DE102022202206A1 - LiDAR system and method for operating a LiDAR system - Google Patents
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Abstract
Offenbart ist ein LiDAR-System (1), das dazu eingerichtet ist, eine Umwelt des LiDAR-Systems (1) mit einem Lichtstrahl (4) abzutasten, um Tiefeninformationen über die Umwelt zu erlangen, wobei das LiDAR-System (1) weiter dazu eingerichtet ist, mittels des Lichtstrahls (4) Informationen über ein Objekt (5), das sich in der Umwelt befindet, zu gewinnen. Das LiDAR-System (1) ist dazu eingerichtet, mittels des Lichtstrahls (4) Informationen über das Objekt (5) zu gewinnen, das sich in einem Bereich der Umwelt befindet, zu dem keine direkte Sichtlinie für das LiDAR-System (1) besteht.Weiter ist ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben eines LiDAR-Systems (1) offenbart.A LiDAR system (1) is disclosed which is set up to scan an environment of the LiDAR system (1) with a light beam (4) in order to obtain depth information about the environment, the LiDAR system (1) further to this is set up to use the light beam (4) to gain information about an object (5) that is in the environment. The LiDAR system (1) is set up to use the light beam (4) to obtain information about the object (5), which is located in an area of the environment to which there is no direct line of sight for the LiDAR system (1). . A corresponding method for operating a LiDAR system (1) is also disclosed.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein LiDAR-System, das dazu eingerichtet ist, eine Umwelt des LiDAR-Systems mit einem Lichtstrahl abzutasten, um Tiefeninformationen über die Umwelt zu erlangen, wobei das LiDAR-System weiter dazu eingerichtet ist, mittels des Lichtstrahls Informationen über ein Objekt, das sich in der Umwelt befindet, zu gewinnen.The present invention relates to a LiDAR system that is set up to scan an environment of the LiDAR system with a light beam in order to obtain depth information about the environment, the LiDAR system also being set up to use the light beam to obtain information about an object that is in the environment.
Weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines LiDAR-Systems, umfassend den Schritt eines Abtastens einer Umwelt des LiDAR-Systems mittels eines Lichtstrahls des LiDAR-Systems.The present invention further relates to a method for operating a LiDAR system, comprising the step of scanning an environment of the LiDAR system using a light beam of the LiDAR system.
Stand der TechnikState of the art
Non-Line-Of-Sight Imaging, zu Deutsch Bildgebung von Objekten, die sich nicht in einer direkten Sichtlinie zum abbildenden System befinden, ist prinzipiell Stand der Technik. Es handelt sich um Technologien, die unter Ausnutzung verschiedener Signalausbreitungspfade eines Signals (am eindrucksvollsten sind diffuse Reflexionen) das Bild des verdeckten Bereiches, in dem sich das Objekt befindet, ohne direkte Sichtlinie erfassen können. Allerdings sind solche bekannten Systeme in Bezug auf die Anwendung noch limitiert. Die Signale müssen sehr sauber sein, die Bedingungen müssen oft kontrolliert werden, die Ausbreitungspfade müssen teilweise gelernt werden, hochempfindliche Sensoren kommen zum Einsatz, etc. Die Technologie hat die Forschungslabore für die zivile Nutzung noch nicht verlassen.In principle, non-line-of-sight imaging is state-of-the-art. These are technologies that, using different signal propagation paths of a signal (the most impressive are diffuse reflections), can capture the image of the hidden area where the object is located without a direct line of sight. However, such known systems are still limited in terms of application. The signals have to be very clean, the conditions have to be checked often, the propagation paths have to be partially learned, highly sensitive sensors are used, etc. The technology has not yet left the research laboratories for civilian use.
Frequency Modulated Continuous Wave LiDAR (FMCW-LiDAR, dt. frequenzmoduliertes Dauerstrich-LiDAR) ist ebenfalls Stand der Technik. Die Frequenz des LiDAR-Systems kann z.B. als Frequenzrampe über der Zeit moduliert werden. Das Prinzip ist aus dem Radar bekannt. Wird ein Signal empfangen, so setzt sich die Frequenzverschiebung des empfangenen Signals gegenüber der momentanen Frequenz aus dem Laufzeiteffekt (Frequenzverschiebung, während der Strahl hin- und zurückgelaufen ist) und dem Dopplereffekt (Frequenzverschiebung durch Bewegung des Objektes) zusammen. Mehrere Rampen erlauben, Distanz und Geschwindigkeit für mehrere Objekte in der Umwelt eindeutig zu bestimmen.Frequency Modulated Continuous Wave LiDAR (FMCW-LiDAR) is also state of the art. The frequency of the LiDAR system can, for example, be modulated as a frequency ramp over time. The principle is known from radar. When a signal is received, the frequency shift of the received signal compared to the current frequency is made up of the transit time effect (frequency shift while the beam has traveled back and forth) and the Doppler effect (frequency shift due to movement of the object). Multiple ramps allow to unambiguously determine distance and speed for multiple objects in the environment.
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Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Erfindungsgemäß wird ein LiDAR-System eingangs genannter Art zur Verfügung gestellt, wobei das LiDAR-System dazu eingerichtet ist, mittels des Lichtstrahls Informationen über das Objekt zu gewinnen, das sich in einem Bereich der Umwelt befindet, zu dem keine direkte Sichtlinie für das LiDAR-System besteht.According to the invention, a LiDAR system of the type mentioned at the outset is made available, the LiDAR system being set up to use the light beam to obtain information about the object that is located in an area of the environment to which there is no direct line of sight for the LiDAR system. system exists.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention
Das LiDAR-System hat also den Vorteil, aus dem Lichtstrahl des LiDAR-Systems, der die Umwelt abtastet, die Informationen über das Objekt gewinnen zu können, obwohl sich das Objekt außerhalb der direkten Sichtlinie des LiDAR-Systems befindet. Das bedeutet, dass der Lichtstrahl das Objekt nicht direkt treffen muss. Das LiDAR-System ist nämlich in der Lage, verdeckte Bereiche der Umwelt ohne Rückgriff auf aktive externe Hilfsmittel abzutasten. Aktive externe Hilfsmittel wären insbesondere ein Fahrzeug in der Nähe, was beispielsweise Sensordaten zur Verfügung stellt, oder auch ein weiteres LiDAR-System, das in einer Straße stationär montiert ist, durch die sich das vorliegende LiDAR-System bewegt.The LiDAR system therefore has the advantage of being able to obtain information about the object from the light beam of the LiDAR system, which scans the environment, even though the object is outside the direct line of sight of the LiDAR system. This means that the light beam does not have to hit the object directly. The LiDAR system is able to scan hidden areas of the environment without resorting to active external aids. Active external aids would be, in particular, a vehicle in the vicinity, which makes sensor data available, for example, or another LiDAR system that is stationarily mounted on a street through which the present LiDAR system is moving.
Im urbanen Bereich sind Verdeckungen, also Bereiche, zu denen keine direkte Sichtlinie für das LiDAR-System besteht, z. B. durch parkende Fahrzeuge oft vorhanden. Der Bereich, zu dem keine direkte Sichtline für das LiDAR-System besteht, kann auch als Verdeckung bezeichnet werden. Diese Verdeckungen, die durch Sichthindernisse für das LiDAR-System verborgen sind, wie etwa Mauern oder parkende Fahrzeuge, verbergen potenziell andere Verkehrsteilnehmer, z. B. Fußgänger oder Kinder. Das Risiko einer Kollision mit diesen wird im Stand der Technik durch vorsichtige Fahrweise (Geschwindigkeit und Abstand) und andere Methoden (KI-Vorhersagen oder C2X, d.h. Car to X: Fahrzeugkommunikation zu anderen Fahrzeugen, Infrastruktur oder Informationsquellen anderer Art) reduziert. Einen Einblick über Sensorik in die Verdeckung, wie hier vorgeschlagen, bedeutet, dass man eine optimierte Fahrweise wählen kann und gleichzeitig die Sicherheit gegenüber VRUs (vulnerable road users - verwundbare Straßenbenutzer, wie etwa Fußgänger, Fahrradfahrer, Kinder) erhalten bzw. verbessern kann. Die genaue Kenntnis der Geometrie der Umgebung oder eine umfangreiche Vermessung oder ein Training ist beim vorgeschlagenen LiDAR-System im Gegensatz zum Stand der Technik nicht notwendig.In urban areas, occlusions, i.e. areas to which there is no direct line of sight for the LiDAR system, e.g. B. by parked vehicles often available. The area where there is no direct line of sight for the LiDAR system can also be referred to as an occlusion. These occlusions, hidden by obstructions to the LiDAR system's view, such as walls or parked vehicles, potentially hide other road users, e.g. B. pedestrians or children. The risk of a collision with them is reduced in the prior art by careful driving (speed and distance) and other methods (AI predictions or C2X, i.e. Car to X: vehicle communication with other vehicles, infrastructure or other types of information sources). An insight into the concealment via sensors, as proposed here, means that one can choose an optimized driving style and at the same time maintain or improve safety against VRUs (vulnerable road users - vulnerable road users such as pedestrians, cyclists, children). Exact knowledge of the geometry of the environment or extensive measurement or training is not necessary with the proposed LiDAR system, in contrast to the prior art.
Das vorliegende LiDAR-System erlaubt somit vorzugsweise eine Reaktion auf ein Objekt in der Umwelt, schon bevor für das LiDAR-System eine direkte Sichtlinie zu dem Objekt besteht, nur auf Grundlage des Lichtstrahls, der durch das LiDAR-System selbst in die Umwelt ausgesendet wird. Es versteht sich, dass es im Sinne dieser Anmeldung unerheblich ist, ob sich im zu überwachenden verdeckten Bereich tatsächlich ein Objekt befindet oder nicht. Das LiDAR-System ist jedenfalls dazu eingerichtet, Informationen über ein solches Objekt zu gewinnen, falls sich dieses Objekt in dem Bereich der Umwelt befindet, zu dem keine direkte Sichtlinie für das LiDAR-System besteht. Man kann erst wissen, ob sich tatsächlich ein Objekt in einer Verdeckung befindet oder nicht, nachdem man das LiDAR-System zur indirekten Überwachung der Verdeckung ohne bestehende direkte Sichtlinie in die Verdeckung in Betrieb genommen hat.The present LiDAR system thus preferably allows a response to an object in the environment even before the LiDAR system has a direct line of sight to the object, based solely on the light beam emitted into the environment by the LiDAR system itself . It goes without saying that within the meaning of this application it is irrelevant whether or not there is actually an object in the covered area to be monitored. In any case, the LiDAR system is set up to obtain information about such an object if this object is located in the area of the environment to which there is no direct line of sight for the LiDAR system. One can only know whether an object is actually in an occlusion or not after operating the LiDAR system for indirectly monitoring the occlusion without an existing direct line of sight into the occlusion.
Ausführungsformen des LiDAR-Systems sehen vor, dass das LiDAR-System dazu eingerichtet ist, Informationen über eine Bewegung des Objekts zu gewinnen, obwohl das Objekt sich in dem Bereich der Umwelt befindet, zu dem keine direkte Sichtlinie besteht. Während ein Fahrzeugführer oder ein automatischer Fahrmodus eine Bewegung des eigenen Fahrzeugs in der Regel gut kontrollieren kann, stellen Bewegungen von Objekten in der Umwelt des Fahrzeugs ein besonderes Unfallrisiko dar. Dabei können sich Objekte in einem Bereich befinden, welcher nicht für den Fahrer oder das automatische Fahrzeug direkt einsehbar sind. Daher ist es besonders vorteilhaft, die Umwelt auf mögliche Bewegungen in Verdeckungen zu überwachen, zu denen keine direkte Sichtlinie besteht und die somit zu überraschenden Gefahrensituationen führen können. Das vorgeschlagene LiDAR-System ist im Gegensatz zum Stand der Technik dazu ausgelegt, in komplexen Situationen insbesondere Bewegungen in wählbaren Arealen der Umwelt robust und schnell zu erkennen. Hierbei kann in manchen Ausführungsformen auf herkömmliche LiDAR-Systeme, die das Objekt in der Umwelt zur Informationsgewinnung direkt abtasten müssten, verzichtet werden. Bevorzugt sind jedoch solche Ausführungsformen, bei denen das LiDAR-System dafür eingerichtet ist, zusätzlich die Umwelt auch direkt abzutasten. Vorzugsweise ist das LiDAR-System also dafür eingerichtet, sowohl Line-of-Sight-Messungen (d. h. mit direkter Sichtlinie) als auch Non-Line-of-Sight-Messungen (d. h. ohne direkte Sichtlinie) durchzuführen.Embodiments of the LiDAR system provide that the LiDAR system is set up to obtain information about a movement of the object, even though the object is in the area of the environment to which there is no direct line of sight. While a vehicle driver or an automatic driving mode can usually control the movement of their own vehicle well, the movement of objects in the vehicle's environment poses a particular risk of accidents. Objects can be in an area that is not for the driver or the automatic vehicle are directly visible. It is therefore particularly advantageous to monitor the environment for possible movements in occlusions to which there is no direct line of sight and which can therefore lead to unexpected dangerous situations. In contrast to the prior art, the proposed LiDAR system is designed to detect movements in selectable areas of the environment in a robust and rapid manner in complex situations. In some embodiments, this can be based on conventional LiDAR systems, which use the object in the environment to gain information tion would have to be sampled directly. However, those embodiments are preferred in which the LiDAR system is set up to also scan the environment directly. The LiDAR system is therefore preferably set up to carry out both line-of-sight measurements (ie with a direct line of sight) and non-line-of-sight measurements (ie without a direct line of sight).
In manchen Ausführungsformen ist das LiDAR-System dazu eingerichtet, den Bereich der Umwelt, zu dem keine direkte Sichtlinie besteht, indirekt auf eine laterale Bewegung des Objekts zu überwachen. Gerade laterale Bewegungen führen im Automotive-Gebiet häufig zu Verkehrsunfällen. Dieses LiDAR-System bildet mit Vorteil kein Bild des Objekts ab, wie man es aus dem Stand der Technik kennt, sondern stellt lediglich einen Bewegungsmelder dar, der einen genau eingrenzbaren Bereich auf laterale Bewegungen überwacht. Dadurch ist das Verfahren praxistauglich und robust. Lateral bedeutet im vorliegenden Fall vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu der Bahnkurve, auf der sich das LiDAR-System fortbewegt, wie senkrecht zu einer Fahrbahn. Ein Fahrzeug, in dem das LiDAR-System angeordnet ist, kann sich longitudinal über die Fahrbahn bewegen und das Objekt kann sich lateral zu der Fahrbahn bewegen, also in derselben Ebene wie das Fahrzeug, wie etwa auf die Fahrbahn zu oder von der Fahrbahn weg. Lateral ist also vorzugsweise im Sinne einer Annäherung aus dem Seitenbereich einer Straße gemeint. Ein Fußgänger nähert sich beispielsweise lateral zur Bahn des - vorzugsweise automatischen - Fahrzeugs, das das LiDAR-System aufweisen kann.In some embodiments, the LiDAR system is set up to indirectly monitor the area of the environment to which there is no direct line of sight for a lateral movement of the object. Lateral movements in particular often lead to traffic accidents in the automotive sector. Advantageously, this LiDAR system does not display an image of the object, as is known from the prior art, but merely represents a motion detector that monitors an area that can be precisely defined for lateral movements. This makes the method practical and robust. In the present case, lateral preferably means essentially perpendicular to the trajectory on which the LiDAR system is moving, such as perpendicular to a roadway. A vehicle in which the LiDAR system is arranged can move longitudinally across the lane and the object can move laterally to the lane, i.e. in the same plane as the vehicle, such as towards or away from the lane. Lateral is therefore preferably meant in the sense of an approach from the side area of a road. A pedestrian approaches, for example, laterally to the path of the—preferably automatic—vehicle that can have the LiDAR system.
Das LiDAR-System kann dazu eingerichtet sein, einen oder mehrere Streupunkte in der Umwelt auszuwählen und die Bewegung des Objekts in einem festgelegten Radius um den einen oder die mehreren ausgewählten Streupunkte herum zu detektieren, wobei sich jeder der Streupunkte in einem Bereich der Umwelt befindet, zu dem eine direkte Sichtlinie für das LiDAR-System besteht. Vorzugsweise ist der Streupunkt in der Fahrbahn die Position auf der ersten reflektierenden Fläche, die vom Lichtstrahl des LiDARs getroffen wird und von der aus der Lichtstrahl unter anderem auch in die verdeckten Bereiche gestreut wird. Bei schlechten Verhältnissen wird die reduzierte Performance am Messwert des Streupunktes (aus der primären Reflexion des Streupunktes am Boden) direkt abgelesen. Dieser kann quasi als Kontrollwert genutzt werden, um die Performance zu schätzen. So kann eine Detektion von Blindheit und Degradation erreicht werden. Gegebenenfalls kann die Fahrgeschwindigkeit an die Performance angepasst werden. Der Radius ist vorzugsweise auf zwischen 5 Zentimeter und 1 Meter festgelegt, insbesondere auf zwischen 20 Zentimeter und 80 Zentimeter, bevorzugt auf zwischen 30 Zentimeter und 60 Zentimeter. Ein besonders bevorzugter Radius beträgt 50 Zentimeter. Es ist bevorzugt, dass ein großer Teil der vom Radius definierten Fläche in dem Bereich der Umwelt liegt, zu dem keine direkte Sichtlinie des LiDAR-Systems besteht. So kann jedes Licht, das vom Objekt zurückgeworfen wird, nachdem der Lichtstrahl es über den Streupunkt indirekt beleuchtet hat, durch das LiDAR-System erfasst werden, egal wo im Radius das Licht auftrifft. Die Streupunkte werden in einigen Ausführungsformen auch auf Basis anderer Informationen, vorzugsweise Informationen aus der Karte oder von anderen Sensoren (bevorzugt Videosensoren) durch einen Algorithmus optimal gesetzt, um Gefahrenbereiche in der Umwelt abzudecken.The LiDAR system may be configured to select one or more scatter points in the environment and to detect movement of the object within a specified radius around the one or more selected scatter points, each of the scatter points being located in an area of the environment to which there is a direct line of sight for the LiDAR system. The scattering point in the roadway is preferably the position on the first reflecting surface, which is struck by the light beam from the LiDAR and from which the light beam is also scattered, among other things, into the covered areas. In poor conditions, the reduced performance can be read directly from the measured value of the scatter point (from the primary reflection of the scatter point on the ground). This can be used as a kind of control value to estimate the performance. In this way, blindness and degradation can be detected. If necessary, the driving speed can be adjusted to the performance. The radius is preferably set to between 5 centimeters and 1 meter, in particular between 20 centimeters and 80 centimeters, preferably between 30 centimeters and 60 centimeters. A particularly preferred radius is 50 centimeters. It is preferred that a large part of the area defined by the radius lies in the area of the environment to which there is no direct line of sight of the LiDAR system. In this way, any light that bounces back from the object after the light beam has indirectly illuminated it via the scattering point can be captured by the LiDAR system, no matter where in the radius the light strikes. In some embodiments, the scatter points are also optimally set by an algorithm on the basis of other information, preferably information from the map or from other sensors (preferably video sensors), in order to cover hazardous areas in the environment.
Manche Ausführungsformen sehen vor, dass das LiDAR-System dazu eingerichtet ist, den Bereich der Umwelt, zu dem keine direkte Sichtlinie besteht, indirekt durch Abrastern des Bereichs, zu dem eine direkte Sichtlinie für das LiDAR-System besteht, mit überlappenden Erfassungszonen zu überwachen, wobei sich in Zentren der Erfassungszonen jeweils einer der Streupunkte befindet. Die Erfassungszonen können Kreiszonen sein. Kreiszonen sind vorzugsweise in einer Aufsicht kreisförmig ausgebildete Erfassungszonen. Abrastern kann bedeuten, mehrere Messungen zueinander benachbart auf Flächen in der Umwelt auszuführen, um die Informationen über verdeckte Bereiche aus mehreren Perspektiven oder in verschiedenen Bereichen zu erhalten, insbesondere in einem zeilen- und spaltenweisen Muster. Führt man wiederholte Messungen an verschiedenen Streupunkten nebeneinander durch, so ergeben sich vorzugsweise kreisförmige Zonen, für die man Geschwindigkeitsaussagen über verdeckte Objekte machen kann. Auf diese Weise kann man die Ränder der Freifläche „abrastern“ und kann diese in eine Karte mit anderen Außenrauminformationen übertragen. Wählt man die Erfassungszonen überlappend, können Schnittpunkte der Kreise die Ortsauflösung weiter verbessern. So wird ein besonders vorteilhaftes Messraster erzeugt.Some embodiments provide that the LiDAR system is set up to indirectly monitor the area of the environment to which there is no direct line of sight by scanning the area to which there is a direct line of sight for the LiDAR system with overlapping detection zones. one of the scattering points being located in the centers of the detection zones. The detection zones can be circular zones. Circular zones are preferably circular detection zones in a top view. Scanning can mean making multiple measurements adjacent to each other on surfaces in the environment to obtain the information about occluded areas from multiple perspectives or in different areas, particularly in a row and column pattern. If one carries out repeated measurements at different scattering points next to each other, then preferably circular zones result, for which one can make speed statements about hidden objects. In this way you can "scan" the edges of the open space and transfer them to a map with other outdoor information. If the detection zones are chosen to overlap, the intersection points of the circles can further improve the spatial resolution. A particularly advantageous measurement grid is thus generated.
Das LiDAR-System ist in manchen Ausführungsformen dazu eingerichtet, einen oder mehrere der Streupunkte mit einer Distanz von etwa 20 Metern zum LiDAR-System auszuwählen. Diese Distanz ist vorzugsweise größer als 12 Meter und kleiner als 30 Meter. Die Distanz kann insbesondere zwischen 15 und 25 Metern liegen, vorzugsweise bei genau 20 Metern. Derartige Distanzen sind zur Überwachung von Bewegungen von Fußgängern besonders vorteilhaft, weil sich bei Erkennung von Bewegung, unter Berücksichtigung üblicher Fußgängergeschwindigkeiten, bei den genannten Distanzen eine noch ausreichend große Reaktionszeit ergibt, um Maßnahmen zur Kollisionsvermeidung zu ergreifen. Liegt die Distanz kürzer als insbesondere 12 Meter, kann je nach Fahrsituation nicht mehr genügend Zeit verbleiben, um eine geeignete Maßnahme zur Kollisionsvermeidung zu ergreifen. Außerdem benötigt man für das LiDAR-System bei den genannten Distanzen keine große Reichweite und die Leistung des Lichtstrahls kann daher verhältnismäßig gering bleiben. Es ergeben sich durch die der geringen Distanz angepassten geringen optischen Sendeleistung beispielsweise Vorteile in der Augensicherheit, der Entwärmung der Signalquelle und auch der geringeren Leistungsaufnahme des Systems.In some embodiments, the LiDAR system is configured to select one or more of the scattering points at a distance of approximately 20 meters from the LiDAR system. This distance is preferably greater than 12 meters and less than 30 meters. In particular, the distance can be between 15 and 25 meters, preferably exactly 20 meters. Such distances are particularly advantageous for monitoring the movement of pedestrians, because when movement is detected, taking into account normal pedestrian speeds, there is still a sufficiently long reaction time at the distances mentioned to take measures to avoid a collision. If the distance is shorter than 12 meters in particular, it may not be possible depending on the driving situation enough time to take appropriate action to avoid a collision. In addition, for the distances mentioned, the LiDAR system does not require a large range and the power of the light beam can therefore remain relatively low. Due to the low optical transmission power adapted to the small distance, there are advantages, for example, in terms of eye safety, cooling of the signal source and also the lower power consumption of the system.
Einige Ausführungsformen sehen vor, dass das LiDAR-System dazu eingerichtet ist, einen oder mehrere der Streupunkte anhand von einem oder mehreren Auswahlkriterien auszuwählen. Werden Streupunkte ausgewählt und nicht dem Zufall überlassen, können durch das LiDAR-System Gegenstände in der Umwelt für die Platzierung der Streupunkte ausgewählt werden, die besonders gute Streueigenschaften aufweisen. Vorteilhaft ist eine aktive Streupunkt-Suche nach einem vergleichsweise guten Streupunkt in einem definierten Bereich, welcher eine laterale Streuung liefert. Spiegelungen auf Pfützen beispielsweise sind zu vermeiden. Anhaltspunkte, welche Streupunkte gut geeignet sind (Reflektanz, Streucharakteristik), können aus anderen Sensorinformationen gewonnen werden. Ein Pappbecher am Straßenrand oder eine helle Markierung kann für einige Ausführungsformen ein hervorragender Streupunkt sein.Some embodiments provide that the LiDAR system is set up to select one or more of the scattering points based on one or more selection criteria. If scatter points are selected and not left to chance, the LiDAR system can be used to select objects in the environment for the placement of the scatter points that have particularly good scatter properties. An active scatter point search for a comparatively good scatter point in a defined area that provides lateral scatter is advantageous. Reflections on puddles, for example, should be avoided. Clues as to which scattering points are well suited (reflectance, scattering characteristics) can be obtained from other sensor information. A paper cup on the side of the road or a bright marker can be an excellent scattering point for some embodiments.
Bevorzugt ist, dass das LiDAR-System ein FMCW-LiDAR-System ist und eine Einrichtung aufweist, um den Lichtstrahl in einem Raum zu bewegen, besonders bevorzugt, um den Lichtstrahl in einer vertikalen Ebene zu bewegen. So kann das LiDAR-System mit dem Lichtstrahl eine vertikale Ebene abrastern, die eine Vielzahl von Erfassungszonen aufweisen kann. Der Raum ist vorzugsweise ein Raum vor einem Fahrzeug, in dem das LiDAR-System integriert ist. Somit kann die Ortsauflösung des LiDAR-Systems verbessert werden. Dies stellt ein LiDAR-System mit einer hohen Auflösung bereit, obwohl nur eine einzige Lichtquelle bereitgestellt sein muss. In der Vergangenheit wurden bereits miniaturisierte Linescanner entwickelt. Prinzipiell kann ein solcher durch ein anderes Verfahren als FMCW, nämlich durch Laser-Doppler-Interferometrie, auch Distanz und Geschwindigkeitswerte bestimmen. Die vorliegende Erfindung könnte eine Anwendung darstellen. Die Erfindung kann also in Ausführungsformen in Verbindung mit Laser-Doppler-Interferometrie eingesetzt werden. Der Strahl und der Detektor können durch den Spiegel in einer vertikalen Ebene bewegt werden und je nach Geschwindigkeit für die nötige Voraussicht sorgen. Das FMCW-LiDAR-System (oder eine andere geeignete Modulation) sendet Licht im für das Auge nicht sichtbaren Frequenzbereich, der auf Grund seiner Modulation Geschwindigkeit und Distanzmessung erlaubt. Das Messprinzip nutzt vorzugsweise Reflexionen aus. Es soll die Kenntnis des Reflexionspunktes ausgenutzt werden und möglichst viel Signal zurückbekommen.It is preferred that the LiDAR system is an FMCW LiDAR system and has a device to move the light beam in a space, particularly preferred to move the light beam in a vertical plane. In this way, the LiDAR system can scan a vertical plane with the light beam, which can have a large number of detection zones. The space is preferably a space in front of a vehicle in which the LiDAR system is integrated. The spatial resolution of the LiDAR system can thus be improved. This provides a high resolution LiDAR system although only a single light source needs to be provided. Miniaturized line scanners have already been developed in the past. In principle, such a device can also determine distance and speed values using a method other than FMCW, namely using laser Doppler interferometry. The present invention could represent an application. The invention can thus be used in embodiments in connection with laser Doppler interferometry. The beam and detector can be moved in a vertical plane by the mirror and provide the necessary anticipation depending on the speed. The FMCW LiDAR system (or another suitable modulation) emits light in the frequency range that is not visible to the eye, which allows speed and distance measurement due to its modulation. The measuring principle preferably uses reflections. The knowledge of the reflection point should be used and as much signal as possible should be returned.
Vorzugsweise umfasst das LiDAR-System eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit. Die Sendeeinheit umfasst vorzugsweise die Lichtquelle, insbesondere einen Laser, um den Lichtstrahl vom LiDAR-System in die Umwelt auszusenden. Der Laser ist in Ausführungsformen ein Infrarotlaser. Vorteilhaft ist eine Ausprägung, die einen gebündelten Strahl aussendet. Idealerweise ist der Lichtstrahl des LiDAR-Systems im Winkel verstellbar über Spiegel, Mimik am Sender oder elektrisches Beamforming über Steuerung der Phasen mehrerer Sendeelemente. Ein bzw. mehrere fixe Sendeelemente sind ebenfalls denkbar. Auch durch die Eigenbewegung des Fahrzeuges ist ein „abrastern“ der Umwelt bzw. eines Teils der Umwelt auch mit nichtbeweglichen Sensoren bzw. Spiegeln möglich. Eine Kombination aus einem oder mehreren fixen zusammen mit einem oder mehreren verstellbaren Systemen ist ebenfalls möglich.The LiDAR system preferably includes a transmission unit and a reception unit. The transmission unit preferably includes the light source, in particular a laser, in order to emit the light beam from the LiDAR system into the environment. In embodiments, the laser is an infrared laser. A version that emits a bundled beam is advantageous. Ideally, the angle of the light beam of the LiDAR system can be adjusted using mirrors, facial expressions on the transmitter or electrical beamforming by controlling the phases of several transmitter elements. One or more fixed transmission elements are also conceivable. It is also possible to "scan" the environment or part of the environment due to the vehicle's own movement, even with non-moving sensors or mirrors. A combination of one or more fixed systems together with one or more adjustable systems is also possible.
Vorzugsweise umfasst die Empfangseinheit einen Lichtsensor, wie eine Photodiode, um Licht aus der Umwelt zu empfangen, insbesondere den Lichtstrahl nach dessen Reflexion in der Umwelt. Die Empfangseinheit verfügt vorzugsweise über eine hohe Empfindlichkeit (Apertur, Blende, Optik...). Eine sensornahe Signalverarbeitung erlaubt mit Vorteil eine selektive Verstärkung von Bereichen, die zu einem Suchfenster im Distanz-Geschwindigkeitsraum passen. Die Empfangseinheit ist bevorzugt unempfindlich gegen ambientes Licht eingerichtet, insbesondere durch einen optischen Filter, elektrische Unterdrückung des nicht modulierten Hintergrundlichtes und Verarbeitung.The receiving unit preferably comprises a light sensor, such as a photodiode, in order to receive light from the environment, in particular the light beam after it has been reflected in the environment. The receiving unit preferably has a high sensitivity (aperture, diaphragm, optics...). Signal processing close to the sensor advantageously allows a selective amplification of areas that match a search window in the distance-speed space. The receiving unit is preferably set up to be insensitive to ambient light, in particular by means of an optical filter, electrical suppression of the non-modulated background light and processing.
Bevorzugt ist das LiDAR-System dazu eingerichtet, Laufzeitmessungen anhand des Lichtstrahls durchzuführen, um insbesondere Tiefeninformationen über die Umwelt zu erlangen. Das LiDAR-System kann dazu eingerichtet sein, einen Abstand zwischen LiDAR-System und Objekt zu berechnen, vorzugsweise wenn sich das Objekt in einem Bereich der Umwelt befindet, zu dem eine direkte Sichtlinie für das LiDAR-System besteht.The LiDAR system is preferably set up to carry out transit time measurements using the light beam in order in particular to obtain depth information about the environment. The LiDAR system can be set up to calculate a distance between the LiDAR system and the object, preferably when the object is in an area of the environment to which there is a direct line of sight for the LiDAR system.
Das LiDAR-System kann einen Mikroprozessor und einen mit diesem verbundenen Speicher aufweisen, in dem ein Programm gespeichert ist, das Instruktionen aufweist, um ein Verfahren zum Betreiben des LiDAR-Systems mittels des Mikroprozessors auszuführen.The LiDAR system may include a microprocessor and memory coupled thereto storing a program having instructions for performing a method of operating the LiDAR system using the microprocessor.
Ein Aspekt der Erfindung kann ein Fahrzeug sein, das ein LiDAR-System der beschriebenen Art umfasst. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Kraftfahrzeug handeln, insbesondere ein straßengebundenes Kraftfahrzeug, beispielsweise einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen oder ein Zweirad. Neben den typischen Positionen von Sensoren am Fahrzeug wie Frontscheibe, Kühlergrill oder Prallschutz kann das LiDAR-System vorzugweise in einem Scheinwerfer des Fahrzeugs integriert sein. Im Gegensatz zu vielen Sensoren kann das LiDAR-System im rechten und oder linken Frontscheinwerfer unauffällig installiert werden. Bei geschickter Integration kann hier auch eine große Apertur realisiert werden, ohne das Design zu stören. So wird dem Scheinwerfer als Gehäuse für das LiDAR-System eine zweite Funktion zuteil, ohne die eigentliche Funktion des Scheinwerfers zu beeinträchtigen.One aspect of the invention can be a vehicle that has a LiDAR system of the type described includes. The vehicle can be a motor vehicle, in particular a road-bound motor vehicle, for example a passenger car or a truck or a two-wheeler. In addition to the typical positions of sensors on the vehicle such as the windshield, radiator grille or impact protection, the LiDAR system can preferably be integrated in a headlight of the vehicle. In contrast to many sensors, the LiDAR system can be installed unobtrusively in the right and/or left headlight. With clever integration, a large aperture can also be implemented here without disturbing the design. In this way, the headlight has a second function as the housing for the LiDAR system, without impairing the actual function of the headlight.
Die Herausforderung bei der vorliegenden Erfindung besteht in der dreifachen diffusen Streuung, da dadurch nur sehr wenig Nutzsignal zum Empfänger in der Empfangseinheit des LiDAR-Systems zurückkommt:
- 1. Streuung auf dem Streupunkt auf der Straße, insbesondere einem Gegenstand auf oder neben der Fahrbahn,
- 2. Streuung am Objekt, wie etwa einem Fußgänger, und
- 3. Streuung wieder in der Nähe des Streupunktes oder an einer spiegelnden Oberfläche.
- 1. scattering on the scattering point on the road, in particular an object on or next to the roadway,
- 2. Scattering at the object, such as a pedestrian, and
- 3. Scattering again near the scattering point or on a specular surface.
Das begrenzt die Reichweite. Allerdings benötigt man für den Fußgängerschutz auch keine große Reichweite (Bspw. insbesondere 20 Meter). Aus dieser überschlägigen Betrachtung folgt, dass es wichtig ist, einen gebündelten Strahl zu senden, die Empfindlichkeit auf die kleinen Effekte in der höheren Frequenz (zusätzlicher Weg und Geschwindigkeit) zu konzentrieren, um sich von der starken Primärreflektion abzuheben. Der Empfänger des LiDAR-Systems sollte eine große Apertur besitzen, um diese schwachen Anteile einzufangen. Eine Abschwächung auf 10^-9 erscheint enorm, jedoch erfährt ein auf 100 Meter ausgelegtes ,normales' LiDAR-System mit kleinerer Apertur, das ein kleines, nicht überfahrbares Objekt auf einer Fahrbahn, wie beispielsweise einen Stein, detektieren soll, eine ähnliche Abschwächung. Der Faktor der Abschwächung ist in der folgenden Überschlagsrechnung (grob vereinfachter Ansatz der gleichmäßigen Abstrahlung in den Halbraum) dargestellt:
- A_ped = 0.5^2 % area pedestrian [m*m]
- rho = 0.2 % reflectance asphalt [1]
- rho_ped = 0.4 % reflectance pedestrian [1]
- d_ped = 1; % distance pedestrain from SP [m]
- d_SP = [1:1:20]; % distance SP to Detector [m]
- A_SP3 = 1; % area 2. asphalt reflection [m*m]
- A_REC = 0.2*0.2 % area detector [m*m]
- % Simplified ‚Back-of-the-envelope calculation‘
- H1 = 1
- H2 = H1*rho
- H3 = H2*A_ped/(d_ped"2 * 2 *pi) % 2*pi - radiation in half-space only % A_sphere = 4*pi*R^2
- H4 = H3*rho_ped
- H5 = H4*A SP3/(d_ped^2 * 2 *pi)
- H6 = H5*rho
- H7 = H6*A_REC./(d_SP.^2 * 2 *pi) ; ratio = H7./H1
- A_ped = 0.5^2 % area pedestrian [m*m]
- rho = 0.2% reflectance asphalt [1]
- rho_ped = 0.4 % reflectance pedestrian [1]
- d_ped = 1; % distance pedestrain from SP [m]
- d_SP = [1:1:20]; % distance SP to detector [m]
- A_SP3 = 1; % area 2. asphalt reflection [m*m]
- A_REC = 0.2*0.2 % area detector [m*m]
- % Simplified 'Back-of-the-envelope calculation'
- H1 = 1
- H2 = H1*rho
- H3 = H2*A_ped/(d_ped"2 * 2 *pi) % 2*pi - radiation in half-space only % A_sphere = 4*pi*R^2
- H4 = H3*rho_ped
- H5 = H4*A SP3/(d_ped^2 * 2 *pi)
- H6 = H5*rho
- H7 = H6*A_REC./(d_SP.^2 * 2 *pi) ; ratio = H7./H1
Es folgen drei mögliche Anwendungsbeispiele für das vorgeschlagene LiDAR-System.Three possible application examples for the proposed LiDAR system follow.
Beispiel 1 - Fußgänger im Stadtverkehr - Fußgänger nähert sich der Fahrbahn aus einer Verdeckung herausExample 1 - Pedestrians in city traffic - Pedestrians approach the roadway from a concealed position
Der Fußgänger kann mit dem neuen Verfahren noch vor Erreichen der Sichtlinie als bewegtes Objekt erkannt werden. Eine Verdopplung der lateralen Sichtweite erlaubt, wenn man die Latenz vernachlässigt eine doppelt so hohe Geschwindigkeit des Fahrzeuges bei physikalischer Vermeidbarkeit eines Zusammenstoßes.
Beispiel 2 - Ausparken in unübersichtlicher SituationExample 2 - leaving a parking space in a confusing situation
Der Vorteil ist, dass man sich mit dem Fahrzeug nicht bis zur Sichtlinie vortasten muss und somit auch keinen Blechschaden riskiert. Das System ergänzt vorteilhaft auch eine Kamera (vorzugsweise eine Near Range Camera).The advantage is that you don't have to feel your way to the line of sight with the vehicle and therefore don't risk any body damage. The system advantageously also supplements a camera (preferably a near-range camera).
Beispiel 3 - LKW mit Anhänger - Überprüfung des lateralen Raumes und des Rückraumes auf Bewegung.Example 3 - truck with trailer - checking the lateral space and the rear space for movement.
Der Vorteil ist, dass der Sensor an einem Zugfahrzeug installiert sein kann und die Umgebung eines Anhängers überprüfen kann. Ein Sensor im Anhänger ist somit nicht notwendig.The advantage is that the sensor can be installed on a towing vehicle and can check the surroundings of a trailer. A sensor in the trailer is therefore not necessary.
Die Erfindung stellt außerdem das Verfahren zum Betreiben eines LiDAR-Systems der eingangs genannten Art bereit, das erfindungsgemäß weiter den Schritt eines Gewinnens von Informationen über ein Objekt, das sich in der Umwelt befindet, mittels des Lichtstrahls des LiDAR-Systems umfasst, wobei sich das Objekt in einem Bereich der Umwelt befindet, zu dem keine direkte Sichtlinie für das LiDAR-System besteht.The invention also provides the method for operating a LiDAR system of the type mentioned at the outset, which further according to the invention comprises the step of obtaining information about an object located in the environment using the light beam of the LiDAR system, wherein the object is located in an area of the environment to which there is no direct line of sight for the LiDAR system.
Das Verfahren hat also den Vorteil, aus dem Lichtstrahl des LiDAR-Systems, der die Umwelt abtastet, die Informationen über das Objekt gewinnen zu können, obwohl sich das Objekt außerhalb der direkten Sichtlinie des LiDAR-Systems befindet. Das bedeutet, dass der Lichtstrahl das Objekt nicht direkt treffen muss. Das LiDAR-System ist nämlich in der Lage, verdeckte Bereiche der Umwelt ohne Rückgriff auf aktive externe Hilfsmittel abzutasten. Aktive externe Hilfsmittel wären insbesondere ein Fahrzeug in der Nähe, was beispielsweise Sensordaten zur Verfügung stellt, oder auch ein weiteres LiDAR-System, das in einer Straße stationär montiert ist, durch die sich das vorliegende LiDAR-System bewegt.The method therefore has the advantage of being able to obtain information about the object from the light beam of the LiDAR system, which scans the environment, even though the object is outside the direct line of sight of the LiDAR system. This means that the light beam does not have to hit the object directly. The LiDAR system is able to scan hidden areas of the environment without resorting to active external aids. Active external aids would be, in particular, a vehicle in the vicinity, which makes sensor data available, for example, or another LiDAR system that is stationarily mounted on a street through which the present LiDAR system is moving.
Im urbanen Bereich sind Verdeckungen, also Bereiche, zu denen keine direkte Sichtlinie für das LiDAR-System besteht, z. B. durch parkende Fahrzeuge oft vorhanden. Der Bereich, zu dem keine direkte Sichtline für das LiDAR-System besteht, kann auch als Verdeckung bezeichnet werden. Diese Verdeckungen, die durch Sichthindernisse für das LiDAR-System verborgen sind, wie etwa Mauern oder parkende Fahrzeuge, verbergen potenziell andere Verkehrsteilnehmer, z. B. Fußgänger oder Kinder. Das Risiko einer Kollision mit diesen wird im Stand der Technik durch vorsichtige Fahrweise (Geschwindigkeit und Abstand) und andere Methoden (KI-Vorhersagen oder C2X) reduziert. Einen Einblick über Sensorik in die Verdeckung, wie hier vorgeschlagen, bedeutet, dass man eine optimierte Fahrweise wählen kann und gleichzeitig die Sicherheit gegenüber VRUs (vulnerable road users - verwundbare Straßenbenutzer, wie etwa Fußgänger, Fahrradfahrer, Kinder) erhalten bzw. verbessern kann. Die genaue Kenntnis der Geometrie der Umgebung oder eine umfangreiche Vermessung oder ein Training ist beim vorgeschlagenen Verfahren im Gegensatz zum Stand der Technik nicht notwendig.In urban areas, occlusions, i.e. areas to which there is no direct line of sight for the LiDAR system, e.g. B. by parked vehicles often available. The area where there is no direct line of sight for the LiDAR system can also be referred to as an occlusion. These occlusions, hidden by obstructions to the LiDAR system's view, such as walls or parked vehicles, potentially hide other road users, e.g. B. pedestrians or children. The risk of a collision with these is reduced in the prior art through careful driving (speed and distance) and other methods (AI predictions or C2X). An insight into the concealment via sensors, as proposed here, means that one can choose an optimized driving style and at the same time maintain or improve safety against VRUs (vulnerable road users - vulnerable road users such as pedestrians, cyclists, children). Exact knowledge of the geometry of the surroundings or extensive measurement or training is not necessary with the proposed method, in contrast to the prior art.
Bevorzugt ist, dass das Verfahren den Schritt eines Festlegens einer Such-Geschwindigkeit und einer Such-Distanz in der Umwelt für den Lichtstrahl durch das LiDAR-System aufweist, um die Informationen über das Objekt zu gewinnen. So kann der Betrieb derart optimiert werden, dass ein aussagekräftiges Messsignal erhalten wird.It is preferred that the method comprises the step of setting a search speed and a search distance in the environment for the light beam by the LiDAR system in order to obtain the information about the object. In this way, operation can be optimized in such a way that a meaningful measurement signal is obtained.
Eine besondere Ausführungsform des Verfahrens wird im Folgenden im Detail beschrieben. Das Verfahren kann insbesondere durch ein FMCW-LiDAR-System ausgeführt werden. Das hierbei verwendete Messprinzip erlaubt es, eine im Sinne der direkten Sichtlinie verdeckten Bewegung in einem wohlbestimmten, also festgelegten Radius um einen Streupunkt herum zu detektieren.A particular embodiment of the method is described in detail below. The method can be carried out in particular by an FMCW LiDAR system. The measuring principle used here makes it possible to detect a movement that is covered in the sense of the direct line of sight in a well-defined, i.e. fixed, radius around a scattering point.
Das Verfahren kann in einem ersten Schritt zunächst ein Aussenden eines Messtrahls, also des Lichtstrahls, und ein Bestimmen der Distanz dSP des Streupunktes SP umfassen. Danach kann in einem zweiten Schritt das Festlegen der Such-Geschwindigkeit und der Such-Distanz erfolgen. Da sich das Fahrzeug selbst bewegt, muss die Eigengeschwindigkeit Vego berücksichtigt werden:
- V1 sei Vego*cos α; α sei der Neigungswinkel des Lichtstrahls relativ zur Horizontalen.
- Let V 1 be V ego *cos α; α is the angle of inclination of the light beam relative to the horizontal.
Geschwindigkeitsintervall Vrange = [V1 + VObject_min; V1 + V_object_max], wobei V_object_max ~ 7km/h bei Fußgängern ist und V_Object_min ~ 2km/h ist.
R ~ 2 Meter um eine Fahrzeugbreite in die Verdeckung zu schauen; δ sollte möglichst groß gewählt werden, um das indirekte Signal von der sehr starken direkten Reflexion zu trennen.R ~ 2 meters to see one vehicle width into the cover; δ should be chosen as large as possible to separate the indirect signal from the very strong direct reflection.
Anschließend kann in einem dritten Schritt eine Anpassung der Empfindlichkeitsschwellen auf die Such-Geschwindigkeit Vrange und Such-Distanz Drange in der sensornahen Signalverarbeitung erfolgen. Dann folgt in einem vierten Schritt vorzugsweise eine Ermittlung der Signale (Locations) im Distanz-Geschwindigkeits-Raum (Vrarge und Drange) über FMCW-Methodik. Dann folgt vorzugsweise in einem fünften Schritt eine robuste Auswertung der Locations, insbesondere durch einen Voting-Algorithmus basierend auf mehreren Messungen oder einen Schwellwertvergleich der Gütekriterien. Anschließend kann in einem sechsten Schritt ggf. eine weiterführende Bearbeitung erfolgen, vorzugsweise durch Sensorfusion mit Außenraumsensorik oder „Region of Interest“ mit erhöhter Empfindlichkeit für Außenraumsensorik (zum Beispiel teilverdeckter Fußgänger für Video). Schließlich kann in einem siebten Schritt ggf. eine Auslösung einer oder mehrerer Maßnahmen aus der Gruppe bestehend aus einer Geschwindigkeitsreduktion eines Fahrzeugs, einer Bremsung des Fahrzeugs und einer Vorbereitung auf den Eingriff durch Anlegen der Bremsbacken des Fahrzeugs erfolgen. In der aktiven Suche können Schritt 1-4 wiederholt ausgeführt werden, bis im Vrarge, Drange entsprechende Signale erkannt werden. Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Schritte in der genannten Reihenfolge durchgeführt werden.Then, in a third step, the sensitivity thresholds can be adjusted to the search speed V range and search distance D range in the signal processing close to the sensor. Then, in a fourth step, the signals (locations) are preferably determined in the distance-velocity space ( Varge and Drange ) using FMCW methodology. A robust evaluation of the locations then preferably follows in a fifth step, in particular using a voting algorithm based on a number of measurements or a threshold value comparison of the quality criteria. Subsequently, in a sixth step, further processing can be carried out, if necessary, preferably by sensor fusion with outdoor sensors or "region of interest" with increased sensitivity for outdoor sensors (e.g. partially covered pedestrians for video). Finally, in a seventh step, one or more measures from the group consisting of reducing the speed of a vehicle, braking the vehicle and preparing for the intervention by applying the brake shoes of the vehicle can be triggered. In the active search, steps 1-4 can be performed repeatedly until corresponding signals are detected in the V rarge , D range . Provision is preferably made for the steps to be carried out in the order mentioned.
Das Verfahren kann in Instruktionen strukturiert sein, die ein Computerprogramm bilden. Das Computerprogramm kann in einem Speicher abgelegt sein, um einen damit verbundenen Mikroprozessor, der dazu eingerichtet ist, das Programm zu interpretieren, anzuweisen, das Verfahren zum Betreiben des LiDAR-Systems auszuführen.The method can be structured in instructions forming a computer program. The computer program may be stored in memory to instruct an associated microprocessor configured to interpret the program to perform the method of operating the LiDAR system.
Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens und deren Vorteile ergeben sich mutatis mutandis aus der obigen Beschreibung des LiDAR-Systems, auf die hier in vollem Umfang verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden. Das beschriebene LiDAR-System kann in Ausführungsformen dazu eingerichtet sein, das beschriebene Verfahren zum Betreiben eines LiDAR-Systems auszuführen. Further refinements of the method and their advantages result mutatis mutandis from the above description of the LiDAR system, to which reference is made here in full in order to avoid repetition. In embodiments, the described LiDAR system can be set up to carry out the described method for operating a LiDAR system.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims and described in the description.
Zeichnungendrawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein LiDAR-System in einer ersten Ausführungsform, das in einem Fahrzeug integriert ist; -
2 ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben des LiDAR-Systems, und -
3 ein Ablaufdiagramm einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben des LiDAR-Systems.
-
1 a LiDAR system in a first embodiment integrated in a vehicle; -
2 a flowchart of a first embodiment of a method for operating the LiDAR system, and -
3 a flowchart of a second embodiment of the method for operating the LiDAR system.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In der
Das LiDAR-System 1 ist dazu eingerichtet, eine Umwelt des LiDAR-Systems 1 mit einem Lichtstrahl 4 abzutasten, um Tiefeninformationen über die Umwelt zu erlangen. Das LiDAR-System 1 ist weiter dazu eingerichtet, aus dem Lichtstrahl 3 Informationen über ein Objekt 5, das sich in der Umwelt befindet, zu gewinnen. Wie dargestellt, befindet sich das Objekt 5 in einem Bereich der Umwelt, zu dem keine direkte Sichtlinie für das LiDAR-System 1 besteht. Das Objekt 5 ist hier beispielhaft ein schematisch dargestellter Mensch 5, der hinter einem schematisch dargestellten Sichthindernis 6, hier beispielhaft einer Mauer 6, verdeckt ist. Die Mauer 6 unterbricht somit die direkte Sichtlinie zwischen LiDAR-System 1 und Mensch 5. Eine Lichtquelle (nicht gezeigt) des LiDAR-Systems 1, die dazu eingerichtet ist, die Umwelt mit dem Lichtstrahl 4 abzutasten, ist also in dieser gezeigten Situation nicht in der Lage, den Lichtstrahl 4 direkt, also geradlinig ohne Umlenkung, auf den Menschen 5 zu richten, um ihn abzutasten und somit seine Anwesenheit zu erkennen. Deshalb müsste ein Insasse des Fahrzeugs 2 nach dem Stand der Technik entweder auf externe Systeme zurückgreifen, um den Menschen 5 zu erkennen, oder ausgesprochen vorsichtig an die Mauer 6 heranfahren, da er nicht ohne weiteres wissen kann, ob ein Mensch 5 hinter der Mauer 6 steht und von dort eventuell in einen Fahrweg 7 des Fahrzeugs 2 laufen könnte.The LiDAR system 1 is set up to scan an environment of the LiDAR system 1 with a
Allerdings ist das vorliegende LiDAR-System 1 dazu eingerichtet, mittels des Lichtstrahls 4 Informationen über das Objekt 5 zu gewinnen, das sich in einem Bereich der Umwelt befindet, zu dem keine direkte Sichtlinie für das LiDAR-System 1 besteht. Genauer ist das LiDAR-System 1 dazu eingerichtet, Informationen über eine Bewegung des Objekts 5 zu gewinnen, obwohl sich das Objekt 5 in dem Bereich der Umwelt befindet, zu dem keine direkte Sichtlinie für das LiDAR-System 1 besteht. Das LiDAR-System 1 ist nämlich dazu eingerichtet, den Bereich der Umwelt, zu dem keine direkte Sichtlinie besteht, indirekt auf eine laterale Bewegung des Objekts 5 zu überwachen. So kann trotz fehlender direkter Sichtlinie der Insasse des Fahrzeugs 2 gewarnt werden, falls der Mensch 5 hinter der Mauer 6 sich in Richtung des Fahrwegs 7 des Fahrzeugs 2 bewegt.However, the present LiDAR system 1 is set up to use the
Um dies zu erreichen, ist das LiDAR-System 1 dazu eingerichtet, einen oder mehrere Streupunkte 8 in der Umwelt auszuwählen und die Bewegung des Objekts 5 in einem festgelegten Radius um den einen oder die mehreren ausgewählten Streupunkt 8 herum zu detektieren, wobei sich jeder der Streupunkte 8 in einem Bereich der Umwelt befindet, zu dem eine direkte Sichtlinie für das LiDAR-System 1 besteht. Dabei ist das LiDAR-System 1 dazu eingerichtet, den oder die Streupunkte 8 anhand von einem oder mehreren Auswahlkriterien auszuwählen. Im vorliegenden Beispiel hat das LiDAR-System 1 einen Gegenstand 9, nämlich einen Kaffeebecher 9, der auf dem Fahrweg 7 liegt, zur Platzierung des Streupunkts 8 ausgewählt, weil der Kaffeebecher 9 eine geeignete Reflektanz aufweist. Weiter ist das LiDAR-System 1 dazu eingerichtet, einen oder mehrere der Streupunkte 8 mit einer Distanz von etwa 20 Metern zum LiDAR-System 1 auszuwählen. Viele Unfallrisiken durch bewegliche Objekte 5 wie andere Fahrzeuge, Menschen oder Tiere in der Umwelt entstehen erfahrungsgemäß in dieser Entfernung zum Fahrzeug 2 und diese Distanz erlaubt noch, geeignet auf eine erfasste verdeckte Bewegung zu reagieren. Der Kaffeebecher 9 streut dann den Lichtstrahl 3 hinter die Mauer 6 auf den Menschen 5, von wo der Lichtstrahl 3 wieder auf Fahrweg 7 fällt, in einem festgelegten Radius um den Streupunkt 8 herum, und von dort zurück zum LiDAR-System 1 reflektiert wird. Der festgelegte Radius ist durch die Optik und die Beschaffenheit des Empfängers festgelegt und beträgt hier etwa 30 cm.To achieve this, the LiDAR system 1 is set up to select one or
Noch genauer gesagt ist das LiDAR-System 1 dazu eingerichtet, den Bereich der Umwelt, zu dem keine direkte Sichtlinie besteht, indirekt durch Abrastern des Bereichs, zu dem eine direkte Sichtlinie für das LiDAR-System besteht, mit überlappenden Erfassungszonen zu überwachen, wobei sich in Zentren der Erfassungszonen jeweils einer der Streupunkte wie Streupunkt 8 befindet. Weitere Streupunkte an zum Streupunkt 8 verschiedenen Orten werden also durch das LiDAR-System 1 entsprechend mit überlappenden Erfassungszonen, hier beispielhaft Kreiszonen, mittels des Lichtstrahls 4 nach dem selben Prinzip erfasst, also quasi abgerastert. So erhöht sich die Auflösung durch das Abrastern, weil die verschiedenen Messungen z.B. durch Triangulation kombiniert werden können und somit verbesserte Informationen des verdeckten Bereichs hinter der Mauer 6 mittels des Lichtstrahls 4 ergeben. Das LiDAR-System 1 ist ein FMCW-LiDAR-System 1, das eine Einrichtung aufweist, um den Lichtstrahl 4 in einer vertikalen Ebene zu bewegen, hier insbesondere vertikal zu einer Abstrahlrichtung des LiDAR-Systems 1. So kann das Abrastern von Streupunkten 8 auf oder neben der Fahrbahn 7 zum indirekten Abtasten verdeckter Bereiche der Umwelt zuverlässig erreicht werden.More specifically, the LiDAR system 1 is configured to indirectly monitor the area of the environment to which there is no direct line of sight by scanning the area to which there is a direct line of sight for the LiDAR system with overlapping detection zones, wherein one of the scatter points such as
In
In
Die Erfindung stellt somit einen LiDAR-Sensor 1 und ein Verfahren zur vorausschauenden Bewegungsdetektion in einem genau eingrenzbaren verdeckten Bereich, insbesondere für das automatische Fahren im urbanen Bereich, bereit. Der Non-Line-Of-Sight Sensing Sensor des LiDAR-Systems 1 ist an einem Fahrzeug 2 angebracht (z.B. wie in
Ein zusätzlicher Meter laterale Distanz kann eine Notbremsung in schwierigen urbanen Szenarien deutlich verbessern. Auf einen Fußgänger 5, der in aus einer Verdeckung mit 5km/h läuft, insbesondere hinter einer Mauer 6, könnte beispielsweise bei 1 Meter mehr lateraler Sicht 700 ms früher reagiert werden. Verdeckungen sind in der Realität häufig gegeben, deshalb im Unfallgeschehen wiederzufinden und werden daher auch in Euro-NCAP Szenarien in dieser Art geprüft und bewertet.An additional meter of lateral distance can significantly improve emergency braking in difficult urban scenarios. A
Dieses LiDAR-System 1 kann insbesondere als zusätzlicher unabhängiger Sensor eingesetzt werden, um den Rand des Fahrwegs 7 auf laterale Bewegungen in verdeckten Bereichen der Umwelt zu überwachen. Verfahren für LiDAR-Messungen in großen Distanzen (Verstärkung, Signalverarbeitung bei schlechter SNR) können auf das das neue non-line-of-sight Sensing, also Abtasten ohne direkte Sichtlinie, auf kurzen Distanzen übertragen werden. Damit erschließt man in Ausführungsformen eine komplett neue Sensiermöglichkeit, speziell für urbanen Verkehr, insbesondere für hochautomatische Fahrzeuge 2 (Shuttle, Robo-Taxi ...) aber auch für L2-Fahrzeuge 2. Die Freigabediskussion L3, L4 kann durch ein solches neuartiges LiDAR-System 1 unterstützt werden.This LiDAR system 1 can be used in particular as an additional independent sensor to monitor the edge of the roadway 7 for lateral movements in covered areas of the environment. Methods for LiDAR measurements at large distances (amplification, signal processing with poor SNR) can be transferred to the new non-line-of-sight sensing, i.e. scanning without a direct line of sight, over short distances. This opens up a completely new sensing option in embodiments, especially for urban traffic, in particular for highly automated vehicles 2 (shuttle, robo-taxi ...) but also for L2 vehicles 2. The approval discussion L3, L4 can be System 1 are supported.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been illustrated and described in more detail by means of preferred exemplary embodiments, the invention is not restricted by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by a person skilled in the art without departing from the protective scope of the invention.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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- US 2020/0023842 A1 [0009]US 2020/0023842 A1 [0009]
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