EP4302269A1 - Verfahren und system zum kalibrieren mindestens eines in einem fahrzeug angeordneten fahrzeugsensors - Google Patents

Verfahren und system zum kalibrieren mindestens eines in einem fahrzeug angeordneten fahrzeugsensors

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Publication number
EP4302269A1
EP4302269A1 EP22711171.3A EP22711171A EP4302269A1 EP 4302269 A1 EP4302269 A1 EP 4302269A1 EP 22711171 A EP22711171 A EP 22711171A EP 4302269 A1 EP4302269 A1 EP 4302269A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vehicle
calibration
vehicle sensor
coordinate system
calibration object
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
EP22711171.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Reydan Salem
Robert Bednarik
Bence ERDEI
Reiner Leikert
Diego Mainardi
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4302269A1 publication Critical patent/EP4302269A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/80—Analysis of captured images to determine intrinsic or extrinsic camera parameters, i.e. camera calibration

Definitions

  • the present invention relates to a method and a system for calibrating at least one vehicle sensor arranged in a vehicle
  • Modern motor vehicles often have a number of sensors that support the driver in recognizing the surroundings. For example, the use of cameras, a radar system, a LIDAR system, distance sensors or the like that are assigned to a driver assistance system is known. It is common for sensors with a more or less directional detection area to be calibrated in order to ensure correct functioning. The calibration can take place during final assembly or shortly before delivery of the vehicle, as well as during repair or maintenance of the vehicle.
  • a method for calibrating at least one vehicle sensor arranged in a vehicle comprising the steps of providing the vehicle in a calibration space, detecting a vehicle position in a spatially fixed coordinate system by means of an optical detection system arranged in the calibration space, determining a position of the relevant vehicle sensor in the spatially fixed coordinate system, arranging a calibration object in a detection field of the relevant vehicle sensor in the calibration space, detecting a calibration object position in the spatially fixed coordinate system by means of the optical detection system, transforming the calibration object position into an estimated vehicle sensor-fixed coordinate system to obtain a first relative position, detecting the position of the calibration object by the vehicle sensor in the vehicle sensor-fixed coordinate system as a second relation ivposition, calculating intrinsic and/or extrinsic calibration parameters from a comparison between the first relative position and the second relative position, and storing the calibration parameters in the relevant vehicle sensor and/or an electronic unit coupled to the relevant vehicle sensor.
  • the calibration space is to be regarded as a spatially limited area whose dimensioning is sufficient to place reference objects at predetermined positions relative to the vehicle sensors for calibrating vehicle sensors of a vehicle located in the calibration space.
  • a spatially fixed coordinate system is provided for the calibration space, which has a fixed orientation.
  • a vehicle-fixed coordinate system is a Cartesian, right-handed coordinate system, which has its origin, for example, in a center point of the rear axle of the vehicle.
  • the alignment of the vehicle can be determined by the position of the origin of the vehicle-fixed coordinate system in the spatially fixed coordinate system and three orientation angles, i.e. the Euler angles. These are known as yaw, pitch and roll angles.
  • the vehicle sensor-fixed coordinate system is rigidly coupled to the vehicle-fixed coordinate system, whereby the actual position of the origin of the vehicle-fixed coordinate system and the orientation in relation to the vehicle-fixed coordinate system can vary from vehicle sensor to vehicle sensor due to manufacturing and installation-related deviations.
  • the vehicle sensor-fixed coordinate system is mainly determined by the detection direction and a position of an effective sensor area.
  • the vehicle sensor can in particular be a camera which is arranged on the vehicle and has a detection area pointing away from the vehicle. This could be a front camera behind a windscreen, a rear view camera or a camera in another installation position and can also be part of a 360° camera system.
  • the optical detection units can be arranged at different points within the calibration space and have known positions in the spatially fixed coordinate system. They are coupled to a processor unit which is able to determine the position of the vehicle using data from the optical detection of the vehicle.
  • the position of the relevant vehicle sensor can be determined, for example, by retrieving an installation position from a storage unit, in order to then transform it into the spatially fixed coordinate system.
  • the installation positions originate, for example, from a CAD system that includes data representing the structure of the vehicle. Since the relation between the vehicle-fixed coordinate system and the space-fixed coordinate system is known due to the detection of the vehicle position, installation positions on the vehicle in space can be determined very easily. An estimate of the vehicle sensor-fixed coordinate system can be achieved with this.
  • the optical detection system in the calibration space can also detect the position and alignment of the calibration object in addition to the position and alignment of the vehicle.
  • the relative position between the vehicle sensor and the calibration object can be determined by transforming this detected position into the vehicle-fixed coordinate system. This is called the first relative position.
  • the calibration object is a device that is arranged at a distance from the vehicle sensor in its detection range and can therefore be detected by the vehicle sensor.
  • the calibration object is preferably optically clearly recognizable.
  • the calibration object could be designed as a flag, sign or plate and provided with a marking.
  • the marking could be in the form of a pattern that makes at least one specific point on the calibration object recognizable.
  • the calibration object is particularly preferably designed such that there is a pattern on it which makes a spatial orientation of the calibration object recognizable.
  • This can include a lattice structure or a chessboard structure, for example, which is arranged on a flat base body.
  • a perspective distortion can be seen from which an alignment can be determined.
  • the distance can be determined from the size of the grid or fields on the calibration object. This results overall in the second relative position. When the vehicle sensor is ideally aligned, the first and second relative positions match. In most cases, however, this cannot be assumed after a new installation or replacement.
  • Intrinsic and/or extrinsic calibration parameters can be calculated from the existing difference between the two relative positions.
  • the intrinsic calibration parameters represent a projective transformation of the three-dimensional coordinates of the vehicle sensor into the two-dimensional image coordinates.
  • the extrinsic calibration parameters can also be stored as current, six-dimensional coordinates of the vehicle sensor in the vehicle-fixed coordinate system.
  • the extrinsic parameters represent a rigid transformation from the three-dimensional, space-fixed coordinate system into the vehicle sensor-fixed coordinate system of the vehicle sensor.
  • the method according to the invention can consequently carry out a repeatable and precise calibration of vehicle sensors which are arranged anywhere on the vehicle in question.
  • the method can also include an automatic movement of the calibration object into a predefined relative position to the relevant vehicle sensor.
  • the predefined relative position can in particular be a predefined relative position in relation to the estimated vehicle sensor-fixed coordinate system. Since the calibration object should be placed in the detection area, roughly arranging the calibration object can already be sufficient for the calibration.
  • the detection of the vehicle position includes the arrangement of marking elements at predetermined positions of the vehicle, the marking elements being identifiable by the optical detection system.
  • the marking elements can be devices that can be positioned on the vehicle in question and are optically clearly recognizable. They could also be embodied as flags, signs or plates bearing a mark. This could be designed as a pattern that makes at least one specific point on the marking element recognizable.
  • the marking could have a planar structure so that the spatial orientation of the marking elements can be identified, for example by detecting a perspective distortion.
  • Capturing the vehicle position could include capturing contours of the vehicle, which are identified based on geometric data of the vehicle. This could include distinctive contours such as those of wheels, wheel arches, or other components.
  • the detection of the position of the calibration object by the vehicle sensor in the coordinate system fixed to the vehicle sensor also includes the emission of a punctiform light signal from the calibration object, the detection of the punctiform light signal and the determination of a distance and/or direction of the calibration object.
  • the punctiform light signal could, for example, be arranged in the center of the calibration object and allow a specific point of the calibration object to be clearly identified. With this, the detection of the position of the calibration object can be supported.
  • the method preferably also includes automatically moving the calibration object to a predefined relative position for at least one subsequent vehicle sensor and carrying out a calibration of the at least one subsequent vehicle sensor.
  • the method can consequently calibrate different vehicle sensors one after the other fully automatically.
  • the invention relates to a system for calibrating at least one vehicle sensor arranged in a vehicle, having a calibration space, a calibration object, and a spatially fixed optical detection system arranged in the calibration space, having at least one optical detection unit and a processor unit that can be coupled thereto, the processor unit being designed for this purpose is to determine a vehicle position of a vehicle in a spatially fixed coordinate system using the optical detection system arranged in the calibration space, to determine a position of the relevant vehicle sensor in the spatially fixed coordinate system, to determine a calibration object position of the calibration object arranged in a detection field of the relevant vehicle sensor in the spatially fixed coordinate system using the optical detection system to obtain the calibration object position in an estimated vehicle sensor-fixed coordinate system n to transform a first relative position, to calculate intrinsic and/or extrinsic calibration parameters from a comparison between the first relative position and a second relative position, the second relative position being determined by the vehicle sensor in the coordinate system fixed to the vehicle sensor, and the calibration parameters in the relevant vehicle sensor and/or or to store an
  • system further comprises a moving device for holding and moving the calibration object at a predetermined position in the calibration space.
  • the calibration object could also have a punctiform light source for emitting a punctiform light signal for determining a distance and/or direction of the calibration object from the relevant vehicle sensor.
  • the processor unit could be designed to identify marking elements at predetermined positions of the vehicle or contours of the vehicle in order to detect the vehicle position.
  • the movement device could comprise at least one rail on which the calibration object is movably held.
  • the rail can be moved in the calibration space.
  • a holder that holds the calibration object can be movably held on the rail.
  • the holder can also be an actuator that moves the calibration object perpendicular to the rail holding it.
  • the actuator or the holder could be held in a displaceable manner along the rail. Consequently, the calibration object can be movable in preferably three spatial directions.
  • FIG. 1 shows a three-dimensional view of a system according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a system 2 for calibrating at least one vehicle sensor 6 arranged in a vehicle 4.
  • the vehicle sensor 6 can be a camera which is arranged behind a windshield and is directed forward.
  • a calibration room 8 is provided, in which the vehicle 4 is located for calibration.
  • a spatially fixed coordinate system (x w , y , z w ) is formed in the calibration space 8 .
  • the vehicle 4 has a coordinate system fixed to the vehicle (x v , y , z v ), the position of which depends on the position of the vehicle 4 in the calibration space 8 .
  • the origin could be in a rear axle of the vehicle 4, for example.
  • the vehicle sensor 6 has a coordinate system fixed to the vehicle sensor (x s , y s , z s ), the position and alignment of which is determined by the installation position on the vehicle 4 and the alignment of the vehicle sensor 6 .
  • a spatially fixed, optical detection system with a plurality of detection units 10 spaced apart from one another and arranged, for example, at different corners of the calibration space 8 is provided. These are connected to a processor unit 12 .
  • a movement device 14 which has a rail 16 on which an actuator 18 arranged vertically, ie extending along the z w -axis, is mounted.
  • the rail 16 can be moved along the calibration space 8 in the longitudinal direction xw .
  • the actuator 18 is movably mounted on the rail 16 along the transverse direction y w . It carries a calibration object 20 which can be moved vertically (z w axis) by moving a linear drive 22 .
  • the calibration object 20 can consequently be moved to any predetermined position in the calibration space 8 by the movement device 14 .
  • the calibration object 20 is designed as a plate-shaped structure that has a checkerboard pattern, for example. When capturing a two-dimensional image of the calibration object, a distance and orientation can be determined based on the size of the individual fields of the checkerboard pattern and the distortion.
  • the calibration object 20 has a point light source 21 by way of example. This can emit a punctiform light signal, which is clearly identifiable. From this, the distance and/or direction of the calibration object 20 can be recognized or the detection of the position of the calibration object 20 by the vehicle sensor 6 can be supported.
  • the processor unit 12 is designed, for example, to determine a vehicle position of the vehicle 4 in the spatially fixed coordinate system by means of the optical detection system arranged in the calibration space 8 . A position of the relevant vehicle sensor 6 in the spatially fixed coordinate system can also be determined from this.
  • the processor unit 12 can further detect the calibration object position of the calibration object 20 arranged in a detection field of the vehicle sensor 6 in the spatially fixed coordinate system by means of the optical detection system. Based on the knowledge of the geometry of the vehicle 4 and its detected Furthermore, the vehicle sensor-fixed coordinate system can be estimated and the processor unit 12 can transform the calibration object position into the estimated vehicle sensor-fixed coordinate system to obtain a first relative position.
  • the vehicle sensor 6 can also detect the calibration object 20 and use it to determine a relative position, which is referred to here as the second relative position. From this it is possible to calculate intrinsic and/or extrinsic calibration parameters from a comparison between the first relative position and the second relative position. The calibration parameters are then stored in the vehicle sensor 6 in question and/or in an electronics unit coupled to the vehicle sensor 6 in question, for example in vehicle electronics.
  • the system 2 may also calibrate a number of vehicle sensors located at different vehicle 4 installation locations. For this purpose, the calibration object 20 is moved to different positions in order to then carry out the calibration.
  • Fig. 2 shows a method 24 for calibrating at least one vehicle sensor 6 arranged in a vehicle 4. This has the steps of providing 26 the vehicle 4 in the calibration space 8, detecting 28 a vehicle position in the spatially fixed coordinate system by means of the in the calibration space 8 arranged optical detection system, determining 30 a position of the relevant vehicle sensor 6 in the spatially fixed coordinate system, arranging 32 a calibration object 20 in a detection field of the relevant vehicle sensor 6 in the calibration space 8, detecting 34 a calibration object position in the spatially fixed coordinate system by means of the optical detection system, transforming 36 the calibration object position into an estimated vehicle sensor-fixed coordinate system to obtain a first relative position, detecting 38 the position of the calibration object by the vehicle sensor 6 in the vehicle sensor-fixed Coordinate system as a second relative position, calculating 40 intrinsic and/or extrinsic calibration parameters from a comparison between the first relative position and the second relative position, and storing 42 the calibration parameters in the relevant vehicle sensor 6 and/or an electronics unit coupled to the relevant vehicle sensor 6 .
  • Arranging 32 the calibration object 20 can include an automatic movement 44 of the calibration object 20 into a predetermined position relative to the vehicle sensor 6 in question.
  • the detection 28 of the vehicle position can include the arrangement 46 of marking elements at predetermined positions of the vehicle 4, the marking elements being identifiable by the optical detection system. This can furthermore include the detection 48 of contours of the vehicle 4 which are identified on the basis of geometric data of the vehicle 4 .
  • the detection 38 of the position of the calibration object 20 by the vehicle sensor 6 in the vehicle sensor-fixed coordinate system can also emit 50 a punctiform light signal from the calibration object 20, detecting 52 the punctiform light signal and determining 54 a
  • Distance and / or direction of the calibration object 20 include.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Kalibrieren mindestens eines in einem Fahrzeug angeordneten Fahrzeugsensors vorgeschlagen, aufweisend die Schritte des Bereitstellens des Fahrzeugs in einem Kalibrierungsraum, des Erfassens einer Fahrzeugposition in einem raumfesten Koordinatensystem mittels eines in dem Kalibrierungsraum angeordneten optischen Erfassungssystems, des Ermittelns einer Position des betreffenden Fahrzeugsensors in dem raumfesten Koordinatensystem, des Anordnens eines Kalibrierungsobjekts in einem Erfassungsfeld des betreffenden Fahrzeugsensors in dem Kalibrierungsraum, des Erfassens einer Kalibrierungsobjektposition in dem raumfesten Koordinatensystem mittels des optischen Erfassungssystems, des Transformierens der Kalibrierungsobjektposition in ein geschätztes fahrzeugsensorfestes Koordinatensystem zum Erhalten einer ersten Relativposition, des Erfassens der Position des Kalibrierungsobjekts durch den Fahrzeugsensor in dem fahrzeugsensorfesten Koordinatensystem als zweite Relativposition, des Berechnens intrinsischer und/oder extrinsischer Kalibrierungsparameter aus einem Vergleich zwischen der ersten Relativposition und der zweiten Relativposition, und des Speicherns der Kalibrierungsparameter in dem betreffenden Fahrzeugsensor und/oder einer mit dem betreffenden Fahrzeugsensor gekoppelten Elektronikeinheit.

Description

Beschreibung
Titel:
Verfahren und System zum Kalibrieren mindestens eines in einem Fahrzeug angeordneten Fahrzeugsensors
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Kalibrieren mindestens eines in einem Fahrzeug angeordneten Fahrzeugsensors
Stand der Technik
Moderne Kraftfahrzeuge weisen oftmals eine Reihe von Sensoren auf, die den Fahrer bei der Erkennung der Umgebung unterstützen. Beispielsweise ist die Verwendung von Kameras, eines Radarsystems, eines LIDAR-Systems, von Abstandssensoren oder ähnlichem bekannt, die einem Fahrerassistenzsystem zugeordnet sind. Es ist dabei üblich, dass Sensoren mit mehr oder weniger stark gerichtetem Erfassungsbereich kalibriert werden, um eine korrekte Funktion zu gewährleisten. Die Kalibrierung kann sowohl bei der Endmontage oder kurz vor Auslieferung des Fahrzeugs erfolgen, als auch bei der Reparatur oder Wartung des Fahrzeugs.
Es ist bekannt, solche gerichteten Sensoren eines Fahrzeugs dadurch zu kalibrieren, dass eine Kalibriervorrichtung in einer festgelegten Ausrichtung zu dem Fahrzeug, an dem der Sensor angebracht ist, zu positionieren, das Verhalten des Sensors zu prüfen und anschließend - bei einer Abweichung von einem erwarteten Verhalten - den Sensor neu auszurichten. Bei dem Kalibrierprozess ist es erforderlich, das Referenzobjekt sehr präzise zu platzieren, um ein wiederholbares, genaues Ergebnis zu erzielen. Die Anordnung des Referenzobjekts ist üblicherweise für einen bestimmten Fahrzeugsensor voreingestellt. Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Kalibrieren mindestens eines Fahrzeugsensors vorzuschlagen, bei dem flexibel und dennoch wiederholbar und präzise unterschiedlich positionierte Fahrzeugsensoren kalibriert werden können.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar.
Es wird ein Verfahren zum Kalibrieren mindestens eines in einem Fahrzeug angeordneten Fahrzeugsensors vorgeschlagen, aufweisend die Schritte des Bereitstellens des Fahrzeugs in einem Kalibrierungsraum, des Erfassens einer Fahrzeugposition in einem raumfesten Koordinatensystem mittels eines in dem Kalibrierungsraum angeordneten optischen Erfassungssystems, des Ermittelns einer Position des betreffenden Fahrzeugsensors in dem raumfesten Koordinatensystem, des Anordnens eines Kalibrierungsobjekts in einem Erfassungsfeld des betreffenden Fahrzeugsensors in dem Kalibrierungsraum, des Erfassens einer Kalibrierungsobjektposition in dem raumfesten Koordinaten system mittels des optischen Erfassungssystems, des Transformierens der Kalibrierungsobjektposition in ein geschätztes fahrzeugsensorfestes Koordinatensystem zum Erhalten einer ersten Relativposition, des Erfassens der Position des Kalibrierungsobjekts durch den Fahrzeugsensor in dem fahrzeugsensorfesten Koordinatensystem als zweite Relativposition, des Berechnens intrinsischer und/oder extrinsischer Kalibrierungsparameter aus einem Vergleich zwischen der ersten Relativposition und der zweiten Relativ position, und des Speicherns der Kalibrierungsparameter in dem betreffenden Fahrzeugsensor und/oder einer mit dem betreffenden Fahrzeugsensor gekoppelten Elektronikeinheit.
Der Kalibrierungsraum ist als ein räumlich begrenzter Bereich anzusehen, dessen Dimensionierung ausreicht, um zur Kalibrierung von Fahrzeugsensoren eines in dem Kalibrierungsraum befindlichen Fahrzeugs Referenzobjekte an vorgegebenen Relativpositionen zu den Fahrzeugsensoren zu platzieren. In dem Kalibrierungsraum ist ein raumfestes Koordinatensystem vorgesehen, welches eine feste Ausrichtung aufweist. Zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Fahrzeug in dem Kalibrierungsraum angeordnet. Die Position des Fahrzeugs ist nicht immer gleich, sondern kann für jedes darin angeordnete Fahrzeug unterschiedlich sein.
Ein fahrzeugfestes Koordinatensystem ist ein kartesisches, rechtshändiges Koordinatensystem, welches beispielsweise in einem Mittelpunkt der Hinterachse des Fahrzeugs seinen Ursprung hat. Die Ausrichtung des Fahrzeugs kann durch die Lage des Ursprungs des fahrzeugfesten Koordinatensystems in dem raumfesten Koordinatensystem und drei Orientierungswinkel, d.h. die Eulerwinkel, ermittelt werden. Diese sind als Gier-, Nick- bzw. Neigungswinkel und Roll- bzw. Wankwinkel bekannt.
Das fahrzeugsensorfeste Koordinatensystem ist starr mit dem fahrzeugfesten Koordinatensystem gekoppelt, wobei die tatsächliche Position des Ursprungs des fahrzeugsensorfesten Koordinatensystems und die Ausrichtung in Bezug auf das fahrzeugfeste Koordinatensystem von Fahrzeugsensor zu Fahrzeugsensor aufgrund von fertigungs- und installationsbedingten Abweichungen unterschiedlich sein kann. Das fahrzeugsensorfeste Koordinatensystem wird hauptsächlich durch die Erfassungsrichtung und eine Position einer effektiven Sensorfläche bestimmt.
Der Fahrzeugsensor kann insbesondere eine Kamera sein, die an dem Fahrzeug angeordnet ist und einen von dem Fahrzeug weg weisenden Erfassungsbereich besitzt. Dies könnte eine Frontkamera hinter einer Windschutzscheibe sein, eine Rückfahrkamera oder eine Kamera an einer anderen Installationsposition und auch zu einem 360°- Kamerasystem gehören kann.
Die optischen Erfassungseinheiten können je nach Anforderung an verschiedenen Stellen innerhalb des Kalibrierungsraums angeordnet sein und weisen bekannte Positionen in dem raumfesten Koordinatensystem auf. Sie sind mit einer Prozessoreinheit gekoppelt, welche durch Daten aus der optischen Erfassung des Fahrzeugs dazu befähigt ist, die Lage des Fahrzeugs zu ermitteln. Die Ermittlung der Position des betreffenden Fahrzeugsensors kann beispielsweise durch Abrufen einer Installationsposition aus einer Speichereinheit abgerufen werden, um sie dann in das raumfeste Koordinatensystem zu transformieren. Die Installations-positionen stammen etwa aus einem CAD-System, das den Aufbau des Fahrzeugs repräsentierende Daten umfasst. Da die Relation zwischen dem fahrzeugfesten Koordinatensystem und dem raumfesten Koordinatensystem aufgrund des Erfassens der Fahrzeugposition bekannt ist, können Installationspositionen am Fahrzeug im Raum sehr einfach bestimmt werden. Hiermit ist eine Schätzung des fahrzeugsensorfesten Koordinatensystems erreichbar.
Das optische Erfassungssystem in dem Kalibrierungsraum kann weiterhin neben der Position und Ausrichtung des Fahrzeugs auch die Position und Ausrichtung des Kalibrierungsobjekts erfassen. Durch die Transformation dieser erfassten Position in das fahrzeugfeste Koordinatensystem ist die Relativposition zwischen dem Fahrzeugsensor und dem Kalibrierungsobjekt ermittelbar. Diese wird erste Relativposition genannt.
Das Kalibrierungsobjekt ist eine Vorrichtung, die in einem Abstand zu dem Fahrzeugsensor in dessen Erfassungsbereich angeordnet ist und folglich von dem Fahrzeugsensor erfasst werden kann. Bevorzugt ist das Kalibrierungsobjekt optisch eindeutig zu erkennen. Beispielsweise könnte das Kalibrierungsobjekt als Fahne, Schild oder Platte ausgeführt und mit einer Markierung versehen sein.
Die Markierung könnte als Muster ausgebildet sein, das zumindest einen bestimmten Punkt auf dem Kalibrierungsobjekt erkennbar macht. Besonders bevorzugt ist das Kalibrierungsobjekt dazu ausgebildet, dass sich ein Muster darauf befindet, welches eine räumliche Ausrichtung des Kalibrierungsobjekts erkennbar macht. Dies kann etwa eine Gitterstruktur oder eine Schachbrettstruktur umfassen, die auf einem flächigen Grundkörper angeordnet ist. Je nach Ausrichtung des flächigen Grundkörpers relativ zu dem Fahrzeugsensor, beispielsweise einer Kamera, ist eine perspektivische Verzerrung erkennbar, aus der eine Ausrichtung ermittelt werden kann. Aus der Größe der Gitter bzw. der Felder auf dem Kalibrierungsobjekt kann die Entfernung erfasst werden. Damit ergibt sich insgesamt die zweite Relativposition. Bei ideal ausgerichtetem Fahrzeugsensor stimmen die erste und zweite Relativposition überein. Davon ist allerdings in den meisten Fällen nach Neuinstallation oder Austausch nicht auszugehen. Aus dem bestehenden Unterschied zwischen den beiden Relativpositionen können intrinsische und/oder extrinsische Kalibrierungsparameter berechnet werden. Bei der intrinsischen Kalibrierung des Fahrzeugsensors wird ein Ausgleich zwischen einem von der Kamera verarbeiteten zweidimensionalen Bild aus Sicht des fahrzeugsensorfesten Koordinatensystems und der realen, dreidimensionalen Welt geschaffen. Die intrinsischen Kalibrierungsparameter stellen eine projektive Transformation von den dreidimensionalen Koordinaten des Fahrzeugsensors in die zweidimensionalen Bildkoordinaten dar. Bei der extrinsischen Kalibrierung des Fahrzeugsensors kann indes eine mechanische Anpassung der Position des Fahrzeugsensors an die gewünschte Richtung im fahrzeugfesten Koordinatensystem erfolgen. Die extrinsischen Kalibrierungsparameter können allerdings auch als aktuelle, sechsdimensionale Koordinaten des Fahrzeugsensors im fahrzeugfesten Koordinatensystem gespeichert werden. Die extrinsischen Parameter stellen eine starre Transformation vom dreidimensionalen, raumfesten Koordinatensystem in das fahrzeugsensorfeste Koordinatensystem fest angeordneten Koordinatensystem des Fahrzeugsensors dar.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann folglich wiederholbar und präzise eine Kalibrierung von Fahrzeugsensoren durchführen, die beliebig an dem betreffenden Fahrzeug angeordnet sind.
Das Verfahren kann in einer vorteilhaften Ausführungsform ferner ein automatisches Bewegen des Kalibrierungsobjekts in eine vorgegebene Relativposition zu dem betreffenden Fahrzeugsensor aufweisen. Die vorgegebene Relativposition kann insbesondere eine vorgegebene Relativposition in Bezug auf das geschätzte fahrzeugsensorfeste Koordinatensystem sein. Da das Kalibrierungsobjekt in dem Erfassungsbereich platziert sein sollte, kann bereits das grobe Anordnen des Kalibrierungsobjekt zur Kalibrierung ausreichen. In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform weist das Erfassen der Fahrzeugposition das Anordnen von Markierungselementen an vorbestimmten Positionen des Fahrzeugs auf, wobei die Markierungselemente durch das optische Erfassungssystem identifizierbar sind. Die Markierungselemente können Einrichtungen sein, die an dem betreffenden Fahrzeug positionierbar und optisch eindeutig erkennbar sind. Sie könnten ebenso als Fahnen, Schilder oder Platten ausgeführt sein, die mit einer Markierung versehen sind. Diese könnte als Muster ausgebildet sein, das zumindest einen bestimmten Punkt auf dem Markierungselement erkennbar macht. Die Markierung könnte eine flächige Struktur aufweisen, sodass die räumliche Ausrichtung der Markierungselemente erkennbar ist, beispielsweise durch Erkennung einer perspektivischen Verzerrung.
Das Erfassen der Fahrzeugposition könnte das Erfassen von Konturen des Fahrzeugs umfassen, welche auf Basis von geometrischen Daten des Fahrzeugs identifiziert werden. Dies könnten prägnante Konturen wie etwa die von Rädern, Radkästen oder anderen Bauteilen umfassen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Erfassen der Position des Kali brierungsobjekts durch den Fahrzeugsensor in dem fahrzeugsensorfesten Koordinatensystem ferner das Abgeben eines punktförmigen Lichtsignals von dem Kalibrierungsobjekt, das Erfassen des punktförmigen Lichtsignals und das Ermitteln einer Entfernung und/oder Richtung des Kalibrierungsobjekts auf. Das punktförmige Lichtsignal könnte beispielsweise mittig an dem Kalibrierungsobjekt angeordnet sein und eine eindeutige Erkennung eines bestimmten Punktes des Kalibrierungsobjekts erlauben. Damit kann die Erfassung der Position des Kalibrierungsobjekts gestützt werden.
Bevorzugt weist das Verfahren ferner nach Kalibrierung eines ersten Fahrzeugsensors das automatische Bewegen des Kalibrierungsobjekts in eine vorgegebene Relativposition für mindestens einen nachfolgenden Fahrzeugsensor und Durchführen einer Kalibrierung des mindestens einen nachfolgenden Fahrzeugsensors auf. Das Verfahren kann folglich nacheinander verschiedene Fahrzeugsensoren vollautomatisch kalibrieren. Die Erfindung betrifft analog dazu ein System zum Kalibrieren mindestens eines in einem Fahrzeug angeordneten Fahrzeugsensors, aufweisend einen Kalibrierungsraum, ein Kalibrierungsobjekt, und ein in dem Kalibrierungsraum angeordnetes, raumfestes optisches Erfassungssystem mit mindestens einer optischen Erfassungseinheit und einer damit koppelbaren Prozessoreinheit, wobei die Prozessoreinheit dazu ausgebildet ist, eine Fahrzeugposition eines Fahrzeugs in einem raumfesten Koordinatensystem mittels des in dem Kalibrierungsraum angeordneten optischen Erfassungssystems zu ermitteln, eine Position des betreffenden Fahrzeugsensors in dem raumfesten Koordinatensystem zu ermitteln, eine Kalibrierungsobjektposition des in einem Erfassungsfeld des betreffenden Fahrzeugsensors angeordneten Kalibrierungsobjekts in dem raumfesten Koordinatensystem mittels des optischen Erfassungssystems zu erfassen, die Kalibrierungsobjektposition in ein geschätztes fahrzeugsensorfestes Koordinatensystem zum Erhalten einer ersten Relativposition zu transformieren, intrinsische und/oder extrinsische Kalibrierungsparameter aus einem Vergleich zwischen der ersten Relativposition und einer zweiten Relativposition zu berechnen, wobei die zweite Relativposition durch den Fahrzeugsensor in dem fahrzeugsensorfesten Koordinatensystem ermittelt ist, und die Kalibrierungsparameter in dem betreffenden Fahrzeugsensor und/oder einer mit dem betreffenden Fahrzeugsensor gekoppelten Elektronikeinheit zu speichern.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das System ferner eine Bewegungsvorrichtung zum Halten und Bewegen des Kalibrierungsobjekts an einer vorgegebenen Position in dem Kalibrierungsraum auf.
Das Kalibrierungsobjekt könnte, wie vorangehend beschrieben, ferner eine punktförmige Lichtquelle zum Abgeben eines punktförmigen Lichtsignals aufweisen, zum Ermitteln einer Entfernung und/oder Richtung des Kalibrierungsobjekts von dem betreffenden Fahrzeugsensor.
In einer vorteilhaften Ausführungsform könnte die Prozessoreinheit dazu ausgebildet sein, zum Erfassen der Fahrzeugposition Markierungselemente an vorbestimmten Positionen des Fahrzeugs oder Konturen des Fahrzeugs zu identifizieren. Die Bewegungsvorrichtung könnte mindestens eine Schiene umfassen, an der bewegbar das Kalibrierungsobjekt gehalten ist. Die Schiene kann in dem Kalibrierungsraum bewegt werden. An der Schiene kann ein Halter bewegbar gehalten sein, der das Kalibrierungsobjekt hält. Der Halter kann auch ein Aktuator sein, der das Kalibrierungsobjekt senkrecht zu der ihn haltenden Schiene bewegt. Der Aktuator bzw. der Halter könnte entlang der Schiene verschiebbar gehalten werden. Folglich kann das Kalibrierungsobjekt in bevorzugt drei Raumrichtungen bewegbar sein.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
Ausführungsbeispiele
Es zeigt:
Figur 1 eine dreidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen Systems.
Figur 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 1 zeigt ein System 2 zum Kalibrieren mindestens eines in einem Fahrzeug 4 angeordneten Fahrzeugsensors 6. Der Fahrzeugsensor 6 kann in diesem Fall eine Kamera sein, die hinter einer Windschutzscheibe angeordnet und nach vorne gerichtet ist. Es ist ein Kalibrierungsraum 8 vorgesehen, in dem sich das Fahrzeug 4 zur Kalibrierung befindet. In dem Kalibrierungsraum 8 ist ein raumfestes Koordinatensystem (xw, y , zw) gebildet. Das Fahrzeug 4 besitzt ein fahrzeugfestes Koordinatensystem (xv, y , zv), dessen Position von der Lage des Fahrzeugs 4 in dem Kalibrierungsraum 8 abhängt. Der Ursprung könnte beispielsweise in einer Hinterachse des Fahrzeugs 4 liegen. Der Fahrzeugsensor 6 weist ein fahrzeugsensorfestes Koordinatensystem (xs, ys, zs) auf, dessen Lage und Ausrichtung durch die Installationsposition an dem Fahrzeug 4 und die Ausrichtung des Fahrzeugsensors 6 bestimmt wird. Ein raumfestes, optisches Erfassungssystem mit mehreren, voneinander beabstandeten und beispielsweise an unterschiedlichen Ecken des Kalibrierungsraums 8 angeordneten Erfassungseinheiten 10 ist vorgesehen. Diese sind mit einer Prozessoreinheit 12 verbunden.
Es ist eine Bewegungsvorrichtung 14 vorgesehen, die eine Schiene 16 aufweist, an der ein vertikal, d.h. entlang der zw-Achse erstreckend angeordneter Aktuator 18 gelagert ist. Die Schiene 16 lässt sich in Längsrichtung xw entlang des Kalibrierungsraums 8 bewegen. Der Aktuator 18 ist entlang der Querrichtung yw an der Schiene 16 bewegbar gelagert. Er trägt ein Kalibrierungsobjekt 20, das durch Bewegen eines Linearantriebs 22 in der Vertikalen (zw-Achse) bewegbar ist. Das Kalibrierungsobjekt 20 lässt sich folglich in den Kalibrierungsraum 8 durch die Bewegungsvorrichtung 14 an eine beliebige, vorgegebene Position bewegen.
Das Kalibrierungsobjekt 20 ist als plattenförmiges Gebilde ausgeführt, das beispielhaft ein Schachbrettmuster aufweist. Bei Erfassung eines zweidimensionalen Bildes des Kalibrierungsobjekts kann basierend auf der Größe der einzelnen Felder des Schachbrettmusters und der Verzerrung eine Entfernung und Ausrichtung ermittelt werden. Zudem weist beispielhaft das Kalibrierungsobjekt 20 eine punktförmige Lichtquelle 21 auf. Diese kann ein punktförmiges Lichtsignal aussenden, welches eindeutig identifizierbar ist. Hieraus kann die Entfernung und/oder Richtung des Kalibrierungsobjekts 20 erkannt bzw. die Erfassung der Position des Kalibrierungsobjekts 20 durch den Fahrzeugsensor 6 gestützt werden.
Die Prozessoreinheit 12 ist beispielhaft dazu ausgebildet, eine Fahrzeugposition des Fahrzeugs 4 in dem raumfesten Koordinatensystem mittels des in dem Kalibrierungsraum 8 angeordneten optischen Erfassungssystems zu ermitteln. Daraus kann weiter eine Position des betreffenden Fahrzeugsensors 6 in dem raumfesten Koordinatensystem ermittelt werden. Die Prozessoreinheit 12 kann weiter die Kalibrierungsobjektposition des in einem Erfassungsfeld des Fahrzeugsensors 6 angeordneten Kalibrierungsobjekts 20 in dem raumfesten Koordinatensystem mittels des optischen Erfassungssystems zu erfassen. Aufgrund der Kenntnis der Geometrie des Fahrzeugs 4 und dessen erfassten Lage kann ferner das fahrzeugsensorfeste Koordinatensystem geschätzt werden und die Prozessoreinheit 12 kann die Kalibrierungsobjektposition in das geschätzte fahrzeugsensorfeste Koordinatensystem zum Erhalten einer ersten Relativposition transformieren. Der Fahrzeugsensor 6 kann ebenso das Kalibrierungsobjekt 20 erfassen und hieraus eine Relativposition, die hier zweite Relativposition genannt wird, ermitteln. Daraus ist möglich, intrinsische und/oder extrinsische Kalibrierungsparameter aus einem Vergleich zwischen der ersten Relativposition und der zweiten Relativposition zu berechnen. Die Kalibrierungsparameter werden dann in dem betreffenden Fahrzeugsensor 6 und/oder einer mit dem betreffenden Fahrzeugsensor 6 gekoppelten Elektronikeinheit gespeichert, beispielsweise in einer Fahrzeugelektronik.
Das System 2 kann auch eine Reihe von Fahrzeugsensoren kalibrieren, die an unterschiedlichen Installationspositionen des Fahrzeugs 4 angeordnet sind. Hierzu wird das Kalibrierungsobjekt 20 an unterschiedliche Positionen bewegt, um dann die Kalibrierung vorzunehmen.
Fig. 2 zeigt ein Verfahren 24 zum Kalibrieren mindestens eines in einem Fahrzeug 4 angeordneten Fahrzeugsensors 6. Dies weist die Schritte des Bereitstellens 26 des Fahrzeugs 4 in dem Kalibrierungsraum 8 auf, des Erfassens 28 einer Fahrzeugposition in dem raumfesten Koordinatensystem mittels des in dem Kalibrierungsraum 8 angeordneten optischen Erfassungssystems, des Ermittelns 30 einer Position des betreffenden Fahrzeugsensors 6 in dem raumfesten Koordinatensystem, des Anordnens 32 eines Kalibrierungsobjekts 20 in einem Erfassungsfeld des betreffenden Fahrzeugsensors 6 in dem Kalibrierungsraum 8, des Erfassens 34 einer Kalibrierungsobjektposition in dem raumfesten Koordinatensystem mittels des optischen Erfassungssystems, des Transform ierens 36 der Kalibrierungsobjektposition in ein geschätztes fahrzeugsensorfestes Koordinatensystem zum Erhalten einer ersten Relativposition, des Erfassens 38 der Position des Kalibrierungsobjekts durch den Fahrzeugsensor 6 in dem fahrzeugsensorfesten Koordinatensystem als zweite Relativposition, des Berechnens 40 intrinsischer und/oder extrinsischer Kalibrierungsparameter aus einem Vergleich zwischen der ersten Relativposition und der zweiten Relativposition, und des Speicherns 42 der Kalibrierungsparameter in dem betreffenden Fahrzeugsensor 6 und/oder einer mit dem betreffenden Fahrzeugsensor 6 gekoppelten Elektronikeinheit.
Das Anordnen 32 des Kalibrierungsobjekts 20 kann ein automatisches Bewegen 44 des Kalibrierungsobjekts 20 in eine vorgegebene Relativposition zu dem betreffenden Fahrzeugsensor 6 umfassen. Ferner kann das Erfassen 28 der Fahrzeugposition das Anordnen 46 von Markierungselementen an vorbestimmten Positionen des Fahrzeugs 4 umfassen, wobei die Markierungselemente durch das optische Erfassungssystem identifizierbar sind. Dies kann weiterhin das Erfassen 48 von Konturen des Fahrzeugs 4 umfassen, welche auf Basis von geometrischen Daten des Fahrzeugs 4 identifiziert werden. Das Erfassen 38 der Position des Kalibrierungsobjekts 20 durch den Fahrzeug sensor 6 in dem fahrzeugsensorfesten Koordinatensystem kann ferner das Abgeben 50 eines punktförmigen Lichtsignals von dem Kalibrierungsobjekt 20, das Erfassen 52 des punktförmigen Lichtsignals und das Ermitteln 54 einer
Entfernung und/oder Richtung des Kalibrierungsobjekts 20 umfassen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren (24) zum Kalibrieren mindestens eines in einem Fahrzeug (4) angeordneten Fahrzeugsensors (6), aufweisend die Schritte:
Bereitstellen (26) des Fahrzeugs (4) in einem Kalibrierungsraum (8), Erfassen (28) einer Fahrzeugposition in einem raumfesten Koordinatensystem mittels eines in dem Kalibrierungsraum (8) angeordneten optischen Erfassungssystems,
Ermitteln (30) einer Position des betreffenden Fahrzeugsensors (6) in dem raumfesten Koordinatensystem,
Anordnen (32) eines Kalibrierungsobjekts (20) in einem Erfassungsfeld des betreffenden Fahrzeugsensors (6) in dem Kalibrierungsraum (8), Erfassen (34) einer Kalibrierungsobjektposition in dem raumfesten Koordinatensystem mittels des optischen Erfassungssystems, Transformieren (36) der Kalibrierungsobjektposition in ein geschätztes fahrzeugsensorfestes Koordinatensystem zum Erhalten einer ersten Relativposition,
Erfassen (38) der Position des Kalibrierungsobjekts (20) durch den Fahrzeugsensor (8) in dem fahrzeugsensorfesten Koordinatensystem als zweite Relativposition,
Berechnen (40) intrinsischer und/oder extrinsischer Kalibrierungsparameter aus einem Vergleich zwischen der ersten Relativposition und der zweiten Relativposition, und Speichern (42) der Kalibrierungsparameter in dem betreffenden Fahrzeugsensor (6) und/oder einer mit dem betreffenden Fahrzeugsensor (6) gekoppelten Elektronikeinheit.
2. Verfahren (24) nach Anspruch 1, ferner aufweisend automatisches Bewegen (44) des Kalibrierungsobjekts (20) in eine vorgegebene Relativposition zu dem betreffenden Fahrzeugsensor (6).
3. Verfahren (24) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Erfassen (28) der Fahrzeugposition das Anordnen (46) von Markierungselementen an vorbestimmten Positionen des Fahrzeugs umfasst, wobei die Markierungselemente durch das optische Erfassungssystem identifizierbar sind.
4. Verfahren (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erfassen (28) der Fahrzeugposition das Erfassen (48) von Konturen des Fahrzeugs umfasst, welche auf Basis von geometrischen Daten des Fahrzeugs identifiziert werden.
5. Verfahren (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erfassen (38) der Position des Kalibrierungsobjekts (20) durch den Fahrzeugsensor (6) in dem fahrzeugsensorfesten Koordinatensystem ferner das Abgeben (50) eines punktförmigen Lichtsignals von dem Kalibrierungsobjekt (20), das Erfassen (52) des punktförmigen Lichtsignals und das Ermitteln (54) einer Entfernung und/oder Richtung des Kalibrierungsobjekts (20) umfasst.
6. Verfahren (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend nach Kalibrierung eines ersten Fahrzeugsensors (6) das automatische Bewegen (44) des Kalibrierungsobjekts (20) in eine vorgegebene Relativposition für mindestens einen nachfolgenden Fahrzeugsensor (6) und Durchführen einer Kalibrierung des mindestens einen nachfolgenden Fahrzeugsensors (6).
7. System (2) zum Kalibrieren mindestens eines in einem Fahrzeug (4) angeordneten Fahrzeugsensors (6), aufweisend: einen Kalibrierungsraum (8), ein Kalibrierungsobjekt (20), und ein in dem Kalibrierungsraum (8) angeordnetes, raumfestes optisches Erfassungssystem mit mindestens einer optischen Erfassungseinheit (10) und einer damit koppelbaren Prozessoreinheit (12), wobei die Prozessoreinheit (12) dazu ausgebildet ist, eine Fahrzeugposition eines Fahrzeugs (4) in einem raumfesten Koordinatensystem mittels des in dem Kalibrierungsraum (8) angeordneten optischen Erfassungssystems zu ermitteln, eine Position des betreffenden Fahrzeugsensors (6) in dem raumfesten Koordinatensystem zu ermitteln, eine Kalibrierungsobjektposition des in einem Erfassungsfeld des betreffenden Fahrzeugsensors angeordneten Kalibrierungsobjekts (20) in dem raumfesten Koordinatensystem mittels des optischen Erfassungssystems zu erfassen, die Kalibrierungsobjektposition in ein geschätztes fahrzeugsensorfestes Koordinatensystem zum Erhalten einer ersten Relativposition zu transformieren, intrinsische und/oder extrinsische Kalibrierungsparameter aus einem Vergleich zwischen der ersten Relativposition und einer zweiten Relativposition zu berechnen, wobei die zweite Relativposition durch den Fahrzeugsensor (6) in dem fahrzeugsensorfesten Koordinatensystem ermittelt ist, und die Kalibrierungsparameter in dem betreffenden Fahrzeugsensor (6) und/oder einer mit dem betreffenden Fahrzeugsensor (6) gekoppelten Elektronikeinheit zu speichern.
8. System (2) nach Anspruch 7, ferner aufweisend eine Bewegungsvorrichtung zum Halten und Bewegen des Kalibrierungsobjekts an einer vorgegebenen Position in dem Kalibrierungsraum.
9. System (2) nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Kalibrierungsobjekt (20) ferner eine punktförmige Lichtquelle zum Abgeben eines punktförmigen Lichtsignals aufweist, zum Ermitteln einer Entfernung und/oder Richtung des Kalibrierungsobjekts (20) von dem betreffenden Fahrzeugsensor (6) umfasst.
10. System (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Bewegungsvorrichtung (14) mindestens eine Schiene (16) umfasst, an der bewegbar das Kalibrierungsobjekt (20) gehalten ist.
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