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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen einer Radarkarte für eine Infrastruktur. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine aufwandsminimierte Erstellung einer Radarkarte.
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Moderne Fortbewegungsmittel verwenden unterschiedlichste Umgebungssensoren, um sich in ihrer Umgebung zu orientieren und Umgebungsobjekte, beispielsweise zum Zwecke der Kollisionsüberwachung, zu erfassen. Insbesondere für weitere Entfernungen sind Radarsensoren vorteilhaft. Durch das allgemeine Interesse an immer detaillierteren Straßenkarten, bis hin zu fotorealistischen Abbildungen ganzer Innenstädte, sind auf optischen Sensoren basierende Karten weitreichend verfügbar, während in diesen keine Informationen zu Radarsignaturen enthalten sind. Die auf Basis optischer Sensoren entstellten Straßenkarten, welche im Rahmen der vorliegenden Offenbarung auch als „Rohdatenkarten“ bezeichnet werden, können daher nicht ohne Weiteres zur Orientierung mittels eines Radarsensors herangezogen werden. Vielmehr werden im Stand der Technik üblicherweise Radarkarten erstellt, indem Fahrzeuge mit Radarsensoren die gewünschte Umgebung abfahren und die hierbei erhaltenen Radarsignaturen in der Karte verzeichnet werden.
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DE 10 2018 118 542 A1 offenbart eine Steuerung eines Fortbewegungsmittels auf Basis hoch aufgelöster Karten, welche mittels optischer Sensoren (Lichtdetektion oder Laserdetektion) erstellt worden sind. Die Karten werden in Verbindung mit Kartenattributen verwendet, welche beispielsweise Schachtabdeckungen, Schilder, Regenwasserkanäle und andere feste Objekte derart kennzeichnen, dass die Radarrückläufe so qualifiziert werden, dass Aktionen von auf den Radarinformationen basierenden Fahrzeugsystemen geändert oder ergänzt werden können.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Erstellung einer Radarkarte schneller und kostengünstiger, als im Stand der Technik bekannt, vornehmen zu können.
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Wie vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Erstellen einer Radarkarte für eine Infrastruktur genutzt. Die Infrastruktur kann als Gebäude oder Bauwerk verstanden werden. Mit anderen Worten wird eine von Menschenhand gebaute oder zumindest modifizierte und von Fortbewegungsmitteln befahrbare bauliche Einrichtung als Infrastruktur im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet. Die Infrastruktur kann beispielsweise als Parkhaus (Inneres) und/oder Parkplatz verstanden werden. Insbesondere sind die kollisionsrelevanten Bereiche der Infrastruktur als für die vorliegende Erfindung relevant und daher als für die Radarkarte zu berücksichtigen angesehen. In einem ersten Schritt wird automatisch ein Abbild eines Objektes in einer auf Basis eines optischen Umgebungssensors aufgenommene Rohdatenkarte erkannt und klassifiziert. Als Rohdatenkarte wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine derartige Karte verstanden, welche ohne die Verwendung von Radarsensoren erstellt worden ist. Insbesondere enthält die Rohdatenkarte auch keine Informationen bezüglich einer Radarsignatur. Vielmehr kann die Rohdatenkarte auf Basis einer Kamera und/oder eines anderen optischen Sensors erstellt worden sein. In der Rohdatenkarte sind jedoch Objekte derart ermittelbar, dass anhand einer Datenbank diese Objekte wiedererkannt werden können. Mit anderen Worten werden die Objekte als in der Datenbank klassifiziert ermittelbar in der Rohdatenkarte repräsentiert. Objekte können beispielsweise Bordsteine, Säulen, Wände, Bäume, Zäune, Gebäude etc. sein. In Abhängigkeit des erkannten und klassifizierten Abbildes des Objektes wird automatisch eine Information bezüglich einer Radarsignatur des Objektes zu dem Abbild des Objektes hinzugefügt und somit die Umwandlung der Rohdatenkarte in die Radarkarte vollzogen. Mit anderen Worten werden der Rohdatenkarte Informationen hinzugefügt oder aus der Rohdatenkarte die Radarkarte erstellt, indem die in der Rohdatenkarte befindlichen Objekte mit Radar-bezogenen Informationen angereichert werden. Mit noch anderen Worten werden zur Erkennung der Objekte mittels eines Radarsensors geeignete, insbesondere erforderliche, Informationen verzeichnet, sodass die Radarkarte zur Erkennung der Objekte mittels eines Radarsensors verwendet werden kann. Hierzu können beispielsweise die Materialien und die Oberflächenbeschaffenheit bzw. die Oberflächenausrichtung der Objekte in der Radarkarte verzeichnet werden. Alternativ oder zusätzlich können der Verlauf, die Charakteristik und die Stärke eines Radarrückläufers (bezogen auf eine vordefinierte Größe bzw. ein Radarsendesignal) für eine jeweilige Entfernung bzw. Position bezüglich des Objektes angegeben werden. Das automatische Zuordnen kann grundsätzlich in einem Rechner erfolgen, welcher imstande ist, die Abbilder der Objekte in der Rohdatenkarte zu erkennen und welcher Informationen aufweist bzw. zur Verfügung hat, um die Informationen bezüglich der Radarsignatur dem jeweiligen Objekt hinzuzufügen. Insbesondere wird erfindungsgemäß also nicht verlangt, eine Fahrt durch die Infrastruktur unter Verwendung eines Radarsensors zu unternehmen und hierbei auch die Ortsdaten der Radarrückläufer aufzunehmen. Vielmehr kann diesbezüglich auf die in der Rohdatenkarte enthaltenen Informationen zurückgegriffen werden und insbesondere zueinander korrespondierende Objekte (insbesondere standardisierte Objekte wie z. B. Kanalschachtabdeckung, Säulen, Zäune etc.) stets mit ein und derselben Information bezüglich der zugeordneten Radarsignatur angereichert werden. Dies hat den weiteren Vorteil, dass lediglich diejenigen Informationen zur Radarkarte hinzugefügt werden, welche für die Orientierung des Fortbewegungsmittels unter Verwendung des Radarsensors auch hilfreich sind. Die Radarkarte kann somit hinsichtlich der enthaltenen Daten schlank und wenig speicheraufwendig gehalten werden.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung.
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Das Erkennen und Klassifizieren des Abbildes des Objektes kann auf Basis einer Geometrie des Abbildes des Objektes automatisch erfolgen. Mit anderen Worten können die Form des Objektes bzw. seine optische Erstreckung zur Erkennung und Klassifikation verwendet werden. Zudem können auch Informationen, wie Oberflächenbeschaffenheit, Farbe, Höhe, Ausrichtung und relative Position zu Umgebungsobjekten, darüber Auskunft geben, um welche Art von Objekt es sich vermutlich handelt. Hierzu können im Stand der Technik grundsätzlich bekannte Computergestützte optische Objekterkennungsalgorithmen verwendet werden. Auch die Verwendung von Cloudbasierten Objekterkennungsalgorithmen ist möglich. Zudem ist eine Erkennung auf Basis künstlicher Intelligenz bzw. Maschinenlearning möglich.
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Die Informationen bezüglich der Radarsignatur können auf Basis von Daten bezüglich einer Abmessung und/oder eines Materials des Objektes erstellt werden. Derartige Daten können automatisch oder von Menschenhand in der Rohdatenkarte verzeichnet worden sein. Diese Informationen können unmittelbar in der Rohdatenkarte enthalten sein und rechentechnisch in eine Information repräsentierend die Radarsignatur des jeweiligen Objektes umgewandelt werden, um die Radarkarte zu erstellen. Grundsätzlich können die Informationen zu Material und Abmessungen jedoch auch aus Bilddaten innerhalb der Rohdatenkarte errechnet/ermittelt werden, wobei insbesondere die Oberflächengestalt/Textur eines Abbildes eines Objektes darüber entscheidet, welche Radarsignatur diesem Abbild des Objektes in der Radarkarte zugeordnet wird.
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Nach erfolgter Erstellung der Radarkarte kann die Radarkarte in einen Datenspeicher eines Fortbewegungsmittels geladen werden. Dort kann sie verwendet werden, um Radarrückläufer eines Radarsensors des Fortbewegungsmittels dahingehend auszuwerten, von welcher Art Objekt sie vermutlich stammen und an welcher Position / in welcher Ausrichtung zum Fortbewegungsmittel sich das Objekt befindet. Mit anderen Worten kann die erfindungsgemäß erstellte Radarkarte in einem Radar-basierten Fahrerassistenzsystem eines Fortbewegungsmittels verwendet werden oder die autonome Führung des Fortbewegungsmittels durch einen Fahrroboter unterstützen.
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Nachfolgend werden einzelne Merkmale konkreter bezeichnet, ohne dass dies einen einschränkenden Charakter auf die oben beschriebene Erfindung oder ihren Schutzbereich haben kann:
- Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, existierende Rohdatenkarten (auch HD-Karten) mit geometrischen Objekten (Wände, Säulen, Bodenmarkierungen, Boden) als Umgebungsobjekte durch die Verwendung von Parametern, wie z. B. Dichte, Material etc., derart umzurechnen, dass anschließend direkt die Radar-Rohziele in der Radarkarte registriert werden können. Mit anderen Worten werden die Informationen bezüglich der Radar-Rohziele in die Radarkarte aufgenommen, ohne dass jeder Radarrückläufer bei einer Radar-Scanning-Fahrt analysiert und umgerechnet werden muss. Vielmehr muss die HD-Karte nur einmal umgerechnet werden bzw. jedes einer Objektklasse zugehörige Objekt kann durch dieselbe Radarsignatur verzeichnet werden. Die HD-Karte, enthaltend Objekte und Materialeigenschaften (z. B. Materialart, optional auch Dichte, RCS (Radar Cross Section, Radarquerschnitt, Reflexivität) wird mittels Laser-Scannern und anschließender Verarbeitung der entstandenen Punktewolke des Lasers erstellt. Dies kann durch eine sogenannte Scanning-Fahrt erfolgen, in welcher der Laser-Scanner auf einem Fortbewegungsmittel montiert durch die zu kartographierende Infrastruktur fährt. Hierbei werden Ortsdaten und die mittels des Laser-Scanners aufgenommenen Informationen mit einander verknüpft und kartiert.
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Anschließend wird die HD-Karte unter Zuhilfenahme von Materialeigenschaften und Kenntnissen der Eigenschaften des zu verwendenden Radarsensors derart umgerechnet, dass eine Radarkarte entsteht. Auf diese Weise kann eine zusätzliche Kartierung von Radardaten im Zuge einer separaten Scanning-Fahrt erübrigt werden.
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Optional kann ein Lernprozess vorteilhaft sein, welcher die Ausführung des o. g. Verfahrens vorbereiten und diesem vorausgehen kann. Dieser umfasst die folgenden Schritte: Eine HD-Karte wird mit Objekten und Materialeigenschaften auf Basis optischer Sensoren erstellt. Anschließend wird eine Radarkarte erstellt. Hierzu werden ein Radarsensor oder mehrere Radarsensoren zur Erfassung der Objekte in Verbindung mit einer Referenzlokalisierung (RTK, Lidar, iGPS) zum Mapping der Objekte der HD-Karte mit den Objekten, welche mittels des Radarsensors erfasst worden sind, verwendet. Anschließend werden dynamische Objekte (Passanten, fahrende Fahrzeuge etc.), um eine Karte der statischen, persistenten Radarziele zu erhalten. Die HD-Objektkarte wird mit der Radarkarte abgeglichen. Alle Objekte vom Boden bis zur Decke (ausgenommen die Decke selbst) werden miteinander verglichen. Aus den Zusammenhängen zwischen HD-Karte und Materialeigenschaften sowie Geometrie werden Parameter abgeleitet, welche die Transformation eines Objektes in die Radarerscheinung des Objektes widerspiegeln.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, welche einen Dateneingang, eine Auswerteeinheit (z.B. ein programmierbarer Prozessor, ein elektronisches Steuergerät o.ä.) und einen Datenausgang umfasst. Mittels des Dateneingangs ist die Vorrichtung eingerichtet, eine auf Basis eines optischen Umgebungssensors aufgenommene Rohdatenkarte sowie weiterführende Informationen zu empfangen. Die weiterführenden Informationen können beispielsweise Informationen zu Objekten bzw. Objektklassen aufweisen, durch welche potentiell in der Rohdatenkarte repräsentierte Objekte gekennzeichnet sind. Mittels der Auswerteeinheit ist die erfindungsgemäße Vorrichtung eingerichtet, zumindest ein Abbild eines Objektes in der Rohdatenkarte automatisch zu erkennen und zu klassifizieren. Dies kann beispielsweise auf Basis einer optischen Mustererkennung erfolgen. Mittels des Datenausgangs ist die Vorrichtung eingerichtet, automatisch eine Information bezüglich einer Radarsignatur des Objektes zu dem Abbildung des Objektes zuzuordnen, um die Rohdatenkarte in die Radarkarte umzuwandeln.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel (z.B. ein Fahrzeug, ein Flugzeug o.Ä.) vorgeschlagen, welches einen Radarsensor und einen Datenspeicher umfasst. Der Datenspeicher hält eine Radarkarte bereit, welche nach einem oben beschriebenen Verfahren erstellt worden ist und stellt sie zur Verwendung in Verbindung mit dem Radarsensor zu Verfügung.
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Gemäß einem vierten Erfindungsaspekt wird ein Computerprogrammprodukt (z.B. ein Datenspeicher) vorgeschlagen, auf welchem Instruktionen gespeichert sind, die einen programmierbaren Prozessor in die Lage versetzen, die Schritte eines Verfahrens gemäß dem erstgenannten Erfindungsaspekt durchzuführen. Das Computerprogrammprodukt kann als CD, DVD, Blu-ray-Disc, Flash-Speicher, Festplatte, RAM/ROM, Cache etc. ausgestaltet sein.
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Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Signalfolge repräsentierend Instruktionen vorgeschlagen, welche einen programmierbaren Prozessor in die Lage versetzen, die Schritte eines Verfahrens gemäß dem erstgenannten Erfindungsaspekt durchzuführen. Auf diese Weise wird auch die informationstechnische Bereitstellung der Instruktionen für den Fall unter Schutz gestellt, dass sich die hierzu erforderlichen Speichermittel außerhalb des Geltungsbereiches der beigefügten Ansprüche befinden.
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Die Merkmale, Merkmalskombination und die sich aus diesen ergebenden Vorteile des zweiten bis fünften Aspektes entsprechen den in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt beschriebenen derart ersichtlich, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
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Nachfolgend werden weitere Merkmale und Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnungsfiguren im Detail erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäß verwendbaren Rohdatenkarte einer Ebene eines Parkhauses;
- 2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäß verwendbaren herkömmlich ermittelten Radarsignaturkarte der Ebene des Parkhauses;
- 3 eine schematische Darstellung der Informationsverarbeitung im Rahmen eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
- 4 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines auf Basis optischer Sensoren gescannten Parkhauses in Form einer Rohdatenkarte 6. Die Parkhausebene ist gekennzeichnet durch Fahrstraßen 2, zwischen welchen Parkbuchten 4 linienförmig angeordnet sind. Kollisionsrelevante Erhöhungen in Form von Bordsteinen 3 und Säulen 5 säumen die Fahrstraßen bzw. Parkbuchten. Radar-bezogene Informationen sind in der dargestellten Ansicht nicht enthalten.
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2 zeigt eine in herkömmlicher Weise erstellte Radardatenkarte 10 von der in 1 repräsentierten Parkhausebene, in welcher die bzw. sämtliche Daten repräsentierend die Radarsignaturen der Fahrstraßen 2', Bordsteine 3' und Säulen 5` verzeichnet sind. In dieser Karte sind die Radarsignaturen kartographiert bzw. örtlichen Positionen in der Parkhausebene zugeordnet. Imstand der Technik wurde stets eine Verknüpfung der Radardatenkarte 10 mit der Rohdatenkarte 6 (1) angestrebt, um möglichst umfangreiche und lückenlose Daten zu erhalten.
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3 zeigt ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erstellen einer Radarkarte für eine Infrastruktur. zunächst wird in einem Lernverfahren eine in herkömmlicher Weise ermittelte Radardatenkarte 10 hinsichtlich der enthaltenen Objekte und ihrer Radarsignaturen ausgewertet. Dies geschieht, indem Informationen bezüglich der Radarsignaturen in Form einer Tabelle 9 in einer Datenbank 7 gespeichert werden. Hierin können die Informationen mit Daten verknüpft werden, welche eine optische Objekterkennung der durch die Radarsignaturen charakterisierten Objekte ermöglichen. Nun ist die dargestellte Anordnung vorbereitet, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Hierin werden einem Rechner 8, eine Rohdatenkarte 6 und die Tabelle 9 zur Verfügung gestellt. In der Rohdatenkarte 6 werden Objekte aufgrund ihrer optischen Eigenschaften erkannt und zu den erkannten Objekten die in der Tabelle 9 korrespondierenden Radarsignaturen hinzugefügt. Insbesondere kann eine Radarsignatur einer Objektklasse innerhalb der Tabelle 9 mehreren Positionen innerhalb der Rohdatenkarte 6 zugeordnet werden, um eine Radarkarte 1 zu enthalten. In dieser sind die Radarsignaturen nun mit Ortsangaben der Infrastruktur verknüpft, ohne dass jemals eine Radar-Scanning-Fahrt durch die in der Rohdatenkarte 6 repräsentierte Infrastruktur unternommen worden sein muss.
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4 zeigt Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erstellen einer Radarkarte für eine Infrastruktur. Im Schritt 100 wird eine Infrastruktur mittels eines optischen Umgebungssensors in Form einer Kamera zur Erstellung einer Rohdatenkarte vermessen. In Schritt 200 wird ein Abbild eines Objektes in der Rohdatenkarte automatisch erkannt und klassifiziert. In Schritt 300 wird automatisch eine Information bezüglich einer Radarsignatur des erkannten und klassifizierten Abbildes zu dem Abbild des Objektes zugeordnet, um die Rohdatenkarte in eine Radarkarte zu überführen. Insbesondere wird diese Zuordnung aufgrund der Tatsache vorgenommen, dass das Objekt erkannt und klassifiziert worden ist, bzw. aufgrund der Zugehörigkeit des Abbildes des Objektes zu der Klasse. Anschließend wird in Schritt 400 die Radarkarte in einem Datenspeicher eines Fortbewegungsmittels geladen und in Schritt 500 bei einer Radar-basierten Umfelddetektion des Fortbewegungsmittels verwendet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radarkarte
- 2
- Fahrstraße
- 3
- Bordstein
- 4
- Parkbucht
- 5
- Säule
- 6
- Rohdatenkarte
- 7
- Datenbank
- 8
- Rechner
- 9
- Tabelle
- 10
- Radardatenkarte
- 100 - 500
- Verfahrensschritte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018118542 A1 [0003]
