DE-102024210711-A1 - Hardwareeinheit und Verfahren zur Bestimmung einer nichtlinearen Bodenoberfläche und 3D-Punkte liefernder Sensor für eine Verkehrsumfeld-Erfassung

Abstract

Hardwareeinheit (10) zur Bestimmung einer nichtlinearen Bodenoberfläche, die Hardwareeinheit (10) umfassend: wenigstens eine Dateneingang-Schnittstelle (1), über die die Hardwareeinheit (10) Messpunkte (M) von einem 3D-Punkte liefernden Sensor (20) aufnimmt; eine Rechenvorrichtung (2), die die Messpunkte (M) in ein zweidimensionales Raster (G) abbildet und für jede Rasterzelle (C) basierend auf den jeweils dieser Rasterzelle (C) zugeordneten Messpunkten (M) eine Höhendifferenz bestimmt, und eine dieser Rasterzellen (C) als invalid klassifiziert, falls die jeweilige Höhendifferenz einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt; falls die jeweilige Höhendifferenz eine dieser Rasterzellen (C) den Schwellenwert nicht übersteigt und bei jeweils wenigstens zwei dieser Rasterzelle (C) direkt benachbarten Rasterzellen (C) die jeweilige Höhendifferenz ebenfalls den Schwellenwert jeweils nicht übersteigt, diese Rasterzelle (C) als ebene Oberfläche klassifiziert; wobei die Rechenvorrichtung (2) über den als ebene Oberflächen klassifizierten Rasterzellen (C) schrittweise eine Connected Component Analyse durchführt, dabei ebene Oberflächen, die zu Hindernissen gehören, von ebenen Oberflächen, die zu einer Bodenfläche gehören, trennt und die nichtlineare Bodenoberfläche erhält; eine Datenausgang-Schnittstelle (3), die die nichtlineare Bodenoberfläche ausgibt.

Inventors

• Matthias Geiger
• Philipp Ruess

Assignees

• ZF FRIEDRICHSHAFEN AG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241107

Claims (10)

1. Hardwareeinheit (10) zur Bestimmung einer nichtlinearen Bodenoberfläche, die Hardwareeinheit (10) umfassend: • wenigstens eine Dateneingang-Schnittstelle (1), über die die Hardwareeinheit (10) Messpunkte (M) von einem 3D-Punkte liefernden Sensor (20) aufnimmt; • eine Rechenvorrichtung (2), ◯ die die Messpunkte (M) in ein zweidimensionales Raster (G) abbildet und für jede Rasterzelle (C) basierend auf den jeweils dieser Rasterzelle (C) zugeordneten Messpunkten (M) eine Höhendifferenz bestimmt, und eine dieser Rasterzellen (C) als invalid klassifiziert, falls die jeweilige Höhendifferenz einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt; ◯ falls die jeweilige Höhendifferenz eine dieser Rasterzellen (C) den Schwellenwert nicht übersteigt und bei jeweils wenigstens zwei dieser Rasterzelle (C) direkt benachbarten Rasterzellen (C) die jeweilige Höhendifferenz ebenfalls den Schwellenwert jeweils nicht übersteigt, diese Rasterzelle (C) als ebene Oberfläche klassifiziert; ◯ wobei die Rechenvorrichtung (2) über den als ebene Oberflächen klassifizierten Rasterzellen (C) schrittweise eine Connected Component Analyse durchführt, dabei ebene Oberflächen, die zu Hindernissen gehören, von ebenen Oberflächen, die zu der nichtlinearen Bodenfläche gehören, trennt und die nichtlineare Bodenfläche erhält; • eine Datenausgang-Schnittstelle (3), die die nichtlineare Bodenfläche ausgibt.
2. Hardwareeinheit (10) nach Anspruch 1 , wobei die Rechenvorrichtung (2) die Connected Component Analyse für eine aktuelle der Rasterzellen (C) basierend auf vorgegebenen Bedingungen für die jeweils der aktuellen Rasterzelle (C) benachbarten Rasterzellen (C) betreffend einen Unterschied im Elevationswinkel, einen Abstand in x-Richtung, einen Abstand in y- Richtung und/oder einen Abstand in z-Richtung schrittweise über das Raster (G) durchführt.
3. Hardwareeinheit (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Rechenvorrichtung (2) für die Rasterzellen (C), die in der Connected Component Analyse als ebene, zu Hindernissen gehörende, Oberflächen aus dem Raster (G) entfernt wurden, oder denen jeweils keine Messpunkte (M) zugeordnet sind, einen Höhenwert interpoliert basierend auf jeweiligen benachbarten, als ebene Oberflächen klassifizierten, Rasterzellen (C).
4. Hardwareeinheit (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Rechenvorrichtung (2) für eine Rasterzelle (C), die zu einer gegebenen Rasterzelle(C) relativ weit entfernt ist, einen Höhenwert extrapoliert.
5. Hardwareeinheit (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Datenausgang-Schnittstelle (3) die Höhenwerte der Messpunkte (M) bezüglich der nichtlinearen Bodenfläche ausgibt.
6. Hardwareeinheit (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Rechenvorrichtung (2) in der Connected Component Analyse ebene Oberflächen, die nicht zu der Bodenfläche gehören, als Hindernisse klassifiziert.
7. 3D-Punkte liefernder Sensor (20) für eine Verkehrsumfeld-Erfassung, umfassend zumindest eine Empfangs- und/oder Sendeeinheit zum Empfangen und/oder Aussenden von Strahlung und eine Hardwareeinheit (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Sensor (20) eine nichtlineare Bodenoberfläche während eines Messvorgangs bestimmt.
8. Computerimplementiertes Verfahren zum Bestimmen einer nichtlinearen Bodenoberfläche, das Verfahren umfassend die Schritte: • Erhalten von Messpunkten (M) von wenigstens einem 3D-Punkte liefernden Sensor (20) (V1); • Abbilden der Messpunkte (M) in ein zweidimensionales Raster (G) (V2); • für jede Rasterzelle (C) Bestimmen, basierend auf den jeweils dieser Rasterzelle (C) zugeordneten Messpunkten (M), einer Höhendifferenz (V3); • Klassifizieren einer dieser Rasterzellen (C) als invalid, falls die jeweilige Höhendifferenz einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt (V4); • falls die jeweilige Höhendifferenz eine dieser Rasterzellen (C) den Schwellenwert nicht übersteigt und bei jeweils wenigstens zwei dieser Rasterzelle (C) direkt benachbarten Rasterzellen (C) die jeweilige Höhendifferenz ebenfalls den Schwellenwert jeweils nicht übersteigt, Klassifizieren dieser Rasterzelle (C) als ebene Oberfläche (V5); • über die als ebene Oberflächen klassifizierten Rasterzellen (C) schrittweises Durchführen einer Connected Component Analyse und Trennen von ebenen Oberflächen, die zu Hindernissen gehören, von ebenen Oberflächen, die zu einer Bodenfläche gehören (V6); • Erhalten der nichtlinearen Bodenoberfläche (V7); • Ausgeben der nichtlinearen Bodenoberfläche (V8).
9. Verfahren nach Anspruch 8 , wobei in der Connected Component Analyse ebene Oberflächen, die nicht zu der Bodenfläche gehören, als Hindernisse klassifiziert werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9 , wobei zur Durchführung des Verfahrens eine Hardwareeinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 eingesetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hardwareeinheit und ein Verfahren zur Bestimmung einer nichtlinearen Bodenoberfläche. Ferner betrifft die Erfindung einen 3D-Punkte liefernden Sensor für eine Verkehrsumfeld-Erfassung. Folgende Definitionen gelten für den gesamten Offenbarungsgehalt. Lidare, beispielsweise Lidarsensoren oder Lidarsysteme, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 10 2022 200 580 A1 ein Verfahren, um überflüssige Messpunkte aus Lidarmessungen zu reduzieren. Ein Problem im bekannten Stand der Technik, und dies war die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde lag, ist, nichtlineare Bodenoberflächen aus 3D Punktemessungen, beispielsweise aus Lidar-Messungen, zu bestimmen, insbesondere in einem Messvorgang. Nichtlineare Bodenoberflächen haben unterschiedliche Höhenpunkte entlang der Fläche, was bedeutet, dass sich die Höhe der Fläche kontinuierlich oder in Abschnitten ändert, wie beispielsweise in steilen engen Kurven oder bei Hügeln. Ein Messvorgang ist beispielsweise ein Scanvorgang. Die beanspruchten Gegenstände lösen dieses Problem. Nach einem Aspekt stellt die Erfindung eine Hardwareeinheit bereit zur Bestimmung einer nichtlinearen Bodenoberfläche. Die Hardwareeinheit ist eine technische Vorrichtung, die spezielle Funktionen erfüllt, beispielsweise in Kombination mit Software. Die Hardwareeinheit kann eine Prozessoreinheit, umfassend beispielsweise CPUs und/oder GPUs sein, beispielsweise in Form eines Systems auf einem Chip. Die Hardwareeinheit umfasst wenigstens eine Dateneingang-Schnittstelle, über die die Hardwareeinheit Messpunkte von einem 3D-Punkte liefernden Sensor aufnimmt. Der 3D-Punkte liefernde Sensor kann ein Sensor einer beliebigen Sensortechnologie sein, der 3D Punkte liefert. Beispielsweise ist der 3D-Punkte liefernde Sensor eine Time-Of-Flight-Kamera, ein Imaging Radar oder ein Lidarsensor. Die Hardwareeinheit ist nach einem Aspekt eine relativ zu Sensor funktional unabhängige, separate, eigenständige Hardwareeinheit. Beispielsweise ist die Hardwareeinheit ein elektronisches Steuergerät eines Fahrzeugs, auch electronic control unit genannt, abgekürzt ECU, oder eine Komponente des elektronischen Steuergeräts. Das Steuergerät ist funktional unabhängig von Hardwarekomponenten des Sensors. Die Dateneingang-Schnittstelle ist eine technische Vorrichtung. Beispiele für Schnittstellen oder Kommunikationsprotokolle sind Ethernet, beispielsweise Gigabit Ethernet, CAN-Bus, USB; Peripheral Component Interconnect Express oder WLAN/Bluetooth. Spezifische Datenformate, in denen die Messpunkte des Lidars aufgenommen werden, und die von der Dateneingang-Schnittstelle unterstützt werden, sind beispielsweise XYZ-Koordinaten, Polarkoordinaten oder Point Cloud, das sind Punktwolken, Daten. Die Messpunkte umfassen insbesondere Höhenwerte, beispielsweise als Z-Koordinate oder Elevationswinkel. Um die Messpunkte später präzise auszuwerten und gegebenenfalls zu verschiedenen Zeitpunkten erfasste Punktwolken zu vergleichen, werden nach einem Aspekt Zeitstempel, auch timestamps genannt, eingesetzt. Die Zeitstempel können beispielsweise GPS-basierte Zeitstempel sein. Die Hardwareeinheit umfasst ferner eine Rechenvorrichtung. Die Rechenvorrichtung ist eine technische Vorrichtung, die mathematische Operationen, logische Vergleiche und/oder datenverarbeitende Funktionen ausführt. Die Rechenvorrichtung umfasst beispielsweise Prozessoren, Schaltkreise und/oder Software, wobei durch Ausführung der Software die Berechnungen gesteuert werden. Beispielweise umfasst die Rechenvorrichtung eine oder mehrere CPUs, GPUs, Mikrocontroller, mathematische Co-Prozessoren, FPGAs, ASICS und/oder digitale Signalprozessoren. Die Rechenvorrichtung bildet die Messpunkte in ein zweidimensionales Raster ab. Beispielsweise werden dreidimensionale Lidar-Messpunkte oder Radar-Messpunkte oder Time-Of-Flight-Kamera-Messpunkte, die jeweils beispielsweise über XYZ-Koordinaten definiert sind, relativ zu einem Bezugspunkt in ein zweidimensionales Raster, das beispielsweise eine Vogelperspektiven-Ansicht darstellt, abgebildet. Wird der Sensor beispielsweise bei einem Fahrzeug eingesetzt, kann der Bezugspunkt beispielsweise ein Fahrzeug-Referenzpunkt sein. Das zweidimensionale Raster wird auch 2D-Grid genannt. Ein Raster umfasst mehrere Zeilen und Spalten. Jede Rasterzelle kann durch ihre Position, zum Beispiel Zeile und Spalte, eindeutig identifiziert werden. Eine Rasterzelle kann beispielsweise die Abmessungen 40cm x 40cm haben. Für jede Rasterzelle bestimmt die Rechenvorrichtung basierend auf den jeweils dieser Rasterzelle zugeordneten Messpunkten eine Höhendifferenz. Beispielsweise werden pro Rasterzelle über alle in diese Rasterzelle fallenden Messpunkte der minimale Höhenwert und der maximale Höhenwert der Messpunkte bestimmt. Die Höhendifferenz ist dann die Differenz des maximalen Höhenwerts und des minimalen Höhenwerts. Die Rechenvorrichtung klassifiziert eine dieser Rasterzellen als invalid, falls die jeweilige