DE102005039527A1 - Verfahren zur automatischen Bestimmung des Ausrichtungswinkels von mindestens einem Infrarotsensor sowie Fußgängerdetektionssystem mit automatischer Kalibrierfunktion für ein Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Fußgängerdetektionssysteme in Fahrzeugen sind ein weiterer Beitrag, um die Sicherheit im Straßenverkehr zu erhöhen. Mit diesen Systemen werden die schwächsten Verkehrsteilnehmer, nämlich die Fußgänger, effektiv geschützt, indem beispielsweise ein Warnsignal erzeugt oder eine Gegenmaßnahme ausgelöst wird, sobald ein Fußgänger in dem Messbereich der Systeme registriert wird. DOLLAR A Die genaue Montage der Sensoren von Fußgängerdetektionssystsemen, insbesondere deren Ausrichtung, ist mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Zudem sind die eingebauten Sensoren nur schwer zugänglich, was eine genaue Messung des Winkels mit mechanischen Messverfahren aufwändig bis unmöglich macht. DOLLAR A Es wird ein Verfahren zur automatischen Bestimmung des Ausrichtungswinkels xi von mindestens einem Infrarotsensor 4, insbesondere eines Fußgängerdetektionssystems 1 in einem Fahrzeug 2, unter Verwendung eines Positionsmesssystems 7 vorgeschlagen, wobei ein Kalibrierungsobjekt 9 durch einen gemeinsamen Messbereich des mindestens einen Infrarotsensors 4 und des Positionsmesssystems 7 geführt wird, wobei durch Auswertung des Signalverlaufs 10 des Infrarotsensors 4 ein Zeitpunkt tmax bestimmt wird, zu dem der Signalverlauf 10 ein Extremum aufweist, und wobei mit dem Positionsmesssystem 7 die Position des Kalibrierungsobjekts 9 zum Zeitpunkt tmax ermittelt wird und aus der ermittelten Position der Ausrichtungswinkel xi des mindestens einen Infrarotsensors 4 berechnet wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Bestimmung des Ausrichtungswinkels von mindestens einem Infrarotsensor, insbesondere eines Fußgängerdetektionssystems in einem Fahrzeug, unter Verwendung eines Positionsmesssystems sowie ein Fußgängerdetektionssystem mit automatischer Kalibrierfunktion für ein Fahrzeug.
• Fußgängerdetektionssysteme in Fahrzeugen sind ein weiterer Beitrag, um die Sicherheit im Straßenverkehr zu erhöhen. Mit diesen Systemen werden die schwächsten Verkehrsteilnehmer, nämlich die Fußgänger, effektiv geschützt, indem beispielsweise ein Warnsignal erzeugt oder eine Gegenmaßnahme ausgelöst wird, sobald ein Fußgänger in dem Messbereich der Systeme registriert wird.
• Fußgängerdetektionssysteme verfügen über Sensoren, die die von Fußgängern ausgehende Infrarotstrahlung nutzen, um Fußgänger von anderen Objekttypen unterscheiden zu können. Für diese Aufgabe können Infrarotkameras eingesetzt werden, die jedoch für den Masseneinsatz in Fahrzeugen zu teuer und zu empfindlich sind. Die neuere Entwicklung geht dagegen in die Richtung, Infrarotsensoren für die Fußgängerdetektion einzusetzen. Beispielsweise wird in der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung 102004058703.5 der Anmelderin ein System zur Fußgängerdetektion mit Thermopile-Sensoren vorgestellt, welches auf einer speziellen Anordnung der Sensoren basiert, die so in der Schürze des Fahrzeugs angebracht sind, dass sich deren Sichtbereiche überlappen. Bei der internen Weiterentwicklung dieses Fußgängerdetektionssystems hat sich jedoch überraschenderweise herausgestellt, dass die genaue Montage der Sensoren, insbesondere deren Ausrichtung, mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden ist und die vorgegebenen Ausrichtungswinkel von den tatsächlichen abweichen. Zudem sind die eingebauten Sensoren nur schwer zugänglich, was eine genaue Messung des Winkels mit mechanischen Messverfahren aufwändig bis unmöglich macht. Des Weiteren kam es durch Vibrationen am Versuchsträger während des Fahrbetriebs immer wieder zu Dejustagen der Sensoren.
• Die Justage von Abstands- und Richtungssensoren eines Fahrzeuges ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 199 57 186 A1 bekannt. Hierbei ist vorgesehen, dass während der Fahrt fortlaufend mit Hilfe des Abstands- oder Richtungssensors der Abstand und der Richtungswinkel von Objekten relativ zum Fahrzeug erfasst werden, aus diesen Informationen zunächst Richtungsvektoren berechnet werden und aus den Richtungsvektoren die gemessene Fahrtrichtung ermittelt wird. Parallel dazu wird mit Hilfe eines Gierratensensors ebenfalls die Fahrtrichtung bestimmt. Aus einem Vergleich der auf zwei verschiedenen Wege ermittelten Fahrtrichtungen wird eine Winkeldejustage des Abstands- oder Richtungssensors berechnet.
• Ein weiteres Justageverfahren und einen entsprechenden Sensor offenbart die Druckschrift US 6,833,547 B2 . Es ist eine Sensoranordnung mit einem ersten und einem zweiten Sensor beschrieben, wobei der erste Sensor in einem Temperaturbereich deutlich unter Normalraumtemperatur und der zweite Sensor ungekühlt arbeitet. Zur Justage des ersten Sensors werden bei Raumtemperatur Referenzmessungen mit dem zweiten Sensor durchgeführt und die Ausrichtung des ersten Sensors bei dessen Arbeitstemperatur unter der Normalraumtemperatur überprüft.
• Die Druckschrift DE 199 34 670 B4 offenbart ein Objektdetektionssystem, insbesondere für ein Fahrzeug, welches wenigstens drei Objektdetektoren aufweist, wobei sich die in Fahrtrichtung liegenden Detektionsbereiche überschneiden und die von den Objektdetektoren aus den sich überschneidenden Detektionsbereichen während der Fahrt gelieferten Messwerte zu gesonderten Auswertungen genutzt werden. Insbesondere kann es sich bei den gesonderten Auswertungen um eine Funktionsüberwachung, Kalibrierung oder Justage der Objektdetektoren handeln. Nähere Informationen über die Umsetzung der Funktionsüberwachung, Kalibrierung oder Justage der Objektdetektoren oder Hinweise auf Infrarotsensoren oder Fußgängerdetektionssysteme kann der Fachmann dieser Druckschrift nicht entnehmen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Justage oder Kalibrierung eines Fußgängerdetektionssystems sowie ein Fußgängerdetektionssystem mit vereinfachter Justage- oder Kalibrierfunktion vorzuschlagen.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Fußgängerdetektionssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um ein Vorgehen, um automatisch den Ausrichtungswinkel von mindestens einem Infrarotsensor, der vorzugsweise einem Fußgängerdetektionssystem zugeordnet ist, zu bestimmen. Der Ausrichtungswinkel entspricht dabei der Messrichtung und/oder der Mittelachse des Messbereichs des Infrarotsensors. Insbesondere kann es sich beim Ausrichtungswinkel des Infrarotsensors im eingebauten Zustand in einem Fahrzeug um einen Horizontalwinkel und/oder einen Vertikalwinkel handeln. Vorzugsweise ist der mindestens eine Infrarotsensor als Thermopile-Sensor ausgebildet und/oder das Fußgängerdetektionssystem ist realisiert, wie es in der Patentanmeldung 102004058703.5 beschrieben ist. Die Offenbarung dieser Patentanmeldung wird mittels Referenzierung in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.
• Für das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Positionsmesssystem verwendet, welches Positionsdaten eines Objektes, zum Beispiel eines Fußgängers, ermittelt. Mögliche Positionsmesssysteme sind beispielsweise Radarsysteme, LIDAR-Sensoren, Mikrowellensysteme, bildverarbeitende Systeme, Ultraschallsensoren oder Laserscannersysteme.
• Die Messbereiche des mindestens einen Infrarotsensors und des Positionsmesssystems sind zumindest teilweise überlappend ausgebildet, so dass ein gemeinsamer Messbereich gebildet wird. Durch diesen Messbereich wird ein Kalibrierungsobjekt geführt, so dass dieses von Infrarotsensor und Positionsmesssystem zeitgleich detektiert wird.
• Der Signalverlauf des Infrarotsensors wird ausgewertet, wobei ein Zeitpunkt tmax bestimmt wird, zu dem der Signalverlauf ein Extremum, insbesondere ein Maximum, aufweist. Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass das Ausgangssignal eines Infrarotsensors genau zu dem Zeitpunkt einen Spitzenwert erreicht, zu dem sich das Kalibrierungsobjekt in Messrichtung, insbesondere auf der Mittelachse des Messbereichs oder des Sichtfeldes des Infrarotsensors befindet. Mit anderen Worten, zum Zeitpunkt tmax befindet sich das Kalibrierungsobjekt in Messrichtung des Infrarotsensors.
• Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass mit dem Positionsmesssystem die Position des Kalibrierungsobjekts zum Zeitpunkt tmax ermittelt wird und aus der ermittelten Position der Ausrichtungswinkel des mindestens einen Infrarotsensors berechnet wird. Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, in kurzer Zeit die Winkelausrichtung von an dem Fahrzeug angebrachten Infrarotsensoren zu überprüfen bzw. zu bestimmen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass ein im Fahrzeug bereits integrierter Sensor, der eine Positionsangabe liefert, verwendet und das Verfahren kostengünstig realisiert werden kann.
• Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind durch die Unteransprüche gegeben.
• Bei einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Kalibrierungsobjekt mehrmals durch den gemeinsamen Messbereich geführt wird. Bei der Auswertung wird für jede Durchquerung des gemeinsamen Messbereichs ein Zeitpunkt tmax bestimmt. Zu jedem Zeitpunkt tmax wird durch das Positionsmesssystem eine Position des Kalibrierungsobjekts zugeordnet und ein entsprechender Ausrichtungswinkel des mindestens einen Infrarotsensors berechnet. Diese Ausrichtungswinkel werden dann nach bekannten statistischen Verfahren gemittelt. Dieses Vorgehen birgt den Vorteil, dass Ungenauigkeiten des Infrarotsensors und/oder des Positionsmesssystems statistisch ausgemittelt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kalibrierungsobjekt nach jeder Iteration das Sichtfeld und/oder den Messbereich des mindestens einen Infrarotsensors, insbesondere aller Infrarotsensoren des Fußgängerdetektionssystems, verlässt, um eine robuste Erkennung des oder der Extrema zu gewährleisten.
• Vorzugsweise wird das Kalibrierungsobjekt senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zur Messrichtung des Positionsmesssystems und/oder des mindestens einen Infrarotsensors, insbesondere der gemeinsamen Messrichtung aller Infrarotsensoren des Fußgängerdetektionssystems, geführt. Versuche haben gezeigt, dass Bewegungen des Kalibrierungsobjekts in Messrichtung zu einer Veränderung der Signalform des Infrarotsensors und dadurch zu einer Fehlinterpretation des Extremums führen.
• Zu einer weiteren optionalen Verbesserung des Verfahrens trägt es bei, wenn das Kalibrierungsobjekt vor einer statischen Kulisse durch den gemeinsamen Messbereich geführt wird. Insbesondere ist das den mindestens einen Infrarotsensor tragende Fahrzeug stationär, also unbewegt, und/oder das Kalibrierungsobjekt ist das einzige dynamische, also bewegte, Objekt im Messbereich des Positionsmesssystems.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Kalibrierungsobjekt signifikant wärmer als die Umgebungstemperatur ist, um in dem Signalverlaufs des mindestens einen Infrarotsensors ein charakteristisches Extremum zu erhalten. Vorzugsweise beträgt die Temperaturdifferenz mindestens 10 Grad Celsius, insbesondere mindestens 20 Grad Celsius. Ein Beispiel für ein geeignetes Kalibrierungsobjekt ist der menschliche Körper. Genauere Ergebnisse können jedoch beispielsweise mit einem warmen Zylinder erzielt werden, da dieser eine gleichmäßige Wärme- und Ortsverteilung aufweist.
• Bei einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird der Ausrichtungswinkel des mindestens einen Infrarotsensors unter Verwendung der ermittelten Position des Kalibrierungsobjekts zum Zeitpunkt tmax und dem bekannten Abstand und/oder der Relativlage des mindestens einem Infrarotsensors und des Positionsmesssystems oder eines Referenzpunkts berechnet.
• Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Kalibrierungsobjekt in verschiedenen Abständen von dem mindestens einem Infrarotsensor und/oder von dem Positionsmesssystem durch den gemeinsamen Messbereich geführt wird. Diese Weiterbildung eröffnet die Möglichkeit einer alternativen Berechnung des Ausrichtungswinkels des mindestens einen Infrarotsensors und zwar ohne Kenntnis des Abstands des mindestens einen Infrarotsensors von dem Positionsmesssystem. Bei diesem alternativen Verfahren wird der Ausrichtungswinkel unter Berücksichtigung der Messungen in verschiedenen Abständen berechnet, wobei beispielsweise der Ausrichtungswinkel über eine Regressiongerade berechnet wird.
• Zweckmäßigerweise identifiziert das Positionsmesssystem das Kalibrierungsobjekt über ein Objekt-Tracking Verfahren. Hierbei kann vorgesehen sein, dass eine Liste von Objekten, die sich im Messbereich des Positionsmesssystems befinden und von diesem erfasst werden, gebildet wird. Diese Objekte werden über mehrere Messungen des Positionsmesssystems hinweg verfolgt, so dass diesen eine Relativgeschwindigkeit relativ zu dem Positionsmesssystem zugeordnet werden kann. Vorzugsweise ist das Kalibrierungsobjekt das einzig bewegte Objekt im Messbereich und/oder das Kalibrierungsobjekt hat eine bekannte Bewegungsgeschwindigkeit. In beiden Fällen ist das Kalibrierungsobjekt in der Liste an Hand der Geschwindigkeit einfach zu identifizieren.
• Das erfindungsgemäße Fußgängerdetektionssystem umfasst mehrere Infrarotsensoren, insbesondere Thermopile-Sensoren, die mit überlappenden Sichtbereichen angeordnet sind. Vorzugsweise ist das Fußgängerdetektionssystem ausgebildet, wie in der Patentanmeldung 102004058703.5 der Anmelderin beschrieben. Ferner umfasst das Fußgängerdetektionssystem eine Auswerteeinheit, wobei die Infrarotsensoren über die Auswerteeinheit mit einem Positionsmesssystem miteinander verschaltbar sind. Erfindungsgemäß ist die Auswerteeinheit programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch ausgebildet, um das weiter oben beschriebene Verfahren durchzuführen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
• Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Fußgängerdetektionssystems ist das Positionsmesssystem als Laserscanner ausgebildet, der Messpunkte liefert, die von Reflexionen an Objekten in der Scanebene stammen. Vorzugsweise ist das Fußgängerdetektionssystem, insbesondere die Thermopile-Sensoren, und das Positionsmesssystem fest und dauerhaft in dem Fahrzeug integriert. Bei einer Ausführungsform sind die Thermopile-Sensoren auf zwei Sensor-Arrays verteilt, die im Frontbereich, insbesondere in der Schürze, des Fahrzeugs angeordnet sind.
• Weitere Einzelheiten, Merkmale, Merkmalskombinationen, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung und aus den Zeichnungen. Diese zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
• 1 ein Ausführungsbeispiel eines Fußgängerdetektionssystems in schematischer Draufsicht;
• 2 einen Ausgangssignalverlauf eines Thermopiles des Fußgängerdetektionssystems in 1;
• 3 das Fußgängerdetektionssystem aus 1 zum Zeitpunkt tmax;
• 4 ein Messprotokoll des Verfahrens zur automatischen Bestimmung des Ausrichtungswinkels der Thermopiles des Fußgängerdetektionssystems in 1;
• 5 die Ergebnisse des Messprotokolls in 4 in graphischer Darstellung;
• 6 eine Graphik als Ergebnis eines abgewandelten Verfahrens zur automatischen Bestimmung des Ausrichtungswinkels der Thermopiles des Fußgängerdetektionssystems in 1.
• Einander entsprechende Elemente und Winkel sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
• 1 zeigt in schematischer Draufsicht ein Fußgängerdetektionssystem 1, welches in einem durch ein Rechteck angedeutetes Fahrzeug 2 im Frontbereich angeordnet ist.
• Das Fußgängerdetektionssystem 1 umfasst zwei Sensor-Arrays 3, die symmetrisch zur Fahrzeuglängsachse im Frontbereich des Fahrzeugs 2 derart angebracht sind, dass sich deren Messrichtung in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 2 erstreckt. Die Sensor-Arrays 3 bestehen aus einer Mehrzahl nebeneinander angeordneten Thermopiles 4. Für jeden der Thermopiles 4 ist in der 1 das Zentrum des field of view – nachfolgend FOV genannt -, also die Mittelachse des Messbereichs, durch eine FOV-Gerade 5 dargestellt. Die FOV-Geraden 5 der beiden Sensor-Arrays 3 überlappen sich gegenseitig in einem Bereich, der in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug 2 angeordnet ist.
• Eine Auswerteeinheit 6, die als Echtzeitsystem ausgebildet ist, ist mit den beiden Sensor-Arrays 3 verbunden, so dass die Signalverläufe der Thermopiles 4 in die Auswerteeinheit 6 übertragbar sind.
• In dem Frontbereich des Fahrzeugs 2 ist ein Laserscanner 7 mit einem fächerförmigen Messbereich 8 vorgesehen. Die Messrichtung des Laserscanners 7 ist in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 2 ausgerichtet und dessen Messbereich 8 überlappt mit dem Messbereich der Sensor-Arrays 3. In diesem Ausführungsbeispiel besitzt der Laserscanner 7 eine Winkelauflösung von ca. 1 Grad. Der Laserscanner 7 ist mit der Auswerteeinheit 6 verbunden, so dass Messwerte von dem Laserscanner 7 an die Auswerteeinheit 6 übertragbar sind.
• Für das Verfahren zur automatischen Bestimmung des Ausrichtungswinkels wird in einem Abstand von etwa 3 m bis 5 m vor dem Fahrzeug 2 ein Kalibrierungsobjekt 9 senkrecht zur Mittelachse des Fahrzeugs 2 und parallel zum Untergrund entweder einmal oder mehrmals durch den überlappenden und somit gemeinsamen Messbereich der Sensor-Arrays 3 und des Laserscanners 7 geführt. Bei dem Kalibrierungsobjekt 9 handelt es sich um einen warmen Zylinder, der eine Temperatur aufweist, die 10 Grad über der Umgebungstemperatur liegt.
• Die 2 zeigt als exemplarisches Beispiel einen Signalverlauf 10 des Ausgangssignals eines Thermopiles 4 in 1 für den Fall, dass das Kalibrierungsobjekt 9 zweimal durch den Messbereich des Thermopiles 4 durchgeführt worden ist. Der Signalverlauf 10 ist in Form eines Zeit-Ausgangssignal Diagramm dargestellt, wobei auf der X-Achse die Zeit in Sekunden und auf der Y-Achse das Ausgangssignal des Thermopiles 4 in Volt aufgetragen ist. Zur Vereinfachung der Auswertung des Ausgangssignals und um den Einfluss des Rauschens zu minimieren, wird das Signal während der digitalen Signalverarbeitung durch einen "Moving Average Filter Algorithmus" geglättet, der wie folgt beschrieben werden kann:

  

  mit:

u(k)

Ausgangssignal zum Zeitpunkt k

2·n_f + 1

Fensterbreite des Glättungsfensters

i

Zählvariable

• Alternativ können andere glättende Filter, insbesondere Tiefpassfilter, eingesetzt werden. Ausgehend von dem in 2 dargestellten Signalverlauf 10 werden in einem ersten Schritt die Maxima des Signalverlaufs 10 detektiert. Da es möglich ist, mehrere Iterationen des Kalibrierungsvorgangs in einer Messung durchzuführen, indem das Kalibrierungsobjekt 9 mehrmals durch den gemeinsamen Messbereich geführt wird, ist es nicht ausreichend, ein einziges globales Maximum zu finden, sondern es müssen gegebenenfalls mehrere Maxima isoliert werden. Um jedoch die Detektion von Sub-Maxima zu verhindern, werden nur Bereiche des Signalverlaufs 10 in Betracht gezogen, die einen bestimmten Schwellenwert überschreiten. In der 2 liegt dieser Schwellenwert bei 0,8 V. Die Maxima werden allgemein wie folgt beschrieben: max(u(k)) ⇔ u(k)' = 0 ∧ u(k)'' < 0
• Der Signalverlauf 10 im Bereich der Maxima ist wie folgt zu erklären: Bei dem Eintritt des Kalibrierungsobjekts 9 in das Gesichtsfeld eines Thermopiles 4 ergibt sich eine steigende Flanke im Signalverlaufs 10. Bei Erreichen der Mittelachse des FOV weist der Signalverlaufs 10 ein Maximum auf. Beim Verlassen der Mittelachse des FOV ergibt sich eine fallende Flanke im Signalverlaufs 10. Zu dem Zeitpunkt des Maximums im Signalverlauf 10 befindet sich das Kalibrierungsobjekt 9 also auf der Mittelachse des FOV. Nachdem bei dem vorliegenden Signalverlauf 10 das Kalibrierungsobjekt 9 zweimal durch den Messbereich des Thermopiles 4 durchgeführt wurde, sind deutlich zwei Maxima und zwar zu den Zeitpunkten tmax1 und tmax2 zu erkennen.
• Für die aus dem Signalverlauf 10 ermittelten Zeitpunkte, also tmax1 und tmax2, wird über die Auswerteeinrichtung 6 die den Zeitpunkten zugeordnete Positionen des Kalibrierungsobjekts 9 von dem Laserscanner 7 abgefragt. Aus dieser Position ist der Ausrichtungswinkel des Thermopiles 4 abzuleiten wie nachfolgend anhand der 3 erläutert wird:
  Die 3 zeigt nochmals das Fußgängerdetektionssystem 1 aus 1, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit z.B. das Fahrzeug 2 und eine Mehrzahl der FOV-Geraden 5 und der Messbereich des Laserscanners 7 weggelassen wurden bzw. gestrichelt dargestellt sind. Die 3 zeigt eine Momentaufnahme zu einem Zeitpunkt tmax, während dem das Kalibrierungsobjekt 9 sich genau auf der FOV-Geraden 5 des äußersten Thermopiles 4 des in Draufsicht linken Sensor-Arrays 3 befindet, so dass zu dem Zeitpunkt tmax ein Maximum im Signalverlauf des Thermopiles 4 auftritt. Nach der Detektion des Maximums und Kenntnis des Zeitpunkts tmax wird die Position des Kalibrierungsobjekts 9 zu dem Zeitpunkt tmax von dem Laserscanner 7 abgefragt. Diese Positionsinformation wird in Form eines Koordinatenpaars (xtmax, ytmax) an die Auswerteeinheit 6 übergeben oder dort aus den Daten des Laserscanners 7 ermittelt wie nachfolgend erläutert wird.
• Zur Bestimmung der Position des Kalibrierungsobjekts 9 durch den Laserscanner 7 werden Messpunkte gesammelt, die von Reflexionen an Objekten in der Scanebene des Laserscanners 7 stammen. In einem ersten Verarbeitungsschritt werden die Messpunkte segmentiert (geclustert). Es werden also Messpunkte zusammengefasst, die zu einem Objekt gehören. Die von der Segmentierung gelieferten Segmente werden nun unterteilt in Umgebungsobjekte, die unberücksichtigt bleiben, und das Kalibrierungsobjekt 9. Hierzu wird zu einem ersten Zeitpunkt t₀ eine Liste der detektierten Objekte (Segmente) angelegt. Zu einem Zeitpunkt t₁ wird eine zweite Messung durchgeführt und wie folgt ausgewertet: Ein Segment, dessen Position zum Zeitpunkt t₁ innerhalb eines Kreises mit dem Suchbereichsradius r um die Position eines Objekts zum Zeitpunkt t₀ liegt, wird als identisch mit diesem Objekt betrachtet und dessen Position wird mit der Position des Segments zum Zeitpunkt t₁ aktualisiert. Findet das Segment keine Entsprechung in der Objekt-Liste wird dieses als neues Objekt der Liste hinzugefügt. Für alle Objekte der Liste wird die Durchschnittsgeschwindigkeit berechnet. Nachdem die Umgebungsobjekte statisch sind und sich das Kalibrierungsobjekt 9 mit einer deutlich erkennbaren Geschwindigkeit durch die Kalibrierungs-Szenerie bewegt, kann das Kalibrierungsobjekt anhand der Durchschnittsgeschwindigkeit identifiziert werden. Das auf diese Weise realisierte Tracking liefert die zum Zeitpunkt tmax geltende Position des Kalibrierungsobjekts 9.
• Der Ausrichtungswinkel ξ berechnet sich anhand der in 3 dargestellten Größen wie folgt:

  

  mit:

xtmax

X Position des Kalibrierungsobjekts 9 zum Zeitpunkt tmax

ytmax

Y-Position des Kalibrierungsobjekts 9 zum Zeitpunkt tmax

yoffset

Versatz des Thermopile 4 zum Mittelpunkt

ξ

Ausrichtungswinkel des Thermopiles 4

• Wird das Kalibrierungsobjekt 9 mehrmals (K-mal) durch den gemeinsamen Messbereich geführt, so berechnet sich der Mittelwert wie folgt:

  

  wobei k den Index für die k-te Messung darstellt.
• Diese Messungen werden für jeden Thermopile 4 einzeln nacheinander oder parallel gleichzeitig durchgeführt. Ein entsprechendes, beispielhaftes Messprotokoll zeigt die 4. Hier sind die Messergebnisse von 10 Kalibrierungsiterationen für zehn Thermopiles 4 aufgetragen, wobei die Thermopiles 4 in zwei Sensor-Arrays 3 mit je fünf Thermopiles 4 verteilt sind. Das Messprotokoll 11 weist nach dem Header zehn Spalten auf, wobei jede Spalte einem Thermopile 4 zugeordnet ist. In der ersten Zeile ist jeweils der Offset angegeben, also der Abstand des jeweiligen Thermopiles 4 zu dem Mittelpunkt. Als Einträge in den Spalten sind jeweils Einzelmesswerte des Ausrichtungswinkels ξ des jeweiligen Thermopiles 4 in Grad angegeben. Die letzte Zeile enthält den Mittelwert des Ausrichtungswinkels ξ für jeden einzelnen Thermopile 4. 5 zeigt die Ergebnisse des Messprotokolls 11 in 4 graphisch aufgetragen: Auf der X-Achse ist die Nummer des Thermopiles 4 angegeben, auf der Y-Achse ist der Ausrichtungswinkel ξ in Grad aufgetragen und zwar als Durchschnittswert ξ und dem absoluten Fehler.
• Eine alternative Möglichkeit zur Berechnung des Ausrichtungswinkels ξ eines Thermopiles 4 ohne Kenntnis des Abstandes des Thermopiles 4 von dem Mittelpunkt besteht darin, dass das Kalibrierungsobjekt 9 in verschiedenen Abständen zu dem Fußgängerdetektionssystem durch den gemeinsamen Messbereich von Laserscanner 7 und dem jeweiligen Thermopile 4 geführt wird. Aus den nach dem obigen Verfahren ermittelten Positionen des Kalibrierungsobjekts 9 zu den Zeitpunkten tmax, an denen der Signalverlauf des Thermopiles 4 ein Maximum aufweist, wird eine Regressionsgerade gebildet, wie es in 6 gezeigt ist. In 6 ist ein Koordinatensystem abgebildet, wobei X-Achse und Y-Achse wie in 3 orientiert sind. Der Schnittpunkt der Regressionsgeraden mit der Y-Achse bei dem Wert x = 0 ergibt die Position des jeweiligen Thermopiles 4 relativ zu der Fahrzeugachse und den Ausrichtungswinkel ξ.

1

Fußgängerdetektionssystem

2

Fahrzeug

3

Sensor-Array

4

Thermopile

5

FOV-Gerade

6

Auswerteeinheit

7

Laserscanner

8

fächerförmiger Messbereich des Laserscanners

9

Kalibrierungsobjekt

10

Signalverlauf eines Thermopiles

11

Messprotokoll

Claims (14)

1. Verfahren zur automatischen Bestimmung des Ausrichtungswinkels (ξ) von mindestens einem Infrarotsensor (4), insbesondere eines Fußgängerdetektionssystems (1) in einem Fahrzeug (2), unter Verwendung eines Positionsmesssystems (7), wobei ein Kalibrierungsobjekt (9) durch einen gemeinsamen Messbereich des mindestens einen Infrarotsensors (4) und des Positionsmesssystems (7) geführt wird, wobei durch Auswertung des Signalverlaufs (10) des Infrarotsensors (4) ein Zeitpunkt tmax bestimmt wird, zu dem der Signalverlauf (10) ein Extremum aufweist, und wobei mit dem Positionsmesssystem (7) die Position des Kalibrierungsobjekts (7) zum Zeitpunkt tmax ermittelt wird und aus der ermittelten Position der Ausrichtungswinkel (ξ) des mindestens einen Infrarotsensors (4) berechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kalibrierungsobjekt (9) insbesondere zur statistischen Absicherung mehrmals durch den gemeinsamen Messbereich geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kalibrierungsobjekt (9) senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zur Messrichtung des Positionsmesssystems (7) und/oder des mindestens einen Infrarotsensors (4), insbesondere der gemeinsamen Messrichtung aller Infrarotsensoren (4) des Fußgängerdetektionssystems (1) geführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kalibrierungsobjekt (4) vor einer statischen Kulisse durch den gemeinsamen Messbereich geführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kalibrierungsobjekt (9) signifikant wärmer als die Umgebungstemperatur ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ausrichtungswinkel (ξ) unter Verwendung eines bekannten Abstands (y_offset) zwischen dem mindestens einen Infrarotsensor (4) und dem Positionsmesssystem (7) berechnet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kalibrierungsobjekt (7) in verschiedenen Abständen von dem Infrarotsensor (4) durch den gemeinsamen Messbereich geführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Ausrichtungswinkel (ξ) des mindestens einen Infrarotsensors (4) unter Verwendung der Messungen in verschiedenen Abständen berechnet wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass der Ausrichtungswinkel (ξ) über eine Regressiongerade berechnet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Positionsmesssystem (7) das Kalibrierobjekt (9) über ein Objekt-Tracking identifiziert
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Vorrichtung nach einem der folgenden Ansprüche verwendet wird.
11. Fußgängerdetektionssystem (1) mit automatischer Kalibrierfunktion für ein Fahrzeug mit mehreren Infrarotsensoren (4), die mit überlappenden Sichtbereichen angeordnet sind und mit einer Auswerteeinheit (6), wobei die Infrarotsensoren (4) über die Auswerteeinrichtung (6) mit einem Positionsmesssystem (7) verschaltbar sind, wobei die Auswerteeinheit (6) programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
12. Fußgängerdetektionssystem (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionsmesssystem als Laserscanner (7) ausgebildet ist und/oder die Infrarotsensoren als Thermopile-Sensoren (4) ausgebildet sind.
13. Fußgängerdetektionssystem (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotsensoren (4) und das Positionsmesssystem (7) in dem Fahrzeug (2) dauerhaft integriert sind.
14. Fußgängerdetektionssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotsensoren (4) auf zwei Sensor-Arrays (3) verteilt sind, die im Frontbereich, insbesondere in der Schürze, des Fahrzeugs (2) angeordnet sind.