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WO2005122090A1 - Method for calibrating a camera - Google Patents

Method for calibrating a camera Download PDF

Info

Publication number
WO2005122090A1
WO2005122090A1 PCT/DE2005/001001 DE2005001001W WO2005122090A1 WO 2005122090 A1 WO2005122090 A1 WO 2005122090A1 DE 2005001001 W DE2005001001 W DE 2005001001W WO 2005122090 A1 WO2005122090 A1 WO 2005122090A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
camera
calibration pattern
calibration
image
angle
Prior art date
Application number
PCT/DE2005/001001
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dirk Ulbricht
Matthias Zobel
Markus Spitzer
Original Assignee
Adc Automotive Distance Control System Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Adc Automotive Distance Control System Gmbh filed Critical Adc Automotive Distance Control System Gmbh
Priority to DE112005001188T priority Critical patent/DE112005001188A5/en
Publication of WO2005122090A1 publication Critical patent/WO2005122090A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00Image analysis
    • G06T7/80Analysis of captured images to determine intrinsic or extrinsic camera parameters, i.e. camera calibration

Definitions

  • the invention relates to a method for calibrating a camera which is arranged in a motor vehicle.
  • Cameras which are arranged in the motor vehicle are generally used to record the roadway and all other relevant objects.
  • the evaluation of a camera image is usually carried out via a computer unit, likewise arranged in the motor vehicle, with which the intended functions are calculated and controlled.
  • the cameras installed in the motor vehicle In order for the cameras installed in the motor vehicle to function properly and accurately, they have to be positioned and aligned exactly so that no errors are included in the evaluation of the camera image that affect control functions later.
  • the position of the camera in the motor vehicle which is composed of the three spatial coordinates, and the orientation of these must be determined. Since the tolerances that occur in vehicle manufacture are comparatively large, a camera cannot simply be calibrated by installing it at a designated position, but must be individually calibrated or aligned after it has been installed in the motor vehicle.
  • the position calculation of a camera can be carried out comparatively simply by the position of one or more reference points of the camera with respect to the
  • a calculation of these angular deviations from the nominal angles on the basis of a number of reference points of the camera is problematic since the dimensions of the camera are comparatively small and an exact measurement can therefore only be carried out with a very high outlay. Furthermore, it is possible that a camera also has manufacturing tolerances that cause a deviation from the target orientation, but cannot be registered by measuring from the outside.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method for calibrating a camera in a motor vehicle. ben, with which the deviation angle of a camera to target arrangement angles can be determined particularly easily.
  • This object is achieved according to the invention in that, in order to calibrate a camera which is arranged in a motor vehicle, the angle of deviation of the camera from the nominal arrangement angles is determined by a camera image of a rectangular calibration pattern arranged outside the motor vehicle.
  • the invention is based on the consideration that a camera image of the camera should best be used for a simple calibration of a camera, since in this way possible manufacturing tolerances of the camera and possible manufacturing tolerances of relevant motor vehicle components need not be determined and taken into account. Furthermore, the invention is based on the consideration that a camera image of an object whose position relative to the motor vehicle and also to the camera is known should be used to determine the alignment angle. In addition, the geometry and the extent of the recorded object should be known in order to use the embodiment as a reference.
  • a rectangular calibration pattern is particularly useful since the camera image of a rectangular object changes when the roll, yaw and pitch angle deviates from the corresponding target angle compared to a reference target image, and these deviations change because of the 90 ° angle of the calibration pattern is comparatively easy to detect.
  • the possibility of being able to determine the position of the camera and that of the calibration pattern with respect to the motor vehicle is a prerequisite for the function of the method.
  • the positioning of the calibration pattern to the motor vehicle or the positioning of the camera installed in the motor vehicle to the calibration pattern can be carried out comparatively precisely by calibrating a camera in a test stand, such as a chassis adjustment stand, where the chassis geometry is very precisely can be measured. In such a test bench, the motor vehicle is usually guided in rolls and the motor vehicle position can thus be reproduced relative to the calibration pattern.
  • a corresponding test bench can also be integrated into a production line.
  • a number of calibration markings are advantageously used for the calibration pattern, which are arranged in a rectangular formation and thus form the rectangular calibration pattern. If more than four markings are used to form the calibration pattern, distortions in the camera image can preferably be compensated for.
  • the calibration pattern For a simple implementation of the calibration pattern, exactly four calibration marks are expediently used, one calibration mark forming a corner of the rectangular calibration pattern.
  • the calibration marks are designed in such a way that they reflect ambient light.
  • the calibration markings can have a particularly reflective surface for a particularly high contrast to the surroundings. Irradiation of the calibration markings with light is also conceivable in order to increase the contrast with the surroundings.
  • the calibration markings preferably actively emit light.
  • the calibration marks on the camera appear brighter than the light from the backscattering surfaces of the surroundings.
  • the image is darkened, only the desired calibration markings can be used by the camera to calibrate the camera.
  • reflections and contours of the contours of the motor vehicle or other painted, glass and reflective surfaces can be suppressed.
  • infrared light is advantageously used. This is possible because, unlike the human eye, a camera is sensitive to infrared radiation and can detect the calibration markings emitting the light. When using infrared light, impairment of the surrounding people can be prevented, so that these tasks, such as manufacturing tasks on the motor vehicle, can be carried out unimpeded.
  • the determination of the deviation angle of the camera from the desired arrangement angles is expediently carried out from the deviation position of the rectangular sides and diagonals of the calibration pattern from the respective desired position in the camera image.
  • the deviation angles are the roll, yaw and pitch angles of the camera with respect to the target orientation of the respective coordinate.
  • the rectangle sides are in each case rotated or tilted by a certain angle in comparison to nominal rectangle sides or the image edge.
  • the center point of the calibration pattern which results from the diagonal intersection of the rectangular pattern, is vertically and / or horizontally shifted in the camera image with respect to the image center.
  • the horizontal distance of the diagonal intersection of the calibration pattern from the center of the image is therefore preferably used to calculate a yaw angle of a camera.
  • the yaw angle is advantageously approximately calculated from the arc tangent of the quotient from the horizontal distance of the diagonal intersection of the calibration pattern from the center of the image minus a transverse offset coefficient and the focus length of the camera.
  • the cross offset coefficient represents the displacement of the diagonal intersection of the calibration pattern from the center of the image, which is caused by a cross offset, parallel to the plane of the calibration pattern, of the camera with respect to the calibration pattern. ters occurs. If the camera is arranged directly opposite the calibration pattern, the transverse offset coefficient disappears or is zero and the horizontal deviation of the diagonal intersection from the center of the image that can be observed at a yaw angle only occurs due to the existing angular displacement of the camera.
  • the transverse offset coefficient is expediently calculated approximately from the product of the transverse displacement of the solder by the camera onto the level of the calibration pattern and the quotient of the focus length of the camera and the distance of the camera lens from the level of the calibration pattern.
  • the pitch angle is determined analogously to the calculation of the yaw angle.
  • the vertical distance of the diagonal intersection of the calibration pattern from the center of the image is preferably used to calculate the angle.
  • the product of the length of the solder is advantageously reduced to the level of the
  • Calibration pattern approximately calculated by the camera and the tangent of the quotient from the vertical distance of the diagonal intersection of the calibration pattern from the center of the image minus a vertical offset coefficient and the focus length of the camera.
  • the vertical coefficient which describes the vertical displacement of the camera with respect to the calibration pattern, is expediently calculated from the product of the vertical displacement of the solder by the camera on the level of the calibration pattern and the quotient of the focus length of the camera and the distance of the camera lens from the level of the calibration pattern ,
  • the roll angle or roll angle with which the camera is installed can be determined by rotating the rectangular sides of the calibration pattern in the camera image.
  • a roll angle is advantageously approximately calculated from an average of the angle of the four rectangular sides of the calibration pattern in the camera image to the adjacent image edges.
  • the calibration method described above is expediently used in a production line, the calibration markings being positioned to the side or above the production line.
  • the calibration markings can be arranged rigidly on columns positioned on the side of the production line or on a portal.
  • the motor vehicles can thus be transported or driven past the calibration markings.
  • the process is preferably carried out by a control device.
  • the advantages of the invention are, in particular, the possibility of performing a calibration of a camera which is arranged in a motor vehicle comparatively quickly and easily.
  • the necessary determination or approximate calculation of the alignment angle of the camera is based on the evaluation of only one camera image of calibration markings, so that the technical expenditure for calibration can be kept low.
  • the computation algorithms required for determining the alignment angle are comparatively little computation-intensive, so that the calibration method can be implemented on a suitable control device.
  • Another advantage of the method is the possibility of using the method in a production line for motor vehicles, so that cameras installed in the motor vehicle can still be calibrated during series production and this is not carried out in a subsequent process. As a result, the total production time or the throughput time of a motor vehicle can be reduced.
  • FIG. 1 schematically shows the arrangement of a calibration device for a camera installed in a motor vehicle
  • FIG. 2 shows a camera image of a calibration pattern of a camera which is installed with a yaw angle (psi), a pitch angle (theta) and a roll angle (phi), and
  • FIG. 3 shows a camera image of a calibration pattern for determining a roll angle (phi) of a camera.
  • FIG. 1 the section of a production line for a motor vehicle 1 or a motor vehicle series is shown schematically.
  • a number of motor vehicles 1 or the resulting motor vehicles 1 pass through a production line, the motor vehicle 1 being machined or components being added by tools positioned at the edge of the line.
  • a camera 2 is installed in the motor vehicle 1 to be manufactured and is to be used for automatic control functions of the motor vehicle 1. In order to align or calibrate the camera 2 for high accuracy, it is calibrated during the manufacturing process of the motor vehicle 1 or deviation angles with respect to the target arrangement angles are determined.
  • the section of the production line shown in FIG. 1 shows the calibration Device for a camera 2 already installed in the motor vehicle 1.
  • the camera 2 is calibrated by evaluating a camera image of a calibration pattern 8.
  • a rectangular calibration pattern 8 is used, which is formed by four calibration marks 6.
  • the calibration markings 6 are arranged on a portal 4 of the production line, so that a motor vehicle 1 can be transported through the portal 4.
  • the calibration markings 6 actively emit infrared light. It can be avoided that the strip workers employed on the production line are dazzled by the light, but that this can be detected by the camera 2.
  • the Kalibriermu- the 'edge 8 forming calibration marks 6 and not the infrared light reflecting surrounding surfaces is darkened, the camera image accordingly.
  • the position of the camera 2 installed in the motor vehicle with respect to the calibration markings 6 must first be determined. Since the position of the calibration markings 6 is known, only the spatial position of the camera 2 in the motor vehicle 1 and the relative position of the motor vehicle 1 relative to the calibration markings 6 need to be determined.
  • the position of the camera 2 is within the
  • the production line is measured with a chassis measurement. solution device 10 provided. The entire calibration process is carried out automatically by the control device 12.
  • the determination of the yaw and pitch angle is calculated from the position of the diagonals of the calibration pattern 8 in the camera image that deviates from the desired position.
  • the horizontal and vertical deviation from the center of the image is determined via the intersection of the diagonals.
  • the horizontal distance ⁇ x of the diagonal intersection of the calibration pattern 8 from the center of the image, which is shown in FIG. 2, is then used for the approximate calculation of a yaw angle of the camera 2. If the camera 2 is positioned directly opposite the calibration pattern 8 or has no transverse offset with respect to the calibration pattern 8, the yaw angle psi is approximately calculated as: wherein ⁇ xi mage the length of the projection onto the imager (image chip of the camera) of the horizontal distance of the point of intersection of the calibration Diagonalen- 8 from the center of the image and f is the focal length of the camera 2 is.
  • the determination of the pitch angle is carried out analogously to the calculation of the yaw angle, so that 2 n is approximately the same for a pitch angle of the camera
  • ⁇ yi mage is the vertical distance of the diagonal intersection of the calibration pattern 8 from the center of the image, measured on the imager, and y came to be the vertical displacement of the solder by the camera 2 onto the plane of the calibration pattern 8.
  • the roll angle phi or roll angle phi, with which the camera 2 is installed, can be determined via the rotation of the
  • Rectangular sides of the calibration pattern 8 are made in the camera image, as shown in FIG. 3.
  • the angles cp 1 # ⁇ 2 r ⁇ 3 r 9 4 represent the angles with which the rectangular sides of the calibration pattern 8 are rotated relative to the adjacent image edges of the camera 2.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

The aim of the invention is to provide a method for calibrating a camera (2) mounted in a motor vehicle (1) with which angles of deviation of the camera (2) from set alignment angles are particularly easy to determine. To this end, the angles of deviation of the camera (2) from set alignment angles are approximately determined based on a camera image of a rectangular calibrating pattern (8) located outside of the vehicle.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zur Kalibrierung einer KameraProcedure for calibrating a camera
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung einer Kamera, die in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist.The invention relates to a method for calibrating a camera which is arranged in a motor vehicle.
In modernen Kraftfahrzeugen werden immer komplexere Steuerungssysteme eingesetzt. Dabei geht die Entwicklungstendenz zu einer fortschreitenden Automatisierung des Kraftfahrzeuges, um die Sicherheit, aber auch den Komfort für den Fahrer und die Insassen zu erhöhen. Dabei wird beispielsweise neben den bereits existierenden bekannten Bremshilf- und Stabilitätssystemen neuerdings versucht, weitere Teile der Kraft - fahrzeugsteuerung zu automatisieren, um den Fahrer zu unterstützen, zu entlasten und die Sicherheit zu erhöhen. Denkbar und auch bereits realisierbar sind zum Beispiel automatische Funktionen zur Erfassung der Spur, das Erkennen von anderen Kraftfahrzeugen oder Hindernissen sowie das automatische Er- fassen von Straßenschildern. Nach einer Erfassung und Erkennung der Objekte wird dem Fahrer entweder eine geeignete Fahrempfehlung gemacht oder die Steuerungsfunktion selbst- ständig im Kraftfahrzeug umgesetzt. Bereits realisierbar sind beispielsweise Funktionen wie die automatische Folgefunktion, bei der das Fahrzeug selbständig durch automatisches Beschleunigen und Abbremsen einen vorgegebenen Abstand zum vorherfahrenden Kraftfahrzeug -einhält oder Funktionen zur selbstständigen Spurhaltung.More and more complex control systems are used in modern motor vehicles. The development trend is towards progressive automation of the motor vehicle in order to increase safety, but also comfort for the driver and the occupants. In addition to the already known brake assist and stability systems, for example, attempts have recently been made to automate further parts of the motor vehicle control in order to support and relieve the driver and to increase safety. Automatic functions for detecting the lane, recognizing other motor vehicles or obstacles, as well as automatically detecting street signs, are conceivable and already feasible, for example. After the objects have been recorded and recognized, the driver is either given a suitable driving recommendation or the control function is implemented independently in the motor vehicle. For example, functions such as the automatic follow-up function, in which the vehicle independently maintains a predetermined distance from the preceding motor vehicle by automatic acceleration and braking, or functions for independent lane keeping, can already be implemented.
Zur Erfassung der Fahrbahn und aller anderen relevanten Objekte werden in der Regel Kameras eingesetzt, die im Kraftfahrzeug angeordnet sind. Die Auswertung eines Kamerabildes erfolgt üblicherweise über eine ebenfalls im Kraftfahrzeug angeordnete Rechnereinheit, mit der die beabsichtigten Funk- tionen berechnet und gesteuert werden. Für eine gute Funktionsfähigkeit und Genauigkeit der im Kraftfahrzeug eingebauten Kameras müssen diese exakt positioniert und ausgerichtet sein, damit bei der Auswertung des Kamerabildes keine Fehler miteinberechnet werden, die sich spä- ter auf Steuerungsfunktionen auswirken. Dabei muss in der Regel die Position der Kamera im Kraftfahrzeug, die sich aus den drei Raumkoordinaten zusammensetzt, als auch die Ausrichtung dieser bestimmt werden. Da die bei der Fahrzeugfertigung auftretenden Toleranzen vergleichsweise groß sind, kann eine Kamera nicht einfach durch den Einbau an einer vorgesehenen Positionsstelle kalibriert werden, sondern muss nach ihrem Einbau im Kraftfahrzeug einzeln kalibriert bzw. ausgerichtet werden. Dabei kann die Positionsberechnung einer Kamera vergleichsweise einfach durchgeführt werden, indem die Position eines oder mehrerer Referenzpunkte der Kamera bezüglich derCameras which are arranged in the motor vehicle are generally used to record the roadway and all other relevant objects. The evaluation of a camera image is usually carried out via a computer unit, likewise arranged in the motor vehicle, with which the intended functions are calculated and controlled. In order for the cameras installed in the motor vehicle to function properly and accurately, they have to be positioned and aligned exactly so that no errors are included in the evaluation of the camera image that affect control functions later. As a rule, the position of the camera in the motor vehicle, which is composed of the three spatial coordinates, and the orientation of these must be determined. Since the tolerances that occur in vehicle manufacture are comparatively large, a camera cannot simply be calibrated by installing it at a designated position, but must be individually calibrated or aligned after it has been installed in the motor vehicle. The position calculation of a camera can be carried out comparatively simply by the position of one or more reference points of the camera with respect to the
Längs-, Quer- und Hochsachse vermessen wird oder die Position der Kamera über die bekannte Positionsstelle ermittelt wird. Problematischer dagegen ist die Vermessung der Ausrichtung einer Kamera, da wegen zu großer Fertigungstoleranzen der Kraftfahrzeugkomponenten diese in der Regel um die Raumachsen verdreht ist. Dabei wird eine Drehung um die Längsachse „Wankwinkel" oder „Rollwinkel", eine Drehung um die Hochachse „Gierwinkel" und eine Drehung um die Querachse „Nickwinkel" genannt .Longitudinal, transverse and vertical axes are measured or the position of the camera is determined via the known position. The measurement of the orientation of a camera, on the other hand, is more problematic because, due to excessive manufacturing tolerances of the motor vehicle components, the latter is generally rotated about the spatial axes. A rotation about the longitudinal axis is called "roll angle" or "roll angle", a rotation about the vertical axis is called "yaw angle" and a rotation about the transverse axis is called "pitch angle".
Eine Berechnung dieser Winkelabweichungen von den Sollwinkeln anhand einer Anzahl von Referenzpunkten der Kamera ist problematisch, da die Ausmaße der Kamera vergleichsweise klein sind und eine genaue Vermessung daher nur mit einem sehr ho- hen Aufwand realisiert werden kann. Weiterhin ist es möglich, dass eine Kamera ebenfalls Fertigungstoleranzen aufweist, die eine Abweichung von der Sollausrichtung bewirken, jedoch durch eine Vermessung von außen nicht registriert werden können.A calculation of these angular deviations from the nominal angles on the basis of a number of reference points of the camera is problematic since the dimensions of the camera are comparatively small and an exact measurement can therefore only be carried out with a very high outlay. Furthermore, it is possible that a camera also has manufacturing tolerances that cause a deviation from the target orientation, but cannot be registered by measuring from the outside.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kalibrierung einer Kamera in einem Kraftfahrzeug anzuge- ben, mit dem sich die Abweichungswinkel einer Kamera zu Sollanordnungswinkeln besonders einfach ermitteln lassen.The invention is therefore based on the object of specifying a method for calibrating a camera in a motor vehicle. ben, with which the deviation angle of a camera to target arrangement angles can be determined particularly easily.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem zur Kalibrierung einer Kamera, die in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, durch ein Kamerabild eines außerhalb des Kraftfahrzeuges angeordneten rechteckigen Kalibriermusters die Abweichungs- winkel der Kamera zu den Sollanordnungswinkeln ermittelt werden.This object is achieved according to the invention in that, in order to calibrate a camera which is arranged in a motor vehicle, the angle of deviation of the camera from the nominal arrangement angles is determined by a camera image of a rectangular calibration pattern arranged outside the motor vehicle.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass für eine einfache Kalibrierung einer Kamera am besten ein Kamerabild der Kamera verwendet werden sollte, da auf diese Weise eventuelle Fertigungstoleranzen der Kamera und eventuelle Fertigungstoleranzen von relevanten Kraftfahrzeugkomponenten nicht ermittelt und beachtet werden müssen. Weiterhin geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass zur Ermittlung der Ausrichtungswinkel ein Kamerabild eines Objektes verwendet werden sollte, dessen Position relativ zum Kraftfahrzeug als auch zur Kamera bekannt ist. Außerdem sollten die Geometrie und das Ausmaß des aufgenommenen Objektes bekannt sein, um die Ausgestaltungsform als Referenz zu verwenden. Dabei bietet sich besonders ein rechteckiges Kalibriermuster an, da sich das Kamerabild eines rechteckigen Objektes jeweils bei einer Abweichung des Wank-, Gier- und Nickwinkels zu den entsprechenden Sollwinkeln im Vergleich zu einem Referenzsoll - bild verändert und sich diese Abweichungen wegen der 90° -Winkel des Kalibrierungsmusters vergleichsweise leicht detektie- ren lassen. Die Möglichkeit, die Position der Kamera und die des Kalibriermusters bezüglich des Kraftfahrzeuges bestimmen zu können, ist Voraussetzung für die Funktion des Verfahrens. Die Positionierung des Kalibriermusters zum Kraftfahrzeug bzw. die Positionierung der im Kraftfahrzeug verbauten Kamera zum Kalibriermuster kann vergleichsweise genau durchgeführt werden, indem die Kalibrierung einer Kamera in einem Prüf- stand, wie beispielsweise einem Fahrwerkseinstellstand, durchgeführt wird, wo die Fahrwerksgeometrie sehr genau ge- messen werden kann. Dabei wird in einem derartigen Prüfstand das Kraftfahrzeug üblicherweise in Rollen geführt und die Kraftfahrzeugposition ist damit relativ zum Kalibriermuster reproduzierbar. Ein entsprechender Prüfstand kann dabei auch in eine Fertigungsstraße integriert werden.The invention is based on the consideration that a camera image of the camera should best be used for a simple calibration of a camera, since in this way possible manufacturing tolerances of the camera and possible manufacturing tolerances of relevant motor vehicle components need not be determined and taken into account. Furthermore, the invention is based on the consideration that a camera image of an object whose position relative to the motor vehicle and also to the camera is known should be used to determine the alignment angle. In addition, the geometry and the extent of the recorded object should be known in order to use the embodiment as a reference. A rectangular calibration pattern is particularly useful since the camera image of a rectangular object changes when the roll, yaw and pitch angle deviates from the corresponding target angle compared to a reference target image, and these deviations change because of the 90 ° angle of the calibration pattern is comparatively easy to detect. The possibility of being able to determine the position of the camera and that of the calibration pattern with respect to the motor vehicle is a prerequisite for the function of the method. The positioning of the calibration pattern to the motor vehicle or the positioning of the camera installed in the motor vehicle to the calibration pattern can be carried out comparatively precisely by calibrating a camera in a test stand, such as a chassis adjustment stand, where the chassis geometry is very precisely can be measured. In such a test bench, the motor vehicle is usually guided in rolls and the motor vehicle position can thus be reproduced relative to the calibration pattern. A corresponding test bench can also be integrated into a production line.
Für das Kalibriermuster wird vorteilhafterweise eine Anzahl von Kalibriermarkierungen verwendet, die in einer rechteckigen Formation angeordnet sind und so das rechteckige Kalib- riermuster bilden. Bei einer Verwendung von mehr als vier Markierungen zur Bildung des Kalibriermusters können vorzugs- ' weise Verzerrungen des Kamerabildes ausgeglichen werden.A number of calibration markings are advantageously used for the calibration pattern, which are arranged in a rectangular formation and thus form the rectangular calibration pattern. If more than four markings are used to form the calibration pattern, distortions in the camera image can preferably be compensated for.
Für eine einfache Realisierung des Kalibriermusters werden zweckmäßigerweise genau vier Kalibriermarkierungen verwendet, wobei jeweils eine Kalibriermarkierung eine Ecke des rechteckigen Kalibriermusters bildet. Die Kalibriermarkierungen sind derart ausgestaltet, dass sie Umgebungslicht reflektieren. In einer weiteren möglichen Ausgestaltungsform können die Kalibriermarkierungen für einen besonders hohen Kontrast zur Umgebung eine besonders reflektierende Oberfläche aufweisen. Des Weiteren ist eine Bestrahlung der Kalibriermarkierungen mit Licht denkbar, um den Kontrast zur Umgebung zu erhöhen.For a simple implementation of the calibration pattern, exactly four calibration marks are expediently used, one calibration mark forming a corner of the rectangular calibration pattern. The calibration marks are designed in such a way that they reflect ambient light. In a further possible embodiment, the calibration markings can have a particularly reflective surface for a particularly high contrast to the surroundings. Irradiation of the calibration markings with light is also conceivable in order to increase the contrast with the surroundings.
Um zu vermeiden, dass zur Kalibrierung der Kamera Lichtmuster herangezogen werden, die dem Kalibriermuster ähneln, senden die Kalibriermarkierungen vorzugsweise aktiv Licht aus. Bei aktivem Licht erscheinen die Kalibriermarkierungen der Kamera heller als das Licht zurückstreuender Oberflächen der Umgebung. Bei einem Abdunkeln des Bildes können so lediglich die gewünschten Kalibriermarkierungen von der Kamera zur Kalibrierung der Kamera herangezogen werden. Dabei können zum Beispiel Spiegelungen und Reflexionen von Konturen des Kraft- fahrzeuges oder anderen lackierten, gläsernen und reflektierenden Flächen unterdrückt werden. Um Menschen in der Umgebung der Messeinrichtung nicht mit dem aktiven Licht der Kalibriermarkierungen zu blenden, wird vorteilhafterweise Infrarotlicht verwendet. Dies ist möglich, da eine Kamera im Gegensatz zum menschlichen Auge infrarotempfindlich ist und die das Licht aussendenden Kalibriermarkierungen detektieren kann. Bei Verwendung von Infrarotlicht kann eine Beeinträchtigung der umgebenden Menschen verhindert werden, so dass diese Aufgaben, wie beispielsweise Fertigungsaufgaben am Kraftfahrzeug, ungehindert ausführen können.In order to avoid using light patterns that are similar to the calibration pattern for calibrating the camera, the calibration markings preferably actively emit light. When the light is active, the calibration marks on the camera appear brighter than the light from the backscattering surfaces of the surroundings. When the image is darkened, only the desired calibration markings can be used by the camera to calibrate the camera. For example, reflections and contours of the contours of the motor vehicle or other painted, glass and reflective surfaces can be suppressed. In order not to blind people in the vicinity of the measuring device with the active light of the calibration markings, infrared light is advantageously used. This is possible because, unlike the human eye, a camera is sensitive to infrared radiation and can detect the calibration markings emitting the light. When using infrared light, impairment of the surrounding people can be prevented, so that these tasks, such as manufacturing tasks on the motor vehicle, can be carried out unimpeded.
Die Ermittlung der Abweichungswinkel der Kamera zu den Soll- anordnungswinkeln wird zweckmäßigerweise aus der Abweichungs- lage der Rechteckseiten und Diagonalen des Kalibriermusters von der jeweiligen Sollposition im Kamerabild vorgenommen. Die Abweichungswinkel sind dabei der Wank-, Gier- und Nickwinkel der Kamera bezüglich der Sollausrichtung der jeweiligen Koordinate. Dabei sind bei einem Wankwinkel im Kamerabild die Rechteckseiten im Vergleich zu Sollrechteckseiten oder dem Bildrand jeweils um einen gewissen Winkel verdreht bzw. verkippt. Bei einem Gier- oder Nickwinkel ist der Mittelpunkt des Kalibriermusters, der sich aus dem Diagonalenschnittpunkt des rechteckigen Musters ergibt, im Kamerabild bezüglich der Bildmitte vertikal und/oder horizontal verschoben.The determination of the deviation angle of the camera from the desired arrangement angles is expediently carried out from the deviation position of the rectangular sides and diagonals of the calibration pattern from the respective desired position in the camera image. The deviation angles are the roll, yaw and pitch angles of the camera with respect to the target orientation of the respective coordinate. In the case of a roll angle in the camera image, the rectangle sides are in each case rotated or tilted by a certain angle in comparison to nominal rectangle sides or the image edge. With a yaw or pitch angle, the center point of the calibration pattern, which results from the diagonal intersection of the rectangular pattern, is vertically and / or horizontally shifted in the camera image with respect to the image center.
Zur Berechnung eines Gierwinkels einer Kamera wird daher vorzugsweise der horizontale Abstand des Diagonalenschnittpunktes des Kalibriermusters von der Bildmitte verwendet. Der Gierwinkel wird vorteilhafterweise näherungsweise aus dem Ar- custangens des Quotienten von dem horizontalen Abstand des Diagonalenschnittpunktes des Kalibriermusters von der Bildmitte abzüglich eines Querversatzkoeffizienten und der Fokuslänge der Kamera berechnet.The horizontal distance of the diagonal intersection of the calibration pattern from the center of the image is therefore preferably used to calculate a yaw angle of a camera. The yaw angle is advantageously approximately calculated from the arc tangent of the quotient from the horizontal distance of the diagonal intersection of the calibration pattern from the center of the image minus a transverse offset coefficient and the focus length of the camera.
Dabei stellt der Querversatzkoeffizient die Verschiebung des Diagonalenschnittpunktes des Kalibriermusters von der Bildmitte dar, die durch einen Querversatz, parallel zur Ebene des Kalibriermusters, der Kamera bezüglich des Kalibriermus- ters eintritt. Wenn die Kamera direkt gegenüber des Kalibriermusters angeordnet ist, fällt der Querversatzkoeffizient weg bzw. ist null und die bei einem Gierwinkel zu beobachtende horizontale Abweichung des Diagonalenschnittpunktes von der Bildmitte tritt lediglich durch die vorhandene Winkelverschiebung der Kamera auf.The cross offset coefficient represents the displacement of the diagonal intersection of the calibration pattern from the center of the image, which is caused by a cross offset, parallel to the plane of the calibration pattern, of the camera with respect to the calibration pattern. ters occurs. If the camera is arranged directly opposite the calibration pattern, the transverse offset coefficient disappears or is zero and the horizontal deviation of the diagonal intersection from the center of the image that can be observed at a yaw angle only occurs due to the existing angular displacement of the camera.
Der Querversatzkoeffizient berechnet sich zweckmäßigerweise n herungsweise aus dem Produkt des Querversatzes des Lotes durch die Kamera auf die Ebene des Kalibriermusters und des Quotienten der Fokuslänge der Kamera und dem Abstand der Kameralinse von der Ebene des Kalibriermusters.The transverse offset coefficient is expediently calculated approximately from the product of the transverse displacement of the solder by the camera onto the level of the calibration pattern and the quotient of the focus length of the camera and the distance of the camera lens from the level of the calibration pattern.
Die Ermittlung des Nickwinkels wird analog zur Berechnung des Gierwinkels durchgeführt. Für die Berechnung des Winkels wird vorzugsweise der vertikale Abstand des Diagonalenschnittpunktes des Kalibriermusters von der Bildmitte verwendet.The pitch angle is determined analogously to the calculation of the yaw angle. The vertical distance of the diagonal intersection of the calibration pattern from the center of the image is preferably used to calculate the angle.
Zur näherungsweisen Berechnung des Nickwinkels wird vorteil- hafterweise das Produkt der Länge des Lotes auf die Ebene desFor the approximate calculation of the pitch angle, the product of the length of the solder is advantageously reduced to the level of the
Kalibriermusters durch die Kamera und des Tangens des Quotienten von dem vertikalen Abstand des Diagonalenschnittpunktes des Kalibriermusters von der Bildmitte abzüglich eines Vertikalversatzkoeffizienten und der Fokuslänge der Kamera nähe- rungsweise berechnet. Der Vertikalkoeffizient, der die vertikale Verschiebung der Kamera bezüglich des Kalibriermusters beschreibt, berechnet sich zweckmäßigerweise aus dem Produkt des Vertikalversatzes des Lotes durch die Kamera auf die Ebene des Kalibriermusters und des Quotienten der Fokuslänge der Kamera und dem Abstand der Kameralinse von der Ebene des Kalibriermuster berechnet.Calibration pattern approximately calculated by the camera and the tangent of the quotient from the vertical distance of the diagonal intersection of the calibration pattern from the center of the image minus a vertical offset coefficient and the focus length of the camera. The vertical coefficient, which describes the vertical displacement of the camera with respect to the calibration pattern, is expediently calculated from the product of the vertical displacement of the solder by the camera on the level of the calibration pattern and the quotient of the focus length of the camera and the distance of the camera lens from the level of the calibration pattern ,
Die Ermittlung des Wankwinkels bzw. Rollwinkels, mit der die Kamera verbaut ist, kann über die Verdrehung der Rechtecksei- ten des Kalibriermusters im Kamerabild vorgenommen werden. Um bei der Ermittlung des Wankwinkels perspektivische Verzerrungen auszugleichen, die auftreten, wenn die Hauptachse der Ka- raera nicht senkrecht zur Markierungsebene steht bzw. die Kamera zusätzlich mit einem Gier- und/oder Nickwinkel verbaut ist, wird ein Wankwinkel vorteilhafterweise näherungsweise aus einem Durchschnitt der Winkel der vier Rechteckseiten des Kalibriermusters im Kamerabild zu den benachbarten Bildrändern berechnet .The roll angle or roll angle with which the camera is installed can be determined by rotating the rectangular sides of the calibration pattern in the camera image. To compensate for perspective distortions when determining the roll angle, which occur when the main axis of the raera is not perpendicular to the marking plane or the camera is additionally installed with a yaw and / or pitch angle, a roll angle is advantageously approximately calculated from an average of the angle of the four rectangular sides of the calibration pattern in the camera image to the adjacent image edges.
Für eine Kalibrierung einer Kamera während oder im Zuge der Montage eines Kraftfahrzeuges wird das oben beschriebene Kalibrierungsverfahren zweckmäßigerweise in einer Fertigungsstraße angewendet, wobei die Kalibriermarkierungen seitlich oder oberhalb der Fertigungsstraße positioniert sind. Dabei können die Kalibriermarkierungen starr an seitlich des Fertigungsbandes positionierten Säulen oder an einem Portal ange- ordnet sein. Die Kraftfahrzeuge können so an den Kalibriermarkierungen vorbei- bzw. hindurchtransportiert oder -gefahren werden.For a camera calibration during or during the assembly of a motor vehicle, the calibration method described above is expediently used in a production line, the calibration markings being positioned to the side or above the production line. The calibration markings can be arranged rigidly on columns positioned on the side of the production line or on a portal. The motor vehicles can thus be transported or driven past the calibration markings.
Für eine Automatisierung des Kalibrierungsverfahrens wird das Verfahren vorzugsweise von einem Steuergerät durchgeführt.To automate the calibration process, the process is preferably carried out by a control device.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere in der Möglichkeit, eine Kalibrierung einer Kamera, die in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, vergleichsweise schnell und einfach durchzuführen. Dabei stützt sich die notwendige Ermittlung bzw. näherungsweise Berechnung der Ausrichtungswinkel der Kamera auf die Auswertung lediglich eines Kamerabildes von Kalibriermarkierungen, so dass der gerätetechnische Aufwand für die Kalibrierung gering gehalten werden kann. Außerdem sind die für die Ermittlung der Ausrichtungswinkel notwendigen Rechenalgorithmen vergleichsweise nur wenig rechenintensiv, so dass das Kalibrierungsverfahren auf einem geeigneten Steuergerät implementierbar ist.The advantages of the invention are, in particular, the possibility of performing a calibration of a camera which is arranged in a motor vehicle comparatively quickly and easily. The necessary determination or approximate calculation of the alignment angle of the camera is based on the evaluation of only one camera image of calibration markings, so that the technical expenditure for calibration can be kept low. In addition, the computation algorithms required for determining the alignment angle are comparatively little computation-intensive, so that the calibration method can be implemented on a suitable control device.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht in der Möglichkeit, das Verfahren in einer Fertigungsstraße für Kraftfahrzeuge anzuwenden, so dass im Kraftfahrzeug verbaute Kameras noch während einer Serienproduktion kalibriert werden können und dies nicht erst in einem sich anschließenden Verfahren durchgeführt wird. Dadurch kann die Gesamtproduktionszeit bzw. die Durchlaufzeit eines Kraftfahrzeugs reduziert werden.Another advantage of the method is the possibility of using the method in a production line for motor vehicles, so that cameras installed in the motor vehicle can still be calibrated during series production and this is not carried out in a subsequent process. As a result, the total production time or the throughput time of a motor vehicle can be reduced.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to a drawing. In it show:
FIG 1 schematisch die Anordnung einer Kalibriereinrich- tung für eine in einem Kraftfahrzeug verbaute Kamera,1 schematically shows the arrangement of a calibration device for a camera installed in a motor vehicle,
FIG 2 ein Kamerabild eines Kalibriermusters einer Kamera, die mit einem Gierwinkel (psi) , einem Nickwinkel (theta) und einem Wankwinkel (phi) verbaut ist, und2 shows a camera image of a calibration pattern of a camera which is installed with a yaw angle (psi), a pitch angle (theta) and a roll angle (phi), and
FIG 3 ein Kamerabild eines Kalibriermusters zur Ermittlung eines Wankwinkels (phi) einer Kamera.3 shows a camera image of a calibration pattern for determining a roll angle (phi) of a camera.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Erklärungen für die Abkürzungen in den Formeln sind der Bezugszeichenliste zu entnehmen.Identical parts are provided with the same reference symbols in all figures. The explanations for the abbreviations in the formulas can be found in the list of reference symbols.
In FIG 1 ist der Ausschnitt einer Fertigungsstraße für ein Kraftfahrzeug 1 bzw. eine Kraftfahrzeugserie schematisch dargestellt . In der Fertigungsstraße durchlaufen eine Anzahl von Kraf f hrzeugen 1 bzw. die entstehenden Kraftfahrzeuge 1 eine Fertigungslinie, wobei von am Rand der Linie positionierten Werkzeugen das Kraftfahrzeug 1 bearbeitet bzw. Komponenten zugebaut werden. In dem zu fertigenden Kraftfahrzeug 1 wird eine Kamera 2 verbaut, die für automatische Steuerungsfunktionen des Kraftfahrzeugs 1 eingesetzt werden soll. Um die Kamera 2 für eine hohe Genauigkeit auszurichten bzw. zu kalibrieren, wird sie während des Fertigungsprozesses des Kraft- fahrzeuges 1 kalibriert bzw. es werden Abweichungswinkel bezüglich Sollanordnungswinkeln ermittelt. Der in FIG 1 dargestellte Ausschnitt der Fertigungsstraße zeigt die Kalibrier- einrichtung für eine bereits im Kraftfahrzeug 1 verbaute Kamera 2.In Figure 1, the section of a production line for a motor vehicle 1 or a motor vehicle series is shown schematically. In the production line, a number of motor vehicles 1 or the resulting motor vehicles 1 pass through a production line, the motor vehicle 1 being machined or components being added by tools positioned at the edge of the line. A camera 2 is installed in the motor vehicle 1 to be manufactured and is to be used for automatic control functions of the motor vehicle 1. In order to align or calibrate the camera 2 for high accuracy, it is calibrated during the manufacturing process of the motor vehicle 1 or deviation angles with respect to the target arrangement angles are determined. The section of the production line shown in FIG. 1 shows the calibration Device for a camera 2 already installed in the motor vehicle 1.
Für eine besonders einfache Kalibrierung wird die Kamera 2 durch die Auswertung eines Kamerabildes eines Kalibrierungs- musters 8 kalibriert. Dabei wird ein rechteckiges Kalibriermuster 8 verwendet, das von vier Kalibriermarkierungen 6 gebildet wird. Die Kalibriermarkierungen 6 sind dafür an einem Portal 4 der Fertigungsstraße angeordnet, so dass ein Kraft- fahrzeug 1 durch das Portal 4 hindurch transportiert werden kann. Für einen hohen Kontrast der Kalibriermarkierungen 6 zu Umgebungsflächen senden die Kalibriermarkierungen 6 aktiv In- frarotlicht aus. Dabei kann vermieden werden, dass die an der Fertigungsstraße beschäftigten Bandarbeiter mit dem Licht ge- blendet werden, dieses jedoch von der Kamera 2 detektiert werden kann. Um im Kamerabild lediglich die das Kalibriermu- ' ster 8 ausbildenden Kalibriermarkierungen 6 zu erhalten und keine das Infrarotlicht reflektierenden Umgebungsflächen, wird das Kamerabild entsprechend abgedunkelt.For a particularly simple calibration, the camera 2 is calibrated by evaluating a camera image of a calibration pattern 8. A rectangular calibration pattern 8 is used, which is formed by four calibration marks 6. For this purpose, the calibration markings 6 are arranged on a portal 4 of the production line, so that a motor vehicle 1 can be transported through the portal 4. For a high contrast of the calibration markings 6 to surrounding areas, the calibration markings 6 actively emit infrared light. It can be avoided that the strip workers employed on the production line are dazzled by the light, but that this can be detected by the camera 2. In order to obtain in the camera image, only the Kalibriermu- the 'edge 8 forming calibration marks 6 and not the infrared light reflecting surrounding surfaces is darkened, the camera image accordingly.
Um aus einem Kamerabild des Kalibriermusters 8 die Ausrichtungswinkel zu ermitteln, muss zunächst die Position der im Kraftfahrzeug verbauten Kamera 2 bezüglich der Kalibriermar-kierungen 6 ermittelt werden. Da die Position der Kalibrier- markierungen 6 bekannt ist, muss lediglich die Raumposition der Kamera 2 im Kraftfahrzeug 1 und die relative Position des Kraftfahrzeuges 1 zu den Kalibriermarkierungen 6 ermittelt werden.In order to determine the alignment angles from a camera image of the calibration pattern 8, the position of the camera 2 installed in the motor vehicle with respect to the calibration markings 6 must first be determined. Since the position of the calibration markings 6 is known, only the spatial position of the camera 2 in the motor vehicle 1 and the relative position of the motor vehicle 1 relative to the calibration markings 6 need to be determined.
In der Regel ist die Position der Kamera 2 innerhalb desAs a rule, the position of the camera 2 is within the
Kraftfahrzeuges aufgrund einer vorgesehenen Einbauposition bekannt, diese kann alternativ jedoch auch mittels einer Messung individuell ermittelt werden. Um die bei einem aktiven Fahrwerk des Kraftfahrzeuges 1 bei einer Anzahl von Kraft - fahrzeugen 1 abweichende Höhe des Kraftf hrzeuges 1 zu ermitteln, ist die Fertigungsstraße mit einer Fahrwerksvermes- sungseinrichtung 10 versehen. Das gesamte Kalibrierungsverfahren wird automatisch von dem Steuergerät 12 durchgeführt.Motor vehicle known due to an intended installation position, but this can alternatively also be determined individually by means of a measurement. In order to determine the height of the motor vehicle 1 that deviates from the number of motor vehicles 1 when the motor vehicle 1 is active, the production line is measured with a chassis measurement. solution device 10 provided. The entire calibration process is carried out automatically by the control device 12.
In FIG 2 ist ein Kamerabild des Kalibriermusters 8 darge- stellt, wobei die Kamera 2 mit einem Gier-, Nick- und Wankwinkel verbaut ist. Dies lässt sich aus dem unsymmetrischen Anordnungsbild der Kalibriermarkierungen 6 erkennen.2 shows a camera image of the calibration pattern 8, the camera 2 being installed with a yaw, pitch and roll angle. This can be seen from the asymmetrical arrangement of the calibration markings 6.
Die Ermittlung des Gier- und Nickwinkels wird aus der von der Solllage abweichenden Position der Diagonalen des Kalibriermusters 8 im Kamerabild berechnet. Dabei wird über den Schnittpunkt der Diagonalen die horizontale und vertikale Abweichung vom Bildmittelpunkt ermittelt.The determination of the yaw and pitch angle is calculated from the position of the diagonals of the calibration pattern 8 in the camera image that deviates from the desired position. The horizontal and vertical deviation from the center of the image is determined via the intersection of the diagonals.
Zur näherungsweisen Berechnung eines Gierwinkels der Kamera 2 wird dann der horizontale Abstand Δx des Diagonalenschnittpunktes des Kalibriermusters 8 von der Bildmitte verwendet, der in FIG 2 eingezeichnet ist. Wenn die Kamera 2 direkt gegenüber dem Kalibriermusters 8 positioniert ist bzw. keinen Querversatz bezüglich des Kalibriermusters 8 aufweist, errechnet sich der Gierwinkel psi näherungsweise zu:
Figure imgf000012_0001
wobei Δximage die Länge der Projektion auf den Imager (Bildchip der Kamera) des horizontalen Abstands des Diagonalen- Schnittpunktes des Kalibriermusters 8 von der Bildmitte und f die Fokuslänge der Kamera 2 ist. Wenn die Kamera 2 mit einem Querversatz zum Kalibriermuster 8 verbaut ist, muss Δx um einen Querversatzkoeffizienten kx— x / Kam Marker korrigiert werden, so dass sich psi näherungsweise zu f A ^^x i-mage — x K„am psi =.arctan l Markeτ f
The horizontal distance Δx of the diagonal intersection of the calibration pattern 8 from the center of the image, which is shown in FIG. 2, is then used for the approximate calculation of a yaw angle of the camera 2. If the camera 2 is positioned directly opposite the calibration pattern 8 or has no transverse offset with respect to the calibration pattern 8, the yaw angle psi is approximately calculated as:
Figure imgf000012_0001
wherein Δxi mage the length of the projection onto the imager (image chip of the camera) of the horizontal distance of the point of intersection of the calibration Diagonalen- 8 from the center of the image and f is the focal length of the camera 2 is. If the camera 2 is installed with a cross offset to the calibration pattern 8, Δx must be corrected by a cross offset coefficient k x - x / Kam marker, so that psi approximates to f A ^^ x i-mage - x K "am psi =. arctan l brandτ f
berechnet, wobei xKam der Querversatz des Lotes durch die Ka- mera 2 auf die Ebene des Kalibriermusters 8 und dMarker der Abstand der Kamera 2 von der Ebene des Kalibriermusters 8 ist.calculated, where x Kam is the transverse offset of the solder by the ca ra to the plane of the calibration pattern 8 and d Ma rk e r is the distance of the camera 2 from the plane of the calibration pattern 8 2.
Die Ermittlung des Nickwinkels wird analog zur Berechnung des Gierwinkels durchgeführt, so dass sich für einen Nickwinkel der Kamera 2 n herungsweiseThe determination of the pitch angle is carried out analogously to the calculation of the yaw angle, so that 2 n is approximately the same for a pitch angle of the camera
Figure imgf000013_0001
ergibt, wobei Δyimage der vertikale Abstand des Diagonalenschnittpunktes des Kalibriermusters 8 von der Bildmitte, auf dem Imager gemessen, und yKam der Vertikal - versatz des Lotes durch die Kamera 2 auf die Ebene des Kalibriermusters 8 ist .
Figure imgf000013_0001
where Δyi mage is the vertical distance of the diagonal intersection of the calibration pattern 8 from the center of the image, measured on the imager, and y came to be the vertical displacement of the solder by the camera 2 onto the plane of the calibration pattern 8.
Die Ermittlung des Wankwinkels phi bzw. Rollwinkels phi, mit der die Kamera 2 verbaut ist, kann über die Verdrehung derThe roll angle phi or roll angle phi, with which the camera 2 is installed, can be determined via the rotation of the
Rechteckseiten des Kalibriermusters 8 im Kamerabild vorgenommen werden, wie es in FIG 3 dargestellt ist. Die Winkel cp1# ψ2 r φ3 r 94 stellen dabei die Winkel dar, mit denen die Rechteckseiten des Kalibriermusters 8 gegenüber den benachbarten Bildrändern der Kamera 2 verdreht sind. Um bei der Ermittlung des Wankwinkels phi perspektivische Verzerrungen auszugleichen, die auftreten, wenn die Hauptachse der Kamera 2 nicht senkrecht zur Ebene des Kalibrierungsmusters 8 steht bzw. die Kamera 2 zusätzlich zum Wankwinkel phi mit einem Gierwinkel psi und/oder Nickwinkel theta verbaut ist, wird ein Wankwinkel phi näherungsweise aus dem Durchschnitt der Winkel φi, ö?, + φ, + ß>, + φ, φ2, φ>3 und φ4 berechnet, so dass sich für pni = — er- 4 gibt . BezugszeichenlisteRectangular sides of the calibration pattern 8 are made in the camera image, as shown in FIG. 3. The angles cp 1 # ψ 2 r φ 3 r 9 4 represent the angles with which the rectangular sides of the calibration pattern 8 are rotated relative to the adjacent image edges of the camera 2. In order to compensate for perspective distortions in the determination of the roll angle phi, which occur when the main axis of the camera 2 is not perpendicular to the plane of the calibration pattern 8 or the camera 2 is installed with a yaw angle psi and / or pitch angle theta in addition to the roll angle phi a roll angle phi is approximately calculated from the average of the angles φi, ö ?, + φ, + ß>, + φ, φ 2 , φ> 3 and φ 4 , so that pni = - results in 4. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Kraftfahrzeug 2 Kamera 4 Portal 6 Kalibriermarkierung 8 Kalibriermuster1 motor vehicle 2 camera 4 portal 6 calibration mark 8 calibration pattern
10 Fahrwerksvermessungseinrichtung10 wheel alignment device
12 Steuergerät12 control unit
psi Gierwinkel der Kamera 2 theta Nickwinkel der Kamera 2 phi Wankwinkel der Kamera 2psi yaw angle of camera 2 theta pitch angle of camera 2 phi roll angle of camera 2
Φi Winkel einer Rechteckseite i des Kalibriermusters 8 im Kamerabild zu dem benachbarten BildrandΦi angle of a rectangular side i of the calibration pattern 8 in the camera image to the adjacent image edge
Δx horizontaler Abstand des Diagonalenschnittpunktes des Kalibriermusters (8) von der BildmitteΔx horizontal distance of the diagonal intersection of the calibration pattern (8) from the center of the image
Δy vertikaler Abstand des Diagonalenschnittpunktes des Kalibriermusters (8) von der Bildmitte f Fokuslänge der Kamera kx Querversatzkoeffizient ky Vertikalversatzkoeffizient xKara Querversatz des Lotes durch die Kamera 2 auf die Ebene des Kalibriermusters 8 yKam Vertikalversatz des Lotes durch die Kamera 2 auf die Ebene des Kalibriermusters 8 dmarker Abstand der Kamera 2 von der Ebene des Kalibriermusters 8 Δy vertical distance of the diagonal intersection of the calibration pattern (8) from the center of the image f focal length of the camera k x transverse offset coefficient k y vertical offset coefficient x Kara transverse displacement of the solder by the camera 2 to the level of the calibration pattern 8 y Ka m vertical offset of the solder by the camera 2 on the level of the calibration pattern 8 d ma rk he distance of the camera 2 from the plane of the calibration pattern 8

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Kalibrierung einer Kamera (2), die in einem Kraftfahrzeug (1) angeordnet ist, wobei über ein Kamerabild eines außerhalb des Kraftfahrzeuges (1) angeordneten rechteckigen Kalibriermusters (8) näherungsweise die Abweichungswinkel der Kamera (2) zu den Sollanordnungswinkeln ermittelt werden.1. A method for calibrating a camera (2) which is arranged in a motor vehicle (1), wherein approximately a camera image of a rectangular calibration pattern (8) arranged outside the motor vehicle (1) determines the deviation angle of the camera (2) from the target arrangement angles become.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich ein rechteckiges Kalibriermuster (8) aus einer Anzahl von, vorzugsweise aus vier, Kalibriermarkierungen (6) zusammensetzt.2. The method according to claim 1, wherein a rectangular calibration pattern (8) is composed of a number of, preferably four, calibration marks (6).
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei Kalibriermarkierungen (6) aktiv Licht, insbesondere Infrarotlicht , senden.3. The method according to claim 2, wherein calibration markings (6) actively transmit light, in particular infrared light.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Abweichungswinkel einer Kamera (2) zu den Sollanordnungswinkeln aus der Abweichungslage der Rechteckseiten und Diagonalen des Kalibriermusters (8) von der jeweiligen Sollposition im Kamerabild näherungsweise ermittelt werden.4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the deviation angle of a camera (2) to the target arrangement angles from the deviation position of the rectangular sides and diagonals of the calibration pattern (8) from the respective target position in the camera image are approximately determined.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zur näherungsweisen Berechnung eines Gierwinkels (psi) einer Kamera (2) der horizontale Abstand des Diagonalenschnittpunktes des Kalibriermusters (8) von der Bildmitte (Δx) verwendet wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein for the approximate calculation of a yaw angle (psi) of a camera (2) the horizontal distance of the diagonal intersection of the calibration pattern (8) from the image center (Δx) is used.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Gierwinkel (psi) einer Kamera (2) aus dem Arcustangens des Quotienten von dem horizontalen Abstand des Diagonalenschnittpunktes des Kalibriermusters (8) von der Bildmitte (Δx) abzüglich eines Querversatzkoeffizienten (kx) und der Fokuslänge (f) der Kamera (2) näherungsweise berechnet wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein a yaw angle (psi) of a camera (2) from the arc tangent of the quotient from the horizontal distance of the diagonal intersection of the calibration pattern (8) from the center of the image (Δx) minus a cross offset coefficient (k x ) and the focal length (f) of the camera (2) is approximately calculated.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Querversatzkoeffizient (kx) aus dem Produkt des Querversatzes (xam) des Lotes durch die Kamera (2) auf die Ebene des Kalibriermusters (8) und des Quotienten der Fokuslänge (f) der Kamera (2) und dem Abstand (dmarker) der Kamera (2) von der Ebene des Kalibriermuster (2) berechnet wird.7. The method according to claim 6, wherein the transverse offset coefficient (k x ) from the product of the transverse offset (x am ) of the solder by the camera (2) on the level of the calibration pattern (8) and the quotient of the focus length (f) of the camera (2) and the distance (d mar k e r) of the camera (2) from the plane of the calibration pattern (2) is calculated.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zur n herungsweise Berechnung eines Nickwinkels (theta) einer Kamera (2) der vertikale Abstand des Diagonalenschnittpunktes des Kalibriermusters (8) von der Bildmitte (Δy) verwendet wird.8. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein for the approximate calculation of a pitch angle (theta) of a camera (2) the vertical distance of the diagonal intersection of the calibration pattern (8) from the center of the image (Δy) is used.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 8, wobei ein Nickwinkel (theta) einer Kamera (2) aus dem Produkt der Länge (a) des Lotes auf die Ebene des Kalibriermusters (8) durch die Kamera (2) und dem Tangens des Quotienten von dem vertikalen Abstand des Diagonalenschnittpunktes des Kalib- riermusters (8) von der Bildmitte (Δyimage) abzüglich eines9. The method according to any one of claims 1 to 4 and 8, wherein a pitch angle (theta) of a camera (2) from the product of the length (a) of the solder on the level of the calibration pattern (8) by the camera (2) and the Tangent of the quotient from the vertical distance of the diagonal intersection of the calibration pattern (8) from the center of the image (Δyi mage ) minus one
Vertikalversatzkoeffizienten (ky) und der Fokuslänge (f) der Kamera (2) näherungsweise berechnet wird.Vertical offset coefficient (k y ) and the focus length (f) of the camera (2) is approximately calculated.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Vertikalversatzko- effizient (ky) aus dem Produkt des Vertikalversatzes (yKam) des Lotes durch die Kamera (2) auf die Ebene des Kalibriermusters (8) und des Quotienten der Fokuslänge (f) der Kamera (2) und dem Abstand (dmarker) der Kamera (2) von der Ebene des Kalibriermusters (8) näherungsweise berechnet wird.10. The method according to claim 9, wherein the vertical offset coefficient (k y ) from the product of the vertical offset (yKam) of the solder through the camera (2) on the level of the calibration pattern (8) and the quotient of the focus length (f) of the camera (2) and the distance (d mar k e r) is calculated of the camera (2) from the plane of the calibration pattern (8) approximately.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Wankwinkel (phi) einer Kamera (2) näherungsweise aus einem Durchschnitt der Winkel (φi, cp2, q>3, φ4) der vier Rechteckseiten des Kalibriermusters (8) im Kamerabild zu den benachbar- ten Bildrändern berechnet wird.11. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein a roll angle (phi) of a camera (2) approximately from an average of the angle (φi, cp 2 , q> 3 , φ 4 ) of the four rectangular sides of the calibration pattern (8) in Camera image to the neighboring image edges is calculated.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, das während der Fertigung eines Kraftfahrzeuges (1) in einer Fertigungsstraße angewendet wird, wobei die Kalibriermarkierungen (6) seitlich oder oberhalb der Fertigungsstraße positioniert sind. 12. The method according to any one of claims 1 to 11, which is used during the manufacture of a motor vehicle (1) in a production line, wherein the calibration marks (6) are positioned laterally or above the production line.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, das von einem Steuergerät (12) durchgeführt wird. 13. The method according to any one of claims 1 to 12, which is carried out by a control device (12).
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