用于识别和确定对象的几何特性的方法和驾驶员辅助系统与流程

1.本发明涉及一种用于在使用超声波的情况下识别和确定对象的几何特性的方法，其中，发射超声波脉冲，并且由至少两个彼此间隔开地布置的超声波传感器再次接收在对象处所反射的超声回波。本发明的其他方面涉及一种计算机程序以及一种驾驶员辅助系统，所述计算机程序和驾驶员辅助系统设置用于实施该方法。


背景技术：

2.已知如下不同的驾驶员辅助系统：所述驾驶员辅助系统能够在实施不同的行驶操作时，辅助车辆的驾驶员，预先向驾驶员警告危险，和/或至少暂时地自动引导车辆。为了实现其功能，所述驾驶员辅助系统依赖关于周围环境中的对象(如其他交通参与者，和例如像树木或者支柱那样的障碍物)的精确数据。在此，准确确定对象相对于车辆的位置尤其重要。
3.可以将最小二乘法用于对象位置的确定，在最小二乘法中，通过多个在空间上彼此间隔开的传感器，确定各个传感器与对象之间的距离。例如可以将基于超声波的距离传感器用于基于最小二乘法的位置确定。
4.若周围环境中存在多个对象，则存在这样的挑战：为了应用最小二乘法，将各个所测量的距离分配给正确的对象，使得正确的圆或者椭圆彼此相切。主要在具有非常多的不同对象的场景中可能发生，由于错误的切点构成错误的位置或在无对象的地点处推测出对象。所使用的传感器越多，则要彼此相切的圆和椭圆的选择就越复杂。
5.de 10 2013 223 803 a1说明了一种用于环境模型的用于分割占用栅格的方法。在此，除了占用度之外，各个栅格单元配属有至少一个关于该栅格单元的附加信息，例如速度或者高度。该方法包括读入具有多个栅格单元的占用栅格，其中，所述多个栅格单元中的每个栅格单元配属有栅格单元信息，并且在使用该栅格单元信息的情况下，将至少一个对象分配给所述多个栅格单元。
6.由ep 3 552 908 a2已知一种用于自主车辆的系统和控制设备。该系统包括传感器模块，该传感器模块尤其可以包括超声波传感器。为了评估车辆的周围环境，可以使用栅格地图(grid map)，以及使用具有动态对象的列表。
7.de 10 2015 122 825 a1说明了一种用于为对象融合进行目标元素分组的方法。在此，通过栅格示出xy空间，其中，在该空间中示出传感器测量点。在此利用栅格，以便例如通过分配给相邻单元，将传感器测量分组。
8.已知方法的问题是，该方法未实现对象的分类，并且未实现对象尺寸的确定。


技术实现要素：

9.提出一种用于在使用超声波的情况下识别对象和确定对象的几何特性的方法，其中，发射超声波脉冲并且由至少两个彼此间隔开地布置的超声波传感器再接收在对象处所反射的超声回波。在本方法中设置，以分别定义的几何参数组定义对象类型，其中，几何参
数包括对象的位置，并且为每个对象类型创建n维栅格地图，其中，n是配属于对象类型的参数的数量。在此，所述单元中的每个代表具有配属于对应的单元的几何参数的参数对象，并且栅格地图中的每个单元具有配属于该单元的计数器。
10.在接收到直接回波的情况下，在每个栅格地图中使代表以下参数对象的单元的计数器递增：该参数对象的表面与圆弧或者球体表面相切，所述圆弧和球体表面由配属于直接回波的距离所定义，而在接收到交叉回波的情况下，使代表以下参数对象的单元的计数器递增：参数对象的表面与椭圆弧或者椭圆体表面相切，所述椭圆弧和椭圆体表面由配属于交叉回波的距离和所参与的超声波传感器的相对位态所定义。在确定是否存在相切时，为测量误差、散射和/或配属于单元的参数区间考虑公差。在此尤其设置，如此选择公差，使得考虑到进行反射的表面的散射行为。如此“进行散射”的表面不具有适用“入射角等于反射角”并且在检查相切时导致切向接触的切向反射行为。替代地，在一定的角度范围内散射，这通过相应的公差选择将同样被识别为相切。
11.此外，为每个对象类型确定候选对象，对于所述候选对象，相应栅格地图的单元具有高于预给定边界值的计数器。
12.所述对象例如可以是如车辆或者行人的交通参与者，或者是例如像树木或者支柱那样的障碍物。
13.为了识别对象和确定对象的几何特性，所述超声波传感器中的至少一个例如可以发射超声波脉冲，其中，通过两个或者更多的超声波传感器可以接收被周围环境中的对象所反射的超声回波。在此，由原先发射了超声波脉冲的超声波传感器所接收到的超声回波称为直接回波，而由一个或多个其他超声波传感器所接收到的超声回波称为交叉回波。由从超声波脉冲的发射到超声回波的接收所经过的传播时间以及由已知声速则能够确定对象的距离。根据情况而定，尤其在周围环境中存在多个对象的情况下，针对所发射的超声波脉冲，通过唯一的超声波传感器也可能接收到多个超声回波。
14.各个超声波传感器可以分别相继地发射超声波脉冲。附加或替代地也可以设置，两个或者多个超声波传感器同时发射超声波脉冲，其中，优选将所述超声波脉冲编码，以进行区分。为了编码，可以调制超声波脉冲和/或可以使用不同的频率。
15.为每个待识别对象类型事先定义几何参数组，通过该几何参数组能够描述该类型的每个有效对象。所述参数至少描述对象的位置，并且可以附加地包括其他说明，所述其他说明例如描述像直径、长度、高度和/或宽度那样的几何尺寸。在此，不是一定必须在笛卡尔坐标中对描述位置的参数进行说明，而是也可以在其他例如极坐标的坐标系中进行说明。根据对象类型，描述位置的参数可以是一维的、二维的或者三维的，即包括1至3个参数，以便明确地描述位置。
16.例如可以将三维空间中的壁表示为平面(具有无限延伸尺度)，其中，平面可以明确地通过三维参数空间(n＝3)中的点示出。如果仅考察竖直壁，则甚至两个参数并且相应地一个二维参数空间(n＝2)就足以用于进行描述。该参数空间的两个参数或维度的可能的选择包括平面到原点的距离和平面的法向矢量在xy平面上的投影与x轴的角度。例如像柱或者支柱那样的竖直柱体可以通过其x坐标和其y坐标代表，因此同样可以通过二维参数空间(n＝2)进行表示。若例如应附加地考虑柱体的半径，则将参数空间相应扩展到三个参数(n＝3)。
17.相应地，在该方法中优选从平面(尤其竖直平面)、柱体(尤其竖直柱体)、球体和线(尤其水平线)中选择所定义的对象类型。优选定义至少两个不同的对象类型，并且相应创建至少两个栅格地图。
18.例如可以通过四维参数描述(中心点位置和半径)来使用球体对象。替代地，也可以使用无半径的三维参数描述，由此得出点对象。
19.线对象尤其可以代表一维边界。水平线对象例如可以描述路边石的位态，其中可以实现任意的三维和四维参数描述。
20.在定义对象类型时可以已经考虑进行反射的表面的表面散射行为。可以为此将前述如平面和柱体的对象类型用作基础，其中，参数描述自身优选不改变。例如可以将具有不平或者不规则的表面的对象(例如灌木或者自行车)作为具有漫反射(streuende reflektion)的平面建模。但在选择待填入的栅格单元时，将切向反射行为的条件(检查相切)软化，其方式是，对于入射角和反射角之间偏差允许较大公差。这导致，如果这将涉及例如用于灌木的栅格地图，则通过使计数器递增而填充附加的单元。相应优选设置，为不同的对象类型区分地预给定用于对相切进行检查所使用的公差。
21.优选针对具有切向反射行为的对象类型和针对具有漫反射行为的对象类型(例如壁相对于灌木)使用不同的栅格地图，即使这些对象类型使用同一参数描述。
22.栅格地图的单元中的每个代表一个具有配属于该相应单元的参数的参数对象。对于细竖直柱体的示例，其中相应地未将半径考虑为参数，所述单元中的每个相应于在周围环境中处于配属于该单元的x/y位置处的一个细竖直柱体。栅格地图可以在该示例中相应代表在具有例如2.5m
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2.5m(长
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宽)尺寸的周围环境区域内的可能竖直柱体，其中，例如使用5cm的网栅。对于该示例，得出具有50
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50＝2500个单元的栅格地图。
23.可以固定地预给定或者动态地匹配栅格地图的大小和划分。
24.优选如此选择栅格地图的尺寸，使得可以将参数对象在栅格地图中在从1m至10m、优选从2m至5m范围内的长度和宽度(道路平面)中和在从0m至5m、优选从1m至2m范围内的高度中进行描述。
25.在接收超声回波时分别确定，超声回波可以来自通过栅格地图所表示的对象中的哪些。在此，确定相应于所获得的直接回波的和交叉回波的距离值a的旋转椭圆体ea，并且为每个对象类型t确定：由单元参数所代表的对象是否与超声回波的旋转椭圆体ea共同具有(除测量公差之外的)切向超平面。
26.旋转椭圆体的投影在笛卡尔空间中在二维的情况下对于直接回波是圆，而对于交叉回波是椭圆。在三维观察中，旋转椭圆体对于直接回波是球体，而对于交叉回波是具有至少两个相同轴长的椭圆体。但根据对象类型而定，可以与笛卡尔空间坐标有偏差地定义栅格地图的空间维度，例如在竖直壁的情况下为到原点的距离和法向量与x轴在xy平面内所成的角度。在这种情况下可以进行变换，以便确定切点或共同的超平面。
27.可以类似于hough变换地实现这种变换。hough变换尤其为来自图像中的复杂可参数化几何图形识别的领域的技术人员所已知。例如将旋转椭圆体的表示变换到相应栅格地图的相应参数空间中。随后使如下栅格地图单元的计数器递增：所述单元与经变换的旋转椭圆体相切。在笛卡尔空间中考察时，这相应于使代表如下对象的单元的计数器递增：该对象的表面在预给定公差的范围内与旋转椭圆体相切。
28.优选在使单元的计数器递增之前检查：由该单元所代表的参数对象是否位于如下区域内：该区域由已接收到超声回波的超声波传感器的视野所定义。在此，例如可以通过锥体定义该视野，其中则例如可以检查，由相应单元所代表的对象是否与锥体体积相切。
29.若单元的计数器分别以值1递增，则在二维栅格地图(n＝2)的情况下，预给定的边界值优选选择为≥1，而在三维栅格地图(n＝3)的情况下优选选择为≥2。在更高维度的情况下，优选相应于维度数量来提高边界值。边界值选择得越高，则识别到对象的概率就越小，尽管在该地点处无真实对象存在。相反，在边界值提高时敏感度下降，如此使得未将真实对象识别为对象的概率提高。
30.该边界值可以固定地预给定或者动态地匹配。例如在一个测量周期内测量到特别多回波的情况下，则可以将针对该测量周期的边界值例如增加1。
31.优选在使计数器递增时给单元配属相应接收到的超声回波。这例如可以由此进行，即，地存储对与相应的单元配属的、代表所接收到的超声回波的数据组的参照。优选分别存储，通过所述超声波传感器中的哪些已接收到相应超声回波，并且优选存储其他属性，如由超声回波的传播时间所确定的距离和/或超声回波的振幅。
32.优选根据分类参数确定候选对象的顺序，其中，从对象类型、候选对象到超声波传感器的距离、配属于候选对象的超声回波的数量、所配属的超声回波的质量和所述排序参数中的至少两个的组合中选择排序参数。作为用于超声回波质量的指标，例如可以使用振幅和/或信噪比。优选将配属于候选对象的回波的数量作为最重要参数进行分类并且相应地加权。
33.优选根据所确定的顺序，在以下方面对候选对象进行检验：配属于该候选对象的超声回波的量是否显著。在此将具有高于预给定阈值的显著性值的候选对象确定为目标对象，其中，针对配属于该候选对象的超声回波检查相应超声回波已被分配给多少个目标对象作为用于确定显著性的参数。
34.例如为每个配属于候选对象的超声回波求取评估，其中，超声回波已配属于的目标对象越多，则将其评估得越低。在候选对象的显著性值中则尤其纳入各个所配属的超声回波的评估的总和。尤其在已通过超声波传感器自身针对回声创建存在真实对象的概率的情况下优选考虑该存在概率，例如作为加权系数。
35.为了检验显著性，可以在确定显著性值时考虑其他判定标准，所述判定标准尤其从对象类型和配属于候选对象的超声回波的数量中选择。
36.在辨识到目标对象后，该目标对象通过配属于相应单元的参数明确地表征。此外，目标对象通过分配给对象类型特定的栅格地图也已被分类为相应于该类型的对象。
37.优选将目标对象连同其所确定的参数和所进行的分类共同用于提供驾驶员辅助功能。为此，可以将目标对象输入到对于所有对象类型统一的环境地图中。
38.优选随后更详细地对所辨识的目标对象进行研究，由此能够更准确地确定其参数。为此优选设置，在目标对象的区域内减小相应栅格地图的步长，以便改善确定目标对象的几何特性的精度。
39.替代或附加地，为了更准确地检验目标对象，将由相应单元的参数所推导出的关于目标对象位置的说明在使用最小二乘法的情况下作为预选用于随后对目标对象位置的确定。如果给这种单元配属了接收到的超声回波，就尤其能够选择所述超声回波或配属于
所述超声回波的距离用于执行最小二乘法。通过这种最小二乘法所实现的位置确定精度在此可以优于栅格地图的网栅大小。
40.优选在预给定的最小时间(例如0.5s)之后和/或在行驶过最小距离(例如0.1m)之后，从栅格地图中去除超声回波，其中，使相应单元的计数器递减。为此，优选在使单元的计数器递增时给这些单元中的一个单元分配指向相应超声回波的参阅。
41.替代于此可以是，在经历一个测量周期或者预给定数量的测量周期之后，将所有栅格地图的所有单元的计数器重置，其中，在此尤其将单元的所有计数器设置为中性值“0”。
42.在此优选地，在超声波传感器已发射超声波脉冲和已由超声波传感器接收所属超声回波或已超过用于接收超声回波的最大预给定等待时间之后，将测量周期视为完成。例如可以在一个测量周期内一个超声波传感器发送而例如多达12个超声波传感器可能接收该信号。由于每个超声波传感器能够接收多个超声回波，例如直至20个超声回波，则使得能够在唯一的测量周期内例如接收直至240个回波。
43.优选持续进行地重复所提出的方法，使得同样连续进行地求取或更新对象位置。所求取的目标对象及其所确定的位置优选用于提供驾驶员辅助功能，或者提供给其他用于提供驾驶员辅助功能的驾驶员辅助系统使用。所述驾驶员辅助功能例如可以是停车辅助，使用该停车辅助将车辆自动引导至停车位。
44.根据本发明还提出一种计算机程序，据此，当在可编程的计算机装置上执行该计算机程序时实施在此所描述的方法。该计算机程序例如可以是用于在车辆中实现驾驶员辅助系统或者其子系统的模块。该计算机程序可以存储在机器可读的存储介质上，例如在永久或者可重写的存储介质上，或者配属于计算机装置，或者存储在可移除的cd-rom、dvd、蓝光光盘或者usb条上。附加或替代地，可以在计算机装置上(例如在服务器上)提供该计算机程序用于下载，例如通过数据网络(如互联网)或者通过通信连接(例如电话线或者无线连接)。
45.此外，根据本发明提出一种用于确定车辆周围环境中的对象的位置的驾驶员辅助系统，其中，该驾驶员辅助系统包括多个超声波传感器。在此，该驾驶员辅助系统设置为用于实施在此所说明的方法。
46.本发明尤其能够在对多个接收对象回波的超声波传感器进行使用的情况下实现一种用于识别对象和确定所述对象的几何特性的高效可能性。通过为每个待识别的对象类型使用栅格地图，一方面进行直接的对象分类。另一方面，通过使用栅格地图，在传感器数量和/或周围环境中的对象的数量增加的情况下，对于确定对象特性所需的计算开销仅少量地增加，如此使得该方法能够节省资源地实现。这尤其能够使得该方法能够在用于运行驾驶员辅助系统的通常控制设备中得到实现。
47.有利地，确定的对象特性不仅可以包括其位置，而且例如也可以包括其尺寸。该方法因此不仅能够对对象进行识别，而且同时也能够进行分类和测量。
48.不同于至今为止基于超声波传感器的定位方法，使用根据本发明的方法，不仅能够定位分别最邻近的对象，而且能够定位周围环境中的多个对象。该方法能够使得能够实现，相比于仅将匹配到最邻近对象的超声回波进行分组实现将一个测量周期的超声回波分到更多的组中并从而执行定位。
附图说明
49.以下根据附图更详细地阐述本发明的实施方式。
50.附图示出：
51.图1：用于识别车辆周围环境中的对象的超声波的发射和接收的示意图；
52.图2：车辆的周围环境的栅格地图的第一示例的示意图；
53.图3：车辆前方直至3m的竖直平面的二维参数空间的栅格地图的第二示例的示意图，以及
54.图4：车辆的超声波传感器的视野的示意图。
具体实施方式
55.在以下对本发明的实施方式的描述中，使用相同的附图标记表示相同或者相似的元件，其中，在个别情况下省去对所述元件的重复说明。附图仅示意性示出本发明的主题。
56.图1示出具有驾驶员辅助系统300的车辆1的前部，该驾驶员辅助系统用于识别并且用于确定在车辆1的周围环境中的对象2的几何特性。
57.在图1中所示出的实施方式中，驾驶员辅助系统300包括四个超声波传感器11、12、13、14，所述超声波传感器全部布置在车辆1的前部处。例如可以将超声波传感器11、12、13和14布置到车辆1的保险杠中。驾驶员辅助系统300此外包括控制设备100，该控制设备与超声波传感器11、12、13、14连接。控制设备100设置为用于，为了发射超声波脉冲20而操控所连接的超声波传感器11、12、13、14，并且对所接收到的超声回波31、43进行处理。
58.在图1中所示出的情况下，对象2位于车辆1的前方。显然也可以有多于一个的对象2位于该周围环境中，但为了更清楚起见，在唯一的对象2处对本方法的流程进行描述。此外，对于本方法的以下示例性描述，阐述用于对作为对象2的细竖直柱体的特性进行识别和确定的流程。该对象2是竖直的柱形支柱。
59.为了识别周围环境中的对象2并且求取其位置，超声波传感器11、12、13、14发射超声波脉冲20，并且接收由对象2所反射的超声回波31、43。为了更清楚起见，在图1中仅示出超声波脉冲20的通过第一超声波传感器11的发射。显然，其他超声波传感器12、13、14同样能够发射超声波脉冲20。
60.超声波脉冲20由对象2反射。在此，将由第一超声波传感器11所接收到的超声回波称为直接回波31，因为原先的超声波脉冲20是由该第一超声波传感器11所发射的。将由所述超声波传感器中的其他传感器12、13、14所接收到的超声回波称为交叉回波43，其中，为了简化图1的表示，仅标明交叉回波43的通过第三超声波传感器13的接收。
61.根据从超声波脉冲20的发射到直接回波31的接收所经过的传播时间，以及根据已知声速，则能够确定对象2到第一超声波传感器11的距离。通过传播时间，也能够给交叉回波43配属一个距离。
62.在所提出的方法中设置，为每个待识别的对象类型创建栅格地图200，参见图2和图3。在细竖直柱体作为待识别对象类型的情况下，为了明确地描述对象2，两个参数就足够，即对象2的x坐标和y坐标。相应地创建如下栅格地图200：该栅格地图是二维的并且具有作为第一维度的x坐标和作为第二维度的y坐标。
63.在直接回波31的情况下，根据传播时间所求取的距离确定圆弧51的半径，该圆弧
描述对象2的坐标的可能的x值/y值。在此，第一超声波传感器11位于圆弧51的中心。在栅格地图200中，相应地针对单元210使所配属的计数器以一递增，所述计数器描述在由圆弧51所切的位置处的竖直柱体。
64.在交叉回波43的情况下，通过椭圆弧63描述对象2的坐标的可能的x值/y值，其中，进行发射的第一超声波传感器11位于一个焦点上，而进行接收的第三超声波传感器13位于另一焦点上。例如可以类似于园丁方法地构造椭圆弧63，其中，通过从交叉回波43的信号传播时间所确定的距离，给出椭圆弧63的点的距离总和。
65.针对图1中所示出的状况，图2示出针对细竖直柱体作为对象类型的栅格地图200。在所示出的示例中，栅格地图200是具有10
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10个元素或单元210的二维栅格地图，所述元素或单元代表细竖直柱体的坐标的x值和y值的参数空间。
66.为了确定针对图1中所示状况代表周围环境中的对象2的候选对象，所述单元210中的每个配属有一个计数器。如果该单元210与配属于超声回波31、43的旋转椭圆体具有共同的超平面，则使该计数器以值1递增。换句话说，在图2的示例中，如果配属于直接回波31的圆弧51与相应的单元210相切，则使单元210的计数器递增。在图2的图示中，使用了第一阴影线标记第一单元211。同样使针对由配属于交叉回波43(参见图1)的椭圆弧63所切的那些单元210的计数器以值1递增。在图2的图示中，使用了第二阴影线标记第二单元213。
67.在图2中所示出的示例中，存在两个重叠单元215，这些不仅使用第一阴影线、而且使用第二阴影线来标记。重叠单元215的计数器递增了两次，并且因此具有值2。若预给定边界值1，则仅重叠单元215的计数器超过该边界值，而将由所述单元210所代表的参数对象考虑作为候选对象。
68.图3示出将竖直壁作为对象类型的栅格地图200。因此，与将支柱作为对象2相反地，根据图3的示例，竖直壁以与x轴成α＝0
°
的角度位于车辆1前方1.6m距离处，参见图1。栅格地图200具有作为第一维度的角度α和作为第二维度的距离d。栅格地图200的单元210在距离维度上具有4cm的边长，并且在角度维度上具有2
°
的边长。
69.在栅格地图200中填入了三个测量。三个重叠单元215大约位于图3的图示的中心处，这些重叠单元的计数器递增了三次。这些重叠单元215代表候选对象。
70.图4为具有驾驶员辅助系统300的车辆1，示意性示出第一超声波传感器11和第三超声波传感器13的视野81、83。第二超声波传感器12和第四超声波传感器14显然也具有相应的视野，为更清楚起见，这些视野未在图4的图示中示出。视野81、83代表车辆1的周围环境的以下区域：相应超声波传感器11、12、13、14能够在所述区域内通过接收超声回波31、43来探测对象2。这例如能够用于：在创建栅格地图200时(参见图2和3)仅使针对以下单元210的计数器递增：所述单元位于接收相应超声回波31、43的超声波传感器11、12、13、14的视野81、83内。
71.本发明不限于在此所描述的实施例和其中强调的方面。而是在通过权利要求所给出的范围内能够实现处于本领域技术人员的技术手段范畴内的多个变型。