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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines aktiven optischen Sensorsystems anhand eines Kalibriertargets. Dabei wird mittels des Sensorsystems eine Punktwolke von Abtastpunkten des Kalibriertargets erzeugt, wobei jeder Abtastpunkt der Punktwolke drei Ortsraumkoordinaten bezüglich eines Sensorkoordinatensystems enthält. Die Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Sensorvorrichtung, ein Kraftfahrzeug, ein Computerprogramm und eine Kalibrieranordnung zum Kalibrieren eines aktiven optischen Sensorsystems eines Kraftfahrzeugs.
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Aktive optische Sensorsysteme, wie beispielsweise Lidarsysteme, können an Kraftfahrzeugen montiert werden, um vielfältige Funktionen elektronischer Fahrzeugführungssysteme oder Fahrerassistenzsysteme zu realisieren. Diese Funktionen beinhalten Abstandsmessungen, Abstandsregelalgorithmen, Spurhalteassistenten, Objektverfolgungsfunktionen und so weiter. Abweichungen einer Einbauposition und einer Einbauorientierung des Sensorsystems von einer nominalen Orientierung beeinflussen die Genauigkeit der Messwerte beziehungsweise deren Interpretation und Auswertung und damit die Zuverlässigkeit und Robustheit der entsprechenden Funktionen. Daher ist es erforderlich, das aktive optische Sensorsystem zu kalibrieren, um entsprechende Orientierungs- oder Positionsabweichungen kompensieren zu können.
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Bekannte Verfahren zur Online-Kalibrierung aktiver optischer Sensorsysteme, also zur Kalibrierung während des Normalbetriebs des Kraftfahrzeugs, basieren auf der Abtastung von Referenzstrukturen in der Umgebung des Kraftfahrzeugs, die eine bestimmte geometrische Form aufweisen, insbesondere gerade Linien aufweisen, wie beispielsweise Fahrbahnmarkierungslinien oder Fahrbahnbegrenzungen. Prinzipiell lassen sich solche Verfahren auch auf stationäre Kalibrierungsverfahren anhand von Kalibriertargets in einer definierten Testumgebung übertragen. Dies hat den Vorteil, dass die Kalibrierung in der kontrollierten Testumgebung naturgemäß genauer und mit höherer Zuverlässigkeit durchgeführt werden kann. Es ist denkbar, ein Kalibriertarget einem Objekt einer realen Straßensituation nachzuempfinden, beispielsweise einer Fahrbahnbegrenzungslinie. Dies kann jedoch einen sehr hohen Platzbedarf zur Folge haben, insbesondere um eine ausreichende Anzahl an erfassbaren Abtastpunkten sicherzustellen.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept zur Kalibrierung eines aktiven optischen Sensorsystems anzugeben, mit dem eine höhere Genauigkeit bei geringerem Platzbedarf erzielt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und weitere Ausführungsformen.
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Gemäß einem ersten unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Verfahren zum Kalibrieren eines aktiven optischen Sensorsystems, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, anhand eines Kalibriertargets angegeben. Gemäß dem Verfahren wird insbesondere das Kalibriertarget bereitgestellt. Mittels des Sensorsystems wird eine Punktwolke von Abtastpunkten des Kalibriertargets, insbesondere einer Oberfläche des Kalibriertargets, erzeugt. Jeder Abtastpunkt der Punktwolke beinhaltet dabei drei Ortsraumkoordinaten bezüglich eines Sensorkoordinatensystems. Die Punktwolke wird mittels einer Recheneinheit, insbesondere des Kraftfahrzeugs, anhand einer vorgegebenen Transformationsvorschrift in ein transformiertes Sensorkoordinatensystem transformiert. Eine Abweichung des transformierten Sensorkoordinatensystems von einem vorgegebenen Referenzkoordinatensystem, insbesondere eine Abweichung einer Winkellage des transformierten Sensorkoordinatensystems von einer Referenzwinkellage des Referenzkoordinatensystems, wird mittels der Recheneinheit basierend auf der transformierten Punktwolke bestimmt. Eine Winkellage des Sensorsystems wird mittels der Recheneinheit basierend auf der Abweichung bestimmt.
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Die Ortsraumkoordinaten können als kartesische Koordinaten, Kugelkoordinaten oder in beliebiger anderer Form vorliegen.
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Das Kalibriertarget kann auch als Kalibriervorlage bezeichnet werden. Dabei handelt es sich insbesondere um ein Objekt mit einer, vorzugsweise ebenen oder näherungsweise ebenen, Oberfläche, auf der eine oder mehrere Kalibrierstrukturen aufgebracht sind, die eine definierte und bekannte geometrische Form aufweisen. Bei den Kalibrierstrukturen kann es sich beispielsweise um gerade Linien mit bestimmter geometrischer Beziehung zueinander handeln. Beispielsweise kann es sich bei den Kalibrierstrukturen um zueinander parallele Linien handeln.
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Hier und im Folgenden kann ein aktives optisches Sensorsystem dadurch als solches definiert sein, dass es eine Sendeeinheit mit einer Lichtquelle, insbesondere zum Aussenden von Licht beziehungsweise Lichtpulsen, aufweist. Die Lichtquelle kann insbesondere als Laser ausgestaltet sein. Des Weiteren weist ein aktives optisches Sensorsystem eine Empfangseinheit mit mindestens einem optischen Detektor, insbesondere zum Erfassen von Licht oder von Lichtimpulsen, insbesondere reflektierter Anteile des ausgesendeten Lichts, auf. Das aktive optische Sensorsystem ist insbesondere dazu eingerichtet, basierend auf dem detektierten Licht eines oder mehrere Sensorsignale zu erzeugen und zu verarbeiten und/oder auszugeben.
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Hier und im Folgenden kann der Begriff „Licht“ derart verstanden werden, dass damit elektromagnetische Wellen im sichtbaren Bereich, im Infrarotbereich und/oder im ultravioletten Bereich umfasst sind. Dementsprechend kann auch der Begriff „optisch“ derart verstanden werden, dass er sich auf Licht nach diesem Verständnis bezieht.
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Das Licht, welches von dem aktiven optischen Sensorsystem ausgesendet wird, kann insbesondere infrarotes Licht, beispielsweise mit einer Wellenlänge von 905 nm, ungefähr 905 nm, 1.200 nm oder ungefähr 1.200 nm beinhalten. Unter diesen Wellenlängenangaben kann jeweils ein Wellenlängenbereich mit einer breiteren Verteilung verstanden werden, welche für die entsprechende Lichtquelle typisch ist.
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Im vorliegenden Fall des aktiven optischen Sensorsystems kann es sich bei der Lichtquelle beispielsweise um eine Laserquelle handeln. Die genannten Wellenlängen können, im Rahmen üblicher Toleranzen, beispielsweise Peakwellenlängen des Laserspektrums entsprechen.
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Insbesondere kann die Oberfläche des Kalibriertargets verschiedene Bereiche mit unterschiedlichen Reflexionsgraden aufweisen, um die Kalibrierstrukturen zu definieren. Beispielsweise können die Kalibrierstrukturen durch jeweilige Teilbereiche auf der Oberfläche des Kalibriertargets mit einer ersten Reflektivität definiert sein, wobei die Bereiche mit der ersten Reflektivität von Bereichen mit einer zweiten, von der ersten verschiedenen, Reflektivität umgeben sind. Beispielsweise kann die erste Reflektivität höher sein als die zweite Reflektivität. Dadurch wird insbesondere Licht, das von dem aktiven optischen Sensorsystem auf das Kalibriertarget ausgesandt wird, bevorzugt von den Kalibrierstrukturen reflektiert oder stärker von den Kalibrierstrukturen reflektiert als von den diese umgebenden Bereiche.
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Die Reflektivität kann dabei insbesondere verstanden werden als Reflektivität für Licht, welches von dem optischen Sensorsystem ausgesendet wird.
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Der Umstand, dass die Punktwolke mittels des Sensorsystems erzeugt wird, kann beispielsweise derart verstanden werden, dass mittels der Empfangseinheit basierend auf detektierten Anteilen des reflektierten Lichts wenigstens ein Sensorsignal erzeugt wird und die Recheneinheit basierend auf dem wenigstens einen Sensorsignal entsprechende Abtastpunkte der Punktwolke erzeugt, wobei jeder Abtastpunkt ein dreidimensionales Koordinatentupel von Ortsraumkoordinaten, insbesondere in dem Sensorkoordinatensystem, enthält.
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Das Sensorsystem kann beispielsweise eine Ablenkeinrichtung, beispielsweise mit einem beweglichen oder drehbar gelagerten Spiegel, beinhalten, mittels der von der Sendeeinheit erzeugtes Licht kontrolliert abgelenkt werden kann.
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Insbesondere entspricht eine Längsachse des Sensorsystems, welche beispielsweise eine X-Achse des Sensorkoordinatensystems definiert, einer Aussenderichtung der Lichtstrahlen bei einem Aussendewinkel von Null Grad, also beispielsweise bei einer Neutralstellung der Ablenkvorrichtung. Die Ablenkvorrichtung kann von der Neutralstellung abweichende Stellungen einnehmen, um die Lichtstrahlen abzulenken, sodass die Lichtstrahlen innerhalb einer Sendeebene des Sensorsystems aus dem Sensorsystem austreten. Eine Querachse des Sensorsystems, welche beispielsweise eine Y-Achse des Sensorkoordinatensystems definiert, liegt innerhalb der Sendeebene und steht beispielsweise senkrecht auf der Längsachse, welche per Konstruktion ebenfalls innerhalb der Sendeebene liegt. Eine Normalachse des Sensorsystems steht senkrecht auf der Längsachse und der Querachse des Sensorsystems. Die Normalachse des Sensorsystems definiert beispielsweise eine Z-Achse des Koordinatensystems.
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Mit anderen Worten ist eine Blickrichtung oder Aussenderichtung des Sensorsystems bei Neutralstellung beispielsweise gleich der X-Achse des Sensorkoordinatensystems. Die Sendeebene ist beispielsweise durch die XY-Ebene des Sensorkoordinatensystems gegeben. Das Sensorsystem kann das Licht mit unterschiedlichen Aussendewinkeln innerhalb der Sendeebene aussenden.
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Die reflektierten Anteile des Lichts können mittels der Empfangseinheit beispielsweise ortsaufgelöst empfangen werden, sodass unterschiedliche Empfangswinkel oder -richtungen erfasst und bestimmt werden können. Zudem kann, beispielsweise mittels einer Lichtlaufzeitmessung, eine Entfernung zwischen dem Sensorsystem und einem Punkt oder Objekt, an dem das Licht reflektiert wurde, bestimmt werden. In dieser Weise ist es möglich, die Punktwolke als dreidimensionale Punktwolke, also als Punktwolke aus dreidimensionalen Ortsraumkoordinatentupeln, zu erzeugen.
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Die Ortsauflösung der Empfangseinheit kann beispielsweise erzielt werden, indem die Empfangseinheit mindestens zwei optische Detektoren aufweist. Die Gesamtheit aller mittels eines der Detektoren erfassten Abtastpunkte wird auch als Lage bezeichnet.
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Eine Fahrzeuglängsachse oder Längsachse des Kraftfahrzeugs, welche beispielsweise eine X-Achse eines Fahrzeugkoordinatensystems definiert, ist beispielsweise gegeben durch eine Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs bei Neutralstellung eines Lenksystems des Kraftfahrzeugs oder bei einem Lenkwinkel, insbesondere einem Radwinkel oder einem Lenkradwinkel, des Kraftfahrzeugs von Null Grad. Eine Fahrzeugquerachse oder Querachse des Kraftfahrzeugs steht senkrecht auf der Längsachse des Kraftfahrzeugs und liegt in einer Ebene, die parallel zur Fahrbahn ist, beziehungsweise parallel zu einer Ebene, innerhalb der Auflagepunkte der Räder des Kraftfahrzeugs auf der Fahrbahn liegen. Die Querachse des Kraftfahrzeugs definiert insbesondere eine Y-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems. Eine Fahrzeugnormalachse oder Normalachse des Kraftfahrzeugs, welche insbesondere eine Z-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems definiert, steht senkrecht auf der Längsachse und der Querachse des Kraftfahrzeugs.
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Insbesondere besteht die Punktwolke aus den Koordinatentupeln der Absatzpunkte im Sensorkoordinatensystem und die transformierte Punktwolke besteht aus entsprechenden Koordinatentupeln der Abtastpunkte in dem transformierten Sensorkoord inatensystem .
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Unter der Transformation anhand der Transformationsvorschrift kann insbesondere eine lineare Abbildung verstanden werden, mittels der aus den drei Ortsraumkoordinaten des Abtastpunkts im Sensorkoordinatensystem entsprechende drei Ortsraumkoordinaten des Abtastpunkts im transformierten Sensorkoordinatensystem berechnet werden. Die Transformation der Punktwolke beinhaltet insbesondere die Transformation jedes der Abtastpunkte der Punktwolke mittels derselben Transformationsvorschrift.
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Die Transformationsvorschrift ergibt sich insbesondere aus dem vorgegebenen Referenzkoordinatensystem und einem vorgegebenen nominalen Sensorkoordinatensystem. Dabei wird das nominale Sensorkoordinatensystem anhand der vorgegebenen Transformationsvorschrift auf das Referenzkoordinatensystem abgebildet.
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Zum Erzeugen eines der Abtastpunkte wird insbesondere mittels der Sendeeinheit des Sensorsystems Licht in eine Umgebung des Sensorsystems ausgesendet und reflektierte Anteile des Lichts werden durch die Empfangseinheit des Sensorsystems empfangen. Basierend auf den reflektierten Anteilen werden die Ortsraumkoordinaten des jeweiligen Abtastpunkts bestimmt. Dabei kann die Empfangseinheit insbesondere die mindestens zwei Detektoren enthalten, wobei die Ortsraumkoordinaten des Abtastpunkts abhängig davon bestimmt werden, von welchem der Detektoren die reflektierten Anteile erfasst oder vornehmlich erfasst werden.
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Die Abweichung des transformierten Sensorkoordinatensystems von dem Referenzkoordinatensystem ist insbesondere eindeutig festgelegt durch drei Rotationswinkel oder Eulerwinkel und entspricht also einer Abweichung der Orientierung des transformierten Sensorkoordinatensystems von der Orientierung des Referenzkoordinatensystems.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Winkellage des Sensorsystems als weitere Abweichung des Sensorkoordinatensystems von dem nominalen Sensorkoordinatensystem bestimmt. Das nominale Sensorkoordinatensystem ist dadurch definiert, dass es durch Transformation anhand der vorgegebenen Transformationsvorschrift auf das Referenzkoordinatensystem abgebildet wird.
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Mit anderen Worten ist das Referenzkoordinatensystem dadurch definiert, dass es durch Transformation des nominalen Sensorkoordinatensystems anhand der Transformationsvorschrift erzeugt wird. Zur vollständigen Definition müssen also das nominale Sensorkoordinatensystem und die Transformationsvorschrift oder das Referenzkoordinatensystem und die Transformationsvorschrift vorgegeben sein oder das nominale Sensorkoordinatensystem und das Referenzkoordinatensystem.
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Die weitere Abweichung des Sensorkoordinatensystems von dem nominalen Sensorkoordinatensystem beziehungsweise die Winkellage des Sensorsystems können beispielsweise durch einen Nickwinkel, einen Gierwinkel und einen Rollwinkel des Sensorsystems beziehungsweise des Sensorkoordinatensystems definiert sein. Dabei sind der Nick-, Gier- und Rollwinkel des Sensorsystems als Rotationswinkel oder Eulerwinkel des Sensorkoordinatensystems bezüglich des nominalen Sensorkoordinatensystems nach einer vorgegebenen Konvention definiert.
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Die Konvention kann beispielsweise derart sein, dass sich das Sensorkoordinatensystem aus dem nominalen Sensorkoordinatensystem durch die folgenden drei Rotationen ergibt, wobei davon ausgegangen wird, dass das Sensorkoordinatensystem und das nominale Sensorkoordinatensystem zunächst identisch sind: Das Sensorkoordinatensystem wird um den Gierwinkel um die Z-Achse des nominalen Sensorkoordinatensystems rotiert. Danach wird das resultierende Sensorkoordinatensystem um den Nickwinkel um die resultierende Y-Achse des resultierenden Sensorkoordinatensystems rotiert. Danach wird das resultierende Sensorkoordinatensystem um den Rollwinkel um die resultierende X-Achse des resultierenden Sensorkoordinatensystems rotiert. Andere Konventionen sind ebenfalls möglich.
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Falls der Gier- und der Rollwinkel gleich Null sind, entspricht der Nickwinkel insbesondere einem Rotationswinkel des Sensorkoordinatensystems um die Y-Achse des nominalen Sensorkoordinatensystems. Falls der Gier- und der Nickwinkel gleich Null sind, entspricht der Rollwinkel insbesondere einem Rotationswinkel des Sensorkoordinatensystems um die X-Achse des nominalen Sensorkoordinatensystems. Falls der Nick- und der Rollwinkel gleich Null sind, entspricht der Gierwinkel insbesondere einem Rotationswinkel des Sensorkoordinatensystems um die Z-Achse des nominalen Sensorkoordinatensystems.
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Analog kann auch die Transformationsvorschrift, die das Sensorkoordinatensystem in das transformierte Sensorkoordinatensystem überführt kann durch die Angabe entsprechender Gier-, Nick- und Rollwinkel des transformierten Sensorkoordinatensystem bezüglich des Sensorkoordinatensystems definiert werden.
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Gemäß dem verbesserten Konzept kann die Position beziehungsweise Orientierung des Kalibriertargets bezüglich des Sensorsystems unabhängig von dem Algorithmus oder den Rechenvorschriften zur Bestimmung der Abweichung oder der Winkellage gewählt werden. Dadurch kann insbesondere eine Position des Kalibriertargets gewählt werden, die besonders gut mit der Blickrichtung, dem Scanbereich oder dem Sichtfeld des Sensorsystems korrespondiert. Dadurch ist eine Platzeinsparung bei der Kalibrierung möglich.
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Zusätzlich ist jedoch die Auswahl des Algorithmus zur Bestimmung der Winkellage aus der Punktwolke nicht durch die Position des Kalibriertargets begrenzt. Indem die abgetasteten Kalibrierstrukturen auf der Oberfläche des Kalibriertargets gewissermaßen mittransformiert werden, können sie derart gewählt werden, dass sie im transformierten Sensorkoordinatensystem eine gewünschte, insbesondere für den Algorithmus vorteilhafte, geometrische Form oder Orientierung aufweisen.
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Insbesondere kann durch das verbesserte Konzept ein Algorithmus zur Berechnung der Winkellage herangezogen werden, der originär für ein Online-Kalibrierverfahren vorgesehen ist. Solche Algorithmen können beispielsweise die Form und Anordnung geometrischer Strukturen in der Umgebung des Sensorsystems ausnutzen, beispielsweise die Geradlinigkeit von Fahrbahnmarkierungen oder Fahrbahnbegrenzungen, um Abweichungen der Sensororientierung von der nominellen Orientierung zu bestimmen. Durch die Transformation nach dem verbesserten Konzept ist dies auch beim Kalibrieren anhand eines Kalibriertargets möglich.
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Insgesamt vereint das verbesserte Konzept die Vorteile des Kalibrierens anhand eines Kalibriertargets, nämlich eine entsprechend hohe Genauigkeit aufgrund der kontrollierten Umgebung und der exakt bekannten geometrischen Form der Kalibrierstrukturen, mit den Vorteilen einer Online-Kalibrierung, insbesondere der Anwendbarkeit der entsprechenden Algorithmen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem verbesserten Konzept ist das Sensorsystem derart ausgerichtet, dass die Längsachse des Sensorsystems die Oberfläche des Kalibriertargets schneidet. Mit anderen Worten befindet sich das Kalibriertarget frontal vor dem Sensorsystem.
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Dadurch kann der Scanbereich des Sensorsystems zu einem großen Teil ausgenutzt werden, was zu Folge hat, dass potentiell viele Abtastpunkte auf dem Kalibriertarget liegen können, sodass viele Messpunkte zur Verfügung stehen, was schlussendlich zu einer höheren Genauigkeit der Kalibrierung führt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird jeder Abtastpunkt der Punktwolke mittels der Recheneinheit der linearen Transformation unterzogen, welche eine Rotation beinhaltet, um die Punktwolke anhand der Transformationsvorschrift in das transformierte Sensorkoordinatensystem zu transformieren.
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Die Rotation beinhaltet dabei insbesondere die drei oben beschriebenen Rotationen, die zu der Winkellage des Sensorsystems gegeben durch Nickwinkel, Gierwinkel und Rollwinkel führen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das nominale Sensorkoordinatensystem durch das Fahrzeugkoordinatensystem gegeben oder definiert. Insbesondere ist das nominale Sensorkoordinatensystem durch die Fahrzeuglängsachse, die Fahrzeugquerachse und die Fahrzeugnormalachse des Kraftfahrzeugs gegeben oder definiert, wobei das Sensorsystem an dem Kraftfahrzeug montiert ist.
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Dabei kann beispielsweise jede Koordinatenachse des nominalen Sensorkoordinatensystems parallel zu einer entsprechenden der Fahrzeuglängsachse, der Fahrzeugquerachse und der Fahrzeugnormalachse sein. Alternativ können die Koordinatenachsen des nominalen Sensorkoordinatensystems jeweils vordefinierte Winkel mit der Fahrzeuglängsachse, der Fahrzeugquerachse und der Fahrzeugnormalachse einschließen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Sensorkoordinatensystem anhand der Transformationsvorschrift derart in das transformierte Sensorkoordinatensystem transformiert, dass das transformierte Sensorkoordinatensystem bezüglich des Sensorkoordinatensystems den Gierwinkel aufweist, der von Null verschieden ist.
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Der genaue Wert des Gierwinkels hängt von den geometrischen Formen und Ausrichtungen des Kalibriertargets beziehungsweise der Kalibrierstrukturen ab. Der Gierwinkel ist insbesondere derart auf die Position und Ausrichtung des Kalibriertargets abgestimmt, dass die transformierten Kalibrierstrukturen anhand der Transformationsvorschrift auf näherungsweise parallelen Linien auf der Fahrbahn abgebildet werden, die zusätzlich näherungsweise parallel zu der Fahrzeuglängsachse sind.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Sensorkoordinatensystem anhand der Transformationsvorschrift derart in das transformierte Sensorkoordinatensystem transformiert, dass das transformierte Sensorkoordinatensystem bezüglich des Sensorkoordinatensystems den Nickwinkel aufweist, der von Null verschieden ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Sensorkoordinatensystem anhand der Transformationsvorschrift derart in das transformierte Sensorkoordinatensystem transformiert, dass das transformierte Sensorkoordinatensystem bezüglich des Sensorkoordinatensystems den Rollwinkel aufweist, der von Null verschieden ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der Gierwinkel, der Nickwinkel und der Rollwinkel jeweils ungleich Null.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mittels der Sendeeinheit des Sensorsystems das Licht in die Umgebung des Sensorsystems ausgesendet und die reflektierten Anteile des Lichts werden durch die Empfangseinheit des Sensorsystems empfangen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden zum Erzeugen der Punktwolke abhängig von den reflektierten Anteilen wenigstens zwei erste Abtastpunkte einer ersten Kalibrierstruktur des Kalibriertargets mittels eines ersten Detektors der Empfangseinheit bestimmt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden zum Erzeugen der Punktwolke abhängig von den reflektierten Anteilen wenigstens zwei zweite Abtastpunkte der ersten Kalibrierstruktur mittels eines zweiten Detektors der Empfangseinheit bestimmt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden zum Erzeugen der Punktwolke abhängig von den reflektierten Anteilen wenigstens zwei dritte Abtastpunkte einer zweiten Kalibrierstruktur des Kalibriertargets mittels des ersten oder mittels des zweiten Detektors oder mittels eines dritten Detektors der Empfangseinheit bestimmt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die wenigstens zwei ersten Abtastpunkte und/oder die wenigstens zwei zweiten Abtastpunkte und/oder die wenigstens zwei dritten Abtastpunkte durch das Transformieren der Punktwolke in das transformierte Sensorkoordinatensystem transformiert.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Abweichung mittels der Recheneinheit basierend auf wenigstens einer geometrischen Beziehung zwischen den wenigstens zwei transformierten ersten Abtastpunkten und den wenigstens zwei transformierten zweiten Abtastpunkten bestimmt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Abweichung mittels der Recheneinheit basierend auf wenigstens einer geometrischen Beziehung zwischen den wenigstens zwei transformierten ersten Abtastpunkten und den wenigstens zwei transformierten dritten Abtastpunkten bestimmt.
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Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird eine Sensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug angegeben, wobei die Sensorvorrichtung ein aktives optisches Sensorsystem und eine mit dem Sensorsystem gekoppelte Recheneinheit aufweist. Das Sensorsystem ist dazu eingerichtet, eine Punktwolke von Abtastpunkten eines Kalibriertargets, insbesondere einer Oberfläche des Kalibriertargets, zu erzeugen, wobei sich das Kalibriertarget in einer Umgebung der Sensorvorrichtung beziehungsweise in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs befindet. Jeder Abtastpunkt der Punktwolke beinhaltet drei Ortsraumkoordinaten bezüglich eines Sensorkoordinatensystems des Sensorsystems. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, die Punktwolke anhand einer vorgegebenen Transformationsvorschrift in ein transformiertes Sensorkoordinatensystem zu transformieren. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, eine Abweichung des transformierten Sensorkoordinatensystems von einem vorgegebenen Referenzkoordinatensystem basierend auf der transformierten Punktwolke zu bestimmen. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, eine Winkellage des Sensorsystems basierend auf der Abweichung zu bestimmen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Sensorsystem als Lidarsystem ausgestaltet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet die Sendeeinheit des Sensorsystems, insbesondere die Lichtquelle, einen Infrarotlaser.
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Weitere Ausführungsformen der Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept ergeben sich unmittelbar aus den verschiedenen Ausführungsformen des Verfahrens zum Kalibrieren eines aktiven optischen Sensorsystems nach dem verbesserten Konzept und umgekehrt. Insbesondere kann ein Sensorsystem nach dem verbesserten Konzept dazu eingerichtet oder programmiert sein, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen oder eine Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept führt ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durch.
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Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Kraftfahrzeug angegeben, welches eine Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept aufweist.
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Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Computerprogramm mit Befehlen angegeben. Bei Ausführung des Computerprogramms durch eine Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept, insbesondere durch die Recheneinheit der Sensorvorrichtung, veranlassen die Befehle die Sensorvorrichtung dazu, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen.
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Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein computerlesbares Speichermedium angegeben, auf welchem ein Computerprogramm nach dem verbesserten Konzept gespeichert ist.
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Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird eine Kalibrieranordnung zum Kalibrieren eines aktiven optischen Sensorsystems eines Kraftfahrzeugs angegeben.
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Bei dem Kalibriertarget, auf das zur Beschreibung des Verfahrens beziehungsweise der Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept Bezug genommen wurde, kann es sich insbesondere um ein Kalibriertarget einer Kalibrieranordnung nach dem verbesserten Konzept handeln.
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Insbesondere kann das Verfahren zum Kalibrieren des aktiven optischen Sensorsystems nach dem verbesserten Konzept mittels einer Kalibrieranordnung oder in einer Kalibrieranordnung nach dem verbesserten Konzept durchgeführt werden.
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Die Kalibrieranordnung nach dem verbesserten Konzept weist ein Kalibriertarget und einen Stellplatz mit einer Stellplatzlängsachse und einer Stellplatzquerachse auf. Der Stellplatz ist derart ausgestaltet, dass das Kraftfahrzeug auf dem Stellplatz positioniert werden kann, sodass eine Fahrzeuglängsachse des Kraftfahrzeugs entlang der Stellplatzlängsachse ausgerichtet ist und eine Fahrzeugquerachse des Kraftfahrzeugs entlang der Stellplatzquerachse ausgerichtet ist. Die Kalibrierachse weist eine ebene oder näherungsweise ebene, insbesondere dem Kraftfahrzeug zugewandte, Oberfläche auf, auf der eine erste Kalibrierstruktur und eine zweite Kalibrierstruktur angeordnet sind. Die erste Kalibrierstruktur weist eine erste gerade Linie auf und die zweite Kalibrierstruktur weist eine zweite gerade Linie auf, die parallel zu der ersten geraden Linie ist. Eine Normalrichtung der Oberfläche ist nicht parallel zu der Stellplatzquerachse.
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Die Stellplatzlängsachse und die Stellplatzquerachse stehen insbesondere senkrecht aufeinander und jeweils senkrecht auf einem Untergrund des Stellplatzes. Wenn das Kraftfahrzeug auf dem Stellplatz positioniert ist, steht es insbesondere auf dem Untergrund, welcher beispielsweise eine Fahrbahn repräsentiert.
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Dass die Stellplatzlängsachse und die Stellplatzquerachse parallel zu der Fahrzeuglängsachse beziehungsweise zu der Fahrzeugquerachse ausgerichtet sind, kann derart verstanden werden, dass die Fahrzeuglängsachse parallel zu der Stellplatzlängsachse ist und die Fahrzeugquerachse parallel zu der Stellplatzquerachse.
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Dass die Normalrichtung der Oberfläche nicht parallel zu der Stellplatzquerachse ist, kann insbesondere derart verstanden werden, dass die Normalrichtung mit einer Achse parallel zu der Stellplatzquerachse einen ersten Winkel einschließt, der von Null verschieden ist. Dabei handelt es sich bei der Achse parallel zu der Stellplatzquerachse insbesondere um eine Achse, welche die Normalrichtung der Oberfläche schneidet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform schließt die Achse parallel zur Stellplatzquerachse mit einer Projektion der Normalrichtung der Oberfläche in die Ebene, die durch die Stellplatzquerachse und die Stellplatzlängsachse aufgespannt wird einen Winkel ein, der von Null verschieden ist, insbesondere gleich oder näherungsweise gleich 90 Grad ist.
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Dies hat insbesondere zur Folge, dass ein Gierwinkel des transformierten Sensorkoordinatensystems bezüglich des Sensorkoordinatensystem von Null verschieden ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Normalrichtung der Oberfläche nicht parallel zu der Stellplatzlängsachse.
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Mit anderen Worten schließt die Normalrichtung der Oberfläche mit einer Achse parallel zu der Stellplatzlängsachse einen zweiten Winkel ein, der von Null verschieden ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform schließt die Achse parallel zur Stellplatzlängsachse mit der Projektion der Normalrichtung der Oberfläche in die Ebene, die durch die Stellplatznormalachse und die Stellplatzlängsachse aufgespannt wird einen Winkel ein, der von Null verschieden ist, insbesondere im Bereich von 40 bis 60 Grad liegt, beispielsweise gleich oder näherungsweise gleich 50 Grad ist.
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Dies hat insbesondere zur Folge, dass ein Nickwinkel des transformierten Sensorkoordinatensystems bezüglich des Sensorkoordinatensystem von Null verschieden ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die erste und die zweite Linie jeweils nicht parallel zu einer Projektion der Stellplatzquerachse auf die Oberfläche.
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Mit anderen Worten schließt die erste Linie und schließt die zweite Linie mit der Projektion der Stellplatzachse auf die Oberfläche jeweils einen dritten Winkel ein, der von Null verschieden ist und beispielsweise im Bereich von 0 bis 10 Grad liegen kann, insbesondere gleich oder näherungsweise gleich 5 Grad ist.
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Dies hat insbesondere zur Folge, dass ein Rollwinkel des transformierten Sensorkoordinatensystems bezüglich des Sensorkoordinatensystem von Null verschieden ist.
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Durch die Transformation der Kalibrierstrukturen beziehungsweise der Abtastpunkte der Kalibrierstrukturen mittels der vorgegebenen Transformationsvorschrift werden die Kalibrierstrukturen effektiv auf eine gewünschte Referenzkalibrierstruktur abgebildet. Diese können beispielsweise Fahrbahnmarkierungslinien oder Fahrbahnbegrenzungen nachbilden.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als erfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von denen abweichen.
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In den Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer beispielhaften Ausführungsform einer Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept;
- 2 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept;
- 3 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Kalibrieranordnung nach dem verbesserten Konzept;
- 4 eine schematische Darstellung eines Kalibriertargets einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Kalibrieranordnung nach dem verbesserten Konzept;
- 5 eine schematische Darstellung eines Kalibriertargets einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Kalibrieranordnung nach dem verbesserten Konzept;
- 6 eine schematische Darstellung eines Kalibriertargets einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Kalibrieranordnung nach dem verbesserten Konzept; und
- 7 eine schematische Darstellung einer Punktwolke gemäß einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens nach dem verbesserten Konzept.
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In 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 gezeigt, welches eine Sensorvorrichtung 7 nach dem verbesserten Konzept aufweist. Die Sensorvorrichtung 7 beinhaltet ein Sensorsystem 2, welches beispielsweise als Lidarsystem ausgestaltet ist. Eine nominale Orientierung des Sensorsystems 2 ist gegeben durch ein nominales Sensorkoordinatensystem, welches beispielsweise definiert ist durch eine Längsachse 14 des Kraftfahrzeugs 1, eine Querachse 17 des Kraftfahrzeugs 1 sowie eine (nicht dargestellte) Normalachse des Kraftfahrzeugs 1. Eine tatsächliche Orientierung des Sensorsystems 2 ist gegeben durch ein Sensorkoordinatensystem, welches im Allgemeinen von dem nominalen Sensorkoordinatensystem abweicht.
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Insbesondere kann das Sensorsystem 2 Laserpulse beziehungsweise Laserstrahlen innerhalb einer Sendeebene mit unterschiedlichen Auslenkungswinkeln aussenden. Ist der Aussendewinkel gleich Null, so entspricht die Aussenderichtung des Laserstrahls, unter der Annahme, dass das Sensorkoordinatensystem nicht von dem nominalen Sensorkoordinatensystem abweicht, beispielsweise der Längsachse 14. Die Laserstrahlen für unterschiedliche Aussendewinkel liegen in diesem Fall in der durch die Längsachse 14 und die Querachse 17 aufgespannten Ebene. Im Allgemeinen ergeben sich entsprechende Abweichungen.
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Die Sensorvorrichtung 7 weist außerdem eine Recheneinheit 4 auf, die mit dem Sensorsystem 2 verbunden ist.
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In 1 ist auch ein Kalibriertarget 6 dargestellt.
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In 3 ist eine Kalibrieranordnung 10 nach dem verbesserten Konzept dargestellt. Es sind das Kalibriertarget 6 und das Sensorsystem 2 gezeigt, sowie die Längsachse 14 und die Querachse 13 des Kraftfahrzeugs 1. Das Kraftfahrzeug 1 selbst ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
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Das Kraftfahrzeug 1 befindet sich auf einem Untergrund 11, welcher einen Stellplatz der Kalibrieranordnung 10 definiert. Insbesondere ist das Kraftfahrzeug 1 derart auf dem Untergrund 11 angeordnet, dass die Fahrzeuglängsachse 14 einer Stellplatzlängsachse 12 entspricht und die Fahrzeugquerachse 17 einer Stellplatzquerachse 13 der Kalibrieranordnung entspricht.
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Das Kalibriertarget 6 weist eine näherungsweise ebene Oberfläche mit einer Normalrichtung 16 auf, die senkrecht auf der Oberfläche steht. Das Kalibriertarget 6 ist derart bezüglich der Stellplatzlängsachse 12 und der Stellplatzquerachse 13 angeordnet, dass die Projektion der Normalrichtung 16 in die Ebene, welche die Längsachsen 12, 14 mit den Querachsen 13, 17 aufspannen, mit der Stellplatzquerachse 13 einen vordefinierten ersten Winkel einschließt, der von Null verschieden ist und insbesondere näherungsweise 90 Grad beträgt. Ferner schließt die Projektion der Normalrichtung 16 in die Ebene, welche die Längsachsen 12, 14 mit der Fahrzeugnormalachse aufspannt, mit der Stellplatzlängsachse 12 einen vordefinierten zweiten Winkel einschließt, der von Null verschieden ist und insbesondere näherungsweise 51 Grad beträgt.
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In 4 ist eine Frontalansicht des Kalibriertargets 6 gezeigt, also eine Ansicht entlang der Normalrichtung 16. Das Kalibriertarget 6 weist auf der Oberfläche beispielsweise eine Vielzahl paralleler Linien 15a, 15b, 15c auf, die durch Bereiche mit im Vergleich zu ihrer Umgebung verschiedenem, beispielsweise höherem Reflexionsgrad definiert sind.
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Das Kalibriertarget 6 kann beispielsweise derart angeordnet sein, dass eine Projektion der Stellplatzquerachse 13 auf die Oberfläche des Kalibriertargets 6 mit den Linien 15a, 15b, 15c jeweils einen dritten vordefinierten Winkel einschließt, der von Null verschieden ist und beispielsweise näherungsweise fünf Grad beträgt.
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2 zeigt das Kraftfahrzeug 1 der 1, wobei anstelle des Sensorsystems 2 ein fiktives Sensorsystem 3 dargestellt ist, dessen Ausrichtung sich von dem Sensorsystem 2 in einer Weise unterscheidet, die durch die Anordnung des Kalibriertargets 6 gegeben ist. Die Kalibrierstrukturen 15a, 15b, 15c können beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass sie aus der Blickrichtung des Sensorsystems 2 erscheinen wie Fahrbahnmarkierungslinien, die aus der Blickrichtung des fiktiven Sensorsystems 3 beobachtet werden.
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Zum Kalibrieren des Sensorsystems 2 sendet dieses Laserpulse mit verschiedenen Aussendewinkeln aus und tastet damit die Oberfläche des Kalibriertargets 6 ab. Anteile der Laserstrahlen, die von der Oberfläche des Kalibriertargets 6 reflektiert werden, insbesondere von den Linien 15a, 15b, 15c, können von dem Sensorsystem 2 empfangen werden und das Sensorsystem 2 kann basierend darauf eine Punktwolke von Abtastpunkten erzeugen.
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Die Recheneinheit 4 transformiert die Punktwolke 5 anhand einer vorgegebenen Transformationsvorschrift in ein transformiertes Sensorkoordinatensystem, welches mit dem ersten, dem zweiten und dem dritten Winkel des Kalibriertargets 6 korrespondiert.
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In 5 ist das Kalibriertarget 6 beispielhaft in dem Sensorkoordinatensystem 8 dargestellt. 6 zeigt das entsprechend transformierte Kalibriertarget 6' in dem transformierten Sensorkoordinatensystem 9.
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In 7 ist die transformierte Punktwolke 5 beispielhaft dargestellt. Die transformierte Punktwolke 5 weist insbesondere erste Abtastpunkte 18 auf, die mittels eines ersten Detektors des Sensorsystems 2 basierend auf von einer ersten Linie 15a des Kalibriertargets reflektierten Lichtstrahlen erzeugt wurden. Zweite Abtastpunkte 19 wurden mittels eines zweiten Detektors des Sensorsystems 2 basierend auf den von der ersten Linie 15a reflektierten Lichtanteilen erzeugt. Dritte Abtastpunkte 20 wurden mittels des ersten Detektors beispielsweise basierend auf von einer zweiten Linie 15b, welche zur ersten Linie 15a parallel ist, reflektierten Anteilen erzeugt. Dritte Abtastpunkte 21 wurden mittels des zweiten Detektors basierend auf von der zweiten Linie 15 reflektierten Lichtanteilen erzeugt.
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Nach der Transformation wird mittels der Recheneinheit 4 eine Abweichung des transformierten Sensorkoordinatensystems von einem vorgegebenen Referenzkoordinatensystem bestimmt. Das Referenzkoordinatensystem ergibt sich dabei insbesondere aus der nominalen Ausrichtung des Sensorkoordinatensystems, also aus dem Fahrzeugkoordinatensystem, welches ebenfalls mittels der vorgegebenen Transformationsvorschrift transformiert wurde. Eine entsprechende Abweichung des Sensorkoordinatensystems von dem nominalen Sensorkoordinatensystem beziehungsweise dem Fahrzeugkoordinatensystem wurde also gewissermaßen mittransformiert.
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Die Abweichung des transformierten Sensorkoordinatensystems von dem Referenzkoordinatensystem kann beispielsweise durch geometrische Beziehungen einzelner der Abtastpunkte 18, 19, 20, 21 zueinander oder zu sonstigen Referenzstrukturen bestimmt werden.
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Dadurch, dass die geraden Linien 15a, 15b, 15c parallel zueinander sind, liegen die einzelnen Abtastpunkte 18a, 18b, 18c der ersten Abtastpunkte 18 wenigstens näherungsweise auf einer geraden Linie. Dasselbe gilt jeweils für die Abtastpunkte 19a, 19b, 19c der zweiten Abtastpunkten 19, die Abtastpunkte 20a, 20b, 20c der dritten Abtastpunkte 20 sowie die Abtastpunkte 21a, 21b, 21c der vierten Abtastpunkte 21.
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Ebenso kann eine weitere gerade Linie durch einen Abtastpunkt 18a der ersten Abtastpunkte 18 und einen entsprechenden Abtastpunkt 19a der zweiten Abtastpunkte 19 gelegt werden.
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Würde keine Abweichung zwischen dem transformierten Sensorkoordinatensystem und dem Referenzkoordinatensystem bestehen, so würden die ersten Abtastpunkte 18 und die zweiten Abtastpunkte 19 beispielsweise alle auf einer gemeinsamen geraden Linie liegen. Durch die Abweichung der Linie, welche die einander entsprechenden Abtastpunkte 18a und 19a miteinander verbindet von den jeweiligen Linien, auf denen die ersten Abtastpunkte 18a, 18b, 18c beziehungsweise die zweiten Abtastpunkte 19a, 19b, 19c liegen, kann die Abweichung des transformierten Sensorkoordinatensystems von dem Referenzkoordinatensystem bestimmt werden. Insbesondere können auf diese Weise der Nickwinkel und der Gierwinkel des transformierten Sensorkoordinatensystems bezüglich des Referenzkoordinatensystems bestimmt werden. Analog kann auch der Rollwinkel bestimmt werden.
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De Abweichung des transformierten Sensorkoordinatensystems bezüglich des Referenzkoordinatensystems ist per Konstruktion der Transformation gleich der Abweichung des Sensorkoordinatensystems von dem nominellen Sensorkoordinatensystem. Damit ist durch die Abweichung auch die Winkellage des Sensorsystems 2 bestimmt.
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Indem die Winkellage des Sensorsystems 2 bekannt ist, können zukünftig erfasste Punktwolken normiert werden, sodass Funktionen auf Grundlage der Punktwolken die Abweichung des Sensorkoordinatensystems von dem nominellen Sensorkoordinatensystem nicht explizit berücksichtigen müssen.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die skizzierten Schritte zur Bestimmung von Gier-, Nick- und Rollwinkel des transformierten Sensorkoordinatensystems bezüglich des Referenzkoordinatensystems lediglich nicht beschränkende Beispiele darstellen. Im Kontext des verbesserten Konzepts können hierzu beliebige geeignete Kalibrierungsverfahren angewendet werden.
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Gemäß dem verbesserten Konzept wird die Winkellage des Sensorsystems zur Kalibrierung des Sensorsystems über einen scheinbaren Umweg bestimmt, indem die Punktwolke zunächst transformiert wird und die entsprechende Abweichung von dem Referenzkoordinatensystem bestimmt wird. Dadurch kann jedoch das zur Kalibrierung verwendete Kalibriertarget beliebig bezüglich des zu kalibrierenden Sensorsystems positioniert werden, was eine Platzeinsparung bei dennoch ausreichender oder erhöhter Anzahl verfügbarer Messpunkte zur Folge hat und entsprechend eine hohe Genauigkeit der Kalibrierung.
