort mehr Objekte in die Karte einfließen.
Um die Karte weiter zu vereinfachen, können zum Glätten des Polygons Ecken entfernt werden, die von RADAR Sensor aus besehen hinter einer Linie liegen, wobei die Linie dem euklidischen Abstand eines Eckpunktpaares entspricht, wenn dieser Abstand kleiner ist als ein bestimmter Schwellenwert, und alle möglichen Eckpunktpaare durchlaufen werden. Somit können „Zacken“ im Polygon bei näher aneinander liegenden Objekten entfernt oder geschlossen werden, was zu einer Datenreduktion führt.
Um eine Unsicherheitsmarge in der Karte einzuführen, können die Eckpunkte des Polygons verschoben werden. Sinnvollerweise wird dabei das Polygon erweitert. Dazu können entweder die Eckpunkte im jeweiligen Kreissegment in radialer Richtung um eine vorbestimmte Größe nach Außen versetzt werden oder die Eckpunkte im jeweiligen Kreissegment auf der jeweiligen Normalen um eine vorbestimmte Größe nach Außen versetzt werden.
Zur Verbesserung der Objekterkennung und Beschleunigung der Kartographierung, werden die näher am RADAR Sensor liegenden aufgespürten stationären sowie unverdeckten Objekte im zeitlichen Verlauf nachverfolgt und fließen in die Polygonbestimmung ein. Somit werden neben den vom Sensor momentan detektierten Objekten virtuelle detektierte Objekte in der Kartographierung verwendet, die die Sicherheit der Detektion erhöhen bzw. deren Wahrscheinlichkeit verbessern.
Zusammengefasst wird erfindungsgemäß ein Polygon als Karte des Freiraums bestimmt, bei dem die Eckpunkte aus unverdeckten detektierten Objekten bestehen, die jeweils in einem Kreissegment in einem 360 Grad Umfeld des Fahrzeugs bzw. des Sensors liegen.
Weitere Details der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung, in der

1 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug beim Kartographieren;
2A, B eine schematische Ansicht auf das Glätten des Polygons bzw. der Karte;
3 eine schematische Ansicht auf das Erweitern des Polygons bzw. der Karte;
4 ein schematisches Blockablaufdiagram der Kartographierung.

In den Figuren ist ein schematisch dargestelltes und als Ganzes mit 1 bezeichnetes autonomes Kraftfahrzeug (z.B. PKW) inmitten seines RADAR-Sensorfelds 2 dargestellt, das in Fahrtrichtung 3 sich bewegt.
Das 360 Grad Sensorfeld 2 ist in Kreissegmente 4 ausgehend vom Mittelpunkt 5 bzw. Sensor 6 eingeteilt. Vorliegend deckt jedes der acht Kreissegmente 45 Grad ab. Es versteht sich, dass dies eine vereinfachte Darstellung ist und die Kreissegmente anders eingeteilt sein können.
In den Figuren sind detektierte Objekte als Kreise 7, 8 dargestellt. Die offenen Kreise 7 bezeichneten detektierte Objekte, die unverdeckt sind oder wenn, in einem Kreissegment kein Objekt detektiert wird, so wird die vorgegebene Detektionsentfernung (oder Reichweite) des Sensors als virtuelles Objekt verwendet.
Objekte, die als flächiger Kreis 8 dargestellt sind, sind reale vom RADAR Sensor detektierte Objekte.
Diese werden gleichzeitig mit einem offenen Kreis 7 gekennzeichnet, wenn sie für die Kartographierung ausgewählt wurden.
Das 360 Grad Umfeld wird als in Kreissegmente 4 aufgeteilt und in jedem Kreissegment 4 ein erkanntes unverdecktes Objekt 7 als Eckpunkt für ein Polygon 9 verwendet, wozu die Eckpunkte bzw. Objekte 7 mittels Linien verbunden werden.
Nur solche Objekte 7 werden als Eckpunkte verwendet, die nicht verdeckt sind. Es werden also solche aufgespürten Objekte 8 ignoriert, die von einem näher am RADAR Sensor 6 liegenden aufgespürten unverdeckten Objekt 7 verdeckt sind.
Das Polygon 9 wird also so bestimmt, dass dessen Ecken (Objekte 7) jeweils in gleich beabstandeten Kreissegmenten 4 mit dem RADAR Sensor 6 im Mittelpunkt 5 um das Kraftfahrzeug 1 herum liegen und jede Ecke ein im jeweiligen Kreissegment 4 dem RADAR Sensor am nächsten liegendes aufgespürtes unverdecktes Objekt 7 oder bei leerem Kreissegment eine Ecke in Detektionsentfernung darstellt, so dass nur aufgespürte Objekte innerhalb des Polygons berücksichtigt werden.
Wie anhand von 2A und B dargestellt, werden um das Polygon 9 zu Glätten bestimmte Ecken entfernt, die von RADAR Sensor 6 aus besehen hinter einer Linie liegen, wobei die Linie dem euklidischen Abstand eines Eckpunktpaares entspricht, wenn dieser Abstand kleiner ist als ein bestimmter Schwellenwert, und alle möglichen Eckpunktpaare durchlaufen werden.
In 2A und 2B ist beispielhaft ein Ausschnitt eines 360 Grad Sensorfelds 2 mit Kreissegmenten 4 und unverdeckten Objekten 7 dargestellt.
Der Abstand der Eckpunktepaare 71 und 72 bzw. 73 und 74 soll zur Verdeutlichung betrachtet werden.
Der Abstand a1 zwischen Eckpunkte 71 und 72 ist kleiner als eine Vorgabe, so dass die Eckpunkte 75 und 76, die hinter der Linie a1 liegen aus dem Polygon eliminiert werden.
Entsprechend ist der Abstand a2 zwischen Eckpunkte 73und 74 größer als eine Vorgabe, so dass der Eckpunkt 77, der zwar hinter der Linie a2 liegt nicht aus dem Polygon 9 eliminiert wird.
Es wird unterstellt, dass der Sensor 6 ein Sichtfeld von weniger als 180 Grad aufweist und die zu entfernenden Eckpunkte bzw. Objekte 7 zwischen linken und rechten Grenzsegmenten 10, 11 liegen.
Die 360 Grad Sicht wird durch die Kombination von vier Einzel-Sensoren zum eigentlichen Sensor 6 erreicht, die jeweils einen Öffnungswinkel ca. 150 Grad haben.
Die Auswertung zur Entfernung von verdeckten Detektionen wird je einzelnen Sensor aus Perspektive des jeweiligen Sensors durchgeführt.
Die Grenzsegmente sind die zu dem aktuellen Polygonpunktepaar gehörigen Segmente, ergeben sich also während der Auswertung aller Punktepaare.
Somit ergibt sich ein Verlauf des Polygons 9 wie in 2B dargestellt.
Anschließend wird das Polygon 9 erweitert. Dazu werden nur die real detektierten Eckpunkte 7,8 im jeweiligen Kreissegment 4 in radialer Richtung um eine vorbestimmte Größe nach Außen versetzt, wie dies durch die gestrichelten Pfeile in 3 angedeutet ist. So ergibt sich ein neuer Verlauf des Polygons 9*.
Der beschriebene Ablauf wird etwa alle 50 ms wiederholt, da dies in etwa der Zeit für die 360 Grad Sensoraufnahme entspricht.
Die so erhaltenen Eckpunkte 7 bzw. unverdeckten und inkludierten Objekte werden in einer FIFO Warteschlange zwischengespeichert und als Detektionen zusätzlich zu den spontanen Messungen des RADAR Sensors 6 bei der Polygonbestimmung berücksichtigt, so dass die Wahrscheinlichkeit von positiven Detektionen bzw. deren Berücksichtigung steigt.
Dies kann z.B. durch Erhöhen oder Erniedrigen der Wahrscheinlichkeiten der Belegung der Kreissegmente anhand eines inversen Sensor Models und sogenanntem „occupancy grid mapping“ durchgeführt werden.
Im Prinzip funktioniert also das erfindungsgemäße Verfahren in fünf bis sechs Schritten, wie nachfolgend anhand von 4 dargelegt.
Im ersten Schritt I werden alle RADAR Sensordaten nach dem FiFo Prinzip eines Durchgangs gesammelt und in die Kreissegmente etc. aufgeteilt.
Im zweiten Schritt II wird wie oben beschrieben das Polygon 9 mit den Eckpunkten 7 bestimmt, wobei auch Daten aus dem occupancy grid mapping Schritt VI einfließen können.
Das so erhaltene Polygon 9 wird im Schritt III geglättet und anschließend im Schritt IV erweitert (beides wie oben angegeben).
Somit erhält man ein Polygon 9* bzw. RADAR Sensordaten, die nur aus unverdeckten Objekten 7 bestehen und weiterverarbeitet werden können.
Die so erhaltenen Daten der Objekte 7 können in dem optionalen Schritt VI zum occupancy grid mapping verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2017206436 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Kartographieren der Umgebung eines Kraftfahrzeugs mittels eines kraftfahrzeug-gestützten Sensors und einer kraftfahrzeug-gestützten Steuerung, wobei der Sensor ein RADAR Sensor ist und die Steuerung ausgestaltet ist, um anhand der mit dem RADAR Sensor aufgespürten Objekte die Umgebung des Kraftfahrzeugs zu kartographieren, dadurch gekennzeichnet, dass solche aufgespürten Objekte ignoriert werden, die von einem näher am RADAR Sensor liegenden aufgespürten unverdeckten Objekt verdeckt sein sollten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polygon bestimmt wird, dessen Ecken jeweils in gleich beabstandeten Kreissegmenten mit dem RADAR Sensor im Mittelpunkt um das Kraftfahrzeug herum liegen und jede Ecke ein im jeweiligen Kreissegment dem RADAR Sensor am nächsten liegendes aufgespürtes unverdecktes Objekt oder bei leerem Kreissegment eine Ecke in Detektionsentfernung darstellt, so dass nur aufgespürte Objekte innerhalb des Polygons berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Glätten des Polygons Ecken entfernt werden, die von RADAR Sensor aus besehen hinter einer Linie liegen, wobei die Linie dem euklidischen Abstand eines Eckpunktpaares entspricht, wenn dieser Abstand kleiner ist als ein bestimmter Schwellenwert, und alle möglichen Eckpunktpaare durchlaufen werden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polygon erweitert wird, wozu entweder die Eckpunkte im jeweiligen Kreissegment in radialer Richtung um eine vorbestimmte Größe nach Außen versetzt werden oder die Eckpunkte im jeweiligen Kreissegment auf der jeweiligen Normalen um eine vorbestimmte Größe nach Außen versetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die näher am RADAR Sensor liegenden aufgespürten stationären sowie unverdeckten Objekte im zeitlichen Verlauf nachverfolgt werden und in die Polygonbestimmung einfließen.