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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung mindestens eines Sensors, insbesondere eines Umfeldsensors, eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Die Erfindung kann insbesondere in autonom oder teilautonom fahrenden Fahrzeugen zur Anwendung gelangen, die üblicherweise mit einer Vielzahl unterschiedlicher Sensoren, insbesondere Umfeldsensoren, wie beispielsweise Radar-, Lidar-, Ultraschall- und/oder Videosensoren, ausgestattet sind.
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Stand der Technik
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Die Kalibrierung eines Fahrzeugsensors wird üblicherweise manuell vorgenommen, und zwar mit Hilfe mindestens eines Kalibrierobjekts, das auf den jeweiligen Sensortyp abgestimmt ist. Um die Kalibrierung vorzunehmen, muss der Sensor vorab exakt in Bezug auf das mindestens eine Kalibrierobjekt positioniert bzw. ausgerichtet werden. Ferner muss die Abweichung zwischen der Sensorachse und der Fahrachse des Fahrzeugs definiert werden. Bei einer Vielzahl von Sensoren besitzen diese Vorgänge eine gewisse Komplexität. Es hat daher bereits verschiedene Ansätze gegeben, die Kalibrierung von Sensoren weitgehend zu automatisieren.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2018 203 941 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zum automatischen Kalibrieren eines Radarsensors eines Fahrzeugs bekannt, bei dem das Fahrzeug mit Hilfe eines Transportmittels entlang einer Strecke vorbei an einem Reflektor für Radarwellen bewegt wird. Der Reflektor dient dabei als Kalibrierobjekt.
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Während das Fahrzeug entlang der Strecke bewegt wird, sendet der Radarsensor Radarwellen in Richtung des Reflektors aus, die vom Reflektor reflektiert und vom Radarsensor wieder empfangen werden. Aus den empfangenen Radarwellen wird bzw. werden mit Hilfe geometrischer Berechnungen die Position und/oder die Ausrichtung des Radarsensors relativ zum Reflektor ermittelt, und zwar zu unterschiedlichen Zeitpunkten, das heißt an unterschiedlichen Fahrzeugpositionen. Basierend auf diesen Informationen wird der Radarsensor räumlich kalibriert, wobei vorzugsweise eine laterale Verschiebung und/oder eine Abweichung der Ausrichtung des Radarsensors relativ zu einer Mittelachse des Fahrzeugs ermittelt wird. Hierzu ist es jedoch erforderlich, dass der Abstand und/oder die Ausrichtung der Mittelachse des Fahrzeugs in Bezug auf den Reflektor bekannt ist bzw. sind. Dies ist der Fall, wenn ein Transportband als Transportmittel verwendet wird, dessen Position zum Reflektor vorgegeben ist. Durch entsprechendes Positionieren und Fixieren des Fahrzeugs auf dem Transportband, beispielsweise mittels Schienen, ist somit die Position des Fahrzeugs in Bezug auf den Reflektor vorgegeben. Ein aufwändiges Ausrichten des Fahrzeugs bzw. des Sensors in Bezug auf den Reflektor kann somit entfallen.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Automatisierungsgrad bei der Kalibrierung mindestens eines Sensors eines Fahrzeugs weiter zu erhöhen.
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Zur Lösung der Aufgabe wird das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Darüber hinaus wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Kalibrierung mindestens eines Sensors, insbesondere eines Umfeldsensors, eines Fahrzeugs, bei dem mindestens ein Kalibrierobjekt verwendet wird, das zum Fahrzeug beabstandet und vom Sensor erfassbar ist. Erfindungsgemäß wird durch Bewegen des Kalibrierobjekts oder des Fahrzeugs die Position des Kalibrierobjekts in Bezug auf den Sensor des Fahrzeugs geändert. Nach einer Positionsänderung werden aktuelle Positionsdaten mit Hilfe des Sensors sowie mit Hilfe mindestens einer externen Kamera erfasst. Anschließend werden die mit Hilfe des Sensors und der Kamera erfassten Positionsdaten abgeglichen.
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Dadurch, dass Positionsdaten nicht nur mit Hilfe des Sensors, sondern ferner mit Hilfe mindestens einer externen Kamera erfasst werden, ist eine vorhergehende exakte Ausrichtung des Sensors in Bezug auf das Kalibrierobjekt entbehrlich. Denn die mit Hilfe der Kamera erfassten Positionsdaten können als Vergleichsdaten herangezogen werden, so dass durch Abgleich der mit Hilfe des Sensors und der mit Hilfe der Kamera erfassten Daten eine räumliche Kalibrierung des Sensors durchführbar ist.
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Die Kalibrierung des Sensors nimmt demzufolge weniger Zeit in Anspruch. Ferner kann ein hoher Grad der Automatisierung erreicht werden, da es auf eine exakte Positionierung des Sensors in Bezug auf das Kalibrierobjekt nicht mehr ankommt. Das Gegenteil ist der Fall, da sich die Position des Sensors in Bezug auf das Kalibrierobjekt durch die Bewegung des Kalibrierobjekts bzw. des Fahrzeugs fortlaufend ändert. Die vorgeschlagene Positionsänderung wird dabei durch Bewegen des Kalibrierobjekts in Bezug auf das Fahrzeug oder durch Bewegen des Fahrzeugs in Bezug auf das Kalibrierobjekt erreicht. Das jeweils andere Objekt bzw. Fahrzeug behält vorzugsweise seine Position bei.
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Bevorzugt weist das jeweils nicht bewegte Objekt bzw. Fahrzeug eine Position auf, deren Positionsdaten bereits bekannt sind. Mit Hilfe der mindestens einen externen Kamera müssen somit nur die sich ändernden Positionsdaten des sich bewegenden Objekts bzw. Fahrzeugs erfasst werden. Auf diese Weise kann das Verfahren weiter vereinfacht werden.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Kalibrierobjekt um das Fahrzeug bewegt. Das Kalibrierobjekt kann beispielsweise mit Hilfe eines Roboterarms oder einer Drohne bewegt werden. Sowohl mit Hilfe des Roboterarms als auch mit Hilfe der Drohne kann das Kalibrierobjekt in alle drei Raumrichtungen bewegt werden. Zudem kann die Ausrichtung des Kalibrierobjekts in Bezug auf das Fahrzeug bzw. in Bezug auf den Sensor geändert werden.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird das Fahrzeug gedreht. Das Fahrzeug kann beispielsweise mit Hilfe einer Drehbühne gedreht werden. Durch Drehen des Fahrzeugs wird durch die Positionsänderung des Sensors eine Positionsänderung des Kalibrierobjekts in Bezug auf den Sensor erreicht. Die Positionsänderung geht zudem mit einer geänderten Ausrichtung des Kalibrierobjekts in Bezug auf den Sensor einher.
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Vorzugsweise ist die Position der mindestens einen externen Kamera fest vorgegeben und die Kamera wird während der Durchführung des Verfahrens auch nicht bewegt. Idealerweise ist die mindestens eine externe Kamera derart angeordnet, dass ein Dreieck zwischen der Kamera, dem Kalibrierobjekt und dem Sensor aufgespannt wird. Basierend auf den mit Hilfe der Kamera zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfassten Positionsdaten und unter Zuhilfenahme geometrischer Berechnungen kann somit eine exakte Positionsbestimmung durchgeführt werden.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Fahrzeug oder das mindestens eine Kalibrierobjekt innerhalb eines vorab definierten Kalibrierungsbereichs bewegt wird, der von der mindestens einen externen Kamera, vorzugsweise von mehreren externen Kameras, erfasst wird. Dadurch ist sichergestellt, dass das sich bewegende Kalibrierobjekt bzw. Fahrzeug stets von der mindestens einen Kamera erfasst wird. Vorzugsweise werden mehrere Kameras zur Positionserfassung eingesetzt, so dass auch ein größerer Kalibrierungsbereich vollständig erfassbar ist. Weiterhin vorzugsweise besitzen die mehreren Kameras einen sich jeweils überlappenden Erfassungsbereich.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die mit Hilfe des Sensors und der mindestens einen externen Kamera erfassten Positionsdaten jeweils mit einem Zeitstempel versehen werden. Der Zeitstempel erleichtert den Abgleich der zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfassten Positionsdaten. Durch den Zeitstempel ist sichergestellt, dass nur zeitgleich erfasste Positionsdaten miteinander abgeglichen werden.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorzugsweise die Bewegung des Kalibrierungsobjekts oder des Fahrzeugs kontinuierlich mit Hilfe des Sensors und mit Hilfe der mindestens einen Kamera erfasst. Somit werden eine Vielzahl an Positionsdaten erfasst, die miteinander abgeglichen werden können.
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Bevorzugt werden mit Hilfe der mindestens einen externen Kamera 6D-Positionsdaten erfasst. Die Positionsdaten enthalten somit auch Informationen in Bezug auf die jeweilige Ausrichtung des Kalibrierobjekts in Bezug auf den Sensor.
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Des Weiteren bevorzugt werden alle erfassten Positionsdaten an eine Recheneinheit zur Auswertung übermittelt. Das heißt, dass mit Hilfe der Recheneinheit der Abgleich der mit Hilfe des Sensors und der mit Hilfe der mindestens einen externen Kamera erfassten Positionsdaten durchgeführt wird. Zur Übermittlung der Daten an die Recheneinheit sind der Sensor und die mindestens eine externe Kamera jeweils in datenübertragender Weise mit der Recheneinheit verbunden. Der Recheneinheit können auch bereits bekannte Positionsdaten eines fest installierten Kalibrierobjekts oder eines in einer vorgegebenen Position abgestellten Fahrzeugs vorliegen, das jeweils während der Durchführung des Verfahrens nicht bewegt wird. Die bekannten Positionsdaten können in einem Speicher der Recheneinheit abgelegt sein. Vorteilhafterweise ist die Recheneinheit Bestandteil einer Vorrichtung zur Kalibrierung des mindestens einen Sensors.
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Sofern die Position des Fahrzeugs nicht bekannt ist, sondern mit Hilfe der mindestens einen Kamera bestimmt werden muss, kann dies mit Hilfe von Referenzmerkmalen erfolgen. Hierzu können am Fahrzeug bereits vorhandene oder gezielt platzierte Referenzmerkmale verwendet werden. Vorhandene Referenzmerkmale können beispielsweise durch die Formgebung des Fahrzeugs bzw. des Fahrzeugtyps vorgegeben sein. Alternativ oder ergänzend kann ein zur Verfügung stehendes 2D- oder 3D-Modell des Fahrzeugs verwendet werden.
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Darüber hinaus wird eine Vorrichtung zur Kalibrierung mindestens eines Sensors, insbesondere eines Umfeldsensors, eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst mindestens ein Kalibrierobjekt, mindestens eine Kamera sowie Mittel zum Bewegen des Fahrzeugs oder des mindestens einen Kalibrierobjekts. Die vorgeschlagene Vorrichtung ist insbesondere zur Durchführung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet, so dass sich mit Hilfe der Vorrichtung die gleichen Vorteile erzielen lassen.
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Die mindestens eine Kamera der vorgeschlagenen Vorrichtung ist derart angeordnet, dass sie sowohl das mindestens eine Kalibrierobjekt als auch das Fahrzeug erfasst. Vorzugsweise definiert der Erfassungsbereich der mindestens einen Kamera einen Kalibrierungsbereich, innerhalb dessen das Kalibrierobjekt oder das Fahrzeug bewegt wird. Zur vollständigen Erfassung eines größeren Kalibrierungsbereichs wird eine Vorrichtung mit mehreren Kameras vorgeschlagen, die vorzugsweise derart angeordnet und ausgerichtet sind, dass sich ihre Erfassungsbereiche überlappen.
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Die mindestens eine Kamera ist fest installiert und in datenübertragender Weise mit einer Recheneinheit zur Auswertung der erfassten Positionsdaten verbunden. Die Recheneinheit ist vorzugsweise ebenfalls Bestandteil der vorgeschlagenen Vorrichtung zur Kalibrierung mindestens eines Sensors. Um den Abgleich der mit Hilfe der mindestens einen Kamera erfassten Positionsdaten und den Sensordaten sowie die anschließende räumliche Kalibrierung des Sensors zu ermöglichen, ist vorzugsweise der Sensor ebenfalls in datenübertragender Weise mit der Recheneinheit verbunden.
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Die vorgesehenen Mittel zum Bewegen des Fahrzeugs oder des mindestens einen Kalibrierobjekts umfassen vorzugsweise einen Roboterarm, eine Drohne oder eine Drehbühne. Mit Hilfe des Roboterarms oder der Drohne kann beispielsweise das Kalibrierobjekt um das Fahrzeug herumbewegt werden. Mit Hilfe der Drehbühne kann das Fahrzeug gedreht werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer ersten Anordnung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Anordnung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 3 eine schematische Darstellung einer dritten Anordnung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
- 4 eine schematische Darstellung einer vierten Anordnung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Der 1 sind die erfindungswesentlichen Komponenten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kalibrierung eines Sensors, insbesondere eines Umfeldsensors, eines Fahrzeugs 1 zu entnehmen. Hierbei handelt es sich um mindestens ein Kalibrierobjekt 2 und mindestens eine Kamera 3, die jeweils in einem Abstand zum Fahrzeug 1 angeordnet sind. Ferner umfasst die Vorrichtung Mittel zum Bewegen des Kalibrierobjekts 2 oder des Fahrzeugs 1 (siehe 2-4). Mit Hilfe der Mittel wird das Kalibrierobjekt 2 oder das Fahrzeug 1 bewegt, so dass sich die Position des Kalibrierobjekts 2 in Bezug auf den Sensor des Fahrzeugs 1 ändert. Die Positionsänderung wird sowohl mit Hilfe der Kamera 3 als auch mit Hilfe des im Fahrzeug 1 verbauten Sensors erfasst. Durch Abgleich der mit Hilfe der Kamera 3 und des Sensors erfassten Positionsdaten wird eine Abweichung der Ausrichtung des Sensors erkannt und ggf. korrigiert.
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Anstelle einer exakten Ausrichtung des Fahrzeugs 1 bzw. des Sensors in Bezug auf das Kalibrierobjekt 2 wird die Position des Kalibrierobjekts 2 in Bezug auf das Fahrzeug 1 kontinuierlich geändert, und zwar durch Bewegen des Kalibrierobjekts 2 oder des Fahrzeugs 1. Wie beispielhaft in den 2 bis 4 dargestellt, können unterschiedliche Mittel zum Bewegen des Kalibrierobjekts 2 oder des Fahrzeugs 1 eingesetzt werden.
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Bei der in der 2 dargestellten Anordnung weist das Fahrzeug 1 eine vorgegebene Position auf, während die Position des Kalibrierobjekts 2 mit Hilfe einer Drohne 5 verändert wird. Das Kalibrierobjekt 2 ist hierzu an der Drohne 5 befestigt, so dass die Drohne 5 das Kalibrierobjekt 2 um das Fahrzeug 1 herum fliegen kann. Dabei kann die Drohne 5 auch unterschiedliche Höhenlagen einnehmen. Die Position, insbesondere die Höhenlage, des Fahrzeugs 1 ist durch eine Art Hebebühne 7 fest vorgegeben.
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Während das Kalibrierobjekt 2 mit Hilfe der Drohne 5 bewegt wird, ändert sich die Position des Kalibrierobjekts 2 sowohl in Bezug auf den im Fahrzeug 1 verbauten Sensor, als auch in Bezug auf die Kamera 3 bzw. die in der 2 dargestellten mehreren Kameras 3. Die mit Hilfe des Sensors und der Kameras 3 zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfassten Positionsdaten, insbesondere 6D-Positionsdaten, werden an eine Recheneinheit 6 übermittelt und mit Hilfe der Recheneinheit 6 abgeglichen.
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Der 3 ist eine Anordnung zu entnehmen, bei der das Kalibrierobjekt 2 an einem Roboterarm 4 einer Vorrichtung zur Sensorkalibrierung angeordnet ist. Der Roboterarm 4 ist dank eines Schienensystems 8 in alle drei Raumrichtungen bewegbar. Darüber hinaus kann der Roboterarm 4 gedreht und/oder gekippt werden, so dass die Ausrichtung des Kalibrierobjekts 2 in Bezug auf das Fahrzeug 1 veränderbar ist. Die Position des Fahrzeugs 1 ist demgegenüber fest vorgegeben. Das Fahrzeug 1 ist hierzu ebenfalls auf einer Art Hebebühne 7 platziert.
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Eine weitere Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der 4 dargestellt. Hier ist das Kalibrierobjekt 2 fest an einem Schienensystem 8 installiert, so dass nicht das Kalibrierobjekt 2, sondern das Fahrzeug 1 bewegt wird, und zwar wird das Fahrzeug 1 gedreht. Das Fahrzeug 1 ist hierzu auf einer Drehbühne (nicht dargestellt) angeordnet, die ähnlich der Hebebühne 7 der 2 und 3 ausgebildet sein kann, darüber hinaus jedoch eine Drehung des Fahrzeugs 1 ermöglicht.
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Wird die Drehbühne der Anordnung der 4 nicht betätigt, so dass die Position des Fahrzeugs 1 fest vorgegeben ist, kann mit Hilfe des Schienensystems 8 auch das Kalibrierobjekt 2 bewegt werden. Die Anordnung der 4 ist bei Bedarf demnach analog der Anordnung der 3 einsetzbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018203941 A1 [0004]
