DE102021000372A1 - Calibration body for calibrating an environment detection sensor system of a vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kalibrierkörper (1) zum Kalibrieren einer Umgebungserfassungssensorik eines Fahrzeugs, welcher zur Kalibrierung von Umgebungssensoren mit unterschiedlicher Sensormodalität ausgebildet ist. Erfindungsgemäß umfasst der Kalibrierkörper (1) eine zumindest binäre Kodierung (K), welche mittels mehrerer unterschiedlicher Merkmalsausprägungen (2.1 bis 2.6) und deren Anordnung gebildet ist, durch die unterschiedlichen Sensormodalitäten eindeutig erfassbar ist und für die Kalibrierung erforderliche Merkmale bereitstellt.

Figure DE102021000372A1_0000
The invention relates to a calibration body (1) for calibrating an environment detection sensor system of a vehicle, which is designed to calibrate environment sensors with different sensor modality. According to the invention, the calibration body (1) comprises an at least binary code (K), which is formed by means of several different feature expressions (2.1 to 2.6) and their arrangement, can be clearly detected by the different sensor modalities and provides the features required for the calibration.
Figure DE102021000372A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft einen Kalibrierkörper zum Kalibrieren einer Umgebungserfassungssensorik eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a calibration body for calibrating an environment detection sensor system of a vehicle according to the preamble of claim 1.

Eine extrinsische Kalibrierung von Sensoren erfordert eine eindeutige Identifikation von korrespondierenden Merkmalspositionen in Daten der zu kalibrierenden Sensoren. Hierfür werden meist Kalibrierkörper eingesetzt, welche durch Ihre Beschaffenheit, insbesondere ihre Reflektivität und/oder Geometrie, so gestaltet sind, dass auf diesen eine fest definierte Anzahl an geeigneten Merkmalen eindeutig identifiziert werden kann. Die Anzahl an Merkmalen, welche ein einzelner Kalibrierkörper bereitstellen kann, ist sowohl durch seine Geometrie als auch durch Parameter der zu kalibrierenden Sensoren begrenzt. Durch eine zeitgleiche Platzierung von mehreren Kalibrierkörpern kann die Anzahl an detektierbaren Merkmalen in den Sensordaten erhöht werden. Für die Kalibrierung ist es jedoch notwendig, dass jeder Punkt in den Sensordaten zu jedem Zeitpunkt eindeutig identifiziert werden kann, um so einen Bezug zwischen den verschiedenen Sensordaten zu ermöglichen. Entsprechend kann kein identisches Kalibriertarget zeitgleich zum Einsatz kommen, da es auf diese Weise zu Mehrdeutigkeiten kommen würde, welche eine eindeutige Zuordnung aller Merkmale verhindern würde. Um eine eindeutige Zuordnung von Merkmalen auf einem Kalibrierkörper zu ermöglichen, ist eine eindeutige Identifikation der im Sichtfeld der Sensoren platzierten Kalibrierkörper erforderlich.An extrinsic calibration of sensors requires a clear identification of corresponding feature positions in the data of the sensors to be calibrated. For this purpose, calibration bodies are usually used which, due to their nature, in particular their reflectivity and / or geometry, are designed in such a way that a fixed number of suitable features can be clearly identified on them. The number of features that an individual calibration body can provide is limited both by its geometry and by parameters of the sensors to be calibrated. By placing several calibration bodies at the same time, the number of detectable features in the sensor data can be increased. For the calibration, however, it is necessary that each point in the sensor data can be clearly identified at any point in time in order to enable a relationship between the various sensor data. Correspondingly, no identical calibration target can be used at the same time, since this would lead to ambiguities which would prevent a clear assignment of all features. In order to enable a clear assignment of features on a calibration body, a clear identification of the calibration body placed in the field of view of the sensors is necessary.

Somit wird nur ein Kalibrierkörper zeitgleich platziert, dessen Positionen und Orientierungen zwischen Messaufnahmen verändert wird. Alternativ wird eine initiale, hochgenaue und kostenintensive Vermessung von Kalibrierkörperpositionen in kontrollierten Innenbereichen durchgeführt. Kommt es hierbei zu leichten Veränderungen von Kalibrierkörperposen, muss die Vermessung erneut durchgeführt werden.
Aus der DE 10 2020 004 822 A1 ist ein polyedrisch geformter Kalibrierkörper zum Kalibrieren einer Umgebungserfassungssensorik eines Fahrzeugs bekannt, welcher zur Kalibrierung von Umgebungssensoren mit unterschiedlicher Sensormodalität ausgebildet ist.Thus, only one calibration body is placed at the same time, the positions and orientations of which are changed between measurement recordings. Alternatively, an initial, high-precision and cost-intensive measurement of calibration body positions is carried out in controlled interior areas. If there are slight changes in the calibration body poses, the measurement must be carried out again.
From the DE 10 2020 004 822 A1 a polyhedral calibration body for calibrating an environment detection sensor system of a vehicle is known, which is designed for calibrating environment sensors with different sensor modalities.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Kalibrierkörper zum Kalibrieren einer Umgebungserfassungssensorik eines Fahrzeugs anzugeben.The invention is based on the object of specifying a calibration body, which is improved over the prior art, for calibrating an environment detection sensor system of a vehicle.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Kalibrierkörper, welcher die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.The object is achieved according to the invention by a calibration body which has the features specified in claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.

Ein Kalibrierkörper zum Kalibrieren einer Umgebungserfassungssensorik eines Fahrzeugs ist zur Kalibrierung von Umgebungssensoren mit unterschiedlicher Sensormodalität ausgebildet. Erfindungsgemäß umfasst der Kalibrierkörper eine zumindest binäre Kodierung. Diese binäre Kodierung ist mittels mehrerer unterschiedlicher Merkmalsausprägungen und deren Anordnung gebildet, durch die unterschiedlichen Sensormodalitäten eindeutig erfassbar ist und stellt für die Kalibrierung erforderliche Merkmale bereit.A calibration body for calibrating an environment detection sensor system of a vehicle is designed to calibrate environment sensors with different sensor modality. According to the invention, the calibration body comprises an at least binary coding. This binary coding is formed by means of several different characteristic values and their arrangement, by means of which the different sensor modalities can be clearly detected and provides the characteristics required for the calibration.

Der Kalibrierkörper ermöglicht durch die Kodierung der Merkmale, dass Umgebungssensoren mit unterschiedlicher Sensormodalität, beispielsweise Kameras, Radarsensoren und Lidarsensoren, allein auf Basis von individuellen Sensordaten, den Kalibrierkörper durch Dekodierung eindeutig identifizieren können. Das heißt, der Kalibrierkörper ist aufgrund seiner Gestaltung multimodal über unterschiedliche Sensortypen hinweg eindeutig identifizierbar, wobei die Merkmale sowohl in Kamerabildern als auch in den Daten von tiefenmessenden Sensoren eindeutig identifiziert werden können. Neben der Funktion der Kodierung des Kalibrierkörpers stellen die Merkmale die für die Kalibrierung erforderlichen korrespondierenden Referenzpunkte bereit. Durch die Anwendung des Kalibrierkörpers in einer Kalibriervorrichtung kann ein Personal- und Zeitbedarf bei der Kalibrierung deutlich verringert werden, da eine Anzahl an korrespondieren Merkmalsbeobachtungen durch zeitgleiche Verwendung mehrerer Kalibrierkörper pro Messung erhöht wird. Hierdurch kann ein Durchsatz bei einer End-of-Line-Kalibrierung oder bei einem Verlassen eines Logistik-Hubs erhöht werden. Darüber hinaus kann auf kostenintensives Zusatzequipment oder manuelle Identifikation von Kalibrierkörpern verzichtet werden.By encoding the features, the calibration body enables environmental sensors with different sensor modalities, for example cameras, radar sensors and lidar sensors, to uniquely identify the calibration body by decoding, solely on the basis of individual sensor data. This means that, due to its design, the calibration body can be uniquely identified in a multimodal manner across different sensor types, with the features being clearly identifiable both in camera images and in the data from depth-measuring sensors. In addition to the function of coding the calibration body, the features provide the corresponding reference points required for calibration. By using the calibration body in a calibration device, the need for personnel and time during calibration can be significantly reduced, since a number of corresponding feature observations is increased through the simultaneous use of several calibration bodies per measurement. This allows throughput to be increased during an end-of-line calibration or when leaving a logistics hub. In addition, cost-intensive additional equipment or manual identification of calibration bodies can be dispensed with.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:

  • 1 schematisch eine Draufsicht einer Sichtseite eines Kalibrierkörpers mit einer möglichen Ausgestaltung von Merkmalsausprägungen,
  • 2 schematisch eine Draufsicht einer Sichtseite eines Kalibrierkörpers mit einer weiteren möglichen Ausgestaltung von Merkmalsausprägungen,
  • 3 schematisch eine Draufsicht einer Sichtseite eines Kalibrierkörpers mit einer weiteren möglichen Ausgestaltung von Merkmalsausprägungen,
  • 4 schematisch eine Draufsicht der Sichtseite des Kalibrierkörpers gemäß 3 mit zusätzlichen Referenzmarkierungen,
  • 5 schematisch eine Draufsicht der Sichtseite des Kalibrierkörpers gemäß 3 sowie eine Kodierung der Merkmalsausprägungen und
  • 6 schematisch eine Draufsicht einer Sichtseite eines Kalibrierkörpers mit einer weiteren möglichen Ausgestaltung von Merkmalsausprägungen und mit Markierungen.
Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Show:
  • 1 schematically, a top view of a visible side of a calibration body with a possible configuration of characteristic features,
  • 2 schematically, a top view of a visible side of a calibration body with a further possible configuration of characteristic features,
  • 3 schematically a plan view of a visible side of a calibration body with another possible design of characteristics,
  • 4th schematically a plan view of the visible side of the calibration body according to FIG 3 with additional reference marks,
  • 5 schematically a plan view of the visible side of the calibration body according to FIG 3 as well as a coding of the characteristics and
  • 6th schematically, a top view of a visible side of a calibration body with a further possible configuration of characteristic features and with markings.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.

In den 1 bis 3 ist jeweils eine Draufsicht einer Sichtseite eines Kalibrierkörpers 1 mit jeweils einer möglichen Ausgestaltung von Merkmalsausprägungen 2.1 bis 2.6 dargestellt.In the 1 to 3 is in each case a top view of a visible side of a calibration body 1 each with a possible design of characteristic values 2.1 to 2.6 shown.

Der Kalibrierkörper 1 ist zum Kalibrieren einer Umgebungserfassungssensorik eines Fahrzeugs vorgesehen und zur Kalibrierung von Umgebungssensoren mit unterschiedlicher Sensormodalität ausgebildet. Insbesondere ist der Kalibrierkörper 1 mobil ausgebildet, so dass mittels desselben Kalibrierungen an unterschiedlichen Orten, beispielsweise in Innenbereichen und Außenbereichen, wie beispielsweise auf einer Teststrecke, möglich sind.The calibration body 1 is provided for calibrating an environment detection sensor system of a vehicle and designed for calibrating environment sensors with different sensor modality. In particular, the calibration body is 1 mobile, so that calibrations at different locations, for example in indoor areas and outdoor areas, such as on a test track, are possible by means of the same.

Der Kalibrierkörper 1 umfasst eine mittels der Merkmalsausprägungen 2.1 bis 2.6 und deren Anordnung gebildete binäre Kodierung K. Die binäre Kodierung K ist durch die unterschiedlichen Sensormodalitäten eindeutig erfassbar und stellt für die Kalibrierung erforderliche Merkmale bereit.The calibration body 1 includes one by means of the feature values 2.1 to 2.6 and its arrangement formed binary coding K. The binary coding K can be clearly detected by the different sensor modalities and provides the features required for the calibration.

Der Kalibrierkörper 1 umfasst hierbei einen plattenförmigen Körper 3, wobei in einer Sichtseite desselben als Merkmalsausprägungen 2.1 bis 2.6 Aussparungen eingebracht sind, deren Mittelpunkte anschließend durch die Merkmalsextraktion erkannt werden können. Der so ausgebildete Kalibrierkörper stellt sicher, dass eine ausreichend große Anzahl an korrespondierenden Merkmalen robust detektierbar ist und in den verwendeten Sensormodalitäten erkannt werden kann.The calibration body 1 here comprises a plate-shaped body 3 , with the same as characteristic values in a visible side 2.1 to 2.6 Recesses are introduced, the centers of which can then be recognized by the feature extraction. The calibration body designed in this way ensures that a sufficiently large number of corresponding features can be robustly detected and recognized in the sensor modalities used.

Die Aussparungen werden beispielsweise durch Ausfräsungen erzeugt. Beispielsweise durchdringen die Aussparungen den Körper 3 vollständig.The recesses are created, for example, by milling. For example, the recesses penetrate the body 3 Completely.

Hierbei werden unterschiedliche Merkmalsformen verwendet, welche sich sowohl in ihrer Form als auch in ihrer visuellen Erscheinung unterscheiden. Dabei können die Merkmalsausprägungen 2.1 bis 2.6 unterschiedliche Formen, zum Beispiel Rechtecke, Kreise und/oder Dreiecke, und/oder unterschiedliche Orientierungen, beispielsweise rotierte Dreiecke, und/oder unterschiedliche Größen, beispielsweise unterschiedliche Kreisdurchmesser, aufweisen.Different feature forms are used here, which differ both in their shape and in their visual appearance. The characteristic values 2.1 to 2.6 have different shapes, for example rectangles, circles and / or triangles, and / or different orientations, for example rotated triangles, and / or different sizes, for example different circle diameters.

Die Anordnung der Merkmalsausprägungen 2.1 bis 2.6 auf dem Kalibrierkörper 1 ist asymmetrisch. Beispielsweise ist eine Anzahl von Zeilen ungleich einer Anzahl von Reihen. Ferner müssen sich zwei Merkmale an definierten Positionen in ihrer Ausprägung unterscheiden, um auf diese Weise eine Orientierung des Kalibrierkörpers 1 in den Sensordaten aller Sensormodalitäten eindeutig feststellen zu können.The arrangement of the characteristics 2.1 to 2.6 on the calibration body 1 is asymmetrical. For example, a number of rows is not equal to a number of rows. Furthermore, two features must differ in their expression at defined positions in order to orient the calibration body in this way 1 to be able to clearly identify in the sensor data of all sensor modalities.

Dies ist beispielhaft in 4 dargestellt, wobei 4 eine Draufsicht der Sichtseite des Kalibrierkörpers gemäß 3 mit zusätzlichen Referenzmarkierungen 4.1, 4.2 zeigt.
Dabei bildet eine Referenzmarkierung 4.1 eine Startmarkierung und eine Referenzmarkierung 4.2 eine Endmarkierung.This is exemplified in 4th shown, where 4th a plan view of the visible side of the calibration body according to 3 with additional reference marks 4.1 , 4.2 shows.
It forms a reference mark 4.1 a start marker and a reference marker 4.2 an end marker.

Die Merkmalsausprägungen 2.1 bis 2.6 sind kreisförmig ausgebildet und weisen unterschiedliche Durchmesser auf. Aufgrund ihrer Rotationsinvarianz sind diese besonders geeignet, um Merkmale auf dem Kalibrierkörper 1 darzustellen. Dies folgt daraus, dass ein Kreis um seinen Mittelpunkt rotiert werden kann, ohne seine Form beispielsweise in einem Kamerabild oder einem Lidar-Scan zu verändern. Zudem sind Kreise in Kamerabildern und Punktwolken einfach zu identifizieren. Der Durchmesser der Kreise wird variiert, um diese sowohl in ihrer Tiefe als auch in ihrem Erscheinungsbild unterscheiden zu können, wodurch eine Kodierung des Kalibrierkörpers 1 ermöglicht wird.The characteristics 2.1 to 2.6 are circular and have different diameters. Due to their rotational invariance, these are particularly suitable for determining features on the calibration body 1 to represent. This follows from the fact that a circle can be rotated around its center point without changing its shape, for example in a camera image or a lidar scan. In addition, circles in camera images and point clouds are easy to identify. The diameter of the circles is varied in order to be able to distinguish them both in terms of their depth and in terms of their appearance, thereby encoding the calibration body 1 is made possible.

Ausgehend von den Referenzmarkierungen 4.1, 4.2 dient eine Form der Merkmalsausprägungen 2.1 bis 2.6 zur binären Kodierung K einer Identifikationsnummer. Eine Anzahl der kodierbaren Identifikationsnummern (numids) und somit zeitgleich platzierbarer Kalibrierkörper ist vorgegeben durch eine Anzahl der Merkmalsausprägungen 2.1 bis 2.6 auf dem Kalibrierkörper 1 (numfeat) gemäß: num ids = 2 num feat − 2 ,

Figure DE102021000372A1_0001
wobei die zwei Referenzmarkierungen 4.1, 4.2 entsprechend abgezogen werden.Starting from the reference marks 4.1 , 4.2 serves a form of the characteristic values 2.1 to 2.6 for the binary coding K of an identification number. A number of the encodable identification numbers (num ids ) and thus calibration bodies that can be placed at the same time is predetermined by a number of the characteristic values 2.1 to 2.6 on the calibration body 1 (num feat ) according to: num ids = 2 num feat - 2 ,
Figure DE102021000372A1_0001
 where the two reference marks 4.1 , 4.2 deducted accordingly.

In 5 ist eine Draufsicht der Sichtseite des Kalibrierkörpers 1 gemäß 3 sowie eine Kodierung KO der Merkmalsausprägungen 2.1 bis 2.6 dargestellt. Hierbei bilden die Merkmalsausprägungen 2.2 bis 2.5 vier Bits, welche bei der dargestellten Belegung eine Identifikationsnummer des Kalibrierkörpers 1 in der Form „1 0 0 1“ bilden und somit den Wert „9“ ergeben.In 5 is a plan view of the visible side of the calibration body 1 according to 3 as well as a coding KO of the characteristic values 2.1 to 2.6 shown. The characteristic values form here 2.2 to 2.5 four bits which, in the case of the assignment shown, are an identification number of the Calibration body 1 in the form "1 0 0 1" and thus result in the value "9".

6 zeigt eine Draufsicht einer Sichtseite eines Kalibrierkörpers 1 mit einer weiteren möglichen Ausgestaltung von Merkmalsausprägungen 2.1 bis 2.6 und mit Markierungen. 6th shows a plan view of a visible side of a calibration body 1 with a further possible configuration of characteristic values 2.1 to 2.6 and with markings.

Neben der Verwendung von Merkmalen, welche modalitätsübergreifend erkannt werden können, ist der Kalibrierkörper 1 um modalitätsspezifische Kodierungen erweitert, welche beispielsweise nur in einem Kamerabild detektierbar sind und so die Robustheit der Kalibrierung weiter steigern.In addition to the use of features that can be recognized across all modalities, the calibration body 1 expanded to include modality-specific codes, which can only be detected in a camera image, for example, and thus further increase the robustness of the calibration.

Dabei ist der Kalibrierkörper 1 im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß dem in 4 dargestellten Kalibrierkörper 1 ausgebildet und umfasst zusätzlich zwei als so genannte Aruco-Marker 5, 6 ausgebildete Markierungen. Mittels der Aruco-Marker 5, 6 sind verschiedene Identifikationsnummern kodierbar. Durch die Gestaltung des Kalibrierkörpers 1 können die Aruco-Marker 5, 6 im Kamerabild eindeutig identifiziert werden, so dass die zeitgleiche Platzierung von mehreren Kalibrierkörpern 1 für Kameras ermöglicht wird.Here is the calibration body 1 in the present embodiment according to the in 4th calibration body shown 1 and also includes two so-called aruco markers 5 , 6th trained markings. Using the aruco marker 5 , 6th different identification numbers can be coded. Through the design of the calibration body 1 can use the Aruco marker 5 , 6th can be clearly identified in the camera image, so that the simultaneous placement of several calibration bodies 1 for cameras.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102020004822 A1 [0003]DE 102020004822 A1 [0003]

Claims (7)

Kalibrierkörper (1) zum Kalibrieren einer Umgebungserfassungssensorik eines Fahrzeugs, welcher zur Kalibrierung von Umgebungssensoren mit unterschiedlicher Sensormodalität ausgebildet ist, gekennzeichnet durch eine zumindest binäre Kodierung (K), welche - mittels mehrerer unterschiedlicher Merkmalsausprägungen (2.1 bis 2.6) und deren Anordnung gebildet ist, - durch die unterschiedlichen Sensormodalitäten eindeutig erfassbar ist und - für die Kalibrierung erforderliche Merkmale bereitstellt.Calibration body (1) for calibrating an environment detection sensor system of a vehicle, which is designed to calibrate environment sensors with different sensor modality, characterized by an at least binary coding (K), which - is formed by means of several different feature values (2.1 to 2.6) and their arrangement, - is clearly detectable through the different sensor modalities and - provides the features required for the calibration. Kalibrierkörper (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen plattenförmigen Körper (3), wobei in zumindest einer Flachseite des Körpers (3) als Merkmalsausprägungen (2.1 bis 2.6) Aussparungen eingebracht sind.Calibration body (1) Claim 1 , characterized by a plate-shaped body (3), with recesses being introduced as feature forms (2.1 to 2.6) in at least one flat side of the body (3). Kalibrierkörper (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen den Körper (3) vollständig durchdringen.Calibration body (1) Claim 2 , characterized in that the recesses completely penetrate the body (3). Kalibrierkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Merkmalsausprägungen (2.1 bis 2.6) asymmetrisch ist.Calibration body (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the arrangement of the feature values (2.1 to 2.6) is asymmetrical. Kalibrierkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Merkmalsausprägungen (2.1 bis 2.6) zumindest eine Referenzmarkierung (4.1, 4.2) umfassen.Calibration body (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the feature values (2.1 to 2.6) comprise at least one reference marking (4.1, 4.2). Kalibrierkörper (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Referenzmarkierung (4.1, 4.2) eine Startmarkierung und/oder eine Endmarkierung ist.Calibration body (1) Claim 5 , characterized in that the at least one reference marker (4.1, 4.2) is a start marker and / or an end marker. Kalibrierkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die binäre Kodierung (K) zumindest einen Aruco-Marker (5, 6) umfasst.Calibration body (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the binary coding (K) comprises at least one Aruco marker (5, 6).
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