DE102017205720A1

DE102017205720A1 - Integrated calibration body

Info

Publication number: DE102017205720A1
Application number: DE102017205720.3A
Authority: DE
Inventors: Frederik Deroo; Wendelin Feiten; Robert Eidenberger; Thomas Wösch
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2017-04-04
Filing date: 2017-04-04
Publication date: 2018-10-04
Also published as: WO2018184825A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen integrierten Kalibrierkörper (100), mit einem ersten Kalibriermerkmal (101-1, ..., 101-4) zum Kalibrieren eines ersten Sensors (103-1, ..., 103-4), der auf einem ersten Messprinzip basiert; und einem zweiten Kalibriermerkmal (101-1, ..., 101-4) zum Kalibrieren eines zweiten Sensors (103-1, ..., 103-4), der auf einem zweiten Messprinzip basiert.The present invention relates to an integrated calibration body (100) having a first calibration feature (101-1, ..., 101-4) for calibrating a first sensor (103-1, ..., 103-4) mounted on a based on the first measuring principle; and a second calibration feature (101-1, ..., 101-4) for calibrating a second sensor (103-1, ..., 103-4) based on a second measurement principle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen integrierten Kalibrierkörper mit mehreren Kalibriermerkmalen zum gemeinsamen Kalibrieren mehrerer Sensoren und ein Verfahren zum Kalibrieren eines Sensorsystems.The present invention relates to an integrated calibration body having a plurality of calibration features for jointly calibrating a plurality of sensors and a method for calibrating a sensor system.

Ein technisches System, das mehrere Sensoren auf Basis verschiedener Messprinzipien umfasst, setzt für die korrekte Funktionalität eine Kalibrierung dieser Sensoren voraus. Bei dieser Kalibrierung kann sowohl eine intrinsische Kalibrierung der einzelnen Sensoren, als auch eine extrinsische Kalibrierung der Sensoren zueinander erfolgen.A technical system that includes multiple sensors based on different measurement principles requires calibration of these sensors for proper functionality. In this calibration, both an intrinsic calibration of the individual sensors, as well as an extrinsic calibration of the sensors to each other take place.

Eine intrinsische Kalibrierung bedeutet, dass interne Parameter des Sensors bestimmt werden. Eine extrinsische Kalibrierung befasst sich hingegen mit der Bestimmung von Parametern zwischen unterschiedlichen Sensoren oder zwischen einem Sensor und einem weiteren festgelegten Koordinatensystem. Die extrinsische Kalibrierung wird durchgeführt, da die gegenseitige Anordnung der Sensoren oftmals nicht exakt bekannt ist, beispielsweise aufgrund von Ungenauigkeiten bei der Montage oder aufgrund von unbekannten internen Sensoreigenschaften.An intrinsic calibration means that internal parameters of the sensor are determined. An extrinsic calibration, on the other hand, deals with the determination of parameters between different sensors or between a sensor and another fixed coordinate system. The extrinsic calibration is performed because the mutual arrangement of the sensors is often not exactly known, for example due to inaccuracies in assembly or due to unknown internal sensor characteristics.

Gleichzeitig ist eine manuelle Vermessung der Sensoren unpräzise, fehleranfällig oder nicht durchführbar. Die extrinsische Kalibrierung geht davon aus, dass bekannte Invarianten bestehen, sodass der räumliche Zusammenhang zwischen verschiedenen Sensoren bestimmt werden kann. Dazu werden eindeutige Kalibriermerkmale verwendet, wie beispielsweise fest definierte Kalibrierkörper.At the same time, a manual measurement of the sensors is imprecise, error-prone or not feasible. The extrinsic calibration assumes that known invariants exist, so that the spatial relationship between different sensors can be determined. For this purpose, unique calibration features are used, such as firmly defined calibration bodies.

Bisher wird in Kalibrierkörpern für jeden Sensor eine einzelne, spezifische Lösung für die Kalibrierung verwendet, d.h. pro Sensor gibt es einen spezifischen Kalibrierkörper oder eine spezifische Menge von Kalibriermerkmalen, die nur einen einzelnen Sensor betreffen. Zudem sind diese Kalibriermerkmale nicht ausdrücklich für die jeweiligen Sensoren optimiert.Heretofore, in calibrators for each sensor, a single, specific solution is used for the calibration, i. For each sensor there is a specific calibration body or a specific set of calibration features that only affect a single sensor. In addition, these calibration features are not specifically optimized for the respective sensors.

Es ist die technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kalibrierung eines Sensorsystems mit mehreren Sensoren zu vereinfachen und zu beschleunigen.It is the technical object of the present invention to simplify and accelerate a calibration of a sensor system with a plurality of sensors.

Diese Aufgabe wird durch Gegenstände nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Figuren.This object is achieved by objects according to the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims, the description and the figures.

Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe durch einen integrierten Kalibrierkörper gelöst, mit einem ersten Kalibriermerkmal zum Kalibrieren eines ersten Sensors, der auf einem ersten Messprinzip basiert; und einem zweiten Kalibriermerkmal zum Kalibrieren eines zweiten Sensors, der auf einem zweiten Messprinzip basiert. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein Sensorsystem mit mehreren unabhängigen Sensoren auf einfache und schnelle Weise kalibriert werden kann.According to a first aspect, the object is achieved by an integrated calibration body, with a first calibration feature for calibrating a first sensor based on a first measurement principle; and a second calibration feature for calibrating a second sensor based on a second measurement principle. As a result, for example, the technical advantage is achieved that a sensor system can be calibrated with multiple independent sensors in a simple and fast way.

In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform des Kalibrierkörpers ist das erste und/oder das zweite Kalibriermerkmal ein passives Kalibriermerkmal. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass der Kalibrierkörper mit geringem Aufwand herstellbar ist.In a technically advantageous embodiment of the calibration body, the first and / or the second calibration feature is a passive calibration feature. As a result, for example, the technical advantage is achieved that the calibration can be produced with little effort.

In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Kalibrierkörpers umfasst das erste und/oder zweite Kalibriermerkmal ein optisches Muster, einen Radarreflektor und/oder eine geometrische Form. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein Sensorsystem mit unterschiedlichen Sensoren, wie beispielsweise für ein Fahrzeug, auf einfache Weise kalibriert werden kann.In a further technically advantageous embodiment of the calibration body, the first and / or second calibration feature comprises an optical pattern, a radar reflector and / or a geometric shape. As a result, for example, the technical advantage is achieved that a sensor system with different sensors, such as for a vehicle, can be easily calibrated.

In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Kalibrierkörpers ist das erste und/oder das zweite Kalibriermerkmal ein aktives Kalibriermerkmal. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine Erfassung des Kalibriermerkmals mit höherer Präzision als bei einem passiven Kalibriermerkmal durchgeführt werden kann.In a further technically advantageous embodiment of the calibration body, the first and / or the second calibration feature is an active calibration feature. As a result, the technical advantage is achieved, for example, that detection of the calibration feature can be performed with higher precision than with a passive calibration feature.

In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Kalibrierkörpers ist das aktive Kalibriermerkmal ausgebildet, aktiv elektromagnetische Strahlung auszusenden. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich Sensoren für elektromagnetische Strahlung genau kalibrieren lassen.In a further technically advantageous embodiment of the calibration body, the active calibration feature is designed to actively emit electromagnetic radiation. As a result, for example, the technical advantage is achieved that can be accurately calibrate sensors for electromagnetic radiation.

In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Kalibrierkörpers ist das aktive Kalibriermerkmal ausgebildet, aktiv Ultraschallwellen auszusenden. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich Ultraschallsensoren auf einfache Weise kalibrieren lassen.In a further technically advantageous embodiment of the calibration body, the active calibration feature is designed to actively transmit ultrasonic waves. As a result, for example, the technical advantage is achieved that ultrasonic sensors can be calibrated in a simple manner.

In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Kalibrierkörpers umfasst die Strahlung optisches Licht, Infrarotlicht, ultraviolettes Licht, Röntgenstrahlung, Radar- oder Funkwellen. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich eine Vielzahl von unterschiedlichen Sensoren kalibrieren lassen.In a further technically advantageous embodiment of the calibration body, the radiation comprises optical light, infrared light, ultraviolet light, X-ray radiation, radar waves or radio waves. As a result, the technical advantage is achieved, for example, that can calibrate a variety of different sensors.

In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Kalibrierkörpers umfasst das aktive Kalibriermerkmal eine Leuchte oder eine LED-Matrixanzeige. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich bestimmte vorgegebene Informationen an den Sensor übertragen lassen.In a further technically advantageous embodiment of the calibration body, the active calibration feature comprises a luminaire or an LED matrix display. As a result, for example, the technical advantage is achieved that certain have given information transmitted to the sensor.

In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Kalibrierkörpers ist das aktive Kalibriermerkmal ausgebildet, ein Zeitsignal auszusenden. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine Latenzzeit der Sensoren bestimmt werden kann.In a further technically advantageous embodiment of the calibration body, the active calibration feature is designed to transmit a time signal. As a result, for example, the technical advantage is achieved that a latency of the sensors can be determined.

In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Kalibrierkörpers umfasst das aktive Kalibriermerkmal einen Empfänger zum Empfangen eines Signals. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das aktive Kalibriermerkmal gesteuert ausgelöst werden kann.In a further technically advantageous embodiment of the calibration body, the active calibration feature comprises a receiver for receiving a signal. As a result, for example, the technical advantage is achieved that the active calibration feature can be triggered controlled.

In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Kalibrierkörpers umfasst der Empfänger eine Fotodiode oder einen Funkempfänger. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass der Empfänger auf elektromagnetische Strahlung reagieren kann.In a further technically advantageous embodiment of the calibration body, the receiver comprises a photodiode or a radio receiver. As a result, for example, the technical advantage is achieved that the receiver can respond to electromagnetic radiation.

In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Kalibrierkörpers umfasst der Kalibrierkörper eine Uhr oder einen Taktgeber, mit dem die Kalibriermerkmale gekoppelt sind. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass eine Latenzzeit der Sensoren bestimmt werden kann.In a further technically advantageous embodiment of the calibration body, the calibration body comprises a clock or a clock with which the calibration features are coupled. As a result, for example, the technical advantage is also achieved that a latency of the sensors can be determined.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Kalibrieren eines Sensorsystems mit einem ersten und einem zweiten Sensor gelöst, mit den Schritten eines Anordnens eines Kalibrierkörpers mit einem ersten und einem zweiten Kalibriermerkmal; eines Kalibrierens des ersten Sensors auf Basis des ersten Kalibriermerkmals; und eines Kalibrierens des zweiten Sensors auf Basis des zweiten Kalibriermerkmals. Durch das Verfahren werden die gleichen technischen Vorteile wie durch den Kalibrierkörper nach dem ersten Aspekt erreicht.According to a second aspect, the object is achieved by a method for calibrating a sensor system having a first and a second sensor, comprising the steps of arranging a calibration body with a first and a second calibration feature; calibrating the first sensor based on the first calibration feature; and calibrating the second sensor based on the second calibration feature. By the method, the same technical advantages as achieved by the calibration body according to the first aspect.

In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens stehen das erste und das zweite Kalibriermerkmal in einer definierten räumlichen Beziehung zueinander, um einen Versatz zwischen einem Koordinatensystem des ersten Sensors und einem Koordinatensystem des zweiten Sensors zu bestimmen. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass sich die Koordinatensysteme der Sensoren gegenseitig angleichen lassen.In a technically advantageous embodiment of the method, the first and the second calibration feature are in a defined spatial relationship to each other to determine an offset between a coordinate system of the first sensor and a coordinate system of the second sensor. As a result, the technical advantage is achieved, for example, that align the coordinate systems of the sensors each other.

In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens sind das erste und/oder das zweite Kalibriermerkmal ausgebildet, ein Zeitsignal auszusenden, um einen Zeitversatz oder eine Latenzzeit zu bestimmen. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass sich zeitliche Unterschiede zwischen den Sensoren, beispielsweise aufgrund einer unterschiedlichen Verarbeitungsgeschwindigkeit, ausgleichen lassen.In a further technically advantageous embodiment of the method, the first and / or the second calibration feature are configured to transmit a time signal in order to determine a time offset or a latency. As a result, for example, the technical advantage is also achieved that can be compensated for time differences between the sensors, for example due to a different processing speed.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail below.

Es zeigen:

1 eine Darstellung eines Kalibrierkörpers mit passiven Kalibriermerkmalen;
2 eine Darstellung eines Kalibrierkörpers mit aktiven und passiven Kalibriermerkmalen; und
3 ein Blockdiagramm eines Verfahrens.

Show it:

1 a representation of a calibration with passive calibration features;
2 a representation of a calibration with active and passive calibration features; and
3 a block diagram of a method.

1 zeigt eine Darstellung eines Kalibrierkörpers 100 mit passiven Kalibriermerkmalen 101-1, 101-2 und 101-3. Der Kalibrierkörper 100 ist ein physisches Objekt, das zur Kalibrierung mehrerer Sensoren 103-1, 103-2 und 103-3 dient. Durch den Kalibrierkörper 100 können mindestens zwei Sensoren 103-1, 103-2 und 103-3 zueinander kalibriert werden. Dabei bedeutet Kalibrieren, dass mindestens die Anbringungsorte und die Blickrichtungen der Sensoren 103-1, 103-2 und 103-3 relativ zueinander in einer Weise bestimmt werden, dass die Messungen der verschiedenen Sensoren 103-1, 103-2 und 103-3 übereinstimmende Aussagen über bestimmte Eigenschaften der Umgebung liefern. Dies kann zum Beispiel die Bestimmung des Ortes eines Objektes sein. Durch die Kalibrierung können freie Parameter der Sensoren 103-1, 103-2 und 103-3 festgelegt werden. 1 shows a representation of a calibration 100 with passive calibration features 101 - 1 . 101 - 2 and 101 - 3 , The calibration body 100 is a physical object used to calibrate multiple sensors 103 - 1 . 103 - 2 and 103 - 3 serves. Through the calibration body 100 can have at least two sensors 103 - 1 . 103 - 2 and 103 - 3 be calibrated to each other. Calibration means that at least the mounting locations and the viewing directions of the sensors 103 - 1 . 103 - 2 and 103 - 3 relative to one another in a manner that determines the measurements of the various sensors 103 - 1 . 103 - 2 and 103 - 3 Provide consistent statements about certain characteristics of the environment. This can be, for example, the determination of the location of an object. The calibration allows free parameters of the sensors 103 - 1 . 103 - 2 and 103 - 3 be determined.

Der Kalibrierkörper 100 ist ein universell verwendbares Kalibrierobjekt, das mehrere Sensoren 103-1, 103-2 und 103-3 eines technischen Systems 105 gleichzeitig anspricht. Zu diesem Zweck werden verschiedene Kalibriermerkmale 101-1, 101-2 und 101-3 in einen einzelnen Kalibrierkörper 100 integriert, sodass der Kalibrierkörper 100 von allen Sensoren 103-1, 103-2 und 103-3 detektiert werden kann. Die Kalibriermerkmale 101-1, 101 2 und 101-3 sind einzelne technische Merkmale, die jeweils mit einem bestimmten Sensor 103-1, 103-2 und 103-3 zusammenwirken und von diesem erfasst werden können. Jedes der Kalibriermerkmale 101-1, 101-2 und 101-3 ist auf den jeweiligen Sensor 103-1, 103-2 und 103-3 optimiert.The calibration body 100 is a universal calibration object that has multiple sensors 103 - 1 . 103 - 2 and 103 - 3 of a technical system 105 addresses simultaneously. For this purpose, different calibration features 101 - 1 . 101 - 2 and 101 - 3 into a single calibration body 100 integrated so that the calibration body 100 from all sensors 103 - 1 . 103 - 2 and 103 - 3 can be detected. The calibration features 101 - 1 . 101 2 and 101 - 3 are individual technical features, each with a specific sensor 103 - 1 . 103 - 2 and 103 - 3 interact and can be covered by it. Each of the calibration features 101 - 1 . 101 - 2 and 101 - 3 is on the respective sensor 103 - 1 . 103 - 2 and 103 - 3 optimized.

In einem System 105 mit drei Sensoren 103-1, 103-2 und 103-3 ist das erste Kalibriermerkmal 101-1 beispielsweise ein Kalibriermerkmal 101 für einen 2D-Laserscanner mit einem Intensitätssignal, das zweite Kalibriermerkmal 101-2 ein Kalibriermerkmal 101 für einen Radarsensor und das dritte Kalibriermerkmal 101-3 ein Kalibriermerkmal für eine Kamera.In a system 105 with three sensors 103 - 1 . 103 - 2 and 103 - 3 is the first calibration feature 101 - 1 for example, a calibration feature 101 for a 2D laser scanner with an intensity signal, the second calibration feature 101 - 2 a calibration feature 101 for a radar sensor and the third calibration feature 101 - 3 a calibration feature for a camera.

Das erste Kalibriermerkmal 101-1 ist beispielsweise eine bestimmte, bekannte geometrische Form des Kalibrierkörpers 100, die durch den Laserscanner eindeutig erkennbar ist. Die Form ermöglicht dabei eine eindeutige Bestimmung der Höhe und Winkel des Kalibrierkörpers 100 durch den Laserscan als eine Voraussetzung für die Kalibrierung in allen Freiheitsgraden. Das Sensorsystem kann einen Speicher umfassen, in dem die Abmessungen und die Form des Kalibrierkörpers 100 in einem digitalen Speicher abgelegt ist. The first calibration feature 101 - 1 is, for example, a certain, known geometric shape of the calibration 100 which is clearly recognizable by the laser scanner. The shape allows a clear determination of the height and angle of the calibration 100 by laser scanning as a prerequisite for calibration in all degrees of freedom. The sensor system may include a memory in which the dimensions and shape of the calibration body 100 stored in a digital memory.

Zudem weist der Kalibrierkörper 100 Reflektormarken 101-4 auf, die eine Erkennung durch den Laserscanner verbessern. Das zweite Kalibriermerkmal 101-2 ist beispielsweise ein Radarreflektor in der Form eines Tripelspiegels, der den Radarquerschnitt des Kalibrierkörpers 100 deutlich erhöht. Das dritte Kalibriermerkmal 101-3 ist beispielsweise ein festgelegtes optisches Muster, das für die Kamera eindeutig erkennbar ist, wie beispielsweise ein Schachbrett- oder Linienmuster.In addition, the calibration body has 100 reflector marks 101 - 4 on, which improve recognition by the laser scanner. The second calibration feature 101 - 2 For example, a radar reflector in the form of a triple mirror, which is the radar cross section of the calibration 100 clearly increased. The third calibration feature 101 - 3 is, for example, a fixed optical pattern that is clearly recognizable to the camera, such as a checkerboard or line pattern.

Durch die Vereinigung mehrerer Kalibriermerkmale 101-1, 101-2 und 101-3 auf einem einzigen Kalibrierkörper 100 kann eine relative Anordnung der Kalibriermerkmale 101-1, 101-2 und 101-3 festgestellt werden, um so die Invarianten des Kalibrierexperiments zu bestimmen.By combining several calibration features 101 - 1 . 101 - 2 and 101 - 3 on a single calibration body 100 may be a relative arrangement of the calibration features 101 - 1 . 101 - 2 and 101 - 3 be determined so as to determine the invariants of the calibration experiment.

Da die räumliche Beziehung der Kalibriermerkmale 101-1, 101-2 und 101-3 zueinander bekannt ist, lassen sich Koordinatensysteme, die auf Basis der Sensoren 103-1, 103-2 und 103-3 erfasst werden, aufeinander abbilden und die Position der Sensoren 103-1, 103-2 und 103-3 zueinander bestimmen. Beispielsweise kann der Versatz zwischen einem Koordinatensystem, das von der Kamera erfasst wird und einem Koordinatensystem bestimmt werden, das von dem Laserscanner erfasst wird.Because the spatial relationship of the calibration features 101 - 1 . 101 - 2 and 101 - 3 coordinate system based on the sensors can be 103 - 1 . 103 - 2 and 103 - 3 be captured, map each other and the position of the sensors 103 - 1 . 103 - 2 and 103 - 3 determine each other. For example, the offset between a coordinate system detected by the camera and a coordinate system detected by the laser scanner can be determined.

Der Kalibrierkörper 100 umfasst somit verschiedene Kalibriermerkmale 101-1, 101-2 und 101-3, die eine gemeinsame und gleichzeitige Erfassung durch die verschiedenen Sensoren 103-1, 103-2 und 103-3 ermöglichen. Die einzelnen Kalibriermerkmale 101-1, 101-2 und 101-3 sind dabei auf die jeweiligen Sensoren und die zu identifizierenden Parameter optimiert. Im Allgemeinen können die Kalibriermerkmale durch jede technische Vorrichtung gebildet sein, die zum Kalibrieren eines entsprechenden Sensors besonders geeignet ist.The calibration body 100 thus includes various calibration features 101 - 1 . 101 - 2 and 101 - 3 providing a common and simultaneous detection by the various sensors 103 - 1 . 103 - 2 and 103 - 3 enable. The individual calibration features 101 - 1 . 101 - 2 and 101 - 3 are optimized for the respective sensors and the parameters to be identified. In general, the calibration features can be formed by any technical device that is particularly suitable for calibrating a corresponding sensor.

Dadurch kann eine Datensegmentierung, eine Objektextraktion und eine Datenassoziierung vereinfacht werden, da die jeweiligen Vorteile jedes einzelnen Sensors 103-1, 103-2 und 103-3 bei der Datenassoziierung eines anderen Sensors 103-1, 103-2 und 103-3 unterstützend verwendet werden können. Durch eine enge lokale gemeinsame Anordnung der Kalibriermerkmale 101-1, 101-2 und 101-3 auf einem einzigen Kalibrierkörper 100 werden Unsicherheiten verringert, so dass eine genauere Kalibrierung der Sensoren 103-1, 103-2 und 103-3 zueinander ermöglicht wird. Des Weiteren werden die Anzahl der Kalibrierexperimente und der damit verbundene Zeitaufwand reduziert. Ein Umbau zwischen Experimenten ist nicht notwendig.This can simplify data segmentation, object extraction, and data association because of the particular advantages of each individual sensor 103 - 1 . 103 - 2 and 103 - 3 in the data association of another sensor 103 - 1 . 103 - 2 and 103 - 3 can be used supportively. By a close local common arrangement of the calibration features 101 - 1 . 101 - 2 and 101 - 3 on a single calibration body 100 Uncertainties are reduced, allowing a more accurate calibration of the sensors 103 - 1 . 103 - 2 and 103 - 3 is enabled to each other. Furthermore, the number of calibration experiments and the associated time expenditure are reduced. A conversion between experiments is not necessary.

Der integrierte Kalibrierkörper 100 ist so ausgelegt, dass für jeden zu kalibrierenden Sensor 103-1 ein spezifisches Kalibriermerkmal 101-1, 101-2 und 101-3 als Teil des Kalibrierkörpers 100 vorhanden ist, auf das der jeweilige Sensor 103-1, 103-2 und 103-3 besonders sensitiv ist, d.h. das der Sensor besonders gut erkennen und vermessen kann. Die räumlichen Beziehungen dieser Teile des Kalibrierkörpers 100 zueinander sind bekannt. Aus diesen bekannten räumlichen Beziehungen kann die Beziehung der betreffenden Sensoren 103-1, 103-2 und 103-3 zueinander ermittelt werden.The integrated calibration body 100 is designed so that for each sensor to be calibrated 103 - 1 a specific calibration feature 101 - 1 . 101 - 2 and 101 - 3 as part of the calibration body 100 is present on which the respective sensor 103 - 1 . 103 - 2 and 103 - 3 is particularly sensitive, ie that the sensor can detect and measure very well. The spatial relationships of these parts of the calibration 100 to each other are known. From these known spatial relationships can the relationship of the relevant sensors 103 - 1 . 103 - 2 and 103 - 3 be determined to each other.

2 zeigt eine Darstellung eines Kalibrierkörpers 100 mit weiteren Kalibriermerkmalen 101-1, ..., 101-4. Das Kalibriermerkmal 101-1 und das Kalibriermerkmal 101-3 ist ein passives Kalibriermerkmal das von dem Sensor 103-1 erfasst wird, wie beispielsweise ein optisches Muster. 2 shows a representation of a calibration 100 with additional calibration features 101 - 1 , ..., 101 - 4 , The calibration feature 101 - 1 and the calibration feature 101 - 3 is a passive calibration feature of the sensor 103 - 1 is detected, such as an optical pattern.

Beim Kalibrieren können spezifische passive Kalibriermerkmale 101-1 und 101-3 oftmals nicht sicher genug bestimmt werden. Das kann beispielsweise daran liegen, dass während der Messung störende Einflüsse vorliegen, die das erwartete Messergebnis überlagern oder die mit dem erwarteten Ergebnis verwechselt werden können. Ein damit zusammenhängendes Problem besteht darin, dass die Messungen verrauscht und gestört sein können oder von der richtigen Messung weit abweichen.During calibration, specific passive calibration features can be used 101 - 1 and 101 - 3 often not determined securely enough. This may be due, for example, to disturbing influences during the measurement which are superimposed on the expected measurement result or which can be confused with the expected result. A related problem is that the measurements may be noisy and disturbed, or may vary widely from the correct measurement.

Um ein Kalibriermerkmal 101-1, ..., 101-4 in der Umgebung eines Sensors 103-1, ..., 103-4 genauer zu vermessen, können stattdessen aktive Kalibriermerkmale 101-2 und 101-4 verwendet werden. Im Allgemeinen ist ein aktives Kalibriermerkmal 101-2 und 101-4 ein Kalibriermerkmal, dem Energie zugeführt wird, um von dem jeweiligen Sensor 103-2 und 103-4 erfasst zu werden.To a calibration feature 101 - 1 , ..., 101 - 4 in the vicinity of a sensor 103 - 1 , ..., 103 - 4 to measure more accurately, instead can active calibration features 101 - 2 and 101 - 4 be used. In general, it is an active calibration feature 101 - 2 and 101 - 4 a calibration feature that is supplied with energy from the respective sensor 103 - 2 and 103 - 4 to be recorded.

Diese aktiven Kalibriermerkmale 101-2 und 101-4 sind zum Beispiel aktive Radarreflektoren; aktive Lichtreflektoren, d.h. Leuchten (z.B. LED), die auf einen gemessenen Lichtstrahl bestimmter Wellenlänge hin aktiviert werden, beispielsweise zur Kalibrierung von Laserentfernungsmessern; oder kodierte Lichtquellen, die in einem bekannten Muster ein- und ausgeschaltet werden, zur besseren Erkennung der Kalibriermerkmale in Kameras. Ein weiteres Beispiel ist die Verwendung einer aktiven Beleuchtung auf Objekten, um das Signal-Rausch-Verhältnis von Kameramessungen zu verbessern.These active calibration features 101 - 2 and 101 - 4 are for example active radar reflectors; Active light reflectors, ie lights (eg LED), which are activated to a measured light beam of certain wavelength, for example, for the calibration of laser rangefinders; or encoded light sources turned on and off in a known pattern for better recognition of the calibration features in cameras. Another example is the use of active lighting on objects to improve the signal-to-noise ratio of camera measurements.

Daher wird auf dem Kalibrierkörper 100 für mindestens einen der zu kalibrierenden Sensoren 103-1, ..., 103-4 ein aktives Kalibriermerkmal 101-2 und 101-4 angebracht. Im Allgemeinen sind mindestens ein oder mehrere solche aktiven Kalibriermerkmale 101-2 und 101-4 für jeden zu kalibrierenden Sensor 103-2, ..., 103-4 vorgesehen, für den bei einer Verwendung von passiven Kalibriermerkmalen die Robustheit und Genauigkeit der Messung nicht zur Kalibrierung ausreichen.Therefore, on the calibration body 100 for at least one of the sensors to be calibrated 103 - 1 , ..., 103 - 4 an active calibration feature 101 - 2 and 101 - 4 appropriate. In general, at least one or more are such active calibration features 101 - 2 and 101 - 4 for each sensor to be calibrated 103 - 2 , ..., 103 - 4 for which, when using passive calibration features, the robustness and accuracy of the measurement are not sufficient for calibration.

Das Verhalten und die Eigenschaften der einzelnen passiven oder aktiven Kalibriermerkmale 101-1, ..., 101-4 sowie ihre Beziehungen untereinander sind bekannt. Des Weiteren kann auch das zeitliche Verhalten der verschiedenen Reflektoren bekannt sein.The behavior and properties of each passive or active calibration feature 101 - 1 , ..., 101 - 4 and their relationships with each other are known. Furthermore, the temporal behavior of the various reflectors can be known.

Der Kalibrierkörper 100 umfasst eine Kombination von einem aktiven Kalibriermerkmal 101-2 oder 101-4 und mindestens einem weiteren aktiven oder passiven Kalibriermerkmal 101-1, ..., 101-4. Durch die aktiven Kalibriermerkmale 101-2 und 101-4 wird das Signal-Rausch-Verhältnis der Messungen und die Erfassung der Kalibriermerkmale 101-2 und 101-4 auf dem Kalibrierkörper 100 verbessert.The calibration body 100 includes a combination of an active calibration feature 101 - 2 or 101 - 4 and at least one further active or passive calibration feature 101 - 1 , ..., 101 - 4 , Due to the active calibration features 101 - 2 and 101 - 4 is the signal-to-noise ratio of the measurements and the detection of the calibration features 101 - 2 and 101 - 4 on the calibration body 100 improved.

Das aktive Kalibriermerkmal 101-2 umfasst einen Sender 111-1, der in der Lage ist, aktiv Signale auszusenden, um mit dem Sensor 103-2 zu wechselwirken. Der Sender 111-1 dient beispielsweise zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung, die von dem Sensor 103-2 erfasst wird. Die elektromagnetische Strahlung umfasst beispielsweise optisches Licht, Infrarotlicht, ultraviolettes Licht, Röntgenstrahlung, Radar- oder Funkwellen. Der Sender 111-1 kann durch eine Leuchtvorrichtung, wie beispielsweise eine Leuchtdiode, oder eine durch eine elektrische Schaltung gebildet sein. Der Sender 111-1 kann auch veränderliche optische Muster oder Informationen aussenden, wie beispielsweise eine Uhrzeit auf einer LED-Matrixanzeige. Der Sender 111-1 kann auch durch eine Flachbildanzeige gebildet sein, mit der unterschiedliche Farbbilder als Information angezeigt werden können.The active calibration feature 101 - 2 includes a transmitter 111 - 1 which is able to actively send signals to the sensor 103 - 2 to interact. The transmitter 111 - 1 For example, it is used to emit electromagnetic radiation emitted by the sensor 103 - 2 is detected. The electromagnetic radiation includes, for example, optical light, infrared light, ultraviolet light, X-ray, radar or radio waves. The transmitter 111 - 1 may be formed by a lighting device, such as a light emitting diode, or by an electrical circuit. The transmitter 111 - 1 may also emit variable optical patterns or information, such as a time on an LED matrix display. The transmitter 111 - 1 can also be formed by a flat screen display, with the different color images can be displayed as information.

Das passive Kalibriermerkmal 101-3 umfasst einen Empfänger 109-1. Der Empfänger 109-1 reagiert auf ein Signal, das von dem Sensor 103 ausgesendet wird. Der Empfänger 109-1 kann das Signal an aktive Kalibriermerkmale 101-2 und 101-4 weiterleiten, um diese zu aktivieren.The passive calibration feature 101 - 3 includes a receiver 109 - 1 , The recipient 109 - 1 responds to a signal coming from the sensor 103 is sent out. The recipient 109 - 1 can send the signal to active calibration features 101 - 2 and 101 - 4 forward to activate them.

Das aktive Kalibriermerkmal 101-4 umfasst wiederum einen Empfänger 109-2 und einen Sender 111-2. Wenn der Empfänger 109-2 das Signal empfängt, kann dieser den Sender 111-2 des aktiven Kalibriermerkmals 101-4 auslösen. Der Empfänger 109-1 oder 109-2 ist beispielsweise eine Fotodiode mit einem Farbfilter. Sobald Licht geeigneter Wellenlänge auf die Fotodiode trifft, kann beispielsweise von dem Kalibriermerkmal 101-4 ein Lichtblitz oder eine Uhrzeit ausgesendet werden. Der Empfänger 109-1 oder 109-2 kann eine elektronische Schaltung umfassen, die ein Funksignal empfängt. Im Allgemeinen können die Empfänger 109-1 und 109-2 durch jede Vorrichtung gebildet sein, die in der Lage ist, Signale von dem Sensor zu erfassen.The active calibration feature 101 - 4 again comprises a receiver 109 - 2 and a transmitter 111 - 2 , If the receiver 109 - 2 the signal is received, this can be the transmitter 111 - 2 of the active calibration feature 101 - 4 trigger. The recipient 109 - 1 or 109 - 2 is for example a photodiode with a color filter. As soon as light of suitable wavelength strikes the photodiode, it is possible for example for the calibration feature 101 - 4 a flash of light or a time are sent out. The recipient 109 - 1 or 109 - 2 may include an electronic circuit that receives a radio signal. In general, the recipients 109 - 1 and 109 - 2 be formed by any device capable of detecting signals from the sensor.

Jedes der Kalibriermerkmale 101-1, ..., 101-4 ist mit einer internen Uhr 107 gekoppelt, so dass aktive Kalibriermerkmale 101-2 und 101-4 zeitgleich aktiviert werden können oder der Zeitpunkt eines durch die Empfänger 109-1 und 109-2 erfassten Signals gespeichert werden kann. Das Zeitverhalten der Kalibriermerkmale 101-1, ..., 101-4 untereinander und der Uhr 107 des Kalibrierkörpers 100 ist bekannt.Each of the calibration features 101 - 1 , ..., 101 - 4 is with an internal clock 107 coupled, so that active calibration features 101 - 2 and 101 - 4 can be activated at the same time or the time of one by the recipient 109 - 1 and 109 - 2 recorded signal can be stored. The time behavior of the calibration features 101 - 1 , ..., 101 - 4 between each other and the clock 107 of the calibration body 100 is known.

Jeder der Sensoren 103-1, ..., 103-4 weist beispielsweise eine lokale Uhr auf, deren Zeitverhalten und Synchronisation mit den anderen Uhren nicht bekannt ist. Zudem kann auf der Seite des Sensorsystems eine weitere Uhr 113 vorgesehen sein. Durch die Verwendung des Kalibrierkörpers 100, lassen sich die lokalen Uhren der Sensoren 103-1, ..., 103-4 miteinander synchronisieren.Each of the sensors 103 - 1 , ..., 103 - 4 has, for example, a local clock whose timing and synchronization with the other clocks is unknown. In addition, on the side of the sensor system another clock 113 be provided. By using the calibration body 100 , let the local clocks of the sensors 103 - 1 , ..., 103 - 4 synchronize with each other.

Durch die Verwendung von aktiven Kalibriermerkmalen 101-2 und 101-4 wird eine Zuordnung der Messung zu einem jeweiligen Kalibriermerkmal 101-2 und 101-4 eindeutig, es fallen keine Messungen aus und die Messungen werden genauer. Wegen der höheren Qualität der einzelnen Messungen reichen weniger Messungen zu einer genauen Kalibrierung aus, so dass die Kalibrierung insgesamt in einer kürzeren Zeit durchgeführt werden kann.By using active calibration features 101 - 2 and 101 - 4 becomes an assignment of the measurement to a respective calibration feature 101 - 2 and 101 - 4 clearly, no measurements are taken and the measurements become more accurate. Because of the higher quality of the individual measurements, fewer measurements are sufficient for accurate calibration, so that the total calibration can be performed in a shorter time.

Latenzzeiten zwischen den verschiedenen Sensoren 103-1, ..., 103-4 können direkt kalibriert werden, weil das Zeitverhalten der einzelnen aktiven Kalibrierungsmerkmale 101-1, ..., 101-4 in deren Zusammenhang untereinander bekannt ist und die aktiven Kalibrierungsmerkmale 101-1, ..., 101-4 auf eine gleiche zentrale Uhr 107 im Kalibrierkörper 100 zugreifen können.Latency between the different sensors 103 - 1 , ..., 103 - 4 can be calibrated directly because of the timing of each active calibration feature 101 - 1 , ..., 101 - 4 in the context of which they are known and the active calibration features 101 - 1 , ..., 101 - 4 on a same central clock 107 in the calibration body 100 can access.

Auch wenn kein entsprechender Sender, d.h. aktives Kalibriermerkmal 101-2, ..., 101-4 im Kalibrierkörper 100 vorhanden ist, können in dem Kalibrierungskörper 100 ein oder mehrere Empfänger 109-1 und 109-2 für die Signale von Sensoren 103-3 und 103-4 vorgesehen sein, die aktiv Energie aussenden, wie beispielswiese Laser-, Radar- oder Ultraschallsensoren. Dadurch wird die Identifikation der Signale und der besonderen Kalibriermerkmale 101-1, ..., 101-4 auf dem Kalibrierkörper 100 sowie die Synchronisation der verschiedenen Sensoren 103-1, ..., 103-4 zueinander unterstützt.Even if no corresponding transmitter, ie active calibration feature 101 - 2 , ..., 101 - 4 in the calibration body 100 may be present in the calibration body 100 one or more recipients 109 - 1 and 109 - 2 for the signals from sensors 103 - 3 and 103 - 4 be provided that actively send out energy, such as laser, radar or ultrasonic sensors. This will identify the signals and the particular calibration features 101 - 1 , ..., 101 - 4 on the calibration body 100 as well as the synchronization of the different sensors 103 - 1 , ..., 103 - 4 supported each other.

3 zeigt ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Kalibrieren des Sensorsystems 105 mit zumindest einem ersten und einem zweiten Sensor 103-1 und 103-2. Zunächst wird in Schritt S101 der Kalibrierkörpers 100 mit dem ersten und dem zweiten Kalibriermerkmal 101-1 und 101-2 so angeordnet, dass die Kalibriermerkmale 101-1 und 101-2 durch die Sensoren 103-1 und 103-2 erfasst werden können. Anschließend wird in Schritt S102 der erste Sensor 103-1 auf Basis des ersten Kalibriermerkmals 101-1 kalibriert und in Schritt S103 der zweiten Sensor 103-2 auf Basis des zweiten Kalibriermerkmals 101-2 kalibriert. 3 shows a block diagram of a method for calibrating the sensor system 105 with at least a first and a second sensor 103 - 1 and 103 - 2 , First, in step S101, the calibration body 100 with the first and the second calibration feature 101 - 1 and 101 - 2 arranged so that the calibration features 101 - 1 and 101 - 2 through the sensors 103 - 1 and 103 - 2 can be detected. Subsequently, in step S102, the first sensor 103 - 1 based on the first calibration feature 101 - 1 calibrated and the second sensor in step S103 103 - 2 based on the second calibration feature 101 - 2 calibrated.

Wenn die räumliche Beziehung des ersten und des zweiten Kalibriermerkmal 101-1 und 101-2 zueinander bekannt ist, kann in einem weiteren Schritt ein Versatz zwischen einem Koordinatensystem des ersten Sensors 103-1 und einem Koordinatensystem des zweiten Sensors 103-2 bestimmt werden. Sind beide Sensoren aufeinander abgestimmt, ist der Versatz zwischen den Koordinatensystemen der Versatz der Kalibriermerkmale 101-1 und 101-2.If the spatial relationship of the first and the second calibration feature 101 - 1 and 101 - 2 is known to one another, in a further step, an offset between a coordinate system of the first sensor 103 - 1 and a coordinate system of the second sensor 103 - 2 be determined. If both sensors are matched, the offset between the coordinate systems is the offset of the calibration features 101 - 1 and 101 - 2 ,

Zudem kann in einem weiteren Schritt ein Zeitversatz oder eine Latenzzeit bestimmt werden, indem das erste und/oder das zweite Kalibriermerkmal 101-1 und 101-2, ein Zeitsignal aussenden. Je nachdem mit welchem Zeitversatz das einheitliche Zeitsignal von den Sensoren 103-1, ..., 103-4 erfasst wird, kann eine Latenzzeit zwischen den Sensoren 103-1, ..., 103-4 berechnet werden.In addition, in a further step, a time offset or a latency time can be determined by the first and / or the second calibration feature 101 - 1 and 101 - 2 to send out a time signal. Depending on which time offset the uniform time signal from the sensors 103 - 1 , ..., 103 - 4 can capture a latency between the sensors 103 - 1 , ..., 103 - 4 be calculated.

Das Verfahren mit dem integrierten Kalibrierkörper 100 kann beispielsweise zur Kalibrierung von Sensorsystemen in Fahrzeugen, Werkzeugen, Automatisierungsanlagen oder medizinischen Geräten verwendet werden.The procedure with the integrated calibration body 100 For example, it can be used to calibrate sensor systems in vehicles, tools, automation equipment or medical devices.

Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren.All features explained and shown in connection with individual embodiments of the invention may be provided in different combinations in the article according to the invention, in order to simultaneously realize their advantageous effects.

Alle Verfahrensschritte können durch Vorrichtungen implementiert werden, die zum Ausführen des jeweiligen Verfahrensschrittes geeignet sind. Alle Funktionen, die von gegenständlichen Merkmalen ausgeführt werden, können ein Verfahrensschritt eines Verfahrens sein.All method steps may be implemented by means suitable for carrying out the respective method step. All functions performed by objective features may be a method step of a method.

Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.The scope of the present invention is given by the claims and is not limited by the features illustrated in the specification or shown in the figures.

Claims

Integrated calibration body (100), with: a first calibration feature (101-1, ..., 101-4) for calibrating a first sensor (103-1, ..., 103-4) based on a first measurement principle; and - A second calibration feature (101-1, ..., 101-4) for calibrating a second sensor (103-1, ..., 103-4), which is based on a second measurement principle.

Calibration body (100) after Claim 1 wherein the first and / or the second calibration feature (101-1, 101-3) is a passive calibration feature.

Calibration body (100) after Claim 2 wherein the first and / or second calibration feature (101-1, 101-3) comprises an optical pattern, a radar reflector and / or a geometric shape.

Calibration body (100) after Claim 1 wherein the first and / or the second calibration feature (101-2, 101-4) is an active calibration feature.

Calibration body (100) after Claim 4 wherein the active calibration feature (101-2, 101-4) is configured to actively emit electromagnetic radiation.

Calibration body (100) after Claim 5 wherein the radiation comprises optical light, infrared light, ultraviolet light, X-ray radiation, radar waves or radio waves.

Calibration body (100) according to one of Claims 4 to 6 wherein the active calibration feature (101-2, 101-4) comprises a luminaire or an LED matrix display.

Calibration body (100) according to one of Claims 4 to 7 wherein the active calibration feature (101-2, 101-4) is adapted to transmit a time signal.

Calibration body (100) according to one of Claims 4 to 8th wherein the active calibration feature (101-2, 101-4) comprises a receiver (109-1, 109-2) for receiving a signal.

Calibration body (100) after Claim 9 wherein the receiver (109-1, 109-2) comprises a photodiode or a radio receiver.

Calibration body (100) according to one of the preceding claims, wherein the calibration body (100) comprises a clock or a clock generator (107) to which the calibration features (101-1, ..., 101-4) are coupled.

A method of calibrating a sensor system (105) having first and second sensors (103-1, ..., 103-4); comprising the steps of: arranging (S101) a calibration body (100) with a first and a second calibration feature (101-1, ..., 101-4); - calibrating (S102) the first sensor (103-1, ..., 103-4) based on the first calibration feature (101-1, ..., 101-4); and - calibrating (S103) the second sensor (103-1, ..., 103-4) based on the second calibration feature (101-1, ..., 101-4).

Method according to Claim 12 wherein the first and second calibration features (101-1, ..., 101-4) are in a defined spatial relationship to one another to determine an offset between a coordinate system of the first sensor (103-1, ..., 103-4 ) and a coordinate system of the second sensor (103-1, ..., 103-4).

Method according to Claim 12 or 13 wherein the first and / or the second calibration feature (101-1, ..., 101-4) is adapted to transmit a time signal to determine a time offset or a latency.