用于监测固定的传感器的视场的方法和设备与流程

本发明涉及用于监测固定的传感器、尤其是用于监测交通基础设施的传感器的视场的一种方法和一种设备。

背景技术：

1、由现有技术已知，使用雷达传感器等固定的传感器来进行交通监测，其中，这样的传感器可以具有附加的位置传感器，以便估计传感器的定向。

2、为了可以可靠地监测这样的传感器的视场并且由传感器的测量数据推导并在真实世界中定位例如单个对象，准确的传感器姿态(空间坐标和相应的旋转角度)必须是已知的。由于环境影响可能传感器姿态逐渐地(例如由于松动的固定)或者突然地(例如由于事故或者对传感器固定的撞击)改变。传感器姿态的改变必然导致传感器的视场的变化，这导致对在环境中识别出的对象的存在错误的估计。

3、为了探测传感器姿态的这样的意外的改变，在现有技术中例如使用光学传感器，以便监测一个或者多个上文提到的传感器的位置和/或定向。

4、ep2041599 b1描述一种用于交通监测的雷达组件和配属的方法。在此，提出将fmcw雷达用作交通探测器，该fmcw雷达具有数字控制的斜坡。借助根据本发明的探测方法也可以借助窄带fmcw雷达或者多普勒雷达不仅识别静态的对象而且识别运动的对象。在两种情况下，当前的测量信号与所存储的空信号不同。

5、de102016015582 a1描述一种用于交通监测的系统和方法，其中，该系统包括多个固定安装的固定的基础单元和至少一个监测单元，该监测单元用于检测关于被监测的交通的数据，其中，该监测单元可以暂时地可拆解地固定在所选择的基础单元上，并且其中，在监测单元上和/或在基础单元上布置有定向器件，通过所述定向器件将监测单元自动化地定向到待监测的区域上。

技术实现思路

1、根据本发明的第一方面，提出一种用于监测固定的传感器的视场的方法。

2、在根据本发明的方法的第一步骤中，接收该传感器的环境的多个拍摄(aufnahmen)(也称“帧(frames)”)，所述拍摄借助该传感器在预定义的测量时间段内在不同的时间点时产生。有利地，每个拍摄分别代表该传感器的环境的、通过该传感器的视场被检测的那些区域，其中，也可使用该传感器的视场的部分区域。

3、在产生对应的拍摄时，可以实现同时地或依次地检测所使用的、传感器的视场。后者例如在使用如下传感器的情况下得出：该传感器借助所发出的测量信号，与预定义的采样运动一致地依次地采样环境(例如点扫描仪或者线扫描仪)。

4、所述多个拍摄例如在分析处理单元中接收，该分析处理单元是传感器的组成部分和/或布置在传感器以外的组件，其中，该分析处理单元例如构型为asic、fpga、处理器、数字信号处理器、微控制器等，并且有利地设置用于实施根据本发明的一部分的或者全部的步骤。在该分析处理单元和/或与此不同的组件中接收到的、在测量时间段内所产生的拍摄，优选被缓存在与该分析处理单元通过信息技术连接的存储器单元中。

5、应指出的是，测量时间段有利地是在时间上彼此相继的多个测量时间段中的一个测量时间段，使得能够在更长的时间段内反复地执行传感器的视场的监测。在此可以实现，单个测量时间段在时间上直接地彼此邻接、具有时间上的重叠或者在时间上彼此间隔开。特别有利地，对应的测量时间段借助滑动的(gleitenden)测量窗从彼此相继的拍摄的连续的流中得出，所述滑动测量窗的尺寸相应于单个测量时间段(例如若干秒的长度、具体例如5s)。此外可考虑，根据预定义的边界条件来动态地匹配测量时间段的持续时间。

6、在根据本发明的方法的第二步骤中，基于所述拍摄来求取测量点，所述测量点分别代表在传感器的环境中的对象的或者对象的部分区域的位置和/或延展尺度(ausdehnung)。应指出的是，这可以根据对应传感器类型的使用和/或对应传感器的设计已在创建环境的拍摄时通过传感器实施，使得由传感器接收到的拍摄已包含代表该环境的测量点(例如呈3d点云形式)。替代地也可考虑，传感器提供原始数据和/或经预处理的原始数据，基于在这些原始数据和/或经预处理来求取测量点。

7、在根据本发明的方法的第三步骤中，基于预定义的相似性度量对所求取的测量点进行分组，其中，通过原型(prototyp)来代表测量点的每个组(也称“聚类(cluster)”或者“汇总(aggregat)”)。可以使该分组不仅在单个拍摄内而且跨拍摄地执行，使得能够在该分组中不仅考虑测量点的空间上的相关关系而且考虑测量点的时间上的相关关系。

8、应指出的是，代表对应的组的对应的原型优选地分别表示单个测量点，该单个测量点可以被视为对应的组的测量点的代表者。这样的代表测量点可以是该组自身的测量点，或者可以是为该组新产生的测量点。该代表测量点例如是如下测量点：该测量点定义对应的组的各个测量点的重心，而不局限于用于确定所述代表测量点的这样的标准。除此之外可以实现，一个对应的原型具有对应的组的多个或者全部的测量点，而因此例如更准确地描述对应的组的分布。

9、应指出的是，替代于或附加于位置信息，原型也可以包含另外的、描述组的特征，例如相对应的测量点的散度和/或密度等。

10、在根据本发明的方法的第四步骤中，基于原型、也称测试数据与参考数据组的比较来求取在传感器的视场内的内容改变，该参考数据组具有参考原型，所述参考原型的作为基础的测量点已在该传感器的和该环境的参考状态中求取。例如可以将根据期望预给定所定向的传感器的和/或经校准的传感器的状态视为参考状态。

11、一般地应指出的是，可附加地将不同的方法用于代表传感器的拍摄的数据的清洗(bereinigung)或者说滤波(尤其是在预处理的进程中)，以便例如提高根据本发明的方法的稳健性和/或以便节省不相关的数据的处理等。后者主要提供如下可能性：将更少的存储器容量用于数据的缓存和/或具有较低的性能能力的处理单元，由此例如能够降低成本。

12、此外可考虑，在对传感器的数据的预处理的进程中，将以极坐标提供的测量点信息转换到笛卡尔坐标中或反之，和/或去除不可信(unplausible)的测量值和/或受强噪声污染的测量值。

13、一般地，根据本发明的方法提供优点：自动化地识别传感器的视场的内容改变，由此主要能够基于根据本发明的方法改善通过传感器的环境检测的可靠性。尤其是在结合交通监测或相似的使用领域使用该方法的情况下，能够通过改善的可靠性使针对交通参与者的安全性提高，所述交通参与者直接地和/或间接地使用通过传感器所检测到的环境信息。

14、在优选实施方式中所列举的措施示出本发明的优选扩展方案。

15、在本发明的一种有利构型中，传感器是用于监测交通基础设施的传感器。因此，所述传感器例如布置在交通十字路口等的区域中，以便基于通过传感器检测到的环境信息来控制交通引导系统和/或向自主地和/或部分自主地行驶的车辆供给信息，这些信息使这些车辆的驾驶运行更可靠和/或更安全。所述传感器例如是雷达传感器(例如4d雷达和/或成像雷达)和/或超声波传感器和/或激光雷达传感器和/或摄像机。除此之外，有利地借助所使用的相似性度量来定义对应的测量点的空间坐标的和/或速度的和/或延展尺度(例如表面的雷达横截面)的相似性。换言之，可以使各个测量点特别有利地通过下述方式集合到对应的组：这些测量点彼此具有空间上的接近(例如不超过空间中的预定义的相互距离的空间坐标)，由此，所述测量点能够以高概率配属于传感器的环境中的同一对象。以相似的方式，替代地或者附加地具有与对象或对象区域相似的速度的测量点能够以高概率配属于同一对象。这例如也适用于在环境的相似的区域中的相似的雷达横截面等。

16、特别有利地，根据本发明的方法具有用于辨识在原型的全体之内的固定的原型的步骤，其中，固定的原型的特征在于，所述固定的原型的分别作为基础的测量点基本上代表在传感器的环境中的固定的对象，并且其中，在该方法的用于求取在传感器的视场内的内容改变的第四步骤中仅仅考虑所辨识到的固定的原型。这主要结合随后描述的基于根据本发明的方法对传感器的姿态的监测提供优点：从进一步的处理中排除运动的对象，如在该视场中从旁驶过的车辆等，因为这些运动的对象通常不提供就根据本发明的使用目的而言的积极贡献。

17、优选地，通过下述方式来辨识上文描述的固定的原型：对应的原型的作为基础的测量点与速度信息关联，所述速度信息分别代表小于预定义的第一速度阈的速度。视所使用的传感器的类型和构型而定，这样的速度信息已经通过传感器自身进行检测和提供。这例如在充分利用多普勒效应的情况下结合雷达传感器和/或超声波传感器和/或与此不同的传感器进行。替代地或者附加地可以实现，从视频图像或者与此不同的拍摄中求取这样的速度信息。可以使这样的滤波——通过该滤波基本上仅保留固定的测量点用于进一步处理——根据对应的传感器性质已早期在处理链内执行，使得能够节省用于处理非固定的测量点的存储器需求和/或计算能力。进一步替代地或者附加地可以实现，通过下述方式来辨识固定的原型：针对在该测量时间段内至少在第一拍摄中存在的对应的原型，在该测量时间段内至少在最后的拍摄中存在相对应的原型，其中，该相对应的原型的特征在于，该相对应的原型与来自第一拍摄的原型代表相同的固定的对象。换言之，当原型至少在对应的测量时间段的起始和结束时在基本上相同的位置处和/或具有相似的性质(例如相似的尺寸、形状、反射特性等)地存在于拍摄内时，该原型可以被视为固定的原型。除了能够在测量时间段内将运动的对象与不运动的、即固定的对象区分开的可能性之外，该方法提供特别的优点：还保留环境中的这样的固定的对象用于进一步处理，所述固定的对象在该测量时间段内短时间地被运动的对象遮挡或部分遮挡。替代地或者附加地，尤其通过下述方式来辨识固定的原型：针对对应的原型，不仅在该测量时间段内至少在第一拍摄中存在属于该原型的组的测量点，而且在该测量时间段内至少在最后的拍摄中存在属于该原型的组的另外的测量点。这以高概率允许辨识相同的固定的对象。应指出的是，在测量时间段开始时和在测量时间段结束时为此待观察的拍摄的数量例如可以相应于二、三或更多，并且在测量时间段开始时的待观察的拍摄的数量可以与在测量时间段结束时的待观察的拍摄的数量相互不同。此外可以实现，根据当前的边界条件动态地匹配相应的数量。应当理解，存在于拍摄中的关于运动的对象的对于根据本发明的方法而言被有利地去除的信息可并行地用于对象的环境识别，以便例如求取道路的交通负荷等。

18、在本发明的另一种有利构型中，基于对传感器的视场内的内容改变的求取来求取该传感器的实际姿态(即实际位置和实际定向，例如在三维空间中)与该传感器的通过参考数据组预定义的期望姿态的偏差。

19、以这种方式能够确保，借助根据本发明的方法自动化地识别传感器相对于待观察的环境的位移和/或转动，由此提高通过该传感器的环境检测的可靠性。替代地或者附加地，基于对在传感器的视场内的内容改变的求取可以实现求取在该传感器的环境中的对象的改变，其中，该求取优选地局限于几乎固定的对象。几乎固定的对象应理解为如下对象：所述对象在预定义的最小时间段内是不能运动的。这样的对象例如是设置在建筑工地上的安全信标(sicherheitsbaken)等，这些安全信标在相应更长的时间段内保持不变而由此例如同样适用于求取传感器的实际姿态与该传感器的期望姿态的偏差。此外替代地或者附加地，基于对在传感器的视场内的内容改变的求取可以实现，求取并应用用于补偿传感器的实际姿态与该传感器的期望姿态的偏差的修正值，和/或输出代表在视场内的内容改变的信息。例如可以使后者用于自动化地向服务技术人员通知这样的偏差，使得能够通过服务技术人员在现场修正传感器姿态。替代地或者附加地，例如可以使所求取的信息用于停用借助传感器的环境检测和/或用于起动传感器的重校准。

20、优选地，在实施根据本发明的方法期间求取变换法则(transformationsvorschrift)，该变换法则将所求取的(优选固定的)原型映射到参考数据组的相对应的参考原型上。为此例如可以使由现有技术已知的用于点配准(punktregistrierung)的方法、如icp(“iterative closest points algorithm(迭代最近点算法)”)或者ndt(“normal distributions transform(正态分布变换)”)。替代地可以利用两个点集之间的相似性函数。随后基于该变换法则来求取传感器的实际姿态与该传感器的期望姿态的偏差的类型(例如平移的和/或旋转的)和/或范围(ausmaβ)。为此，例如求取变换法则的逆，以便在该变换法则的基础上求取各个原型与相对应的参考原型的最大偏差，以便确定传感器的最大定位误差和/或位置误差。

21、在本发明的另一种有利构型中，传感器的实际姿态与该传感器的期望姿态的偏差基于统计比较方法来求取，在该统计比较方法中，(在一个拍摄内和/或在对应的拍摄之间)将相对应的原型与参考原型之间的偏差的分布与预定义的参考分布进行比较。替代地或者附加地可以实现，基于(在一个拍摄内和/或在对应的拍摄之间)对相对应的原型与参考原型之间的、共同观察(gemeinsam betrachteter)的多个偏差值的低通滤波和基于经滤波的偏差值与预定义的至少一个偏差阈值的比较来求取传感器的实际姿态与该传感器的期望姿态的偏差。通过上文描述的两种方法可以使得实现原型与参考原型之间的、各个过度的和/或存在错误的偏差——所述偏差可能例如由于干扰影响如噪声和/或错误探测等引起——在求取实际姿态与期望姿态的实际偏差时不导致非期望的失真或者说畸变(verzerrung)。换言之，以这种方式可以实现传感器的实际姿态的特别稳健的监测，因为有利地削弱各个“异常值(ausreiβerwerte)”对总求取结果的影响。

22、进一步优选地，在求取测量点时，仅考虑这样的代表拍摄的数据：所述数据满足预定义的质量标准(所述数据例如具有低噪声和/或高的伴随的(begleitende)置信值等)。替代地或者附加地，在根据本发明的方法中，仅考虑这样的测量点：所述测量点与速度信息关联，所述速度信息分别代表小于预定义的第二速度阈的速度。

23、在本发明的另一种有利构型中，所述参考数据组基于通过传感器在该传感器的预定义的状态中、尤其是经校准的状态中(即期望状态中)的环境检测和/或基于环境的模拟(例如基于交通模拟)和/或基于地图数据和/或基于传感器模型来创建。借助传感器的模拟和/或在环境中传感器布置的模拟例如可以预先求取传感器的最佳姿态，所述最佳姿态随后在该传感器实际在真实环境中的实际安装中用作针对该传感器的布置预给定和定向预给定。此外，如上文描述的那样可以实现，仅仅或者附加地基于模拟数据来创建参考数据组。此外可以实现，参考数据组在实施根据本发明的方法之前创建(例如基于例如10min至30min的相对长的测量时间段，以便将干扰影响如噪声最小化)或者在实施该方法期间基于传感器的被缓存的和/或预处理的原始数据来创建。在后一种情况下，例如可以使来自根据本发明的方法的一次或者多次先前进行的运行的拍摄数据用作创建参考数据组的基础，由这些拍摄数据已知这些拍摄数据代表该传感器的期望状态。换言之，优选同样通过实施根据本发明的方法的步骤来创建参考数据，其中，所确定的参数——例如在用于求取参考数据组的训练阶段与用于求取与在该传感器的视场内的内容的偏差之间的测量时间段的确定——可能出现偏差。替代地或者附加地可以如上文描述的那样使用参考数据组，以便设定传感器的初始姿态。

24、根据本发明的第二方面，提出一种用于监测传感器的视场的设备，其中，该设备例如是传感器自身的组成部分和/或布置在传感器以外的组件。例如，该设备在使用分析处理单元的情况下设置用于，接收该传感器的环境的多个拍摄，这些拍摄借助该传感器在预定义的测量时间段内在不同的时间点时产生，基于所述拍摄来求取如下测量点：所述测量点分别代表在该传感器的环境中的对象的位置和/或延展尺度，基于预定义的相似性度量对所求取的测量点进行分组，其中，通过原型来代表测量点的每个组，基于原型与参考数据组的比较来求取在该传感器的视场内的内容改变，其中，该参考数据组具有参考原型，所述参考原型的作为基础的测量点已在该传感器的和该环境的参考状态中求取。特征、特征组合以及由这些特征和特征组合得出的优点这样清楚地相应于结合最先被提到的发明方面所阐释的特征、特征组合以及由这些特征和特征组合得出的优点，使得为了避免重复而参考上述阐释。

25、根据本发明的第三方面，提出一种计算机程序产品，该计算机程序产品设置用于实施根据上文描述的方法。根据本发明的第四方面，提出一种机器可读的存储介质，在该存储介质上存储有上文提到的计算机程序。