DE102022103294B4 - Kalibrierverfahren für eine Scheinwerfervorrichtung eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Kalibrierverfahren für eine Scheinwerfervorrichtung (2) eines Kraftfahrzeugs (1), umfassend folgende Schritte:- Projizieren (S2) eines Kalibrierungsmusters (8) auf eine ebene Oberfläche (6) eines Objekts (5) mittels der Scheinwerfervorrichtung (2);- Erfassen (S3) von das projizierte Kalibrierungsmuster (8) beschreibenden Kameradaten (13) mittels einer Kameraeinrichtung (3) des Kraftfahrzeugs (1);- für zumindest ein Mustermerkmal (11) des projizierten Kalibrierungsmusters (8),• Ermitteln (S4) von homogenen Koordinaten (pc) in einem Kamerakoordinatensystem durch Anwenden eines Koordinatenbestimmungskriteriums (14) auf die erfassten Kameradaten (13);• Ermitteln (S5) von homogenen Koordinaten (ph) in einem Scheinwerferkoordinatensystem durch Auswerten des Kalibrierungsmusters (8);• Berechnen (S6) einer Homographiematrix (H) unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Standardrotationsmatrix (RSt) als Rotationsmatrix der Scheinwerfervorrichtung (2);• Berechnen (S7) von geschätzten homogenen Koordinaten (pca) im Kamerakoordinatensystem unter Berücksichtigung der berechneten Homographiematrix (H) und der ermittelten homogenen Koordinaten (ph) im Scheinwerferkoordinatensystem;• Berechnen (S8) von geschätzten homogenen Koordinaten (pha) im Scheinwerferkoordinatensystem unter Berücksichtigung der berechneten Homographiematrix (H) und der ermittelten homogenen Koordinaten (pc) im Kamerakoordinatensystem;• Berechnen (S9) von ersten Abweichungsdaten (d1), die eine Bildpositionsabweichung zwischen den ermittelten Koordinaten (ph) und den berechneten geschätzten Koordinaten (pha) im Scheinwerferkoordinatensystem beschreiben;• Berechnen (S10) von zweiten Abweichungsdaten (d2), die eine Bildpositionsabweichung zwischen den ermittelten Koordinaten (pc) und den berechneten geschätzten Koordinaten (pca) im Kamerakoordinatensystem beschreiben;- Ermitteln (S11) einer Ergebnisrotationsmatrix (RStn) durch Minimieren der ermittelten ersten Abweichungsdaten (d1) und zweiten Abweichungsdaten (d2);- Durchführen (S12) der Kalibrierung der Scheinwerfervorrichtung (2) anhand der ermittelten Ergebnisrotationsmatrix (RStn).

Description

• Die Erfindung betrifft ein Kalibrierverfahren für eine Scheinwerfervorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft zudem ein Kraftfahrzeug, das dazu ausgebildet ist, ein derartiges Kalibrierverfahren für eine Scheinwerfervorrichtung des Kraftfahrzeugs durchzuführen.
• Ein Kraftfahrzeug weist eine Scheinwerfervorrichtung auf, die zum Beispiel in einem Frontbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet und dazu ausgebildet ist, eine Fahrzeugbeleuchtung des Kraftfahrzeugs, beispielsweise ein Abblendlicht oder ein Fernlicht, zur Beleuchtung einer an den Frontbereich angrenzenden Umgebung des Kraftfahrzeugs bereitzustellen. Voraussetzung für das Bereitstellen der Fahrzeugbeleuchtung derart, dass beispielsweise eine Lichtkante zwischen einem mittels der Scheinwerfervorrichtung beleuchteten Bereich und einem nicht mehr mittels der Scheinwerfervorrichtung beleuchteten Bereich der Umgebung des Kraftfahrzeugs in einem vorgegebenen Winkelbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, ist ein kalibrierter Zustand der Scheinwerfervorrichtung. Im Laufe der Zeit kann jedoch trotz ursprünglich kalibriertem Zustand eine Fehleinstellung der Scheinwerfervorrichtung auftreten, sodass beispielweise eine erneute Kalibrierung der Scheinwerfervorrichtung nötig oder zumindest sinnvoll sein kann. Die Fehleinstellung kann beispielsweise durch einen Stoß gegen die Scheinwerfervorrichtung; einen Setzungsprozess von zumindest einer Komponente der Scheinwerfervorrichtung, verstärkt beispielweise durch wiederholte Fahrten mit dem Kraftfahrzeug; einen thermischen Prozess innerhalb der Scheinwerfervorrichtung; und/oder einen Alterungsprozess der zumindest einen Komponente der Scheinwerfervorrichtung bedingt sein.
• Die DE 10 2016 213 028 A1 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einem vorgegebenen Scheinwerfer, in dem ein Multiapertur-Projektionsdisplay vorgesehen ist, welches ein Leuchtmittel zur Beleuchtung einer Vielzahl von Objektstrukturen und ein Array aus Projektionslinsen enthält. Das Kraftfahrzeug ist zur Durchführung einer Kalibrierung des vorgegebenen Scheinwerfers eingerichtet.
• Die DE 10 2019 119 679 A1 zeigt ein Verfahren zum Kalibrieren für eine Anordnung zum Prüfen und/oder Einstellen von Scheinwerfern, insbesondere eines Scheinwerfereinstellgeräts, wobei die Anordnung wenigstens eine Kamera, eine Projektionsfläche und eine Recheneinheit umfasst.
• Die DE 10 2018 115 334 B3 zeigt ein Verfahren zum Kalibrieren einer elektromagnetische Strahlung abstrahlenden Vorrichtung mittels einer Sensoreinheit.
• Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, mittels derer besonders genau einer Kalibrierung einer Scheinwerfervorrichtung eines Kraftfahrzeugs durchgeführt werden kann.
• Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der folgenden Beschreibung und den Figuren angegeben.
• Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Kalibrierverfahren für eine Scheinwerfervorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Die Scheinwerfervorrichtung umfasst eine Leuchte, in der Licht mittels eines Leuchtmittels, zum Beispiel einer Gasentladungslampe oder einer Leuchtdiode, erzeugt und durch scharfe Bündelung der Lichtstrahlen in eine Richtung gelenkt wird. Die Scheinwerfervorrichtung kann alternativ als Scheinwerfer bezeichnet werden. Die Scheinwerfervorrichtung ist dazu ausgebildet, eine Umgebung des Kraftfahrzeugs zu beleuchten. Beispielsweise ist die Scheinwerfervorrichtung in einem Frontbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet, das heißt als Frontscheinwerfer ausgebildet. Insbesondere kann das Kraftfahrzeug zwei gepaarte Scheinwerfervorrichtungen im Frontbereich aufweisen. Bevorzugt kann mittels der Scheinwerfervorrichtung zumindest ein Abblendlicht und/oder ein Fernlicht als Lichtfunktion des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden. Darüber hinaus können weitere Lichtfunktionen, die zum Beispiel eine lokale Variation einer Leuchtstärke des Scheinwerfers umfassen, vorgesehen sein. Ferner kann die Scheinwerfervorrichtung in einem Heckbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Die Scheinwerfervorrichtung kann also ein Vorderlicht und/oder ein Rücklicht des Kraftfahrzeugs sein. Das Kalibrierverfahren kann nacheinander oder gleichzeitig für mehrere Scheinwerfervorrichtungen durchgeführt werden.
• Die Scheinwerfervorrichtung des Kraftfahrzeugs weist eine Projektionsfunktion auf, das heißt die Scheinwerfervorrichtung kann als Projektor betrieben werden. Wenn sie als Projektor betrieben wird, kann mittels der Scheinwerfervorrichtung beispielweise eine zweidimensionale Vorlage vergrößert als Bildprojektion auf einer Bildfläche, wie beispielsweise einer vor der Scheinwerfervorrichtung angeordneten Wand, abgebildet werden. Die zweidimensionale Vorlage kann zum Beispiel ein Kalibrierungsmuster sein. Jede beliebige Lichtverteilung, die mittels der Scheinwerfervorrichtung erzeugt werden soll, das heißt beispielsweise ein Abblendlicht und/oder Fernlicht, kann mittels einer dazu vorgesehenen zweidimensionalen Vorlage erzeugt werden. Die Projektion erfolgt beispielsweise durch geeignete Führung der vom Leuchtmittel emittierten Lichtstrahlen, zum Beispiel mittels eines optischen Systems aus bevorzugt mehreren Spiegel-, Linsen- und/oder Blendenelementen.
• Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass aufgrund einer Fehleinstellung der Scheinwerfervorrichtung beispielsweise ein Rotationswinkel der Scheinwerfervorrichtung verstellt sein kann. Die Scheinwerfervorrichtung weist typischerweise drei Rotationswinkel auf, wobei die drei Rotationswinkel zum Beispiel ein Nickwinkel, ein Gierwinkel und ein Wankwinkel sind. Die Rotationswinkel sind im Idealfall in Form einer Rotationsmatrix, die aus den drei Rotationswinkeln des Scheinwerfers der Scheinwerfervorrichtung zusammengesetzt ist, als Inputparameter der Scheinwerfervorrichtung bekannt. Im Rahmen einer Kalibrierung der Scheinwerfervorrichtung sollten die Rotationswinkel, das heißt letztendlich die Rotationsmatrix für die Scheinwerfervorrichtung, überprüft und gegebenenfalls neu berechnet werden.
• Zu Beginn des Verfahrens kann zum Beispiel ein Positionieren des Kraftfahrzeugs mit der Scheinwerfervorrichtung vor einem Objekt mit einer ebenen Oberfläche erfolgen. Das Positionieren kann ein vorsätzliches Positionieren zum Kalibrieren sein, beispielsweise manuell von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs ausgeführt. Bevorzugt erfolgt das Positionieren jedoch unabsichtlich. In anderen Worten kann das Kraftfahrzeug automatisch erkennen, wann, beispielsweise zufällig, eine Situation vorliegt, in der das Kraftfahrzeug vor einem für die Kalibrierung geeigneten Objekt positioniert ist. Für das automatische Erkennen können beispielsweise mittels einer Kameraeinrichtung des Kraftfahrzeugs erfasste Kameradaten der Umgebung des Kraftfahrzeugs ausgewertet werden, um das für die Kalibrierung geeignete Objekt automatisch zu erkennen. Die Kameraeinrichtung ist an der Seite des Kraftfahrzeugs angeordnet, an der die Scheinwerfervorrichtung angeordnet ist, die mittels des Verfahrens kalibriert werden soll. Im Falle beispielsweise der Kalibrierung der Frontscheinwerfer wird also die Umgebung im Frontbereich des Kraftfahrzeugs mittels einer Frontkamera des Kraftfahrzeugs erfasst. Das Objekt mit der ebenen Oberfläche ist bevorzugt eine Wand, wie zum Beispiel eine Wand einer Garage und/oder eine Außenwand eines Gebäudes. Das Kraftfahrzeug wird derart vor der ebenen Oberfläche des Objekts positioniert, dass die ebene Oberfläche des Objekts der Scheinwerfervorrichtung des Kraftfahrzeugs zugewandt ist. Das positionierte Kraftfahrzeug kann sich insbesondere während des Durchführens des Kalibrierverfahrens im Stillstand befinden. Mit anderen Worten kann zum Positionieren des Kraftfahrzeugs dieses vor der ebenen Oberfläche des Objekts abgestellt und dort beispielsweise geparkt werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Kraftfahrzeug während des Durchführens des Kalibrierverfahrens fahren, da das Kalibrierverfahren auf zu einem einzigen Zeitpunkt erfassten Daten basieren kann.
• Die ebene Oberfläche kann zum Beispiel eine glatte Oberfläche, das heißt beispielsweise eine Oberfläche mit einer geringen Rauheit sein. Es kann vorgesehen sein, dass die ebene Oberfläche keine makroskopischen Aussparungen und/oder Erhebungen aufweist. Das Objekt weist also beispielsweise eine glatt verputze Wand als ebene Oberfläche auf und/oder ist beispielsweise als Betonwand ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die ebene Oberfläche eine raue Oberfläche sein, beispielsweise die Oberfläche einer Hecke. Die Aussparungen und/oder Erhebungen auf der Oberfläche sind bevorzugt klein im Verhältnis zu einem Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und der ebenen Oberfläche. Bei einem Abstand von beispielsweise mehreren Metern können die Aussparungen und/oder Erhebungen auf der Oberfläche zum Beispiel im Zentimeterbereich liegen. Der Abstand zwischen der ebenen Oberfläche des Objekts und dem Kraftfahrzeug ist bevorzugt derart gewählt, dass die ebene Oberfläche in einem Erfassungsbereich der Kameraeinrichtung liegt, der gleichzeitig in einer Reichweite der Scheinwerfereinrichtung liegt. Die ebene Oberfläche ist also derart relativ zum Kraftfahrzeug angeordnet, dass sie gleichzeitig von diesem beleuchtet und erfasst werden kann.
• Erfindungsgemäß erfolgt, insbesondere nach dem beschriebenen Positionieren des Kraftfahrzeugs, ein Projizieren eines Kalibrierungsmusters auf die ebene Oberfläche des Objekts mittels der Scheinwerfervorrichtung. Mit anderen Worten wird die Oberfläche des Objekts mit dem Scheinwerfer der Scheinwerfervorrichtung beleuchtet, wobei das Kalibrierungsmuster als zweidimensionale Vorlage mittels der Scheinwerfervorrichtung betrieben als Projektor auf die Oberfläche des Objekts als Bildfläche der Projektion projiziert wird. Ein Projektionsmodell des Scheinwerfers der Scheinwerfervorrichtung ist bekannt, das heißt Informationen zum Kalibrierungsmuster an sich sowie zu einem Projektionsverhalten des Scheinwerfers liegen vor. Das geeignete Kalibriermuster wird bei Vorliegen einer geeigneten Kalibriersituation aktiviert. Das Kalibriermuster kann mittels einer Steuereinrichtung der Scheinwerfervorrichtung erzeugt werden. Hierfür kann insbesondere eine speziell für eine mittels der Scheinwerfereinrichtung erzeugbare Lichtverteilungsgestaltungseinheit der Steuereinrichtung vorgesehen sein. Es ist vorgesehen, dass keine Einrichtung in der Scheinwerfervorrichtung vorgesehen ist, die nur zum Zwecke der Kalibrierung mitgeführt wird, denn diese müsste dann gegebenenfalls ebenfalls kalibriert werden. Die Lichtverteilungsgestaltungseinheit ist also in die Steuereinrichtung zum Steuern der Scheinwerfervorrichtung integriert.
• Das Kalibrierungsmuster kann beispielsweise aus mehreren Mustermerkmalen, die beispielsweise äquidistanten zueinander angeordnet sind, zusammengesetzt sein. Jedes Mustermerkmal ist punktförmig ausgebildet. Bevorzugt ist das Mustermerkmal ein Teil eines Musterelements, wobei das Musterelement beispielsweise kreisförmig ausgebildet ist. Das Kalibriermuster kann mehrere Musterelemente aus einzelnen Mustermerkmalen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich dazu können eckige, zum Beispiel viereckige oder dreieckige, ovale und/oder beliebig andersartig geformte Musterelemente vorgesehen sein, aus denen sich das Kalibrierungsmuster zusammensetzt. Bevorzugt weist das Kalibrierungsmuster zumindest drei räumlich voneinander getrennte und optische unterscheidbare Mustermerkmale auf. Besonders bevorzugt weist es zahlreiche Mustermerkmale, insbesondere mehr als drei Mustermerkmale, auf.
• Das Kalibrierverfahren sieht ein Erfassen von Kameradaten mittels einer Kameraeinrichtung des Kraftfahrzeugs vor. Die Kameradaten beschreiben das projizierte Kalibrierungsmuster. Die Kameraeinrichtung erfasst also die mittels der Scheinwerfervorrichtung bereitgestellte Projektion auf der Oberfläche des Objekts. Im Rahmen des Kalibrierverfahrens ist also lediglich die Scheinwerfervorrichtung zu kalibrieren. Die Kameraeinrichtung kann alternativ als Kamera bezeichnet werden. Die Kameraeinrichtung ist bevorzugt eine Monokamera, das heißt, die Kameraeinrichtung ist ein monokulares System, das zum Beispiel aus einer einzelnen Kameralinse oder mehreren Kameralinsen und einem Bildsensor aufgebaut sein kann. Es kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass die Kameraeinrichtung eine Stereokamera ist. Die Kameraeinrichtung ist zum Beispiel die Frontkamera und/oder eine Heckkamera des Kraftfahrzeugs. Es wird somit die Scheinwerfervorrichtung als Projektor verwendet und die Kameraeinrichtung als Kamera zur Erfassung des mittels dieses Projektors projizierten Kalibrierungsmusters. Die Position der Scheinwerfervorrichtung bezüglich eines Koordinatensystems des Kraftfahrzeugs und somit eines Koordinatensystems der Kameraeinrichtung ist bekannt, das heißt es liegen Daten vor, die eine Relativanordnung der Scheinwerfervorrichtung zur Kameraeinrichtung beschreiben.
• Für zumindest ein Mustermerkmal des projizierten Kalibrierungsmusters können die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden. Die folgenden Verfahrensschritte werden also zumindest für eines der insbesondere mehreren Mustermerkmale durchgeführt, wobei sie bevorzugt stets für mehrere Mustermerkmale durchgeführt werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Verfahrensschritte für mindesten drei Mustermerkmale durchgeführt werden. Es erfolgt hierbei ein Ermitteln von homogenen Koordinaten in einem Kamerakoordinatensystem durch Anwenden eines Koordinatenbestimmungskriteriums, das alternativ als Auswertekriterium bezeichnet werden kann, auf die erfassten Kameradaten, wobei bei dessen Anwendung auf die Kameradaten eine Extraktion oder Gewinnung von Mustermerkmalen erreicht wird. Es wird hierbei beispielsweise ein charakteristisches Strukturelement, beispielsweise ein Mittelpunkt des zum Beispiel kreisförmigen Musterelements als Mustermerkmal und/oder ein Punkt auf einem Rand des beliebig geformten Musterelements als Mustermerkmal in den Kameradaten gesucht, gefunden und als Mustermerkmal identifiziert. Für das identifizierte Mustermerkmal werden homogene und somit zweidimensionale Koordinaten bestimmt, das heißt es wird eine Position des identifizierten Mustermerkmals festgestellt. Homogene Koordinaten sind Koordinaten, die einen Bezug zwischen dreidimensionalen Koordinaten und ihrer zweidimensionalen Abbildung durch die Kameraeinrichtung darstellen. Mittels homogener Koordinaten kann daher ein dreidimensionales Kamerabild auf ein zweidimensionales Kamerabild projiziert werden, wobei hierbei typischerweise keine Kameraverzerrungen berücksichtigt werden. Insgesamt wird also aus Perspektive der Kameraeinrichtung die zweidimensionale Position des betrachteten Mustermerkmals des projizierten Kalibrierungsmusters im zweidimensionalen Bild gemäß den Kameradaten ermittelt.
• Das Koordinatenbestimmungskriterium ist eine Vorschrift und/oder ein Algorithmus, anhand derer beziehungsweise dessen die Auswertung der Kameradaten erfolgt, sodass die Koordinaten im Kamerakoordinatensystem als homogene Koordinaten festgestellt werden. Das Kamerakoordinatensystem beschreibt Koordinaten relativ zur Kameraeinrichtung und somit nicht in einem Koordinatensystem des Kraftfahrzeugs oder der Scheinwerfervorrichtung. Zwischen dem Kamerakoordinatensystem und dem Koordinatensystem des Kraftfahrzeugs gibt es jedoch einen festen und beim Durchführen des Verfahrens bekannten Bezug, wie es bereits oben erläutert wurde. Zwischen dem Kamerakoordinatensystem und dem Scheinwerferkoordinatensystem gibt es keinen festen Bezug. Denn für einen festen Bezug müssten eine Ursprungsposition und Rotation der Scheinwerfervorrichtung relativ zur Kameraeinrichtung bekannt sein. Die relative Rotation, das heißt die drei Rotationswinkel der Scheinwerfervorrichtung werden jedoch erst durch das erfindungsgemäße Verfahren bestimmt.
• Es ist zu betonen, dass das Mustermerkmal bevorzugt eine charakteristische Eigenschaft des Kalibriermusters darstellt, da zum Beispiel entweder ein Eckpunkt oder ein Mittelpunkt des Musterelements als das Mustermerkmal definiert wird, wobei ein Ort der charakteristischen Eigenschaft beziehungsweise des Merkmals mittels der homogenen Koordinaten im Kamerakoordinatensystem beschrieben wird.
• In einem weiteren Verfahrensschritt für das zumindest eine Mustermerkmal erfolgt ein Ermitteln von homogenen Koordinaten in einem Scheinwerferkoordinatensystem. Dies erfolgt durch Auswerten des Kalibrierungsmusters. Das Kalibrierungsmuster an sich ist bekannt, das heißt es liegen das Kalibrierungsmuster beschreibende Daten vor. Es wird angenommen, dass jeder aus den Kameradaten extrahierte Bildpunkt, das heißt insbesondere dessen Merkmal, wie zum Beispiel der Eckpunkt oder der Mittelpunkt des betrachteten Musterelements als Mustermerkmal, dessen Koordinaten zuvor im Kamerakoordinatensystem ermittelt wurden, eindeutig ein Korrespondenzpunkt im Scheinwerferkoordinatensystem zugeordnet werden kann. Die Koordinaten des Projektionspunkt werden bevorzugt relativ zur Scheinwerfervorrichtung ermittelt, sodass Koordinaten im Scheinwerferkoordinatensystem bestimmt werden. Wird als Musterelement beispielsweise ein kreisförmiges Element auf die ebene Oberfläche des Objekts projiziert, kann beispielsweise ein Mittelpunkt des kreisförmigen Musterelements als Mustermerkmal ermittelt und zu diesem die homogenen Koordinaten im Kamerakoordinatensystem sowie bezogen auf das Scheinwerferkoordinatensystem in Form der homogenen Koordinaten im Scheinwerferkoordinatensystem bestimmt werden. Das Scheinwerferkoordinatensystem weicht vom Kamerakoordinatensystem ab und ist das auf den Scheinwerfer bezogene Koordinatensystem.
• In einem weiteren Verfahrensschritt für das zumindest eine Mustermerkmal erfolgt ein Berechnen einer Homographiematrix. Im Zusammenhang mit Bildverarbeitung können zwei Bilder derselben ebenen Fläche im Raum durch eine Homographie in Beziehung zueinander gesetzt werden. Eine derartige Homographie hat zahlreiche praktische Anwendungen, wie zum Beispiel Bildentzerrung, Bildregistrierung und/oder eine Berechnung von Kamerabewegung, wie Rotation und Translation zwischen zwei Bildern. Mathematisch betrachtet wird die Homographie mithilfe einer sogenannten Homographiematrix berechnet.
• Der Berechnung der Homographiematrix erfolgt zumindest unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Standardrotationsmatrix als Rotationsmatrix der Scheinwerfervorrichtung. Grundsätzlich kann die Rotationsmatrix aus drei Rotationswinkeln des Scheinwerfers berechnet werden, das heißt, es werden deren Nickwinkel, Gierwinkel und Wankwinkel berücksichtigt und in Form einer Matrix dargestellt. Zur Kalibrierung der Scheinwerfervorrichtung muss jedoch die tatsächliche Rotationsmatrix ermittelt werden. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass zur Ermittlung der tatsächlichen Rotationsmatrix zunächst die Standardrotationsmatrix als Ausgangspunkt der Ermittlung als Rotationsmatrix angenommen wird. Die Standardrotationsmatrix ist eine vorgegebene Rotationsmatrix, die beispielsweise auf Standardwerten für die Scheinwerfervorrichtung basiert und/oder bei einer zuletzt durchgeführten Kalibrierung der Scheinwerfervorrichtung ermittelt wurde. Die vorgegebene Standardrotationsmatrix ist somit nicht zwangsläufig die tatsächliche Rotationsmatrix der Scheinwerfervorrichtung. Falls keine Kalibrierung der Scheinwerfervorrichtung notwendig sein sollte, kann die Standardrotationsmatrix mit der tatsächlichen Rotationsmatrix übereinstimmen. Mit anderen Worten wird die Homographiematrix unter Berücksichtigung einer geschätzten und somit lediglich als Annahme angenommenen Rotationsmatrix durchgeführt.
• In einem weiteren Verfahrensschritt für das zumindest eine Mustermerkmal erfolgt ein Berechnen von geschätzten homogenen Koordinaten im Kamerakoordinatensystem unter Berücksichtigung der berechneten Homographiematrix und der ermittelten und somit bekannten homogenen Koordinaten im Scheinwerferkoordinatensystem. Diese Berechnung basiert bevorzugt auf folgender Formel: $${\overrightarrow{p}}_c=H^{-1}\cdot {\overrightarrow{p}}_h$$

  
• Hierbei beschreibt ${\overrightarrow{p}}_c$

  

  als Vektor die geschätzten homogenen Koordinaten im Kamerakoordinatensystem, H die berechnete Homographiematrix und ${\overrightarrow{p}}_h$

  

  als Vektor die ermittelten und somit bekannten homogenen Koordinaten im Scheinwerferkoordinatensystem. Mittels der Homographiematrix werden somit Koordinaten im Scheinwerferkoordinatensystem in Koordinaten im Kamerakoordinatensystem umgewandelt.
• Zudem erfolgt für das zumindest eine Mustermerkmal ein Berechnen von geschätzten homogenen Koordinaten im Scheinwerferkoordinatensystem unter Berücksichtigung der berechneten Homographiematrix und der ermittelten homogenen Koordinaten im Kamerakoordinatensystem. Diese Berechnung basiert bevorzugt auf folgender Formel: $${\overrightarrow{p}}_h=H\cdot {\overrightarrow{p}}_c$$

  
• Hierbei beschreibt ${\overrightarrow{p}}_h$

  

  als Vektor die geschätzten homogenen Koordinaten im Scheinwerferkoordinatensystem, H die berechnete Homographiematrix und ${\overrightarrow{p}}_c$

  

  als Vektor die ermittelten homogenen Koordinaten im Kamerakoordinatensystem. Mittels der Homographiematrix werden somit Koordinaten im Kamerakoordinatensystem in Koordinaten im Scheinwerferkoordinatensystem umgewandelt.
• Daraufhin erfolgt für das zumindest eine Mustermerkmal ein Berechnen von ersten Abweichungsdaten, die eine Bildpositionsabweichung zwischen den ermittelten und somit bekannten Koordinaten und den berechneten geschätzten Koordinaten im Scheinwerferkoordinatensystem beschreiben. Es erfolgt zudem ein Berechnen von zweiten Abweichungsdaten, die eine Bildpositionsabweichung zwischen den ermittelten Koordinaten und den berechneten geschätzten Koordinaten im Kamerakoordinatensystem beschreiben. Es werden also die jeweiligen ermittelten Koordinaten in Form ihrer homogenen Darstellung, mit den jeweiligen berechneten geschätzten Koordinaten in Bezug gesetzt. Die Abweichungsdaten beschreiben einen Abstand oder eine Distanz zwischen den jeweiligen geschätzten und den jeweiligen ermittelten Koordinaten. Falls die zur Berechnung der Homographiematrix angenommene Standardrotationsmatrix nicht der Rotationsmatrix der Scheinwerfervorrichtung entspricht, werden hierbei erste und zweite Abweichungsdaten berechnet, die größer als Null sind. Der Grund hierfür ist, dass in diesem Fall die Bildposition gemäß der jeweiligen ermittelten Koordinaten nicht mit der Bildpositionen gemäß der jeweiligen geschätzten Koordinaten übereinstimmt.
• Bevorzugt werden die ersten und zweiten Abweichungsdaten sowie die zu deren Berechnung benötigten Ermittlungs- und Berechnungsschritte für mehrere Mustermerkmale des Kalibrierungsmusters berechnet beziehungsweise durchgeführt.
• In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt ein Ermitteln einer Ergebnisrotationsmatrix, die alternativ als Rotationsmatrix bezeichnet werden kann, durch Minimieren der ermittelten ersten Abweichungsdaten und der ermittelten zweiten Abweichungsdaten. Es werden also die beobachteten Bildpositionsabweichungen derart berechnet und ausgewertet, dass eine Korrektur der vorgegebenen Standardrotationsmatrix bestimmt wird. Es wird somit die neue Rotationsmatrix berechnet, die alternativ als korrigierte Standardrotationsmatrix bezeichnet werden kann, und hier als Ergebnisrotationsmatrix bezeichnet wird. Die Ergebnisrotationsmatrix ist bevorzugt derart gewählt, dass, falls die beschriebenen Ermittlungs- und Berechnungsschritte unter Berücksichtigung einer neuen Homographiematrix, die aus der Ergebnisrotationsmatrix berechnet wurden, erneut durchgeführt werden, letztendlich erste und zweite Abweichungsdaten berechnet werden, die auf keine Bildpositionsabweichung zwischen den ermittelten Koordinaten und den berechneten geschätzten Koordinaten im Kamerakoordinatensystem sowie im Scheinwerferkoordinatensystem hindeuten. Das Minimieren, das heißt der Minimierungsprozess, wird bevorzugt in mehreren Berechnungsrunden durchgeführt, sodass mehrere Zwischenrotationsmatrizen bestimmt werden können, bevor die finale Rotationsmatrix in Form der Ergebnisrotationsmatrix ermittelt wird.
• Sobald die Ergebnisrotationsmatrix ermittelt wurde, erfolgt ein Durchführen der Kalibrierung der Scheinwerfervorrichtung anhand der ermittelten Ergebnisrotationsmatrix, das heißt, diese wird als Rotationsmatrix in beispielsweise einer Steuereinrichtung der Scheinwerfervorrichtung hinterlegt, sodass die Scheinwerfervorrichtung zukünftig gemäß der Ergebnisrotationsmatrix beispielsweise den Nickwinkel, Gierwinkel und Wankwinkel einstellt. Das Durchführen der Kalibrierung erfolgt bevorzugt automatisch, beispielsweise im Falle einer klassischen Scheinwerfervorrichtung mittels eines Schrittmotors der Scheinwerfervorrichtung, mittels dessen zum Beispiel das Einstellen der Scheinwerfervorrichtung basierend auf der Ergebnisrotationsmatrix erfolgen kann. Es kann also beispielsweise eine Verschiebung einer Lichtverteilung, die durch die Scheinwerfervorrichtung erzeugt werden kann, durchgeführt werden. Gegebenenfalls kann die ermittelte Ergebnisrotationsmatrix dazu herangezogen werden, eine manuelle Kalibrierung der Scheinwerfervorrichtung durchzuführen. Insbesondere für eine Scheinwerfervorrichtung, die lokal unterschiedliche Lichtintensitäten bereitstellen kann, wird bevorzugt basierend auf der Ergebnisrotationsmatrix die lokal unterschiedliche Lichtverteilung neu berechnet und beispielsweise als neues Projektionsbild für zukünftige Projektionen mittels der Scheinwerfervorrichtung gespeichert. Die in der jeweiligen Verkehrssituation zu erzeugende Lichtverteilung einer modernen, hochauflösenden Scheinwerfervorrichtung wird dann unter Berücksichtigung der neuen, aktuellen Standardrotationsmatrix in jedem Zeitschritt erzeugt, also nicht nur zu Kalibrierzwecken, sondern in der normalen Funktion der Scheinwerfervorrichtung.
• Es kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass ein zukünftiges Kalibrierverfahren gemäß dem beschriebenen Kalibrierverfahren nicht mehr die Standardrotationsmatrix verwendet, sondern die beim letzten Durchführen des Kalibrierverfahrens ermittelte Ergebnisrotationsmatrix als vorgegebene Standardrotationsmatrix, basierend auf der beispielsweise die Homographiematrix berechnet wird.
• Bevorzugt werden die beschriebenen Ermittlungs- und Berechnungsschritte, die nach dem Erfassen des projizierten Kalibrierungsmusters durchgeführt werden, mittels einer Auswerteeinrichtung des Kraftfahrzeugs durchgeführt. Die Auswerteeinrichtung kann der Scheinwerfervorrichtung und/oder der Kameraeinrichtung des Kraftfahrzeugs zugeordnet sein.
• Mit dem beschriebenen Kalibrierverfahren kann somit basierend auf den Daten einer einzelnen Kameraeinrichtung, und zwar bevorzugt mittels der Monokamera, die Rotationsmatrix berechnet und korrigiert werden, sodass letztendlich die Scheinwerfervorrichtung kalibriert werden kann. Das Kalibrierverfahren ist besonders kostensparsam, da die bereits im Kraftfahrzeug vorgesehene Kameraeinrichtung verwendet werden kann. Zudem ist es besonders genau, da auf bevorzugt mehrere Mustermerkmale die beschriebenen Auswertungs- und Berechnungsschritte angewendet werden kann, sodass auf einen großen Satz von Daten zurückgegriffen werden kann, sodass das Kalibrierverfahren besonders zuverlässig die Kalibrierung ermöglichen kann. Außerdem ist das Verfahren besonders schnell, da es beispielsweise kraftfahrzeugintern und ohne externe Kalibriervorrichtung durchgeführt werden kann. Mittels des Kalibrierverfahrens kann also besonders genau, sparsam und zuverlässig eine Kalibrierung einer Scheinwerfervorrichtung eines Kraftfahrzeugs durchgeführt werden.
• Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass das Berechnen und Minimieren der ermittelten ersten und zweiten Abweichungsdaten für mehrere Mustermerkmale des zu einem ersten Zeitpunkt auf die ebene Oberfläche des Objekts projizierten Kalibrierungsmusters durchgeführt wird. Es wird also nicht nur ein einzelnes Mustermerkmal zum Ermitteln der Ergebnisrotationsmatrix berücksichtigt und die entsprechenden Koordinaten und Abweichungsdaten ermittelt und berechnet, sondern es werden zahlreiche Mustermerkmale berücksichtigt. Insbesondere werden mindestens drei Mustermerkmale berücksichtigt, das heißt die beschriebenen Ermittlungs- und Berechnungsschritte, die nach dem Erfassen des projizierten Kalibrierungsmusters durchgeführt werden, werden gleichzeitig für mindestens drei und bevorzugt mehr als drei Mustermerkmale durchgeführt. Der erste Zeitpunkt bezieht sich darauf, dass die mehreren Mustermerkmale gleichzeitig auf die ebene Oberfläche projiziert werden und somit einem gemeinsamen Projektionsereignis der Scheinwerfervorrichtung zugeordnet sind. Generell kann davon ausgegangen werden, dass die ermittelte Ergebnisrotationsmatrix umso genauer bestimmt werden kann, je mehr Mustermerkmale des projizierten Kalibrierungsmusters im Rahmen des Kalibrierverfahrens berücksichtigt werden. Die mehreren berücksichtigten Mustermerkmale sind hierbei räumlich getrennt voneinander auf dem projizierten Kalibrierungsmuster angeordnet. Hierdurch kann die Zuverlässigkeit des beschriebenen Kalibrierverfahrens erhöht werden.
• Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, dass das Berechnen und Minimieren der ermittelten ersten und zweiten Abweichungsdaten für mehrere Mustermerkmale für ein zu zumindest einem zweiten Zeitpunkt auf die ebene Oberfläche des Objekts projizierten Kalibrierungsmuster wiederholt wird. Es wird also bevorzugt nicht nur einmal das Kalibrierungsmuster auf die ebene Oberfläche des Objekts projiziert und daraufhin die Ergebnisrotationsmatrix ermittelt, sondern bevorzugt werden mehrere Bilder des projizierten Kalibrierungsmusters mittels beispielsweise der Kameraeinrichtung erfasst, sodass beispielsweise mehrere, zeitlich nacheinander aufgenommene Bilder des projizierten Kalibrierungsmusters als Kameradaten der Kameraeinrichtung vorliegen. Es kann dann für jedes der mehreren Bilder, das heißt für das zum ersten Zeitpunkt sowie für das zum zumindest einen zweiten Zeitpunkt aufgenommene Bild, eine Ergebnisrotationsmatrix ermittelt werden. Die beschriebenen Ermittlungs- und Berechnungsschritte, die nach dem Erfassen des projizierten Kalibrierungsmusters durchgeführt werden, werden gleichzeitig für mehrere Mustermerkmale durchgeführt, daraufhin erfolgt ein weiteres Erfassen des projizierten Kalibrierungsmusters und die beschriebenen Ermittlungs- und Berechnungsschritte werden basierend auf den weiteren erfassten Kameradaten für mehrere Mustermerkmale durchgeführt. Trotz des unterschiedlichen Zeitpunkts der Erfassung der Kameradaten kann dieselbe vorgegebene Standardrotationsmatrix angenommen werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann zum zweiten Zeitpunkt die Ermittlung der Standardrotationsmatrix auf der Ergebnisrotationsmatrix basieren, die zum ersten Zeitpunkt ermittelt wurde. Die Standardrotationsmatrix kann also iterativ ermittelt werden. Das zum zweiten Zeitpunkt bereitgestellte Kalibrierungsmuster kann vom zum ersten Zeitpunkt bereitgestellten Kalibrierungsmuster abweichen. Bevorzugt werden zu den verschiedenen Zeitpunkten die ersten und zweiten Abweichungsdaten berechnet, sodass der Verfahrensschritt zum Ermitteln der Ergebnisrotationsmatrix einmalig und unter Berücksichtigung aller ermittelten Abweichungsdaten durchgeführt wird. Letztendlich wird eine Anzahl an Messpunkten, das heißt insbesondere an ersten und zweiten Abweichungsdaten, deutlich erhöht, sodass die Genauigkeit des Kalibrierverfahrens verbessert werden kann.
• Ein zusätzliches Ausführungsbeispiel sieht vor, dass Relativanordnungsdaten bereitgestellt werden, die eine Relativanordnung der Kameraeinrichtung zur Scheinwerfervorrichtung beschreiben. Die Relativanordnungsdaten sind beispielsweise bekannt, da sowohl die Scheinwerfervorrichtungsposition bezüglich des Koordinatensystems des Kraftfahrzeugs als auch die Kameraeinrichtungsposition bezüglich des Koordinatensystems des Kraftfahrzeugs als bekannt angenommen wird. Es liegen also beispielsweise Daten vor, die einen Abstand zwischen der Kameraeinrichtung und der Scheinwerfervorrichtung beziffern. Es sind ferner insbesondere Koordinaten im Koordinatensystem des Kraftfahrzeugs sowohl für die Kameraeinrichtung als auch für die Scheinwerfervorrichtung bekannt. Die genannten bekannten Informationen und Daten sind beispielsweise in der Auswerteeinrichtung gespeichert.
• Aus den bereitgestellten Relativanordnungsdaten wird ein Translationsvektor für eine Transformation vom Kamerakoordinatensystem ins Scheinwerferkoordinatensystem berechnet. Der Translationsvektor, der als $\overrightarrow{t}$

  

  abgekürzt werden kann, schneidet sowohl einen Ursprung des Kamerakoordinatensystems als auch einen Ursprung des Scheinwerferkoordinatensystems. Bezogen auf das Kamerakoordinatensystem kann der Ursprung beispielsweise ein Projektionszentrum der Kameraeinrichtung und bezogen auf das Scheinwerferkoordinatensystem ein Projektionszentrum der Scheinwerfervorrichtung sein. Der berechnete und somit bekannte Translationsvektor wird beim Berechnen der Homographiematrix berücksichtigt. In die Berechnung der Homographiematrix fließt also die Relativanordnung der Kameraeinrichtung zur Scheinwerfervorrichtung ein. Hierdurch wird zur Berechnung der Homographiematrix beigetragen.
• Ein zusätzliches Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die homogenen Koordinaten im Kamerakoordinatensystem für mehrere Mustermerkmale ermittelt werden und zum Ermitteln einer geometrischen Ebene der ebenen Oberfläche des Objekts ausgewertet werden. Genauer ausgedrückt werden für mindestens drei voneinander räumlich getrennte Mustermerkmale die homogenen Koordinaten im Kamerakoordinatensystem ermittelt. Die entsprechenden homogenen Koordinaten im Scheinwerferkoordinatensystem sind durch das Kalibrierungsmuster bekannt und somit bereitgestellt. Die homogenen Koordinaten im Scheinwerferkoordinatensystem werden also dem Kalibrierungsmuster entnommen. Für jedes dieser Paare an homogenen Koordinaten werden mittels einer Triangulation dreidimensionale Koordinaten des Mustermerkmals im Kamerakoordinatensystem berechnet. Hierfür kann auf bekannte Methoden zum Durchführen einer Triangulation zurückgegriffen werden. Insbesondere erfolgt das Durchführen der Triangulation unter Berücksichtigung der angenommenen Standardrotationsmatrix. Aus den derart berechneten, mindestens drei dreidimensionale Koordinaten wird eine geometrische Ebene der ebenen Oberfläche des Objekts berechnet. Die mindestens drei dreidimensionalen Koordinaten ermöglichen also, dass eine Ebenengleichung aufgestellt wird, anhand derer die Ebene der ebenen Oberfläche mathematisch beschrieben wird. Es wird nun ein Normalvektor der ermittelten geometrischen Ebene, der ausgehend von der aufgestellten Ebenengleichung berechnet oder dieser direkt entnommen werden kann, beim Berechnen der Homographiematrix berücksichtigt. Der Normalvektor kann als $\overrightarrow{n}$

  

  abgekürzt werden. Der Normalvektor ist ein Vektor, der senkrecht zur geometrischen Ebene im Koordinatensystem steht, die die ebene Oberfläche des Objekts beschreibt. In die Berechnung der Homographiematrix fließt also der Normalvektor ein, der die Oberfläche, auf die das Kalibrierungsmuster projiziert wird, beschreibt. Durch Berücksichtigen des Normalvektors kann die Homographiematrix letztendlich zuverlässig berechnet werden.
• Gemäß einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass ein Abstand zwischen der ermittelten geometrischen Ebene und einem geometrischen Ursprung des Kamerakoordinatensystems berechnet und beim Berechnen der Homographiematrix berücksichtigt wird. Es wird also letztendlich eine Distanz zwischen der Kameraeinrichtung und der ebenen Oberfläche des Objekts berechnet und zur Bestimmung der Homographiematrix herangezogen. Der Abstand kann mit d abgekürzt werden. Der Abstand kann mithilfe von Ebenenfitting aus den zum Berechnen der geometrischen Ebene bestimmten dreidimensionalen Koordinaten der mehreren Mustermerkmale berechnet werden. Dies ist möglich, da mittels der dreidimensionalen Koordinaten im Kamerakoordinatensystem eine Entfernungsbestimmung im Kamerakoordinatensystem zwischen dessen Ursprung und den einzelnen Punkten der geometrischen Ebene, die durch die jeweiligen dreidimensionalen Koordinaten beschrieben werden, durchgeführt werden kann. In die Berechnung der Homographiematrix fließt also der Abstand zwischen der Kameraeinrichtung und der Oberfläche, auf die das Kalibrierungsmuster projiziert wird, ein. Durch Berücksichtigen des Abstands kann die Homographiematrix berechnet werden.
• Alternativ oder zusätzlich dazu kann ein Abstandssensor im Kraftfahrzeug angeordnet sein, mittels dessen der Abstand zwischen der ebenen Oberfläche des Objekts und dem Kraftfahrzeug erfasst und bereitgestellt werden kann. Der Abstandssensor kann eine Stereokamera, ein Radargerät, ein Lidar-Gerät und/oder ein Infrarotsensor sein. Der Abstandssensor ist im Frontbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet. Sofern die Relativanordnung des Abstandssensors zur Kameraeinrichtung bekannt ist, kann der Abstand zum Berechnen der Homographiematrix zuverlässig ermittelt werden.
• Insgesamt erfolgt die Berechnung der Homographiematrix bevorzugt mit folgender Formel: $$H=R-\frac{\overrightarrow{t}\cdot {\overrightarrow{n}}^T}{d}$$

  
• Hierbei ist R die Standardrotationsmatrix, $\overrightarrow{t}$

  

  der Translationsvektor, ${\overrightarrow{n}}^T$

  

  der Normalvektor in transponierter Form (transponierter Normalvektor), und d der Abstand.
• Bevorzugt wird die Homographiematrix bei jedem Durchführen des Verfahrens neu berechnet. Außerdem wird bei jedem Durchführen die Rotationsmatrix, also hier die Standardrotationsmatrix, neu angenommen, indem die bisherige Rotationsmatrix durch die Ergebnisrotationsmatrix ersetzt wird. Ferner werden bei jedem Durchführen der Normalvektor und der Abstand neu berechnet, da diese von der angenommenen Rotationsmatrix anhängig sind. Die oben beschriebene Triangulation sowie Ermittlung der Ebene erfolgen ebenfalls neu, da diese abhängig von der angenommenen Rotationsmatrix, die hier als Standardrotationsmatrix bezeichnet wird, sind.
• Außerdem sieht es ein Ausführungsbeispiel vor, dass zum Ermitteln der Ergebnisrotationsmatrix eine Summe der quadratischen ersten Abweichungsdaten und der quadratischen zweiten Abweichungsdaten berechnet und minimiert wird. Diesem Vorgehen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die ersten und zweiten Abweichungsdaten von den Rotationswinkeln der Scheinwerfervorrichtung abhängig sind. Je näher die hier berechnete Rotationsmatrix der tatschlichen Rotationsmatrix ist, desto kleiner sind die Distanzen, die von den ersten und zweiten Abweichungsdaten beschrieben werden. Zur Abschätzung der Rotationsmatrix sollte daher auf typische Optimierungsverfahren der Bildverarbeitung zurückgegriffen werden. Dies bedeutet, dass beispielsweise bevorzugt über die Summe der quadratischen ersten Abweichungsdaten und der quadratischen zweiten Abweichungsdaten minimiert wird. Dies erfolgt beispielsweise anhand folgender Formel: $${\displaystyle {\sum }_{i=1}^n\left(d_{ci}^2+d_{hi}^2\right)\to \underset{\overline{r}}{{\displaystyle min}}}$$

  
• Hierbei beschreibt r einen Vektor von Kalibrierparametern, also der drei Rotationswinkel, d_ci die zweiten Abweichungsdaten für ein Mustermerkmal i, d_hi die ersten Abweichungsdaten für das Mustermerkmal i und n eine Gesamtanzahl an berücksichtigen Mustermerkmalen i. Die Formel umfasst eine Summierung über alle Mustermerkmale i vom ersten Mustermerkmal (i = 1) bis zum letzten Mustermerkmal (i = n).
• Es können beispielsweise beim Durchführen des Minimierens variierende Annahmen für die Standardrotationsmatrix zum Berechnen der Homographiematrix und somit letztendlich zum Berechnen der geschätzten Koordinaten sowie der Abweichungsdaten angenommen werden, um festzustellen, ob bei der geänderten angenommenem Standardrotationsmatrix letztendlich kleinere Abweichungsdaten zwischen den ermittelten homogenen Koordinaten und den geschätzten Koordinaten in beiden Koordinatensystemen berechnet werden können oder nicht.
• Alternativ oder zusätzlich kann ein anderes rechnerisches Verfahren zum Minimieren der ersten und zweiten Abweichungsdaten und somit letztendlich zum Ermitteln der Standardrotationsmatrix angewendet werden. Es kann auf gängige Optimierungsverfahren zurückgegriffen werden, insbesondere gängige Optimierungsverfahren im Bereich der Bildverarbeitung.
• Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, dass zum Ermitteln der homogenen Koordinaten im Kamerakoordinatensystem ein Lochkameramodell mit einem Projektionszentrum der Kameraeinrichtung als geometrischer Ursprung angewendet wird. Alternativ oder zusätzlich dazu wird zum Ermitteln der homogenen Koordinaten im Scheinwerferkoordinatensystem ein Zentralprojektionsmodell mit einem Projektionszentrum der Scheinwerfervorrichtung als geometrischer Ursprung angewendet. Die Welt, die im Kamera- und/oder Scheinwerferkoordinatensystem beobachtet wird, wird in Relation zum jeweiligen Projektionszentrum betrachtet. Es wird auf typische Modellbetrachtungssysteme zurückgegriffen, und zwar auf das Lochkameramodell für die Kameraeinrichtung und/oder das Zentralprojektionsmodell für die Scheinwerfervorrichtung.
• Es kann ferner vorgesehen sein, dass eine Kompensation von Verzerrungen in optischen Systemen, insbesondere in der Kameraeinrichtung, aber auch in der Scheinwerfervorrichtung, vorgenommen wird. Hier kann auf typische Kompensationsalgorithmen zurückgegriffen werden, das heißt auf typische Methoden der Bildverarbeitung zur Modellierung und Bestimmung ihrer Modellparameter, um letztendlich zumindest eine Reduktion derartiger Verzerrungen zu erreichen.
• Durch die Verwendung des Lochkameramodells sowie des Zentralprojektionsmodells werden in der Kameraeinrichtung beziehungsweise in der Scheinwerfervorrichtung ähnliche Modelle der perspektivischen Projektion angewendet. Da zudem die relativen Positionen von beiden optischen Systemen zueinander, das heißt der Kameraeinrichtung zum Scheinwerfervorrichtung und umgekehrt bekannt sind, kann die Rotation der Scheinwerfervorrichtung bezüglich des Kamerakoordinatensystems durch die beschriebenen Berechnungsschritte auf eine Abweichung, die beispielsweise in einem Bereich von einigen Grad liegt, und/oder einen Fehlerwinkel, der beispielsweise in einem Bereich von einigen Zehntelgrad liegt, untersucht werden. Die Abweichung und/oder der Fehlerwinkel ermöglichen eine Aussage darüber, wie stark die aktuelle Scheinwerfervorrichtung von einer optimal kalibrierten Scheinwerfervorrichtung abweicht, wobei diese Aussage darauf basiert, dass die Kameraeinrichtung kalibriert ist. Die Abweichung und/oder der Fehlerwinkel hängt von der vorgegebenen Standardrotationsmatrix ab. Das heißt, der Fehlerwinkel ist der Winkel zwischen dem jeweiligen Rotationswinkel und dem jeweiligen vorbekannten, die Standardrotationsmatrix definierenden Rotationswinkel. Es können letztendlich besonders gut und leicht miteinander verrechenbare Koordinaten im Kamerakoordinatensystem sowie im Scheinwerferkoordinatensystem bereitgestellt werden.
• Das erfindungsgemäße Kalibrierverfahren für eine Scheinwerfervorrichtung eines Kraftfahrzeugs kann alternativ folgende Schritte umfassen:
• - Projizieren eines Kalibrierungsmusters auf eine ebene Oberfläche eines Objekts mittels der Scheinwerfervorrichtung;
• - Erfassen von das projizierte Kalibrierungsmuster beschreibenden Kameradaten mittels einer Kameraeinrichtung des Kraftfahrzeugs;
• - für zumindest drei voneinander räumlich getrennte Mustermerkmale des projizierten Kalibrierungsmusters:
  • • Ermitteln von homogenen Koordinaten in einem Kamerakoordinatensystem durch Anwenden eines Koordinatenbestimmungskriteriums auf die erfassten Kameradaten;
  • • Ermitteln von homogenen Koordinaten in einem Scheinwerferkoordinatensystem durch Auswerten des Kalibrierungsmusters;
  • • mittels einer Triangulation, Berechnen dreidimensionaler Koordinaten des Mustermerkmals im Kamerakoordinatensystem;
• - aus den mindestens drei berechneten dreidimensionale Koordinaten, Berechnen einer geometrischen Ebene der ebenen Oberfläche des Objekts und eines Normalvektors der ermittelten geometrischen Ebene;
• - Berechnen einer Homographiematrix unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Standardrotationsmatrix als Rotationsmatrix der Scheinwerfervorrichtung und dem berechneten Normalvektor;
• - für die zumindest drei voneinander räumlich getrennten Mustermerkmale des projizierten Kalibrierungsmusters:
  • • Berechnen von geschätzten homogenen Koordinaten im Kamerakoordinatensystem unter Berücksichtigung der berechneten Homographiematrix und der ermittelten homogenen Koordinaten im Scheinwerferkoordinatensystem;
  • • Berechnen von geschätzten homogenen Koordinaten im Scheinwerferkoordinatensystem unter Berücksichtigung der berechneten Homographiematrix und der ermittelten homogenen Koordinaten im Kamerakoordinatensystem;
  • • Berechnen von ersten Abweichungsdaten, die eine Bildpositionsabweichung zwischen den ermittelten Koordinaten und den berechneten geschätzten Koordinaten im Scheinwerferkoordinatensystem beschreiben;
  • • Berechnen von zweiten Abweichungsdaten, die eine Bildpositionsabweichung zwischen den ermittelten Koordinaten und den berechneten geschätzten Koordinaten im Kamerakoordinatensystem beschreiben;
• - Ermitteln einer Ergebnisrotationsmatrix durch Minimieren der ermittelten ersten Abweichungsdaten und zweiten Abweichungsdaten;
• - Durchführen der Kalibrierung der Scheinwerfervorrichtung anhand der ermittelten Ergebnisrotationsmatrix.
• Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug zum Durchführen des beschriebenen Kalibrierverfahrens für die Scheinwerfervorrichtung des Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug ist also dazu ausgebildet, das beschriebene Kalibierverfahren durchzuführen. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet. Das Kraftfahrzeug weist die Scheinwerfervorrichtung, eine Kameraeinrichtung sowie eine Auswerteeinrichtung auf. Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispiele, deren Kombinationen und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
• Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs sieht vor, dass die Kameraeinrichtung als eine Monokamera ausgebildet ist. Es kann also vorgesehen sein, dass die Kameraeinrichtung keine Stereokamera ist. Trotz der einfachen Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs mit der Monokamera kann eine zuverlässige Kalibrierung der Scheinwerfervorrichtung basierend auf Komponenten des Kraftfahrzeugs selbst durchgeführt werden.
• Die Erfindung kann ferner die Auswerteeinrichtung des Kraftfahrzeugs betreffen. Die Auswerteeinrichtung kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, entsprechende Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens oder eine Kombination von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die entsprechenden Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens oder die Kombination der Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
• Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsbeispiele. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweisen, sofern die Ausführungsbeispiele nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
• Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
• 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Scheinwerfervorrichtung und einer Kameraeinrichtung;
• 2 eine schematische Darstellung eines Kalibrierungsmusters in einem Kamerakoordinatensystem sowie einem Scheinwerferkoordinatensystem ;
• 3 in schematischer Darstellung einen Signalflussgraphen eines Kalibrierverfahrens für eine Scheinwerfervorrichtung eines Kraftfahrzeugs; und
• 4 eine schematische Darstellung von Transformationen eines Mustermerkmals im Kamerakoordinatensystem und im Scheinwerferkoordinatensystem.
• Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
• In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
• In 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 skizziert, dass zwei Scheinwerfervorrichtungen 2 in einem Frontbereich des Kraftfahrzeugs 1 aufweist. Zudem weist das Kraftfahrzeug 1 eine Kameraeinrichtung 3 auf, die hier als Frontkamera ausgebildet ist. Die Kameraeinrichtung 3 ist bevorzugt eine Monokamera, das heißt sie ist beispielsweise keine Stereokamera. Das Kraftfahrzeug 1 weist eine Auswerteeinrichtung 4 auf. Die Auswerteeinrichtung 4 ist beispielsweise eine Recheneinrichtung, das heißt sie weist zumindest einen Prozessor auf. Die Auswerteeinrichtung 4 ist dazu ausgebildet, zumindest Berechnungsschritte und insbesondere entsprechende Ermittlungsschritte eines Kalibrierverfahrens für die Scheinwerfervorrichtung 2 des Kraftfahrzeugs 1 durchzuführen.
• In 1 ist zudem ein Objekt 5 skizziert, bei dem es sich hier exemplarisch um eine Wand handelt. Das Objekt 5 ist beispielsweise die Wand einer Garage oder eines anderen Gebäudes. Das Objekt 5 weist eine ebene Oberfläche 6 auf. Die ebene Oberfläche 6 ist bevorzugt glatt ausgebildet, das heißt sie weist bevorzugt keine oder wenn dann nur kleine makroskopische Aussparungen und/oder Erhebungen auf. Eine Erstreckung des Objekts 5 in z-Richtung, das heißt in einer Hochrichtung des Kraftfahrzeugs 1, ist bevorzugt derart gewählt, dass mittels der Scheinwerfervorrichtung 2 Licht auf die Oberfläche 6 projiziert werden kann. Eine Ebene der Oberfläche 6 ist bevorzugt parallel zu einer Frontebene des Kraftfahrzeugs 1 ausgerichtet, sodass beispielsweise ein Abstand von jedem der beiden Scheinwerfervorrichtungen 2 zur Oberfläche 6 des Objekts 5 gleich groß ist. Alternativ dazu kann die Ebene der Oberfläche 6 schräg zur Frontebene des Kraftfahrzeugs 1 ausgerichtet sein. Das Kraftfahrzeug 1 ist hier vor dem Objekt 5 mit der ebenen Oberfläche 6 positioniert, das heißt, es ist dort beispielsweise geparkt. Das Kraftfahrzeug 1 befindet sich hier exemplarisch aktuell im Stillstand, das heißt es wurde vor der ebenen Oberfläche 6 positioniert. Alternativ kann das Kraftfahrzeug 1 in Bewegung sein.
• In 1 ist ferner ein Lichtkegel 7 einer der Scheinwerfervorrichtungen 2 skizziert. Hierdurch wird deutlich, dass mittels der Scheinwerfervorrichtung 2 die Oberfläche 6 des Objekts 5 zumindest teilweise angestrahlt werden kann. Die Oberfläche 6 des Objekts 5 befindet sich innerhalb eines Erfassungsbereichs der Kameraeinrichtung 3.
• In 2 sind einige der Komponenten aus 1 vereinfacht und aus einer anderen Perspektive dargestellt. 2 zeigt eine Draufsicht auf die ebene Oberfläche 6 des Objekts 5. Das skizzierte Koordinatensystem seitlich des Objekts 5 entspricht dem Koordinatensystem des Kraftfahrzeugs 1, wie es auch in 1 skizziert ist.
• Mittels der Scheinwerfervorrichtung 2 wird ein Kalibrierungsmuster 8 auf die ebene Oberfläche 6 des Objekts 5 projiziert. Die ebene Oberfläche 6 des Objekts 5 ist dem Kraftfahrzeug 1 zugewandt. In 2 sind ferner zur Veranschaulichung zwei symbolische Darstellungen des Kalibrierungsmusters 8 skizziert, und zwar eine Kalibrierungsmustermaske 9 und ein Kameradatenkalibrierungsmuster 10. Die Kalibrierungsmustermaske 9 liegt zum Beispiel der Scheinwerfervorrichtung 2 als zweidimensionale Vorlage für die Projektion vor. Mittels der Kalibrierungsmustermaske 9 kann die Scheinwerfervorrichtung 2 das Kalibrierungsmuster 8 auf die Oberfläche 6 projizieren. Das Kameradatenkalibrierungsmuster 10 zeigt symbolisch das mittels der Kameraeinrichtung 3 erfasste Kalibrierungsmuster 8 aus der Perspektive der Kameraeinrichtung 3. Das Kalibrierungsmuster 8 weist mehrere Musterelemente auf. Diese sind hier exemplarisch als Kreise mit jeweiligem Mittelpunkt ausgebildet. Der Mittelpunkt des jeweiligen Kreises ist ein Mustermerkmal 11. Das Mustermerkmal 11 ist also punktförmig. Alternativ oder zusätzlich kann das jeweilige Musterelement eckig (viereckig, dreieckig oder mehreckig) und/oder oval geformt sein. Das jeweilige Musterelement kann gefüllt und/oder leer sein, das heißt eine hervorgehobene Umrandung aufweisen. Das Mustermerkmal 11 ist ein bestimmtes Punktelement, also ein definierter Punkt, des Musterelements.
• 2 zeigt ferner, dass sowohl der Kameraeinrichtung 3 als auch der Scheinwerfervorrichtung 2 jeweils ein geometrischer Ursprung 12 zugeordnet ist. Dieser stellt den Ursprung 12 eines jeweiligen Koordinatensystems dar. Hier ist zudem exemplarisch für die Kameraeinrichtung 3 sowie die Scheinwerfervorrichtung 2 ein jeweiliges Koordinatensystem skizziert. Hierbei steht der Zusatz c für die Kameraeinrichtung 3 (für Englisch „camera“), also hier für ein Kamerakoordinatensystem, und der Zusatz h für die Scheinwerfervorrichtung 2 (für Englisch: „headlamp“), also hier für ein Scheinwerferkoordinatensystem. Der geometrische Ursprung 12 des Kamerakoordinatensystems der Kameraeinrichtung 3 kann alternativ als camera center of projection bezeichnet werden. Der geometrische Ursprung 12 des Scheinwerferkoordinatensystems der Scheinwerfervorrichtung 2 kann alternativ als headlamp center of projection bezeichnet werden. Das hier exemplarisch markierte Mustermerkmal 11 weist einehomogene Koordinate pc im Kamerakoordinatensystem auf. Außerdem weist das gleiche markierte Mustermerkmal 11 eine ihm zugeordnete homogene Koordinate ph im Scheinwerferkoordinatensystem auf.
• Aus 2 geht zudem ein Translationsvektor t, der alternativ als t bezeichnet werden kann, hervor. Der Translationsvektor t eignet sich für eine Transformation vom Kamerakoordinatensystem ins Scheinwerferkoordinatensystem oder umgekehrt. Der Translationsvektor t lässt sich beispielsweise aus einer Relativanordnung der Scheinwerfervorrichtung 2 zur Kameraeinrichtung 3 bestimmen.
• In 3 ist ein Kalibrierverfahren für die Scheinwerfervorrichtung 2 des Kraftfahrzeugs 1 skizziert. In einem ersten Verfahrensschritt S1 erfolgt zum Beispiel das Positionieren des Kraftfahrzeugs 1 mit der Scheinwerfervorrichtung 2 vor der ebenen Oberfläche 6 des Objekts 5. Daraufhin wird in einem Verfahrensschritt S2, der nach dem beispielsweise genannten Positionieren im Verfahrensschritt S1 erfolgt, das Kalibrierungsmuster 8 auf die ebene Oberfläche 6 des Objekts 5 projiziert. Dies erfolgt mittels der Scheinwerfervorrichtung 2. Daraufhin kann in einem Verfahrensschritt S3 das projizierte Kalibrierungsmuster 8 mittels der Kameraeinrichtung 3 des Kraftfahrzeugs 1 erfasst werden. Hierfür werden das projizierte Kalibrierungsmuster 8 beschreibende Kameradaten 13 erfasst. Daraufhin können die Kameradaten 13 an die Auswerteeinrichtung 4 übermittelt werden.
• Die Auswerteeinrichtung 4 kann für zumindest das eine Mustermerkmal 11 folgende weitere Verfahrensschritte S4 bis S10 durchführen: Im Verfahrensschritt S4 erfolgt ein Ermitteln der homogenen Koordinaten pc im Kamerakoordinatensystem, die alternativ als ${\overrightarrow{p}}_c$

  

  bezeichnet werden können. Die Koordinaten pc werden durch Anwenden eines Koordinatenbestimmungskriteriums 14 auf die erfassten Kameradaten 13 ermittelt. Das Koordinatenbestimmungskriterium 14 umfasst beispielsweise eine Vorschrift und/oder einen Algorithmus, anhand derer beziehungsweise dessen das Kameradatenkalibrierungsmuster 10, das von den Kameradaten 13 beschrieben wird, ausgewertet werden kann, um die Koordinaten pc des Mustermerkmals 11 bestimmen zu können.
• In einem Verfahrensschritt S5 erfolgt analog zum Verfahrensschritt S4 ein Ermitteln von homogenen Koordinaten ph, alternativ bezeichnet als ${\overrightarrow{p}}_h,$

  

  im Scheinwerferkoordinatensystem. Dies erfolgt durch Auswerten des Kalibrierungsmusters 8, das heißt hier zum Beispiel der Kalibrierungsmustermaske 9. Mit anderen Worten liegen genaue Koordinaten ph des Mustermerkmals 11 im Scheinwerferkoordinatensystem bereits vor, da das Kalibrierungsmuster 8 durch die Kalibrierungsmustermaske 9 vorgegeben ist. Die Koordinaten pc im Kamerakoordinatensystem sowie die Koordinaten ph im Scheinwerferkoordinatensystem werden aufeinander abgestimmt, das heißt, es wird ein bestimmter Ort des Kalibrierungsmusters 8, und zwar der Ort des Mustermerkmals 11, in beiden Koordinatensystemen beschrieben. Homogene Koordinaten pc, ph sind Koordinaten pc, ph, die in einer z-Richtung lediglich den Wert 1 aufweisen, das heißt in der z-Richtung normiert sind.
• In einem Verfahrensschritt S6 erfolgt ein Berechnen einer Homographiematrix H. Dies erfolgt zumindest unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Standardrotationsmatrix RSt als mögliche Rotationsmatrix der Scheinwerfervorrichtung 2. Die Rotationsmatrix und somit auch die Standardrotationsmatrix RSt umfassen einen Nickwinkel, Gierwinkel und Wankwinkel der Scheinwerfervorrichtung 2. Die Standardrotationsmatrix RSt umfasst vorgegebene Standardwerte für die Rotationswinkel und stimmt daher nicht zwangsläufig mit einer tatsächlichen Rotationsmatrix der Scheinwerfervorrichtung 2 überein. Die vorgegebene Standardrotationsmatrix RSt ist im Rahmen des Kalibrierverfahrens neu zu berechnen und der essentielle Wert, der zum Durchführen der Kalibrierung zu berechnen ist.
• Ferner können im Verfahrensschritt S6 weitere Daten berücksichtigt werden, und zwar beispielsweise der Translationsvektor t. Dieser kann aus bereitgestellten Relativanordnungsdaten berechnet werden, die eine Relativanordnung der Kameraeinrichtung 3 zur Scheinwerfervorrichtung 2 beschreiben. Außerdem kann ein Normalvektor n berücksichtigt werden, der alternativ als $\overrightarrow{n}$

  

  bezeichnet werden kann. Zur Bestimmung des Normalvektors n werden für mindestens drei voneinander räumlich getrennte Mustermerkmale 11 jeweils die homogenen Koordinaten pc im Kamerakoordinatensystem und die homogenen Koordinaten ph im Scheinwerferkoordinatensystem ermittelt und jeweils mittels einer Triangulation dreidimensionale Koordinaten des Mustermerkmals 11 im Kamerakoordinatensystem berechnet. Aus den mindestens drei berechneten dreidimensionalen Koordinaten wird dann eine geometrische Ebene der ebenen Oberfläche 6 des Objekts 5 berechnet- Der Normalvektor n wird für die ermittelte geometrische Ebene berechnet. Der Normalvektor n ist der Vektor senkrecht zur derart ermittelten geometrischen Ebene. Bei der Triangulation wird die Standardrotationsmatrix RSt berücksichtigt. Außerdem kann ein Abstand d zwischen der ermittelten geometrischen Ebene, für die der Normalvektor n berechnet wurde, und dem geometrischen Ursprung 12 des Kamerakoordinatensystems berechnet und berücksichtigt werden. Dies erfolgt unter Berücksichtigung der dreidimensionalen Koordinaten als Punkte auf der Ebene im Kamerakoordinatensystem. Die Berechnung der Homographiematrix H erfolgt dann gemäß Formel (3).
• In einem Verfahrensschritt S7 erfolgt ein Berechnen von geschätzten homogenen Koordinaten pca im Kamerakoordinatensystem. Dies erfolgt unter Berücksichtigung der berechneten Homographiematrix H aus dem Verfahrensschritt S6 und der ermittelten homogenen Koordinaten ph im Scheinwerferkoordinatensystem. Das Berechnen erfolgt gemäß Formel (1), wobei hier die geschätzten homogenen Koordinaten pca im Kamerakoordinatensystem als ${\overrightarrow{p}}_c$

  

  bezeichnet werden. Analog erfolgt in einem Verfahrensschritt S8 ein Berechnen von geschätzten homogenen Koordinaten pha im Scheinwerferkoordinatensystem. Dies erfolgt unter Berücksichtigung der berechneten Homographiematrix H aus dem Verfahrensschritt S6 und der ermittelten homogenen Koordinaten pc im Kamerakoordinatensystem. Das Berechnen erfolgt gemäß Formel (2), wobei hier die geschätzten homogenen Koordinaten pha im Scheinwerferkoordinatensystem als ${\overrightarrow{p}}_h$

  

  bezeichnet werden.
• In einem Verfahrensschritt S9 werden ausgehend vom Verfahrensschritt S8 erste Abweichungsdaten d1 berechnet. Die ersten Abweichungsdaten können alternativ als d_hi bezeichnet werden (siehe zum Beispiel Formel (4)). Die ersten Abweichungsdaten d1 beschreiben eine Bildpositionsabweichung zwischen den ermittelten Koordinaten ph im Scheinwerferkoordinatensystem und den berechneten geschätzten Koordinaten pha im Scheinwerferkoordinatensystem. Analog dazu werden in einem Verfahrensschritt S10 zweite Abweichungsdaten d2 berechnet, die eine Bildpositionsabweichung zwischen den ermittelten Koordinaten pc im Kamerakoordinatensystem und den berechneten, geschätzten Koordinaten pca im Kamerakoordinatensystem beschreiben. Die zweiten Abweichungsdaten können alternativ als d_ci bezeichnet werden (siehe zum Beispiel Formel (4)). Es werden also in jedem Koordinatensystem jeweilige Abweichungsdaten d1, d2 zwischen der tatsächlich beobachteten Position des Mustermerkmals 11 und der auf Basis der Homographiematrix H berechneten Position des Mustermerkmals 11 berechnet.
• In einem Verfahrensschritt S11 erfolgt ein Ermitteln einer Ergebnisrotationsmatrix RStn durch Minimieren der ersten ermittelten Abweichungsdaten d1 und der zweiten Abweichungsdaten d2. Hierfür wird bevorzugt eine Summe der quadratischen ersten Abweichungsdaten d1 und der quadratischen zweiten Abweichungsdaten d2 berechnet und minimiert. Das Minimieren kann gemäß Formel (4) erfolgen. Es wird bevorzugt über die derart berechnete Summe für mehrere Mustermerkmale 11 summiert, und zwar für die Mustermerkmale 11 mit einem Zählindex i von i = 0 bis i = n.
• In einem Verfahrensschritt S12 erfolgt ein Durchführen der Kalibrierung der Scheinwerfervorrichtung 2 anhand der ermittelten Ergebnisrotationsmatrix RStn.
• Es ist ferner zu berücksichtigen, dass zum Ermitteln der Koordinaten pc im Kamerakoordinatensystem ein Lochkameramodell und zum Ermitteln der Koordinaten ph im Scheinwerferkoordinatensystem ein Zentralprojektionsmodell mit einem jeweiligen Projektionszentrum als jeweiligen geometrischen Ursprung 12 angewendet werden kann.
• Bevorzugt erfolgt das Berechnen und Minimieren der ermittelten ersten und zweiten Abweichungsdaten d1 und d2, das heißt zumindest alle Verfahrensschritte S4 bis S10, für mehrere Mustermerkmale 11 des Kalibrierungsmusters 8. Hierbei werden alle Daten zu den mehreren Mustermerkmalen 11 zu einem gemeinsamen ersten Zeitpunkt erfasst, das heißt, sie gehen beispielsweise auf ein einzelnes mittels der Kameraeinrichtung 3 des Kraftfahrzeugs 1 erfasstes Bild des projizierten Kalibrierungsmusters 8 zurück. Es kann ferner vorteilhaft sein, mehrere derartige Bilder auszuwerten, das heißt auch für zumindest einen zweiten Zeitpunkt für mehrere Mustermerkmale 11 die Verfahrensschritte S4 bis S10 durchzuführen. Beim Ermitteln der Ergebnisrotationsmatrix RStn wird bevorzugt über die entsprechenden Abweichungsdaten d1, d2 für mehrere Mustermerkmale 11 summiert, das heißt, bevorzugt wird die Summe der quadratischen ersten Abweichungsdaten d1 und der quadratischen zweiten Abweichungsdaten d2 über mehrere Mustermerkmale 11 summiert (siehe Formel (4).
• 4 veranschaulicht die durchgeführten Transformationen zwischen den Koordinatensystemen und zeigt exemplarisch mögliche Distanzen zwischen Koordinaten pc, ph und geschätzten Koordinaten pca, pha, also die von den Abstandsdaten d1, d2 beschriebenen Distanzen.
• Insgesamt zeigen die Beispiele eine Scheinwerfervorrichtung 2, die mittels einer Monokamera als Kameraeinrichtung 3 kalibriert werden kann. Das Ziel des Kalibrierverfahrens ist es, die drei Rotationswinkel der Scheinwerfervorrichtung 2, das heißt die Ergebnisrotationsmatrix RStn zu ermitteln. Annahmen sind hierbei: ein mit einer Monokamera als Kameraeinrichtung 3 ausgestattetes Kraftfahrzeug 1 steht vor einer Ebene, das heißt vor der Oberfläche 6 des Objekts 5, das zum Beispiel eine Wand in einer Garage ist, wobei die ebene Oberfläche 6 von der Scheinwerfervorrichtung 2 beleuchtet werden kann. Die Kameraeinrichtung 3 ist kalibriert. Ein Projektionsmodell der Scheinwerfervorrichtung 2 ist bekannt. Eine Scheinwerferposition bezüglich des Koordinatensystems des Kraftfahrzeugs 1 ist bekannt. Die Scheinwerfervorrichtung 2 kann ein vorgegebenes Kalibrierungsmuster 8 erzeugen.
• Mittels der Monokamera als Kameraeinrichtung 3 beobachten wir ein von der Scheinwerfervorrichtung 2 erzeugtes Kalibrierungsmuster 8 als Projektion auf der ebenen Oberfläche 6, das heißt auf einer Ebene. Daher wird die Scheinwerfervorrichtung 2 als Projektionseinheit verwendet und die Kameraeinrichtung 3 als Frontkamera zur Erfassung des Kalibrierungsmusters 8 eingesetzt. Wir beobachten die dreidimensionale Welt im Kamera- und Scheinwerferkoordinatensystem, das heißt, wir ermitteln zum Beispiel die Koordinaten pc, ph. Nach einer Kompensation der Verzerrung in den optischen Systemen, das heißt in der Scheinwerfervorrichtung 2 und der Kameraeinrichtung 3, verwenden wir für die Kameraeinrichtung 3 das Lochkameramodell und für die Scheinwerfervorrichtung 2 das Zentralprojektionsmodell mit dem Projektionszentrum als jeweiligen geometrischen Ursprung 12 des jeweiligen Koordinatensystems. Somit liegen der Kameraeinrichtung 3 und der Scheinwerfervorrichtung 2 ähnliche Modelle der perspektivischen Projektion zugrunde. Die relative Position der beiden optischen Systeme zueinander, also der Kameraeinrichtung 3 zur Scheinwerfervorrichtung 2, ist bekannt. Dies ist hier durch die Relativanordnungsdaten der Fall. Die Ausrichtung (Rotation) der Scheinwerfervorrichtung 2 bezüglich des Kamerakoordinatensystem der Kameraeinrichtung 3 ist grundsätzlich bekannt. Abweichungen und Fehlerwinkel von beispielsweise wenigen Grad zu bestimmen, ist die Aufgabe der Scheinwerferkalibrierung, wobei deren Lösung im Folgenden beschrieben wird.
• Von dem gewonnenen Kamerabild des Kalibrierungsmusters 8, das heißt aus den Kameradaten 13, extrahieren wir einige Features, und zwar charakteristische Musterpunkte, wie zum Beispiel Eckpunkte oder Kreismittelpunkte, und finden die Korrespondenzen zwischen den von der Scheinwerfervorrichtung 2 auf der Projektionsfläche, das heißt der Oberfläche 6, erzeugten Musterpunkten, die von den Koordinaten ph im Scheinwerferkoordinatensystem beschrieben werden, und von der Kameraeinrichtung 3 abgebildeten und von dieser verarbeiteten und extrahierten Bildpunkten, die von den Koordinaten pc im Kamerakoordinatensystem beschrieben werden. Die Musterpunkte sind die Mustermerkmale 11. Die Projektionsfläche ist bevorzugt die ebene Oberfläche 6, auf die das Kalibrierungsmuster 8 projiziert wird.
• Nachdem die Korrespondenzen ermittelt wurden, können wir für die vorgegebenen drei Rotationswinkel der Scheinwerfervorrichtung 2, die in Form der vorgegebenen Standardrotationsmatrix RSt vorgegeben sind, für jedes Korrespondenzpaar eine Triangulation durchführen, um die entsprechenden dreidimensionalen Positionen der ebenen Punkte bezüglich des Kamerakoordinatensystems zu berechnen. Aus der so gewonnenen Menge aus dreidimensionalen Punkten fitten wir eine Ebene im Kamerakoordinatensystem, um den Normalvektor n und mithilfe dessen die Homographiematrix H berechnen zu können (siehe Formel (3), für R wird beispielsweise RSt eingesetzt). Hierbei wird angenommen, dass der Normalvektor n sowie der Abstand d von der Kameraeinrichtung 3 bis zur geometrischen Ebene der ebenen Oberfläche 6 auf Basis der gefitteten Ebenen im Kamerakoordinatensystem berechnet werden können.
• Die Rotationsmatrix R kann aus den vorgegebenen drei Rotationswinkeln der Scheinwerfervorrichtung 2 berechnet werden, wobei hier bevorzugt die vorgegebene Standardrotationsmatrix RSt angenommen wird. Mit der Homographiematrix H können wir alle ebenen Punkte, also Koordinaten pca, pha, vom Kamerakoordinatensystem in das Scheinwerferkoordinatensystem und umgekehrt mappen (siehe Formeln (1) und (2)). Hierfür werden entsprechende homogene Koordinaten pca, pha berechnet.
• Die Positionen der Scheinwerferkoordinatensystempunkte, die hier als Koordinaten ph bezeichnet werden, sind bekannt, und zwar aus dem vorgegebenen, von der Scheinwerfervorrichtung 2 erzeugten Kalibrierungsmuster 8. Für jedes Korrespondenzpaar können wir nun die Positionen der Kamerapunkte, die hier als geschätzte homogene Koordinaten pca im Kamerakoordinatensystem bezeichnet werden, in der Bildebene als normalisierte Kameradaten 13 berechnen. Im Idealfall, das heißt unter Annahme der Rotationswinkel und bei keinem Bildrauschen, würden die so berechneten Kamerapunkte mit den extrahierten Bildpositionen, das heißt mit den homogenen Koordinaten pc in Kamerakoordinatensystem übereinstimmen. Da jedoch die vorgegebenen Rotationswinkel noch unkorrigiert sind (die werden noch gesucht), unterscheiden sich die berechneten Kamerapositionen von der entsprechenden extrahierten Bildposition im normalisierten Kamerakoordinatensystem der Features, das heißt des Mustermerkmals 11. Der Fehler ergibt sich aus der Distanz zwischen diesen Positionen, die als zweite Abweichungsdaten d2 bezeichnet werden. Genauso können wir extrahierte Bildpositionen in die entsprechende Musterposition mappen und die ersten Abweichungsdaten d1 zwischen den erzeugten und abgebildeten Featurepositionen berechnen, das heißt zwischen den ermittelten und somit bekannten Koordinaten ph und den berechneten geschätzten Koordinaten pha im Scheinwerferkoordinatensystem. Die Fehlerdistanzen, das heißt die ersten Abweichungsdaten d1 und die zweiten Abweichungsdaten d2, sind von den Rotationswinkeln abhängig. Je näher die berechneten Rotationswinkel den tatsächlichen Rotationswinkeln sind, das heißt je näher die berechnete Rotationsmatrix der tatsächlichen Rotationsmatrix ist, desto geringer sind die Abweichungsdaten d1, d2. Den Kalibrierparameter, das heißt den Rotationswinkel, kann man abschätzen, indem man die Summe der quadratischen Distanzen minimiert (siehe Formel (4)).

Claims (10)

1. Kalibrierverfahren für eine Scheinwerfervorrichtung (2) eines Kraftfahrzeugs (1), umfassend folgende Schritte: - Projizieren (S2) eines Kalibrierungsmusters (8) auf eine ebene Oberfläche (6) eines Objekts (5) mittels der Scheinwerfervorrichtung (2); - Erfassen (S3) von das projizierte Kalibrierungsmuster (8) beschreibenden Kameradaten (13) mittels einer Kameraeinrichtung (3) des Kraftfahrzeugs (1); - für zumindest ein Mustermerkmal (11) des projizierten Kalibrierungsmusters (8), • Ermitteln (S4) von homogenen Koordinaten (pc) in einem Kamerakoordinatensystem durch Anwenden eines Koordinatenbestimmungskriteriums (14) auf die erfassten Kameradaten (13); • Ermitteln (S5) von homogenen Koordinaten (ph) in einem Scheinwerferkoordinatensystem durch Auswerten des Kalibrierungsmusters (8); • Berechnen (S6) einer Homographiematrix (H) unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Standardrotationsmatrix (RSt) als Rotationsmatrix der Scheinwerfervorrichtung (2); • Berechnen (S7) von geschätzten homogenen Koordinaten (pca) im Kamerakoordinatensystem unter Berücksichtigung der berechneten Homographiematrix (H) und der ermittelten homogenen Koordinaten (ph) im Scheinwerferkoordinatensystem; • Berechnen (S8) von geschätzten homogenen Koordinaten (pha) im Scheinwerferkoordinatensystem unter Berücksichtigung der berechneten Homographiematrix (H) und der ermittelten homogenen Koordinaten (pc) im Kamerakoordinatensystem; • Berechnen (S9) von ersten Abweichungsdaten (d1), die eine Bildpositionsabweichung zwischen den ermittelten Koordinaten (ph) und den berechneten geschätzten Koordinaten (pha) im Scheinwerferkoordinatensystem beschreiben; • Berechnen (S10) von zweiten Abweichungsdaten (d2), die eine Bildpositionsabweichung zwischen den ermittelten Koordinaten (pc) und den berechneten geschätzten Koordinaten (pca) im Kamerakoordinatensystem beschreiben; - Ermitteln (S11) einer Ergebnisrotationsmatrix (RStn) durch Minimieren der ermittelten ersten Abweichungsdaten (d1) und zweiten Abweichungsdaten (d2); - Durchführen (S12) der Kalibrierung der Scheinwerfervorrichtung (2) anhand der ermittelten Ergebnisrotationsmatrix (RStn).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Berechnen und Minimieren der ermittelten ersten und zweiten Abweichungsdaten (d1, d2) für mehrere Mustermerkmale (11) des zu einem ersten Zeitpunkt auf die ebene Oberfläche (6) des Objekts (5) projizierten Kalibrierungsmusters (8) durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Berechnen und Minimieren der ermittelten ersten und zweiten Abweichungsdaten (d1, d2) für mehrere Mustermerkmale (11) für ein zu zumindest einem zweiten Zeitpunkt auf die ebene Oberfläche (6) des Objekts (5) projizierten Kalibrierungsmuster (8) wiederholt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Relativanordnungsdaten bereitgestellt werden, die eine Relativanordnung der Kameraeinrichtung (3) zur Scheinwerfervorrichtung (2) beschreiben, und aus den bereitgestellten Relativanordnungsdaten ein Translationsvektor (t) für eine Transformation vom Kamerakoordinatensystem ins Scheinwerferkoordinatensystem berechnet wird, wobei der berechnete Translationsvektor (t) beim Berechnen der Homographiematrix (H) berücksichtigt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für mindestens drei voneinander räumlich getrennte Mustermerkmale (11) jeweils die homogenen Koordinaten (pc) im Kamerakoordinatensystem ermittelt und die homogenen Koordinaten (ph) im Scheinwerferkoordinatensystem dem Kalibrierungsmuster (8) entnommen werden und jeweils mittels einer Triangulation, insbesondere unter Berücksichtigung der Standardrotationsmatrix (RSt), dreidimensionale Koordinaten des Mustermerkmals (11) im Kamerakoordinatensystem berechnet werden, wobei aus den mindestens drei berechneten dreidimensionale Koordinaten eine geometrische Ebene der ebenen Oberfläche (6) des Objekts (5) berechnet wird, wobei ein Normalvektor (n) der ermittelten geometrischen Ebene beim Berechnen der Homographiematrix (H) berücksichtigt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein Abstand (d) zwischen der ermittelten geometrischen Ebene und einem geometrischen Ursprung (12) des Kamerakoordinatensystems berechnet und beim Berechnen der Homographiematrix (H) berücksichtigt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Ermitteln der Ergebnisrotationsmatrix (RStn) eine Summe der quadratischen ersten Abweichungsdaten (d1) und der quadratischen zweiten Abweichungsdaten (d2) berechnet und minimiert wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Ermitteln der homogenen Koordinaten (pc) im Kamerakoordinatensystem ein Lochkameramodell und/oder zum Ermitteln der homogenen Koordinaten (ph) im Scheinwerferkoordinatensystem ein Zentralprojektionsmodell mit einem jeweiligen Projektionszentrum als jeweiliger geometrischer Ursprung (12) angewendet wird.
9. Kraftfahrzeug (1) zum Durchführen eines Kalibrierverfahrens für eine Scheinwerfervorrichtung (2) des Kraftfahrzeugs (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kraftfahrzeug (1) die Scheinwerfervorrichtung (2), eine Kameraeinrichtung (3) und eine Auswerteeinrichtung (4) aufweist.
10. Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 9, wobei die Kameraeinrichtung (3) als eine Monokamera ausgebildet ist.

Images