CN104136935B - 用于检测机动车周围环境中的对象的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测机动车周围环境中的对象的装置和方法，所述方法包括以下步骤：用于脉冲回波测量的成像几何形状的反射图案将预期的传播时间(T(d,α),T(p₁,…,p_n))分配给表征在环境中的对象类别(G,K)的对象的参数值元组((d,α),(p₁,…,p_n))，只要环境中存在通过参数值元组((d,α),(p₁,…,p_n))表征的相应对象，则在所述传播时间中预期在回波信号中有回波脉冲，为m个不同的发送器接收器几何形状进行脉冲回波测量，并且在这些脉冲回波测量中检测回波信号(e_i(t),0≤i≤m)；计算用于相应类别(G,K)的、由参数值元组((d,α),(p₁,…,p_n))表征的不同对象(g_m,k_m)的权重，方法是借助关于那个与预期传播时间(T_i(d,α),T_i(p₁,…,p_n))相对应的时间点的回波信号值(e_i(t))或关于那些与预期传播时间(T_i(d,α),T_i(p₁,…,p_n))相对应的时间点的回波信号值(e_i(t))为每个回波信号(e_i)确定一个或多个权值(g_i(T_i(d,α)),g_i(T_i(p₁,…,p_n)))，所述传播时间借助回波信号(e_i(t))所属的反射图案(R^(G) _i,j(d,α),R^(K) _i,j(p₁,…,p_n))被分配给参数值元组((d,α),(p₁,…,p_n))，并且将由此确定的权值(g_i(T_i(d,α)),g_i(T_i(p₁,…,p_n)))相加为权重(W^(G)(d,α)＝∑_1≤i≤mg_i(T_i(d,α)),W^(K)(p₁,…,p_n)＝∑_1≤i≤mg_i(T_i(p₁,…,p_n)))，并且借助这样确定的权重(W^(G)(d,α),W^(K)(p₁,…,p_n))确定至少一个类别(G,K)的对象(O)的存在。

Description

用于检测机动车周围环境中的对象的方法和装置

对于汽车中的现代支持功能和系统，例如自动泊车系统，需要知晓机动车周围环境的信息。自动泊车系统能够在机动车泊车时支持驾驶员或者在完全没有驾驶员干预的情况下进行泊车过程。为了能够进行这种全自动化的过程，机动车需要借助无接触的传感器装置检测关于周围环境中的对象的测量结果并且由此可靠地识别被对象占据的不能用于泊车过程的区域和没有对象并且可以用于进行泊车过程的区域或表面。通常将机动车周围环境中的根据测量结果识别出存在对象的区域或者点在周围环境地图中标记为被占的。占据信息例如能够以概率的形式说明与地图区域对应的环境区域被对象占据。

无接触测量方法通常按照所谓的脉冲回波测量方法工作，其中，发送声波脉冲或者电磁辐射脉冲，其在处于周围环境中的对象的表面上反射。由测量传感器装置按时间分辨地检测被反射的回波脉冲。如果使用电磁辐射，则取决于电磁辐射的频率范围存在雷达测量(Radar:无线电探测与定位)或者激光雷达测量(Lidar:光探测与定位)。在雷达测量和激光雷达测量中，可以定向地将电磁辐射发射到限制得很窄的角度范围内。根据电磁辐射的传播时间，即发送脉冲和接收回波脉冲的时间点之间的时间，可以在知晓所发送的脉冲或回波脉冲的传播速度的情况下推断与反射所发送的脉冲的对象的距离。在雷达测量或者激光雷达测量中，通常为了前后相续的测量改变发射方向，并且由此依次根据向不同空间角度范围发送出并且由这些空间角度范围接收到的回波脉冲探测周围环境。

当使用发射超声频率范围内的声波信号的声波传感器时，通常将声波发射到较大的角度范围内并且传感器也在较大的角度范围内接收声波。因此，基于根据发送脉冲和接收第一个回波脉冲之间的时间间隔进行的测量，只能得到这样的结论，即在椭圆的一段上存在对象，其中椭圆的特征在于，发送器和接收器处于椭圆的焦点上。椭圆的大小通过回波脉冲的传播时间确定。如果使用既作为发送器也作为接收器的传感器，则椭圆的曲线过渡为圆弧。为了能够更准确地确定对象的位置，需要针对不同的探测几何形状分析多个测量。也称为测量几何形状或者发送器接收器几何形状的探测几何形状通过发送器的位置和接收器的位置以及必要时通过发射几何形状或者接收几何形状(只要它们是可变的)相对于位置固定地与周围环境耦合的坐标系确定。因此，例如通过以下方式得到不同的测量几何形状，即，通过布置在不同地点的接收传感器测量传感器的发送信号，或者将发送传感器和/或接收传感器定位在相对于位置固定的坐标系的另一位置上。

为了准确地位置确定，图像空间内的多个不同的测量结果的叠加，即，椭圆或者圆弧状曲线(按照各测量已定位的对象在其至少一点上存在)的叠加，被称为Lateration。为了能够在环境中明确地定位零散的点，即不在空间中延展的对象，需要将三个测量结果相叠加。因此，位置确定也称为三边测量法(Trilateration)。因为机动车的实际周围环境中的对象通常为延展的对象，所以对周围环境的具体测量是耗费而困难的，并且如果能够根据较少的测量结果确定在周围环境中的对象具有何种几何形状或者该对象应配置给何种通过几何形状确定的对象类别，则能够明显改善具体测量。

由EP 1 557 694 A1已知一种用于将对象分类的方法。在其中描述的对象分类方法中，用于电磁辐射的传感器(尤其是激光扫描器)的检测区域内的物体对应基于至少一个由传感器检测到的具有距离图像点的检测区域距离图像，它们分别通过发送电磁辐射脉冲和探测由对象上的点或者区域分别作为回波脉冲反射的脉冲以及检测至少一个与回波脉冲能量有关的回波脉冲特性得到并且分别配属有至少一个用于回波脉冲特性参数的值，为至少一个对象配置距离图像的距离图像点并且根据配属于对象所对应的距离图像点的至少一个回波脉冲特性参数值为对象配置对象类别。由此将例如行人、轿车、载重汽车等相互区分开。

由WO 2010/121582 A1已知一种用于将对象分类为机动车障碍物和非机动车障碍物的方法。机动车包括环境传感器，其检测机动车之前的景象中的静止和运动的对象，其中，一个观察者按照预设特征将对象分类并且多个观察者促成总体分类结果。观察者检测机动车在至少一个静止对象的周围环境中的运动走向，并且以其为根据将静止对象分类。由此例如将行车道上的机动车与可从下方驶过的桥形路标牌曲分开。

由US 2010/0097200 A1已知一种用于识别和分类对象的方法和装置。在此，由传感器发送电磁辐射并且在对象上反射的部分由传感器接收。接收的信号通过与存储的特征值进行比较而被分析并且基于所述分析将对象分类。为此，分析器配有存储器，其中保存有特征图案，它们被与接收的信号进行比较，以便根据比较将反射的对象分类。由此例如将轿车、载重汽车、交通标示牌或者周围的罐子按照其类型进行分类。

由DE 10 2008 041 679 A1已知一种基于记忆识别周围环境的装置和方法。所描述的是用于运动系统的环境识别，其中，使用至少一个连接在运动系统上的传感器，在该传感器中借助成像方法在第一时间点识别系统周围环境中的至少一个对象或者特征，其中，将至少一个对象或者特征的数据保存在存储器中，其中，在至少可能地目测至少一个对象或者特征之后，在至少第二时间点借助与保存在存储器中的数据的比较对所述至少一个对象或者特征进行分类。由此将周围环境中的对象进行分类，它们例如经常被驶过。

由DE 103 35 601 A1已知一种通过使用3D模型数据库的对象分类方法。所描述的是用于计算机辅助地将三维对象分类为一个或多个预设对象类别的方法，其中，通过测量技术检测对象。为了使所述方法更有效和更可靠，所述方法的基础是测量数据是3D数据，将传感器得到的由3D数据组成的测量数据点云与保存的3D模型数据(各个对象类别的原型)进行比较并且通过改变模型在空间中的3D位置与测量点云适配并且随后分类为最适合的类别。由此例如将行人、骑自行车的人、轿车和载重汽车按照其障碍类别或者对象类别进行分类。

因此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种方法和装置，通过它们能够针对对象的几何形状进行分类。

所述技术问题按照本发明通过一种方法以及一种装置解决。按照本发明的用于检测机动车周围环境中的对象的方法，包括以下步骤：

为至少一个对象类别(G,K)确定至少一个反射图案(R^(G) _i,j(d,α),R^(K) _i,j(p₁,…,p_n))，其中，用于脉冲回波测量的成像几何形状的反射图案将预期的传播时间(T(d,α),T(p₁,…,p_n))分配给表征在环境中的对象类别(G,K)的对象的每个参数值元组((d,α),(p₁,…,p_n))，只要环境中存在通过参数值元组((d,α),(p₁,…,p_n))表征的相应对象，则在所述传播时间中预期在回波信号中有回波脉冲，

为m个不同的发送器接收器几何形状进行脉冲回波测量，并且在这些脉冲回波测量中检测回波信号(e_i(t),0≤i≤m)；

计算用于相应类别(G,K)的、由参数值元组((d,α),(p₁,…,p_n))表征的不同对象(g_m,k_m)的权重，方法是借助关于那个与预期传播时间(T_i(d,α),T_i(p₁,…,p_n))相对应的时间点的回波信号值(e_i(t))或关于那些与预期传播时间(T_i(d,α),T_i(p₁,…,p_n))相对应的时间点的回波信号值(e_i(t))为每个回波信号(e_i)确定一个或多个权值(g_i(T_i(d,α)),g_i(T_i(p₁,…,p_n)))，所述预期传播时间借助回波信号(e_i(t))所属的反射图案(R^(G) _i,j(d,α),R^(K) _i,j(p₁,…,p_n))被分配给参数值元组((d,α),(p₁,…,p_n))，并且将由此确定的权值(g_i(T_i(d,α)),g_i(T_i(p₁,…,p_n)))相加为权重(W^(G)(d,α),W^(K)(p₁,…,p_n))，其中，W^(G)(d,α)＝∑_1≤i≤mg_i(T_i(d,α))并且W^(K)(p₁,…,p_n)＝∑_1≤i≤mg_i(T_i(p₁,…,p_n))，并且借助这样确定的权重(W^(G)(d,α),W^(K)(p₁,…,p_n))确定所述至少一个对象类别(G,K)的对象(O)的存在。

按照本发明的用于检测机动车的周围环境中的对象的装置包括用于检测回波信号的脉冲回波测量装置和控制装置，所述控制装置包括用于保存脉冲回波测量装置的发送器接收器几何形状的至少一个反射图案的存储装置和按本发明的方法分析回波信号的计算装置。

本发明所基于的思想是，对于很多的几何对象来说，可以根据较少的参数进行分类。例如，参照参考点的直线按照所谓的海赛规格化形式(Hesse-Normalform)通过延伸经过参考点的铅垂直线的铅垂基点与参考点的距离d和铅垂直线相对于轴线(例如是坐标系的横坐标轴)的角度进行描述。如果分别将距离和角度视为参数，则参考点周围环境中的直线可以分别通过这两个参数即铅垂基点距离和与坐标轴的交角来进行识别。出于实际原因有利的是，只观察直线的栅格，即，使空间或者参数离散化。优选选择能够简单转化为参数空间的离散化。例如观察这些直线，它们的距离处于一定区间内，其中，只观察该区间内将区间划分为均匀区段的特定距离。同样地，例如通过确定度数的角度分辨率(例如一度)分辨或者离散角度范围。

在这种观察中，相同几何构造的对象表示能够在一个参数空间中表示的一个对象类别。例如，环境中的圆形对象可以通过三个参数明确的识别：中点与参考点的距离、参考点至圆中点的连线相对于确定的坐标轴(例如横坐标轴)的角度以及圆的半径。以此方式可以明确地将大量其它对象参数化。

如果首先示例性地观察一个对象，例如将二维空间中无限延伸的平坦的壁参数化为直线，则能够针对通过发送器和接收器的位置以及必要时通过其发射和接收特性确定的预设成像几何形状预测在被观察对象的哪个点处出现反射。为此结合在脉冲回波测量的回波信号中出现回波脉冲的传播时间。因此，被观察的直线存在于周围环境中的明显程度可以通过与所预期的传播时间对应的回波信号值提供。因此，对于反射几何形状和被观察的直线，在回波信号中只有预期时间点时的回波信号值是重要的。这种观察方式能够针对所有参数组，即表征对象类别的对象(在此是直线)的所有参数值元组进行，因此可以针对也称为测量几何形状的发送器接收器几何形状计算反射图案，所述反射图案将单独的参数化对象与相应的预期传播时间或者在回波信号数字化时的指数值相关联，所述指数值表示到达发生脉冲信号反射的反射点的传播时间，如果相应地通过元组参数化的对象在相应的测量几何形状(即发送器接收器几何形状)的情况下作为环境中的唯一对象存在的话。如果针对不同的发送器接收器几何形状(即测量几何形状)进行多次脉冲回波测量，则可以针对每个发送器接收器几何形状计算相应的反射图案。为了识别环境中的对象，多个按照时间顺序或者在使用多个接收传感器的情况下部分同时检测到的回波信号针对不同的发送器接收器几何形状针对在参数空间中单独观察的可能存在的对象进行分析并且针对单独的对象分别计算权重，所述权重说明相应对象存在于周围空间中的度量。为此，针对通过参数值元组识别出的对象，针对每个接收几何形状根据反射图案从反射图案中提取相应的预期传播时间并且将与这些预期传播时间对应的回波信号值相加。如果例如对于此处示例性观察的直线，每个对象正好存在一个预期传播时间，则从每个回波信号正好使用一个回波信号值来构成回波信号的和，所述和说明用于通过参数值元组表征的对象的权重。由此针对每个被观察的对象或者每个表征相应对象的元组得到一个权重，所述权重是在各个预期传播时间时按照配属的反射图案的相应回波信号值的和。根据所述权重能够接着确定所测量的环境中是否存在对象并且必要时存在何种对象。将回波信号值用于产生总权重只是一种可能的实施方式。通常根据所确定的回波信号值分别确定一个权值并且将权值相加为总权重。总权重也称为权重。

单独的权值可以根据传播时间环境中的回波信号值在预期的传播时间结束后被确定。权值可以是标准值或者取决于回波脉冲的信号强度。当回波脉冲被视为存在时，可以分配标准值。这可以根据与阈值的比较确定。同样地，可以将标准回波脉冲与回波信号进行比较，所述标准回波脉冲的脉冲重心(Pulsschwerpunkt)与预期传播时间一致。标准脉冲与回波信号中的回波脉冲的重叠或者一致的程度可以用作权重。也存在很多其它确定单独权值的可能性。

因此，尤其建议一种用于检测机动车周围环境中的对象的方法，所述方法包括以下步骤：确定用于至少一个对象类别的至少一个反射图案，其中，用于脉冲回波测量装置的发送器接收器几何形状的反射图案将一个或多个预期传播时间分配给在环境中的对象类别的通过参数值元组特征化的各个对象，只要环境中存在通过参数值元组表征的相应对象，则在所述传播时间中在回波信号中预期有回波脉冲，为不同的发送器接收器几何形状进行脉冲回波测量，并且在这些脉冲回波测量中检测回波信号；计算至少一个类别的、由参数值元组表征的不同对象的权重，方法是为每个回波信号确定关于那个与预期传播时间相对应的时间点的回波信号值或关于那些与多个预期传播时间相对应的时间点的回波信号值，所述传播时间借助回波信号所属的反射图案被分配给参数值元组，并且这样确定的回波信号值或由已确定的回波信号值推导出来的权值相加为权重；并且借助这样确定的权重确定类别的对象的存在。

相应的装置包括在每次脉冲回波测量中提供回波信号的至少一个脉冲回波测量装置以及控制装置，所述控制装置包括存储装置，在所述存储装置内可针对每个发送器接收器几何形状为至少一个对象类别保存反射图案，所述控制装置包括计算装置，用于按照上述方法处理所得到的回波信号。在此，处理可以程序控制地借助可编程的计算装置实施或者平行地在为此特别制造的计算装置(例如至少部分可编程的区域，即可编程门阵列)中进行。尤其当脉冲回波测量装置包括至少多个接收传感器和多个发送器或者包括多个发送器和接收器时(因此可以在测量装置本身不运动的情况下针对不同的发送器接收器几何形状进行脉冲回波测量)，可以有利地预先计算对象类别所需的反射图案，并且反射图案由此也能够以适当方式转变为电路。如果例如使用既可用作发送器也可用作接收器的超声换能器，则在包括多个这种超声换能器(这些超声换能器在空间上彼此固定的布置)的测量装置中，各个可产生的回波信号是相互冗余的，即总是形成这样的互相关(在这样的互相关中不将同一个超声换能器用作发送器和接收器)。如果例如将超声换能器编号，则适用以下：在超声换能器1用作发送器期间由超声换能器2接收的回波脉冲信号对于在超声换能器2用作发送器期间由超声换能器1接收的回波信号是冗余的。在此假设，测量装置相对于周围环境是静止的。因此，既不需要检测也不需要分析这些冗余的回波信号。

在快速分析方面优选以下的实施方式，其中，脉冲回波测量装置包括多个发送器和/或多个接收器，特别优选地包括多个可用作发送器和接收器的测量传感器，尤其是彼此相对固定布置的超声换能器。对于可由此产生的用于不同的发送器接收器几何形状的回波信号，可以针对需要单独观察的对象预先计算反射图案，从而在进行测量的时间点显著减小计算耗费。

在所述方法的一种优选实施方式中，在检测回波信号之前计算至少一个反射图案并且优选也计算各个单独发送器接收器几何形状的其余反射图案。

如果脉冲回波测量装置只包括一个发送器和一个接收器，例如一个测量装置，尤其是超声换能器，或者在具有多个发送器和/或接收器的测量装置中应进一步提高所分析的回波信号的数量，则可以通过以下方式制造其它测量几何形状或者发送器接收器几何形状，即，测量装置在空间中相对于位置固定的坐标系运动。对于机动车，这种运动在行驶运行中本来就在进行。在这种情况下，属于单独测量几何形状的反射图案取决于机动车在周围环境中的运动，参数化的对象在周围环境中假设是位置固定的。这表示参数值元组必须分别识别同一个假设是位置固定的对象。尽管发送器和接收器的相对布局不变，但由于相对运动，发送器接收器几何形状改变，即测量传感器在周围环境中的位置改变。因此，配属的反射图案也随着机动车的运动改变。然而，反射图案能够通过简单的计算与新的几何条件适配。在空间中的平移例如在直线参数化时导致相应铅垂基点相对于发送器或接收器位置的距离改变，这取决于直线在位置固定的坐标系中的角度。相反，在空间内的转动只导致参数空间内的移动。因此有利的是，在这种情况下针对参数空间中的整个角度范围(0°至360°)计算至少一个传输特性即反射几何形状或者反射图案。然而因为平移导致反射图案的“扭曲”，测量装置与位置固定的坐标系内的原始参考点越远，就越需要经常调节参考点。作为备选可以每次使用同一反射图案，然而在根据所走过的轨迹由一个或多个值计算权重之前，在总权重、也就是权重、由多个测量值(即用于不同回波信号的权值)构成之前，由回波信号推导出的权值(所述权值在参照随动的参考点的不同的参数空间中被检测)需要相互转换。

根据用于各类别的相应权重的阈值条件可以确定是否存在对象。

然而，真实存在的对象经常尤其在其延伸尺寸方面与用于分级的理想化对象有偏差。因此在机动车的实际周围环境中，很少出现与通过直线近似描绘的对象对应的无限远延伸的平面。然而鉴于尤其是在行驶经过时机动车右侧和/或左侧的可能泊车空间的有限检测区域，用直线近似描绘机动车的侧壁是完全合理的。如果笔直的平面在其纵向延伸方面比检测区域短，则期望能够确定其延伸尺寸。为此，在所述方法的一种优选实施方式中规定，通过以下方式确定识别出的对象的延伸长度或尺寸，即，在单独的回波信号中检验针对相当于预期传播时间的时间点的回波信号值是否超过预设值，所述预期传播时间根据属于回波信号的反射图案被分配给表征所识别出的对象的参数值元组，并且回波信号值低于预设值说明所识别出的对象没有延伸至反射点，在所述反射点处在配属的发送器接收器几何形状中在所识别出的对象上进行发送脉冲的反射，如果所述对象完全按照以作为参数值元组进行参数化为基础的假设那样延伸。如果针对识别出的对象在单独的回波信号中不存在预期的回波脉冲，则也可以由此推断识别出的对象没有延伸至所属反射点。由此可以确定纵向延伸长度或纵向尺寸。

所述方法的另一个特别的优点在于，可以从回波信号中去除已识别的对象。因此在一种实施方式中规定，通过分别将属于已识别的对象的信号部分从回波信号中去除来产生修改的回波信号。这例如可以通过以下方式进行，即，关于那些与预期传播时间对应的时间点的回波信号值(所述传播时间用于反射几何形状和已识别的对象被确定)传播时间设为零或者在那些位置上减去标准信号脉冲。

尤其可行的是，通过修改的回波信号重新进行分析并且重新计算权重，从而能够确定同一类别的其它发送较弱信号的对象或者其它类别的对象。不言而喻的是，可以重复地并且也可以反复地针对相同或不同的对象类别实施所述步骤。

此外，可以根据修改的信号进行多边测量，尤其是三边测量，以便识别周围环境中的其它对象。

同样可行的是，在一种实施方式中，将识别出的对象插入周围环境地图中，在所述周围环境地图中每个空间单元配属有概率值并且所述插入通过按照贝叶斯理论的概率方法进行，其中，事先为相当于所识别出的对象的轮廓的空间点配置用于对象的存在概率。

在一种实施方式中规定，针对至少两个对象类别分开地确定用于对象存在的权重，并且这种确定基本上同时地通过相同的未修改的或者等同修改的回波信号进行。

以下参照附图根据优选实施例进一步阐述本发明。在附图中：

图1示出处于其周围环境中的具有测量装置的机动车的示意图；

图2示出处于周围环境中的具有测量装置的机动车的示意图，所述测量装置包括直线，用于阐述出现的信号传播路径和用于阐述对象与参数空间内的点的配属关系；

图3a至图3d示出反射图案的视图；

图4a至图4j示出按照时间检测的回波信号的示意图；

图5示出用于周围环境中的可能对象的权重在对象类别的参数空间中的示意图；

图6示出机动车在二维空间的x方向平移20cm并且在y方向平移20cm时与角度有关的直线的距离变化。

在图1中示意性地示出了汽车1，其处于周围环境2中。在汽车的周围环境2中具有可通过直线3表示的平面。汽车1包括脉冲回波测量装置4，其包括四个用作发送器和接收器的测量传感器5-1至5-4。这些测量传感器5-1至5-4例如可以是用作超声发送器和超声接收器的声波换能器。脉冲回波测量装置4设计用于通过测量传感器5-1至5-4之一向周围环境2内发送具有发送脉冲11的发送信号10。该信号在近似为直线3的平面上发生反射，因此分别有一个具有一个或多个回波脉冲13的反射回波信号12反射回测量传感器5-1至5-4。因此，测量传感器5-1至5-4分别接收到一个回波信号。这个接收到的并且可能被数字化的信号也称为回波信号。

用于延伸的面反射器的惠更斯衍射积分的解显示，反射遵循反射定律，所述反射定律指出，反射光线相对于表面法线的入射角等于反射信号相对于表面法线的出射角。如果由测量传感器5-1至5-4之一，例如测量传感器5-1发送信号，则存在四条回到不同测量传感器5-1至5-4的信号传播路径。如果以这种方式进行脉冲回波测量，使得不同的测量传感器在时间上前后错开地分别作为发送器使用一次，则业已证明例如对于此处示出的问题存在十个不同的信号传输路径。这表示在近似为直线的平面上存在出现的不同信号传播路径的十个反射点。因为从一个传感器到另一个传感器的信号传播路径等于从所述另一个传感器到所述传感器的传播路径，所以不同脉冲回波测量的一些回波信号相等。总体上通过N个传感器可以测量I个不冗余的传输路径。

$I=\frac{(N+2-1)!}{2!(N-1)!},$

借助脉冲回波测量装置4检测到的回波信号被传输至例如包括程序控制的计算装置21的控制装置20。所述计算装置21例如可以包括与存储器23耦连的处理器22，在所述存储器中保存有确定控制装置20的分析功能性的执行程序编码。在存储器23中，例如以表格的形式针对不同的对象类别保存有反射图案。计算装置21也可以设计为接线连接的电路。反射图案同样可以至少部分地以电路形式保存在该电路中。这样存储器就不是必须存在了。如以下阐述的那样，反射图案用于根据检测到的回波信号针对在周围环境2中可能存在的至少一个对象类别的对象确定权重，并且根据由此确定的权重决定在周围环境中是否存在一个类别的对象并且必要时决定存在哪种类别对象。此外，可以在存储器23中保存周围环境地图，将所识别出的对象登记到该地图中。控制装置20还可以具有根据其它已知方法分析回波信号的功能性，以便获得用于产生周围环境地图的附加信息并且将其整合到其中。控制装置20可以这样与脉冲回波测量装置4结合，使得单独的脉冲回波测量同样由控制装置20进行控制。

对在此称为回波信号的脉冲回波测量信号的分析以此方式进行，从而检测周围环境中是否存在至少一个对象类别的对象。为此需要将类别中的对象参数化。例如以下针对直线进行阐述。

在图2中示出了汽车1的周围环境2中的直线3。相同的技术特征在附图中配设有相同的附图标记。周围环境2与位置固定的坐标系30关联，该坐标系具有x轴31和y轴32。首先通过坐标(x_R,y_R)确定参考点43。例如，该参考点选择在机动车中轴线35上并且处于脉冲回波测量装置4的测量传感器之间的中点，脉冲回波测量装置在线条36上垂直于机动车中轴线地并且在所示情况下平行于坐标系30的x轴31地定向。在所示实施方式中，坐标系30的原点与参考点43重合。直线3上的点一般可按照以下公式计算：

$g=\left(\begin{array}{c}{x}_g\\ y_g\end{array}\right)+\mathrm{\ψ}\·\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ}}_x\\ {\mathrm{\Δ}}_y\end{array}\right)$

其中，Ψ是任意的实数，并且x_g,y_g表示任意点在直线3上的坐标以及ΔX和ΔY是斜率三角41的轴向分量。然而，这种表示可以转化为所谓的海赛规格化形式。直线与参考点的距离d_L是延伸穿过参考点43的沿直线3的法线42的路程。具有坐标x_L,y_L的直线铅垂基点44通过以下方程给出：

$P_L=\left(\begin{array}{c}{x}_g\\ y_g\end{array}\right)+\left(\frac{(x_R-x_g)+(y_R-y_g)\·\tan (\frac{\mathrm{\π}}{2}-\mathrm{\α})}{{\mathrm{\Δ}}_x\·(1+{\left(\tan \left(\frac{\mathrm{\π}}{2}-\mathrm{\α}\right)\right)}^2)}\right)\·\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ}}_x\\ {\mathrm{\Δ}}_y\end{array}\right)$

对于间距d_L适用以下方程：

g:(x-x_R)·Cos(α)++(y-y_R)·sin(α)-d_L＝＝0

为了将直线准确地参数化，还需要测量相对坐标轴(在此例如是x轴)的角度α。因此业已证明，每个直线可以配属有参数组(p₁,…,p_n)。因此存在参数空间50，其中每个通过参数元组(d,α),(p₁,…,p_n)定义的点表征类别K的一个对象。点51表示直线3。参数空间50的其它点表示其它直线。对于对象类型直线G，该参数空间是二维的。其它对象的参数空间可以具有更高的维数，例如圆形对象类别的对象在二维图像空间或者环境空间观察时可通过三个参数定义，其中，这三个参数例如是参考点与中点的距离、连接参考点与中点的直线相对坐标轴的角度和圆的半径。

为了能够判断周围环境中是否真正存在对象，通常对参数空间进行离散化，这同样意味着在周围环境中只有该类别的无限多可能对象中的确定数量的对象被观察。例如，距离的步进值选择为0.01m并且角度分辨率选择为1°。

对于通过参数表征的类别对象的可计算的数量，应根据接收到的回波信号确定这些对象是否存在，其中，对象的数量还通过周围环境传感装置的测量区域的空间边界进行限定。

为了进行该确定过程，首先利用这种认知，即如上所述只有特定的信号传播路径是可行的。在图2中示出了可通过脉冲回波测量装置4进行的所有测量的可能信号传播路径，所述脉冲回波测量装置包括四个测量传感器5-1至5-4。这些信号传播路径可以通过数学方法确定，即首先针对单个测量传感器5-1至5-4确定用于法线51-1至51-4的铅垂基点L,T_i。按照上述公式，对于铅垂基点得到：

$\left(\begin{array}{c}{x}_{L,T_i}\\ y_{L,T_i}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{x}_{T_i}-cos\left(\mathrm{\α}\right)\·\[d_L-(cos\left(\mathrm{\α}\right)\·\left(x_R-x_{T_i}\right)+sin\left(\mathrm{\α}\right)\·\left(y_R-y_{T_i}\right))\]\\ y_{T_i}-sin\left(\mathrm{\α}\right)\·\[d_L-(cos\left(\mathrm{\α}\right)\·\left(x_R-x_{T_i}\right)+sin\left(\mathrm{\α}\right)\·\left(y_R-y_{T_i}\right))\]\end{array}\right)$

在此，测量传感器5-1至5-4表示为T_i。通过对这些铅垂基点的认知(它们同时也是用于将发送换能器本身用作接收器的脉冲回波测量的反射点)，可以计算镜面反射的传感器位置：

$\left(\begin{array}{c}{x}_{T_i^{\′}}\\ y_{T_i^{\′}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{x}_{L,T_i}+(x_{T_i}-x_{L,T_i})\\ y_{L,T_i}+(y_{T_i}-y_{L,T_i})\end{array}\right)$

作为对象(在此是直线3)的反射点，在测量中只出现了这些点，它们是真实的测量传感器5-1至5-4与镜面反射的测量传感器5-1’至5-4’的连线60-1至60-16的交点70-1至70-10。总共产生十个这种交点70-1至70-10，其中，一些交点处于多个传输路径和连线60上。交点70-1至70-10的位置按照以下方程得出：

$\left(\begin{array}{c}{x}_{refl,ij}\\ y_{refl,ij}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{x}_g\\ y_g\end{array}\right)+\frac{(y_{T_i^{\′}}-y_g)(x_{T_i^{\′}}-x_{T_j})+(x_g-x_{T_i^{\′}})(y_{T_i^{\′}}-y_{T_j})}{(x_{T_i^{\′}}-x_{T_j})\·{\mathrm{\Δ}}_y+(y_{T_i^{\′}}-y_{T_j})\·{\mathrm{\Δ}}_x}\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ}}_x\\ {\mathrm{\Δ}}_y\end{array}\right)$

对于单个测量传感器5-1至5-4(T_i,T_j)之间的传输时间T_j,i适用以下公式：

${\mathrm{\τ}}_{i,j}=\frac{\sqrt{{(x_{T_i^{\′}}-x_{T_j})}^2+{(y_{T_i^{\′}}-y_{T_j})}^2}}{c}$

在此，i和j分别表示测量传感器的标号，其中前提条件是，这些标号是按顺序编号的，例如从1至4。c是在周围环境中的信号速度。

如果观察非冗余的不同信号传输路径，则业已证明，在发送器接收器几何形状的接收回波信号中只在某一时间点出现一个回波脉冲，该回波脉冲通过直线3上的反射产生。因此，只在以下情况下回波信号才提供存在确定对象的指示，即，由于针对确定发送器接收器几何形状的反射几何形状或者反射图案在相应于信号传播经过可能的反射点的传播时间的时间点在回波信号中出现高于噪声阈值的回波信号值。对于直线，在忽略发送器、接收器和墙壁之间的多重反射的情况下，这恰恰可能针对每个回波信号只有一个回波脉冲。对于构造不同的对象，当对象作为唯一的对象存在于周围环境中时，也可能针对发送器接收器几何形状存在多个反射点和由此存在多个预期存在回波脉冲的信号传播时间。因此规定，对于单个的发送器接收器几何形状，对于每个对象类别K，即在此示例性地对于直线的对象类别G，对于每个通过参数空间中的点表征或者识别的直线，为表征相应对象的参数值元组(d,α)配置相应的表征的预期传播时间τ(d,α)。这例如能够以表格的形式实现，在所述表格中为参数值元组配置相应的或者相应预期的信号传播时间。这种编配组合称为反射图案R。

在图3a至图3d中，示例性地用图形示出了用于直线对象类别G的这种反射图案R^(G) _i和发送器接收器几何形状i，其中，在此属于各参数空间点P(d,α)(或者一般地表示为P(p₁,…,p_n))的信号传播时间T_i(d,α)通过灰度阴影或者阴影线粗细表示。在此示例性地针对将测量传感器1用作发送器并且将测量传感器1、2、3和4分别用作接收器的发送器接收器几何形状示出了反射图案。

在图4a至图4j中示例性地图形示出了针对一组测量的非冗余的回波信号。所画出的分别是回波信号强度与测量时间的关系，其中，测量时间通过指数说明。测量时间通过指数值乘以采样频率(Abtastfrequenz)的倒数得出。当然合理的是，同样将预期的信号传播时间以类似方式按照回波信号强度的所使用的采样频率被保存为指数值。因为回波信号内某个信号传播时间的回波脉冲不将周围环境中的确定点表征为可能的反射点，而是只将一个点表示在圆弧段上(在圆弧段的中点布置有同时用作发送器和接收器的测量传感器)，或者将一个点表示在椭圆部段上(在其焦点上具有用作发送器的测量传感器和用作接收器的测量传感器)，所以回波信号中的回波脉冲针对不同对象，即不同直线指示其存在。表示相应圆弧段或者椭圆段的切向的所有直线具有一个反射点，其表征的预期传播时间与相应回波脉冲的传播时间一致。对于参数空间中各个被单独观察的对象(即参数空间中的所有点)，通过以下方式计算权重，即针对每个检测到的非冗余回波信号，从属于发送器接收器几何形状的反射图案中减去特征传播时间并且在这些时间点或者对应的指数值处检验回波信号是否在该时间位置处具有回波脉冲。在此确定权值。例如可以在相应时间点或者指数值中使用回波信号强度或者将标准参数用作权值，只要回波信号值高于阈值。也可行的是，将在预期反射时间点预期出现的标准回波脉冲与相应时间的回波信号进行比较并且由此导出权值。在最简单的实施方式中，将由此得到的针对各对象的经过分析的不同回波信号的信号值用作权值并且简单地相加，以便得到用于该对象的权重。这意味着，针对第一回波信号根据配属的反射图案针对回波脉冲确定预期的相应信号传播时间，并且将针对所确定的时间的回波信号值叠加为第二回波信号的回波信号值，所述第二回波信号出现在按照针对第二回波信号的反射图案预期存在回波脉冲的时间点，如果相应的对象存在于周围环境中的话。因此，对于直线，分别叠加十个权值g_i，例如十个回波信号值e_i或者十个标准值。这例如表示为以下方程：

$W(\mathrm{\α},d_L)=\underset{i=1}{\overset{10}{\Σ}}{g}_i\left({\mathrm{\τ}}_i\right(\mathrm{\α},d_L\left)\right)$

取代回波信号值，可以使用根据回波信号值确定的所谓的权值。

因此，对于所有的参数值元组计算这种权重W。如果通过亮度值表示所计算的权重，则得到图5。多个正弦形状的曲线82在点81处相交。该交点81具有最大的亮度，这意味着属于这些参数的直线存在于周围环境中。如果在周围环境中存在多个对象，那么当然会出现多个具有较高强度的点，根据它们能够推断出这些对象是存在的。

这种方法的优点在于，能够从回波信号中去除识别出的对象或者其对应的回波信号部分。为此，根据各回波信号中的反射图案确定在识别出的对象上发生反射的回波脉冲到达的时间。由此可以从回波信号中消除相应的信号强度。可以在相应的时间点或者在时间点附近的周围环境区域内完全将回波信号值设置为相当于噪声值的信号值，或者例如从回波信号中减去时间重点与预期的信号传播时间一致的标准脉冲。根据由此修改的回波信号，可以针对同一对象类别或者另一对象类别重新进行分析，以便也能够识别出反射较弱的对象。

作为备选或补充同样可以确定对象的延伸尺寸。在此检验的是，在预期的信号传播时间(信号传播时间重新根据反射图案确定)时的哪些回波信号中，在相应的回波信号中真正存在与回波脉冲相应的回波信号值。如果对于一个反射点，即在与相应反射点对应的时间点的回波信号中，没有在预期位置出现回波脉冲，则可以由此推断，相应的对象(在所述例子中为直线)没有延伸至周围环境中相应反射点所处的位置。

然而，所述方法也可以用于以下情况，其中测量传感器数量较少或者只有一个测量传感器，但是机动车相对于周围环境运动。在这种情况下，针对用于分析机动车静止状态下的测量所需的发送器接收器几何形状预先计算一个或多个反射几何形状。

在观察这个问题时，对于按时间依次进行的测量，与机动车关联的参考点相对于位置固定的对象的位置改变。参考点和与之关联的参数空间在这种观察方式下视为与信号回波测量装置耦连。因此，对于周围环境中的对象，相对于当前不断运动的参考点和与之关联的参数空间的相应参数改变。配属于不同机动车位置的参数空间相互不同，因此不同参数空间中同一参数元组表征不同的对象。这在所述观察方式中通过不同参数空间的相互转换解决，从而能够将在运动的机动车内在不同时间点(即在不同位置上)已检测和已分析的测量信号在参数空间中进行合并。因此如果在机动车内装有多个传感器以便在每个时间点同时检测多个回波信号，则可以使用预先计算的反射图案来对处于各“当前的”、对应于当前机动车位置的参考位置的参数空间进行分析。然而，因为参考点随着测量时间点的变化相对于位置固定的对象改变，所以这些参数空间需要相互转换，以便将在不同位置上实施的测量的分析在用于位置固定参考点的参数空间中进行合并。所述转换与机动车运动有关。

在另一种观察方式下由此出发，即各个单独对象的命名和特征化分别相对于首先使用的参考点(假设在周围环境中位置固定)进行，由此需要根据机动车运动将反射图案适配，使得针对发送器接收器几何形状的预期信号传播时间改变。两种观察方式是等同的。所述改变能够借助用于分别进行的机动车运动的几何的考虑被计算。

尤其当只使用一个传感器时，按照第二观察方式进行分析大多是有利的。对于直线的对象类别，用于角度值的预期传播时间的值可以全部在反射图案内适配相同的量。适配的程度又取决于机动车运动。如果将参数值布置在矩阵式表格中，则行数与距离相关并且列数与参数空间中的角度相关，因此列的值需要根据机动车在空间内的平移分别改变相同的量。机动车(测量装置)在空间中的旋转通过列的“移动”(即改变角度位置相对列的分配)来补偿。

图像空间内的运动的适配需要将每个图像点与旋转矩阵相乘并且接下来移动，而相应对象在参数空间中的成像则可以通过极少数量的平移实现。总共需要n+1次平移，其中，数量n通过被观察的角度区域和角度分辨率确定。适用n＝角度区域：分辨率。如果例如观察角度分辨率为1°的180°的角度区域，则需要180+1次平移。一方面，直线与运动参考点的距离改变，其中，这种距离的改变与角度有关，因此需要针对每个角度计算一次距离变化。根据脉冲回波测量装置相对于对象的旋转角度，距离变化按照以下方程得出：

Δd(α)＝cos(α).(x_P1-x_P)+sin(α)·(y_P1-y_P).

(x_p,y_p)和(x_p1,y_p1)表示机动车的坐标。附加地，另一个平移通过机动车相对于对象旋转角度γ实现：

α_P1＝α_P+γ

在图6中，针对沿x方向的20cm平移和沿y方向的20cm平移，通过图形示出了各直线与角度参数α相关的距离变化。因此可行的是，计算具有较大数量测量传感器的合成测量安排，进而计算发送器接收器几何形状。因此，上述分析可以同样通过大量依次检测的脉冲回波测量进行，所述测量例如通过与机动车一起相对于对象运动穿过周围环境的测量传感器进行。描述机动车运动的偏转信息和平移信息通常由其它机动车系统提供或者可以通过集成的传感器确定。还需要指出的是，共同运动的参数空间的平移和反射图案的适配分别只对于有限的行驶路程可行，因为平移或者适配会导致变化的参数空间“扭曲”，这增大了将变化的参数空间的参数元组配置给与位置固定的参考点关联的参数空间的参数元组的难度。反射几何形状的适配同理。因此，需要在经过预设路程之后重新确定位置固定的参考点。之前在参数空间中确定的对象有利地转用或者传递到图像空间中。由此在参数空间内分析的测量结果可以重复地在图像空间内，例如在周围环境地图内进一步地合并。

Claims (10)

1.一种用于检测机动车周围环境中的对象的方法，包括以下步骤：

为至少一个对象类别(G,K)确定至少一个反射图案(R^(G) _i,j(d,α),R^(K) _i,j(p₁,…,p_n))，其中，用于脉冲回波测量的成像几何形状的反射图案将预期的传播时间(T(d,α),T(p₁,…,p_n))分配给表征在环境中的对象类别(G,K)的对象的每个参数值元组((d,α),(p₁,…,p_n))，只要环境中存在通过参数值元组((d,α),(p₁,…,p_n))表征的相应对象，则在所述传播时间中预期在回波信号中有回波脉冲，

为m个不同的发送器接收器几何形状进行脉冲回波测量，并且在这些脉冲回波测量中检测回波信号(e_i(t),0≤i≤m)；

计算用于相应类别(G,K)的、由参数值元组((d,α),(p₁,…,p_n))表征的不同对象(g_m,k_m)的权重，方法是借助关于那个与预期传播时间(T_i(d,α),T_i(p₁,…,p_n))相对应的时间点的回波信号值(e_i(t))或关于那些与预期传播时间(T_i(d,α),T_i(p₁,…,p_n))相对应的时间点的回波信号值(e_i(t))为每个回波信号(e_i)确定一个或多个权值(g_i(T_i(d,α)),g_i(T_i(p₁,…,p_n)))，所述预期传播时间借助回波信号(e_i(t))所属的反射图案(R^(G) _i,j(d,α),R^(K) _i,j(p₁,…,p_n))被分配给参数值元组((d,α),(p₁,…,p_n))，并且将由此确定的权值(g_i(T_i(d,α)),g_i(T_i(p₁,…,p_n)))相加为权重(W^(G)(d,α),W^(K)(p₁,…,p_n))，并且借助这样确定的权重(W^(G)(d,α),W^(K)(p₁,…,p_n))确定所述至少一个对象类别(G,K)的对象(O)的存在。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在检测回波信号之前计算所述反射图案(R^(G) _i,R^(K) _i)。

3.按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，将借助它们可以确定权值的回波信号值用作权值。

4.按权利要求1所述的方法，其特征在于，预先计算用于发送器接收器几何形状的至少一个反射图案(R^(G) _i,R^(K) _i)，并且在考虑配属的回波信号(e_i)的记录时间点(T_i)之间的机动车运动的情况下由所述至少一个反射图案计算至少另一个反射图案。

5.按权利要求1所述的方法，其特征在于，根据针对各类别(K)的相应权重(W)的阈值条件确定对象(O)的存在。

6.按权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下方式确定识别出的对象的延伸长度，即，在各个单独的回波信号中检验针对相当于预期传播时间(T_i(d,α),T_i(p₁,…,p_n))的时间点的回波信号值(e_i(t))是否超过预设值，所述预期传播时间根据属于回波信号(e_i(t))的反射图案(R^(G) _i,j(d,α),R^(K) _i,j(p₁,…,p_n))被分配给表征所识别出的对象的参数值元组((d,α),(p₁,…,p_n))，并且回波信号值低于预设值说明所识别出的对象没有延伸至反射点，在所述反射点处在配属的发送器接收器几何形状中在所识别出的对象上进行发送脉冲的反射，如果所述对象完全按照以作为参数值元组进行参数化为基础的假设那样延伸的话。

7.按权利要求1所述的方法，其特征在于，通过分别将属于已识别的对象的信号部分从回波信号(e_i)中去除来产生修改的回波信号(e_i ^(m))。

8.按权利要求1所述的方法，其特征在于，根据修改的回波信号重新计算权重(W^(G),W^(K))。

9.按权利要求1所述的方法，其特征在于，将对象插入周围环境地图中，在所述周围环境地图中每个空间单元配属有概率值并且所述插入通过按照贝叶斯理论的概率方法进行，其中，事先为相当于所识别出的对象的轮廓的空间点配置用于对象的存在概率。

10.一种用于检测机动车的周围环境中的对象的装置，包括用于检测回波信号的脉冲回波测量装置和控制装置，所述控制装置包括用于保存脉冲回波测量装置的发送器接收器几何形状的至少一个反射图案的存储装置和按权利要求1至9之一所述的方法分析回波信号的计算装置。