WO2021001341A1 - Kalibrieren eines aktiven optischen sensorsystems anhand eines kalibriertargets - Google Patents

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WO2021001341A1
WO2021001341A1 PCT/EP2020/068339 EP2020068339W WO2021001341A1 WO 2021001341 A1 WO2021001341 A1 WO 2021001341A1 EP 2020068339 W EP2020068339 W EP 2020068339W WO 2021001341 A1 WO2021001341 A1 WO 2021001341A1
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WO
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coordinate system
sensor
transformed
sensor coordinate
calibration
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PCT/EP2020/068339
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Inventor
Nikolai SERGEEV
Original Assignee
Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh
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Publication date
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    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
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    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
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    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
    • G01S7/4972—Alignment of sensor

Definitions

  • the invention relates to a method for calibrating an active optical
  • a point cloud of sampling points of the calibration target is generated by means of the sensor system, each sampling point of the point cloud containing three spatial coordinates with respect to a sensor coordinate system.
  • the invention also relates to a corresponding sensor device, a motor vehicle, a computer program and a calibration arrangement for calibrating an active optical sensor system of a motor vehicle.
  • Active optical sensor systems such as lidar systems, can be connected to
  • Deviations of an installation position and an installation orientation of the sensor system from a nominal orientation influence the accuracy of the measured values or their interpretation and evaluation and thus the reliability and robustness of the corresponding functions. It is therefore necessary to calibrate the active optical sensor system in order to be able to compensate for corresponding orientation or position deviations.
  • Known methods for online calibration of active optical sensor systems i.e. for calibration during normal operation of the motor vehicle, are based on the scanning of reference structures in the vicinity of the motor vehicle which have a certain geometric shape, in particular straight lines, such as lane marking lines or lane boundaries.
  • Method for calibrating an active optical sensor system, in particular a motor vehicle, specified on the basis of a calibration target the calibration target in particular is provided.
  • a point cloud of scanning points of the calibration target, in particular a surface of the calibration target, is generated by means of the sensor system.
  • Each sampling point of the point cloud contains three spatial coordinates with respect to a sensor coordinate system.
  • the point cloud is generated by means of a computing unit, in particular the motor vehicle, using a
  • a deviation of the transformed sensor coordinate system from a predetermined reference coordinate system is determined by the computing unit based on the transformed point cloud.
  • An angular position of the sensor system is determined by means of the computing unit based on the deviation.
  • the spatial coordinates can be in the form of Cartesian coordinates, spherical coordinates or in any other form.
  • the calibration target can also be referred to as a calibration template.
  • This is in particular an object with a, preferably flat or approximately flat, surface on which one or more calibration structures are applied, which have a defined and known geometric shape.
  • the calibration structures can, for example, be straight lines with a specific geometric relationship act towards each other.
  • the calibration structures can be lines parallel to one another.
  • an active optical sensor system can be defined as such that it has a transmission unit with a light source, in particular for
  • Emitting light or light pulses has.
  • the light source can in particular be designed as a laser.
  • an active optical sensor system has a receiving unit with at least one optical detector, in particular for detecting light or light pulses, in particular reflected portions of the emitted light.
  • the active optical sensor system is
  • the term “light” can be understood to include electromagnetic waves in the visible range, in the infrared range and / or in the ultraviolet range. Accordingly, the term “optical” can also be understood to refer to light according to this understanding.
  • the light which is emitted by the active optical sensor system can in particular contain infrared light, for example with a wavelength of 905 nm, approximately 905 nm, 1,200 nm or approximately 1,200 nm. Under these
  • Wavelength specifications can each have a wavelength range with a wider one
  • the light source can be a laser source, for example.
  • the wavelengths mentioned can, within the framework of customary tolerances, for example peak wavelengths
  • the surface of the calibration target can have different areas with different degrees of reflection in order to define the calibration structures.
  • the calibration structures can be defined by respective partial areas on the surface of the calibration target with a first reflectivity, the areas with the first reflectivity being surrounded by areas with a second reflectivity different from the first.
  • the first reflectivity be higher than the second reflectivity.
  • the reflectivity can in particular be understood as reflectivity for light which is emitted by the optical sensor system.
  • the point cloud is generated by means of the sensor system
  • at least one sensor signal is generated by means of the receiving unit based on detected components of the reflected light and the computing unit generates corresponding sampling points of the point cloud based on the at least one sensor signal, with each sampling point a three-dimensional coordinate tuple of spatial coordinates, in particular in the
  • the sensor system can for example contain a deflection device, for example with a movable or rotatably mounted mirror, by means of the
  • Sending unit generated light can be deflected in a controlled manner.
  • a longitudinal axis of the sensor system which defines, for example, an X-axis of the sensor coordinate system, corresponds to an emission direction of the light beams at an emission angle of zero degrees, that is, for example, when the deflection device is in a neutral position.
  • the deflector can be of the
  • a transverse axis of the sensor system which, for example, defines a Y-axis of the sensor coordinate system, lies within the transmission plane and is, for example, perpendicular to the longitudinal axis, which by design is also within the transmission plane.
  • a normal axis of the sensor system is perpendicular to the longitudinal axis and the transverse axis of the sensor system.
  • the normal axis of the sensor system defines, for example, a Z axis of the coordinate system.
  • a viewing direction or emission direction of the sensor system in the neutral position is, for example, equal to the X-axis of the sensor coordinate system.
  • the transmission plane is given, for example, by the XY plane of the sensor coordinate system.
  • the sensor system can emit the light with different emission angles within the emission level.
  • the reflected components of the light can, for example, be received spatially resolved by means of the receiving unit, so that different receiving angles or directions can be recorded and determined.
  • a distance between the sensor system and a point or object at which the light was reflected can be determined, for example by means of a time-of-flight measurement. In this way it is possible to generate the point cloud as a three-dimensional point cloud, that is to say as a point cloud from three-dimensional tuples of spatial coordinates.
  • the spatial resolution of the receiving unit can be achieved, for example, if the receiving unit has at least two optical detectors.
  • the entirety of all the scanning points detected by means of one of the detectors is also referred to as the position.
  • a vehicle longitudinal axis or longitudinal axis of the motor vehicle which defines, for example, an X axis of a vehicle coordinate system, is given, for example, by a direction of travel of the motor vehicle when a steering system of the motor vehicle is in the neutral position or when a steering angle, in particular a wheel angle or a steering wheel angle, of the motor vehicle is zero degrees.
  • a vehicle transverse axis or transverse axis of the motor vehicle is perpendicular to the longitudinal axis of the motor vehicle and lies in a plane that is parallel to the roadway, or parallel to a plane within which the points of contact of the wheels of the motor vehicle are on the roadway.
  • the transverse axis of the motor vehicle defines in particular a Y axis of the vehicle coordinate system.
  • a vehicle normal axis or normal axis of the motor vehicle which in particular defines a Z axis of the vehicle coordinate system, is perpendicular to the longitudinal axis and the transverse axis of the motor vehicle.
  • the point cloud consists of the coordinate tuples of the paragraph points in the sensor coordinate system and the transformed point cloud consists of
  • the transformation based on the transformation rule can in particular be understood to mean a linear mapping, by means of which corresponding three spatial coordinates of the scanning point in the transformed sensor coordinate system are calculated from the three spatial coordinates of the scanning point in the sensor coordinate system.
  • the transformation of the point cloud includes, in particular, the transformation of each of the sampling points of the point cloud using the same transformation rule.
  • the transformation rule results in particular from the predetermined one
  • Reference coordinate system and a specified nominal sensor coordinate system are Reference coordinate system and a specified nominal sensor coordinate system.
  • the nominal sensor coordinate system is mapped onto the reference coordinate system on the basis of the specified transformation rule.
  • the receiving unit can in particular contain the at least two detectors, the spatial coordinates of the scanning point being determined as a function of which of the detectors the reflected components are detected or primarily detected.
  • the deviation of the transformed sensor coordinate system from the reference coordinate system is in particular clearly defined by three rotation angles or Euler angles and thus corresponds to a deviation of the orientation of the transformed sensor coordinate system from the orientation of the reference coordinate system.
  • the angular position of the sensor system is used as a further deviation of the sensor coordinate system from the nominal one
  • the nominal sensor coordinate system is defined in that it is based on the specified
  • Transformation rule is mapped to the reference coordinate system.
  • the reference coordinate system is defined in that it is generated by transforming the nominal sensor coordinate system on the basis of the transformation rule.
  • the nominal Sensor coordinate system and the transformation rule or the reference coordinate system and the transformation rule may be specified or the nominal sensor coordinate system and the reference coordinate system.
  • the sensor coordinate system or the angular position of the sensor system can be defined, for example, by a pitch angle, a yaw angle and a roll angle of the sensor system or the sensor coordinate system.
  • the pitch, yaw and roll angles of the sensor system are available as angles of rotation or
  • the convention can be such that the sensor coordinate system results from the nominal sensor coordinate system through the following three rotations, whereby it is assumed that the sensor coordinate system and the nominal sensor coordinate system are initially identical:
  • the sensor coordinate system is set around the yaw angle around the Z-axis nominal sensor coordinate system rotates.
  • the resulting sensor coordinate system is then rotated by the pitch angle around the resulting Y-axis of the resulting sensor coordinate system.
  • the resulting sensor coordinate system is rotated by the roll angle around the resulting X axis of the resulting sensor coordinate system.
  • Other conventions are also possible.
  • the pitch angle corresponds in particular to an angle of rotation of the sensor coordinate system about the Y axis of the nominal sensor coordinate system. If the yaw and pitch angles are equal to zero, the roll angle corresponds in particular to an angle of rotation of the sensor coordinate system about the X axis of the nominal sensor coordinate system. If the pitch and roll angles are equal to zero, the yaw angle corresponds in particular to an angle of rotation of the sensor coordinate system about the Z axis of the nominal sensor coordinate system.
  • the transformation rule that can convert the sensor coordinate system into the transformed sensor coordinate system can also be defined by specifying the yaw, pitch and roll angles of the transformed sensor coordinate system with respect to the sensor coordinate system.
  • the position or orientation of the calibration target with respect to the sensor system can be selected independently of the algorithm or the calculation rules for determining the deviation or the angular position.
  • a position of the calibration target can be selected which corresponds particularly well to the direction of view, the scan area or the field of view of the sensor system. This saves space during calibration.
  • the selection of the algorithm for determining the angular position from the point cloud is not limited by the position of the calibration target. Since the scanned calibration structures are also transformed, so to speak, on the surface of the calibration target, they can be selected in such a way that they have a desired geometric shape or orientation in the transformed sensor coordinate system, which is particularly advantageous for the algorithm.
  • an algorithm for calculating the angular position can be used which is originally intended for an online calibration method.
  • Such algorithms can, for example, use the shape and arrangement of geometric structures in the vicinity of the sensor system,
  • the improved concept combines the advantages of calibration using a calibration target, namely a correspondingly high level of accuracy due to the controlled environment and the precisely known geometric shape of the calibration structures, with the advantages of online calibration, in particular the applicability of the corresponding algorithms.
  • the sensor system is oriented such that the longitudinal axis of the
  • Sensor system cuts the surface of the calibration target.
  • the calibration target is located in front of the sensor system.
  • the scanning range of the sensor system can be used to a large extent, with the result that potentially many scanning points can lie on the calibration target, so that many measuring points are available, which ultimately leads to a higher accuracy of the calibration.
  • each sampling point of the point cloud is subjected to the linear transformation by means of the computing unit, which includes a rotation in order to transform the point cloud into the transformed sensor coordinate system on the basis of the transformation rule.
  • the rotation includes in particular the three rotations described above, which are given to the angular position of the sensor system by pitch angle, yaw angle and
  • the nominal sensor coordinate system is given or defined by the vehicle coordinate system.
  • the nominal sensor coordinate system through the vehicle's longitudinal axis is the
  • Vehicle transverse axis and the vehicle normal axis of the motor vehicle are given or defined, the sensor system being mounted on the motor vehicle.
  • each coordinate axis of the nominal sensor coordinate system can be parallel to a corresponding one of the vehicle longitudinal axis, the vehicle transverse axis and the vehicle normal axis.
  • the coordinate axes of the nominal sensor coordinate system can each include predefined angles with the vehicle's longitudinal axis, the vehicle's transverse axis and the vehicle's normal axis.
  • the sensor coordinate system is transformed into the transformed sensor coordinate system based on the transformation rule in such a way that the transformed sensor coordinate system with respect to the
  • the yaw angle is in particular based on the position and orientation of the calibration target matched that the transformed calibration structures based on the
  • Transformation rule are mapped on approximately parallel lines on the roadway, which are also approximately parallel to the vehicle's longitudinal axis.
  • the sensor coordinate system is transformed into the transformed sensor coordinate system based on the transformation rule in such a way that the transformed sensor coordinate system with respect to the
  • the sensor coordinate system is transformed into the transformed sensor coordinate system based on the transformation rule in such a way that the transformed sensor coordinate system with respect to the
  • the yaw angle, the pitch angle and the roll angle are each not equal to zero.
  • Sensor system emits the light in the vicinity of the sensor system and the reflected portions of the light are received by the receiving unit of the sensor system.
  • At least two first scanning points of a first calibration structure of the calibration target are determined by means of a first detector of the receiving unit in order to generate the point cloud as a function of the reflected components.
  • At least two second scanning points of the first calibration structure are determined by means of a second detector of the receiving unit as a function of the reflected components.
  • At least two third sampling points of a second are used to generate the point cloud, depending on the reflected components Calibration structure of the calibration target determined by means of the first or by means of the second detector or by means of a third detector of the receiving unit.
  • the at least two first first is the at least two first first
  • Scanning points and / or the at least two second scanning points and / or the at least two third scanning points are transformed into the transformed sensor coordinate system by transforming the point cloud.
  • the deviation is determined by means of the computing unit based on at least one geometric relationship between the at least two transformed first sampling points and the at least two transformed second sampling points.
  • the deviation is determined by means of the computing unit based on at least one geometric relationship between the at least two transformed first sampling points and the at least two transformed third sampling points.
  • a sensor device for a motor vehicle having an active optical sensor system and one that is coupled to the sensor system
  • Has computing unit The sensor system is set up to generate a point cloud of sampling points of a calibration target, in particular a surface of the calibration target, the calibration target being located in the vicinity of the sensor device or in the vicinity of the motor vehicle.
  • Each sampling point of the point cloud contains three spatial coordinates with respect to a sensor coordinate system of the sensor system.
  • the computing unit is set up to convert the point cloud into a transformed one on the basis of a predetermined transformation rule
  • the computing unit is set up to determine a deviation of the transformed sensor coordinate system from a
  • the arithmetic unit is set up to determine an angular position of the
  • the sensor system is designed as a lidar system.
  • the transmission unit includes the
  • Sensor system in particular the light source, an infrared laser.
  • a sensor system according to the improved concept can be set up or programmed to carry out a method according to the improved concept, or a sensor device according to the improved concept carries out a method according to the improved concept.
  • a motor vehicle which has a sensor device according to the improved concept.
  • a computer program with instructions is specified.
  • the computer program is executed by a sensor device according to the improved concept, in particular by the computing unit of the sensor device, the commands cause the sensor device to carry out a method according to the improved concept.
  • a computer-readable storage medium is specified on which a computer program according to the improved concept is stored.
  • a calibration arrangement for calibrating an active optical sensor system of a motor vehicle is specified.
  • the calibration target to which reference was made to describe the method or the sensor device according to the improved concept, it can are in particular a calibration target of a calibration arrangement according to the improved concept.
  • Calibration arrangement can be carried out according to the improved concept.
  • the calibration arrangement has a calibration target and a parking space with a parking space longitudinal axis and a parking space transverse axis.
  • the parking space is designed such that the motor vehicle can be positioned on the parking space so that a vehicle longitudinal axis of the motor vehicle along the
  • the calibration axis has a flat or approximately flat surface, in particular facing the motor vehicle, on which a first calibration structure and a second calibration structure are arranged.
  • the first calibration structure has a first straight line and the second calibration structure has a second straight line that is parallel to the first straight line.
  • a normal direction of the surface is not parallel to the transverse axis of the parking space.
  • the longitudinal axis of the parking space and the transverse axis of the parking space are in particular perpendicular to one another and each perpendicular to a subsurface of the parking space.
  • Subsurface that represents a roadway for example.
  • Vehicle longitudinal axis or aligned to the vehicle transverse axis can be understood to mean that the vehicle longitudinal axis is parallel to the
  • the longitudinal axis of the parking space is and the transverse axis of the vehicle is parallel to the transverse axis of the parking space.
  • the normal direction of the surface is not parallel to the transverse axis of the parking space
  • the normal direction with an axis parallel to the transverse axis of the parking space includes a first angle which is different from zero.
  • the axis parallel to the transverse axis of the parking space is in particular an axis that intersects the normal direction of the surface.
  • the axis, parallel to the transverse axis of the parking space, with a projection of the normal direction of the surface in the plane spanned by the transverse axis of the parking space and the longitudinal axis of the parking space forms an angle that is different from zero, in particular equal to or approximately equal to 90 degrees is.
  • the normal direction of the surface is not parallel to the longitudinal axis of the parking space.
  • the normal direction of the surface with an axis parallel to the longitudinal axis of the parking space includes a second angle which is different from zero.
  • the axis, parallel to the longitudinal axis of the parking space, with the projection of the normal direction of the surface in the plane spanned by the normal axis of the parking space and the longitudinal axis of the parking space, forms an angle that is different from zero, in particular in the range of 40 to 60 degrees , for example, is equal to or approximately equal to 50 degrees.
  • the first and the second line are each not parallel to a projection of the parking space transverse axis onto the surface.
  • a third angle which is different from zero and can, for example, be in the range from 0 to 10 degrees, in particular is equal to or approximately equal to 5 degrees.
  • FIG. 1 a schematic representation of a motor vehicle with a
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a motor vehicle with a further exemplary embodiment of a sensor device according to the improved concept
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a
  • Calibration arrangement according to the improved concept; 4 shows a schematic representation of a calibration target of a further exemplary embodiment of a calibration arrangement according to the improved concept; 5 shows a schematic representation of a calibration target of another
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a calibration target of another
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of a point cloud according to a
  • a motor vehicle 1 which has a sensor device 7 according to the improved concept.
  • the sensor device 7 contains a sensor system 2, which is designed, for example, as a lidar system.
  • a nominal orientation of the sensor system 2 is given by a nominal sensor coordinate system, which is defined for example by a longitudinal axis 14 of the motor vehicle 1, a transverse axis 17 of the motor vehicle 1 and a normal axis (not shown) of the motor vehicle 1.
  • An actual orientation of the sensor system 2 is given by a sensor coordinate system which generally deviates from the nominal sensor coordinate system.
  • the sensor system 2 can transmit laser pulses or laser beams within a transmission plane with different deflection angles. If the emission angle is equal to zero, the emission direction of the laser beam corresponds to the assumption that the sensor coordinate system does not deviate from the nominal sensor coordinate system, for example the longitudinal axis 14
  • the sensor device 7 also has a computing unit 4, which with the
  • a calibration target 6 is also shown in FIG. 1.
  • FIG 3 shows a calibration arrangement 10 according to the improved concept.
  • the calibration target 6 and the sensor system 2 are shown, as well as the longitudinal axis 14 and the transverse axis 13 of the motor vehicle 1.
  • the motor vehicle 1 itself is not shown for reasons of clarity.
  • the motor vehicle 1 is located on a base 11 which defines a parking space for the calibration arrangement 10.
  • the motor vehicle 1 is arranged on the ground 11 such that the vehicle longitudinal axis 14 corresponds to a parking space longitudinal axis 12 and the vehicle transverse axis 17 corresponds to a parking space transverse axis 13
  • the calibration target 6 has an approximately flat surface with a
  • the calibration target 6 is arranged with respect to the parking space longitudinal axis 12 and the parking space transverse axis 13 that the projection of the normal direction 16 into the plane that the longitudinal axes 12, 14 span with the transverse axes 13, 17 merges with the parking space transverse axis 13
  • the projection of the normal direction 16 into the plane that spans the longitudinal axes 12, 14 with the vehicle normal axis encloses a predefined second angle with the longitudinal axis 12 of the parking space, which is different from zero and in particular is approximately 51 degrees.
  • the calibration target 6 has, for example, a large number of parallel lines 15a, 15b, 15c on the surface, which are defined by areas with different, compared to their surroundings, for example higher reflectance are defined.
  • the calibration target 6 can, for example, be arranged in such a way that a projection of the parking space transverse axis 13 onto the surface of the calibration target 6 with the lines 15a, 15b, 15c each includes a third predefined angle which is different from zero and is approximately five degrees, for example.
  • FIG. 2 shows the motor vehicle 1 from FIG. 1, a fictitious sensor system 3 being shown instead of the sensor system 2, the orientation of which differs from the sensor system 2 in a way that is given by the arrangement of the calibration target 6.
  • the calibration structures 15a, 15b, 15c can be designed, for example, in such a way that they appear from the viewing direction of the sensor system 2 like lane marking lines that are observed from the viewing direction of the fictitious sensor system 3.
  • the sensor system 2 In order to calibrate the sensor system 2, it sends out laser pulses with different emission angles and thus scans the surface of the calibration target 6. Portions of the laser beams that are reflected from the surface of the calibration target 6, in particular from the lines 15a, 15b, 15c, can be received by the sensor system 2 and, based on this, the sensor system 2 can generate a point cloud from
  • the computing unit 4 transforms the point cloud 5 on the basis of a predetermined one
  • the calibration target 6 is shown by way of example in the sensor coordinate system 8. 6 shows the correspondingly transformed calibration target 6 ‘in the transformed sensor coordinate system 9.
  • the transformed point cloud 5 is shown by way of example in FIG.
  • the transformed point cloud 5 has, in particular, first sampling points 18, which are determined by a first detector of the sensor system 2 based on a first line 15a of the
  • Second scanning points 19 were generated by means of a second detector of the sensor system 2 based on the light components reflected from the first line 15a.
  • Third sampling points 20 were generated by means of the first detector, for example based on components reflected by a second line 15b which is parallel to the first line 15a.
  • Third sampling points 21 were generated by means of the second detector based on light components reflected from the second line 15.
  • a deviation of the transformed sensor coordinate system from a predetermined one is determined by the computing unit 4
  • Reference coordinate system determined.
  • the reference coordinate system results in particular from the nominal alignment of the sensor coordinate system, that is to say from the vehicle coordinate system, which is also determined by means of the specified
  • Transformation rule has been transformed.
  • the reference coordinate system can, for example, be based on geometric relationships of individual scanning points 18, 19, 20, 21 to one another or to others
  • the individual sampling points 18a, 18b, 18c of the first sampling points 18 are at least located
  • sampling points 19a, 19b, 19c of the second sampling points 19 the sampling points 20a, 20b, 20c of the third sampling points 20 and the sampling points 21a, 21b, 21c of the fourth sampling points 21.
  • Sampling points 18 and a corresponding sampling point 19a of the second sampling points 19 are placed.
  • the first scanning points 18 and the second scanning points 19 would all lie on a common straight line, for example.
  • the pitch angle and the yaw angle of the transformed sensor coordinate system with respect to the reference coordinate system can be determined in this way.
  • the roll angle can also be determined in the same way.
  • the reference coordinate system is the same as the transformation by construction of the transformation
  • the angular position of the sensor system 2 is thus also determined by the deviation.
  • point clouds recorded in the future can be normalized so that functions based on the point clouds do not have to explicitly take into account the deviation of the sensor coordinate system from the nominal sensor coordinate system.
  • the angular position of the sensor system becomes
  • Calibration of the sensor system is determined via an apparent detour, in that the point cloud is first transformed and the corresponding deviation from the reference coordinate system is determined.
  • the calibration target used for calibration can be positioned as desired with respect to the sensor system to be calibrated, which saves space while still having a sufficient or increased number of available measuring points and, accordingly, high calibration accuracy.

Abstract

In einem Verfahren zum Kalibrieren eines aktiven optischen Sensorsystems (2) anhand eines Kalibriertargets (6) wird mittels des Sensorsystems (2) eine Punktwolke (5) von Abtastpunkten des Kalibriertargets (6) erzeugt. Jeder Abtastpunkt beinhaltet drei Ortsraumkoordinaten bezüglich eines Sensorkoordinatensystems (8). Die Punktwolke (5) wird mittels einer Recheneinheit (4) anhand einer vorgegebenen Transformationsvorschrift in ein transformiertes Sensorkoordinatensystem (9) transformiert. Eine Abweichung des transformierten Sensorkoordinatensystems (9) von einem vorgegebenen Referenzkoordinatensystem wird mittels der Recheneinheit (4) basierend auf der transformierten Punktwolke (5) bestimmt. Eine Winkellage des Sensorsystems (2) wird mittels der Recheneinheit (4) basierend auf der Abweichung bestimmt.

Description

Kalibrieren eines aktiven optischen Sensorsystems anhand eines Kalibriertargets
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines aktiven optischen
Sensorsystems anhand eines Kalibriertargets. Dabei wird mittels des Sensorsystems eine Punktwolke von Abtastpunkten des Kalibriertargets erzeugt, wobei jeder Abtastpunkt der Punktwolke drei Ortsraumkoordinaten bezüglich eines Sensorkoordinatensystems enthält. Die Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Sensorvorrichtung, ein Kraftfahrzeug, ein Computerprogramm und eine Kalibrieranordnung zum Kalibrieren eines aktiven optischen Sensorsystems eines Kraftfahrzeugs.
Aktive optische Sensorsysteme, wie beispielsweise Lidarsysteme, können an
Kraftfahrzeugen montiert werden, um vielfältige Funktionen elektronischer
Fahrzeugführungssysteme oder Fahrerassistenzsysteme zu realisieren. Diese Funktionen beinhalten Abstandsmessungen, Abstandsregelalgorithmen, Spurhalteassistenten, Objektverfolgungsfunktionen und so weiter. Abweichungen einer Einbauposition und einer Einbauorientierung des Sensorsystems von einer nominalen Orientierung beeinflussen die Genauigkeit der Messwerte beziehungsweise deren Interpretation und Auswertung und damit die Zuverlässigkeit und Robustheit der entsprechenden Funktionen. Daher ist es erforderlich, das aktive optische Sensorsystem zu kalibrieren, um entsprechende Orientierungs- oder Positionsabweichungen kompensieren zu können. Bekannte Verfahren zur Online-Kalibrierung aktiver optischer Sensorsysteme, also zur Kalibrierung während des Normalbetriebs des Kraftfahrzeugs, basieren auf der Abtastung von Referenzstrukturen in der Umgebung des Kraftfahrzeugs, die eine bestimmte geometrische Form aufweisen, insbesondere gerade Linien aufweisen, wie beispielsweise Fahrbahnmarkierungslinien oder Fahrbahnbegrenzungen. Prinzipiell lassen sich solche Verfahren auch auf stationäre Kalibrierungsverfahren anhand von Kalibriertargets in einer definierten Testumgebung übertragen. Dies hat den Vorteil, dass die Kalibrierung in der kontrollierten Testumgebung naturgemäß genauer und mit höherer Zuverlässigkeit durchgeführt werden kann. Es ist denkbar, ein Kalibriertarget einem Objekt einer realen Straßensituation nachzuempfinden, beispielsweise einer Fahrbahnbegrenzungslinie. Dies kann jedoch einen sehr hohen Platzbedarf zur Folge haben, insbesondere um eine ausreichende Anzahl an erfassbaren Abtastpunkten sicherzustellen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept zur Kalibrierung eines aktiven optischen Sensorsystems anzugeben, mit dem eine höhere Genauigkeit bei geringerem Platzbedarf erzielt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte
Weiterbildungen und weitere Ausführungsformen.
Gemäß einem ersten unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein
Verfahren zum Kalibrieren eines aktiven optischen Sensorsystems, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, anhand eines Kalibriertargets angegeben. Gemäß dem Verfahren wird insbesondere das Kalibriertarget bereitgestellt. Mittels des Sensorsystems wird eine Punktwolke von Abtastpunkten des Kalibriertargets, insbesondere einer Oberfläche des Kalibriertargets, erzeugt. Jeder Abtastpunkt der Punktwolke beinhaltet dabei drei Ortsraumkoordinaten bezüglich eines Sensorkoordinatensystems. Die Punktwolke wird mittels einer Recheneinheit, insbesondere des Kraftfahrzeugs, anhand einer
vorgegebenen Transformationsvorschrift in ein transformiertes Sensorkoordinatensystem transformiert. Eine Abweichung des transformierten Sensorkoordinatensystems von einem vorgegebenen Referenzkoordinatensystem, insbesondere eine Abweichung einer Winkellage des transformierten Sensorkoordinatensystems von einer Referenzwinkellage des Referenzkoordinatensystems, wird mittels der Recheneinheit basierend auf der transformierten Punktwolke bestimmt. Eine Winkellage des Sensorsystems wird mittels der Recheneinheit basierend auf der Abweichung bestimmt.
Die Ortsraumkoordinaten können als kartesische Koordinaten, Kugelkoordinaten oder in beliebiger anderer Form vorliegen.
Das Kalibriertarget kann auch als Kalibriervorlage bezeichnet werden. Dabei handelt es sich insbesondere um ein Objekt mit einer, vorzugsweise ebenen oder näherungsweise ebenen, Oberfläche, auf der eine oder mehrere Kalibrierstrukturen aufgebracht sind, die eine definierte und bekannte geometrische Form aufweisen. Bei den Kalibrierstrukturen kann es sich beispielsweise um gerade Linien mit bestimmter geometrischer Beziehung zueinander handeln. Beispielsweise kann es sich bei den Kalibrierstrukturen um zueinander parallele Linien handeln.
Hier und im Folgenden kann ein aktives optisches Sensorsystem dadurch als solches definiert sein, dass es eine Sendeeinheit mit einer Lichtquelle, insbesondere zum
Aussenden von Licht beziehungsweise Lichtpulsen, aufweist. Die Lichtquelle kann insbesondere als Laser ausgestaltet sein. Des Weiteren weist ein aktives optisches Sensorsystem eine Empfangseinheit mit mindestens einem optischen Detektor, insbesondere zum Erfassen von Licht oder von Lichtimpulsen, insbesondere reflektierter Anteile des ausgesendeten Lichts, auf. Das aktive optische Sensorsystem ist
insbesondere dazu eingerichtet, basierend auf dem detektierten Licht eines oder mehrere Sensorsignale zu erzeugen und zu verarbeiten und/oder auszugeben.
Hier und im Folgenden kann der Begriff„Licht“ derart verstanden werden, dass damit elektromagnetische Wellen im sichtbaren Bereich, im Infrarotbereich und/oder im ultravioletten Bereich umfasst sind. Dementsprechend kann auch der Begriff„optisch“ derart verstanden werden, dass er sich auf Licht nach diesem Verständnis bezieht.
Das Licht, welches von dem aktiven optischen Sensorsystem ausgesendet wird, kann insbesondere infrarotes Licht, beispielsweise mit einer Wellenlänge von 905 nm, ungefähr 905 nm, 1.200 nm oder ungefähr 1 .200 nm beinhalten. Unter diesen
Wellenlängenangaben kann jeweils ein Wellenlängenbereich mit einer breiteren
Verteilung verstanden werden, welche für die entsprechende Lichtquelle typisch ist.
Im vorliegenden Fall des aktiven optischen Sensorsystems kann es sich bei der
Lichtquelle beispielsweise um eine Laserquelle handeln. Die genannten Wellenlängen können, im Rahmen üblicher Toleranzen, beispielsweise Peakwellenlängen des
Laserspektrums entsprechen.
Insbesondere kann die Oberfläche des Kalibriertargets verschiedene Bereiche mit unterschiedlichen Reflexionsgraden aufweisen, um die Kalibrierstrukturen zu definieren. Beispielsweise können die Kalibrierstrukturen durch jeweilige Teilbereiche auf der Oberfläche des Kalibriertargets mit einer ersten Reflektivität definiert sein, wobei die Bereiche mit der ersten Reflektivität von Bereichen mit einer zweiten, von der ersten verschiedenen, Reflektivität umgeben sind. Beispielsweise kann die erste Reflektivität höher sein als die zweite Reflektivität. Dadurch wird insbesondere Licht, das von dem aktiven optischen Sensorsystem auf das Kalibriertarget ausgesandt wird, bevorzugt von den Kalibrierstrukturen reflektiert oder stärker von den Kalibrierstrukturen reflektiert als von den diese umgebenden Bereiche.
Die Reflektivität kann dabei insbesondere verstanden werden als Reflektivität für Licht, welches von dem optischen Sensorsystem ausgesendet wird.
Der Umstand, dass die Punktwolke mittels des Sensorsystems erzeugt wird, kann beispielsweise derart verstanden werden, dass mittels der Empfangseinheit basierend auf detektierten Anteilen des reflektierten Lichts wenigstens ein Sensorsignal erzeugt wird und die Recheneinheit basierend auf dem wenigstens einen Sensorsignal entsprechende Abtastpunkte der Punktwolke erzeugt, wobei jeder Abtastpunkt ein dreidimensionales Koordinatentupel von Ortsraumkoordinaten, insbesondere in dem
Sensorkoordinatensystem, enthält.
Das Sensorsystem kann beispielsweise eine Ablenkeinrichtung, beispielsweise mit einem beweglichen oder drehbar gelagerten Spiegel, beinhalten, mittels der von der
Sendeeinheit erzeugtes Licht kontrolliert abgelenkt werden kann.
Insbesondere entspricht eine Längsachse des Sensorsystems, welche beispielsweise eine X-Achse des Sensorkoordinatensystems definiert, einer Aussenderichtung der Lichtstrahlen bei einem Aussendewinkel von Null Grad, also beispielsweise bei einer Neutralstellung der Ablenkvorrichtung. Die Ablenkvorrichtung kann von der
Neutralstellung abweichende Stellungen einnehmen, um die Lichtstrahlen abzulenken, sodass die Lichtstrahlen innerhalb einer Sendeebene des Sensorsystems aus dem Sensorsystem austreten. Eine Querachse des Sensorsystems, welche beispielsweise eine Y-Achse des Sensorkoordinatensystems definiert, liegt innerhalb der Sendeebene und steht beispielsweise senkrecht auf der Längsachse, welche per Konstruktion ebenfalls innerhalb der Sendeebene liegt. Eine Normalachse des Sensorsystems steht senkrecht auf der Längsachse und der Querachse des Sensorsystems. Die Normalachse des Sensorsystems definiert beispielsweise eine Z-Achse des Koordinatensystems.
Mit anderen Worten ist eine Blickrichtung oder Aussenderichtung des Sensorsystems bei Neutralstellung beispielsweise gleich der X-Achse des Sensorkoordinatensystems. Die Sendeebene ist beispielsweise durch die XY-Ebene des Sensorkoordinatensystems gegeben. Das Sensorsystem kann das Licht mit unterschiedlichen Aussendewinkeln innerhalb der Sendeebene aussenden.
Die reflektierten Anteile des Lichts können mittels der Empfangseinheit beispielsweise ortsaufgelöst empfangen werden, sodass unterschiedliche Empfangswinkel oder -richtungen erfasst und bestimmt werden können. Zudem kann, beispielsweise mittels einer Lichtlaufzeitmessung, eine Entfernung zwischen dem Sensorsystem und einem Punkt oder Objekt, an dem das Licht reflektiert wurde, bestimmt werden. In dieser Weise ist es möglich, die Punktwolke als dreidimensionale Punktwolke, also als Punktwolke aus dreidimensionalen Ortsraumkoordinatentupeln, zu erzeugen.
Die Ortsauflösung der Empfangseinheit kann beispielsweise erzielt werden, indem die Empfangseinheit mindestens zwei optische Detektoren aufweist. Die Gesamtheit aller mittels eines der Detektoren erfassten Abtastpunkte wird auch als Lage bezeichnet.
Eine Fahrzeuglängsachse oder Längsachse des Kraftfahrzeugs, welche beispielsweise eine X-Achse eines Fahrzeugkoordinatensystems definiert, ist beispielsweise gegeben durch eine Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs bei Neutralstellung eines Lenksystems des Kraftfahrzeugs oder bei einem Lenkwinkel, insbesondere einem Radwinkel oder einem Lenkradwinkel, des Kraftfahrzeugs von Null Grad. Eine Fahrzeugquerachse oder Querachse des Kraftfahrzeugs steht senkrecht auf der Längsachse des Kraftfahrzeugs und liegt in einer Ebene, die parallel zur Fahrbahn ist, beziehungsweise parallel zu einer Ebene, innerhalb der Auflagepunkte der Räder des Kraftfahrzeugs auf der Fahrbahn liegen. Die Querachse des Kraftfahrzeugs definiert insbesondere eine Y-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems. Eine Fahrzeugnormalachse oder Normalachse des Kraftfahrzeugs, welche insbesondere eine Z-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems definiert, steht senkrecht auf der Längsachse und der Querachse des Kraftfahrzeugs.
Insbesondere besteht die Punktwolke aus den Koordinatentupeln der Absatzpunkte im Sensorkoordinatensystem und die transformierte Punktwolke besteht aus
entsprechenden Koordinatentupeln der Abtastpunkte in dem transformierten
Sensorkoordinatensystem. Unter der Transformation anhand der Transformationsvorschrift kann insbesondere eine lineare Abbildung verstanden werden, mittels der aus den drei Ortsraumkoordinaten des Abtastpunkts im Sensorkoordinatensystem entsprechende drei Ortsraumkoordinaten des Abtastpunkts im transformierten Sensorkoordinatensystem berechnet werden. Die Transformation der Punktwolke beinhaltet insbesondere die Transformation jedes der Abtastpunkte der Punktwolke mittels derselben Transformationsvorschrift.
Die Transformationsvorschrift ergibt sich insbesondere aus dem vorgegebenen
Referenzkoordinatensystem und einem vorgegebenen nominalen Sensorkoordinaten system. Dabei wird das nominale Sensorkoordinatensystem anhand der vorgegebenen Transformationsvorschrift auf das Referenzkoordinatensystem abgebildet.
Zum Erzeugen eines der Abtastpunkte wird insbesondere mittels der Sendeeinheit des Sensorsystems Licht in eine Umgebung des Sensorsystems ausgesendet und reflektierte Anteile des Lichts werden durch die Empfangseinheit des Sensorsystems empfangen. Basierend auf den reflektierten Anteilen werden die Ortsraumkoordinaten des jeweiligen Abtastpunkts bestimmt. Dabei kann die Empfangseinheit insbesondere die mindestens zwei Detektoren enthalten, wobei die Ortsraumkoordinaten des Abtastpunkts abhängig davon bestimmt werden, von welchem der Detektoren die reflektierten Anteile erfasst oder vornehmlich erfasst werden.
Die Abweichung des transformierten Sensorkoordinatensystems von dem Referenz koordinatensystem ist insbesondere eindeutig festgelegt durch drei Rotationswinkel oder Eulerwinkel und entspricht also einer Abweichung der Orientierung des transformierten Sensorkoordinatensystems von der Orientierung des Referenzkoordinatensystems.
Gemäß zumindest einer Au sfüh rungsform wird die Winkellage des Sensorsystems als weitere Abweichung des Sensorkoordinatensystems von dem nominalen
Sensorkoordinatensystem bestimmt. Das nominale Sensorkoordinatensystem ist dadurch definiert, dass es durch Transformation anhand der vorgegebenen
Transformationsvorschrift auf das Referenzkoordinatensystem abgebildet wird.
Mit anderen Worten ist das Referenzkoordinatensystem dadurch definiert, dass es durch Transformation des nominalen Sensorkoordinatensystems anhand der Transformations vorschrift erzeugt wird. Zur vollständigen Definition müssen also das nominale Sensorkoordinatensystem und die Transformationsvorschrift oder das Referenz koordinatensystem und die Transformationsvorschrift vorgegeben sein oder das nominale Sensorkoordinatensystem und das Referenzkoordinatensystem.
Die weitere Abweichung des Sensorkoordinatensystems von dem nominalen
Sensorkoordinatensystem beziehungsweise die Winkellage des Sensorsystems können beispielsweise durch einen Nickwinkel, einen Gierwinkel und einen Rollwinkel des Sensorsystems beziehungsweise des Sensorkoordinatensystems definiert sein. Dabei sind der Nick-, Gier- und Rollwinkel des Sensorsystems als Rotationswinkel oder
Eulerwinkel des Sensorkoordinatensystems bezüglich des nominalen
Sensorkoordinatensystems nach einer vorgegebenen Konvention definiert.
Die Konvention kann beispielsweise derart sein, dass sich das Sensorkoordinatensystem aus dem nominalen Sensorkoordinatensystem durch die folgenden drei Rotationen ergibt, wobei davon ausgegangen wird, dass das Sensorkoordinatensystem und das nominale Sensorkoordinatensystem zunächst identisch sind: Das Sensorkoordinatensystem wird um den Gierwinkel um die Z-Achse des nominalen Sensorkoordinatensystems rotiert. Danach wird das resultierende Sensorkoordinatensystem um den Nickwinkel um die resultierende Y-Achse des resultierenden Sensorkoordinatensystems rotiert. Danach wird das resultierende Sensorkoordinatensystem um den Rollwinkel um die resultierende X- Achse des resultierenden Sensorkoordinatensystems rotiert. Andere Konventionen sind ebenfalls möglich.
Falls der Gier- und der Rollwinkel gleich Null sind, entspricht der Nickwinkel insbesondere einem Rotationswinkel des Sensorkoordinatensystems um die Y-Achse des nominalen Sensorkoordinatensystems. Falls der Gier- und der Nickwinkel gleich Null sind, entspricht der Rollwinkel insbesondere einem Rotationswinkel des Sensorkoordinatensystems um die X-Achse des nominalen Sensorkoordinatensystems. Falls der Nick- und der Roll winkel gleich Null sind, entspricht der Gierwinkel insbesondere einem Rotationswinkel des Sensorkoordinatensystems um die Z-Achse des nominalen Sensorkoordinatensystems.
Analog kann auch die Transformationsvorschrift, die das Sensorkoordinatensystem in das transformierte Sensorkoordinatensystem überführt kann durch die Angabe entsprechen der Gier-, Nick- und Rollwinkel des transformierten Sensorkoordinatensystem bezüglich des Sensorkoordinatensystems definiert werden. Gemäß dem verbesserten Konzept kann die Position beziehungsweise Orientierung des Kalibriertargets bezüglich des Sensorsystems unabhängig von dem Algorithmus oder den Rechenvorschriften zur Bestimmung der Abweichung oder der Winkellage gewählt werden. Dadurch kann insbesondere eine Position des Kalibriertargets gewählt werden, die besonders gut mit der Blickrichtung, dem Scanbereich oder dem Sichtfeld des Sensorsystems korrespondiert. Dadurch ist eine Platzeinsparung bei der Kalibrierung möglich. Zusätzlich ist jedoch die Auswahl des Algorithmus zur Bestimmung der Winkellage aus der Punktwolke nicht durch die Position des Kalibriertargets begrenzt. Indem die abgetasteten Kalibrierstrukturen auf der Oberfläche des Kalibriertargets gewissermaßen mittransformiert werden, können sie derart gewählt werden, dass sie im transformierten Sensorkoordinatensystem eine gewünschte, insbesondere für den Algorithmus vorteilhafte, geometrische Form oder Orientierung aufweisen.
Insbesondere kann durch das verbesserte Konzept ein Algorithmus zur Berechnung der Winkellage herangezogen werden, der originär für ein Online-Kalibrierverfahren vorgesehen ist. Solche Algorithmen können beispielsweise die Form und Anordnung geometrischer Strukturen in der Umgebung des Sensorsystems ausnutzen,
beispielsweise die Geradlinigkeit von Fahrbahnmarkierungen oder Fahrbahn
begrenzungen, um Abweichungen der Sensororientierung von der nominellen
Orientierung zu bestimmen. Durch die Transformation nach dem verbesserten Konzept ist dies auch beim Kalibrieren anhand eines Kalibriertargets möglich.
Insgesamt vereint das verbesserte Konzept die Vorteile des Kalibrierens anhand eines Kalibriertargets, nämlich eine entsprechend hohe Genauigkeit aufgrund der kontrollierten Umgebung und der exakt bekannten geometrischen Form der Kalibrierstrukturen, mit den Vorteilen einer Online-Kalibrierung, insbesondere der Anwendbarkeit der entsprechenden Algorithmen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem verbesserten Konzept ist das Sensorsystem derart ausgerichtet, dass die Längsachse des
Sensorsystems die Oberfläche des Kalibriertargets schneidet. Mit anderen Worten befindet sich das Kalibriertarget frontal vor dem Sensorsystem. Dadurch kann der Scanbereich des Sensorsystems zu einem großen Teil ausgenutzt werden, was zu Folge hat, dass potentiell viele Abtastpunkte auf dem Kalibriertarget liegen können, sodass viele Messpunkte zur Verfügung stehen, was schlussendlich zu einer höheren Genauigkeit der Kalibrierung führt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird jeder Abtastpunkt der Punktwolke mittels der Recheneinheit der linearen Transformation unterzogen, welche eine Rotation beinhaltet, um die Punktwolke anhand der Transformationsvorschrift in das transformierte Sensorkoordinatensystem zu transformieren.
Die Rotation beinhaltet dabei insbesondere die drei oben beschriebenen Rotationen, die zu der Winkellage des Sensorsystems gegeben durch Nickwinkel, Gierwinkel und
Rollwinkel führen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das nominale Sensorkoordinatensystem durch das Fahrzeugkoordinatensystem gegeben oder definiert. Insbesondere ist das nominale Sensorkoordinatensystem durch die Fahrzeuglängsachse, die
Fahrzeugquerachse und die Fahrzeugnormalachse des Kraftfahrzeugs gegeben oder definiert, wobei das Sensorsystem an dem Kraftfahrzeug montiert ist.
Dabei kann beispielsweise jede Koordinatenachse des nominalen Sensorkoordinaten systems parallel zu einer entsprechenden der Fahrzeuglängsachse, der Fahrzeugquer achse und der Fahrzeugnormalachse sein. Alternativ können die Koordinatenachsen des nominalen Sensorkoordinatensystems jeweils vordefinierte Winkel mit der Fahrzeug längsachse, der Fahrzeugquerachse und der Fahrzeugnormalachse einschließen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Sensorkoordinatensystem anhand der Transformationsvorschrift derart in das transformierte Sensorkoordinatensystem transformiert, dass das transformierte Sensorkoordinatensystem bezüglich des
Sensorkoordinatensystems den Gierwinkel aufweist, der von Null verschieden ist.
Der genaue Wert des Gierwinkels hängt von den geometrischen Formen und
Ausrichtungen des Kalibriertargets beziehungsweise der Kalibrierstrukturen ab. Der Gierwinkel ist insbesondere derart auf die Position und Ausrichtung des Kalibriertargets abgestimmt, dass die transformierten Kalibrierstrukturen anhand der
Transformationsvorschrift auf näherungsweise parallelen Linien auf der Fahrbahn abgebildet werden, die zusätzlich näherungsweise parallel zu der Fahrzeuglängsachse sind.
Gemäß zumindest einer Au sfüh rungsform wird das Sensorkoordinatensystem anhand der Transformationsvorschrift derart in das transformierte Sensorkoordinatensystem transformiert, dass das transformierte Sensorkoordinatensystem bezüglich des
Sensorkoordinatensystems den Nickwinkel aufweist, der von Null verschieden ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Sensorkoordinatensystem anhand der Transformationsvorschrift derart in das transformierte Sensorkoordinatensystem transformiert, dass das transformierte Sensorkoordinatensystem bezüglich des
Sensorkoordinatensystems den Rollwinkel aufweist, der von Null verschieden ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der Gierwinkel, der Nickwinkel und der Rollwinkel jeweils ungleich Null.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mittels der Sendeeinheit des
Sensorsystems das Licht in die Umgebung des Sensorsystems ausgesendet und die reflektierten Anteile des Lichts werden durch die Empfangseinheit des Sensorsystems empfangen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden zum Erzeugen der Punktwolke abhängig von den reflektierten Anteilen wenigstens zwei erste Abtastpunkte einer ersten Kalibrierstruktur des Kalibriertargets mittels eines ersten Detektors der Empfangseinheit bestimmt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden zum Erzeugen der Punktwolke abhängig von den reflektierten Anteilen wenigstens zwei zweite Abtastpunkte der ersten Kalibrierstruktur mittels eines zweiten Detektors der Empfangseinheit bestimmt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden zum Erzeugen der Punktwolke abhängig von den reflektierten Anteilen wenigstens zwei dritte Abtastpunkte einer zweiten Kalibrierstruktur des Kalibriertargets mittels des ersten oder mittels des zweiten Detektors oder mittels eines dritten Detektors der Empfangseinheit bestimmt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die wenigstens zwei ersten
Abtastpunkte und/oder die wenigstens zwei zweiten Abtastpunkte und/oder die wenigstens zwei dritten Abtastpunkte durch das Transformieren der Punktwolke in das transformierte Sensorkoordinatensystem transformiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Abweichung mittels der Recheneinheit basierend auf wenigstens einer geometrischen Beziehung zwischen den wenigstens zwei transformierten ersten Abtastpunkten und den wenigstens zwei transformierten zweiten Abtastpunkten bestimmt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Abweichung mittels der Recheneinheit basierend auf wenigstens einer geometrischen Beziehung zwischen den wenigstens zwei transformierten ersten Abtastpunkten und den wenigstens zwei transformierten dritten Abtastpunkten bestimmt.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird eine Sensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug angegeben, wobei die Sensorvorrichtung ein aktives optisches Sensorsystem und eine mit dem Sensorsystem gekoppelte
Recheneinheit aufweist. Das Sensorsystem ist dazu eingerichtet, eine Punktwolke von Abtastpunkten eines Kalibriertargets, insbesondere einer Oberfläche des Kalibriertargets, zu erzeugen, wobei sich das Kalibriertarget in einer Umgebung der Sensorvorrichtung beziehungsweise in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs befindet. Jeder Abtastpunkt der Punktwolke beinhaltet drei Ortsraumkoordinaten bezüglich eines Sensorkoordinaten systems des Sensorsystems. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, die Punktwolke anhand einer vorgegebenen Transformationsvorschrift in ein transformiertes
Sensorkoordinatensystem zu transformieren. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, eine Abweichung des transformierten Sensorkoordinatensystems von einem
vorgegebenen Referenzkoordinatensystem basierend auf der transformierten Punktwolke zu bestimmen. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, eine Winkellage des
Sensorsystems basierend auf der Abweichung zu bestimmen. Gemäß zumindest einer Au sfüh rungsform ist das Sensorsystem als Lidarsystem ausgestaltet.
Gemäß zumindest einer Au sfüh rungsform beinhaltet die Sendeeinheit des
Sensorsystems, insbesondere die Lichtquelle, einen Infrarotlaser.
Weitere Ausführungsformen der Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept ergeben sich unmittelbar aus den verschiedenen Ausführungsformen des Verfahrens zum Kalibrieren eines aktiven optischen Sensorsystems nach dem verbesserten Konzept und umgekehrt. Insbesondere kann ein Sensorsystem nach dem verbesserten Konzept dazu eingerichtet oder programmiert sein, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen oder eine Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept führt ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durch.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Kraftfahrzeug angegeben, welches eine Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept aufweist.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Computerprogramm mit Befehlen angegeben. Bei Ausführung des Computerprogramms durch eine Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept, insbesondere durch die Recheneinheit der Sensorvorrichtung, veranlassen die Befehle die Sensorvorrichtung dazu, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein computerlesbares Speichermedium angegeben, auf welchem ein Computerprogramm nach dem verbesserten Konzept gespeichert ist.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird eine Kalibrieranordnung zum Kalibrieren eines aktiven optischen Sensorsystems eines Kraftfahrzeugs angegeben.
Bei dem Kalibriertarget, auf das zur Beschreibung des Verfahrens beziehungsweise der Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept Bezug genommen wurde, kann es sich insbesondere um ein Kalibriertarget einer Kalibrieranordnung nach dem verbesserten Konzept handeln.
Insbesondere kann das Verfahren zum Kalibrieren des aktiven optischen Sensorsystems nach dem verbesserten Konzept mittels einer Kalibrieranordnung oder in einer
Kalibrieranordnung nach dem verbesserten Konzept durchgeführt werden.
Die Kalibrieranordnung nach dem verbesserten Konzept weist ein Kalibriertarget und einen Stellplatz mit einer Stellplatzlängsachse und einer Stellplatzquerachse auf. Der Stellplatz ist derart ausgestaltet, dass das Kraftfahrzeug auf dem Stellplatz positioniert werden kann, sodass eine Fahrzeuglängsachse des Kraftfahrzeugs entlang der
Stellplatzlängsachse ausgerichtet ist und eine Fahrzeugquerachse des Kraftfahrzeugs entlang der Stellplatzquerachse ausgerichtet ist. Die Kalibrierachse weist eine ebene oder näherungsweise ebene, insbesondere dem Kraftfahrzeug zugewandte, Oberfläche auf, auf der eine erste Kalibrierstruktur und eine zweite Kalibrierstruktur angeordnet sind. Die erste Kalibrierstruktur weist eine erste gerade Linie auf und die zweite Kalibrierstruktur weist eine zweite gerade Linie auf, die parallel zu der ersten geraden Linie ist. Eine Normalrichtung der Oberfläche ist nicht parallel zu der Stellplatzquerachse.
Die Stellplatzlängsachse und die Stellplatzquerachse stehen insbesondere senkrecht aufeinander und jeweils senkrecht auf einem Untergrund des Stellplatzes. Wenn das Kraftfahrzeug auf dem Stellplatz positioniert ist, steht es insbesondere auf dem
Untergrund, welcher beispielsweise eine Fahrbahn repräsentiert.
Dass die Stellplatzlängsachse und die Stellplatzquerachse parallel zu der
Fahrzeuglängsachse beziehungsweise zu der Fahrzeugquerachse ausgerichtet sind, kann derart verstanden werden, dass die Fahrzeuglängsachse parallel zu der
Stellplatzlängsachse ist und die Fahrzeugquerachse parallel zu der Stellplatzquerachse.
Dass die Normalrichtung der Oberfläche nicht parallel zu der Stellplatzquerachse ist, kann insbesondere derart verstanden werden, dass die Normalrichtung mit einer Achse parallel zu der Stellplatzquerachse einen ersten Winkel einschließt, der von Null verschieden ist. Dabei handelt es sich bei der Achse parallel zu der Stellplatzquerachse insbesondere um eine Achse, welche die Normalrichtung der Oberfläche schneidet. Gemäß zumindest einer Au sfüh rungsform schließt die Achse parallel zur Stellplatzquer achse mit einer Projektion der Normalrichtung der Oberfläche in die Ebene, die durch die Stellplatzquerachse und die Stellplatzlängsachse aufgespannt wird einen Winkel ein, der von Null verschieden ist, insbesondere gleich oder näherungsweise gleich 90 Grad ist.
Dies hat insbesondere zur Folge, dass ein Gierwinkel des transformierten Sensorkoordi natensystems bezüglich des Sensorkoordinatensystem von Null verschieden ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Normalrichtung der Oberfläche nicht parallel zu der Stellplatzlängsachse.
Mit anderen Worten schließt die Normalrichtung der Oberfläche mit einer Achse parallel zu der Stellplatzlängsachse einen zweiten Winkel ein, der von Null verschieden ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform schließt die Achse parallel zur Stellplatzlängs achse mit der Projektion der Normalrichtung der Oberfläche in die Ebene, die durch die Stellplatznormalachse und die Stellplatzlängsachse aufgespannt wird einen Winkel ein, der von Null verschieden ist, insbesondere im Bereich von 40 bis 60 Grad liegt, beispielsweise gleich oder näherungsweise gleich 50 Grad ist.
Dies hat insbesondere zur Folge, dass ein Nickwinkel des transformierten Sensorkoordi natensystems bezüglich des Sensorkoordinatensystem von Null verschieden ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die erste und die zweite Linie jeweils nicht parallel zu einer Projektion der Stellplatzquerachse auf die Oberfläche.
Mit anderen Worten schließt die erste Linie und schließt die zweite Linie mit der
Projektion der Stellplatzachse auf die Oberfläche jeweils einen dritten Winkel ein, der von Null verschieden ist und beispielsweise im Bereich von 0 bis 10 Grad liegen kann, insbesondere gleich oder näherungsweise gleich 5 Grad ist.
Dies hat insbesondere zur Folge, dass ein Rollwinkel des transformierten Sensorkoordi natensystems bezüglich des Sensorkoordinatensystem von Null verschieden ist. Durch die Transformation der Kalibrierstrukturen beziehungsweise der Abtastpunkte der Kalibrierstrukturen mittels der vorgegebenen Transformationsvorschrift werden die Kalibrierstrukturen effektiv auf eine gewünschte Referenzkalibrierstruktur abgebildet. Diese können beispielsweise Fahrbahnmarkierungslinien oder Fahrbahnbegrenzungen nachbilden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinatio nen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als erfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch
Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von denen abweichen.
In den Figuren zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer
beispielhaften Ausführungsform einer Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer
Kalibrieranordnung nach dem verbesserten Konzept; Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Kalibriertargets einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Kalibrieranordnung nach dem verbesserten Konzept; Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Kalibriertargets einer weiteren
beispielhaften Ausführungsform einer Kalibrieranordnung nach dem verbesserten Konzept;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Kalibriertargets einer weiteren
beispielhaften Ausführungsform einer Kalibrieranordnung nach dem verbesserten Konzept; und
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Punktwolke gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens nach dem verbesserten Konzept.
In Fig. 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 gezeigt, welches eine Sensorvorrichtung 7 nach dem verbesserten Konzept aufweist. Die Sensorvorrichtung 7 beinhaltet ein Sensorsystem 2, welches beispielsweise als Lidarsystem ausgestaltet ist. Eine nominale Orientierung des Sensorsystems 2 ist gegeben durch ein nominales Sensorkoordinatensystem, welches beispielsweise definiert ist durch eine Längsachse 14 des Kraftfahrzeugs 1 , eine Querachse 17 des Kraftfahrzeugs 1 sowie eine (nicht dargestellte) Normalachse des Kraftfahrzeugs 1. Eine tatsächliche Orientierung des Sensorsystems 2 ist gegeben durch ein Sensorkoordinatensystem, welches im Allgemeinen von dem nominalen Sensor- koordinatensystem abweicht.
Insbesondere kann das Sensorsystem 2 Laserpulse beziehungsweise Laserstrahlen innerhalb einer Sendeebene mit unterschiedlichen Auslenkungswinkeln aussenden. Ist der Aussendewinkel gleich Null, so entspricht die Aussenderichtung des Laserstrahls, unter der Annahme, dass das Sensorkoordinatensystem nicht von dem nominalen Sensorkoordinatensystem abweicht, beispielsweise der Längsachse 14. Die
Laserstrahlen für unterschiedliche Aussendewinkel liegen in diesem Fall in der durch die Längsachse 14 und die Querachse 17 aufgespannten Ebene. Im Allgemeinen ergeben sich entsprechende Abweichungen. Die Sensorvorrichtung 7 weist außerdem eine Recheneinheit 4 auf, die mit dem
Sensorsystem 2 verbunden ist.
In Fig. 1 ist auch ein Kalibriertarget 6 dargestellt.
In Fig. 3 ist eine Kalibrieranordnung 10 nach dem verbesserten Konzept dargestellt. Es sind das Kalibriertarget 6 und das Sensorsystem 2 gezeigt, sowie die Längsachse 14 und die Querachse 13 des Kraftfahrzeugs 1. Das Kraftfahrzeug 1 selbst ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Das Kraftfahrzeug 1 befindet sich auf einem Untergrund 1 1 , welcher einen Stellplatz der Kalibrieranordnung 10 definiert. Insbesondere ist das Kraftfahrzeug 1 derart auf dem Untergrund 1 1 angeordnet, dass die Fahrzeuglängsachse 14 einer Stellplatzlängsachse 12 entspricht und die Fahrzeugquerachse 17 einer Stellplatzquerachse 13 der
Kalibrieranordnung entspricht.
Das Kalibriertarget 6 weist eine näherungsweise ebene Oberfläche mit einer
Normalrichtung 16 auf, die senkrecht auf der Oberfläche steht. Das Kalibriertarget 6 ist derart bezüglich der Stellplatzlängsachse 12 und der Stellplatzquerachse 13 angeordnet, dass die Projektion der Normalrichtung 16 in die Ebene, welche die Längsachsen 12, 14 mit den Querachsen 13, 17 aufspannen, mit der Stellplatzquerachse 13 einen
vordefinierten ersten Winkel einschließt, der von Null verschieden ist und insbesondere näherungsweise 90 Grad beträgt. Ferner schließt die Projektion der Normalrichtung 16 in die Ebene, welche die Längsachsen 12, 14 mit der Fahrzeugnormalachse aufspannt, mit der Stellplatzlängsachse 12 einen vordefinierten zweiten Winkel einschließt, der von Null verschieden ist und insbesondere näherungsweise 51 Grad beträgt.
In Fig. 4 ist eine Frontalansicht des Kalibriertargets 6 gezeigt, also eine Ansicht entlang der Normalrichtung 16. Das Kalibriertarget 6 weist auf der Oberfläche beispielsweise eine Vielzahl paralleler Linien 15a, 15b, 15c auf, die durch Bereiche mit im Vergleich zu ihrer Umgebung verschiedenem, beispielsweise höherem Reflexionsgrad definiert sind.
Das Kalibriertarget 6 kann beispielsweise derart angeordnet sein, dass eine Projektion der Stellplatzquerachse 13 auf die Oberfläche des Kalibriertargets 6 mit den Linien 15a, 15b, 15c jeweils einen dritten vordefinierten Winkel einschließt, der von Null verschieden ist und beispielsweise näherungsweise fünf Grad beträgt.
Fig. 2 zeigt das Kraftfahrzeug 1 der Fig. 1 , wobei anstelle des Sensorsystems 2 ein fiktives Sensorsystem 3 dargestellt ist, dessen Ausrichtung sich von dem Sensorsystem 2 in einer Weise unterscheidet, die durch die Anordnung des Kalibriertargets 6 gegeben ist. Die Kalibrierstrukturen 15a, 15b, 15c können beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass sie aus der Blickrichtung des Sensorsystems 2 erscheinen wie Fahrbahnmar kierungslinien, die aus der Blickrichtung des fiktiven Sensorsystems 3 beobachtet werden.
Zum Kalibrieren des Sensorsystems 2 sendet dieses Laserpulse mit verschiedenen Aussendewinkeln aus und tastet damit die Oberfläche des Kalibriertargets 6 ab. Anteile der Laserstrahlen, die von der Oberfläche des Kalibriertargets 6 reflektiert werden, insbesondere von den Linien 15a, 15b, 15c, können von dem Sensorsystem 2 empfangen werden und das Sensorsystem 2 kann basierend darauf eine Punktwolke von
Abtastpunkten erzeugen.
Die Recheneinheit 4 transformiert die Punktwolke 5 anhand einer vorgegebenen
Transformationsvorschrift in ein transformiertes Sensorkoordinatensystem, welches mit dem ersten, dem zweiten und dem dritten Winkel des Kalibriertargets 6 korrespondiert.
In Fig. 5 ist das Kalibriertarget 6 beispielhaft in dem Sensorkoordinatensystem 8 dargestellt. Fig. 6 zeigt das entsprechend transformierte Kalibriertarget 6‘ in dem transformierten Sensorkoordinatensystem 9.
In Fig. 7 ist die transformierte Punktwolke 5 beispielhaft dargestellt. Die transformierte Punktwolke 5 weist insbesondere erste Abtastpunkte 18 auf, die mittels eines ersten Detektors des Sensorsystems 2 basierend auf von einer ersten Linie 15a des
Kalibriertargets reflektierten Lichtstrahlen erzeugt wurden. Zweite Abtastpunkte 19 wurden mittels eines zweiten Detektors des Sensorsystems 2 basierend auf den von der ersten Linie 15a reflektierten Lichtanteilen erzeugt. Dritte Abtastpunkte 20 wurden mittels des ersten Detektors beispielsweise basierend auf von einer zweiten Linie 15b, welche zur ersten Linie 15a parallel ist, reflektierten Anteilen erzeugt. Dritte Abtastpunkte 21 wurden mittels des zweiten Detektors basierend auf von der zweiten Linie 15 reflektierten Lichtanteilen erzeugt.
Nach der Transformation wird mittels der Recheneinheit 4 eine Abweichung des transformierten Sensorkoordinatensystems von einem vorgegebenen
Referenzkoordinatensystem bestimmt. Das Referenzkoordinatensystem ergibt sich dabei insbesondere aus der nominalen Ausrichtung des Sensorkoordinatensystems, also aus dem Fahrzeugkoordinatensystem, welches ebenfalls mittels der vorgegebenen
Transformationsvorschrift transformiert wurde. Eine entsprechende Abweichung des Sensorkoordinatensystems von dem nominalen Sensorkoordinatensystem
beziehungsweise dem Fahrzeugkoordinatensystem wurde also gewissermaßen mittransformiert.
Die Abweichung des transformierten Sensorkoordinatensystems von dem
Referenzkoordinatensystem kann beispielsweise durch geometrische Beziehungen einzelner der Abtastpunkte 18, 19, 20, 21 zueinander oder zu sonstigen
Referenzstrukturen bestimmt werden.
Dadurch, dass die geraden Linien 15a, 15b, 15c parallel zueinander sind, liegen die einzelnen Abtastpunkte 18a, 18b, 18c der ersten Abtastpunkte 18 wenigstens
näherungsweise auf einer geraden Linie. Dasselbe gilt jeweils für die Abtastpunkte 19a, 19b, 19c der zweiten Abtastpunkten 19, die Abtastpunkte 20a, 20b, 20c der dritten Abtastpunkte 20 sowie die Abtastpunkte 21 a, 21 b, 21 c der vierten Abtastpunkte 21 .
Ebenso kann eine weitere gerade Linie durch einen Abtastpunkt 18a der ersten
Abtastpunkte 18 und einen entsprechenden Abtastpunkt 19a der zweiten Abtastpunkte 19 gelegt werden.
Würde keine Abweichung zwischen dem transformierten Sensorkoordinatensystem und dem Referenzkoordinatensystem bestehen, so würden die ersten Abtastpunkte 18 und die zweiten Abtastpunkte 19 beispielsweise alle auf einer gemeinsamen geraden Linie liegen. Durch die Abweichung der Linie, welche die einander entsprechenden
Abtastpunkte 18a und 19a miteinander verbindet von den jeweiligen Linien, auf denen die ersten Abtastpunkte 18a, 18b, 18c beziehungsweise die zweiten Abtastpunkte 19a, 19b, 19c liegen, kann die Abweichung des transformierten Sensorkoordinatensystems von dem Referenzkoordinatensystem bestimmt werden. Insbesondere können auf diese Weise der Nickwinkel und der Gierwinkel des transformierten Sensorkoordinatensystems bezüglich des Referenzkoordinatensystems bestimmt werden. Analog kann auch der Rollwinkel bestimmt werden.
De Abweichung des transformierten Sensorkoordinatensystems bezüglich des
Referenzkoordinatensystems ist per Konstruktion der Transformation gleich der
Abweichung des Sensorkoordinatensystems von dem nominellen
Sensorkoordinatensystem. Damit ist durch die Abweichung auch die Winkellage des Sensorsystems 2 bestimmt.
Indem die Winkellage des Sensorsystems 2 bekannt ist, können zukünftig erfasste Punktwolken normiert werden, sodass Funktionen auf Grundlage der Punktwolken die Abweichung des Sensorkoordinatensystems von dem nominellen Sensorkoordinaten system nicht explizit berücksichtigen müssen.
Es wird darauf hingewiesen, dass die skizzierten Schritte zur Bestimmung von Gier-, Nick- und Rollwinkel des transformierten Sensorkoordinatensystems bezüglich des Referenzkoordinatensystems lediglich nicht beschränkende Beispiele darstellen. Im Kontext des verbesserten Konzepts können hierzu beliebige geeignete
Kalibrierungsverfahren angewendet werden.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird die Winkellage des Sensorsystems zur
Kalibrierung des Sensorsystems über einen scheinbaren Umweg bestimmt, indem die Punktwolke zunächst transformiert wird und die entsprechende Abweichung von dem Referenzkoordinatensystem bestimmt wird. Dadurch kann jedoch das zur Kalibrierung verwendete Kalibriertarget beliebig bezüglich des zu kalibrierenden Sensorsystems positioniert werden, was eine Platzeinsparung bei dennoch ausreichender oder erhöhter Anzahl verfügbarer Messpunkte zur Folge hat und entsprechend eine hohe Genauigkeit der Kalibrierung.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Kalibrieren eines aktiven optischen Sensorsystems (2) anhand eines Kalibriertargets (6), wobei
mittels des Sensorsystems (2) eine Punktwolke (5) von Abtastpunkten des Kalibriertargets (6) erzeugt wird; und
jeder Abtastpunkt der Punktwolke (5) drei Ortsraumkoordinaten bezüglich eines Sensorkoordinatensystems (8) des Sensorsystems (2) beinhaltet;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Punktwolke (5) mittels einer Recheneinheit (4) anhand einer vorgegebenen Transformationsvorschrift in ein transformiertes Sensorkoordinatensystem (9) transformiert wird;
eine Abweichung des transformierten Sensorkoordinatensystems (9) von einem vorgegebenen Referenzkoordinatensystem mittels der Recheneinheit (4) basierend auf der transformierten Punktwolke (6) bestimmt wird; und
eine Winkellage des Sensorsystems (2) mittels der Recheneinheit (4) basierend auf der Abweichung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
jeder Abtastpunkt der Punktwolke (5) mittels der Recheneinheit (4) einer linearen Transformation unterzogen wird, welche eine Rotation beinhaltet, um die
Punktwolke (5) anhand der Transformationsvorschrift in das transformierte Sensorkoordinatensystem (9) zu transformieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
mittels einer Sendeeinheit des Sensorsystems (2) Licht in eine Umgebung des Sensorsystems (2) ausgesendet wird und reflektierte Anteile des Lichts durch eine Empfangseinheit des Sensorsystems (2) empfangen werden;
zum Erzeugen der Punktwolke (5) abhängig von den reflektierten Anteilen - wenigstens zwei erste Abtastpunkte (18a, 18b, 18c) einer ersten Kalibrierstruktur (15a) des Kalibriertargets (6) mittels eines ersten Detektors der Empfangseinheit bestimmt werden; und/oder
- wenigstens zwei zweite Abtastpunkte (19a, 19b, 19c) der ersten Kalibrierstruktur (15a) mittels eines zweiten Detektors der Empfangseinheit bestimmt werden; und/oder
- wenigstens zwei dritte Abtastpunkte (20a, 20b, 20c) einer zweiten
Kalibrierstruktur (15b) des Kalibriertargets (6) mittels des ersten oder mittels des zweiten Detektors oder mittels eines dritten Detektors der Empfangseinheit bestimmt werden;
die wenigstens zwei ersten Abtastpunkte (18a, 18b, 18c) und/oder die wenigstens zwei zweiten Abtastpunkte (19a, 19a, 19c) und/oder die wenigstens zwei dritten Abtastpunkte (20a, 20b, 20c) durch das Transformieren der Punktwolke (6) in das transformierte Sensorkoordinatensystem (9) transformiert werden; und
die Abweichung mittels der Recheneinheit (4) bestimmt wird basierend auf wenigstens einer geometrischen Beziehung zwischen
- den wenigstens zwei transformierten ersten Abtastpunkten (18a, 18b, 18c) und den wenigstens zwei transformierten zweiten Abtastpunkten (19a, 19b, 19c); und/oder
- den wenigstens zwei transformierten ersten Abtastpunkten (18a, 18b, 18c) und den wenigstens zwei transformierten dritten Abtastpunkten (20a, 20b, 20c).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Winkellage als weitere Abweichung des Sensorkoordinatensystems (8) von einem nominalen Sensorkoordinatensystem bestimmt wird;
das nominale Sensorkoordinatensystem dadurch definiert ist, dass es durch Transformation anhand der Transformationsvorschrift auf das
Referenzkoordinatensystem abgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das nominale Sensorkoordinatensystem durch eine Fahrzeuglängsachse (14), eine Fahrzeugquerachse (17) und eine Fahrzeugnormalachse eines
Kraftfahrzeugs (1 ) definiert ist, an welchem das Sensorsystem (2) montiert ist. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sensorkoordinatensystem (8) anhand der Transformationsvorschrift derart in das transformierte Sensorkoordinatensystem (9) transformiert wird, dass das transformierte Sensorkoordinatensystem (9) bezüglich des Sensorkoordinaten systems (8) einen Gierwinkel aufweist, der von Null verschieden ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sensorkoordinatensystem (8) anhand der Transformationsvorschrift derart in das transformierte Sensorkoordinatensystem (9) transformiert wird, dass das transformierte Sensorkoordinatensystem (9) bezüglich des Sensorkoordinaten systems (8) einen Nickwinkel aufweist, der von Null verschieden ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sensorkoordinatensystem (8) anhand der Transformationsvorschrift derart in das transformierte Sensorkoordinatensystem (9) transformiert wird, dass das transformierte Sensorkoordinatensystem (9) bezüglich des Sensorkoordinaten systems (8) einen Rollwinkel aufweist, der von Null verschieden ist.
9. Sensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug (1 ),
die Sensorvorrichtung (7) aufweisend ein aktives optisches Sensorsystem (2) und eine mit dem Sensorsystem (2) gekoppelte Recheneinheit (4);
wobei das Sensorsystem (2) dazu eingerichtet ist, eine Punktwolke (5) von Abtastpunkten eines Kalibriertargets (6) zu erzeugen, wobei jeder Abtastpunkt der Punktwolke (5) drei Ortsraumkoordinaten bezüglich eines
Sensorkoordinatensystems (8) des Sensorsystems (2) beinhaltet;
dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (4) dazu eingerichtet ist, die Punktwolke (5) anhand einer vorgegebenen Transformationsvorschrift in ein transformiertes Sensorkoordinatensystem (9) zu transformieren;
eine Abweichung des transformierten Sensorkoordinatensystems (9) von einem vorgegebenen Referenzkoordinatensystem basierend auf der transformierten Punktwolke (5) zu bestimmen; und eine Winkellage des Sensorsystems (2) basierend auf der Abweichung zu bestimmen.
10. Sensorvorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem (2) als Lidarsystem ausgestaltet ist.
1 1. Kraftfahrzeug mit einer Sensorvorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 9 oder 10.
12. Computerprogramm mit Befehlen, welche, bei Ausführung des
Computerprogramms durch eine Sensorvorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, die Sensorvorrichtung (7) dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
13. Kalibrieranordnung zum Kalibrieren eines aktiven optischen Sensorsystems (2) eines Kraftfahrzeugs (1 ),
die Kalibrieranordnung (10) aufweisend ein Kalibriertarget (6) und einen Stellplatz (1 1 ) mit einer Stellplatzlängsachse (12) und einer Stellplatzquerachse (13);
- wobei der Stellplatz (1 1 ) derart ausgestaltet ist, dass das Kraftfahrzeug (1 ) auf dem Stellplatz (1 ) positioniert werden kann, sodass eine Fahrzeuglängsachse (14) des Kraftfahrzeugs (1 ) entlang der Stellplatzlängsachse (12) und eine
Fahrzeugquerachse (17) des Kraftfahrzeugs (1 ) entlang der Stellplatzquerachse (13) ausgerichtet ist;
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kalibriertarget (6) eine ebene Oberfläche aufweist, auf der eine erste
Kalibierstruktur (15a) und eine zweite Kalibrierstruktur (15b) angeordnet sind; die erste Kalibrierstruktur (15a) eine erste gerade Linie enthält und die zweite Kalibrierstruktur (15b) eine zweite gerade Linie enthält, die parallel zur ersten Linie ist; und
eine Normalrichtung (16) der Oberfläche nicht parallel zu der Stellplatzquerachse (13) ist.
14. Kalibrieranordnung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass die Normalrichtung (16) der Oberfläche nicht parallel zu der Stellplatzlängsachse (12) ist.
15. Kalibrieranordnung nach einem der Ansprüche 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste und die zweite Linie jeweils nicht parallel zu einer Projektion der Stellplatzquerachse (13) auf die Oberfläche sind.
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