DE102021002570A1 - Calibration device for calibrating sensors - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kalibriervorrichtung (1) zum Kalibrieren von Sensoren (2, 3). Erfindungsgemäß ist ein Kalibrierkörper (4) vorgesehen, wobei der Kalibrierkörper (4) eine Anzeigeeinheit (5) umfasst und die Anzeigeeinheit (5) ausgebildet ist, zum Kalibrieren der Sensoren (2, 3) verwendete Merkmale (M1 bis Mn) hinsichtlich ihrer Größe und/oder Merkmalsausprägung dynamisch zur Laufzeit anzupassen.The invention relates to a calibration device (1) for calibrating sensors (2, 3). According to the invention, a calibration body (4) is provided, wherein the calibration body (4) comprises a display unit (5) and the display unit (5) is designed to calibrate the sensors (2, 3) features (M1 to Mn) used in terms of their size and / or dynamically adapt characteristic values at runtime.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kalibriervorrichtung zum Kalibrieren von Sensoren.The invention relates to a calibration device for calibrating sensors.

Eine extrinsische Kalibrierung von Sensoren erfordert eine eindeutige Identifikation von korrespondierenden Merkmalspositionen in Daten der zu kalibrierenden Sensoren. Hierfür werden meist Kalibrierkörper eingesetzt, welche durch ihre Beschaffenheit, insbesondere ihre Reflektivität und/oder Geometrie, so gestaltet sind, dass auf diesen eine fest definierte Anzahl an geeigneten Merkmalen eindeutig identifiziert werden kann. Die Anzahl an Merkmalen, welche ein einzelner Kalibrierkörper bereitstellen kann, ist sowohl durch seine Geometrie als auch durch Parameter der zu kalibrierenden Sensoren begrenzt. Neben einer ausreichenden Anzahl an detektierbaren Merkmalen zur individuellen Posenbestimmung der Sensoren ist es für die Kalibrierung erforderlich, dass jeder Punkt in den Sensordaten zu jedem Zeitpunkt eindeutig identifiziert werden kann, um so einen Bezug zwischen den verschiedenen Sensordaten zu ermöglichen. Ist eine dieser Bedingungen nicht erfüllt, kann keine extrinsische Kalibrierung durchgeführt werden.An extrinsic calibration of sensors requires a clear identification of corresponding feature positions in the data of the sensors to be calibrated. For this purpose, calibration bodies are usually used which, due to their nature, in particular their reflectivity and / or geometry, are designed in such a way that a fixed number of suitable features can be clearly identified on them. The number of features that a single calibration body can provide is limited both by its geometry and by the parameters of the sensors to be calibrated. In addition to a sufficient number of detectable features for the individual position determination of the sensors, it is necessary for the calibration that each point in the sensor data can be clearly identified at any point in time in order to enable a relationship between the various sensor data. If one of these conditions is not met, no extrinsic calibration can be performed.

Unterscheiden sich die zu kalibrierenden Sensoren deutlich in ihrer Auflösung und/oder in ihrem Sichtbereich, auch als Field of View bezeichnet, kann es dazu kommen, dass dieselben Merkmale auf dem Kalibrierkörper entweder aufgrund ihrer Größe nicht erkannt werden können, weil diese beispielsweise zu groß oder zu klein sind, oder ihre Anzahl nicht ausreichend ist, um eine extrinsische Kalibrierung durchzuführen.If the sensors to be calibrated differ significantly in their resolution and / or in their field of view, also referred to as field of view, it can happen that the same features on the calibration body cannot be recognized due to their size, for example because they are too large or are too small, or their number is insufficient to carry out an extrinsic calibration.

Aus der DE 10 2019 005 983 A1 ist ein Verfahren zur Kalibrierung von Fahrzeugkameras bekannt, wobei Kalibriermuster auf einer Bildanzeige dargestellt werden. Mittels nebeneinander liegenden Bildpunkten einer einzigen Bildanzeige werden zeitgleich unterschiedliche Kalibriermuster als Mischbild dargestellt. Dabei teilt die Bildanzeige das Mischbild derart auf, dass abhängig von einer Position einer Fahrzeugkamera nur Bildpunkte für ein erstes Kalibriermuster oder für ein zweites Kalibriermuster erkennbar sind. Die die Kalibriermuster werden in verschiedenen Skalierungen, Formen und Verzerrungen auf der Bildanzeige dargestellt.From the DE 10 2019 005 983 A1 a method for calibrating vehicle cameras is known, calibration patterns being shown on an image display. By means of adjacent pixels of a single image display, different calibration patterns are displayed as a mixed image at the same time. The image display divides the mixed image in such a way that, depending on a position of a vehicle camera, only image points for a first calibration pattern or for a second calibration pattern can be recognized. The calibration patterns are shown in various scales, shapes and distortions on the image display.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Kalibriervorrichtung zum Kalibrieren von Sensoren anzugeben.The invention is based on the object of specifying a calibration device for calibrating sensors which is improved over the prior art.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kalibriervorrichtung, welche die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.The object is achieved according to the invention by a calibration device which has the features specified in claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous refinements of the invention are the subject matter of the subclaims.

Die Kalibriervorrichtung ist zum Kalibrieren von Sensoren, insbesondere einer Umgebungserfassungssensorik eines Fahrzeugs mit mehreren Sensoren unterschiedlicher Sensormodalität, vorgesehen.The calibration device is provided for calibrating sensors, in particular an environment detection sensor system of a vehicle with several sensors of different sensor modality.

Die Kalibriervorrichtung umfasst erfindungsgemäß einen Kalibrierkörper, der eine Anzeigeeinheit umfasst. Die Anzeigeeinheit ist ausgebildet, zum Kalibrieren der Sensoren verwendete Merkmale hinsichtlich ihrer Größe und/oder Merkmalsausprägung dynamisch zur Laufzeit anzupassen.According to the invention, the calibration device comprises a calibration body which comprises a display unit. The display unit is designed to dynamically adapt features used to calibrate the sensors with regard to their size and / or feature expression during runtime.

Die Kalibriervorrichtung ermöglicht aufgrund der Ausbildung des Kalibrierkörpers mit der Anzeigeeinheit und der Möglichkeit der Anzeige von unterschiedlichen Merkmalen eine extrinsische Kalibrierung von Sensoren mit stark abweichenden Sensorparametern. Die extrinsische Kalibrierung von Sensoren ist zwingend erforderlich, um die Sensordaten für eine gemeinsame Umgebungsrepräsentation fusionieren zu können. Ein weiterer Nutzen ergibt sich aus einer Verwendbarkeit des Kalibrierkörpers für Sensoren mit identischen Sensorparametern, welche den Kalibrierkörper aus unterschiedlichen Entfernungen erfassen. Eine mögliche Mobilität der Kalibriervorrichtung ermöglicht zudem auch eine Kalibrierung in Außenbereichen, wie beispielsweise auf einer Teststrecke.Due to the design of the calibration body with the display unit and the possibility of displaying different features, the calibration device enables an extrinsic calibration of sensors with widely differing sensor parameters. The extrinsic calibration of sensors is absolutely necessary in order to be able to merge the sensor data for a common representation of the surroundings. Another benefit results from the fact that the calibration body can be used for sensors with identical sensor parameters which detect the calibration body from different distances. A possible mobility of the calibration device also enables calibration in outdoor areas, for example on a test track.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:

  • 1 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Kalibriervorrichtung zum Kalibrieren von Sensoren während eines ersten Betriebsmodus und
  • 2 schematisch eine perspektivische Ansicht der Kalibriervorrichtung gemäß 1 während eines zweiten Betriebsmodus.
Show:
  • 1 schematically a perspective view of a calibration device for calibrating sensors during a first operating mode and
  • 2 schematically a perspective view of the calibration device according to FIG 1 during a second operating mode.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.

In 1 ist eine perspektivische Ansicht ein mögliches Ausführungsbeispiel einer Kalibriervorrichtung 1 zum Kalibrieren von Sensoren 2, 3 während eines ersten Betriebsmodus dargestellt. Die Sensoren 2, 3 sind beispielsweise Bestandteil eines Fahrzeugs und beispielsweise zu einer Umgebungserfassung ausgebildet.In 1 Fig. 3 is a perspective view of a possible embodiment of a calibration device 1 for calibrating sensors 2 , 3 shown during a first operating mode. The sensors 2 , 3 are, for example, part of a vehicle and are designed, for example, to capture the surroundings.

Die Kalibriervorrichtung 1 umfasst dabei einen Kalibrierkörper 4, welcher eine Anzeigeeinheit 5 umfasst. Die Anzeigeeinheit 5 ist beispielsweise eine so genannte E-Ink-Anzeigeeinheit, auch als elektronisches Papier oder englisch e-paper genannt, ausgebildet, mittels welcher ein Aussehen von Tinte oder Farbe auf Papier nachgebildet wird.The calibration device 1 includes a calibration body 4th , which is a display unit 5 includes. The display unit 5 For example, a so-called e-ink display unit, also called electronic paper or e-paper, is designed, by means of which an appearance of ink or color is reproduced on paper.

Die Anzeigeeinheit 5 ist dabei ausgebildet, ein spezifisches Muster Mu1, Mu2 mit einer Mehrzahl von Merkmalen M1 bis Mn hinsichtlich ihrer Größe und/oder Merkmalsausprägung dynamisch zur Laufzeit angepasst auszugeben.The display unit 5 is trained in a specific pattern Mu1 , Mu2 with a plurality of features M1 to Mn to output dynamically adjusted with regard to their size and / or characteristics at runtime.

Das heißt, die Anzeigeeinheit 5 kann zeitlich versetzt Merkmale M1 bis Mn unterschiedlicher Ausgestaltung, beispielsweise unterschiedlicher Skalierung, darstellen und anpassen, so dass diese durch Sensoren 2, 3 mit deutlich abweichenden Sensorparametern, beispielsweise unterschiedlichen Auflösungen und/oder unterschiedlichen Sichtbereichen S2, S3, auch als Field of View bezeichnet, erkannt werden. Dies ermöglicht, dass alle Sensoren 2, 3 durch Detektion der Merkmale M1 bis Mn ihre Pose relativ zum Kalibrierkörper 4 bestimmen können. Die Posenbestimmung erfolgt sequenziell für die Sensoren 2, 3 zu einem Zeitpunkt, wenn das für den jeweiligen Sensor 2, 3 vorgesehene Muster Mu1, Mu2 auf der Anzeigeeinheit 5 dargestellt wird. Eine Anordnung der Sensoren 2, 3 ist während dieser Zeit statisch. Das heißt, der jeweilige Sensor 2, 3 ist statisch relativ zum Kalibrierkörper 4 angeordnet. Durch die Kenntnis der Sensorposen in Bezug auf den Kalibrierkörper 4 sind auch eine Bestimmung der Sensorposen zueinander und daraus folgend eine extrinsische Kalibrierung möglich.That is, the display unit 5 can be staggered features M1 to Mn different configurations, for example different scaling, represent and adapt, so that this is done by sensors 2 , 3 with significantly different sensor parameters, for example different resolutions and / or different viewing areas S2 , S3 , also known as Field of View, can be recognized. This enables all sensors 2 , 3 by detecting the features M1 to Mn their pose relative to the calibration body 4th can determine. The poses are determined sequentially for the sensors 2 , 3 at a time when that is for that particular sensor 2 , 3 provided patterns Mu1 , Mu2 on the display unit 5 is pictured. An arrangement of the sensors 2 , 3 is static during this time. That is, the respective sensor 2 , 3 is static relative to the calibration body 4th arranged. By knowing the sensor poses in relation to the calibration body 4th It is also possible to determine the sensor poses in relation to one another and, as a result, to perform an extrinsic calibration.

Die Merkmale M1 bis Mn, welche dynamisch zur Laufzeit angepasst ausgegeben werden und aufgrund ihrer Größe nur durch eine Teilmenge der zu kalibrierenden Sensoren 2, 3 erkannt werden können, sind über den Kalibrierkörper 4 fest miteinander verbunden und sind für die verwendete Anzeigeeinheit 5 hochgenau vermessen. Dies erfolgt durch eine entsprechende Kalibrierung der Anzeigeeinheit 5.The characteristics M1 to Mn which are output dynamically adjusted during runtime and, due to their size, only by a subset of the sensors to be calibrated 2 , 3 can be recognized are via the calibration body 4th firmly connected to each other and are for the display unit used 5 measured with high accuracy. This is done by calibrating the display unit accordingly 5 .

Im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel gibt der Kalibrierkörper 4 mittels der Anzeigeeinheit 5 ein erstes Muster Mu1 zu einem ersten Zeitpunkt aus, welches von dem Sensor 2 erfassbar ist. Dabei werden die Merkmale M1 bis Mn des Musters Mu1 im Sichtbereich S2 des Sensors 2 erfasst, um die Sensorpose desselben zu bestimmen.In the in 1 The illustrated embodiment gives the calibration body 4th by means of the display unit 5 a first pattern Mu1 at a first point in time from which of the sensor 2 is detectable. Thereby the characteristics M1 to Mn of the pattern Mu1 in the field of vision S2 of the sensor 2 detected to determine the sensor pose of the same.

Im in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel gibt der Kalibrierkörper 4 mittels der Anzeigeeinheit 5 ein zweites Muster Mu2 zu einem zweiten Zeitpunkt aus, welches von dem Sensor 3 erfassbar ist. Dabei werden die Merkmale M1 bis Mn des Musters Mu2 im Sichtbereich S3 des Sensors 3 erfasst, um die Sensorpose desselben zu bestimmen.In the in 2 The illustrated embodiment gives the calibration body 4th by means of the display unit 5 a second pattern Mu2 at a second point in time, which is from the sensor 3 is detectable. Thereby the characteristics M1 to Mn of the pattern Mu2 in the field of vision S3 of the sensor 3 detected to determine the sensor pose of the same.

Das heißt, der dargestellte Kalibrierkörper 4 mit der zu den Sensoren 2, 3 ausgerichteten Anzeigeeinheit 5 gibt zu den unterschiedlichen Zeitpunkten jeweils ein spezielles Muster Mu1, Mu2 aus, bei welchen sich die Merkmale M1 bis Mn zumindest in ihrer Skalierung lokal unterscheiden und so in den Sensordaten der Sensoren 2, 3 mit jeweils abweichenden Sichtbereich S2, S3 eine ausreichende Anzahl an Merkmalen M1 bis Mn zur Kalibrierung bereitstellen.That is, the calibration body shown 4th with the one to the sensors 2 , 3 aligned display unit 5 gives a special pattern at the different times Mu1 , Mu2 from which the characteristics M1 to Mn at least locally differ in their scaling and so in the sensor data of the sensors 2 , 3 each with a different field of vision S2 , S3 a sufficient number of features M1 to Mn ready for calibration.

In den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Merkmale M1 bis Mn dabei unterschiedlich groß ausgebildet.In the in the 1 and 2 The illustrated embodiments are the features M1 to Mn different sizes.

Während Regionen mit lokalen Kontrastunterschieden für Kameras geeignet sind, würden Lidare beispielsweise Flächen unterschiedlicher Reflektivität im entsprechenden Wellenlängenbereich verwenden. Um dies zu ermöglichen, wird eine Merkmalsausprägung entsprechend angepasst, wobei eine Variation der Skalierung auch hier möglich ist. Mittels der dargestellten Kalibriervorrichtung 1 kann dabei eine Merkmalsausprägung entsprechend angepasst werden, wobei eine Variation der Skalierung auch hier möglich ist. Da zur Darstellung von unterschiedlichen Reflektivitäten keine herkömmlichen Displays verwendet werden können, ist die Anzeigeeinheit 5 - wie bereits ausgeführt - insbesondere als E-Ink-Anzeigeeinheit ausgebildet.While regions with local contrast differences are suitable for cameras, lidars would, for example, use surfaces of different reflectivity in the corresponding wavelength range. In order to make this possible, a characteristic expression is adapted accordingly, with a variation of the scaling also being possible here. By means of the calibration device shown 1 a characteristic expression can be adapted accordingly, with a variation of the scaling also being possible here. Since conventional displays cannot be used to show different reflectivities, the display unit is 5 - as already stated - designed in particular as an e-ink display unit.

Um eine eindeutige Kodierung sicherzustellen, ist zudem eine absolute Kodierung der Merkmale M1 bis Mn durch Anordnung, Form und/oder Farbe derselben realisiert. Dies ist besonders wichtig, da aufgrund abweichender Sensorparameter von einer Teilsichtbarkeit der Kalibriervorrichtung 1 in einzelnen Sensoren 2, 3 auszugehen ist. Mögliche Methoden zur absoluten Kodierung sind dabei pseudo-zufällige und/oder einmalige Merkmalsanordnungen, unterschiedliche Merkmalsformen oder voneinander abweichende Merkmalsreflexionsgrade oder zeitlich ablaufende Muster Mu1, Mu2, beispielsweise als jeweils kodierte Abfolge für je einen spezifischen Sensor 2, 3.In order to ensure a clear coding, an absolute coding of the characteristics is also necessary M1 to Mn realized by arrangement, shape and / or color of the same. This is particularly important because the calibration device is partially visible due to the deviating sensor parameters 1 in individual sensors 2 , 3 is to go out. Possible methods for absolute coding are pseudo-random and / or unique feature arrangements, different feature forms or feature reflectance levels that differ from one another or patterns that run over time Mu1 , Mu2 , for example as a coded sequence for each specific sensor 2 , 3 .

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102019005983 A1 [0004]DE 102019005983 A1 [0004]

Claims (2)

Kalibriervorrichtung (1) zum Kalibrieren von Sensoren (2, 3), dadurch gekennzeichnet, dass - ein Kalibrierkörper (4) vorgesehen ist, - der Kalibrierkörper (4) eine Anzeigeeinheit (5) umfasst und - die Anzeigeeinheit (5) ausgebildet ist, zum Kalibrieren der Sensoren (2, 3) verwendete Merkmale (M1 bis Mn) hinsichtlich ihrer Größe und/oder Merkmalsausprägung dynamisch zur Laufzeit anzupassen.Calibration device (1) for calibrating sensors (2, 3), characterized in that - a calibration body (4) is provided, - the calibration body (4) comprises a display unit (5) and - the display unit (5) is designed for Calibrate the sensors (2, 3) to dynamically adapt features (M1 to Mn) used with regard to their size and / or characteristic expression at runtime. Kalibriervorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit (5) als E-Ink-Anzeigeeinheit ausgebildet ist.Calibration device (1) according to Claim 1 , characterized in that the display unit (5) is designed as an e-ink display unit.
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