用于校准道路监测设备的方法和道路监测系统与流程

本发明涉及一种用于校准道路监测设备的方法以及一种具有至少一个这样的道路监测设备的道路监测系统。

背景技术：

1、智能基础设施领域的现代应用使用越来越强大的传感器技术来检测道路使用者。长期以来，嵌入路面的感应回路几乎仅仅用于该目的，但现在使用了具有明显更大的检测范围的传感器(比如摄像机、雷达和激光扫描仪)。因此，对应的算法允许对道路使用者进行实时自动分类、定位和跟踪。未来的应用程序将更多地利用这种扩展对象信息来支持驾驶员辅助系统和自动驾驶等。

2、许多这些应用的先决条件是在定义的世界坐标系中定位对象，以便能够分辨例如交叉路口处的各个车道，并相应地区分对象。对于从传感器坐标系到世界坐标系的转换，通常通过校准来预先确定传感器的位置和取向。这通常是通过在传感器数据中放置可以容易识别和定位的参考对象来实现的，这些参考对象的位置也是在世界坐标系中例如通过差分gps测量的。为此，可以在传感器的视场中测量各个静态位置，或者可以通过对安装在车辆上的移动目标进行时间戳记录来生成更大量的位置。

3、ep?2858055?b1描述了一种用于校准具有多个车辆监测设备的道路监测系统的对应方法，其中，多个车辆监测设备被设计为测量行驶通过监测区域的车辆的位置。由ecu控制并与全球时间信号同步的具有多个预定义校准标记的校准车辆被提供用于校准多个车辆监测设备的目的，其中，每个车辆监测设备在校准车辆行驶通过监测区域期间测量为车辆检测设备指配的校准标记的位置，其中，测量是在预定时间执行的。

4、另外，还需要一种定义参考坐标系的参考车辆监测设备。多个车辆监测设备以这样的方式被校准，即相应的校准标记在参考坐标系中的位置对应于参考坐标系中的预期位置。因此，这种校准所需的工作量相当大，并且使用具有预定义的校准标记的参考车辆不适合于在操作期间重复校准。

5、因此，这些方法通常需要高质量的参考系来进行位置确定。即使技术上可行，例如在城市峡谷中gps接收不足也是一个问题。在对参考对象进行静态定位时，可能需要干预正在进行的交通流量，例如必须暂时关闭车道。测量相对大量的静态点可能非常耗时。在多个传感器的视场几乎不重叠的情况下，所需时间按线性比例递增，因此不适合于在正常交通情况下重复校准。

6、如果使用在移动的车辆上的对象，则必须对参考对象的位置以及传感器数据本身加盖时间戳，以便进行关联。为了能够检测传感器数据中的目标，必须实施另外的算法。手动标记也需要额外的工作量。

7、用于车辆传感器的自动校准方法通常使用车辆自身的运动，而基础设施传感器的情况并非如此。

技术实现思路

1、本发明的目的是指定一种可以更灵活地使用的校准方法。所述目的是通过独立权利要求的特征来实现的。本发明的有利的改进方案从从属权利要求中获得，但是各个特征彼此之间的组合和改进也是可以设想的。

2、根据本披露内容的方法的至少一个实施例的基本思想是，在正常交通情况下的预定义的校准周期内，记录监测区域中检测到的对象相对于道路监测设备的位置，并由此形成累积的对象驻留地图。根据这方面的测试，该方法特别适合于雷达传感器，但也适合于摄像机传感器和其他具有位置记录(特别是并且优选地具有对对象速度的检测)的环境传感器。

3、累积的对象驻留地图应该被理解为意味着在校准周期内每个位置检测到的对象的数量，即在一个位置处检测到对象的频率，并且这实际上形成了对象在监测区域内的总体频率分布。尽管该对象驻留地图具有对传感器的固定参照关系，即对象在传感器坐标系内的位置是已知的，但是如果不进行校准，这些对象相对于世界坐标系的位置至少对于交通管理来说通常太不精确。累积的对象驻留地图在很大程度上取决于校准周期期间的交通，但是通过适当选择校准周期的时间和长度，或者通过在交通量或交通流动方向上具有已知差异的几个时间周期内重复校准，可以不断改进校准。应当强调的是，累积的对象驻留地图当前不需要对对象的轨迹进行分析，而只需要累积对象的相应位置。

4、然而，另外，存在用于监测区域的车道或车道中心的世界坐标地图以及这些车道或车道中心在预定义世界坐标系中的位置和取向，这通常是当今导航系统的情况。

5、道路监测设备相对于所记录的对象的位置和取向是固定且已知的，即，在这个意义上，该位置和取向形成了传感器坐标系，但该传感器坐标系必须关于世界坐标系进行校准。

6、通过基于计算机移动和/或旋转累积的对象驻留地图或从其导出的对象驻留地图(特别是滤波后的对象驻留地图)并且基于计算机确定与世界坐标地图的相应对应程度，确定对象驻留地图在世界坐标地图中的位置和取向，该位置和取向具有预定义的、特别是最高可能的或至少足够的对应程度。

7、根据对象驻留地图或导出的(特别是滤波后的)对象驻留地图的具有预定义的对应程度的该位置和取向，现在可以导出道路监测设备的实际位置和实际取向，因为道路监测设备相对于对象的位置和取向以及因此对象驻留地图是固定且已知的。

8、现在相应地校准对象的位置，即基于道路监测设备在世界坐标系中的已知位置更精确地确定在传感器坐标系中测得的位置。

9、优选地，计算互相关(kreuzkorrelation)作为确定对应程度的方法。

10、由于数据量和计算复杂性，无论是对象位置的累积还是累积的对象驻留地图的移动和/或旋转，更不用说对与世界坐标地图的相应对应程度的确定，都无法纯粹通过人工手动完成，而是在这里描述了一种自动化方法，该方法是自动化的并且是基于计算机的，其中，必要的数据、数据存储和计算过程可以在道路监测设备中或道路监测系统的公共计算单元(呈用于多个道路监测设备的对应处理器的形式)中本地执行，或者甚至经由数据通信在云存储器或对应服务器计算机等中以基于云的方式执行。

11、由于累积的对象驻留地图的数据取决于校准周期期间的交通情况，并且甚至可能包含各个测量误差，即错误检测到的对象，因此累积的对象驻留地图需要进行两次协调形态学操作，尤其是以基于计算机的自动化方式。

12、首先，执行扩张，以便通过连接到对象驻留空间来扩张位置确定中的某种模糊性。随后，执行侵蚀，其中，侵蚀期间的相应滤波程度被设定为比扩张期间的滤波程度大预定义程度，这样，对象出现频率极低的位置就不在考虑范围内了。

13、滤波程度或滤波器内核被定义为其中值在扩张期间被组合或在侵蚀期间被消除的区域。扩张和侵蚀是数字图像处理和模式识别中本身已知的方法，但是非常适合用于校准传感器的位置和取向。

14、应当强调的是，以这种方式滤波的对象驻留地图并不能说是所有对象位置的最完整的可能表示，而只能说是一个足够的数据基础，可以将以这种方式滤波的对象驻留地图基于世界坐标地图来定向。从这方面来说，甚至可能非常有利的是，仅局限于通过重复使用而相关的必要位置，而消除非典型的各个对象或其位置，以便能够更容易地确定对应程度，并且仍然能够更有意义地确定实际位置和取向。

15、从预定义的起始位置和起始取向开始，现在确定具有预定义的、优选较大的对应程度的位置和角度方向。在优选的改进方案中，关于道路监测设备的粗略信息可以用作起始位置和起始取向，或者除此以外可以根据世界坐标地图在拐角处或在交叉路口的中间开始。

16、根据至少一个实施例，在第一步骤中，首先以预定义的第一移动增量/移动步距移动对象驻留地图或从其导出的、特别是滤波后的对象驻留地图，优选地在世界坐标地图的两个轴上、在针对监测区域可考虑的那部分世界坐标地图上移动。一种对应的方法在数字图像处理和模式识别中被称为模板匹配(template?matching)，并且在这里被应用于对象驻留地图与世界坐标地图之间的校准。

17、然后，以预定义的第一旋转增量/旋转步距旋转对象驻留地图或从其导出的、特别是滤波后的对象驻留地图，并且重复移动，也就是说，移动和旋转交替进行，直到用第一移动增量和旋转增量对世界坐标地图的预定义部分中的所有位置进行了测试，并且找到了在这一过程中具有最大对应程度的位置和取向。

18、根据优选的改进方案，规定在第一步骤之后，使对象驻留地图或从其导出的、特别是滤波后的对象驻留地图至少在另一步骤中以比第一移动增量更精细的预定义的第二移动增量围绕在第一步骤中所确定的位置和取向移动，然后，如果必要的话，再次以比第一旋转增量更精细的预定义的第二旋转增量再次旋转，并在各自的情况下进行检查以确定是否能够实现更高的对应程度。如果必要的话，还可以用甚至更精细的第三增量和/或旋转增量重复这种改进。

19、然而，根据优选的设计方案，至少为该道路监测设备预定义相对于该世界坐标地图的粗略目标位置和/或目标取向，并且该校准从该目标位置和/或目标取向开始。

20、一种改进方案还规定针对对象类型类别和/或其位置变化速度来评估这些检测到的对象，并且只有对应于预定义的对象类型类别和/或该位置变化速度的预定义范围的那些对象才被记录在该累积的对象驻留地图中，即，例如特别是静止对象被完全消除。

21、由于对象地图的累积取决于监测区域中的当前交通情况，因此如果在该第一预定义目标校准周期内无法将预定义数量的对象指配给该累积的对象驻留地图和/或可实现的对应程度仍然低于最小值，则优选地以随时间变化的可变方式根据检测到的对象数量调整该校准周期，特别是延长该校准周期。

22、如开始时已经提到的，根据至少一个实施例，在监测区域中的正常交通期间执行校准，并且特别是循环重复校准。

23、除了世界坐标地图之外，不需要其他参考，特别是不需要检测和测量附加的参考点，特别是不需要监测区域内的静态测量参考点或不需要在具有定义驾驶行为的测试车辆上的参考点，而是该方法适合于使用正常交通情况下出现的对象，因此也可以循环重复而不会出现任何问题，例如，可以在一天中的不同时间以不同的交通行为操作，或者响应于特定事件或传感器信号操作，或者甚至永久地与实际交通监测并行操作，只要有必要的计算工作量可用即可。

24、该方法优选嵌入道路监测系统中，该道路监测系统具有至少一个、优选多个用于覆盖交叉路口区域的不同视角的这样的道路监测设备，其中，根据至少一个改进方案，相应道路监测设备的监测区域至少部分地重叠。提供了用于评估来自道路监测设备的信号的计算单元，并且监测区域的车道或车道中心的世界坐标地图以及这些车道或车道中心在预定义世界坐标系中的位置被本地存储在计算单元的存储器中，或者可经由数据通信在云存储器中访问。

25、通过本地计算单元或可经由数据通信访问的服务器计算机，自动地、基于计算机地处理对象数据和/或对累积的对象驻留地图进行滤波、移动和/或旋转累积的对象驻留地图或从其导出的对象驻留地图、并且确定相应的对应程度。