EP4252197A2 - Evaluation of scanning information using position information - Google Patents

Evaluation of scanning information using position information

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EP4252197A2
EP4252197A2 EP21823484.7A EP21823484A EP4252197A2 EP 4252197 A2 EP4252197 A2 EP 4252197A2 EP 21823484 A EP21823484 A EP 21823484A EP 4252197 A2 EP4252197 A2 EP 4252197A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
information
detection unit
scanning
wheel segments
position information
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21823484.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jan BEHLING
Mathias ROTGERI
Jan Sören EMMERICH
Dirk Höning
Patrick Klokowski
Christian Hammermeister
Michael Ten Hompel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP4252197A2 publication Critical patent/EP4252197A2/en
Pending legal-status Critical Current

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    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
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    • G06T7/70Determining position or orientation of objects or cameras
    • G06T7/73Determining position or orientation of objects or cameras using feature-based methods
    • G06T7/74Determining position or orientation of objects or cameras using feature-based methods involving reference images or patches
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V20/00Scenes; Scene-specific elements
    • G06V20/50Context or environment of the image
    • G06V20/56Context or environment of the image exterior to a vehicle by using sensors mounted on the vehicle
    • GPHYSICS
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    • G06T7/00Image analysis
    • G06T7/50Depth or shape recovery
    • G06T7/521Depth or shape recovery from laser ranging, e.g. using interferometry; from the projection of structured light
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    • G06V10/24Aligning, centring, orientation detection or correction of the image
    • G06V10/247Aligning, centring, orientation detection or correction of the image by affine transforms, e.g. correction due to perspective effects; Quadrilaterals, e.g. trapezoids
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00Details of television systems
    • H04N5/222Studio circuitry; Studio devices; Studio equipment
    • H04N5/262Studio circuits, e.g. for mixing, switching-over, change of character of image, other special effects ; Cameras specially adapted for the electronic generation of special effects
    • H04N5/2628Alteration of picture size, shape, position or orientation, e.g. zooming, rotation, rolling, perspective, translation
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    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10Image acquisition modality
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    • G06T2207/00Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30248Vehicle exterior or interior
    • G06T2207/30252Vehicle exterior; Vicinity of vehicle

Definitions

  • the present invention relates to a device for evaluating scanning information using position information.
  • the invention relates in particular to optical tilt compensation via rotary encoders.
  • Automated vehicles require some form of localization in order to be able to move safely through space, for example. Cameras or other optical sensors can be used here, with which previously mapped features in the environment can be found again by measurement, for example in the form of images. Since such measurements or observations can be incorrect, they are usually offset against the odometry of the vehicle using a statistical estimator, for example a Kalman filter. This process may require, for example, optical measurement of features whose only degree of freedom is the position of the vehicle.
  • the deflection of the chassis can change the distance between the vehicle and the ground.
  • the entire vehicle can be inclined relative to a fixed reference point in the world if the deflection on the various wheels is different.
  • Vehicle deflection during operation can change in a number of ways. This can be caused by a change in the load status during operation, for example by picking up or delivering different heavy loads, a dynamic change in the acceleration vector, for example by hard braking or accelerating, a material defect, for example a defective spring-damper element, an uneven mass distribution in the vehicle and/or a change in the mass distribution in the vehicle, for example due to moving cargo.
  • the deflection of the vehicle can change the position of the chassis and thus also the position of the sensor attached to the chassis in space, without changing the position of the vehicle on the ground level. It can therefore be a disruptive degree of freedom for localization. It should be noted that the deflection does not necessarily have to be caused by classic springs, but can also be caused by a certain softness in the chassis or running gear, for example by air-filled wheels.
  • a rigid chassis can be used, which is not unusual when vehicles are used indoors.
  • the problem described above cannot or hardly arise here.
  • "faulty measurements” can only occur if, for example, the wheels of the vehicle lift off the ground during strong braking or acceleration processes. However, this can only happen for a very short period of time, for example, which is why the faulty measurement is of little or no consequence
  • a rigid chassis can have the technical disadvantage that the vehicle cannot compensate for uneven ground.
  • marker-based approaches have the disadvantage that the markers, for example QR codes, have to be applied in the area beforehand and additional information about the location or the area around the marker has to be introduced into the marker. This, in turn, can entail additional costs and time.
  • markers for example QR codes
  • additional information about the location or the area around the marker has to be introduced into the marker.
  • This in turn, can entail additional costs and time.
  • due to wearing out markers For example, on floors that are driven on by vehicles, or if the markers are dirty, replacement or maintenance, eg repainting, may be necessary for the markers.
  • This can also be accompanied by the further disadvantage of monitoring the condition of the markers in order to avoid accidents or breakdowns.
  • the object of the present invention is therefore to create an improved concept that makes it possible to use position information, which has information about a deflection of a spring-loaded vehicle, for example, and scanning information from a detection unit, which is part of the vehicle, for example, the detection unit and thus, for example, to localize the vehicle.
  • the inventors have recognized that localization of a detection unit, which is part of a vehicle, for example, based on scanning information of a two-dimensional scan of a surface from the detection unit, with location information indicating an inclination of the detection unit with respect to the surface, and/or improved can be made possible.
  • Embodiments according to the present invention are based on the core idea of using the position information to evaluate the scanning information with regard to the localization of the detection unit.
  • the use of the location information enables simple pattern recognition and/or a quick calculation of the position.
  • a device includes a processing unit configured to obtain scanning information from a two-dimensional scan of a surface and to obtain position information indicating an inclination of a detection unit providing the two-dimensional scan with respect to the surface and to the scanning information to evaluate using the position information regarding a localization of the detection unit relative to the surface.
  • the detection unit can be part of a vehicle that navigates over a surface.
  • the processing unit of the device can receive scanning information from a two-dimensional scan of the surface from the detection unit.
  • the detection unit can have an inclination with respect to the surface, for example due to different deflection of individual wheels of the vehicle.
  • the detection unit can have an inclination relative to the surface, for example due to a pitching or rolling movement.
  • a method includes obtaining scanning information of a two-dimensional scanning of a surface, obtaining position information indicating an inclination of a detection unit providing the two-dimensional scanning with respect to the surface, and evaluating the scanning information using the position information with regard to a localization of the detection unit relative to the surface.
  • the scanning information of the surface can be evaluated, taking into account the inclination of the detection unit, by considering the position information, with regard to a localization of the detection unit and/or an improved evaluation can be carried out.
  • a method according to the invention can thus perform a localization based on scanning information which does not have any coded or other direct information about the inclination of the detection unit.
  • a computer program includes a program code for carrying out a method according to the invention.
  • a computer program for carrying out the method according to the invention can be executed, for example, on a vehicle, such as a mobile robot platform, to localize the vehicle, and/or in a central processing unit, which, for example, receives scanning information from a large number of vehicles and on the basis of which the positions of the vehicles determined.
  • a method according to the invention can be used in a large number of applications and variants of applications, for example on microcontrollers or higher-performance computers of central processing units.
  • the processing unit is designed to manipulate the scanning information using the position information in order to obtain manipulated scanning information and to carry out an evaluation of the manipulated scanning information with regard to the localization of the detection unit relative to the surface.
  • a distortion of the scanning information due to an inclination of the detection unit with respect to the surface can be at least partially compensated.
  • This can make it possible, for example, for subsequent evaluation methods, for example image evaluation methods, to be able to extract features from the scanning information, which enable localization of the detection unit.
  • the detection unit can be localized more precisely and/or more robustly.
  • the processing unit is designed to rectify the scanning information based on the position information.
  • Geometric distortions in scanning information for example in the form of image data, can be at least partially corrected by rectification or equalization.
  • Scanning information for example an image, can thus be converted in such a way as if it had been recorded perpendicularly to the surface.
  • distances and positions of features about which information is contained in the scanning information, and which contain information about the whereabouts of the detection unit on the surface can be determined in order to compare this with a database, for example, in order to determine the position of the detection unit.
  • the detection unit has a camera and/or a laser distance sensor array.
  • the use of a camera and/or a laser distance sensor array is a cost-effective, readily available possibility that can be replaced, for example, in particular for mobile robot applications, of providing the scanning information.
  • the information content of scanning information of this form of detection unit enables features of the environment to be extracted in order to localize the detection unit.
  • the processing unit is designed to at least partially compensate for a perspective distortion of the scanning information using the position information.
  • the localization of the detection unit can be made possible and/or improved by processing the scanning information.
  • the evaluation of equalized scanning information enables the extraction of information about inherent features of the environment, which can be compared with a database to deduce the position of the detection unit.
  • distance estimates can also be improved, for example to avoid collisions with obstacles.
  • the device has a position detection unit that is designed to detect the position information, the device having the detection unit.
  • the device can be designed as a vehicle, for example, which has the detection unit, for example a camera, for navigating on the surface.
  • the device additionally has a position detection unit for detecting the position information.
  • the position detection unit can be designed, for example, as a multi-axis rotation angle sensor, which is arranged, for example, in the vicinity of the detection unit in order to detect the position information.
  • the combination of device with position detection unit and detection unit can be used for an automatically or autonomously driving robot.
  • a system can be created that can independently find its way around in an environment, for example with the help of a determination of its own position.
  • a corresponding vehicle can orientate itself or at least better orientate itself in an unknown environment which, for example, has no markers.
  • the device is a vehicle with at least two sprung wheel segments, and the detection unit has a predetermined position relative to the at least two sprung wheel segments.
  • the device By designing the device as a vehicle with at least two spring-loaded wheel segments, good driving characteristics of the device can be achieved, so that it can also be used on difficult terrain with uneven floors, for example.
  • the device can in particular have three, four or more spring-loaded wheel segments.
  • the predetermined position of the detection unit with respect to the at least two sprung wheel segments can be used to calculate the inclination of the detection unit by determining the deflection of the wheel segments, for example to improve the scanning information or its evaluation.
  • the position detection unit has at least two sensor elements, with the at least two sensor elements each being arranged on one of the at least two sprung wheel segments, and with the processing unit being designed to receive measured values from each of the at least two sensor elements, which are associated with a spring deflection of the wheel segments are correlated, and to calculate the attitude information based on a combination of the measured values.
  • the sensor elements By arranging the sensor elements directly on the sprung wheel segments, for example, simple and/or inexpensive sensor elements can be used. Instead of a central sensor, which has, for example, several measurement axes (which can, for example, carry out measurements in several spatial dimensions), several simple or single-axis sensors (which, for example, can only carry out measurements with regard to one spatial dimension) can be used whose measurement information is merged. Furthermore, more than one sensor element can also be arranged on each spring-loaded wheel segment, for example in order to create redundancy in applications that are particularly critical to safety. According to one exemplary embodiment, the at least two sensor elements are arranged on the wheel segments in such a way that when the wheel segments compress or rebound, there is a large change in the position of the sensor elements.
  • Such an arrangement of the sensor elements on the wheel segments can improve the sensitivity of the position information with regard to a change in inclination of the detection unit, since even small changes in the compression or rebound of the wheel segments have an effect on the measured values of the sensor elements.
  • the precision of the localization of the detection unit can thus in turn be improved.
  • the processing unit is designed to receive measured values from each of the at least two sensor elements and to determine information about the spring deflection of the at least two wheel segments based on the measured values, with the information about the spring deflection being information about a Wheel segments variable, distance of the respective wheel segment to the surface, and thus information about the inclination of the detection unit with respect to the surface.
  • the processing unit can determine the deflection of the respective wheel segment by evaluating the measured values and thus the variable distance between the wheel segments and the surface due to the suspension.
  • the distance between the wheel segments and the surface can in turn be used to calculate the inclination of the detection unit with respect to the surface using the predetermined relative position of the detection unit.
  • the at least two sensor elements have distance sensors and/or rotary encoders.
  • Distance sensors and rotary encoders form robust and readily available sensor elements, which can be used, for example, in particular in vehicles such as mobile robot platforms. Due to the good availability of such sensors, a corresponding device can also be produced in large numbers.
  • the use of distance sensors also makes it possible to directly determine the distance between the wheel segment and the surface in order to determine the position information of the detection unit.
  • Distance sensors can have, for example, ultrasonic sensors and/or laser distance measurements or laser distance sensors. With these, for example as with rotary encoders, the inclined position of a vehicle and thus, for example, the inclination of the detection unit can be determined.
  • the device is a vehicle for a sorting system.
  • a robot that moves autonomously or automatically can be implemented.
  • Such a device according to the invention can have great advantages with regard to use in a sorting system, for example through improved localization by taking into account the position information, so that trajectory planning and collision avoidance through improved position determination of the individual robots, for example in particular without the complex and costly Markers can be used.
  • the vehicle is designed to move autonomously.
  • Autonomous locomotion can be made possible and/or improved by the improved position determination according to the invention, since the risk of collisions can be reduced, for example due to more precise information about one's own position.
  • the method also includes manipulating the scanning information using the position information in order to obtain manipulated scanning information and evaluating the manipulated scanning information with regard to the localization of the detection unit relative to the surface.
  • the manipulation of the scanning information using the location information can enable the extraction of features of the environment from the scanning information, and/or the evaluation of the features, which can for example be inherent features of the environment, such as patterns in a ground surface, with regard to the shape of the features and /or for example in particular the relative location or positions of the features to each other.
  • By improving the scanning information using the position formation it is possible to determine absolute distances, ie distances that are not distorted by an inclination of the detection unit, which in turn can be used to determine the position by means of a reference, ie for example by means of a database comparison.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a schematic side view of a device according to an exemplary embodiment of the present invention, the device being designed as a vehicle and having the detection unit and the position detection unit;
  • 3a is a schematic side view of a sprung wheel segment in the neutral position according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3b shows a schematic side view of the sprung wheel segment from FIG. 3a in an exemplary compressed state according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 3c shows a schematic side view of the sprung wheel segment from FIG. 3a in an exemplary, rebound state according to an exemplary embodiment of the present invention
  • 5a is a schematic side view of another sprung wheel segment in the neutral position according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5b shows a schematic side view of the further sprung wheel segment from FIG. 5a in an exemplary compressed state according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 5c shows a schematic side view of the further sprung wheel segment from FIG. 5a in an exemplary, rebounded state according to an exemplary embodiment of the present invention
  • Fig. 6 shows schematic representations of possible perspective distortions of the scan information addressed by embodiments of the present invention.
  • Fig. 7 is a schematic side view of a sprung wheel segment with a counter-sprung swing arm according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a device according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 shows a device 100 with a processing unit 110 which is designed to obtain scanning information 120 a of a two-dimensional scan 120 b of a surface 130 and also position information 120 c (e.g. angle information a) to obtain an inclination (e.g. angle a) of a detection unit 120 providing the two-dimensional scanning 120 b with respect to the surface 130.
  • the position information can indicate the inclination at which With regard to the surface, the scanning information 120 a was obtained at the time of scanning 120 b .
  • the position information 120 c can indicate which position or inclination a detection unit 120, which is optionally part of the device 100, has at this time.
  • the processing unit 110 is also designed to evaluate the scanning information 120 a using the position information 120 c with regard to a localization of the detection unit 120 relative to the surface 130 .
  • the detection unit 120 can be part of a drone or part of a mobile robot, for example, which navigates over a ground surface 130 .
  • the detection unit 120 can have a camera and/or a laser distance sensor array.
  • the detection unit can also be an area camera or a line camera, but can also be set up for other, preferably optical, scanning of the surface, for example by means of RADAR (Radio Detecting and Ranging) or LiDAR (Light Detecting and Ranging).
  • Movement and/or acceleration of detection unit 120 e.g. due to deflection of a vehicle having detection unit 120, e.g. when driving through a curve or when the speed is increased or decreased relative to surface 130, can lead to the inclination of the Detection unit 120 come.
  • the scanning 120b of the surface 130 cannot, for example, take place orthogonally or perpendicularly to the surface 130, so that the scanning information 120a has a perspective distortion due to the inclination.
  • the position information 120 c that is, for example, information about the angle a
  • such a perspective distortion can also be taken into account or at least partially compensated for when evaluating the scanning information 120 a .
  • an improved determination of environmental features can be carried out by, for example, distances and positions of inherent features of the environment, which can be contained in the scanning information 120 a , being determined by correcting the distortion using the position information 120 c .
  • a form of environment classification for example mapping
  • Such a form of environment classification can be used, for example, to locate detection unit 120 using a priori information, by detecting features or feature clusters, such as the arrangement of a large number of features in a specific pattern at specific distances from one another .
  • features can be used to determine the position that are little or not robust to perspective distortions, as is known from QR codes, for example. This allows a variety of features to be used, which makes localization flexible.
  • FIG. 2 shows a schematic side view of a device according to an exemplary embodiment of the present invention, the device being designed as a vehicle and having the detection unit and the position detection unit.
  • 2 shows a device 200, which is designed as a vehicle, for example a mobile robot platform, with a processing unit 110, a detection unit 120 and a position detection unit 210.
  • the vehicle 200 has wheel segments 220 which are spring-loaded. However, as shown in FIG. 2 , not all wheel segments have to be sprung, so the vehicle 200 also has unsprung wheel segments 230 . It should be noted that only one of the sprung wheel segments 220 is shown in the side view. Furthermore, all wheel segments can also be spring-loaded.
  • the sprung wheel segments need not all be located at one end of the vehicle 200, the illustration with sprung wheel segments on one side of the vehicle is merely an example.
  • the spring-loaded wheel segments 220 are shown in a spring-loaded state, for example due to an acceleration of the device 200, for example in the x-direction (oriented in the negative x-direction).
  • FIG. 2 shows an embodiment of the position detection unit 210 with an optional, central sensor element 210i.
  • the position detection unit 210 can have sensor elements 210 2 which are each arranged on the sprung wheel segments 220 .
  • the sensor elements can include, for example, gyroscopes, ultrasonic sensors, laser distance sensors or sensor arrays or incremental encoders.
  • Processing unit 110 is designed to receive scanning information 120 a of a two-dimensional scan 120 b of a surface 130 and position information 120 c , i.e. position information 120 ci from central sensor element 210i and/or position information 120 C2 from sensor elements 210 2 , indicating an inclination (e.g. a) of the detection unit 120 providing the scan 120b with respect to the surface 130.
  • the processing unit 110 can be designed to receive position information 120 c which has at least two measured values of the sensor elements 210 , the two measured values having at least parts of information about the inclination of the detection unit 120 .
  • the at least two measured values can be provided by at least two sensor elements 210i, which are attached to each a spring-loaded wheel segment 220 (e.g. at least one measured value from each sensor element 210i).
  • position information of vehicle 200 and thus also of detection unit 120 can be provided by evaluating the at least two measured values and, for example, a known distance, for example constant due to the lack of suspension, of the at least one unsprung wheel segment 230 from surface 130 .
  • the processing unit 110 can be designed to receive position information 120 C1 which has at least three measured values, the three measured values having at least parts of information about the inclination of the detection unit 120 .
  • the at least three measured values can be provided by at least three sensor elements 210i, which are each arranged on one of the sprung wheel segments 220 (e.g. at least one measured value from each sensor element 210i). With the at least three measured values, information about an inclination of the vehicle 200 and thus of the detection unit 120 can in turn be determined.
  • the at least two or at least three measured values can alternatively or additionally be provided by a central sensor element 2102, which can record the measured values with regard to a number of measurement axes, ie with regard to different spatial directions.
  • the processing unit 110 can thus manipulate the scanning information 120 a using the position information 120 o in order to obtain manipulated scanning information and execute this with regard to a localization of the detection unit 120 and in this case also of the vehicle 200 .
  • the manipulation can include a compensation or at least a partial compensation of a perspective distortion of the scanning information 120a.
  • the scanning information 120a can, for example , be distorted by the inclination (eg angle ⁇ ) of the detection unit 120 with respect to the surface 130, which in turn can be compensated for by the processing unit 110 using the position information 120c .
  • the sample information 120a can be equalized , for example.
  • the scanning information 120 a can be rectified by the processing unit 110 .
  • detection unit 120 has a predetermined position relative to the at least two sprung wheel segments 220 .
  • an inclination of the detection unit 120 can be calculated back.
  • Sensor elements 210 2 can generate measured values that are correlated with a spring deflection of wheel segments 220, so that position information 120 C2 about wheel segments 220 and thus, due to the predetermined relative position of detection unit 120 with respect to the at least two sprung wheel segments 220, position information 120 c over the inclination of the detection unit 120 with respect to the surface 130 has.
  • the arrangement of the sensor elements 2102 can be selected such that when the wheel segments 220 compress or rebound, there is a large change in the position of the sensor elements 2102 in order to also be able to detect slight inclinations and changes in position of the detection unit 120 and thus, for example, be able to compensate. In terms of vibrations, the sensor elements can thus be arranged at locations with a large amplitude.
  • FIGS. 3a, 3b and 3c can show a detailed view of the spring-loaded wheel segments 220 previously explained, for example with reference to FIG. 2, together with the sensor elements in FIG. 3 in the form of rotary encoders in different states.
  • Fig. 3a shows a schematic side view of a sprung wheel segment in a neutral position
  • Fig. 3b shows a schematic side view of the sprung wheel segment from Fig. 3a in an exemplary compressed state
  • Fig. 3c shows a schematic side view of the sprung wheel segment from Fig. 3a in an exemplary rebounded state Condition.
  • Figures 3a-c show spring-loaded wheel segments 220, which swing arms 310, springs 320 and rotary encoder 330 have.
  • the wheel segments 220 also have pivot points 340 which form an axis of rotation of the wheel links 310 with respect to the deflection of the springs 320 .
  • the rotary encoders 330 can indicate at least parts of information about the position of the detection unit, e.g. camera, with respect to the surface 130 .
  • each of the rotary encoders 330 can indicate local tilt or rotation.
  • Such partial information can be used, for example, using at least two (e.g.
  • a tilt at another location such as the detection unit 120, taking into account the geometric arrangement or position, such as by considering that a plane subject to the tilt can be determined by three points in space.
  • FIG. 3a shows an initial position of the vehicle, which has the wheel segment 220, with the spring of the suspension 320 being in the neutral position, so that no image compensation, for example due to compression or rebound, need be necessary.
  • FIG. 3b shows a state of the vehicle in which the spring of suspension 320 is compressed, so that the area of the vehicle shown is lower than other areas, for example, and rotation angle sensor 330 detects inclination information that differs from the reference position in FIG. 3a.
  • the detection unit e.g. a camera, can be located closer to the ground 130 than in Fig. 3a (see e.g. Fig. 5b).
  • the 3c shows a state of the vehicle in which the spring of the suspension 320 is stretched out, so that the area of the vehicle is higher than, for example, other areas and the angle of rotation sensor 330 detects different, deviating information about the inclination.
  • the The detection unit can be located further away from the ground (see, for example, FIG. 5c) if it is arranged away from the pivot point at a corner of the vehicle or the wheel segment 220 or the swing arm 310 of the vehicle.
  • FIGS. 3a-c are intended to clarify the basic idea of exemplary embodiments according to the present invention, which consists in obtaining, for example, precise information about the, for example, precise deflection of each wheel of the vehicle.
  • exemplary embodiments provide the rotary encoder 330, which is attached to the rockers 310 of the wheel segments, for example the wheel suspension.
  • the spring deflection can be determined via the angle at pivot point 340 .
  • the position of the vehicle in space can be precisely determined, for example.
  • images can be transformed as if they had been taken from a different pose in space.
  • the measured values of the recording unit for example in the form of an optical sensor, can be equalized, i.e. at the end, i.e. after equalization or rectification, for example, they look exactly as if they had been recorded from a non-compressed state.
  • rectification which generally relates to images
  • apparatus and methods in accordance with the present invention are not limited to the exclusive use of images.
  • other forms of scanning information can also be manipulated, that is to say rectified, for example, using the position information.
  • a method according to the invention can accordingly also equalize scanning information or measurements, for example from a laser distance sensor array.
  • a measurement or scan can be interpreted as an image line.
  • the inclined position of the vehicle or the inclination of the detection unit can be measured using various types of distance sensors, such as ultrasonic sensors or laser distance measurements or laser distance sensors, e.g. instead of the rotary encoder 330 shown in Figures 3a-c , can be determined.
  • the spring deflection could also be determined by measuring directly on/in the spring/damper unit, e.g. a wheel segment 220.
  • determining the spring deflection using a sensor element 2102 on a swing arm 310 of a wheel segment 220 can have the advantage of being able to be implemented with less effort and at lower cost.
  • a measurement of the angle that is to say for example the angle of rotation of the swing arm 310 of the wheel segment 220 by the angle of rotation sensor 330, can be possible with smaller errors and/or tolerances.
  • the method 400 includes obtaining scanning information for a two-dimensional scan of a surface, in a step 420 obtaining position information that indicates an inclination of a detection unit providing the two-dimensional scanning with respect to the surface, and in a further step 430 an evaluation the scanning information using the position information regarding a localization of the detection unit relative to the surface. It should be noted that steps 410 and 420 may be performed in any order and/or simultaneously since both steps may provide inputs to step 430 independently.
  • the method 400 may optionally include manipulating the scan information using the location information to obtain manipulated scan information.
  • step 430 can include an evaluation of the manipulated scanning information with regard to the localization of the detection unit relative to the surface.
  • FIGS. 5a-c show spring-loaded wheel segments, which have swing arms 310, and a detection unit, which is designed as a camera 510.
  • the camera 510 is as it is, for example, in reality or in many practical implementations is the case, firmly connected to a housing and thus, for example, in turn to the wheel swing arm 310. This means that the camera 510 cannot, for example, be mounted so that it is no longer aligned perpendicularly to the ground surface when the rocker arm 310 is inclined or whether a changed spring compression state has a variable orientation or inclination to the ground.
  • the wheel segments also have pivot points 340, which form an axis of rotation of the swing arm 310 with respect to the deflection of the springs.
  • the suspension is not shown explicitly for the sake of simplicity, with the exception of the point of application 520 of the suspension on the swing arm 310.
  • Figures 5a-c can form a simplified representation of Figures 3a-c, with the detection unit in Form of a camera 510 is also shown.
  • a rotary encoder analogous to FIG. 3a-c is not shown explicitly for reasons of simplification, but according to the disclosure it can be present.
  • FIGS. 5a-c show schematic images 530a-c, based on scanning by the detection unit, ie the camera 510, depending on the respective state of the suspension of the wheel segment.
  • FIG. 5a shows a schematic side view of a sprung wheel segment in the neutral position, analogous to FIG. 3a.
  • the camera 510 is parallel to the surface, so that an undistorted image 530a can be recorded.
  • FIG. 5b shows a schematic side view of the sprung wheel segment from FIG. 5a in an exemplary compressed state, analogous to FIG. 3b. Due to the compressed state, the camera 510 is closer to the ground surface and has a tilt angle with respect to the ground surface. For example, when considering an individual rocker 310, a maximum of two degrees of freedom can change, namely the distance to the ground if the camera 510 is not attached exactly in the middle of the axis or pivot point 340, and the angle of the camera 510, e.g. the viewing angle of the camera 510 with respect to the ground surface.
  • FIG. 5c shows a schematic side view of the sprung wheel segment from FIG. 5a in an exemplary, rebounded state, analogous to FIG. 3c. Due to the extended state, the camera 510 is further away from the ground surface and has a tilt angle with respect to the ground surface. Accordingly, image 530c is also distorted compared to image 530a.
  • FIG. 6 shows reference scanning information 610, which was recorded, for example, by a camera 510 that is attached to a swing arm in the neutral position, for example analogously to FIG. 5a.
  • An increase 620 in the distance between the detection unit and the surface can lead to a reduction in the size of an image section of the reference scanning information 610, i. This means that the object area actually recorded is only part of the overall picture. This is illustrated with result sample information 620a.
  • a reduction 630 in the distance between the acquisition unit and the surface can lead to an enlargement of an image detail of the reference scanning information 610, ie only parts of the reference scanning information 610 are acquired, for example. This is illustrated with result sample information 630a.
  • a tilting 640 of the detection unit with respect to a first axis can lead to a distortion of an image detail of the reference scanning information 610 with respect to the first axis. This is illustrated with result sample information 640a.
  • a tilting 650 of the detection unit can also take place with respect to a second axis, which is possibly perpendicular to the first axis.
  • one of the axes may be at least partially determined by pivot 340, which is based on an axis of rotation in the three-dimensional body of the two-dimensional side sectional views shown can be understood as an axis.
  • the result of a tilting about the second axis is shown as an example with the result scanning information 650a.
  • the changed scanning information 620a, 630a, 640a and/or 650a can be corrected individually or in combination with exemplary embodiments described herein, taking into account the position information, wherein the evaluation of the scanning information described here can include equalization and/or scaling using the exemplary rectification.
  • the tilting with respect to a first and/or second axis can result, for example, from the above-described roll and/or pitch angle of a camera with respect to a ground surface.
  • This type of tilting and also changes in distance can occur, for example, when accelerating or braking and/or when cornering a spring-loaded vehicle.
  • any overlaying of the distortions and/or enlargements and/or reductions in the scanning information is possible, for example particularly with regard to vehicles with a large number of spring-loaded wheel segments.
  • the positioning of the camera 510 on the swing arm 310 is only to be seen here as an example in order to explain concepts according to the invention.
  • the camera can also be located centrally in the vehicle and does not have to be attached to one of the individual swingarms 310 .
  • the deflection of the individual wheel segments can then result in a superimposition of the distortions explained in the form of changes in distance and/or tilting for camera 510 or for an image recorded by the camera, e.g. due to the connection between the individual wheel swingarms and the chassis of the vehicle on which in turn the camera can be attached.
  • FIG. 7 shows a schematic side view of a sprung wheel segment with a counter-sprung swing arm according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the swing arm 310 has a fulcrum 340 and is counter-sprung against a load 710 with weight G via a counter-spring system 720 .
  • a rotary encoder can be arranged on the side of counter-springing 720 with respect to pivot point 340, that is to say on the right in the figure.
  • the spring state of the counter-springing system 720 can change, which can lead to the rocker 310 tilting. Such an inclination can be detected by a rotary encoder.
  • the load can, for example, form the chassis of a vehicle which, for example, has the detection unit that is loaded or unloaded, for example.
  • angle of rotation sensors on the wheel swing arms can detect inclination information based on the inclination of wheel swing arm 310, due to load 710 and of counter-springing 720.
  • combinatorial evaluation of the inclination information from the rotary encoders, ie, for example, the angle of swingarms 310 with respect to hinge points 340 an inclination of the detection unit can be calculated back.
  • FIG. 7 represents only one example of wheel segment designs according to the invention and that load 710 and counter-springing 720 can also be interchanged, analogous to positioning the rotary encoder on one side or the other of pivot point 340 on rocker 310 .
  • embodiments of the present invention provide a way of compensating for perspective distortions.
  • scanning information from the detection unit for example measurement data from an optical sensor
  • methods such as localization methods, which are not robust to this type of distortion, in contrast to QR codes, for example.
  • image sensors the device and method according to the invention are not limited to the use of image sensors.
  • Concepts according to the invention can, for example, simplify the use of optical sensors for localization, e.g. in applications in which strong deflection is to be expected.
  • concepts according to the invention can increase the accuracy or the accuracy to be expected, for example of the localization of the detection unit or the vehicle.
  • Embodiments according to the present invention are based on the determination of a position of a vehicle in space based on the spring deflection, for example using rotary encoders on the swingarms of wheel segments, for example wheel suspensions.
  • Technical application areas of embodiments according to the present invention can form the localization of automatic or autonomous vehicles or robots via optical sensors.
  • the processing unit can be implemented by any suitable circuit structures, for example microprocessor circuits, ASIC circuits, CMOS circuits and the like.
  • the processing unit may be implemented as a combination of hardware structures and machine-readable instructions.
  • the processing unit can have a processor and a memory device that store bare instructions that, when executed by the processor, provide the described functionalities and result in the performance of methods described herein.
  • the memory means may be implemented by any suitable memory device, such as ROM, PROM, EPROM, EEPROM, flash memory, FRAM (ferroelectric RAM), MRAM (magnetoresistive RAM), or phase change RAM.
  • aspects have been described in the context of a device, it is understood that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also constitute a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.
  • Some or all of the method steps may be performed by hardware apparatus (or using a hardware Apparatus), such as a microprocessor, a programmable computer, or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the essential process steps can be performed by such an apparatus.
  • embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software. Implementation can be performed using a digital storage medium such as a floppy disk, DVD, Blu-ray Disc, CD, ROM, PROM, EPROM, EEPROM or FLASH memory, hard disk or other magnetic or optical Memory are carried out on which electronically readable control signals are stored, which can interact with a programmable computer system in such a way or interaction that the respective method is carried out. Therefore, the digital storage medium can be computer-readable.
  • some embodiments according to the invention comprise a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system in such a way that one of the methods described herein is carried out.
  • embodiments of the present invention can be implemented as a computer program product with a program code, wherein the program code is effective to perform one of the methods when the computer program product runs on a computer.
  • the program code can also be stored on a machine-readable carrier, for example.
  • exemplary embodiments include the computer program for performing one of the methods described herein, the computer program being stored on a machine-readable carrier.
  • an exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a computer program that has a program code for performing one of the methods described herein when the computer program runs on a computer.
  • a further exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program for carrying out one of the methods described herein is recorded.
  • the data carrier, digital storage medium, or computer-readable medium is typically tangible and/or non-transitory.
  • a further exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a data stream or a sequence of signals which represents the computer program for carrying out one of the methods described herein.
  • the data stream or sequence of signals may be configured to be transferred over a data communication link, such as the Internet.
  • a processing device such as a computer or programmable logic device, configured or adapted to perform any of the methods described herein.
  • Another embodiment includes a computer on which the computer program for performing one of the methods described herein is installed.
  • a further exemplary embodiment according to the invention comprises a device or a system which is designed to transmit a computer program for carrying out at least one of the methods described herein to a recipient.
  • the transmission can take place electronically or optically, for example.
  • the recipient may be a computer, mobile device, storage device, or similar device.
  • the device or the system can, for example, comprise a file server for transmission of the computer program to the recipient.
  • a programmable logic device e.g., a field programmable gate array, an FPGA
  • a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform any of the methods described herein.
  • the methods are performed by any hardware device. This can be universally replaceable hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the process such as an ASIC.
  • the devices described herein may be implemented, for example, using hardware apparatus, or using a computer, or using a combination of hardware apparatus and a computer.
  • the devices described herein, or any components of the devices described herein may be implemented at least partially in hardware and/or in software (computer program).
  • the methods described herein may be implemented, for example, using hardware apparatus, or using a computer, or using a combination of hardware apparatus and a computer.
  • the methods described herein, or any components of the methods described herein, may be performed at least in part by hardware and/or by software.

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Abstract

A description is given of an apparatus (100, 200) having a processing unit (110) that is designed to receive scanning information (120a) relating to a two-dimensional scan (120b) of a surface (130). The processing unit (110) is also designed to receive position information (120c) indicating an inclination of a capture unit (120, 510), which provides the two-dimensional scan (120b), with respect to the surface (130) and to evaluate the scanning information (120a) using the position information (120c) for locating the capture unit (120, 510) relative to the surface (130).

Description

Auswertung einer Abtastinformation unter Verwendung einer Lageinformation Evaluation of scanning information using position information
Beschreibung description
Technisches Gebiet technical field
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Auswertung einer Abtastinformation unter Verwendung einer Lageinformation. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen optischen Neigungsausgleich über Drehwinkelgeber. The present invention relates to a device for evaluating scanning information using position information. The invention relates in particular to optical tilt compensation via rotary encoders.
Hintergrund der Erfindung Background of the Invention
Automatisch fahrende Fahrzeuge benötigen eine Form von Lokalisierung, um sich beispielsweise sicher durch den Raum bewegen zu können. Hierbei lassen sich Kameras oder andere optische Sensoren verwenden, mit welchen sich durch Messung, zum Beispiel in Form von Bildern, zuvor kartografierte Merkmale in der Umgebung wiederfinden lassen. Da derartige Messungen bzw. Beobachtungen fehlerhaft sein können, verrechnet man sie in der Regel mithilfe eines statistischen Schätzers, beispielsweise eines Kalman-Filters, mit der Odometrie des Fahrzeugs. Für diesen Prozess kann eine beispielsweise optische Messung von Merkmalen benötigt werden, deren einziger Freiheitsgrad die Position des Fahrzeugs ist. Bei gefederten Fahrzeugen kann sich durch die Einfederung des Fahrgestells der Abstand des Fahrzeugs zum Boden verändern. Zusätzlich kann das gesamte Fahrzeug gegenüber eines festen Referenzpunktes in der Welt eine Schräglage aufweisen, wenn die Einfederung an den verschiedenen Rädern unterschiedlich groß ausfällt. Automated vehicles require some form of localization in order to be able to move safely through space, for example. Cameras or other optical sensors can be used here, with which previously mapped features in the environment can be found again by measurement, for example in the form of images. Since such measurements or observations can be incorrect, they are usually offset against the odometry of the vehicle using a statistical estimator, for example a Kalman filter. This process may require, for example, optical measurement of features whose only degree of freedom is the position of the vehicle. In the case of vehicles with suspension, the deflection of the chassis can change the distance between the vehicle and the ground. In addition, the entire vehicle can be inclined relative to a fixed reference point in the world if the deflection on the various wheels is different.
Die Einfederung des Fahrzeugs im Betrieb kann sich auf verschiedene Arten ändern. Ursachen hierfür können eine Änderung des Beladungszustand den Betrieb, beispielsweise durch Aufnahme oder Abgabe von unterschiedlichen schweren Ladegütem, eine dynamische Änderung des Beschleunigungsvektors, beispielsweise durch starkes Bremsen oder Beschleunigen, ein Materialdefekt, zum Beispiel ein defektes Feder-Dämpfer Element, eine ungleiche Massenverteilung im Fahrzeug und/oder eine Änderung der Massenverteilung im Fahrzeug, zum Beispiel aufgrund eines sich bewegenden Ladegutes, sein. Die Einfederung des Fahrzeugs kann die Lage des Fahrgestells und damit auch die Lage des am Fahrgestell angebrachten Sensors im Raum, ohne Veränderung der Position des Fahrzeugs auf der Bodenebene, verändern. Sie kann daher für die Lokalisierung ein störender Freiheitsgrad sein. Dabei ist anzumerken, dass die Einfederung nicht zwingend durch klassische Federn bedingt sein muss, sondern auch durch eine gewisse Weichheit im Fahrgestell bzw. Fahrwerk erfolgen kann, beispielsweise durch luftgefüllte Räder. Vehicle deflection during operation can change in a number of ways. This can be caused by a change in the load status during operation, for example by picking up or delivering different heavy loads, a dynamic change in the acceleration vector, for example by hard braking or accelerating, a material defect, for example a defective spring-damper element, an uneven mass distribution in the vehicle and/or a change in the mass distribution in the vehicle, for example due to moving cargo. The deflection of the vehicle can change the position of the chassis and thus also the position of the sensor attached to the chassis in space, without changing the position of the vehicle on the ground level. It can therefore be a disruptive degree of freedom for localization. It should be noted that the deflection does not necessarily have to be caused by classic springs, but can also be caused by a certain softness in the chassis or running gear, for example by air-filled wheels.
Stand der Technik State of the art
Für bisherige Lösungen können zwei Fälle betrachtet werden. Zum einen kann ein starres Fahrgestell zum Einsatz kommen, was beim Indoor Einsatz von Fahrzeugen nicht unüblich ist. Hier kann sich das zuvor beschriebene Problem nicht oder nahezu nicht ergeben. Es können beispielsweise lediglich „Fehlmessungen" auftreten, wenn bspw. bei starken Abbrems- oder Beschleunigungsvorgängen die Räder des Fahrzeugs vom Boden abheben. Dies kann dann allerdings beispielsweise nur für einen sehr kurzen Zeitraum geschehen, weswegen die fehlerhafte Messung nicht oder nur gering ins Gewicht fallen kann. Ein starres Fahrgestell kann jedoch den technischen Nachteil aufweisen, dass Unebenheiten des Bodens durch das Fahrzeug nicht ausgeglichen werden können. Two cases can be considered for previous solutions. On the one hand, a rigid chassis can be used, which is not unusual when vehicles are used indoors. The problem described above cannot or hardly arise here. For example, "faulty measurements" can only occur if, for example, the wheels of the vehicle lift off the ground during strong braking or acceleration processes. However, this can only happen for a very short period of time, for example, which is why the faulty measurement is of little or no consequence However, a rigid chassis can have the technical disadvantage that the vehicle cannot compensate for uneven ground.
Zum anderen, also im Fall von gefederten Fahrgestellen, können bei der Auswertung der Messungen des Sensors Algorithmen verwendet werden, welche robust gegenüber der perspektivischen Verzerrung durch die Einfederung entstehende geänderte Lage des Sensors sind. Ein bspw. gutes Beispiel hierfür kann die Lokalisierung über am Boden angebrachter QR-Codes, wie sie unter anderem bei Robotern in Lagern verwendet werden, bilden. Solche Fahrzeuge bzw. Roboter können zwar auch ungefedert sein, allerdings sind QR-Codes in ihrer Erkennung sehr robust gegenüber perspektivischen Verzerrungen. Andere landmarkenbasierte Lokalisierungsverfahren, welche zum Beispiel auf Codes in der Umgebung und nicht auf dem Boden basieren, können hier identisch oder in ähnlicher Weise funktionieren. On the other hand, i.e. in the case of sprung chassis, algorithms can be used when evaluating the measurements of the sensor, which are robust to the perspective distortion caused by the changed position of the sensor caused by the deflection. A good example of this can be localization via QR codes attached to the floor, such as those used by robots in warehouses, among other things. Such vehicles or robots can also be without springs, but QR codes are very robust in their recognition against perspective distortions. Other landmark-based localization methods, which are based on codes in the environment and not on the ground, for example, can work here in an identical or similar way.
Marker-basierte Ansätze weisen dabei jedoch den Nachteil auf, dass die Marker, also beispielsweise QR-Codes, in der Umgebung zuvor aufgebracht werden müssen und zusätzlich eine Information über den Standort bzw. die Umgebung des Markers in den Marker eingebracht werden muss. Dies kann wiederum mit zusätzlichen Kosten und zeitlichem Aufwand verbunden sein. Darüber hinaus kann bspw. aufgrund von sich abnutzenden Markern, bspw. auf Böden, die von Fahrzeugen befahren werden, oder bei Verschmutzung der Marker ein Austausch odereine Wartung, z.B. nachlackieren, der Marker notwendig sein. Damit kann auch der weitere Nachteil einher gehen, den Zustand der Marker zu überwachen, um Unfälle oder Betriebsstörungen zu vermeiden. However, marker-based approaches have the disadvantage that the markers, for example QR codes, have to be applied in the area beforehand and additional information about the location or the area around the marker has to be introduced into the marker. This, in turn, can entail additional costs and time. In addition, e.g. due to wearing out markers, For example, on floors that are driven on by vehicles, or if the markers are dirty, replacement or maintenance, eg repainting, may be necessary for the markers. This can also be accompanied by the further disadvantage of monitoring the condition of the markers in order to avoid accidents or breakdowns.
Daher besteht ein Bedarf nach einem verbesserten Konzept, welches es ermöglicht Fahrzeuge einzusetzen, die zum einen gefedert sind, um gute Fahreigenschaften zu gewährleisten und zugleich nicht darauf angewiesen sind, dass Marker in der Umgebung aufgebracht wurden, die also beispielsweise die Navigation eigenständig, zum Beispiel auf Grundlage von optischen Abtastungen, bspw. unter Extraktion von Umgebungsmerkmalen oder inhärenten Umgebungsmerkmalen, durchführen. There is therefore a need for an improved concept that makes it possible to use vehicles that are sprung to ensure good driving characteristics and at the same time are not dependent on markers being applied in the area, which means, for example, that the navigation is independent, for example on the basis of optical scans, e.g. with the extraction of environmental features or inherent environmental features.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin ein verbessertes Konzept zu schaffen, welches es ermöglicht unter Verwendung einer Lageinformation, welche bei spielsweise eine Information über eine Einfederung eines gefederten Fahrzeugs aufweist, und einer Abtastinformation einer Erfassungseinheit, welche beispielsweise Teil des Fahrzeugs ist, die Erfassungseinheit und damit bspw. das Fahrzeug zu lokalisieren. The object of the present invention is therefore to create an improved concept that makes it possible to use position information, which has information about a deflection of a spring-loaded vehicle, for example, and scanning information from a detection unit, which is part of the vehicle, for example, the detection unit and thus, for example, to localize the vehicle.
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the Invention
Die Erfinder haben erkannt, dass eine Lokalisierung einer Erfassungseinheit, welche beispielsweise Teil eines Fahrzeugs ist, basierend auf einer Abtastinformation einer zweidimensionalen Abtastungen einer Oberfläche von der Erfassungseinheit, mit einer Lage Information, die eine Neigung der Erfassungseinheit bezüglich der Oberfläche anzeigt, verbessert und/oder ermöglicht werden kann. Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung beruhen auf dem Kerngedanken die Lageinformation dazu zu nutzen die Abtastinformation bezüglich der Lokalisierung der Erfassungseinheit auszuwerten. Die Verwendung der Lageinformation ermöglicht eine einfache Mustererkennung und/oder eine schnelle Berechnung der Position. The inventors have recognized that localization of a detection unit, which is part of a vehicle, for example, based on scanning information of a two-dimensional scan of a surface from the detection unit, with location information indicating an inclination of the detection unit with respect to the surface, and/or improved can be made possible. Embodiments according to the present invention are based on the core idea of using the position information to evaluate the scanning information with regard to the localization of the detection unit. The use of the location information enables simple pattern recognition and/or a quick calculation of the position.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Vorrichtung eine Verarbeitungseinheit, die ausgebildet ist, um eine Abtastinformation einer zweidimensionalen Abtastung einer Oberfläche zu erhalten, sowie um eine Lageinformation zu erhalten, die eine Neigung einer, die zweidimensionale Abtastung bereitstellenden, Erfassungseinheit bezüglich der Oberfläche anzeigt und um die Abtastinformation unter Verwendung der Lageinformation bezüglich einer Lokalisierung der Erfassungseinheit relativ zu der Oberfläche auszuwerten. Die Erfassungseinheit kann dabei Teil eines Fahrzeugs sein, welches übereine Oberfläche navigiert. Zur Lokalisierung der Erfassungseinheit und damit beispielsweise des Fahrzeugs kann die Verarbeitungseinheit der Vorrichtung eine Abtastinformation einer zweidimensionalen Abtastung der Oberfläche von der Erfassungseinheit erhalten. Im Falle eines gefederten Fahrzeugs kann die Erfassungseinheit beispielsweise durch unterschiedliche Einfederungen von einzelnen Rädern des Fahrzeugs eine Neigung bezüglich der Oberfläche aufweisen. Im Fall einer Drohne kann die Erfassungseinheit bspw. aufgrund einer Nickoder Rollbewegung eine Neigung gegenüber der Oberfläche aufweisen. According to one embodiment, a device includes a processing unit configured to obtain scanning information from a two-dimensional scan of a surface and to obtain position information indicating an inclination of a detection unit providing the two-dimensional scan with respect to the surface and to the scanning information to evaluate using the position information regarding a localization of the detection unit relative to the surface. The detection unit can be part of a vehicle that navigates over a surface. In order to localize the detection unit and thus the vehicle, for example, the processing unit of the device can receive scanning information from a two-dimensional scan of the surface from the detection unit. In the case of a sprung vehicle, the detection unit can have an inclination with respect to the surface, for example due to different deflection of individual wheels of the vehicle. In the case of a drone, the detection unit can have an inclination relative to the surface, for example due to a pitching or rolling movement.
Dabei kann es bspw. allein anhand der Abtastinformation, also insbesondere ohne zusätzliche Verwendung von Markern, nicht oder nur schwer möglich sein, die bspw. durch die Neigung der Erfassungseinheit verzerrte, Abtastinformation bezüglich der Lokalisierung der Erfassungseinheit auszuwerten. Die Berücksichtigung der Neigung kann dabei insbesondere Vorteile bei Lokalisierungsverfahren aufweisen, die auf einer Erkennung von inhärenten Merkmalen der Umgebung, also beispielsweise von Merkmalen des Bodens oder der umgebenden Wände, anstelle von zuvor eingebrachten Markern, basieren. Bei solchen Verfahren werden bspw. Merkmale in Form von Mustern in der Umgebung erkannt und mit einer Datenbank abgeglichen. Durch eine verzerrte Abtastinformation kann eine Zuordnung zu, in der Datenbank hinterlegten, Merkmalen und damit die Lokalisierung scheitern. Daher ist die Verarbeitungseinheit ausgebildet, um die Lageinformation zu erhalten, die die Neigung der Erfassungseinheit bezüglich der Oberfläche anzeigt. Somit kann die Neigung und damit bspw. eine Verzerrung berücksichtigt werden, um die Lokalisierung der Erfassungs einheit durchzuführen. It may not be possible or only with difficulty, for example, based on the scanning information alone, ie in particular without the additional use of markers, to evaluate the scanning information distorted, for example, by the inclination of the detection unit, with regard to the localization of the detection unit. Taking the inclination into account can have particular advantages in localization methods that are based on recognizing inherent features of the environment, for example features of the floor or the surrounding walls, instead of previously introduced markers. With such methods, for example, features in the form of patterns in the environment are recognized and compared with a database. Due to distorted scanning information, an assignment to features stored in the database, and thus localization, can fail. The processing unit is therefore designed to obtain the position information which indicates the inclination of the detection unit with respect to the surface. Thus, the inclination and thus, for example, a distortion can be taken into account in order to localize the detection unit.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren ein Erhalten einer Abtastinformation einer zweidimensionalen Abtastung einer Oberfläche, ein Erhalten einer Lageinformation, die eine Neigung einer, die zweidimensionale Abtastung bereitstellenden, Erfassungseinheit bezüglich der Oberfläche anzeigt und ein Auswerten der Abtastinformation unter Verwendung der Lageinformation bezüglich einer Lokalisierung der Erfassungseinheit relativ zu der Oberfläche. According to one embodiment, a method includes obtaining scanning information of a two-dimensional scanning of a surface, obtaining position information indicating an inclination of a detection unit providing the two-dimensional scanning with respect to the surface, and evaluating the scanning information using the position information with regard to a localization of the detection unit relative to the surface.
Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren, kann die Abtastinformation der Oberfläche unter Berücksichtigung der Neigung der Erfassungseinheit, durch Berücksichtigung der Lageinformation, bezüglich einer Lokalisierung der Erfassungseinheit ausgewertet werden und/oder eine verbesserte Auswertung durchgeführt werden. Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann somit eine Lokalisierung auf Grundlage von Abtastinformationen durchführen, welche keine codierte oder sonstige unmittelbare Information über die Neigung der Erfassungseinheit aufweisen. Using a method according to the invention, the scanning information of the surface can be evaluated, taking into account the inclination of the detection unit, by considering the position information, with regard to a localization of the detection unit and/or an improved evaluation can be carried out. A method according to the invention can thus perform a localization based on scanning information which does not have any coded or other direct information about the inclination of the detection unit.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Computerprogramm einen Programmcode zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein Computerprogramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann beispielsweise auf einem Fahrzeug, wie einer mobilen Roboterplattform, zur Lokalisierung des Fahrzeugs ausgeführt werden, und/oder in einer zentralen Recheneinheit, welche zum Beispiel Abtastinformationen von einer Vielzahl von Fahrzeugen erhält und auf Grundlage derer die Positionen der Fahrzeuge bestimmt. In Form eines Computerprogramms kann ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer Vielzahl von Applikationen und Varianten von Applikationen eingesetzt werden, beispielsweise auf Microcontroller oder performanteren Rechnern zentraler Recheneinheiten. According to one embodiment, a computer program includes a program code for carrying out a method according to the invention. A computer program for carrying out the method according to the invention can be executed, for example, on a vehicle, such as a mobile robot platform, to localize the vehicle, and/or in a central processing unit, which, for example, receives scanning information from a large number of vehicles and on the basis of which the positions of the vehicles determined. In the form of a computer program, a method according to the invention can be used in a large number of applications and variants of applications, for example on microcontrollers or higher-performance computers of central processing units.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Verarbeitungseinheit ausgebildet, um die Abtas- tinformation unter Verwendung der Lageinformation zu manipulieren, um eine manipulierte Abtastinformation zu erhalten und um eine Auswertung der manipulierten Abtastinformation bezüglich der Lokalisierung der Erfassungseinheit relativ zu der Oberfläche auszuführen. According to one exemplary embodiment, the processing unit is designed to manipulate the scanning information using the position information in order to obtain manipulated scanning information and to carry out an evaluation of the manipulated scanning information with regard to the localization of the detection unit relative to the surface.
Durch die Manipulation der Abtastinformation unter Verwendung der Lageinformation kann beispielsweise eine Verzerrung der Abtastinformation durch eine Neigung der Erfassungseinheit bezüglich der Oberfläche zumindest teilweise ausgeglichen werden. Dadurch kann es beispielsweise ermöglicht werden, dass nachgelagerte Auswertungsverfahren, bspw. Bildauswertungsverfahren, Merkmale aus der Abtastinformation extrahieren können, welche eine Lokalisierung der Erfassungseinheit ermöglichen. Dadurch kann die Lokalisierung der Erfassungseinheit präziser und/oder robuster durchgeführt werden. By manipulating the scanning information using the position information, for example, a distortion of the scanning information due to an inclination of the detection unit with respect to the surface can be at least partially compensated. This can make it possible, for example, for subsequent evaluation methods, for example image evaluation methods, to be able to extract features from the scanning information, which enable localization of the detection unit. As a result, the detection unit can be localized more precisely and/or more robustly.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die die Verarbeitungseinheit ausgebildet, um basierend auf der Lageinformation eine Rektifizierung der Abtastinformation auszuführen. Durch eine Rektifizierung bzw. Entzerrung können geometrische Verzerrungen in Abtastinformationen, beispielsweise in Form von Bilddaten zumindest teilweise entzerrt werden. Somit kann eine Abtastinformation, beispielsweise ein Bild, derart umgerechnet werden, als wäre es senkrecht zur Oberfläche aufgenommen worden. Dadurch können Abstände und Lagen von Merkmalen, über die eine Information in der Abtastinformation enthalten ist, und welche eine Information über den Aufenthaltsort der Erfassungseinheit auf der Oberfläche enthalten, bestimmt werden, um diese beispielsweise mit einer Datenbank abzugleichen, um die Position der Erfassungseinheit zu bestimmen. According to one embodiment, the processing unit is designed to rectify the scanning information based on the position information. Geometric distortions in scanning information, for example in the form of image data, can be at least partially corrected by rectification or equalization. Scanning information, for example an image, can thus be converted in such a way as if it had been recorded perpendicularly to the surface. As a result, distances and positions of features about which information is contained in the scanning information, and which contain information about the whereabouts of the detection unit on the surface, can be determined in order to compare this with a database, for example, in order to determine the position of the detection unit.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Erfassungseinheit eine Kamera und/oder ein Laser-Distanz-Sensorarray auf. Die Verwendung einer Kamera und/oder eines Laser-Dis- tanz-Sensorarrays bildet eine kostengünstige, gut verfügbare, und beispielsweise insbesondere für mobile Roboteranwendungen ersetzbare Möglichkeit die Abtastinformation bereitzustellen. Darüber hinaus ermöglicht der Informationsgehalt von Abtastinformationen dieser Form von Erfassungseinheit eine Extraktion von Merkmalen der Umgebung zur Lokalisierung der Erfassungseinheit. According to one embodiment, the detection unit has a camera and/or a laser distance sensor array. The use of a camera and/or a laser distance sensor array is a cost-effective, readily available possibility that can be replaced, for example, in particular for mobile robot applications, of providing the scanning information. In addition, the information content of scanning information of this form of detection unit enables features of the environment to be extracted in order to localize the detection unit.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Verarbeitungseinheit ausgebildet, um eine perspektivische Verzerrung der Abtastinformation unter Verwendung der Lageinformation zumindest teilweise auszugleichen. Durch die Aufbereitung der Abtastinformation kann die Lokalisierung der Erfassungseinheit ermöglicht und/oder verbessert werden. Beispielsweise ermöglicht die Auswertung einer entzerrten Abtastinformation die Extraktion von Informationen über inhärente Merkmale der Umgebung, durch deren Abgleich mit einer Datenbank auf die Position der Erfassungseinheit zurückgeschlossen werden kann. Ferner kann auch eine Verbesserung von Entfernungsschätzungen durchgeführt werden bspw. um Kollisionen mit Hindernissen zu vermeiden. According to one exemplary embodiment, the processing unit is designed to at least partially compensate for a perspective distortion of the scanning information using the position information. The localization of the detection unit can be made possible and/or improved by processing the scanning information. For example, the evaluation of equalized scanning information enables the extraction of information about inherent features of the environment, which can be compared with a database to deduce the position of the detection unit. Furthermore, distance estimates can also be improved, for example to avoid collisions with obstacles.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung eine Lageerfassungseinheit auf, die ausgebildet ist, um die Lageinformation zu erfassen, wobei die Vorrichtung die Erfassungseinheit aufweist. Die Vorrichtung kann beispielsweise als Fahrzeug ausgebildet sein, welches zur Navigation auf der Oberfläche die Erfassungseinheit, beispielsweise eine Kamera aufweist. Zur Berücksichtigung der Lageinformation und/oder zur Manipulation der Abtastinformation, um die Erfassungseinheit und damit auch die Vorrichtung zu lokalisieren, weist die Vorrichtung zusätzlich eine Lageerfassungseinheit zur Erfassung der Lageinformation auf. Die Lageerfassungseinheit kann beispielsweise als mehrachsiger Drehwinkelsensor ausgebildet sein, welcher beispielsweise in der Nähe der Erfassungseinheit angeordnet ist, um die Lageinformation zu erfassen. According to one exemplary embodiment, the device has a position detection unit that is designed to detect the position information, the device having the detection unit. The device can be designed as a vehicle, for example, which has the detection unit, for example a camera, for navigating on the surface. In order to take the position information into account and/or to manipulate the scanning information in order to localize the detection unit and thus also the device, the device additionally has a position detection unit for detecting the position information. The position detection unit can be designed, for example, as a multi-axis rotation angle sensor, which is arranged, for example, in the vicinity of the detection unit in order to detect the position information.
Die Kombination von Vorrichtung mit Lageerfassungseinheit und Erfassungseinheit kann für einen automatisch oder autonom fahrenden Roboter verwendet werden. Durch die Kombination von Sensorik in der Lageerfassungseinheit und Erfassungseinheit und Auswertung in Form der Verarbeitungseinheit der Vorrichtung kann so ein System geschaffen werden, welches sich eigenständig in einer Umgebung zurechtfinden kann, beispielsweise mit Hilfe einer Bestimmung der eigenen Position. Durch die Verbesserung der Lokalisierung, unter Verwendung der Lageinformation der Lageerfassungseinheit, kann sich ein entsprechendes Fahrzeug in einer unbekannten Umgebung, welche beispielsweise keine Marker aufweist, orientieren oder zumindest besser orientieren. The combination of device with position detection unit and detection unit can be used for an automatically or autonomously driving robot. Through the combination of sensors in the position detection unit and detection unit and evaluation in the form of the processing unit of the device, a system can be created that can independently find its way around in an environment, for example with the help of a determination of its own position. By improving the localization using the position information from the position detection unit, a corresponding vehicle can orientate itself or at least better orientate itself in an unknown environment which, for example, has no markers.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung ein Fahrzeug mit zumindest zwei gefederten Radsegmenten und die Erfassungseinheit weist eine vorbestimmte relative Lage bezüglich der zumindest zwei gefederten Radsegmente auf. Durch die Ausbildung der Vorrichtung als Fahrzeug mit zumindest zwei gefederten Radsegmenten können gute Fahreigenschaften der Vorrichtung erzielt werden, sodass diese beispielsweise auch in schwierigem Gelände mit unebenen Böden eingesetzt werden kann. Dabei kann die Vorrichtung insbesondere drei, vier oder mehr gefederte Radsegmente aufweisen. Durch die vorbestimmte Lage der Erfassungseinheit bezüglich der zumindest zwei gefederten Radsegmente kann durch eine Bestimmung der Einfederung der Radsegmente auf die Neigung der Erfassungseinheit zurückgerechnet werden, beispielsweise um die Abtastinformation bzw. deren Auswertung zu verbessern. According to one exemplary embodiment, the device is a vehicle with at least two sprung wheel segments, and the detection unit has a predetermined position relative to the at least two sprung wheel segments. By designing the device as a vehicle with at least two spring-loaded wheel segments, good driving characteristics of the device can be achieved, so that it can also be used on difficult terrain with uneven floors, for example. The device can in particular have three, four or more spring-loaded wheel segments. The predetermined position of the detection unit with respect to the at least two sprung wheel segments can be used to calculate the inclination of the detection unit by determining the deflection of the wheel segments, for example to improve the scanning information or its evaluation.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Lageerfassungseinheit zumindest zwei Sensorelemente auf, wobei die zumindest zwei Sensorelemente jeweils an einem der zumindest zwei gefederten Radsegmente angeordnet sind und wobei die Verarbeitungseinheit ausgebildet ist, um von jedem der zumindest zwei Sensorelemente Messwerte zu empfangen, die mit einem Federweg der Radsegmente korreliert sind, und um die Lageinformation basierend auf einer Kombination der Messwerte zu berechnen. According to one exemplary embodiment, the position detection unit has at least two sensor elements, with the at least two sensor elements each being arranged on one of the at least two sprung wheel segments, and with the processing unit being designed to receive measured values from each of the at least two sensor elements, which are associated with a spring deflection of the wheel segments are correlated, and to calculate the attitude information based on a combination of the measured values.
Durch die Anordnung der Sensorelemente jeweils direkt an den gefederten Radsegmenten können beispielsweise einfache und/oder kostengünstige Sensorelemente eingesetzt werden. Anstelle eines zentralen Sensors, der z.B. mehrere Messachsen aufweist (der also bspw. Messungen in mehrere Raumdimensionen durchführen kann), können so mehrere bspw. einfache oder einachsige Sensoren (die bspw. Messungen nur bzgl. einer Raumdimension durchführen können) verwendet werden, deren Messinformation fusioniert wird. Ferner kann auch mehr als ein Sensorelement an je einem gefederten Radsegment angeordnet sein, beispielsweise um bei besonders sicherheitskritischen Anwendungen Redundanz zu schaffen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die zumindest zwei Sensorelemente so an den Radsegmenten angeordnet, dass bei einer Ein- oder Ausfederung der Radsegmente eine große Lageänderung der Sensorelemente erfolgt. Durch eine derartige Anordnung der Sensorelemente an den Radsegmenten kann die Sensitivität der Lageinformation bezüglich einer Neigungsänderung der Erfassungseinheit verbessert werden, da selbst kleine Änderungen der Ein- oder Ausfederung der Radsegmente bereits einen Einfluss auf die Messwerte der Sensorelemente hat. Somit kann wiederum die Präzision der Lokalisierung der Erfassungseinheit verbessert werden. By arranging the sensor elements directly on the sprung wheel segments, for example, simple and/or inexpensive sensor elements can be used. Instead of a central sensor, which has, for example, several measurement axes (which can, for example, carry out measurements in several spatial dimensions), several simple or single-axis sensors (which, for example, can only carry out measurements with regard to one spatial dimension) can be used whose measurement information is merged. Furthermore, more than one sensor element can also be arranged on each spring-loaded wheel segment, for example in order to create redundancy in applications that are particularly critical to safety. According to one exemplary embodiment, the at least two sensor elements are arranged on the wheel segments in such a way that when the wheel segments compress or rebound, there is a large change in the position of the sensor elements. Such an arrangement of the sensor elements on the wheel segments can improve the sensitivity of the position information with regard to a change in inclination of the detection unit, since even small changes in the compression or rebound of the wheel segments have an effect on the measured values of the sensor elements. The precision of the localization of the detection unit can thus in turn be improved.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Verarbeitungseinheit ausgebildet, um von jedem der zumindest zwei Sensorelemente Messwerte zu empfangen und basierend auf den Messwerten eine Information über den Federweg der zumindest zwei Radsegmente zu bestimmen, wobei die Information über den Federweg eine Information über einen, durch die Federung der Radsegmente veränderlichen, Abstand des jeweiligen Radsegments zur Oberfläche umfasst, und damit eine Information über die Neigung der Erfassungseinheit bezüglich der Oberfläche. According to one exemplary embodiment, the processing unit is designed to receive measured values from each of the at least two sensor elements and to determine information about the spring deflection of the at least two wheel segments based on the measured values, with the information about the spring deflection being information about a Wheel segments variable, distance of the respective wheel segment to the surface, and thus information about the inclination of the detection unit with respect to the surface.
Beispielsweise durch hinterlegte Geometrieinformationen der Radsegmente und der relativen Lage der Erfassungseinheit bezüglich der Radsegmente, kann die Verarbeitungseinheit durch Auswertung der Messwerte die Einfederung des jeweiligen Radsegmentes bestimmen und damit den durch die Federung veränderlichen Abstand der Radsegmente zur Oberfläche. Mit dem Abstand der Radsegmente zur Oberfläche kann wiederum auf die Neigung der Erfassungseinheit bezüglich der Oberfläche, durch die vorbestimmte relative Lage der Erfassungseinheit, zurückgerechnet werden. For example, using stored geometry information of the wheel segments and the relative position of the detection unit with respect to the wheel segments, the processing unit can determine the deflection of the respective wheel segment by evaluating the measured values and thus the variable distance between the wheel segments and the surface due to the suspension. The distance between the wheel segments and the surface can in turn be used to calculate the inclination of the detection unit with respect to the surface using the predetermined relative position of the detection unit.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weisen die zumindest zwei Sensorelemente Abstandssensoren und/oder Drehwinkelgeber auf. Abstandssensoren und Drehwinkelgeber bilden robuste und gut verfügbare Sensorelemente, welche beispielsweise insbesondere in Fahrzeugen wie mobilen Roboterplattformen verwendet werden können. Durch die gute Verfügbarkeit solcher Sensoren kann eine entsprechende Vorrichtung auch in großer Stückzahl produziert werden. Die Verwendung von Abstandssensoren ermöglicht ferner eine direkte Bestimmung des Abstands des Radsegmentes zur Oberfläche, zur Bestimmung der Lageinformation der Erfassungseinheit. Über Drehwinkelgeber kann durch die Bestimmung einer Neigung der Radsegmente, zusammen mit bekannten Geometrieinformationen der Radsegmente, auf die Einfederung bzw. auf den Abstand der Radsegmente zur Oberfläche zurückgeschlossen werden, um daraus wiederum die Lageinformation, also beispielsweise eine Information über die Neigung der Erfassungseinheit bezüglich der Oberfläche, zu bestimmen. According to one exemplary embodiment, the at least two sensor elements have distance sensors and/or rotary encoders. Distance sensors and rotary encoders form robust and readily available sensor elements, which can be used, for example, in particular in vehicles such as mobile robot platforms. Due to the good availability of such sensors, a corresponding device can also be produced in large numbers. The use of distance sensors also makes it possible to directly determine the distance between the wheel segment and the surface in order to determine the position information of the detection unit. By determining an inclination of the wheel segments, together with known geometry information of the wheel segments, conclusions can be drawn about the deflection or the distance of the wheel segments to the surface via rotary encoders, in order in turn to derive the position information, ie, for example to determine information about the inclination of the detection unit with respect to the surface.
Abstandssensoren können dabei beispielsweise Ultraschallsensoren und/oder Laser-Dis- tanz-Messungen bzw. Laser-Distanz-Sensoren aufweisen. Mit diesen kann, beispielsweise wie mit Drehwinkelgebern, grundsätzlich die Schräglage eines Fahrzeugs und damit bspw. die Neigung der Erfassungseinheit bestimmt werden. Distance sensors can have, for example, ultrasonic sensors and/or laser distance measurements or laser distance sensors. With these, for example as with rotary encoders, the inclined position of a vehicle and thus, for example, the inclination of the detection unit can be determined.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung ein Fahrzeug für ein Sortiersystem. Durch die Ausbildung der Vorrichtung als Fahrzeug, beispielsweise mit Erfassungseinheit und Lageerfassungseinheit kann ein sich autonom oder automatisch bewegender Roboter realisiert werden. Eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung kann große Vorteile im Hinblick auf einen Einsatz in einem Sortiersystem aufweisen, beispielsweise durch die verbesserte Lokalisierung durch die Berücksichtigung der Lageinformation, sodass eine Trajekto- rienplanung und Kollisionsvermeidung durch eine verbesserte Positionsbestimmung der einzelnen Roboter, beispielsweise insbesondere ohne die aufwändige und kostenverursachende Verwendung von Markern möglich ist. According to one embodiment, the device is a vehicle for a sorting system. By designing the device as a vehicle, for example with a detection unit and position detection unit, a robot that moves autonomously or automatically can be implemented. Such a device according to the invention can have great advantages with regard to use in a sorting system, for example through improved localization by taking into account the position information, so that trajectory planning and collision avoidance through improved position determination of the individual robots, for example in particular without the complex and costly Markers can be used.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Fahrzeug ausgebildet, um sich autonom fortzubewegen. Durch die erfindungsgemäße verbesserte Positionsbestimmung kann eine autonome Fortbewegung ermöglicht und/oder verbessert werden, da die Gefahr von Kollisionen beispielsweise aufgrund einer genaueren Information über die eigene Position verringert werden kann. According to one exemplary embodiment, the vehicle is designed to move autonomously. Autonomous locomotion can be made possible and/or improved by the improved position determination according to the invention, since the risk of collisions can be reduced, for example due to more precise information about one's own position.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren ferner ein Manipulieren der Abtastinformation unter Verwendung der Lageinformation, um eine manipulierte Abtasti nfor- mation zu erhalten und ein Aus werten der manipulierten Abtastinformation bezüglich der Lokalisierung der Erfassungseinheit relativ zur Oberfläche. According to one exemplary embodiment, the method also includes manipulating the scanning information using the position information in order to obtain manipulated scanning information and evaluating the manipulated scanning information with regard to the localization of the detection unit relative to the surface.
Die Manipulation der Abtastinformation unter Verwendung der Lageinformation kann die Extraktion von Merkmalen der Umgebung aus der Abtastinformation ermöglichen, und/oder die Auswertung der Merkmale, welche beispielsweise inhärente Merkmale der Umgebung sein können, wie beispielsweise Muster in einer Bodenoberfläche, bezüglich der Form der Merkmale und/oder beispielsweise insbesondere der relativen Lage bzw. Positionen der Merkmale zueinander. Durch die Verbesserung der Abtastinformation mittels der Lagein- formation kann eine Bestimmung von absoluten, also nicht durch eine Neigung der Erfassungseinheit verzerrten, Abständen möglich sein, welche wiederum zur Positionsbestimmung mittels einer Referenz, also z.B. durch einen Datenbankabgleich, herangezogen werden können. The manipulation of the scanning information using the location information can enable the extraction of features of the environment from the scanning information, and/or the evaluation of the features, which can for example be inherent features of the environment, such as patterns in a ground surface, with regard to the shape of the features and /or for example in particular the relative location or positions of the features to each other. By improving the scanning information using the position formation, it is possible to determine absolute distances, ie distances that are not distorted by an inclination of the detection unit, which in turn can be used to determine the position by means of a reference, ie for example by means of a database comparison.
Figurenkurzbeschreibunq Figure short description
Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Hinsichtlich der dargestellten schematischen Figuren wird darauf hingewiesen, dass die dargestellten Funktionsblöcke sowohl als Ele mente oder Merkmale der offenbarungsgemäßen Vorrichtung als auch als entsprechende Verfahrensschritte des offenbarungsgemäßen Verfahrens zu verstehen sind, und auch entsprechende Verfahrensschritte des offenbarungsgemäßen Verfahrens davon abgeleitet werden können. Es zeigen: Examples according to the present disclosure are explained in more detail below with reference to the accompanying figures. With regard to the schematic figures shown, it is pointed out that the function blocks shown are to be understood both as elements or features of the device according to the disclosure and as corresponding method steps of the method according to the disclosure, and corresponding method steps of the method according to the disclosure can also be derived therefrom. Show it:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 shows a schematic side view of a device according to an embodiment of the present invention;
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung, wobei die Vorrichtung als Fahrzeug ausgebildet ist und die Erfassungseinheit und die Lageerfassungseinheit aufweist; 2 shows a schematic side view of a device according to an exemplary embodiment of the present invention, the device being designed as a vehicle and having the detection unit and the position detection unit;
Fig. 3a eine schematische Seitenansicht eines gefederten Radsegmentes in neutraler Stellung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 3a is a schematic side view of a sprung wheel segment in the neutral position according to an embodiment of the present invention;
Fig. 3b eine schematische Seitenansicht des gefederten Radsegments aus Fig. 3a in einem beispielhaften, eingefederten Zustand gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; FIG. 3b shows a schematic side view of the sprung wheel segment from FIG. 3a in an exemplary compressed state according to an exemplary embodiment of the present invention; FIG.
Fig. 3c eine schematische Seitenansicht des gefederten Radsegments aus Fig. 3a in einem beispielhaften, ausgefederten Zustand gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; FIG. 3c shows a schematic side view of the sprung wheel segment from FIG. 3a in an exemplary, rebound state according to an exemplary embodiment of the present invention; FIG.
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 5a eine schematische Seitenansicht eines weiteren gefederten Radsegmentes in neutraler Stellung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 4 shows a flowchart of a method according to an embodiment of the present invention; 5a is a schematic side view of another sprung wheel segment in the neutral position according to an embodiment of the present invention;
Fig. 5b eine schematische Seitenansicht des weiteren gefederten Radsegmentes aus Fig. 5a in einem beispielhaften, eingefederten Zustand gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; FIG. 5b shows a schematic side view of the further sprung wheel segment from FIG. 5a in an exemplary compressed state according to an exemplary embodiment of the present invention; FIG.
Fig. 5c eine schematische Seitenansicht des weiteren gefederten Radsegmentes aus Fig. 5a in einem beispielhaften, ausgefederten Zustand gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; FIG. 5c shows a schematic side view of the further sprung wheel segment from FIG. 5a in an exemplary, rebounded state according to an exemplary embodiment of the present invention; FIG.
Fig. 6 schematische Darstellungen möglicher perspektivischer Verzerrungen der Abtastinformation, die mit Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung adressiert werden; und Fig. 6 shows schematic representations of possible perspective distortions of the scan information addressed by embodiments of the present invention; and
Fig. 7 eine schematische Seitenansicht eines gefederten Radsegments mit einer gegengefederten Radschwinge gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung. Fig. 7 is a schematic side view of a sprung wheel segment with a counter-sprung swing arm according to an embodiment of the present invention.
Detaillierte Beschreibung der Beispiele gemäß den Figuren Detailed description of the examples according to the figures
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann. Before exemplary embodiments of the present invention are explained in more detail below with reference to the drawings, it is pointed out that identical, functionally identical or equivalent elements, objects and/or structures in the different figures are provided with the same or similar reference symbols, so that the Embodiments illustrated description of these elements is interchangeable or can be applied to each other.
Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 100 mit einer Verarbeitungseinheit 110, die ausgebildet ist, um eine Abtastinformation 120a einer zweidimensionalen Abtastung 120b einer Oberfläche 130 zu erhalten und ferner eine Lageinformation 120c (bspw. eine Winkelinformation a) zu erhalten, die eine Neigung (z.B. Winkel a) einer, die zweidimensionale Abtastung 120b bereitstellenden, Erfassungseinheit 120 bezüglich der Oberfläche 130 anzeigt Die Lageinformation kann angeben unter welcher Neigung be- züglich der Oberfläche die Abtastinformation 120a zum Zeitpunkt der Abtastung 120b erhalten wurde, Bspw. kann die Lageinformation 120c angeben, welche Lage oder Neigung einen Erfassungseinheit 120, die optional Teil der Vorrichtung 100 ist, zu diesem Zeitpunkt aufweist. Die Verarbeitungseinheit 110 ist darüber hinaus ausgebildet, um die Abtastinformation 120a unter Verwendung der Lageinformation 120c bezüglich einer Lokalisierung der Erfassungseinheit 120 relativ zu der Oberfläche 130 auszuwerten. 1 shows a schematic side view of a device according to an embodiment of the present invention. Fig. 1 shows a device 100 with a processing unit 110 which is designed to obtain scanning information 120 a of a two-dimensional scan 120 b of a surface 130 and also position information 120 c (e.g. angle information a) to obtain an inclination (e.g. angle a) of a detection unit 120 providing the two-dimensional scanning 120 b with respect to the surface 130. The position information can indicate the inclination at which With regard to the surface, the scanning information 120 a was obtained at the time of scanning 120 b . For example, the position information 120 c can indicate which position or inclination a detection unit 120, which is optionally part of the device 100, has at this time. The processing unit 110 is also designed to evaluate the scanning information 120 a using the position information 120 c with regard to a localization of the detection unit 120 relative to the surface 130 .
Die Erfassungseinheit 120 kann dabei beispielsweise Teil einer Drohne oder Teil eines mobilen Roboters sein, welcher über eine Bodenoberfläche 130 navigiert. Die Erfassungseinheit 120 kann eine Kamera und/oder ein Laser-Distanz-Sensorarray aufweisen. Die Erfassungseinheit kann ferner eine Flächenkamera oder eine Zeilenkamera sein, kann aber auch zur anderweitigen, bevorzug optischen Abtastung der Oberfläche eingerichtet sein, etwa mittels RADAR (Radio Detecting and Ranging) oder LiDAR (Light Detecting and Ranging). The detection unit 120 can be part of a drone or part of a mobile robot, for example, which navigates over a ground surface 130 . The detection unit 120 can have a camera and/or a laser distance sensor array. The detection unit can also be an area camera or a line camera, but can also be set up for other, preferably optical, scanning of the surface, for example by means of RADAR (Radio Detecting and Ranging) or LiDAR (Light Detecting and Ranging).
Durch eine Bewegung und/oder eine Beschleunigung der Erfassungseinheit 120, z.B. aufgrund einer Einfederung eines Fahrzeugs, welches die Erfassungseinheit 120 aufweist, bspw. beim Durchfahren einer Kurve oder bei einem Erhöhen oder Verringern der Geschwindigkeit relativ zur Oberfläche 130, kann es zu der Neigung der Erfassungseinheit 120 kommen. Dadurch kann die Abtastung 120b der Oberfläche 130 beispielsweise nicht orthogonal bzw. senkrecht zur Oberfläche 130 erfolgen, sodass die Abtastinformation 120a eine perspektivische Verzerrung aufgrund der Neigung aufweist. Durch die Bereitstellung der Lageinformation 120c, also beispielsweise einer Information über den Winkel a, kann bei der Auswertung der Abtastinformation 120a eine derartige perspektivische Verzerrung mitberücksichtigt oder zumindest teilweise kompensiert werden. Movement and/or acceleration of detection unit 120, e.g. due to deflection of a vehicle having detection unit 120, e.g. when driving through a curve or when the speed is increased or decreased relative to surface 130, can lead to the inclination of the Detection unit 120 come. As a result, the scanning 120b of the surface 130 cannot, for example, take place orthogonally or perpendicularly to the surface 130, so that the scanning information 120a has a perspective distortion due to the inclination. By providing the position information 120 c , that is, for example, information about the angle a, such a perspective distortion can also be taken into account or at least partially compensated for when evaluating the scanning information 120 a .
Dadurch kann eine verbesserte Bestimmung von Umgebungsmerkmalen durchgeführt werden, indem zum Beispiel Abstände und Positionen von inhärenten Merkmalen der Umgebung, welche in der Abtastinformation 120a enthalten sein können, durch eine Korrektur der Verzerrung mittels der Lageinformation 120c, bestimmt werden. Durch eine derartige Form der Umgebungsklassifizierung, beispielsweise Kartierung, kann zum Beispiel anhand von a priori Information, durch Detektion von Merkmalen oder Merkmalsclustern, wie beispielsweise die Anordnung einer Vielzahl von Merkmalen in einem bestimmten Muster mit bestimmten Abständen zueinander, die Lokalisierung der Erfassungseinheit 120 durchgeführt werden. Es können durch Kompensation der Neigung unter Verwendung der Lageinformation Merkmale zur Positionsbestimmung verwendet werden, die wenig oder nicht robust gegenüber perspektivischen Verzerrungen sind, wie es bspw. von QR-Codes bekannt ist. Dadurch können vielfältige Merkmale verwendet werden, was die Lokalisierung flexibel macht. As a result, an improved determination of environmental features can be carried out by, for example, distances and positions of inherent features of the environment, which can be contained in the scanning information 120 a , being determined by correcting the distortion using the position information 120 c . Such a form of environment classification, for example mapping, can be used, for example, to locate detection unit 120 using a priori information, by detecting features or feature clusters, such as the arrangement of a large number of features in a specific pattern at specific distances from one another . By compensating for the inclination using the position information, features can be used to determine the position that are little or not robust to perspective distortions, as is known from QR codes, for example. This allows a variety of features to be used, which makes localization flexible.
Fig. 2 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei die Vorrichtung als Fahrzeug ausgebildet ist und die Erfassungseinheit und die Lageerfassungseinheit aufweist. Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung 200, welche als Fahrzeug, beispielsweise mobile Roboterplattform, ausgebildet ist, mit einer Verarbeitungseinheit 110, einer Erfassungseinheit 120 und einer Lageerfassungseinheit 210. Das Fahrzeug 200 weist Radsegmente 220 auf, welche gefedert sind. Wie in Fig. 2 gezeigt müssen jedoch nicht alle Radsegmente gefedert sein, so weist das Fahrzeug 200 auch ungefederte Radsegmente 230 auf. Dabei sei darauf hingewiesen, dass in der Seitenansicht nur eines der gefederten Radsegmente 220 dargestellt ist. Ferner können auch alle Radsegmente gefedert sein. Darüber hinaus müssen sich die gefederten Radsegmente auch nicht notwendigerweise alle an einem Ende des Fahrzeugs 200 befinden, die Darstellung mit gefederten Radsegmenten an der einen Seite des Fahrzeugs dient dabei lediglich als Beispiel. Die gefederten Radsegmente 220 sind dabei in einem ausgefederten Zustand, z.B. aufgrund eines Beschleunigens der Vorrichtung 200, bspw. in x-Richtung (in negative x-Richtung orientiert), dargestellt. Fig, 2 zeigt eine Ausbildung der Lageerfassungseinheit 210 mit einem optionalen, zentralen Sensorelement 210i . Alternativ oder zusätzlich kann die Lageerfassungseinheit 210 Sensorelemente 2102 aufweisen, welche jeweils an den gefederten Radsegmenten 220 angeordnet sind. Die Sensorelemente können dabei bspw. Gyroskope, Ultraschallsensoren, Laser-Distanz-Sensoren bzw. -Sensorarrays oder Inkrementalgeber umfassen. 2 shows a schematic side view of a device according to an exemplary embodiment of the present invention, the device being designed as a vehicle and having the detection unit and the position detection unit. 2 shows a device 200, which is designed as a vehicle, for example a mobile robot platform, with a processing unit 110, a detection unit 120 and a position detection unit 210. The vehicle 200 has wheel segments 220 which are spring-loaded. However, as shown in FIG. 2 , not all wheel segments have to be sprung, so the vehicle 200 also has unsprung wheel segments 230 . It should be noted that only one of the sprung wheel segments 220 is shown in the side view. Furthermore, all wheel segments can also be spring-loaded. Furthermore, the sprung wheel segments need not all be located at one end of the vehicle 200, the illustration with sprung wheel segments on one side of the vehicle is merely an example. The spring-loaded wheel segments 220 are shown in a spring-loaded state, for example due to an acceleration of the device 200, for example in the x-direction (oriented in the negative x-direction). FIG. 2 shows an embodiment of the position detection unit 210 with an optional, central sensor element 210i. As an alternative or in addition, the position detection unit 210 can have sensor elements 210 2 which are each arranged on the sprung wheel segments 220 . The sensor elements can include, for example, gyroscopes, ultrasonic sensors, laser distance sensors or sensor arrays or incremental encoders.
Die Verarbeitungseinheit 110 ist dabei ausgebildet, um eine Abtastinformation 120a einer zweidimensionalen Abtastung 120b einer Oberfläche 130 zu erhalten und eine Lageinformation 120c, also die Lageinformation 120ci von dem zentralen Sensorelement 210i und/oder die Lageinformation 120C2 von den Sensorelementen 2102, zu erhalten, die einen Neigung (bspw. a) der, die Abtastung 120b bereitstellenden Erfassungseinheit 120 bezüglich der Oberfläche 130 anzeigt. Die Verarbeitungseinheit 110 kann dabei dazu ausgebildet sein eine Lageinformation 120c, welche zumindest zwei Messwerte der Sensorelemente 210 aufweist, zu erhalten, wobei die zwei Messwerte zumindest Teile einer Information über die Neigung der Erfassungseinheit 120 aufweisen. Für den Fall eines Fahrzeugs 200, welches nur über zwei gefederte Radsegmente 220 verfügt, beispielsweise einer gefederten Vorderachse mit zwei Radsegmenten 220 und einer ungefederten Hinterachse mit zumindest einem Radsegment 230, können die zumindest zwei Messwerte von zumindest zwei Sensorelementen 210i bereitgestellt werden, welche an jeweils einem gefederten Radsegment 220 angeordnet sind (bspw. zumindest ein Messwert von je einem Sensorelement 210i). In diesem Fall kann durch die Auswertung der zumindest zwei Messwerte und bspw. eines bekannten, bspw. aufgrund des Fehlens einer Federung konstanten, Abstands des zumindest einen ungefederten Radsegments 230 zur Oberfläche 130, eine Lageinformation des Fahrzeugs 200 und damit auch der Erfassungseinheit 120 bereitgestellt werden. Processing unit 110 is designed to receive scanning information 120 a of a two-dimensional scan 120 b of a surface 130 and position information 120 c , i.e. position information 120 ci from central sensor element 210i and/or position information 120 C2 from sensor elements 210 2 , indicating an inclination (e.g. a) of the detection unit 120 providing the scan 120b with respect to the surface 130. The processing unit 110 can be designed to receive position information 120 c which has at least two measured values of the sensor elements 210 , the two measured values having at least parts of information about the inclination of the detection unit 120 . In the case of a vehicle 200 that has only two sprung wheel segments 220, for example a sprung front axle with two wheel segments 220 and an unsprung rear axle with at least one wheel segment 230, the at least two measured values can be provided by at least two sensor elements 210i, which are attached to each a spring-loaded wheel segment 220 (e.g. at least one measured value from each sensor element 210i). In this case, position information of vehicle 200 and thus also of detection unit 120 can be provided by evaluating the at least two measured values and, for example, a known distance, for example constant due to the lack of suspension, of the at least one unsprung wheel segment 230 from surface 130 .
Bei einem Fahrzeug 200, welches über zumindest drei gefederte Radsegmente 220, also beispielsweise ein gefedertes Radsegment 220 an der Vorderachse und zwei gefederte Radsegmente 220 an der Hinterachse, oder jeweils zwei gefederte Radsegmente 220 sowohl an der Vorder- als auch an der Hinterachse, verfügt, kann die Verarbeitungseinheit 110 ausgebildet sein, um eine Lageinformation 120Cl welche zumindest drei Messwerte aufweist, zu erhalten, wobei die drei Messwerte zumindest Teile einer Information über die Neigung der Erfassungseinheit 120 aufweisen. Die zumindest drei Messwerte können von zumindest drei Sensorelementen 210i bereitgestellt werden, welche an jeweils einem der gefederten Radsegmente 220 angeordnet sind (bspw. zumindest ein Messwert von je einem Sensorelement 210i). Mit den zumindest drei Messwerten kann wiederum einen Information über einen Neigung des Fahrzeugs 200 und damit der Erfassungseinheit 120 bestimmt werden. In a vehicle 200, which has at least three sprung wheel segments 220, for example one sprung wheel segment 220 on the front axle and two sprung wheel segments 220 on the rear axle, or two sprung wheel segments 220 on both the front and rear axles, the processing unit 110 can be designed to receive position information 120 C1 which has at least three measured values, the three measured values having at least parts of information about the inclination of the detection unit 120 . The at least three measured values can be provided by at least three sensor elements 210i, which are each arranged on one of the sprung wheel segments 220 (e.g. at least one measured value from each sensor element 210i). With the at least three measured values, information about an inclination of the vehicle 200 and thus of the detection unit 120 can in turn be determined.
In beiden Fällen können die zumindest zwei oder zumindest drei Messwerte alternativ oder zusätzlich von einem zentralen Sensorelement 2102, welches die Messwerte bezüglich mehrere Messachsen, also bezüglich unterschiedlicher Raumrichtungen, erfassen kann bereitgestellt werden. In both cases, the at least two or at least three measured values can alternatively or additionally be provided by a central sensor element 2102, which can record the measured values with regard to a number of measurement axes, ie with regard to different spatial directions.
Damit kann die Verarbeitungseinheit 110 die Abtastinformation 120a unter Verwendung der Lageinformation 120o manipulieren, um eine manipulierte Abtastinformation zu erhalten und diese bezüglich einer Lokalisierung der Erfassungseinheit 120 und in diesem Fall auch des Fahrzeugs 200 auszuführen. Die Manipulation kann dabei einen Ausgleich oder zumindest einen teilweisen Ausgleich einer perspektivischen Verzerrung der Abtastinformation 120a umfassen. Die Abtasti nfor- mation 120a kann bspw. durch die Neigung (bspw. Winkel a) der Erfassungseinheit 120 bezüglich der Oberfläche 130 verzerrt sein, was wiederum unter Verwendung der Lageinformation 120c durch die Verarbeitungseinheit 110 ausgeglichen werden kann. In anderen Worten kann die Abtastinformation 120a bspw. entzerrt werden. Dazu kann beispielsweise eine Rektifizierung der Abtastinformation 120a durch die Verarbeitungseinheit 110 ausgeführt werden. The processing unit 110 can thus manipulate the scanning information 120 a using the position information 120 o in order to obtain manipulated scanning information and execute this with regard to a localization of the detection unit 120 and in this case also of the vehicle 200 . The manipulation can include a compensation or at least a partial compensation of a perspective distortion of the scanning information 120a. The scanning information 120a can, for example , be distorted by the inclination (eg angle α) of the detection unit 120 with respect to the surface 130, which in turn can be compensated for by the processing unit 110 using the position information 120c . In other words, the sample information 120a can be equalized , for example. For this purpose, for example, the scanning information 120 a can be rectified by the processing unit 110 .
Die Erfassungseinheit 120 weist gemäß Fig. 2 eine vorbestimmte relative Lage bezüglich der zumindest zwei gefederten Radsegmente 220 auf. Dadurch kann, beispielsweise bei der Verwendung der Sensorelemente 2102 durch Auswertung der Lageinformation 120C2, unter Berücksichtigung der geometrischen Abstände und Winkel zwischen den Sensorelementen 2102 und der Erfassungseinheit 120, auf eine Neigung der Erfassungseinheit 120 zurückgerechnet werden. According to FIG. 2 , detection unit 120 has a predetermined position relative to the at least two sprung wheel segments 220 . As a result, when using the sensor elements 210 2 , for example, by evaluating the position information 120 C2 , taking into account the geometric distances and angles between the sensor elements 210 2 and the detection unit 120 , an inclination of the detection unit 120 can be calculated back.
Die Sensorelemente 2102 können dabei Messwerte generieren, die mit einem Federweg der Radsegmente 220 korreliert sind, sodass die Lageinformation 120C2 über die Radsegmente 220 und damit, durch die vorbestimmte relative Lage der Erfassungseinheit 120 bezüglich der zumindest zwei gefederten Radsegmente 220, eine Lageinformation 120c über die Neigung der Erfassungseinheit 120 bezüglich der Oberfläche 130 aufweist. Die Anordnung der Sensorelemente 2102 kann dabei so gewählt werden, dass bei einer Ein- oder Ausfederung der Radsegmente 220 eine große Lageänderung der Sensorelemente 2102 stattfindet, um auch geringe Neigungen und Lageänderung der Erfassungseinheit 120 de- tektieren und damit beispielsweise kompensieren zu können. Die Sensorelemente können schwingungstechnisch betrachtet somit an Orten großer Amplitude angeordnet sein. Sensor elements 210 2 can generate measured values that are correlated with a spring deflection of wheel segments 220, so that position information 120 C2 about wheel segments 220 and thus, due to the predetermined relative position of detection unit 120 with respect to the at least two sprung wheel segments 220, position information 120 c over the inclination of the detection unit 120 with respect to the surface 130 has. The arrangement of the sensor elements 2102 can be selected such that when the wheel segments 220 compress or rebound, there is a large change in the position of the sensor elements 2102 in order to also be able to detect slight inclinations and changes in position of the detection unit 120 and thus, for example, be able to compensate. In terms of vibrations, the sensor elements can thus be arranged at locations with a large amplitude.
Im Folgenden sollen anhand der Figuren 3a, 3b und 3c Beispiele für erfindungsgemäße Zustände der gefederten Radsegmente näher erläutert werden. Figuren 3a, 3b und 3c können bei Ausführungsbeispielen eine Detailansicht der zuvor bspw. anhand von Figur 2 erläuterten gefederten Radsegmente 220 zusammen mit den Sensorelementen, in Fig. 3 , in Form von Drehwinkelgebern in verschieden Zuständen darstellen. Fig. 3a zeigt eine schematische Seitenansicht eines gefederten Radsegments in neutraler Stellung, Fig. 3b eine schematische Seitenansicht des gefederten Radsegments aus Fig. 3a in einem beispielhaften eingefederten Zustand und Fig. 3c eine schematische Seitenansicht des gefederten Radsegments aus Fig. 3a in einem beispielshaften ausgefederten Zustand. Die Figuren 3a-c zeigen gefederte Radsegmente 220, welche Radschwingen 310, Federungen 320 und Drehwinkelgeber 330 aufweisen. Die Radsegmente 220 weisen ferner Angelpunkte 340 auf, welche eine Drehachse der Radschwingen 310 bezüglich der Einfederung der Federungen 320 bilden. Beispielsweise durch die vorbestimmte relative Lage der Erfassungseinheit 120 bezüglich der Radsegmente 220, können die Drehwinkelgeber 330 dabei zumindest Teile einer Information über die Lage der Erfassungseinheit, bspw. Kamera bezüglich der Oberfläche 130 angeben. Beispielsweise kann jeder der Drehwinkelgeber 330 eine lokale Neigung oder Rotation angeben. Eine derartige Teilinformation kann bspw. unter Verwendung von zumindest zwei (bspw. zusammen mit einer geometrisch bedingten, bekannten Information wie bspw. einem Abstand eines ungefederten Radsegments 230 zur Oberfläche 130) oder von zumindest drei voneinander beabstandeten Drehwinkelgebern 330 oder anderen Sensorelementen 210 verwendet werden, um unter Berücksichtigung der geometrischen Anordnung oder Position eine Neigung an einem anderen Ort, etwa der Erfassungseinheit 120 zu bestimmen, etwa indem berücksichtigt werden, dass eine Ebene, die der Neigung unterliegt, durch drei Punkte im Raum bestimmt werden kann. In the following, examples of states of the sprung wheel segments according to the invention will be explained in more detail with reference to FIGS. 3a, 3b and 3c. In exemplary embodiments, FIGS. 3a, 3b and 3c can show a detailed view of the spring-loaded wheel segments 220 previously explained, for example with reference to FIG. 2, together with the sensor elements in FIG. 3 in the form of rotary encoders in different states. Fig. 3a shows a schematic side view of a sprung wheel segment in a neutral position, Fig. 3b shows a schematic side view of the sprung wheel segment from Fig. 3a in an exemplary compressed state, and Fig. 3c shows a schematic side view of the sprung wheel segment from Fig. 3a in an exemplary rebounded state Condition. Figures 3a-c show spring-loaded wheel segments 220, which swing arms 310, springs 320 and rotary encoder 330 have. The wheel segments 220 also have pivot points 340 which form an axis of rotation of the wheel links 310 with respect to the deflection of the springs 320 . For example, due to the predetermined relative position of the detection unit 120 with respect to the wheel segments 220 , the rotary encoders 330 can indicate at least parts of information about the position of the detection unit, e.g. camera, with respect to the surface 130 . For example, each of the rotary encoders 330 can indicate local tilt or rotation. Such partial information can be used, for example, using at least two (e.g. together with geometrically determined, known information such as the distance between an unsprung wheel segment 230 and the surface 130) or at least three spaced-apart rotary encoders 330 or other sensor elements 210, to determine a tilt at another location, such as the detection unit 120, taking into account the geometric arrangement or position, such as by considering that a plane subject to the tilt can be determined by three points in space.
Anders ausgedrückt ist es möglich, die Neigung auch lokal am Ort der Erfassungseinheit 120 zu bestimmen, etwa unter Verwendung eines einzelnen Sensorelements 210. Bei einer Positionierung von mehreren verteilten Sensorelementen 210 können diese gemeinschaftlich ausgewertet werden, indem die Verteilungsgeometrie berücksichtigt wird. In other words, it is possible to also determine the inclination locally at the location of the detection unit 120, for example using a single sensor element 210. If a plurality of distributed sensor elements 210 are positioned, they can be jointly evaluated by taking the distribution geometry into account.
Fig. 3a zeigt eine Ausgangslage des Fahrzeugs, welches das Radsegment 220 aufweist, wobei sich die Feder der Federung 320 in neutraler Stellung befindet, sodass kein Bildausgleich, bspw. aufgrund einer Ein- oder Ausfederung, notwendig sein muss. Fig. 3b zeigt einen Zustand des Fahrzeugs, in dem die Feder der Federung 320 eingefedert ist, sodass der dargestellte Bereich des Fahrzeugs niedriger ist, als bspw. andere Bereiche und der Drehwinkelgeber 330 eine von der Referenzlage der Fig. 3a abweichende Neigungsinformation erfasst. Die Erfassungseinheit, bspw. eine Kamera kann sich dabei, bspw. bei Anordnung abseits des Angelpunktes 340 an einer Ecke des Fahrzeugs bzw. des Radsegments 220 bzw. der Radschwinge 310 des Fahrzeugs, näher am Boden 130 befinden, als in Fig. 3a (siehe bspw. Fig. 5b). Fig 3c zeigt einen Zustand des Fahrzeugs, in dem die Feder der Federung 320 ausgefedert ist, sodass der Bereich des Fahrzeugs höher ist, als bspw. andere Bereiche und der Drehwinkelgeber 330 eine andere, abweichende Neigungsinformation erfasst. Wobei hierzu ergänzend auf die Beispiele der Fig. 2 verwiesen wird. Die Erfassungseinheit kann sich dabei, bspw. bei Anordnung abseits des Angelpunktes an einer Ecke des Fahrzeugs bzw. des Radsegments 220 bzw. der Radschwinge 310 des Fahrzeugs, weiter vom Boden entfernt befinden (siehe bspw. Fig. 5c). 3a shows an initial position of the vehicle, which has the wheel segment 220, with the spring of the suspension 320 being in the neutral position, so that no image compensation, for example due to compression or rebound, need be necessary. FIG. 3b shows a state of the vehicle in which the spring of suspension 320 is compressed, so that the area of the vehicle shown is lower than other areas, for example, and rotation angle sensor 330 detects inclination information that differs from the reference position in FIG. 3a. The detection unit, e.g. a camera, can be located closer to the ground 130 than in Fig. 3a (see e.g. Fig. 5b). 3c shows a state of the vehicle in which the spring of the suspension 320 is stretched out, so that the area of the vehicle is higher than, for example, other areas and the angle of rotation sensor 330 detects different, deviating information about the inclination. Reference is also made to the examples in FIG. 2 in this regard. the The detection unit can be located further away from the ground (see, for example, FIG. 5c) if it is arranged away from the pivot point at a corner of the vehicle or the wheel segment 220 or the swing arm 310 of the vehicle.
Figuren 3a-c sollen die Grundidee von Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung verdeutlichen, welche darin besteht, eine beispielsweise genaue Information über die beispielsweise genaue Einfederung jedes Rads des Fahrzeugs zu erhalten. Hierfür sehen Ausführungsbeispiele die Drehwinkelgeber 330, vor, welche an den Schwingen 310 der Radsegmente, bspw. der Radaufhängung angebracht sind. FIGS. 3a-c are intended to clarify the basic idea of exemplary embodiments according to the present invention, which consists in obtaining, for example, precise information about the, for example, precise deflection of each wheel of the vehicle. For this purpose, exemplary embodiments provide the rotary encoder 330, which is attached to the rockers 310 of the wheel segments, for example the wheel suspension.
Über den Winkel am Angelpunkt 340 kann der Federweg bestimmt werden. Durch Kombination der Messungen der verschiedenen Räder, oder anders ausgedrückt der Messwerte der verschiedenen Drehwinkelgeber 330 der gefederten Radsegmente 220, miteinander, kann die Lage des Fahrzeugs im Raum beispielsweise genau bestimmt werden. Bei Ausführungsbeispielen kann es dabei vorteilhaft sein, mindestens drei Messpunkte zur Verfügung zu stellen, um die Lage einer Ebene im Raum, und damit beispielsweise die Lage der Erfassungseinheit und damit des Fahrzeugs, eindeutig bestimmen zu können oder zu bestimmen. Über ein Verfahren, was in der Bildverarbeitung als Rektifizierung bekannt ist, können Bilder derart transformiert werden, als wären sie aus einer anderen Pose im Raum aufgenommen worden. Mit dieser Technik können die Messwerte der Erfassungseinheit, beispielsweise in Form eines optischen Sensors, entzerrt werden, d.h. sie sehen am Ende, also beispielsweise nach der Entzerrung bzw. Rektifizierung, wieder genauso aus, als wären sie aus einem nicht eingefederten Zustand heraus aufgenommen worden. The spring deflection can be determined via the angle at pivot point 340 . By combining the measurements of the different wheels, or to put it another way, the measured values of the different rotary encoders 330 of the sprung wheel segments 220, the position of the vehicle in space can be precisely determined, for example. In exemplary embodiments, it can be advantageous to provide at least three measurement points in order to be able or to determine the position of a plane in space, and thus, for example, the position of the detection unit and therefore of the vehicle. Through a process known in image processing as rectification, images can be transformed as if they had been taken from a different pose in space. With this technology, the measured values of the recording unit, for example in the form of an optical sensor, can be equalized, i.e. at the end, i.e. after equalization or rectification, for example, they look exactly as if they had been recorded from a non-compressed state.
Einige Ausführungsbeispiele sehen zwar eine Verwendung der Rektifizierung, welche sich im Allgemeinen auf Bilder bezieht vor, jedoch sind erfindungsgemäße Vorrichtungen und Verfahren nicht auf die ausschließliche Verwendung von Bildern beschränkt. Im Rahmen erfindungsgemäßer Konzepte können auch andere Formen von Abtastinformationen manipuliert, also beispielsweise entzerrt werden, unter Verwendung der Lageinformation. Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann dementsprechend auch Abtastinformationen bzw. Messungen, beispielsweise von einem Laser-Distanz-Sensorarray, entzerren. Bei eindimensionalen Abtastungen, oder anders ausgedrückt in eindimensionalen Fällen, kann eine Messung bzw. Abtastung dabei als eine Bildzeile interpretiert werden. Ferner sei darauf hingewiesen, dass die Schräglage des Fahrzeugs oder Neigung der Erfassungseinheit über verschiedene Arten von Abstandssensoren, wie bspw. Ultraschallsensoren oder Laser-Distanz-Messungen bzw. Laser-Distanz-Sensoren, bspw. anstelle der in Figuren 3a-c gezeigten Drehwinkelgeber 330, bestimmt werden kann. While some embodiments contemplate use of rectification, which generally relates to images, apparatus and methods in accordance with the present invention are not limited to the exclusive use of images. Within the framework of concepts according to the invention, other forms of scanning information can also be manipulated, that is to say rectified, for example, using the position information. A method according to the invention can accordingly also equalize scanning information or measurements, for example from a laser distance sensor array. In the case of one-dimensional scans, or to put it another way in one-dimensional cases, a measurement or scan can be interpreted as an image line. It should also be pointed out that the inclined position of the vehicle or the inclination of the detection unit can be measured using various types of distance sensors, such as ultrasonic sensors or laser distance measurements or laser distance sensors, e.g. instead of the rotary encoder 330 shown in Figures 3a-c , can be determined.
Darüber hinaus könnte der Federweg ebenfalls durch Messung direkt an/in der Feder/Dämpfer-Einheit, z.B. eines Radsegments 220, bestimmt werden. Eine Bestimmung des Federwegs mit einem Sensorelement 2102 an einer Radschwinge 310 eines Radsegmentes 220 kann dabei jedoch den Vorteil aufweisen, mit geringerem Aufwand und mit geringeren Kosten umgesetzt werden zu können. Ferner kann eine Messung des Winkels, also bspw. der Drehwinkel der Radschwingen 310 der Radsegmente 220 durch die Drehwinkelgeber 330, mit geringeren Fehlern und/oder Toleranzen möglich sein. In addition, the spring deflection could also be determined by measuring directly on/in the spring/damper unit, e.g. a wheel segment 220. However, determining the spring deflection using a sensor element 2102 on a swing arm 310 of a wheel segment 220 can have the advantage of being able to be implemented with less effort and at lower cost. Furthermore, a measurement of the angle, that is to say for example the angle of rotation of the swing arm 310 of the wheel segment 220 by the angle of rotation sensor 330, can be possible with smaller errors and/or tolerances.
Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 400 umfasst in einem Schritt 410 ein Erhalten einer Abtastinformation einer zweidimensionalen Abtastung einer Oberfläche, in einem Schritt 420 ein Erhalten einer Lageinformation, die eine Neigung einer, die zweidimensionale Abtastung bereitstellenden, Erfassungseinheit bezüglich der Oberfläche anzeigt und in einem weiteren Schritt 430 ein Auswerten der Abtastinformation unter Verwendung der Lageinformation bezüglich einer Lokalisierung der Erfassungseinheit relativ zu der Oberfläche. Es ist anzumerken, dass die Schritte 410 und 420 in beliebiger Reihenfolge und/oder gleichzeitig ausgeführt werden können, da beide Schritte möglicherweise unabhängig voneinander Eingangsgrößen für Schritt 430 liefern. 4 shows a flow chart of a method according to an embodiment of the present invention. In a step 410, the method 400 includes obtaining scanning information for a two-dimensional scan of a surface, in a step 420 obtaining position information that indicates an inclination of a detection unit providing the two-dimensional scanning with respect to the surface, and in a further step 430 an evaluation the scanning information using the position information regarding a localization of the detection unit relative to the surface. It should be noted that steps 410 and 420 may be performed in any order and/or simultaneously since both steps may provide inputs to step 430 independently.
Das Verfahren 400 kann optional ein Manipulieren der Abtastinformation unter Verwendung der Lageinformation umfassen, um eine manipulierte Abtastinformation zu erhalten. Zur Berücksichtigung der manipulierten Abstandsinformation kann dabei Schritt 430 ein Auswerten der manipulierten Abtastinformation bezüglich der Lokalisierung der Erfassungseinheit relativ zur Oberfläche aufweisen. The method 400 may optionally include manipulating the scan information using the location information to obtain manipulated scan information. In order to take the manipulated distance information into account, step 430 can include an evaluation of the manipulated scanning information with regard to the localization of the detection unit relative to the surface.
Anhand der folgenden Figuren 5a-c soll die Position und Lage der Erfassungseinheit bei einer Änderung des Einfederzustands von gefederten Radsegmenten näher erläutert werden. Die Figuren 5a-c zeigen gefederte Radsegmente, welche Radschwingen 310, aufweisen, sowie eine Erfassungseinheit, die als Kamera 510 ausgebildet ist. In den Figuren 5a- c ist die Kamera 510, wie es in bspw. in der Realität oder in vielen praktischen Umsetzungen der Fall ist, fest mit einem Gehäuse und damit bspw. wiederum der Radschwinge 310, verbunden. Das heißt die Kamera 510 kann bspw. nicht gelagert sein, sodass sie bei einer Neigung der Schwinge 310 nicht mehr senkrecht auf die Bodenoberfläche ausgerichtet ist bzw, ob eines veränderten Einfederzustandes eine veränderliche Orientierung oder Neigung zum Boden aufweist. The position and position of the detection unit when there is a change in the deflection state of spring-loaded wheel segments is to be explained in more detail with reference to the following FIGS. 5a-c. FIGS. 5a-c show spring-loaded wheel segments, which have swing arms 310, and a detection unit, which is designed as a camera 510. In FIGS. 5a-c, the camera 510 is as it is, for example, in reality or in many practical implementations is the case, firmly connected to a housing and thus, for example, in turn to the wheel swing arm 310. This means that the camera 510 cannot, for example, be mounted so that it is no longer aligned perpendicularly to the ground surface when the rocker arm 310 is inclined or whether a changed spring compression state has a variable orientation or inclination to the ground.
Die Radsegmente weisen ferner Angelpunkte 340 auf, welche eine Drehachse der Radschwingen 310 bezüglich der Einfederung der Federungen bilden. Im Vergleich zu Fig. 3a- c ist die Federung zur Vereinfachung nicht explizit dargestellt, mit Ausnahme des Angriffspunkts 520 der Federung an der Radschwinge 310. Die Figuren 5a-c können dabei eine vereinfachte Darstellung der Figuren 3a-c bilden, wobei die Erfassungseinheit in Form einer Kamera 510 zusätzlich gezeigt ist. Ein Drehwinkelgeber analog zu Fig.3a-c ist zur Vereinfachung nicht explizit gezeigt, kann aber offenbarungsgemäß vorhanden sein. Ferner zeigen die Figuren 5a-c schematische Bilder 530a-c, basierend auf einer Abtastung der Erfassungseinheit, also der Kamera 510, in Abhängigkeit vom jeweiligen Zustand der Federung des Radsegmentes. The wheel segments also have pivot points 340, which form an axis of rotation of the swing arm 310 with respect to the deflection of the springs. In comparison to Fig. 3a-c, the suspension is not shown explicitly for the sake of simplicity, with the exception of the point of application 520 of the suspension on the swing arm 310. Figures 5a-c can form a simplified representation of Figures 3a-c, with the detection unit in Form of a camera 510 is also shown. A rotary encoder analogous to FIG. 3a-c is not shown explicitly for reasons of simplification, but according to the disclosure it can be present. Furthermore, FIGS. 5a-c show schematic images 530a-c, based on scanning by the detection unit, ie the camera 510, depending on the respective state of the suspension of the wheel segment.
Fig. 5a zeigt eine schematische Seitenansicht eines gefederten Radsegments in neutraler Stellung, analog zu Fig. 3a. Die Kamera 510 befindet sich im Falle einer ebenen Bodenoberfläche parallel zu der Oberfläche, sodass ein unverzerrtes Bild 530a aufgenommen werden kann. FIG. 5a shows a schematic side view of a sprung wheel segment in the neutral position, analogous to FIG. 3a. In the case of a flat ground surface, the camera 510 is parallel to the surface, so that an undistorted image 530a can be recorded.
Fig. 5b zeigt eine schematische Seitenansicht des gefederten Radsegments aus Fig. 5a in einem beispielhaften, eingefederten Zustand, analog zu Fig. 3b. Durch den eingefederten Zustand befindet sich die Kamera 510 näher an der Bodenoberfläche und weist einen Neigungswinkel bezüglich der Bodenoberfläche auf. Bspw. bei Betrachtung einer einzelnen Schwinge 310 können sich z.B. maximal zwei Freiheitsgrade ändern, nämlich der Abstand zum Boden, wenn die Kamera 510 nicht genau mittig an der Achse bzw. dem Angelpunkt 340 befestigt ist, und der Winkel der Kamera 510, also bspw. der Betrachtungswinkel der Kamera 510 bezüglich der Bodenoberfläche. Bei einer Konstruktion mit mehreren Schwingen 310, also bspw. einem mehrachsigen, gefederten Fahrzeug, und Befestigung am Gehäuse, also bspw. bei Befestigung der Kamera 510 an einem Gehäuse, welches wiederum fest mit der Radschwinge 310 verbunden ist, können sich z.B. maximal drei Freiheitsgrade ändern, nämlich Roll- und Nickwinkel der Kamera 510, sowie der Abstand zur Bodenoberfläche, also bspw. zum Boden. Einfach ausgedrückt heißt das bspw. konkret auf Fig 5b bzw. das Bild 530b bezogen, dass wenn die Radschwinge 310 schräg steht, auch die Kamera 510 schräg auf den Boden ausgerichtet ist bzw. diesen erfasst. Dementsprechend ist das Bild 530b im Vergleich zu Bild 530a verzerrt, indem bspw. aus dem rechteckigen Bild 530a eine trapezförmige Aufnahme 530b entsteht. FIG. 5b shows a schematic side view of the sprung wheel segment from FIG. 5a in an exemplary compressed state, analogous to FIG. 3b. Due to the compressed state, the camera 510 is closer to the ground surface and has a tilt angle with respect to the ground surface. For example, when considering an individual rocker 310, a maximum of two degrees of freedom can change, namely the distance to the ground if the camera 510 is not attached exactly in the middle of the axis or pivot point 340, and the angle of the camera 510, e.g. the viewing angle of the camera 510 with respect to the ground surface. In a construction with several rockers 310, e.g change, namely the roll and pitch angle of the camera 510, and the distance to the ground surface, ie, for example, to the ground. To put it simply, this means, for example, concretely in FIG. 5b or the image 530b, that when the swing arm 310 is at an angle, the camera 510 is also aligned at an angle to the ground or captures it. Accordingly, the image 530b is distorted in comparison to the image 530a in that, for example, a trapezoidal image 530b is created from the rectangular image 530a.
Fig. 5c zeigt eine schematische Seitenansicht des gefederten Radsegments aus Fig. 5a in einem beispielhaften, ausgefederten Zustand, analog zu Fig. 3c. Durch den ausgefederten Zustand befindet sich die Kamera 510 weiter von der Bodenoberfläche entfernt und weist einen Neigungswinkel bezüglich der Bodenoberfläche auf. Dementsprechend ist das Bild 530c im Vergleich zu Bild 530a ebenfalls verzerrt. FIG. 5c shows a schematic side view of the sprung wheel segment from FIG. 5a in an exemplary, rebounded state, analogous to FIG. 3c. Due to the extended state, the camera 510 is further away from the ground surface and has a tilt angle with respect to the ground surface. Accordingly, image 530c is also distorted compared to image 530a.
Anhand Fig. 6 sollen mögliche Verzerrungen der Abtastinformation, also bspw. der Bilder 530a-c, näher erläutert werden. Obwohl die Effekte einzeln dargestellt sind, können sie auch kombinatorisch auftreten, was den hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen nicht entgegensteht. Fig. 6 zeigt Referenz-Abtastinformationen 610, welche beispielsweise von einer Kamera 510, die an einer Radschwinge in neutraler Stellung befestigt ist, beispielsweise analog zu Fig. 5a, aufgenommen wurde. Possible distortions of the scanning information, that is, for example, of the images 530a-c, are to be explained in more detail with reference to FIG. Although the effects are shown individually, they can also occur in combination, which does not conflict with the exemplary embodiments described herein. FIG. 6 shows reference scanning information 610, which was recorded, for example, by a camera 510 that is attached to a swing arm in the neutral position, for example analogously to FIG. 5a.
Eine Vergrößerung 620 des Abstands der Erfassungseinheit zu der Oberfläche kann dabei zu einer Verkleinerung eines Bildausschnitts der Referenz-Abtastinformation 610 führen, d. h., der tatsächlich erfasste Objektbereich ist lediglich ein Teil des Gesamtbildes. Dies ist mit der Ergebnis-Abtastinformation 620a dargestellt. An increase 620 in the distance between the detection unit and the surface can lead to a reduction in the size of an image section of the reference scanning information 610, i. This means that the object area actually recorded is only part of the overall picture. This is illustrated with result sample information 620a.
Eine Verkleinerung 630 des Abstands der Erfassungseinheit zu der Oberfläche kann dabei zu einer Vergrößerung eines Bildausschnitts der Referenz-Abtastinformation 610 führen, d h., es werden bspw. nur Teile der Referenz-Abtastinformationen 610 erfasst. Dies ist mit der Ergebnis-Abtastinformation 630a dargestellt. A reduction 630 in the distance between the acquisition unit and the surface can lead to an enlargement of an image detail of the reference scanning information 610, ie only parts of the reference scanning information 610 are acquired, for example. This is illustrated with result sample information 630a.
Eine Verkippung 640 der Erfassungseinheit bezüglich einer ersten Achse kann dabei zu einer Verzerrung eines Bildausschnitts der Referenz-Abtastinformation 610 bezüglich der ersten Achse führen. Dies ist mit der Ergebnis-Abtastinformation 640a dargestellt. Eine Verkippung 650 der Erfassungseinheit kann ferner bezüglich einer zweiten Achse erfolgen, die möglicherweise senkrecht zur ersten Achse steht. So kann bspw. eine der Achsen durch den Angelpunkt 340 zumindest teilweise bestimmt sein, der basierend auf einer Drehachse in dem dreidimensionalen Körper der gezeigten zweidimensionalen Seitenschnittansichten als Achse verstanden werden kann. Das Ergebnis einer Verkippung um die zweite Achse ist beispielhaft mit der Ergebnis-Abtastinformation 650a dargestellt. A tilting 640 of the detection unit with respect to a first axis can lead to a distortion of an image detail of the reference scanning information 610 with respect to the first axis. This is illustrated with result sample information 640a. A tilting 650 of the detection unit can also take place with respect to a second axis, which is possibly perpendicular to the first axis. For example, one of the axes may be at least partially determined by pivot 340, which is based on an axis of rotation in the three-dimensional body of the two-dimensional side sectional views shown can be understood as an axis. The result of a tilting about the second axis is shown as an example with the result scanning information 650a.
Die veränderten Abtastinformationen 620a, 630a, 640a und/oder 650a können einzeln oder in Kombination mit hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen unter Berücksichtigung der Lageinformation korrigiert werden, wobei die hierin beschriebene Auswertung der Abtastinformation unter Anwendung der beispielhaften Rektifizierung eine Entzerrung und/oder Skalierung beinhalten kann. The changed scanning information 620a, 630a, 640a and/or 650a can be corrected individually or in combination with exemplary embodiments described herein, taking into account the position information, wherein the evaluation of the scanning information described here can include equalization and/or scaling using the exemplary rectification.
Die Verkippung bezüglich einer ersten und/oder zweiten Achse kann dabei bspw. aus dem zuvor beschriebenen Roll- und/oder Nickwinkel einer Kamera bezüglich einer Bodenoberfläche resultieren. Diese Art der Verkippungen und auch der Abstandsänderungen können beispielsweise beim Beschleunigen oder Bremsen und/oder bei Kurvenfahrten eines gefederten Fahrzeugs auftreten. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass beliebige Überlagerungen der Verzerrungen und/oder Vergrößerungen und/oder Verkleinerungen der Abtastinformation möglich sind, bspw. insbesondere im Hinblick auf Fahrzeuge mit einer Vielzahl gefederter Radsegmente. Darüber hinaus ist die Positionierung der Kamera 510 an der Radschwinge 310 hier nur als beispielhaft zu sehen, um erfindungsgemäße Konzepte zu erläutern. Bei einem Fahrzeug mit mehreren gefederten Radsegmenten kann sich die Kamera auch zentral in dem Fahrzeug befinden und muss nicht an einer der einzelnen Radschwingen 310 angebracht sein. Durch die Einfederung der einzelnen Radsegmente kann sich dann eine Überlagerung der erläuterten Verzerrungen in Form von Abstandsänderungen und/oder Verkippungen für die Kamera 510 bzw. für ein von der Kamera aufgenommenes Bild ergeben, z.B. aufgrund der Verbindung zwischen den einzelnen Radschwingen und dem Chassis des Fahrzeugs an dem wiederum die Kamera angebracht sein kann. The tilting with respect to a first and/or second axis can result, for example, from the above-described roll and/or pitch angle of a camera with respect to a ground surface. This type of tilting and also changes in distance can occur, for example, when accelerating or braking and/or when cornering a spring-loaded vehicle. It should also be pointed out that any overlaying of the distortions and/or enlargements and/or reductions in the scanning information is possible, for example particularly with regard to vehicles with a large number of spring-loaded wheel segments. In addition, the positioning of the camera 510 on the swing arm 310 is only to be seen here as an example in order to explain concepts according to the invention. In the case of a vehicle with several sprung wheel segments, the camera can also be located centrally in the vehicle and does not have to be attached to one of the individual swingarms 310 . The deflection of the individual wheel segments can then result in a superimposition of the distortions explained in the form of changes in distance and/or tilting for camera 510 or for an image recorded by the camera, e.g. due to the connection between the individual wheel swingarms and the chassis of the vehicle on which in turn the camera can be attached.
Fig. 6 macht deutlich, dass eine offenbarungsgemäße Auswertung der Abtastinformation unter Verwendung einer Lageinformation, bspw. eine Rektifizierung eines von einer Kamera 510 aufgenommenen Bildes durch die Winkelinformationen von Drehwinkelgebern, große Vorteile mit sich bringen kann, um bspw. unerwünschte Verzerrungen auszugleichen. Um gute Fahreigenschaften zu gewährleisten, kann der Einsatz von gefederten Fahrzeugen unabdingbar sein, womit sich jedoch das Problem verzerrter Abtastinformationen aufgrund der erweiterten Fahrdynamik verstärken kann. Durch Verzerrung der Abtastinformation kann aber eine Lokalisierung bspw. anhand Umgebungsmerkmalen schwer oder sogar unmöglich werden, da die Merkmale aufgrund der Verzerrung möglicherweise nicht detektiert werden können, weswegen erfindungsgemäße Konzepte mit Verwendung der Lageinformation, z.B. zur Bildkorrektur, große Vorteile bieten können. 6 makes it clear that an evaluation of the scanning information according to the disclosure using position information, for example a rectification of an image recorded by a camera 510 using the angle information from rotary encoders, can bring great advantages, for example to compensate for undesired distortions. In order to ensure good driving characteristics, the use of sprung vehicles can be indispensable, which, however, can increase the problem of distorted scanning information due to the extended driving dynamics. However, due to distortion of the scanning information, localization using environmental features, for example, can become difficult or even impossible, since the features may not be detected due to the distortion can be, which is why concepts according to the invention using the position information, eg for image correction, can offer great advantages.
Fig. 7 zeigt eine schematische Seitenansicht eines gefederten Radsegments mit einer gegengefederten Radschwinge gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Radschwinge 310 besitzt einen Angelpunkt 340 und ist über eine Gegenfederung 720 gegenüber einer Last 710 mit Gewichtskraft G gegengefedert. Bei Ausführungsbeispielen kann entsprechend Figuren 3a-c ein Drehwinkelgeber bezüglich des Angelpunkts 340 auf der Seite der Gegenfederung 720, also im Bild rechts angeordnet sein. Bei einer Belastung der Schwinge 310 mit einer Last 710 kann sich der Federzustand der Gegenfederung 720 verändern, was zu einer Neigung der Schwinge 310 führen kann. Eine solche Neigung kann von einem Drehwinkelgeber detektiert werden. FIG. 7 shows a schematic side view of a sprung wheel segment with a counter-sprung swing arm according to an exemplary embodiment of the present invention. The swing arm 310 has a fulcrum 340 and is counter-sprung against a load 710 with weight G via a counter-spring system 720 . In exemplary embodiments, according to FIGS. 3a-c, a rotary encoder can be arranged on the side of counter-springing 720 with respect to pivot point 340, that is to say on the right in the figure. When the rocker 310 is loaded with a load 710, the spring state of the counter-springing system 720 can change, which can lead to the rocker 310 tilting. Such an inclination can be detected by a rotary encoder.
Die Last kann in einem solchen Fall bspw. das Chassis eines Fahrzeugs bilden, welches bspw. die Erfassungseinheit aufweist, dass bspw. beladen oder entladen wird. Selbst im Fall, dass ein Fahrzeug so symmetrisch beladen wird, dass alle gefederten Radsegmente des Fahrzeugs in gleicher Weise ein- oder ausfedern, kann erfindungsgemäß durch Drehwinkelgeber an den Radschwingen eine Neigungsinformation erfasst werden, aufgrund der Neigung der Radschwinge 310, aufgrund der Last 710 und der Gegenfederung 720. Durch bspw. kombinatorische Auswertung der Neigungsinformationen der Drehwinkelgeber, also bspw. des Winkels der Radschwingen 310 bezüglich der Angelpunkte 340, kann auf eine Neigung der Erfassungseinheit zurückgerechnet werden. In such a case, the load can, for example, form the chassis of a vehicle which, for example, has the detection unit that is loaded or unloaded, for example. Even if a vehicle is loaded symmetrically so that all sprung wheel segments of the vehicle compress or rebound in the same way, according to the invention, angle of rotation sensors on the wheel swing arms can detect inclination information based on the inclination of wheel swing arm 310, due to load 710 and of counter-springing 720. By, for example, combinatorial evaluation of the inclination information from the rotary encoders, ie, for example, the angle of swingarms 310 with respect to hinge points 340, an inclination of the detection unit can be calculated back.
Weisen nämlich bspw. alle Drehwinkelgeber von verschiedenen Radsegmenten den gleichen Neigungswinkel der Radschwingen 310 auf, so kann auf eine parallele Ausrichtung der Erfassungseinheit bezüglich der Bodenoberfläche geschlossen werden. Gleichzeitig kann auf einen Federweg der einzelnen Radsegmente durch die Neigung der einzelnen Drehwinkelgeber und bspw. bekannte Geometrieparameter der Radsegmente, zurückgerechnet werden, sodass einen Abstandsänderung der Erfassungseinheit bzgl. der Bodenoberfläche (z.B. gemäß Fig. 6 Bild 620a / 630a) geschlossen werden kann. Damit kann wiederum einen Manipulation, bspw. Skalierung, der Abtastinformation durchgeführt werden. If, for example, all rotary encoders of different wheel segments have the same angle of inclination of the rocker arms 310, it can be concluded that the detection unit is aligned parallel to the ground surface. At the same time, a spring deflection of the individual wheel segments can be calculated back from the inclination of the individual rotary encoders and, for example, known geometry parameters of the wheel segments, so that a change in the distance of the detection unit with respect to the ground surface (e.g. according to Fig. 6 image 620a / 630a) can be concluded. This in turn can be used to manipulate, for example scaling, the scanning information.
Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass auch beliebige Kombinationen von Abstandsänderungen und Verkippungen bzw. Verzerrungen so detektiert bzw. ausgeglichen werden können. Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, dass Fig. 7 nur ein Beispiel für erfindungsgemäße Ausbildungen von Radsegmenten darstellt und Last 710 und Gegenfederung 720 auch vertauscht sein können, analog zu einer Positionierung der Drehwinkelgeber auf der einen oder der anderen Seite des Angelpunkts 340 auf der Schwinge 310. It should be pointed out again that any combination of distance changes and tilting or distortions can also be detected or compensated for in this way be able. In addition, it should be noted that Fig. 7 represents only one example of wheel segment designs according to the invention and that load 710 and counter-springing 720 can also be interchanged, analogous to positioning the rotary encoder on one side or the other of pivot point 340 on rocker 310 .
Schlussfolgerungen und weitere Anmerkungen Conclusions and further remarks
Ganz allgemein schaffen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eine Möglichkeit perspektivische Verzerrungen auszugleichen. Dadurch können Abtastinformationen der Erfassungseinheit, also beispielsweise Messdaten eines optischen Sensors, für Verfahren wie Lokalisierungsverfahren verwendet werden, welche nicht robust sind gegenüber dieser Art von Verzerrung, im Gegensatz zu beispielsweise QR-Codes. Dies kann zwar insbesondere Bildsensoren interessant oder vorteilhaft sein, allerdings sind erfindungsgemäße Vorrichtung und Verfahren nicht auf die Verwendung von Bildsensoren beschränkt. Erfindungsgemäße Konzepte können beispielsweise insbesondere die Nutzung optischer Sensoren zur Lokalisierung vereinfachen, z.B. in Anwendungsfällen, bei denen eine starke Einfederung zu erwarten ist. Alternativ oder zusätzlich können erfindungsgemäße Konzepte die Genauigkeit beziehungsweise die zu erwartende Genauigkeit, beispielsweise der Lokalisierung der Erfassungseinheit oder des Fahrzeugs, erhöhen. In very general terms, embodiments of the present invention provide a way of compensating for perspective distortions. As a result, scanning information from the detection unit, for example measurement data from an optical sensor, can be used for methods such as localization methods, which are not robust to this type of distortion, in contrast to QR codes, for example. Although this can be of particular interest or advantage for image sensors, the device and method according to the invention are not limited to the use of image sensors. Concepts according to the invention can, for example, simplify the use of optical sensors for localization, e.g. in applications in which strong deflection is to be expected. Alternatively or additionally, concepts according to the invention can increase the accuracy or the accuracy to be expected, for example of the localization of the detection unit or the vehicle.
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung beruhen auf der Bestimmung einer Lage eines Fahrzeuges im Raum anhand der Einfederung, beispielsweise unter Verwendung von Drehwinkelgebern an den Radschwingen von Radsegmenten, bspw. Radaufhängungen. Embodiments according to the present invention are based on the determination of a position of a vehicle in space based on the spring deflection, for example using rotary encoders on the swingarms of wheel segments, for example wheel suspensions.
Technische Anwendungsgebiete von Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung können die Lokalisierung von automatischen oder autonomen Fahrzeugen oder Robotern über optische Sensoren bilden. Technical application areas of embodiments according to the present invention can form the localization of automatic or autonomous vehicles or robots via optical sensors.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Verarbeitungseinheit durch beliebige geeignete Schaltungsstrukturen implementiert werden, beispielsweise Mikroprozessorschaltungen, ASIC-Schaltungen, CMOS-Schaltungen und dergleichen. Bei Beispielen kann die Verarbeitungseinheit als eine Kombination von Hardware-Strukturen und maschinenlesbaren Befehlen implementiert sein. Beispielsweise kann die Verarbeitungseinheit einen Prozessor und eine Speichereinrichtung aufweisen, die maschinenies- bare Befehle speichern, die die beschriebenen Funktionalitäten liefern und zur Durchführung von hierin beschriebenen Verfahren führen, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden. Bei Beispielen kann die Speichereinrichtung durch beliebige geeignete Speichervorrichtungen implementiert sein, beispielsweise ROM, PROM, EPROM, EEPROM, Flash- Speicher, FRAM (ferroelektrischer RAM), MRAM (magnetoresitiver RAM), oder Phasenwechsel-RAM. In embodiments according to the present invention, the processing unit can be implemented by any suitable circuit structures, for example microprocessor circuits, ASIC circuits, CMOS circuits and the like. In examples, the processing unit may be implemented as a combination of hardware structures and machine-readable instructions. For example, the processing unit can have a processor and a memory device that store bare instructions that, when executed by the processor, provide the described functionalities and result in the performance of methods described herein. In examples, the memory means may be implemented by any suitable memory device, such as ROM, PROM, EPROM, EEPROM, flash memory, FRAM (ferroelectric RAM), MRAM (magnetoresistive RAM), or phase change RAM.
Alle hierin aufgeführten Aufzählungen der Materialien, Umwelteinflüsse, elektrischen Eigenschaften und optischen Eigenschaften sind hierbei als beispielhaft und nicht als abschließend anzusehen. All lists of the materials, environmental influences, electrical properties and optical properties listed here are to be regarded as examples and not as conclusive.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden. Although some aspects have been described in the context of a device, it is understood that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also constitute a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device. Some or all of the method steps may be performed by hardware apparatus (or using a hardware Apparatus), such as a microprocessor, a programmable computer, or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the essential process steps can be performed by such an apparatus.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM odereines FLASH-Speichers, einer Festplatte odereines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart Zusammenwirken können oder Zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Depending on particular implementation requirements, embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software. Implementation can be performed using a digital storage medium such as a floppy disk, DVD, Blu-ray Disc, CD, ROM, PROM, EPROM, EEPROM or FLASH memory, hard disk or other magnetic or optical Memory are carried out on which electronically readable control signals are stored, which can interact with a programmable computer system in such a way or interaction that the respective method is carried out. Therefore, the digital storage medium can be computer-readable. Thus, some embodiments according to the invention comprise a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system in such a way that one of the methods described herein is carried out.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. In general, embodiments of the present invention can be implemented as a computer program product with a program code, wherein the program code is effective to perform one of the methods when the computer program product runs on a computer.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein. The program code can also be stored on a machine-readable carrier, for example.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist. Other exemplary embodiments include the computer program for performing one of the methods described herein, the computer program being stored on a machine-readable carrier.
Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft. In other words, an exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a computer program that has a program code for performing one of the methods described herein when the computer program runs on a computer.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren auf-gezeichnet ist. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise gegenständlich und/oder nichtvergänglich bzw. nicht-vorübergehend. A further exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program for carrying out one of the methods described herein is recorded. The data carrier, digital storage medium, or computer-readable medium is typically tangible and/or non-transitory.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden. Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. A further exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a data stream or a sequence of signals which represents the computer program for carrying out one of the methods described herein. For example, the data stream or sequence of signals may be configured to be transferred over a data communication link, such as the Internet. Another embodiment includes a processing device, such as a computer or programmable logic device, configured or adapted to perform any of the methods described herein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist. Another embodiment includes a computer on which the computer program for performing one of the methods described herein is installed.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen. A further exemplary embodiment according to the invention comprises a device or a system which is designed to transmit a computer program for carrying out at least one of the methods described herein to a recipient. The transmission can take place electronically or optically, for example. For example, the recipient may be a computer, mobile device, storage device, or similar device. The device or the system can, for example, comprise a file server for transmission of the computer program to the recipient.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor Zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen H a rdwa revorrichtu ng durchgeführt. Diese kann eine universell ersetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC. In some embodiments, a programmable logic device (e.g., a field programmable gate array, an FPGA) may be used to perform some or all of the functionality of the methods described herein. In some embodiments, a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform any of the methods described herein. In general, in some embodiments, the methods are performed by any hardware device. This can be universally replaceable hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the process such as an ASIC.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden. The devices described herein may be implemented, for example, using hardware apparatus, or using a computer, or using a combination of hardware apparatus and a computer.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Vorrichtungen können zumindest teilweise in Hardware und/oder in Software (Computerprogramm) implementiert sein. The devices described herein, or any components of the devices described herein, may be implemented at least partially in hardware and/or in software (computer program).
Die hierin beschriebenen Verfahren können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden. Die hierin beschriebenen Verfahren, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Verfahren können zumindest teilweise durch Hardware und/oder durch Software ausgeführt werden. The methods described herein may be implemented, for example, using hardware apparatus, or using a computer, or using a combination of hardware apparatus and a computer. The methods described herein, or any components of the methods described herein, may be performed at least in part by hardware and/or by software.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutz- umfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei. The embodiments described above are merely illustrative of the principles of the present invention. It is understood that modifications and variations to the arrangements and details described herein will occur to those skilled in the art. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the scope of the following claims and not by the specific details presented in the description and explanation of the exemplary embodiments herein.

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Vorrichtung (100, 200) mit: einer Verarbeitungseinheit (110), die ausgebildet ist, um eine Abtastinformation (120a) einer zweidimensionalen Abtastung (120b) einer Oberfläche (130) zu erhalten; und eine Lageinformation (120c) zu erhalten, die eine Neigung einer, die zweidimensionale Abtastung (120b) bereitstellenden, Erfassungseinheit (120, 510) bezüglich der Oberfläche (130) anzeigt; und die Abtastinformation (120a) unter Verwendung der Lageinformation (120c) bezüglich einer Lokalisierung der Erfassungseinheit (120, 510) relativ zu der Oberfläche (130) auszuwerten. 1. Device (100, 200) with: a processing unit (110) which is designed to obtain scanning information (120 a ) of a two-dimensional scan (120 b ) of a surface (130); and obtaining position information (120 c ) indicating an inclination of a detection unit (120, 510) providing the two-dimensional scan (120 b ) with respect to the surface (130); and evaluating the scanning information (120 a ) using the position information (120 c ) with regard to a localization of the detection unit (120, 510) relative to the surface (130).
2. Vorrichtung (100, 200) gemäß Anspruch 1, wobei die Verarbeitungseinheit (110) ausgebildet ist, um die Abtastinformation (120a) unter Verwendung der Lageinformation (120c) zu manipulieren, um eine manipulierte Abtastinformation zu erhalten; und eine Auswertung der manipulierten Abtastinformation bezüglich der Lokalisierung der Erfassungseinheit (120, 510) relativ zu der Oberfläche (130) aus zuführen. 2. Device (100, 200) according to claim 1, wherein the processing unit (110) is designed to manipulate the scanning information (120 a ) using the position information (120 c ) in order to obtain manipulated scanning information; and carry out an evaluation of the manipulated scanning information with regard to the localization of the detection unit (120, 510) relative to the surface (130).
3. Vorrichtung (100, 200) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinheit (110) ausgebildet ist, um basierend auf der Lageinformation (120c) eine Rektifizierung der Abtastinformation (120a) auszuführen. 3. Device (100, 200) according to one of the preceding claims, wherein the processing unit (110) is designed to carry out a rectification of the scanning information (120 a ) based on the position information (120c).
4. Vorrichtung (100, 200) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Erfassungseinheit (120, 510) eine Kamera (510) und/oder ein Laser-Distanz-Sensorarray aufweist. 4. Device (100, 200) according to one of the preceding claims, wherein the detection unit (120, 510) has a camera (510) and/or a laser distance sensor array.
5. Vorrichtung (100, 200) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinheit (110) ausgebildet ist, um eine perspektivische Verzerrung der Abtastinformation (120a) unter Verwendung der Lageinformation (120c) zumindest teilweise auszugleichen. 5. Device (100, 200) according to one of the preceding claims, wherein the processing unit (110) is designed to at least partially compensate for a perspective distortion of the scanning information (120 a ) using the position information (120 c ).
6. Vorrichtung (100, 200) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (100, 200) eine Lageerfassungseinheit (210) aufweist, die ausgebildet ist, um die Lageinformation (120c) zu erfassen und wobei die Vorrichtung (100, 200) die Erfassungseinheit (120, 510) aufweist. 6. Device (100, 200) according to one of the preceding claims, wherein the device (100, 200) has a position detection unit (210) which is designed to detect the position information (120 c ) and wherein the device (100, 200 ) has the detection unit (120, 510).
7. Vorrichtung (100, 200) gemäß Anspruch 6, wobei die Vorrichtung (100, 200) ein Fahrzeug mit zumindest zwei gefederten Radsegmenten (220) ist und wobei die Erfassungseinheit (120, 510) eine vorbestimmte relative Lage bezüglich der zumindest zwei gefederten Radsegmente (220) aufweist. 7. Device (100, 200) according to claim 6, wherein the device (100, 200) is a vehicle with at least two sprung wheel segments (220) and wherein the detection unit (120, 510) has a predetermined relative position with respect to the at least two sprung wheel segments (220).
8. Vorrichtung (100, 200) gemäß Anspruch 7, wobei die Lageerfassungseinheit (210) zumindest zwei Sensorelemente (2102) aufweist, wobei die zumindest zwei Sensorelemente (2102) jeweils an einem der zumindest zwei gefederten Radsegmente (220) angeordnet sind; und wobei die Verarbeitungseinheit (110) ausgebildet ist, um von jedem der zumindest zwei Sensorelemente (2102) Messwerte zu empfangen, die mit einem Federweg der Radsegmente (220) korreliert sind, und um die Lageinformation (120c) basierend auf einer Kombination der Messwerte zu berechnen. 8. The device (100, 200) according to claim 7, wherein the position detection unit (210) has at least two sensor elements (210 2 ), wherein the at least two sensor elements (2102) are each arranged on one of the at least two sprung wheel segments (220); and wherein the processing unit (110) is designed to receive measured values from each of the at least two sensor elements (210 2 ), which are correlated with a spring deflection of the wheel segments (220), and to calculate the position information (120 c ) based on a combination of the calculate measurements.
9. Vorrichtung (100, 200) gemäß Anspruch 8, wobei die zumindest zwei Sensorelemente (2102) so an den Radsegmenten (220) angeordnet sind, dass bei einer Einoder Ausfederung der Radsegmente (220) eine große Lageänderung der Sensorelemente (2102) erfolgt. 9. The device (100, 200) according to claim 8, wherein the at least two sensor elements (210 2 ) are arranged on the wheel segments (220) such that when the wheel segments (220) compress or rebound, there is a large change in the position of the sensor elements (210 2 ). he follows.
10. Vorrichtung (100, 200) gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Verarbeitungseinheit (110) ausgebildet ist, um von jedem der zumindest zwei Sensorelemente (2102) Messwerte zu empfangen; und basierend auf den Messwerten eine Information über den Federweg der zumindest zwei Radsegmente (220) zu bestimmen, wobei die Information über den Federweg eine Information übereinen, durch die Federung der Radsegmente (220) veränderlichen, Abstand des jeweiligen Radsegments zur Oberfläche (130) umfasst, und damit eine Information über die Neigung der Erfassungseinheit (120, 510) bezüglich der Oberfläche (130). 10. Device (100, 200) according to one of claims 8 or 9, wherein the processing unit (110) is designed to receive measured values from each of the at least two sensor elements (210 2 ); and to determine information about the spring deflection of the at least two wheel segments (220) based on the measured values, the information about the spring deflection including information about a distance of the respective wheel segment from the surface (130) that can be changed by the suspension of the wheel segments (220), and thus information about the inclination of the detection unit (120, 510) with respect to the surface (130).
11. Vorrichtung (100, 200) gemäß Anspruch 10, wobei die zumindest zwei Sensorelemente (2102) Abstandssensoren und/oder Drehwinkelgeber aufweisen. 11. Device (100, 200) according to claim 10, wherein the at least two sensor elements (2102) have distance sensors and/or rotary encoders.
12. Vorrichtung (100, 200) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (100, 200) ein Fahrzeug (200) für ein Sortiersystem ist. 12. Device (100, 200) according to any one of the preceding claims, wherein the device (100, 200) is a vehicle (200) for a sorting system.
13. Vorrichtung (100, 200) gemäß Anspruch 12, wobei das Fahrzeug (200) ausgebildet ist, um sich autonom fortzubewegen. 13. Device (100, 200) according to claim 12, wherein the vehicle (200) is designed to move autonomously.
14. Verfahren (400) mit den folgenden Merkmalen: 14. Method (400) having the following characteristics:
Erhalten (410) einer Abtastinformation (120a) einer zweidimensionalen Abtastung (120b) einer Oberfläche (130); und obtaining (410) scan information (120 a ) of a two-dimensional scan (120 b ) of a surface (130); and
Erhalten (420) einer Lageinformation (120c), die eine Neigung einer, die zweidimensionale Abtastung (120b) bereitstellenden, Erfassungseinheit (120, 510) bezüglich der Oberfläche (130) anzeigt; und Obtaining (420) position information (120 c ) indicating an inclination of a detection unit (120, 510) providing the two-dimensional scanning (120 b ) with respect to the surface (130); and
Auswerten (430) der Abtastinformation (120a) unter Verwendung der Lageinformation (120c) bezüglich einer Lokalisierung der Erfassungseinheit (120, 510) relativ zu der Oberfläche (130). Evaluation (430) of the scanning information (120 a ) using the position information (120 c ) with regard to a localization of the detection unit (120, 510) relative to the surface (130).
15. Verfahren (400) gemäß Anspruch 14, wobei das Verfahren ferner umfasst: The method (400) of claim 14, the method further comprising:
Manipulieren der Abtastinformation (120a) unter Verwendung der Lageinformation (120c), um eine manipulierte Abtastinformation zu erhalten; und manipulating the scan information (120 a ) using the location information (120c) to obtain manipulated scan information; and
Auswerten der manipulierten Abtastinformation bezüglich der Lokalisierung der Erfassungseinheit (120, 510) relativ zur Oberfläche (130). Evaluating the manipulated scanning information with regard to the localization of the detection unit (120, 510) relative to the surface (130).
16. Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens (400) nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wenn das Programm auf einem Computer abläuft. 16. Computer program with a program code for carrying out the method (400) according to one of claims 14 or 15, when the program runs on a computer.
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