CN111727381A - 用于多维感测对象的多脉冲激光雷达系统 - Google Patents

用于多维感测对象的多脉冲激光雷达系统 Download PDF

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Abstract

说明一种用于感测处于观察区域(300)中的对象(400)的多脉冲激光雷达系统(100)，包括：具有至少一个激光源(111)的发送装置(110)，用于由单个激光脉冲的时间序列产生发送激光束(210)，该单个激光脉冲分别照亮局限于观察区域(300)的一部分的一个立体角(310)并且在至少一个采样点中采样；具有探测面(141)的接收装置(140)，该探测面包括由在第一延伸方向上并排布置的多个子探测器(142n)组成的行式或矩阵式子探测器布置(143)，用于接收以接收激光束(220)形式在多脉冲激光雷达系统(100)的观察区域(300)中的对象(400)上反射和/或散射的发送激光束(210)，其中，接收装置(140)将由发送激光束(210)感测的采样点以像点的形式成像在探测面(141)上；扫描装置(120)，用于产生发送激光束(210)在扫描方向(123)上的扫描运动(122)，以沿着在扫描方向(123)上彼此相继的多个采样点逐步采样整个观察区域(300)，其中，发送激光束(210)的扫描运动(122)构造为用于在单个激光脉冲在时间上依次跟随的情况下将像点分别沿着行式或矩阵式子探测器布置(143)偏移地成像在探测面(141)上；控制装置(130)，用于根据相应的单个激光脉冲的传播时间来确定采样点的距离信息，其中，控制装置(130)将由当前在探测面(141)上成像的像点感测到的子探测器(142n)分组成单独分配给对应像点的宏像素，以便共同进行分析评价。还说明一种具有三个依次发射的单个激光脉冲及其对应感测区域(310)的测量序列。

Description

用于多维感测对象的多脉冲激光雷达系统
技术领域
本发明涉及一种多脉冲激光雷达系统，用于多维感测处于该多脉冲激光雷达系统的观察区域中的对象。本发明还涉及一种用于借助相应的多脉冲激光雷达系统来多维感测处于观察区域中的对象的方法。
背景技术
激光雷达系统尤其用于感测车辆的周围环境中的对象。这种激光雷达系统借助脉冲的或时间调制的激光辐射来扫描该激光雷达系统的周围环境，其中，由激光雷达系统的激光源发射的光辐射在周围环境中的对象上被反射或散射并且借助激光雷达系统中的探测器又被接收。在此，在扫描时激光束沿扫描方向逐步移动，其中，处于所涉及的观察区域中的对象被感测到。在此，感测到的对象相对于车辆的相对位置通过激光束的相应角度并且借助距离信息求取，该距离信息借助单个激光脉冲的传播时间测量求得。在此，激光雷达系统可以构造为单脉冲激光雷达系统或多脉冲激光雷达系统的形式。单脉冲激光雷达系统对每个采样点分别借助一个单个激光脉冲采样。由此可以实现特别高的横向分辨率。然而，该系统需要具有相对高的激光功率的单个激光脉冲，因此需要相应地功率高的激光源。与此相反，多脉冲激光雷达系统具有明显较低的激光功率，在该多脉冲激光雷达系统中，采样点借助彼此相继的多个较低功率的单个激光脉冲来来采样。通过将单次测量累加得出具有足够信噪比的合适的探测器信号。然而在该方法中不利的是横向分辨率降低，该横向分辨率降低由在相对大的角度范围上单次测量累加以及与此伴随的探测器信号拖尾引起。
发明内容
因此，本发明的任务是，提供一种基于激光的对象探测方法，该方法根据多脉冲激光雷达系统的原理工作，并且因此只需相对较低的激光概率即可，同时实现相对较高的横向分辨率。该任务通过根据权利要求1所述的多脉冲激光雷达系统解决。此外，该任务通过根据权利要求6所述的方法解决。其他有利实施方式在从属权利要求中说明。
根据本发明，设置一种用于感测观察区域中的对象的多脉冲激光雷达系统。在此，该激光雷达系统包括具有至少一个激光源的发送装置，该发送装置用于由单个激光脉冲的时间序列产生发送激光束，所述单个激光脉冲分别照亮局限于观察区域的一部分的感测区域并且在至少一个采样点中进行采样。该激光雷达系统还包括具有探测面的接收装置，该探测面包括行式的或矩阵式的子探测器布置，该子探测器布置由在第一延伸方向上并排布置的多个子探测器组成，该接收装置用于接收以接收激光束形式在处于多脉冲激光雷达系统的观察区域中的对象上反射和/或散射的发送激光束。在此，接收装置构造为用于将由发送激光束感测到的采样点以像点的形式在探测面上成像。该激光雷达系统还包括扫描装置，该扫描装置用于产生发送激光束在扫描方向上的扫描运动，以沿着扫描方向上彼此相继的多个采样点逐步采样整个观察区域。在此，发送激光束的扫描运动构造为用于在单个激光脉冲在时间上前后相继的情况下将像点分别沿着行式或矩阵式的子探测器布置偏移地在探测面上成像。最后，该激光雷达系统包括控制装置，该控制装置用于根据各个单个激光脉冲的传播时间确定采样点的距离信息，其中，该控制装置构造为用于对由当前在探测面上成像的像点感测到的子探测器以单独地分配给对应像点的宏像素的形式共同地进行分析评价。通过将子探测器单独地分配给宏像素的可能性，可以使对应的宏像素的位置优化地匹配于代表对应采样点在探测面上的成像的像点的位置。因此可以优化地使用对应的采样点的测量能量。
在本发明的一种实施方式中，在此设置，控制装置还构造为用于跟随分配给相应宏像素的像点在探测面上的由扫描运动造成的偏移地通过将相应的子探测器重新分组来匹配宏像素在探测面上的位置。由此可以经过多个单次测量优化地使用相应采样点的测量能量和测量时间。
在另一实施方式中设置，发送装置构造为用于产生发送激光束，该发送激光束的单个激光脉冲分别照亮具有至少两个采样点的立体角。在此，接收装置构造为用于将当前由发送激光束照亮的采样区域中的两个采样点以在探测面上并排布置且由于扫描运动而沿着行式或矩阵式的子探测器布置移动的两个像点的形式示出。控制装置还构造为用于将当前由两个像点中的第一像点感测的子探测器共同分组成分配给第一像点的第一宏像素并且将当前由两个像点中的第二像点感测的子探测器共同分组成分配给第二像点的第二宏像素。通过多个采样点的共同采样增加了对于两个采样点中的每个采样点的测量时间。因此，对于每个采样有更多的测量能量可供使用，由此改善信噪比。
根据另一实施方式，控制装置(130)构造为用于将在借助第一单个激光脉冲进行的第一单次测量中由第一像点感测并且在借助在时间上紧随第一单个激光脉冲之后的第二单个激光脉冲进行的第二单次测量中由第二像点感测的子探测器在第一单次测量中分配给第一宏像素并且在随后的第二单次测量中分配给第二宏像素。由此优化地利用探测面。
在另一实施方式中设置，发送装置包括多个激光源，所述激光源的感测区域相对于扫描方向彼此正交地布置。在此，探测面针对每个激光源包括一个单独分配给对应的激光源的子探测器布置，其中，这些子探测器布置相对于扫描方向彼此正交地布置。由此可以提高该激光雷达系统的垂直分辨率。
根据本发明，还设置一种用于借助多脉冲激光雷达系统来多维感测观察区域中的对象的方法。在此，在第一方法步骤中，产生呈单个激光脉冲的时间序列形式的发送激光束，其中，该发送激光束借助每个单个激光脉冲照亮一个局限于观察区域的部分区段的感测区域，并且在此在至少一个采样点中进行采样。接着产生发送激光束在扫描方向上的扫描运动，该扫描运动引起在沿扫描方向彼此相继的多个采样点中对整个观察区域的逐步采样。接着在探测面上接收通过发送激光束在观察区域中的对象上的反射和/或散射所产生的接收激光束，该探测面具有由在第一延伸方向上并排布置的多个子探测器组成的行式或矩阵式子探测器布置，其中，由发送激光束当前感测到的采样点在探测面上以像点的形式成像，该像点由于发送激光束的扫描运动而沿着行式或矩阵式的子探测器布置逐步移动。接着将其位置相应于像点的当前位置的子探测器分组成单独分配给该对应像点的宏像素。最后，对分配给该对应宏像素的子探测器共同进行分析评价。通过将子探测器单独分组成宏像素的可能性，可以使对应的宏像素的位置优化地匹配于代表对应的采样点在探测面上的成像的像点的位置。因此可以优化地利用相应采样点的测量能量。
在一种实施方式中设置，将在这些单次测量中分配给对应的宏像素的子探测器的在针对确定的宏像素进行的多个单次测量中所测得的信号共同分配给已经分配给对应的宏像素的直方图。由此共同分析评价来自单次测量的测量时间，这尤其导致更好的信噪比。
在另一实施方式中设置，通过对相应的子探测器的重新分组来跟随分配给对应的宏像素的像点在探测面上的由扫描运动造成的偏移地逐步匹配宏像素在探测面上的位置。由此可以经过多个单次测量优化地使用相应采样点的测量能量和测量时间。
在另一实施方式中设置，在单次测量期间同时感测多个采样点，其中，将在此由第一采样点在探测面上产生的第一像点所感测的子探测器分配给单独分配给第一采样点的第一宏像素。还将在此由第二采样点在探测面上形成的第二像点所感测的子探测器分配给单独分配给第二采样点的第二宏像素。通过多个采样点的共同采样，增加了对应两个采样点中的每个的测量时间。因此对于每个采样有更多的测量能量可供使用，由此改善信噪比。
最后，在另一实施方式中设置，将在第一单次测量期间由第一像点感测并且在借助在时间上紧随第一单个激光脉冲之后的第二单个激光脉冲进行的第二单次测量时由第二像点感测的子探测器在第一单次测量中分配给第一宏像素并且在随后的第二单次测量中分配给第二宏像素。由此使得能够实现探测面的特别优化的使用，该使用还允许特别灵活的测量。
附图说明
下面基于附图进一步描述本发明。在此示出：
图1示意性地示出多脉冲激光雷达系统的立体视图，以表明用于扫描观察区域的旋转运动；
图2示出旋转的激光雷达系统在扫描布置在其观察区域中的车辆时的示意图；
图3至5示出根据本发明的激光雷达系统的示意图，以表明借助三个彼此相继的单个激光脉冲对对象进行的采样过程；
图6示出用于表明在探测面上成像的像点根据扫描运动的偏移的曲线图；
图7至9示出对象的采样过程的示意图，以表明子探测器分配给各个宏像素；
图10和11示出图7至9所示的本发明激光雷达系统的变型，其中，同时感测三个采样点。
具体实施方式
本发明的核心是，实现一种多脉冲激光雷达系统或者说宏扫描仪系统，该多脉冲激光雷达系统或宏扫描仪系统尽管使用多个脉冲来测量但仍能实现与单脉冲激光雷达系统相同的横向分辨率。由于在多脉冲激光雷达系统中为了改善测量精度或者由使用专门的探测器或测量原理(SPAD/TCSPC)所决定一个测量由多个单脉冲组成，因此，在没有适当补偿的情况下系统的分辨率受限于用于测量的第一和最后一个单个激光脉冲的发射之间的角度差。
为了避开该限制，使用由多个小的探测器或子探测器组成的行或阵列替代单个探测器来接收测量脉冲。在此，可以通过将子探测器适当地合并或分组为宏像素来补偿旋转运动或者说扫描运动。子探测器的重新分组的速度直接由传感器的旋转速度得出。这种结构的横向分辨能力则相当于单脉冲解决方案的分辨能力。此外，通过将单个激光脉冲平行分配给相邻的宏像素不会损失测量能量和测量时间。
在根据本发明的激光雷达系统中，使用由行式或矩阵式布置的多个小探测器组成的布置替代单个探测器来接收单个测量脉冲。通过将这些子探测器适当地组合或重新分组为更大的宏像素，可以补偿传感器头的旋转运动。子探测器的重新分组速度直接由传感器的旋转速度得出。在此，这种结构的横向分辨能力相当于单脉冲解决方案。通过将脉冲平行分配给相邻的宏像素也不会损失测量能量和测量时间。可以使用按照不同测量原理工作的探测器用作子探测器，例如SPAD(single photon avalanche photodiode，单光子雪崩光电二极管)或TCSPC(time correlated single photon counting，与时间相关的单光子计数)。
图1示出具有旋转的传感器头101的宏激光雷达系统100，该传感器头具有以不同角度布置的多个发送和接收单元，其中，在本示例中仅示出发送装置110。在此，传感器头101实施旋转的扫描运动122，其中，在本示例中，旋转轴102平行于Z轴延伸。在该布置的情况下，激光雷达系统的水平图像分辨率由旋转运动和测量速率确定。而垂直图像分辨率由接收单元的数量和对应的角度间距限定。在本实施例中，传感器头101实施360°的完全旋转。然而每个实施方式都可以将扫描运动局限于限定的角度范围。
图2示出图1的宏激光雷达系统100在扫描过程中的示意图，在该扫描过程中，借助激光辐射200对布置在激光雷达系统100的观察区域300中的对象400(在当前情况下为车辆)采样。激光雷达系统100具有旋转的传感器头101，该传感器头包括具有至少一个激光源111的发送装置110和具有探测面141的接收装置140。对于每个激光源，探测面141包括行式或矩阵式的子探测器布置143，该子探测器布置由在第一延伸方向144上并排布置的多个子探测器142n组成。为清楚起见，在图2中仅示出具有仅三个子探测器142n的行式子探测器布置143。
在本实施例中，传感器头101还包括光学成像装置150。在此例如可以是个或多个光学透镜元件，借助所述透镜元件，激光束210、220以期望的方式成形。此外，如在本实施例中的情况，传感器头101可以具有分束器121，用于叠加或分离发送激光束和接收激光束210、220。这种光学分束器121可以例如构造为半透明的镜子的形式。
如图2进一步所示，激光雷达系统100典型地还包括用于控制发送装置和接收装置110、140的控制装置130。在本示例中，控制装置130还包括用于求取被发送并且又被接收的单个激光脉冲的传播时间的测量装置以及用于借助测得的传播时间求取采样点的距离信息的分析评价装置。根据实施方式而定，控制装置130或控制装置的个别部件可以布置在传感器头101的外部并且借助相应的信号线和数据线与传感器头101中的对应装置连接。替代于此，控制装置130或控制装置的个别部件可以安置在传感器头101的内部。
在激光雷达系统100运行中，发送装置110的每个激光源产生自己的呈短的单个激光脉冲的时间序列的形式的发送激光束210。在此，发送激光束210以每个单个激光脉冲照亮一个限定对应的单个激光脉冲的感测区域310的立体角，该立体角典型地仅是激光雷达系统100的整个观察区域300的一个相对较小的部分。通过旋转的扫描运动122和与此伴随的彼此相继的单个激光脉冲的感测区域310的逐步偏移才实现对整个观察区域300的采样。在图2中示例性地示出一个测量序列，该测量序列具有在时间上依次发射的三个单个激光脉冲以及它们的对应的感测区域310。在此，感测区域310借助虚线标记。在本实施例中，发送激光束210的当前感测区域310以圆形示出。然而，根据应用而定，限定感测区域310的形状的发送激光束210横截面也可以具有其他构形，例如椭圆形或近似正方形。由于传感器头101的扫描运动122，各个单个激光脉冲以不同的角度发射，使得具有其各自当前感测区域310的发送激光束210以预给定的角度步长在分别采样的对象400上移动。在多脉冲激光雷达系统的情况下，单个激光脉冲的重复率和扫描运动123在此分别这样彼此协调，使得由发送激光束210感测的区域和因此位于对应区域中的采样点(在此未示出)在扫描过程中被彼此直接跟随的多个单个激光脉冲采样。
如在图2中所示，在对象400上反射或被对象400散射回的发送激光束210以接收激光束220的形式在传感器头101中被接收并且在被成像到探测面141上。由于扫描运动122，位于当前感测区域310中的采样点(该采样点可以涉及例如车辆400的细节)在读取器脉冲彼此相继的情况下分别偏移一个限定距离地在探测面141上成像。
下面详细描述子探测器的重新分组，通过重新分组实现宏像素在探测面上的偏移并从而实现对旋转扫描运动的补偿。为此，图3至5示出已经在图2中示出的短的扫描序列，该短的扫描序列包括借助三个单个激光脉冲来对车辆400的采样。在此，图3示出第一单次测量，在该第一单次测量中借助第一单个激光脉冲照亮车辆400。在此，当前感测区域310感测至少一个第一采样点320n，该第一采样点以相应的像点230n的形式成像在探测面141上。在此，借助虚线圆圈示出的像点230n照亮矩阵式子探测器布置143的子探测器142i,j中的总共九个子探测器，这九个在图3中以深色阴影示出。因此，所涉及的子探测器142i,j被分组为代表第一采样点320n的第一宏像素160n。在此，将分组后的子探测器142i,j的信号共同分配给已分配给第一宏像素160n的直方图170n。在该直方图170n中，将在整个测量期间分配给宏像素160n的所有子探测器142i,j的信号累加。由此可以改善信噪比。
与图2不同，在本实施例中，探测面141具有矩阵式的子探测器布置143，该子探测器布置包括在第一延伸方向144上并排布置的总共十四个子探测器142i,j和在第二延伸方向145上依次布置的总共五个子探测器142i,j。
在图4所示的方法状态中，由于扫描运动122，发送激光束210在扫描方向123上进一步移动。因此，当前发射的第二单个激光脉冲具有在扫描方向123上偏移了一个确定角度量的感测区域310。因此，第一采样点320n的投影并且从而第一像点230n在探测面141上的位置也移动一个限定的量。在此，像点230n的偏移直接取决于光学部件的成像特性以及单次测量之间的对应角度差，并且因此取决于扫描速度122和测量速率。在本实施例中，这些参数这样彼此协调，使得在随后的单次测量中采样点320n在探测面上分别偏移一个距离地成像，该距离尽可能精准地相应于子探测器142i,j的横向宽度。以这种方式确保子探测器142i,j可以始终明确地对应宏像素160n中的一个。这也适用于这样的实施方式：在该实施方式中，像点在随后的单次测量中在探测面上成像时所偏移的步长为子探测器142i,j的横向宽度的整数倍。然而，取决于相应的应用地，激光雷达系统的相应参数也可以是这样：使得像点在随后的单次测量中在探测面上成像时所偏移的步长分别为子探测器的横向宽度的几分之一。此外还可以实现这样的激光雷达系统：在该激光雷达系统中，像点在探测面上的偏移与子探测器142i,j的横向宽度不成合理比例。这尤其在直接相邻的采样点以至少相当于子探测器宽度的距离在探测面上成像时是可能的。
如在图4中所示，由扫描运动122引起的、第一像点230n在探测面141上的偏移通过指定给第一像点230n的第一宏像素160n的相应偏移来补偿。在此，通过所涉及的子探测器142i,j的重新分组来进行第一宏像素160n的偏移。为此，从现在起，在第一宏像素的右侧将三个新的子探测器142i,j被指定给了第一宏像素160n。而在图4中以浅色阴影示出的三个子探测器142i,j(这三个子探测器在先前的单次测量中还被分配给第一宏像素160n)从现在起被分配给随后的第二宏像素160n+1，该第二宏像素可以说从左向子探测器布置143的有效部分中运动。相应于其各自的分配，以深色阴影示出的子探测器142i,j的信号被指定给第一宏像素160n的直方图170n而以浅色阴影示出的子探测器142i,j的信号被指定给第二宏像素160n+1的直方图170n+1。
图5示出在第三单次测量期间的方法状态，该第三单次测量直接跟随在图4中所示的第二单次测量之后。在此，由于扫描运动，发送激光束向右移动一个进一步的角度量，从而所属的感测区域310从现在起与在图3中所示的第一单次测量相比移动一个进一步的量。由于因此第一采样点320n相对于当前感测区域310的相对位置已经改变，因此第一采样点320n从现在起在探测面141上偏移一个相应量地成像。如从图5可以看出，与图3的情况相比，第一像点230n的偏移从现在起总共为子探测器142i,j的横向宽度的两倍。相应地，所属的第一宏像素160n的位置通过相应子探测器142i,j的重新分组还跟随第一像点230n的位置而改变。与图4的布置相比，在第一宏像素的右侧重新将三个新的子探测器142i,j指定给第一宏像素160n。相应地，在图5中以浅色阴影示出的三个子探测器142i,j(这三个子探测器在先前的单次测量中还被分配给第一宏像素160n)从现在起被分配给随后的第二宏像素160n+1。因此，在当前的单次测量的范畴内，分配给宏像素160n、160n+1之一的所有子探测器142i,j的信号分别被指定给所涉及的宏像素160n、160n+1的直方图170n、170n+1。
图6示出时序图，借助该时序图表明在扫描过程的进程中如何将探测面141的子探测器142i,j单独分配给不同的宏像素160n。在此示出椭圆形的光斑231，该光斑通过接收激光束220在探测面141上的成像产生。在此，光斑231在探测面141的整个有效部分上延伸，在当前情况下，出于说明的目的，该有效部分仅包括五个子探测器142i,j。在扫描过程中(在该扫描过程中，由于扫描运动，发送激光束210被引导逐步经过彼此相继的采样点)，相应的采样点以像点的形式在时间上依次成像在探测面141上。因此，通过扫描运动产生这样的印象：像点、从而分别分配给像点的宏像素在探测面141上移动。而从宏像素的角度来看产生这样的印象：在探测面141上在上述由总共五个子探测器142i,j组成的组上延伸的光斑231逐步地经过并排布置的一列宏像素160n运动。在图6的时序图中示出光斑231在由总共三个彼此相继的宏像素组成的组上的这种明显运动。在此可以看出，在时间点t6，所观察的组的所有子探测器142i,j都分配给中间的宏像素(像素n)。在时间点t7的随后的单个激光脉冲(像素n+1)的情况下，在所观察的组中从现在起仅四个子探测器142i,j被分配给中间的宏像素(像素n)，而该组的一个子探测器142i,j已经被分配给所示的三个宏像素中的右边那个宏像素(像素n+1)。在时间点t8的另一单个激光脉冲(脉冲i+2)情况下，所观察的组的两个子探测器142i,j已经被分配给右边的宏像素(像素n+2)。以这种方式，光斑231对于每个单个激光脉冲分别经过在此示出的三个宏像素(像素n-1、像素n、像素n+1)移动一个子探测器。因此，从该图可以看出，在最迟五个进一步的单个激光脉冲之后，在第一单个激光脉冲期间分配给第一宏像素的子探测器142i,j被分配给第一宏像素之后的第二宏像素。
下面说明旋转扫描运动与像点在探测面上的偏移之间的关系。为此，图7至9示出包括三个单次测量的扫描过程序列。分别示出传感器头101的简化实施方式，其中，激光束235在没有由分束器引起的偏转的情况下借助光学成像装置150直接成像到探测面141上。如在图7中所示，发射的发送激光束以其锥形感测区域310感测当前处于传感器头101的视场中的对象400。在此，在确定的采样点320n中对被感测的对象400采样。在此，采样点320n通过确定的立体角限定，该立体角在本实施例中明显小于限定感测区域310的立体角。发送激光束在对象400上被反射回去并且以接收激光束的形式又被激光雷达系统100的传感器头101接收。在此，分配给对象400的采样点320n以像点230n的形式成像在探测面141上。为了更好地说明，不仅以侧视图而且以俯视图示出探测面141，该探测面在本实施例中构造为12×8矩阵形式的二维子探测器布置143。
如从图7看出，在本示例中由当前像点230n感测的总共16个子探测器142i,j被分组成分配给对应的像点的宏像素160n，这些子探测器在图7中以深色阴影标记。在此，通过子探测器的互连来进行分组，其中，由各个子探测器142i,j探测到的信号在共同的直方图中累加。
图8示出图7的布置在随后的第二单次测量中的情况。在此，由于扫描运动122，发送激光束210在扫描方向123上进一步移动。因此，当前的单个激光脉冲的感测区域310在扫描方向123上偏移一个确定的角度量。由于采样点320n当前处于感测区域310的中心，因此代表第一采样点320n的投影的第一像点230n也在中心成像在探测面141上。与先前的单次测量相比，第一像点230n在探测面141上在第一延伸方向144上偏移一个限定路程段，该路程段在当前情况下相当于子探测器的横向宽度的两倍。为了补偿由传感器头101的扫描运动122造成的、像点230n在探测面141上的偏移，激光雷达系统100的控制装置通过激活和禁用相应的子探测器而使分配给像点230n的宏像素160n的位置也偏移一个对应的路程段。
图9示出图7和8的布置在随后的第三单次测量中的情况。由于传感器头101的扫描运动122，发送激光束210、从而其感测区域310在扫描方向123上进一步移动与之前已经移到的相同的角度量。因此，从传感器头101的角度看，采样点320n进一步向左偏移一个相应的角度量。因此，第一像点230n在探测面上在第一延伸方向144上向右移动子探测器142i,j的横向宽度的两倍。所属的第一宏像素160n通过相应的子探测器142i,j的重新分组也跟随第一像点230n而向右移动两个子探测器142i,j。
图10和11示出另一实施方式，在该实施方式中，以每个单个激光脉冲同时对在横向上并排布置的多个采样点采样。在此，该测量布置基本上相当于图7至9的布置。如从图10可以看出，发送激光束210的感测区域310包括总共三个在扫描方向123上并排布置的采样点320n-1、320n、320n+1。在此，仅中间的采样点320n被完全感测，而两个外部的采样点320n-1、320n+1不完全位于当前的感测区域310中。在此，三个采样点320n-1、320n、320n+1成像在探测面141的不同区域上。通过相应的子探测器142i,j激活和分组，在探测面141上同时产生三个分配给各自的采样点320n-1、320n、320n+1的宏像素160n-1、160n、160n+1，这些宏像素分别包括16个子探测器142i,j并且分别通过一列子探测器彼此分离。图11示出图10的布置在随后的第二单次测量中的情况。如在此可以看出，由于扫描运动122，发送激光束210、从而其当前感测区域310在扫描方向123上进一步移动一个限定的角度量。从传感器头101的角度看，在此，三个采样点320n-1、320n、320n+1逆着扫描方向123向左移动相同的角度量，其中，左边的采样点320n-1此时几乎完全从感测区域310出来，而右边的采样点320n+1从现在起完全进入感测区域310中。在探测面141上，通过采样点的投影235n-1、235n、235n+1产生的像点230n-1、230n、230n+1已经相应地偏移一段距离，该距离相当于子探测器的横向宽度的两倍。为了补偿该偏移，分配给相应像点230n-1、230n、230n+1的宏像素160n-1、160n、160n+1通过相应的子探测器142i,j的重新分组也偏移一个子探测器的横向宽度的两倍。如从图10和11两者的比较可以看出，为了在探测面141上移动中间的宏像素160n，不仅将由四个子探测器组成的第一垂直列激活并分配给中间的宏像素160n，该宏像素的子探测器之前布置在中间的宏像素160n的右边并且被禁用，而且将由四个子探测器组成的第二垂直列激活并分配给中间的宏像素160n，该宏像素的子探测器之前分配给右边的宏像素160n-1。此外，在中间的宏像素160n的左侧，各由四个子探测器组成的两个垂直列被禁用，这两个列的子探测器之前被分配给第一宏像素160n。
与在图3至5中所示的测量布置(在该测量布置中在横向上并排布置的采样点直接彼此邻接)不同，在本实施例中，采样点彼此之间具有小的距离。该距离使得能够实现各个采样点或所属的宏像素彼此之间的更加清晰的分离。根据实施方式而定，在此，该距离可以较小或较大。如果使光学部件的扫描速度、测量速率和成像特性这样彼此协调，使得在单次测量直接彼此跟随的情况下采样点的偏移尽可能精准地相当于探测面上的子探测器的距离或该距离的整数倍，则采样点也可以在没有这种距离或彼此之间仅具有很小的距离的情况下实现。由此可以实现特别高的横向图像分辨率。
如果在每次接收之前必须首先激活子探测器，则有意义地分别在反射或散射回来的单个激光脉冲即将照射到探测面上时进行所涉及的子探测器的分组和激活。在子探测器可以无明显延迟地探测并且因此可以说能够连续运行的情况下，必要时也可以在对应的单次测量期间或者甚至在其后不久将所涉及的子探测器分组成宏像素。
本发明的基本结构与一般的宏激光雷达扫描仪一致。然而，传统的扫描仪针对每个垂直平面分别使用一个单个的探测器，而在根据本发明的扫描仪中使用在旋转平面中延伸的子探测器布置，例如子探测器行或子探测器阵列(子探测器的矩阵式布置)。在此，子探测器布置的各个子探测器可以被单独地分配给宏探测器。在图3至5中已经示例性地示出测量的流程，包括数量“N”个单个激光脉冲。在第一脉冲发射的时间点，在图3中以深色阴影示出的子探测器被分配给第一宏像素160n。接收到的单个激光脉冲的成像被认为在第一宏像素160n上对中心。根据传感器头101的旋转速度，单个激光脉冲的成像将以限定的速度在二维子探测器布置上运动。在图4中，偏移恰好一个子探测器之后的第一宏像素160n以深色阴影示出，而第一宏像素160n的原始位置借助以虚线标记的圆来表明。如果现在如所表明的那样划分宏像素，则第一宏像素160n的空间分辨率得以保留，而由浅色阴影示出的子探测器接收到的脉冲能量以及因此测量时间已经被用于随后的第二宏像素160n+1。因此，该方案能够实现多脉冲测量原理，尽管存在连续旋转运动，但多脉冲测量原理仍具有与单脉冲系统相同的横向分辨率。尤其不浪费脉冲能量或测量时间。在此，该原理原则上既可应用于双轴宏扫描仪，也可用于共轴宏扫描仪。
尽管主要基于具体实施例描述了本发明，但是本发明绝对不局限于此。因此，本领域技术人员能够在不背离本发明核心的情况下适当地改变所描述的特征并且将所描述的特征彼此组合。尤其也可以将在此分别单独描述的用于局部修改校正层的磁特性的方法任意地彼此组合。

Claims (10)

1.一种用于感测处于观察区域(300)中的对象(400)的多脉冲激光雷达系统(100)，所述多脉冲激光雷达系统包括：
具有至少一个激光源(111)的发送装置(110)，所述发送装置用于由单个激光脉冲的时间序列产生发送激光束(112)，所述单个激光脉冲分别照亮一个局限于所述观察区域(300)的一部分的感测区域(310n)并且在至少一个采样点(320n)中进行采样，
具有探测面(141)的接收装置(140)，所述探测面包括行式或矩阵式的子探测器布置(152)，所述子探测器布置由在第一延伸方向(144)上并排布置的多个子探测器(142i,j)组成，所述接收装置用于接收以接收激光束(220)的形式在处于所述多脉冲激光雷达系统(100)的所述观察区域(300)中的所述对象(400)上反射和/或散射的发送激光束(112)，
其中，所述接收装置(130)构造为用于将由所述发送激光束(210)感测到的采样点(320n)以像点(230n)的形式成像在所述探测面(141)上，
扫描装置(120)，所述扫描装置用于产生所述发送激光束(112)在扫描方向(123)上的扫描运动(122)，用于沿着在所述扫描方向(123)上彼此相继的多个采样点(320n)对整个观察区域(300)逐步采样，
其中，所述发送激光束(210)的所述扫描运动(122)构造为用于在单个激光脉冲在时间上彼此跟随的情况下使像点(230n)分别沿着所述行式或矩阵式的子探测器布置(143)偏移地在所述探测面(141)上成像，
控制装置(130)，所述控制装置用于根据对应的单个激光脉冲的传播时间来确定所述采样点(320n)的距离信息，
其中，所述控制装置(130)构造为用于将由当前在所述探测面(141)上成像的像点(230n)感测到的子探测器(142i,j)分组成单独地分配给对应的像点(230n)的宏像素(160n)，以便进行共同的分析评价。
2.根据权利要求1所述的多脉冲激光雷达系统(100)，其中，所述控制装置(130)还构造为用于通过将相应的子探测器(142i,j)重新分组来跟随分配给对应的宏像素(160n)的所述像点(230n)在所述探测面(141)上的、由所述扫描运动(122)造成的偏移地匹配宏像素(160n)在所述探测面(141)上的位置。
3.根据权利要求1或2所述的多脉冲激光雷达系统(100)，其中，所述发送装置(110)构造为用于产生发送激光束(210)，所述发送激光束的单个激光脉冲分别照亮具有至少两个采样点(320n)的立体角(310n)，其中，所述接收装置(140)构造为用于以在所述探测面(141)上并排布置并且由于所述扫描运动(122)而沿着所述行式或矩阵式的子探测器布置(143)偏移的两个像点(230n，230n+1)的形式示出处于当前由所述发送激光束(210)照亮的采样区域(310)中的两个采样点(320n)，并且，所述控制装置(130)构造为用于将当前由所述两个像点(230n，230n+1)中的第一像点(230n)感测到的子探测器(142i,j)共同分组成分配给所述第一像点(230n)的第一宏像素(160n)并且将当前由所述两个像点(230n，230n+1)中的第二像点(230n+1)感测到的子探测器(142i,j)共同分组成分配给所述第二像点(230n+1)的第二宏像素(160n+1)。
4.根据权利要求3所述的多脉冲激光雷达系统(100)，其中，所述控制装置(130)构造为用于将在借助第一单个激光脉冲进行的第一单次测量中由所述第一像点(230n)感测并且在借助在时间上直接跟随所述第一单个激光脉冲之后的第二单个激光脉冲进行的第二单次测量中由所述第二像点(230n+1)感测的子探测器(142i,j)在所述第一单次测量中分配给所述第一宏像素(160n)并且在随后的第二单次测量中分配给所述第二宏像素(160n+1)。
5.根据以上权利要求中任一项所述的多脉冲激光雷达系统(100)，其中，所述发送装置(110)包括多个激光源(111)，所述激光源的感测区域(310)相对于所述扫描方向(123)彼此正交地布置，其中，所述探测面(141)对于每个激光源(111)包括一个单独地分配给对应的激光源(111)的子探测器布置(143)，其中，所述子探测器布置(143)相对于所述扫描方向(123)彼此正交地布置。
6.一种用于借助多脉冲激光雷达系统(100)来多维感测处于观察区域(300)中的对象(400)的方法，所述方法包括以下步骤：
产生呈单个激光脉冲的时间序列的形式的发送激光束(210)，其中，所述发送激光束(210)以每个单个激光脉冲照亮一个局限于所述观察区域(300)的部分区段的感测区域(310)并且在此在至少一个采样点(320n)中进行采样，
产生所述发送激光束(112)在扫描方向(123)上的扫描运动(122)，所述扫描运动引起在所述扫描方向(123)上彼此相继的多个采样点(320n)中对整个观察区域(300)的逐步采样，
在探测面(141)上接收通过所述发送激光束(210)在处于所述观察区域(300)中的对象(400)上的反射和/或散射而产生的接收激光束(220)，所述探测面具有由在第一延伸方向(144)上并排布置的多个子探测器(142i,j)组成的、行式或矩阵式的子探测器布置(143)，其中，当前由所述发送激光束(210)感测到的采样点(320n)在所述探测面(141)上以由于所述发送激光束(210)的扫描运动(122)而沿所述行式或矩阵式的子探测器布置(143)逐步偏移的像点(230n)的形式成像，
将位置相应于所述像点(230n)的当前位置的子探测器(142i,j)分组成单独地分配给对应的像点(230n)的宏像素(160n)，
对分配给所述相应宏像素(160n)的子探测器(142i,j)共同进行分析评价。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，将在多个单次测量中分配给对应的宏像素(160n)的子探测器(142i,j)的在多个单次测量中针对确定的宏像素(160n)测得的信号共同地分配给已分配给对应的宏像素(160n)的直方图(170n)。
8.根据权利要求6或7所述的方法，通过对相应的子探测器(142i,j)重新分组来跟随分配给对应的宏像素(160n)的像点(230n)在所述探测面(141)上的由所述扫描运动(122)造成的偏移地逐步匹配宏像素(160n)在所述探测面(141)上的位置。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，在单次测量期间同时感测多个采样点(320n，320nja+1)，其中，将在此由第一采样点(320n)在所述探测面(141)上形成的第一像点(230n)感测到的子探测器(142i,j)分配给单独分配给所述第一采样点(320n)的第一宏像素(160n)，并且，将在此由第二采样点(320n+1)在所述探测面(141)上形成的第二像点(230n+1)感测到的子探测器(142i,j)分配给单独分配给所述第二采样点(320n+1)的第二宏像素(160n+1)。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中，将在第一单次测量期间被所述第一像点(230n)感测并且在借助在时间上直接跟随所述第一单个激光脉冲之后的第二单个激光脉冲进行的第二单次测量中被所述第二像点(230n+1)感测的子探测器(142i,j)在所述第一单次测量中分配给所述第一宏像素(160n)并且在所述随后的第二单次测量中分配给所述第二宏像素(160n+1)。
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