DE102019132973A1 - Method for reorganizing sampling points in a point cloud generated by a detection system of a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Umorganisieren von Abtastpunkten (16) in einer von einem Detektionssystem (1) eines Fahrzeugs erzeugten Punktwolke, wobei eine Szene mittels elektromagnetischer Wellen von einem Detektionssystem (1) eines Fahrzeugs gemessen wird und mindestens ein Abtasten der Szene mit einer Vielzahl von Abtastpunkten (16) erzeugt wird. Die Abtastpunkte (16) sind zu mindestens einer Kette (20) gruppiert, wobei die Gruppierung durch einen Abtastpunkt-zu-Kette-Zuordnungsalgorithmus erfolgt. Wenn keine Kette (20) existiert, wird eine neue Kette (20) angelegt. Wenn eine Kette (20) vorhanden ist, wird ein Abtastpunkt (16) von einer Salve (15) der Kette (20) zugeordnet, wobei die Zuordnung auf einem Abstand zwischen dem gegebenen Abtastpunkt (16) von einem Schritt k und einem letzten Abtastpunkt (16) von einem Schritt k-1 in der Kette (20) basiert, wobei der Kette (20) ein Abtastpunkt (16) zugeordnet ist, wenn der Abstand zwischen ihnen der niedrigste der Abtastpunkte (20) in der Salve (15) ist, und unterhalb eines vordefinierten Zuordnungsschwellenwerts ist. Die Kette (20) wird für den Abtastpunkt (16) übersprungen, wenn der Abstand den vorgegebenen Zuordnungsschwellenwert überschreitet, und der letzte Abtastpunkt (20) wird als Endpunkt (28) markiert. Danach wird die Kette (20) zur weiteren Verarbeitung gespeichert. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Fahrassistenzsystem und ein Computerprogrammprodukt.The present invention relates to a method for reorganizing scanning points (16) in a point cloud generated by a detection system (1) of a vehicle, a scene being measured by means of electromagnetic waves by a detection system (1) of a vehicle and at least one scanning of the scene is generated with a plurality of sampling points (16). The sampling points (16) are grouped to form at least one chain (20), the grouping being carried out by a sampling point-to-chain assignment algorithm. If no chain (20) exists, a new chain (20) is created. If a chain (20) is present, a sampling point (16) from a volley (15) is assigned to the chain (20), the assignment being based on a distance between the given sampling point (16) from a step k and a last sampling point ( 16) is based on a step k-1 in the chain (20), the chain (20) being assigned a sampling point (16) if the distance between them is the lowest of the sampling points (20) in the volley (15), and is below a predefined allocation threshold. The chain (20) is skipped for the scanning point (16) if the distance exceeds the predefined allocation threshold value, and the last scanning point (20) is marked as the end point (28). The chain (20) is then saved for further processing. The present invention also relates to a driver assistance system and a computer program product.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Umorganisation von Abtastpunkten in einer Punktwolke, die von einem Detektionssystem eines Fahrzeugs erzeugt wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Fahrassistenzsystem. Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Computerprogrammprodukt.The present invention relates to a method for reorganizing sample points in a point cloud generated by a detection system of a vehicle. The present invention also relates to a driver assistance system. The present invention also relates to a computer program product.
In Automobilanwendungen wie der Hinderniserkennung und -vermeidung bei autonomen Fahrten oder der adaptiven Frontbeleuchtung wird die dreidimensionale Umgebung um ein Fahrzeug herum erfasst. Für die Vermessung der Umgebung wird das Fahrzeug typischerweise mit geeigneten Sensoren in Form von 3D-Scannern wie z.B. so genannten Lidarsensoren (light detection and ranging) oder Radarsensoren ausgestattet. Bei der Lichtdetektion und Entfernungsmessung wird der Abstand zu Objekten bestimmt, indem die Umgebung und damit die Objekte darin mit gepulstem Laserlicht beleuchtet und das reflektierte Laserlicht erfasst wird. Die Rücklaufzeit des Laserlichts ist ein Maß für den Abstand zur Oberfläche eines Objekts in der Umgebung. Eine Intensität der Reflexion kann verarbeitet werden, um weitere Informationen über eine Oberfläche zu erhalten, die das Laserlicht reflektiert.In automotive applications such as obstacle detection and avoidance during autonomous journeys or adaptive front lighting, the three-dimensional environment around a vehicle is recorded. To measure the surroundings, the vehicle is typically equipped with suitable sensors in the form of 3D scanners such as so-called lidar sensors (light detection and ranging) or radar sensors. With light detection and distance measurement, the distance to objects is determined by illuminating the environment and thus the objects in it with pulsed laser light and capturing the reflected laser light. The return time of the laser light is a measure of the distance to the surface of an object in the vicinity. An intensity of the reflection can be processed to obtain more information about a surface that is reflecting the laser light.
Mit einem 3D-Scanner wird ein Satz von Datenpunkten im dreidimensionalen Raum erzeugt, der als Punktwolke bezeichnet wird. Eine Punktwolke ist eine geometrische Datenstruktur. Jeder (Daten-)Punkt der Punktwolke entspricht einem physikalischen Punkt auf der Außenfläche eines Objekts in der Umgebung eines Fahrzeugs und umfasst typischerweise die Koordinaten X, Y und Z des physikalischen Punktes in einem dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystem sowie optionaler zusätzlicher Merkmale. Ein 3D-Scanner gibt die gemessene Punktwolke typischerweise als Datenstruktur oder Datendatei aus.
Um die Umgebung zu verstehen, ist es wichtig, die Objekte darin zu erkennen, jeden Punkt eines Objekts semantisch zu segmentieren und die Objekte zu klassifizieren. Objekterkennung, semantische Segmentierung und Klassifizierung werden als drei grundlegende Probleme/Aufgaben für das Szenenverständnis im Bereich der Computervision bezeichnet.In order to understand the environment, it is important to recognize the objects by semantically segmenting each point of an object and classifying the objects. Object recognition, semantic segmentation and classification are identified as three basic problems / tasks for scene understanding in the field of computer vision.
Eine Aufgabe ist die Erkennung und Verfolgung von Fahrbahnmarkierungen auf der Grundlage von Lidardaten. Die Erkennung von Fahrspurmarkierungen ist sowohl für viele Fahrerassistenzsysteme als auch für autonome Fahrzeuge eine Voraussetzung.One task is the detection and tracking of road markings on the basis of lidar data. The detection of lane markings is a prerequisite for many driver assistance systems as well as for autonomous vehicles.
Das Problem bei den LIDAR-Algorithmen zur Einzelscan-basierten Spurmarkierungserkennung besteht beispielsweise darin, dass diese Algorithmen eine lineare Organisation der Abtastpunkte innerhalb der Punktwolke erfordern. Falls der LIDAR mehr als ein Echo pro Aufnahme liefert, muss die Punktwolke transformiert werden, um mit einem Algorithmus zur Erkennung von Straßenmerkmalen kompatibel zu sein.The problem with the LIDAR algorithms for single-scan-based lane marker recognition is, for example, that these algorithms require a linear organization of the scanning points within the point cloud. If the LIDAR delivers more than one echo per recording, the point cloud must be transformed in order to be compatible with an algorithm for recognizing road features.
Es ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Umorganisation von Abtastpunkten in einer Punktwolke bereitzustellen.It is an object of the present invention to provide a method for reorganizing sample points in a point cloud.
Dieses Ziel wird durch die unabhängigen Ansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Umorganisieren von Abtastpunkten in einer von einem Detektionssystem eines Fahrzeugs erzeugten Punktwolke bereit, das die folgenden Schritte umfasst:
- - Messen einer Szene mittels elektromagnetischer Wellen aus einem Detektionssystem eines Fahrzeugs und Erzeugen mindestens einer Abtastung der Szene mit einer Vielzahl von Abtastpunkten, wobei die Gesamtheit aller Abtastpunkte zusammen mit den zugehörigen Punktdaten der erzeugten Abtastung eine Punktwolke bildet, wobei elektromagnetische Wellen, die von einem Objekt innerhalb eines vorbestimmten Polarwinkels eines kugelförmigen Koordinatensystems des Detektionssystems reflektiert werden, eine Schicht von Abtastpunkten bilden, wobei elektromagnetische Wellen, die von einem Objekt unter demselben Azimutwinkel für den vorbestimmten Polarwinkel des kugelförmigen Koordinatensystems reflektiert werden, eine Salve bilden,
- - Gruppieren der Abtastpunkte zu mindestens einer Kette, wobei die Gruppierung durch einen Abtastpunkt-zu-Kette-Zuordnungsalgorithmus erfolgt, wobei jede Kette einen Startpunkt und einen Endpunkt aufweist, wobei die Anpassung durch den Algorithmus Salve für Salve ausgehend von der Salve mit Index 0 erfolgt, wobei jede Kette bis zu einem Abtastpunkt pro Salve aufnehmen kann,
- - wenn keine Kette vorhanden ist, Erstellen einer neuen Kette und Zuordnen eines Abtastpunktes von der Salve mit Index 0 zur neuen Kette und Markieren des Abtastpunktes als Startpunkt,
- - wenn eine Kette vorhanden ist, Zuordnen eines Abtastpunkts von der Salve zu der Kette, wobei die Zuordnung auf einem Abstand zwischen dem gegebenen Abtastpunkt von einem Schritt k und einem letzten Abtastpunkt von einem Schritt k-1 in der Kette basiert, wobei der Kette ein Abtastpunkt zugeordnet wird, wenn der Abstand zwischen ihnen der niedrigste der Abtastpunkte in der Salve ist, und unterhalb eines vordefinierten Zuordnungsschwellenwerts ist,
- - Überspringen der Kette n für den Abtastpunkt m, wenn der Abstand den vorgegebenen Zuordnungsschwellenwert überschreitet, und Markieren des letzten Abtastpunktes als Endpunkt,
- - Speichern der Kette zur weiteren Verarbeitung.
- - Measuring a scene by means of electromagnetic waves from a detection system of a vehicle and generating at least one scan of the scene with a plurality of scan points, the entirety of all scan points together with the associated point data of the generated scan forming a point cloud, with electromagnetic waves generated by an object are reflected within a predetermined polar angle of a spherical coordinate system of the detection system, form a layer of scanning points, with electromagnetic waves reflected by an object at the same azimuth angle for the predetermined polar angle of the spherical coordinate system forming a volley,
- - Grouping of the sampling points into at least one chain, the grouping being carried out by a sampling point-to-chain assignment algorithm, each chain having a starting point and an end point, the adaptation being carried out by the algorithm salvo by salvo starting from the salvo with index 0 each chain can accommodate up to one sampling point per salvo,
- - if there is no chain, create a new chain and assign a sampling point from the salvo with index 0 to the new chain and mark the sampling point as the starting point,
- - if a chain is present, assigning a sample point from the volley to the chain, the assignment being based on a distance between the given sample point from step k and a last sample point from step k-1 in the chain, the chain being a sample point is assigned if the distance between them is the lowest of the sampling points in the salvo and is below a predefined assignment threshold,
- - Skipping the chain n for the sampling point m, if the distance exceeds the predefined allocation threshold value, and marking the last sampling point as the end point,
- - Saving the chain for further processing.
In Anbetracht der Tatsache, dass jeder Photomultiplier mehrere Abtastpunkte aus getrennten Reflektoren bereitstellen kann und dass die Komplexität der Merkmalsextraktionsalgorithmen bei Vorhandensein von Mehrdeutigkeiten bei der Zuordnung von Abtastpunkten zunimmt, wurden sogenannte Abtastpunktketten als elementarer Block der Abtastpunktschichten eingeführt. Um die Komplexität der Mustererkennungsalgorithmen zu reduzieren, können lineare Abfolgen von Abtastpunkten, die die Form der Merkmale wiederholen, als Eingabe bereitgestellt werden. Die Grundidee der Erfindung ist es daher, Abtastpunkte, die möglicherweise zur Quelle oder zum Merkmal gehören, zu gruppieren und einer Kette zuzuordnen. Der bereitgestellte Algorithmus kann als „online“ zeitlicher Datenklassifizierer interpretiert werden, bei dem die vorherige Anzahl von Klassen oder Ketten nicht bekannt ist, wobei die maximale Anzahl von Klassen oder Ketten aus den Konfigurationsparametern abgeleitet wird. Bei jedem Update kann die Anzahl der Klassen und deren Lokalisierung variieren. Der Algorithmus ist ein rekursiver Online-Algorithmus, bei dem nur eine Messung pro Klasse in einem Trainingsvektor gespeichert ist. Der Trainingsvektor wird mit den zugewiesenen Punkten und Vorhersagen aus einem vorherigen Schritt aktualisiert. Überschreitet der Abstand zum nächsten Punkt einen Schwellenwert, wird eine neue Klasse angelegt; wurde die Klasse in mehreren vordefinierten Schritten nicht mit dem neuen Punkt zugeordnet, wird sie aus dem Trainingsvektor entfernt.In view of the fact that each photomultiplier can provide several sampling points from separate reflectors and that the complexity of the feature extraction algorithms increases in the presence of ambiguities in the assignment of sampling points, so-called sampling point chains were introduced as an elementary block of the sampling point layers. To reduce the complexity of the pattern recognition algorithms, linear sequences of sample points that repeat the shape of the features can be provided as input. The basic idea of the invention is therefore to group sampling points which possibly belong to the source or to the feature and to assign them to a chain. The algorithm provided can be interpreted as an “online” temporal data classifier in which the previous number of classes or chains is not known, the maximum number of classes or chains being derived from the configuration parameters. The number of classes and their localization can vary with each update. The algorithm is a recursive online algorithm in which only one measurement per class is stored in a training vector. The training vector is updated with the assigned points and predictions from a previous step. If the distance to the next point exceeds a threshold value, a new class is created; if the class was not assigned the new point in several predefined steps, it is removed from the training vector.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung basiert die Zuordnung von einem Abtastpunkt m zu einer Kette n auf einer MxN-Konfusionsmatrix, wobei N die Anzahl der aktiven Ketten bei Schritt k und M die Anzahl der neuen Abtastpunkte ist, die der Kette zuzuordnen sind.According to a preferred embodiment of the invention, the assignment of a sampling point m to a chain n is based on an MxN confusion matrix, where N is the number of active chains in step k and M is the number of new sampling points to be assigned to the chain.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Abstand ein radialer Abstand zwischen den Abtastpunkten.According to a further preferred embodiment of the invention, the distance is a radial distance between the scanning points.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Punktwolke eine gefilterte Punktwolke, wobei ein Abtastpunkt mit einem bestimmten Konfidenzniveau als Abtastpunkt betrachtet wird, der von einer Bodenfläche vor dem Detektionssystem reflektiert wird.According to a preferred embodiment of the invention, the point cloud is a filtered point cloud, a sampling point with a certain confidence level being regarded as a sampling point which is reflected from a floor surface in front of the detection system.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Schritt der Speicherung der Kette zur weiteren Verarbeitung den Schritt der linearen Speicherung der Kette in einem Speicher einer Recheneinheit des Fahrzeugs.According to a further preferred embodiment of the invention, the step of storing the chain for further processing comprises the step of linearly storing the chain in a memory of a computing unit of the vehicle.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Bereitstellens der gespeicherten Kette zu einem Extraktionsalgorithmus für Straßenmerkmale.In a preferred embodiment of the invention, the method comprises the step of providing the stored chain to an extraction algorithm for road features.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Detektionssystem ein LIDAR-System.According to a further preferred embodiment of the invention, the detection system is a LIDAR system.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der azimutale Winkel durch einen Winkel eines Spiegels des LIDAR-Systems und der Polarwinkel durch eine Laserdioden- oder eine Photodiodenposition des LIDAR-Systems in Bezug auf den Spiegel definiert.According to a preferred embodiment of the invention, the azimuthal angle is defined by an angle of a mirror of the LIDAR system and the polar angle is defined by a laser diode or a photodiode position of the LIDAR system in relation to the mirror.
Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Fahrassistenzsystem zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens vor.The present invention also provides a driver assistance system for carrying out the method described above.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Fahrassistenzsystem ein Detektionssystem.In a preferred embodiment of the invention, the driver assistance system comprises a detection system.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Detektionssystem ein LIDAR-System.According to a further preferred embodiment of the invention, the detection system comprises a LIDAR system.
Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt bereit, das Anweisungen enthält, die, wenn das Programm von einem Computer ausgeführt wird, bewirken, dass der Computer die Schritte des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausführt.In addition, the present invention provides a computer program product containing instructions which, when the program is executed by a computer, cause the computer to carry out the steps of the method described above.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden anhand der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich und erläutert. Einzelne Merkmale, die in den Ausführungsformen offenbart sind, können allein oder in Kombination einen Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellen. Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können von einer Ausführungsform auf eine andere Ausführungsform übertragen werden.These and other aspects of the invention will be apparent and explained with reference to the embodiments described below. Individual features that are disclosed in the embodiments can alone or in combination constitute an aspect of the present invention. Features of the various embodiments can be transferred from one embodiment to another embodiment.
In den Zeichnungen:
-
1 zeigt verschiedene schematische Ansichten eines Detektionssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, -
2 zeigt verschiedene schematische Ansichten des Sichtfeldes eines Detektionssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, -
3 zeigt einen r-z Querschnitt des Detektionssystems mit verschiedenen Detektionssch ichten, -
4 zeigt ein schematisches Schema der Indexierung einer Punktwolke, -
5 zeigt eine schematische Ansicht des Sichtfeldes eines Detektionssystems mit Abtastpunkten, die von einer Bodenoberfläche gemäß einer Ausführungsform der Erfindung reflektiert werden, -
6 zeigt ein Beispiel für eine LIDAR-Punktwolke, -
7 zeigt ein Beispiel für eine Punktwolke, die von einer Bodenoberfläche erzeugt wird, -
8 zeigt verschiedene Szenarien, die zu einer Mehrfachechoerzeugung führen, -
9 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Umorganisieren von Abtastpunkten in einer Punktwolke veranschaulicht, die von einem Detektionssystem eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erzeugt wird, -
10 zeigt die Ausgabe des Verfahrens zur Umorganisation von Abtastpunkten in einer Punktwolke gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, -
11 zeigt verschiedene Beispiele für übereinstimmende Ketten, wenn das Verfahren zur Umorganisation von Abtastpunkten in einer Punktwolke gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird, -
12 zeigt ein Speicherlayout der Ketten innerhalb einer einzelnen Schicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
-
1 shows various schematic views of a detection system according to an embodiment of the invention, -
2 shows various schematic views of the field of view of a detection system according to an embodiment of the invention, -
3rd shows a rz cross section of the detection system with different detection layers, -
4th shows a schematic diagram of the indexing of a point cloud, -
5 shows a schematic view of the field of view of a detection system with scanning points reflected from a ground surface according to an embodiment of the invention; -
6th shows an example of a LIDAR point cloud, -
7th shows an example of a point cloud generated by a ground surface, -
8th shows different scenarios that lead to multiple echo generation, -
9 FIG. 13 shows a flow diagram illustrating a method for reorganizing sample points in a point cloud generated by a detection system of a vehicle according to an embodiment of the invention. -
10 shows the output of the method for reorganizing sample points in a point cloud according to an embodiment of the invention, -
11 shows various examples of matching chains when performing the method for reorganizing sample points in a point cloud according to an embodiment of the invention, -
12th Figure 12 shows a memory layout of the chains within a single layer according to an embodiment of the invention.
Bemerkenswert ist, dass eine Trennspurmarkierung bis zu drei Echos erzeugen kann, z.B. bei x=200cm und y=3000-3500cm, während Scanpunkte
In Schritt
Wenn keine Kette
Wenn eine Kette
Überschreitet der Abstand den vorgegebenen Zuordnungsschwellenwert
In Schritt
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- DetektionssystemDetection system
- 22
- LaserdiodeLaser diode
- 33
- LaserstrahlabweichungLaser beam deviation
- 44th
- drehbarer Spiegelrotating mirror
- 55
- projiziertes Laserlichtprojected laser light
- 66th
- Bereiche, die durch den Photodetektor abgedeckt sindAreas covered by the photodetector
- 77th
- Fokussierendes ObjektivFocusing lens
- 88th
- PhotodetektorPhotodetector
- 99
- SichtfeldField of view
- 1010
- Drehrichtung des SpiegelsDirection of rotation of the mirror
- 1111
- BodenoberflächeSoil surface
- 1212th
- Schichten, die keine Scanpunkte von der Straße erzeugenLayers that do not generate scan points from the road
- 1313th
- Layer, die Scan-Punkte von der Straße erzeugenLayers that generate scan points from the road
- 1414th
- Schichtlayer
- 1515th
- Salvevolley
- 1616
- AbtastpunktSampling point
- 1717th
- FahrbahnmarkierungenRoad markings
- 1818th
- Abtastpunkt mit dem weitesten EchoSampling point with the furthest echo
- 1919th
- Abtastpunkt mit zweitem EchoSampling point with second echo
- 2020th
- KetteChain
- 2121
- Salve mit mehreren AbtastpunktenSalvo with multiple sampling points
- 2626th
- Start AbtastpunktStart sampling point
- 2727
- verbindende Abtastpunkteconnecting sampling points
- 2828
- End AbtastpunktEnd sampling point
- 100100
- Messen einer SzeneMeasure a scene
- 110110
- Gruppierung der AbtastpunkteGrouping of the sampling points
- 120120
- wenn keine Kette existiertwhen there is no chain
- 130130
- wenn eine Kette existiertwhen a chain exists
- 140140
- Erstellen einer KetteCreate a chain
- 150150
- Zuordnen eines Abtastpunktes zur KetteAssigning a sampling point to the chain
- 160160
- Markieren des Abtastpunktes als StartMark the sampling point as the start
- 170170
- Zuordnung des Abtastpunktes zur KetteAssignment of the scanning point to the chain
- 180180
- Entfernung überschreitet den vorgegebenen ZuordnungsschwellenwertDistance exceeds the predefined allocation threshold
- 190190
- Abstand liegt unter einem vordefinierten ZuordnungsschwellenwertDistance is below a predefined allocation threshold
- 200200
- Zuordnung von Abtastpunkt zu Kette, wenn der Abstand unter einem vordefinierten Zuordnungsschwellenwert liegtAssignment of sampling point to chain if the distance is below a predefined assignment threshold
- 210210
- die Kette überspringen und den letzten Punkt als Endpunkt markierenskip the chain and mark the last point as the end point
- 220220
- Speichern der KetteSave the chain
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Legal Events
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