WO2022171794A1 - Omniview für fahrzeuge mit knickgelenk - Google Patents

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WO2022171794A1
WO2022171794A1 PCT/EP2022/053364 EP2022053364W WO2022171794A1 WO 2022171794 A1 WO2022171794 A1 WO 2022171794A1 EP 2022053364 W EP2022053364 W EP 2022053364W WO 2022171794 A1 WO2022171794 A1 WO 2022171794A1
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WO
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camera
image
vehicle
pivoting
coordinate system
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PCT/EP2022/053364
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Gabriela Jager
Stefan Traub
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R1/00—Optical viewing arrangements; Real-time viewing arrangements for drivers or passengers using optical image capturing systems, e.g. cameras or video systems specially adapted for use in or on vehicles
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T3/00—Geometric image transformations in the plane of the image
    • G06T3/40—Scaling of whole images or parts thereof, e.g. expanding or contracting
    • G06T3/4038—Image mosaicing, e.g. composing plane images from plane sub-images
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N7/00—Television systems
    • H04N7/18—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast
    • H04N7/181—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast for receiving images from a plurality of remote sources
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R2300/00—Details of viewing arrangements using cameras and displays, specially adapted for use in a vehicle
    • B60R2300/10—Details of viewing arrangements using cameras and displays, specially adapted for use in a vehicle characterised by the type of camera system used
    • B60R2300/105—Details of viewing arrangements using cameras and displays, specially adapted for use in a vehicle characterised by the type of camera system used using multiple cameras
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R2300/00—Details of viewing arrangements using cameras and displays, specially adapted for use in a vehicle
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    • B60R2300/302—Details of viewing arrangements using cameras and displays, specially adapted for use in a vehicle characterised by the type of image processing combining image information with GPS information or vehicle data, e.g. vehicle speed, gyro, steering angle data
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60R2300/00—Details of viewing arrangements using cameras and displays, specially adapted for use in a vehicle
    • B60R2300/60—Details of viewing arrangements using cameras and displays, specially adapted for use in a vehicle characterised by monitoring and displaying vehicle exterior scenes from a transformed perspective
    • B60R2300/607—Details of viewing arrangements using cameras and displays, specially adapted for use in a vehicle characterised by monitoring and displaying vehicle exterior scenes from a transformed perspective from a bird's eye viewpoint

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1, a computing device according to claim 4, program code according to claim 5 and a vehicle according to claim 6.
  • Omniview systems also known as surround view or bird view systems
  • surround view or bird view systems are known from the prior art.
  • Omniview systems are based on multiple cameras attached to the vehicle. The detection areas of the cameras overlap. An overview image is created from the individual images from the cameras, which shows the vehicle and any obstacles in the vicinity of the vehicle from a bird's eye view.
  • Document US 10259 390 B2 discloses an omniview system for a vehicle with a trailer. Both the vehicle and the trailer are equipped with cameras. Their images are merged into an overview image. However, there is no provision for correcting the distortions described above when cornering.
  • the object of the invention is to improve the generation of overview images for vehicles with pivotable members.
  • the overview image is distorted due to a panning.
  • the method according to the invention serves to generate an overview image for a vehicle.
  • the vehicle has a first member, a second member, and an articulation. With the joint, the first link and the second link are pivotally connected. The joint thus permits pivoting between the first link and the second link.
  • a pivoting refers to a rotation about a pivot axis.
  • the joint is preferably designed as a hinge.
  • a hinge only allows twisting around the pivot axis. It has no translational degree of freedom and exactly one rotational degree of freedom.
  • the first link is provided with a first camera, the second link with a second camera.
  • the cameras are fixed to the respective limb.
  • the fixation is preferably rigid, that is to say in such a way that no relative movements whatsoever are possible between the respective camera and the limb.
  • a pivoting of the first link and the second link in the joint is then accompanied by a pivoting of the first camera and the second camera relative to one another.
  • an angle that describes a bearing of the cameras relative to one another changes.
  • the spatial position of the cameras relative to one another also changes when the first link and the second link are pivoted.
  • a camera is a sensor designed to create images of the environment.
  • the first camera and the second camera are preferably optical cameras, ie photo or video cameras.
  • a first image is captured by the first camera and a second image by the second camera.
  • the first image and the second image preferably overlap. This means that at least an area of the first image corresponds to the second image or an area of the second image. Conversely, at least one area of the second image corresponds to the first image or an area of the first image.
  • the first image and the second image overlap when the detection areas of the first camera and the second camera overlap.
  • An overview image is created from the first image and the second image. Omniview methods known from the prior art are suitable for creating the overview image. Such methods usually provide that overlaps of the first image and the second image are recognized and evaluated. Based on this, the first image and the second image are merged into the overview image.
  • the overview image is created taking into account an extrinsic calibration of the first camera and an extrinsic calibration of the second camera with respect to a common reference coordinate system.
  • An extrinsic calibration of a camera describes the spatial position and orientation of the camera to a reference coordinate system.
  • the extrinsic calibration of the first camera describes the spatial position and orientation of the first camera in relation to the reference coordinate system.
  • the spatial position and orientation of the second camera to the same reference coordinate system is described by the extrinsic calibration of the second camera.
  • the spatial position and orientation of the first camera relative to the reference coordinate system and the spatial position and orientation of the second camera relative to the reference coordinate system are taken into account.
  • the invention provides that the pivoting between the first member and the second member of the vehicle is at least partially determined. This means that at least one angle that at least partially describes the pivoting is determined. This is done, for example, using appropriate sensors on the vehicle. Information about the pivoting can also be obtained from an analysis of the first image and the second image. Appropriate image processing and analysis methods are known from the prior art.
  • the extrinsic calibration of the first camera and/or the second camera is adjusted depending on the pivoting.
  • a change in the swivel effect or the swivel angle is correspondingly accompanied by a change in the calibration of the first camera and/or the second camera.
  • the calibrations of first camera and/or the second camera are determined as a non-constant function as a function of the pan angle.
  • the distortions described at the outset when the first image and the second image are merged to form the overview image can be reduced or completely eliminated.
  • the calibration is adapted such that at least one straight line, which is at least partially contained in the first image and at least partially in the second image, is at least partially, preferably completely, contained as a straight line in the overview image.
  • the line is a line formed by an object around the vehicle. For example, it can be an edge or a lane marking with a straight course.
  • the calibration is preferably adjusted when the vehicle pivots, which corresponds to cornering.
  • the reference coordinate system is preferably oriented to a reference member of the vehicle.
  • An orientation of the reference coordinate system on the respective reference element means that a position and orientation of the reference element in the reference coordinate system remains constant over time.
  • the reference coordinate system has either the first term or the second term as a fixed, relative to the reference coordinate system spatially invariable relation. The first member or the second member is then immovable in the reference coordinate system.
  • the first element and the second element can be selected as the reference element.
  • the definition of the reference coordinate system therefore includes a selection of the reference element according to a further development.
  • the method according to the further training can be repeated, each time with different reference elements. If the first element is selected as the reference element, the extrinsic calibration of the second camera changes depending on the pivoting. Conversely, the extrinsic calibration of the first camera changes as a function of the pivoting if the second element is selected as the reference element.
  • the vehicle preferably has appropriate input means with which the driver can select the reference element.
  • a computing device is designed to carry out the method according to the invention or a preferred development. This is the case, for example, if it contains the program code according to the invention.
  • the program code according to the invention is in turn designed to cause a computing device to carry out the method according to the invention or a preferred development. This is usually done by loading the program code into a working memory of the computing device.
  • the vehicle described above is designed according to the invention to carry out the method according to the Invention or a preferred development.
  • the vehicle can have a control device for this purpose, which is set up as a computing device according to the invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Übersichtsbilds für ein Fahrzeug mit einem ersten Glied, das eine erste Kamera aufweist, einem zweiten Glied, das eine zweite Kamera aufweist, und einem Gelenk, das eine Verschwenkung zwischen dem ersten Glied und dem zweiten Glied zulässt; wobei ein erstes Bild mittels der ersten Kamera und ein zweites Bild mittels der zweiten Kamera aufgenommen wird; und wobei aus dem ersten Bild und dem zweiten Bild unter Berücksichtigung jeweils einer extrinsischen Kalibrierung der ersten Kamera und der zweiten Kamera bezüglich eines gemeinsamen Referenzkoordinatensystems das Übersichtsbild erstellt wird. Die Verschwenkung wird mindestens teilweise ermittelt; wobei die extrinsische Kalibrierung der ersten Kamera und/oder der zweiten Kamera in Abhängigkeit der Verschwenkung angepasst wird.

Description

Omniview für Fahrzeuge mit Knickqelenk
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 , eine Re chenvorrichtung nach Anspruch 4, Programmcode nach Anspruch 5 und ein Fahr zeug nach Anspruch 6.
Um einen Fahrer beim Rangieren zu unterstützen, sind aus dem Stand der Technik sogenannte Omniview-Systeme, auch Surroundview- oder Birdview-Systeme ge nannt, bekannt. Omniview-Systeme basieren auf mehreren Kameras, die am Fahr zeug angebracht sind. Die Erfassungsbereiche der Kameras überlappen sich. Aus den einzelnen Bildern der Kameras wird ein Übersichtsbild erstellt, welches das Fahrzeug und eventuelle Flindernisse in der Umgebung des Fahrzeugs aus der Vo gelperspektive zeigt.
Bei einem Fahrzeug mit einem Knickgelenk ändern sich die Positionen der Kameras relativ zueinander aufgrund von Verschwenkungen in dem Knickgelenk. Die Folge sind verzerrte und fehlerhafte Darstellungen in dem Übersichtsbild.
Die Druckschrift US 10259 390 B2 offenbart ein Omniview-System für ein Fahrzeug mit einem Anhänger. Sowohl das Fahrzeug als auch der Anhänger sind dabei mit Ka meras versehen. Deren Bilder werden zu einem Übersichtsbild fusioniert. Eine Kor rektur der oben beschriebenen Verzerrungen bei Kurvenfahrt ist allerdings nicht vor gesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erzeugung von Übersichtsbildern für Fahrzeuge mit verschwenkbaren Gliedern zu verbessern. Insbesondere soll vermie den werden, dass es aufgrund einer Verschwenkung zu Verzerrungen des Über sichtsbilds kommt. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 , eine Rechenvorrichtung nach Anspruch 4, Programmcode nach Anspruch 5 und ein Fahrzeug nach Anspruch 6. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprü chen enthalten und ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung. Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Erzeugen eines Übersichtsbilds für ein Fahrzeug. Das Fahrzeug weist ein erstes Glied, ein zweites Glied und ein Gelenk auf. Mit dem Gelenk sind das erste Glied und das zweite Glied verschwenkbar ver bunden. Das Gelenk lässt also eine Verschwenkung zwischen dem ersten Glied und dem zweiten Glied zu. Eine Verschwenkung bezeichnet eine Verdrehung um eine Schwenkachse.
Vorzugsweise ist das Gelenk als Scharnier ausgestaltet. Ein Scharnier lässt aus schließlich Verdrehungen um die Schwenkachse zu. Es weist keinen translatorischen Freiheitsgrad und genau einen rotatorischen Freiheitsgrad auf.
Das erste Glied ist mit einer ersten Kamera versehen, das zweite Glied mit einer zweiten Kamera. Die Kameras sind an dem jeweiligen Glied fixiert. Vorzugsweise ist die Fixierung starr, das heißt derart, dass keinerlei Relativbewegungen zwischen der jeweiligen Kamera und dem Glied möglich sind. Eine Verschwenkung des ersten Glieds und des zweiten Glieds in dem Gelenk geht dann zu einer Verschwenkung der ersten Kamera und der zweiten Kamera relativ zueinander einher. Dabei ändert sich ein Winkel, der eine Lager der Kameras relativ zueinander beschriebt. Je nach Anordnung der Kameras ändert sich bei einer Verschwenkung des ersten Glieds und des zweiten Glieds auch die räumliche Position der Kameras relativ zueinander.
Eine Kamera ist ein Sensor, der ausgebildet ist, Bilderder Umgebung zu erstellen. Vorzugsweise handelt es sich bei der ersten Kamera und der zweiten Kamera um optische Kameras, das heißt, um Foto- oder Videokameras.
Ein erstes Bild wird mittels der ersten Kamera und ein zweites Bild mittels der zwei ten Kamera aufgenommen. Das erste Bild und das zweite Bild überlappen sich vor zugsweise. Dies bedeutet, dass mindestens ein Bereich des ersten Bildes dem zwei ten Bild oder einem Bereich des zweiten Bilds entspricht. Umgekehrt entspricht min destens ein Bereich des zweiten Bilds dem ersten Bild oder einem Bereich des ers ten Bilds. Eine Überlappung des ersten Bilds und des zweiten Bilds kommt dann zu stande, wenn sich die Erfassungsbereiche der ersten Kamera und der zweiten Ka mera überlappen. Aus dem ersten Bild und dem zweiten Bild wird ein Übersichtsbild erstellt. Zum Er stellen des Übersichtsbilds eignen sich aus dem Stand der Technik bekannte Omni- view-Verfahren. Derartige Verfahren sehen gewöhnlich vor, dass Überlappungen des ersten Bilds und des zweiten Bilds erkannt und ausgewertet werden. Darauf basie rend werden das erste Bild und das zweite Bild zu dem Übersichtsbild fusioniert.
Die Erstellung des Übersichtsbilds erfolgt unter Berücksichtigung einer extrinsischen Kalibrierung der ersten Kamera und einer extrinsischen Kalibrierung der zweiten Ka mera bezüglich eines gemeinsamen Referenzkoordinatensystems. Eine extrinsische Kalibrierung einer Kamera beschreibt die räumliche Lage und Orientierung der Ka mera zu einem Referenzkoordinatensystem. Entsprechend beschreibt die extrinsi sche Kalibrierung der ersten Kamera die räumliche Lage und Orientierung der ersten Kamera zu dem Referenzkoordinatensystem. Die räumliche Lage und Orientierung der zweiten Kamera zu demselben Referenzkoordinatensystem wird durch die extrin sische Kalibrierung der zweiten Kamera beschrieben. Um das Übersichtsbild zu er stellen, werden also die räumliche Lage und Orientierung der ersten Kamera zu dem Referenzkoordinatensystem und die räumliche Lage und Orientierung der zweiten Kamera zu dem Referenzkoordinatensystem berücksichtigt.
Die Erfindung sieht vor, dass die Verschwenkung zwischen dem ersten Glied und dem zweiten Glied des Fahrzeugs mindestens teilweise ermittelt wird. Das bedeutet, dass mindestens ein Winkel, der die Verschwenkung mindestens teilweise be schreibt, ermittelt wird. Dies geschieht etwa unter Verwendung entsprechender Sen soren an dem Fahrzeug. Auch lassen sich Informationen zu der Verschwenkung aus einer Analyse des ersten Bilds und des zweiten Bilds gewinnen. Entsprechende Bild- verarbeitungs- und Analyseverfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Die extrinsische Kalibrierung der ersten Kamera und/oder der zweiten Kamera wird in Abhängigkeit der Verschwenkung angepasst. Mit einer Änderung der Verschwen kung bzw. des Schwenkwinkels geht entsprechend eine Änderung der Kalibrierung der ersten Kamera und/oder der zweiten Kamera einher. Die Kalibrierungen der ersten Kamera und/oder der zweiten Kamera werden als nicht konstante Funktion in Abhängigkeit des Schwenkwinkels ermittelt.
Durch die erfindungsgemäße Anpassung der Kalibrierungen lassen sich die ein gangs beschriebenen Verzerrungen bei der Fusion des ersten Bilds und des zweiten Bilds zu dem Übersichtsbild vermindern oder gänzlich eliminieren.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird die Kalibrierung so angepasst, dass mindes tens eine gerade Linie, die mindestens teilweise in dem ersten Bild und mindestens teilweise in dem zweiten Bild enthalten ist, als gerade Linie mindestens teilweise, vor zugsweise vollständig, in dem Übersichtsbild enthalten ist. Bei der Linie handelt es sich um eine Linie, die durch einen Gegenstand in der Umgebung des Fahrzeugs ge bildet wird. Beispielsweise kann es sich um eine Kante oder eine Fahrbahnmarkie rung mit geradem Verlauf handeln.
Bevorzugt wird die Kalibrierung bei einer Verschwenkung angepasst, die einer Kur venfahrt des Fahrzeugs entspricht.
Darüber hinaus wird eine wiederholte Ausführung des weiterbildungsgemäßen Ver fahrens, das heißt eine erstmalige und eine nachfolgende Ausführung, bevorzugt, während das erste Glied und das zweite Glied verschwenkt werden. Dies bedeutet, dass die Verschwenkung bzw. der Schwenkwinkel bei der nachfolgenden Ausfüh rung sich von der Verschwenkung bzw. dem Schwenkwinkel bei der erstmaligen Ausführung unterscheidet. Während der Verschwenkung bleibt die Linie in dem Übersichtsbild gerade. Dies kommt der Sicherheit zugute, da eine gekrümmte Dar stellung einer geraden Linie den Fahrer - wenn er sich an dem Übersichtsbild orien tiert - fälschlicherweise zu einer Kurvenfahrt veranlassen würde.
Bevorzugt ist das Referenzkoordinatensystem an einem Bezugsglied des Fahrzeugs orientiert. Eine Orientierung des Referenzkoordinatensystems an dem jeweiligen Be zugsglied bedeutet, dass eine Lage und Orientierung des Bezugsglieds in dem Refe renzkoordinatensystem im zeitlichen Verlauf konstant bleibt. Das Referenzkoordina tensystem hat also entweder das erste Glied oder das zweite Glied als fixen, relativ zu dem Referenzkoordinatensystem räumlich unveränderlichen Bezug. Das erste Glied oder das zweite Glied ist dann in dem Referenzkoordinatensystem unbeweg lich.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist als Bezugsglied das erste Glied und das zweite Glied auswählbar. Die Festlegung des Referenzkoordinatensystems beinhal tet daher weiterbildungsgemäß eine Auswahl des Bezugsglieds. Insbesondere kann das weiterbildungsgemäße Verfahren wiederholt, jeweils mit unterschiedlichen Be zugsgliedern ausgeführt werden. Wird als Bezugsglied das erste Glied ausgewählt, ändert sich in Abhängigkeit der Verschwenkung die extrinsische Kalibrierung der zweiten Kamera. Umgekehrt ändert sich die extrinsische Kalibrierung der ersten Ka mera in Abhängigkeit der Verschwenkung, wenn als Bezugsglied das zweite Glied ausgewählt wird. Bevorzugt weist das Fahrzeug entsprechende Eingabemittel auf, mit denen der Fahrer die Auswahl des Bezugsglieds durchführen kann.
Eine erfindungsgemäße Rechenvorrichtung ist ausgebildet, das erfindungsgemäße Verfahren oder eine bevorzugte Weiterbildung auszuführen. Dies ist etwa dann der Fall, wenn sie den erfindungsgemäßen Programmcode enthält.
Der erfindungsgemäße Programmcode wiederum ist ausgebildet, eine Rechenvor richtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer bevorzugten Weiterbildung zu veranlassen. Dies geschieht gewöhnlich, indem der Programmcode in einen Arbeitsspeicher der Rechenvorrichtung geladen wird.
Das oben beschriebene Fahrzeug ist erfindungsgemäß ausgebildet, das erfindungs gemäße Verfahren oder eine bevorzugte Weiterbildung auszuführen. Insbesondere kann das Fahrzeug dazu ein Steuergerät aufweisen, das als erfindungsgemäße Re chenvorrichtung eingerichtet ist.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Erzeugen eines Übersichtsbilds für ein Fahrzeug mit einem ersten Glied, das eine erste Kamera aufweist, einem zweiten Glied, das eine zweite Kamera aufweist, und einem Gelenk, das eine Verschwenkung zwischen dem ersten Glied und dem zweiten Glied zulässt; wobei ein erstes Bild mittels der ersten Kamera und ein zweites Bild mittels der zweiten Ka mera aufgenommen wird; und wobei aus dem ersten Bild und dem zweiten Bild unter Berücksichtigung jeweils einer extrinsischen Kalibrierung der ersten Kamera und der zweiten Kamera bezüglich ei nes gemeinsamen Referenzkoordinatensystems das Übersichtsbild erstellt wird; dadurch gekennzeichnet, dass die Verschwenkung mindestens teilweise ermittelt wird; wobei die extrinsische Kalibrierung der ersten Kamera und/oder der zweiten Kamera in Ab hängigkeit der Verschwenkung angepasst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ; dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung so angepasst wird, dass mindestens eine gerade Linie, die mindes tens teilweise indem ersten Bild und mindestens teilweise dem zweiten Bild enthalten ist, als gerade Linie mindestens teilweise in dem Übersichtsbild enthalten ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass eine Orientierung des Referenzkoordinatensystems an einem Bezugsglied des Fahr zeugs festgelegt wird; wobei als Bezugsglied das erste Glied und das zweite Glied auswählbar sind.
4. Rechenvorrichtung, die ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorherge henden Ansprüche auszuführen.
5. Programmcode, der das ausgebildet ist, eine Rechenvorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche zu veran lassen.
6. Fahrzeug mit einem ersten Glied, einem zweiten Glied und einem Gelenk, welches das erste Glied und das zweite Glied verschwenkbar miteinander verbindet; wobei das erste Glied eine erste Kamera und das zweite Glied eine zweite Kamera auf weist; wobei das Fahrzeug ausgebildet ist, aus einem ersten, mittels der ersten Kamera aufge nommenen Bild und dem zweiten, mittels der zweiten Kamera aufgenommen Bild un ter Berücksichtigung einer extrinsischen Kalibrierung der ersten Kamera und der zweiten Kamera bezüglich eines gemeinsamen Referenzkoordinatensystems ein Übersichtsbild zu erstellen; dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ausgebildet ist, eine Verschwenkung des ersten Glieds und des zwei ten Glieds relativ zueinander mindestens teilweise zu bestimmen; wobei die extrinsische Kalibrierung der ersten Kamera und/oder der zweiten Kamera in Ab hängigkeit der Verschwenkung angepasst wird.
PCT/EP2022/053364 2021-02-12 2022-02-11 Omniview für fahrzeuge mit knickgelenk WO2022171794A1 (de)

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