DE102019218932B3 - Determining a relative movement - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (16) zum Ermitteln einer Relativbewegung zwischen einem Umgebungssensor (12) und einem Objekt (14), mit: einer Eingangsschnittstelle (20) zum Empfangen von Sensordaten eines Umgebungssensors mit Informationen zu einer Position und einer Dopplergeschwindigkeit eines Sensorzielpunkts an dem Objekt zu einem ersten Zeitpunkt und zu einem zweiten Zeitpunkt; einer Verarbeitungseinheit (22) zum Bestimmen einer Translation und einer Rotation des Sensorzielpunkts zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt basierend auf den Sensordaten; und einer Bewegungseinheit (24) zum Ermitteln einer Relativbewegung zwischen dem Umgebungssensor und dem Objekt basierend auf der Translation und Rotation. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren und ein System (10) zum Ermitteln einer Relativbewegung zwischen einem Umgebungssensor (12) und einem Objekt (14).The present invention relates to a device (16) for determining a relative movement between an environment sensor (12) and an object (14), having: an input interface (20) for receiving sensor data from an environment sensor with information on a position and a Doppler speed of a sensor target point the object at a first point in time and at a second point in time; a processing unit (22) for determining a translation and a rotation of the sensor target point between the first point in time and the second point in time based on the sensor data; and a movement unit (24) for determining a relative movement between the environment sensor and the object based on the translation and rotation. The present invention also relates to a method and a system (10) for determining a relative movement between an environmental sensor (12) and an object (14).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Relativbewegung zwischen einem Umgebungssensor und einem Objekt. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren und ein System zum Ermitteln einer Relativbewegung zwischen einem Umgebungssensor und einem Objekt.The present invention relates to a device for determining a relative movement between an environmental sensor and an object. The present invention also relates to a method and a system for determining a relative movement between an environment sensor and an object.
Moderne Fahrzeuge (Autos, Transporter, Lastwagen, Motorräder etc.) verfügen über eine Vielzahl von Sensoren, die dem Fahrer Informationen zur Verfügung stellen und einzelne Funktionen des Fahrzeugs teil- oder vollautomatisiert steuern. Über Sensoren werden die Umgebung des Fahrzeugs sowie andere Verkehrsteilnehmer erfasst. Basierend auf den erfassten Daten kann ein Modell der Fahrzeugumgebung erzeugt werden und auf Veränderungen in dieser Fahrzeugumgebung reagiert werden.Modern vehicles (cars, vans, trucks, motorcycles, etc.) have a large number of sensors that provide the driver with information and control individual functions of the vehicle in a partially or fully automated manner. The surroundings of the vehicle and other road users are recorded via sensors. Based on the recorded data, a model of the vehicle environment can be generated and changes in this vehicle environment can be reacted to.
Ein wichtiges Sensorprinzip ist dabei die Radartechnik. Die meisten heutzutage im Fahrzeugbereich eingesetzten Radarsensoren arbeiten als Multipuls-Radarsensoren (auch als Chirp Sequence Radarsensoren bezeichnet), bei denen in kurzen Abständen mehrere frequenzmodulierte Pulse ausgesendet werden. Die Radarsensoren umfassen typischerweise mehrere Sende- und Empfangselemente (Antennenarray), die virtuelle Kanäle (Rx/Tx-Antennenpaare) bilden. Nach einer Vorverarbeitung stellt der Radarsensor dann periodisch eine Radar-Zieleliste (auch als Punktewolke bezeichnet) für die weitere Verarbeitung bereit. Diese Radar-Zieleliste umfasst für die erfassten Ziele insbesondere die Parameter Abstand, Radial- bzw. Dopplergeschwindigkeit sowie (soweit verfügbar) Azimut- und Elevationswinkel und bildet die Basis für eine Umgebungserkennung.Radar technology is an important sensor principle. Most of the radar sensors used nowadays in the vehicle sector work as multi-pulse radar sensors (also referred to as chirp sequence radar sensors), in which several frequency-modulated pulses are emitted at short intervals. The radar sensors typically include several transmitting and receiving elements (antenna array) that form virtual channels (Rx / Tx antenna pairs). After preprocessing, the radar sensor then periodically provides a radar target list (also referred to as a point cloud) for further processing. This radar target list includes in particular the parameters distance, radial or Doppler speed and (if available) azimuth and elevation angles for the detected targets and forms the basis for an environment recognition.
Ein weiteres relevantes Sensorprinzip ist die Lidartechnik (light detection and ranging). Ein Lidarsensor basiert auf der Aussendung von Lichtsignalen und der Detektion des reflektierten Lichts. Mittels einer Laufzeitmessung kann ein Abstand zum Ort der Reflexion berechnet werden. Zudem ist bei modernen Lidarsensoren auch die Ermittlung einer Relativ- bzw. Dopplergeschwindigkeit möglich (sog. FMCW-Lidar). Vergleichbar zu einem Radarsensor kann eine entsprechende Lidar-Zieleliste zur Verfügung gestellt werden.Another relevant sensor principle is lidar technology (light detection and ranging). A lidar sensor is based on the emission of light signals and the detection of the reflected light. A distance to the point of reflection can be calculated by means of a transit time measurement. In addition, with modern lidar sensors it is also possible to determine a relative or Doppler speed (so-called FMCW lidar). A corresponding lidar target list can be made available, comparable to a radar sensor.
Im Bereich der Fahrerassistenzsysteme und des (teil-) autonomen Fahrens stellt die Ermittlung einer Relativposition eines anderen Objekts in Bezug zu dem eigenen Fahrzeug bzw. zu der Position des Umgebungssensors eine wichtige Problemstellung dar. Einerseits kann das eigene Fahrzeug in Bezug zur Umgebung lokalisiert werden. Andererseits können andere Objekte in der Umgebung, wie beispielsweise Fahrzeuge oder Fußgänger, lokalisiert werden.In the field of driver assistance systems and (partially) autonomous driving, the determination of a relative position of another object in relation to one's own vehicle or to the position of the environment sensor is an important problem. On the one hand, one's own vehicle can be localized in relation to the environment. On the other hand, other objects in the vicinity, such as vehicles or pedestrians, can be localized.
Um eine Auswertung der Sensordaten über mehrere Zeitschritte zu ermöglichen, ist es dabei oft erforderlich, einen Bezug zwischen einer Zieleliste (Zielpunkteliste), die zu einem ersten Zeitpunkt ermittelt wurde, und einer Zieleliste, die zu einem zweiten Zeitpunkt ermittelt wurde, herzustellen (Scanmatching). Dieser Bezug bildet die Grundlage für eine Verfolgung des Objekts oder der eigenen Position. Um diesen Bezug herzustellen, kann insbesondere eine Schätzung bzw. Bestimmung einer Relativbewegung zwischen dem Umgebungssensor und dem Objekt erfolgen und eine Transformation bestimmt werden. Die Transformation umfasst dabei zumeist eine Rotationsmatrix sowie einen Translationsvektor. Ein weit verbreiteter Ansatz ist dabei der Iterative-Closest-Point-Ansatz (ICP), der eine iterative Lösung für das Auffinden von Punktkorrespondenzen zwischen verschiedenen Scans bietet und ausgehend von den aufgefundenen Korrespondenzen eine optimale Transformation ermittelt. Hierbei werden die Positionen der unterschiedlichen Punkte betrachtet.In order to enable the sensor data to be evaluated over several time steps, it is often necessary to establish a relationship between a target list (target point list) that was determined at a first point in time and a target list that was determined at a second point in time (scan matching). . This reference forms the basis for tracking the object or one's own position. In order to establish this reference, in particular an estimation or determination of a relative movement between the environmental sensor and the object can take place and a transformation can be determined. The transformation mostly includes a rotation matrix and a translation vector. A widespread approach is the Iterative Closest Point Approach (ICP), which offers an iterative solution for finding point correspondences between different scans and, based on the correspondence found, determines an optimal transformation. The positions of the different points are considered here.
Nachteilig an bisherigen Ansätzen zum Ermitteln einer Relativbewegung ist, dass aufgrund der hohen Abweichungen bzw. der Sensorungenauigkeiten von Radar- oder auch Lidarsensoren Ungenauigkeiten entstehen können. Ungenauigkeiten beim Scanmatching können dazu führen, dass die nachgelagerten Informationsverarbeitungsansätze ebenfalls fehlerhafte Resultate liefern. Ansätze, die zu höheren Genauigkeiten führen, sind oft wesentlich rechenaufwendiger und daher nicht praktikabel.A disadvantage of previous approaches for determining a relative movement is that inaccuracies can arise due to the high deviations or the sensor inaccuracies of radar or even lidar sensors. Inaccuracies in scan matching can lead to the downstream information processing approaches also delivering incorrect results. Approaches that lead to higher accuracies are often much more computationally expensive and therefore impractical.
Die
Ausgehend hiervon stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, einen Ansatz zum Ermitteln einer Relativbewegung zwischen einem Umgebungssensor und einem Objekt bereitzustellen, der eine hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit bietet und zudem effizient berechenbar ist. Insbesondere soll ein hochgenaues Scanmatching über mehrere Abtastzeitpunkte ermöglicht werden, um hierdurch eine Selbstlokalisierung und/oder eine Lokalisierung anderer Objekte zu erlauben.Based on this, the present invention has the task of providing an approach for determining a relative movement between an environmental sensor and an object, which offers a high level of reliability and accuracy and can also be calculated efficiently. In particular, high-precision scan matching should be made possible over several sampling times in order to thereby allow self-localization and / or localization of other objects.
Zum Lösen dieser Aufgabe betrifft die Erfindung in einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Relativbewegung zwischen einem Umgebungssensor und einem Objekt mit:
- einer Eingangsschnittstelle zum Empfangen von Sensordaten eines Umgebungssensors mit Informationen zu einer Position und einer Dopplergeschwindigkeit eines Sensorzielpunkts an dem Objekt zu einem ersten Zeitpunkt und zu einem zweiten Zeitpunkt;
- einer Verarbeitungseinheit zum Bestimmen einer Translation und einer Rotation des Sensorzielpunkts zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt basierend auf den Sensordaten; und
- einer Bewegungseinheit zum Ermitteln einer Relativbewegung zwischen dem Umgebungssensor und dem Objekt basierend auf der Translation und Rotation.
- an input interface for receiving sensor data from an environmental sensor with information on a position and a Doppler velocity of a sensor target point on the object at a first point in time and at a second point in time;
- a processing unit for determining a translation and a rotation of the sensor target point between the first point in time and the second point in time based on the sensor data; and
- a movement unit for determining a relative movement between the environment sensor and the object based on the translation and rotation.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein System zum Ermitteln einer Relativbewegung zwischen einem Umgebungssensor und einem Objekt, mit:
- einer Vorrichtung wie zuvor beschrieben; und
- einem Umgebungssensor zum Detektieren von Objekten in einer Umgebung eines Fahrzeugs.
- a device as previously described; and
- an environment sensor for detecting objects in an environment of a vehicle.
Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein entsprechend der zuvor beschriebenen Vorrichtung ausgebildetes Verfahren und ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen der Schritte des Verfahrens, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird, sowie ein Speichermedium, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, das, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, eine Ausführung des hierin beschriebenen Verfahrens bewirkt.Further aspects of the invention relate to a method embodied in accordance with the device described above and a computer program product with program code for performing the steps of the method when the program code is executed on a computer, as well as a storage medium on which a computer program is stored which, when it is on a computer is executed, causes an execution of the method described herein.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorgenannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können das System, das Verfahren und das Computerprogrammprodukt entsprechend der für die Vorrichtung in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.Preferred embodiments of the invention are described in the dependent claims. It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention. In particular, the system, the method and the computer program product can be implemented in accordance with the configurations described for the device in the dependent claims.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass über eine Eingangsschnittstelle Sensordaten eines Umgebungssensors empfangen werden. Insbesondere werden Daten eines Radarsensors oder eines Lidarsensors empfangen, die einerseits eine Position und andererseits eine Dopplergeschwindigkeit eines Sensorzielpunkts zu einem ersten Zeitpunkt und zu einem zweiten Zeitpunkt umfassen. Derselbe Sensorzielpunkt wird zu zwei (vorzugsweise unmittelbar aufeinanderfolgenden) Zeitpunkten betrachtet. Die entsprechende Ermittlung eines korrespondierenden Punkts zu zwei Zeitpunkten erfolgt vorgelagert, beispielsweise mittels eines Standardansatzes oder mittels Verwendung eines weiteren Sensors.According to the invention, it is provided that sensor data from an environmental sensor are received via an input interface. In particular, data from a radar sensor or a lidar sensor are received which include, on the one hand, a position and, on the other hand, a Doppler velocity of a sensor target point at a first point in time and at a second point in time. The same sensor target point is considered at two (preferably immediately consecutive) points in time. The corresponding determination of a corresponding point at two points in time takes place beforehand, for example by means of a standard approach or by using a further sensor.
Die Sensordaten umfassen einerseits eine Position und andererseits eine Dopplergeschwindigkeit zu den beiden Zeitpunkten. Erfindungsgemäß und im Gegensatz zu einem ICP-Ansatz wird bei der Bestimmung der Translation und der Rotation des Sensorzielpunkts zusätzlich zur Position auch die Dopplergeschwindigkeit berücksichtigt. Ausgehend von der ermittelten Translation und Rotation kann eine Relativbewegung beschrieben werden. Die Zusatzinformation der Dopplergeschwindigkeit, die sowohl von einem Radar- als auch von einem Lidarsensor bereitgestellt werden kann, erlaubt eine Bestimmung einer Translation und Rotation unter Zugrundelegung von einem einzigen Punkt zu zwei Zeitpunkten. Insbesondere werden zwei aufeinanderfolgende Abtastungen des Umgebungssensors betrachtet. Eine kurze Zeitdifferenz ermöglicht, dass näherungsweise von einer konstanten Geschwindigkeit und Drehrate ausgegangen werden kann, ohne das Ergebnis wesentlich zu verfälschen. Die ermittelte Translation und Rotation des einen Punkts kann dann dazu verwendet werden, eine Relativbewegung des gesamten Objekts zu bestimmen. Die Relativbewegung wird insbesondere dadurch berechnet, dass auch für weitere Sensorzielpunkte am Objekt eine entsprechende Transformation bestimmt bzw. durchgeführt wird.The sensor data include, on the one hand, a position and, on the other hand, a Doppler velocity at the two points in time. According to the invention and in contrast to an ICP approach, the Doppler velocity is also taken into account in addition to the position when determining the translation and the rotation of the sensor target point. A relative movement can be described based on the determined translation and rotation. The additional information on the Doppler velocity, which can be provided by both a radar and a lidar sensor, allows a translation and rotation to be determined on the basis of a single point at two points in time. In particular, two successive scans of the environmental sensor are considered. A short time difference enables an approximately constant speed and rotation rate to be assumed without significantly falsifying the result. The determined translation and rotation of the one point can then be used to determine a relative movement of the entire object. The relative movement is calculated in particular in that a corresponding transformation is also determined or carried out for further sensor target points on the object.
Im Vergleich zu bisherigen Ansätzen, bei denen lediglich die Position für das Scanmatching herangezogen wird, ermöglicht die erfindungsgemäß vorgesehene zusätzliche Berücksichtigung der Dopplergeschwindigkeit eine höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit. Zudem genügt die Betrachtung eines einzelnen Sensorzielpunkts zu zwei Zeitpunkten, um die Kinematik vollständig zu erfassen. Ausgehend von einem einzelnen Scanpunkt kann eine entsprechende Transformation bestimmt werden. Im Vergleich zu Ansätzen, bei denen mehrere Punkte zugrundegelegt werden, kann der erfindungsgemäße Ansatz wesentlich effizienter berechnet werden. Als Folge kann eine zuverlässige und genaue Erkennung einer Relativbewegung und einer Relativposition zwischen Umgebungssensor und Objekt berechnet werden.Compared to previous approaches in which only the position is used for the scan matching, the additional consideration of the Doppler velocity provided according to the invention enables higher accuracy and reliability. In addition, it is sufficient to consider a single sensor target point at two points in time to fully capture the kinematics. A corresponding transformation can be determined on the basis of a single scan point. In comparison to approaches in which several points are taken as a basis, the approach according to the invention can be calculated much more efficiently. As a result, a reliable and precise detection of a relative movement and a relative position between the environment sensor and the object can be calculated.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Eingangsschnittstelle zum Empfangen eines Azimutwinkels, eines Elevationswinkels, eines Abstands und einer Dopplergeschwindigkeit des Sensorzielpunkts zu aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten ausgebildet. Abtastzeitpunkte bilden die Scanfrequenz ab, mit der der Umgebungssensor betrieben wird. Die Messfrequenz bzw. Aktualisierungsrate eines Radarsensors kann dabei beispielsweise bei 10 Hz liegen, sodass der zeitliche Abstand zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt 0,1 Sekunden beträgt. Die Parameter Azimut, Elevation und Abstand werden standardmäßig bereitgestellt. Der erfindungsgemäße Ansatz kann basierend auf diesen Parametern realisiert werden. Es ist aber auch möglich, dass die Sensordaten umgerechnete und insbesondere in euklidische Koordinaten transformierte Positions- bzw. Geschwindigkeitsangaben umfassen.In a preferred embodiment, the input interface is designed to receive an azimuth angle, an elevation angle, a distance and a Doppler velocity of the sensor target point at successive sampling times. Sampling times map the scanning frequency with which the environmental sensor is operated. The measurement frequency or update rate of a radar sensor can be 10, for example Hz, so that the time interval between the first point in time and the second point in time is 0.1 seconds. The azimuth, elevation and distance parameters are provided by default. The approach according to the invention can be implemented based on these parameters. However, it is also possible for the sensor data to include position or speed information that has been converted and, in particular, transformed into Euclidean coordinates.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Verarbeitungseinheit zum Bestimmen der Translation und der Rotation des Sensorzielpunkts basierend auf einer Minimierung einer mittleren quadratischen Abweichung der Dopplergeschwindigkeit des Zielpunkts zu den beiden Zeitpunkten, vorzugsweise unter Anwendung eines Gauß-Newton-Verfahrens, ausgebildet. Es wird davon ausgegangen, dass zwischen den Zeitpunkten keine Beschleunigung erfolgt. Diese Annahme ist insbesondere bei hohen Messfrequenzen möglich. Die Berechnung der mittleren quadratischen Abweichung kann effizient durchgeführt werden, sodass der Ressourcenbedarf gering bleibt. Es ergibt sich eine zuverlässige Bestimmung der Translation und der Rotation des Sensorzielpunkts.In a preferred embodiment, the processing unit is designed to determine the translation and the rotation of the sensor target point based on a minimization of a mean square deviation of the Doppler velocity of the target point at the two times, preferably using a Gauss-Newton method. It is assumed that there is no acceleration between the points in time. This assumption is particularly possible at high measurement frequencies. The calculation of the mean square deviation can be carried out efficiently, so that the resource requirement remains low. A reliable determination of the translation and the rotation of the sensor target point results.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Eingangsschnittstelle zum Empfangen von Sensordaten mit Informationen zu Positionen weiterer Zielpunkte an dem Objekt zu den beiden Zeitpunkten ausgebildet. Zusätzlich ist die Bewegungseinheit zum Ermitteln von korrespondierenden weiteren Zielpunkten zu den beiden Zeitpunkten ausgebildet, um die Relativbewegung zu ermitteln. Die Relativbewegung wird basierend auf weiteren Zielpunkten ermittelt. Insbesondere kann über die Eingangsschnittstelle eine Zieleliste mit einer Vielzahl an Zielpunkten und Angaben zu den verschiedenen Zielpunkten empfangen werden. Unter einem korrespondierenden Zielpunkt wird derselbe Zielpunkt zu dem zweiten Zeitpunkt verstanden. Derselbe Zielpunkt wird zu zwei Zeitpunkten observiert. Insbesondere werden die weiteren Zielpunkte entsprechend transformiert und eine Anpassung zu den Zielpunkten des zweiten Zeitpunkts vorgenommen, um die Relativbewegung zwischen Umgebungssensor und Objekt vollständig beschreiben zu können.In a preferred embodiment, the input interface is designed to receive sensor data with information on positions of further target points on the object at the two times. In addition, the movement unit is designed to determine corresponding further target points at the two times in order to determine the relative movement. The relative movement is determined based on further target points. In particular, a target list with a large number of target points and information on the various target points can be received via the input interface. A corresponding target point is understood to mean the same target point at the second point in time. The same target point is observed at two points in time. In particular, the further target points are correspondingly transformed and an adaptation is made to the target points of the second point in time in order to be able to fully describe the relative movement between the environmental sensor and the object.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Bewegungseinheit zum Minimieren einer mittleren quadratischen Abweichung der Positionen und/oder Dopplergeschwindigkeiten der weiteren Zielpunkte zu den beiden Zeitpunkten, vorzugsweise unter Anwendung eines Gauß-Newton-Verfahrens, ausgebildet. Es ist möglich, dass die Kompensation der Bewegung nach der Transformation basierend auf einer Minimierung einer mittleren quadratischen Abweichung durchgeführt wird. Es ergibt sich eine effiziente Berechenbarkeit. Zudem kann eine hochgenaue Bestimmung der Bewegung erfolgen. Die Bewegung kann vollständig beschrieben werden.In a preferred embodiment, the movement unit is designed to minimize a mean square deviation of the positions and / or Doppler velocities of the further target points at the two points in time, preferably using a Gauss-Newton method. It is possible that the compensation of the movement after the transformation is carried out based on a minimization of a mean square deviation. There is an efficient predictability. In addition, the movement can be determined with high precision. The movement can be fully described.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Eingangsschnittstelle zum Empfangen der Sensordaten von einem FMCW-Radarsensor ausgebildet, der vorzugsweise an einem Fahrzeug angebracht ist. Insbesondere kann ein Frequency Modulated Continuous Wave-Radarsensor (FMCW-Radarsensor) als Umgebungssensor verwendet werden. Ein solcher Radarsensor erlaubt eine genaue Messung der Winkel, des Abstands und der Dopplergeschwindigkeit. Das Prinzip der FMCW-Radarsensoren ist im Automotivebereich das am weitesten verbreitete Sensorprinzip. Durch die Verwendung der Sensordaten eines FMCW-Radarsensors ergibt sich eine breite Einsetzbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.In a preferred embodiment, the input interface is designed to receive the sensor data from an FMCW radar sensor, which is preferably attached to a vehicle. In particular, a frequency modulated continuous wave radar sensor (FMCW radar sensor) can be used as the environment sensor. Such a radar sensor allows an exact measurement of the angle, the distance and the Doppler speed. The principle of the FMCW radar sensors is the most widely used sensor principle in the automotive sector. The use of the sensor data of an FMCW radar sensor results in a wide range of applicability of the device according to the invention.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Relativpositionseinheit zum Ermitteln einer Relativposition des Objekts in Bezug auf den Umgebungssensor. Die Eingangsschnittstelle ist zum Empfangen von Sensordaten mit einer ersten Zielpunkteliste mit Informationen zu Positionen von ersten Zielpunkten an dem Objekt zu dem ersten Zeitpunkt und einer zweiten Zielpunkteliste mit Informationen zu Positionen von zweiten Zielpunkten an dem Objekt zu dem zweiten Zeitpunkt ausgebildet. Die Relativpositionseinheit ist zum Erzeugen einer akkumulierten Zielpunkteliste mit Informationen zu Positionen von ersten und zweiten Zielpunkten an dem Objekt zu dem zweiten Zeitpunkt ausgebildet. Die Einträge der ersten Zielpunkteliste werden basierend auf der Translation und Rotation transformiert. Die Relativpositionseinheit ist weiterhin zum Ermitteln der Relativposition des Objekts basierend auf der akkumulierten Zielpunkteliste ausgebildet. Die empfangenen Zielpunktelisten umfassen nicht notwendigerweise dieselben Zielpunkte zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Es kommen auch neue Zielpunkte hinzu. Um die Auflösung zu erhöhen, wird eine akkumulierte Zielpunkteliste erzeugt, die Zielpunkte von mehreren Zeitpunkten umfasst. Hierzu ist es erforderlich, dass die Zielpunkte in dasselbe Koordinatensystem transformiert werden. Um diese Transformation zu erreichen, kann die ermittelte Translation und Rotation verwendet werden. Insbesondere können eine entsprechende Rotationsmatrix sowie ein Translationsvektor für jeden Punkt erzeugt und verwendet werden. Die Transformation erfolgt dabei insbesondere in das aktuelle sensorfeste bzw. fahrzeugfeste Koordinatensystem. Die Objekterkennung bzw. die Ermittlung der Relativposition kann mit höherer Genauigkeit erfolgen.In a preferred embodiment, the device according to the invention comprises a relative position unit for determining a relative position of the object in relation to the environment sensor. The input interface is designed to receive sensor data with a first target point list with information on positions of first target points on the object at the first point in time and a second target point list with information on positions of second target points on the object at the second point in time. The relative position unit is designed to generate an accumulated target point list with information on positions of first and second target points on the object at the second point in time. The entries of the first target point list are transformed based on the translation and rotation. The relative position unit is also designed to determine the relative position of the object based on the accumulated target point list. The destination point lists received do not necessarily include the same destination points at different times. There are also new target points added. In order to increase the resolution, an accumulated target point list is generated which includes target points from several points in time. For this it is necessary that the target points are transformed into the same coordinate system. The determined translation and rotation can be used to achieve this transformation. In particular, a corresponding rotation matrix and a translation vector can be generated and used for each point. The transformation takes place in particular into the current sensor-fixed or vehicle-fixed coordinate system. The object recognition or the determination of the relative position can take place with greater accuracy.
Unter einer Relativbewegung wird eine Bewegung verstanden, die der Umgebungssensor und das Objekt in Bezug zueinander ausführen. Insbesondere kann einerseits eine Bewegung des Objekts relativ zum Umgebungssensor und andererseits eine Bewegung des Umgebungssensors relativ zum Objekt bestimmt werden. Hierdurch kann eine Selbstlokalisierung des Umgebungssensors bzw. eines Fahrzeugs mit Umgebungssensor relativ zu seiner Umgebung und eine Lokalisierung eines Objekts in der Umgebung relativ zum Umgebungssensor bzw. relativ zum Fahrzeug erfolgen. Ein Objekt kann ein stationäres oder mobiles Objekt sein. Insbesondere kann ein Objekt ein anderes Fahrzeug, ein Fußgänger oder auch ein Element der Umgebung, wie eine Fahrbahnbegrenzung oder ein Baum, sein. Eine Translation und eine Rotation können insbesondere durch eine Angabe einer Rotationsmatrix und eines Translationsvektors erfolgen. Ein Umgebungssensor ist insbesondere ein Sensor, dessen Sichtfeld die Umgebung eines Fahrzeugs umfasst. Ein Umgebungssensor sendet ein Signal aus und empfängt Reflexionen an Objekten innerhalb seines Sichtfelds. Das Sichtfeld bezeichnet ein Gebiet, innerhalb dessen Objekte erfasst werden können. Insbesondere kann ein Radar- oder ein Lidarsensor als Umgebungssensor verwendet werden, der eine Dopplerinformation messen und bereitstellen kann. Ein Umgebungssensor kann mehrere Einzelsensoren umfassen, die beispielsweise eine 360°-Rundumsicht ermöglichen und somit ein vollständiges Abbild der Umgebung aufzeichnen können. Ein Sensorzielpunkt ist eine einzelne Detektion des Umgebungssensors. Ein Objekt weist gegebenenfalls mehrere einzelne Sensorzielpunkte auf. Ein Umgebungssensor gibt vorzugsweise eine Sensorzieleliste mit einzelnen Detektionen aus, wobei für jede einzelne Detektion, insbesondere die Winkelangaben (Azimut, Elevation), eine Abstandsangabe (ränge) und eine Radial- bzw. Dopplergeschwindigkeit angegeben ist. Unter einer Relativbewegung versteht sich eine Bewegung des Objekts, die durch eine Translation (Translationsvektor) in einem Punkt und eine Rotation (Rotationsmatrix) angegeben sein kann.A relative movement is understood to mean a movement that the environmental sensor and the object execute in relation to one another. In particular, on the one hand, a movement of the object relative to the ambient sensor and, on the other hand, a Movement of the environmental sensor can be determined relative to the object. As a result, the environmental sensor or a vehicle with an environmental sensor can be self-localized relative to its surroundings and an object in the surroundings can be localized relative to the environmental sensor or relative to the vehicle. An object can be a stationary or a mobile object. In particular, an object can be another vehicle, a pedestrian or an element of the environment, such as a lane boundary or a tree. A translation and a rotation can take place in particular by specifying a rotation matrix and a translation vector. An environmental sensor is, in particular, a sensor whose field of view encompasses the surroundings of a vehicle. An environmental sensor sends out a signal and receives reflections from objects within its field of view. The field of view describes an area within which objects can be detected. In particular, a radar or lidar sensor can be used as the environment sensor, which can measure and provide Doppler information. An environment sensor can comprise several individual sensors which, for example, enable a 360 ° all-round view and can thus record a complete image of the environment. A sensor target point is a single detection of the environmental sensor. An object may have several individual sensor target points. An environment sensor preferably outputs a sensor target list with individual detections, with information given for each individual detection, in particular the angle information (azimuth, elevation), a distance information (ranks) and a radial or Doppler velocity. A relative movement is understood to mean a movement of the object that can be specified by a translation (translation vector) in a point and a rotation (rotation matrix).
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems; -
2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; -
3 eine schematische Darstellung der Problemstellung des Ermittelns einer Relativbewegung; -
4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Berechnungsansatzes zum Ermitteln einer Relativbewegung; -
5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß ermittelten Relativbewegung; und -
6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 a schematic representation of a system according to the invention; -
2 a schematic representation of a device according to the invention; -
3 a schematic representation of the problem of determining a relative movement; -
4th a schematic representation of the calculation approach according to the invention for determining a relative movement; -
5 a schematic representation of a relative movement determined according to the invention; and -
6th a schematic representation of a method according to the invention.
In der
Wie in der
Der Ansatz der Erfindung basiert darauf, dass bei der Ermittlung einer Relativbewegung zwischen Umgebungssensor
In der
Über die Eingangsschnittstelle
In der Verarbeitungseinheit
In der Bewegungseinheit
In der optional vorgesehenen Relativpositionseinheit
In der
Hieraus ergibt sich für die Radialgeschwindigkeit ṙi
Wenn als Bezugspunkt für die Geschwindigkeit
Es ergibt sich für die drei unbekannten Variablen ω, xicr und yicr nur noch ein Bedarf an zwei Randbedingungen. Insoweit ist es möglich, basierend auf der zusätzlichen Berücksichtigung der Dopplergeschwindigkeit auch für das Vorliegen von lediglich zwei Punkten die Relativbewegung zwischen dem Umgebungssensor und dem Objekt bzw. die Kinematik eines Objekts vollständig zu bestimmen.For the three unknown variables ω, x icr and y icr, only two are required Boundary conditions. In this respect, it is possible, based on the additional consideration of the Doppler velocity, to completely determine the relative movement between the environmental sensor and the object or the kinematics of an object for the presence of only two points.
In der
Für die Radialgeschwindigkeit ṙi,k+1 zum zweiten Zeitpunkt gilt
Für das zurückgelegte Kreissegment φ gilt ausgehend von den Strecken c und d der Zusammenhang
Zudem ergibt sich für die y-Position yicr im Momentanpol
Ausgehend hiervon kann dann eine Minimierung des mittleren quadratischen Fehlers über die beiden Dopplergeschwindigkeiten vorgenommen werden. Ein möglicher Lösungsansatz besteht in der Anwendung des Gauß-Newton-Verfahrens
In der
In der
Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.The invention has been comprehensively described and explained with reference to the drawings and the description. The description and explanation are to be understood as examples and not restrictive. The invention is not limited to the disclosed embodiments. Other embodiments or variations will become apparent to those skilled in the art after using the present invention and after carefully analyzing the drawings, the disclosure and the following claims.
In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Ein Element, eine Einheit, eine Schnittstelle, eine Vorrichtung und ein System können teilweise oder vollständig in Hard- und/oder in Software umgesetzt sein. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Ein Computerprogramm kann auf einem nichtflüchtigen Datenträger gespeichert/vertrieben werden, beispielsweise auf einem optischen Speicher oder auf einem Halbleiterlaufwerk (SSD). Ein Computerprogramm kann zusammen mit Hardware und/oder als Teil einer Hardware vertrieben werden, beispielsweise mittels des Internets oder mittels drahtgebundener oder drahtloser Kommunikationssysteme. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.In the claims, the words “comprising” and “having” do not exclude the presence of further elements or steps. The undefined article “a” or “an” does not exclude the presence of a plural. A single element or a single unit can perform the functions of several of the units mentioned in the patent claims. An element, a unit, an interface, a device and a system can be implemented partially or completely in hardware and / or in software. The mere mention of some measures in several different dependent patent claims should not be understood to mean that a combination of these measures cannot also be used advantageously. A computer program can be stored / distributed on a non-volatile data carrier, for example on an optical memory or on a semiconductor drive (SSD). A computer program can be distributed together with hardware and / or as part of hardware, for example by means of the Internet or by means of wired or wireless communication systems. Reference signs in the patent claims are not to be understood as restrictive.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- Systemsystem
- 1212th
- UmgebungssensorEnvironmental sensor
- 1414th
- Objektobject
- 1616
- Vorrichtungcontraption
- 1818th
- Fahrzeugvehicle
- 2020th
- EingangsschnittstelleInput interface
- 2222nd
- VerarbeitungseinheitProcessing unit
- 2424
- BewegungseinheitMovement unit
- 2626th
- RelativpositionseinheitRelative position unit
Claims (10)
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---|---|
DE102019218932B3 true DE102019218932B3 (en) | 2021-05-06 |
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ID=75485799
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20170097410A1 (en) * | 2015-10-02 | 2017-04-06 | Delphi Technologies, Inc. | Automated vehicle radar system to determine yaw-rate of a target vehicle |
DE102018100632A1 (en) * | 2017-10-11 | 2019-04-11 | Symeo Gmbh | Radar method and system for determining the angular position, the location and / or the, in particular vectorial, speed of a target |
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2019
- 2019-12-05 DE DE102019218932.6A patent/DE102019218932B3/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20170097410A1 (en) * | 2015-10-02 | 2017-04-06 | Delphi Technologies, Inc. | Automated vehicle radar system to determine yaw-rate of a target vehicle |
DE102018100632A1 (en) * | 2017-10-11 | 2019-04-11 | Symeo Gmbh | Radar method and system for determining the angular position, the location and / or the, in particular vectorial, speed of a target |
US20190107614A1 (en) * | 2017-10-11 | 2019-04-11 | Symeo Gmbh | Radar method and system for determining the angular position, the location, and/or the velocity, in particular the vectorial velocity, of a target |
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