CN115485582A - 用于识别激光雷达测量中的光晕的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于识别激光雷达测量中的光晕的方法。根据本发明，在主动测量和被动测量中确定距激光雷达反射点(R)的距离。另外，在该主动测量中基于激光脉冲的信号渡越时间来确定第一距离值，并且在该被动测量中基于三角测量由从不同的测量位置执行的两维强度测量来确定第二距离值，其中，接着当第二距离值以预定程度超过第一距离值时推断出光晕。在此，依据两维强度测量的被动测量是指借助至少一台激光雷达检测周围环境，在此，所述至少一台激光雷达在没有主动发射激光的情况下仅检测在周围环境中已有的光线。被动测量基于两次两维强度测量，其中，例如第一强度测量借助位于第一位置的激光雷达(1)在第一时刻t1来执行，第二强度测量借助该相同的激光雷达(1)在时间上在第一测量之后的第二时刻t2并在不同于第一位置的第二位置执行。在这两个时刻t1、t2之间，激光雷达(1)相对于激光雷达反射点(R)的相对位置因为平台运动而变化。在另选的实施方式中，两次强度测量由第一激光雷达和安置在不同位置的第二激光雷达来执行。

Description

用于识别激光雷达测量中的光晕的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于识别激光雷达测量中的光晕的方法。

本发明还涉及一种用于识别借助至少一台激光雷达的激光雷达测量中的光晕的装置。

背景技术

DE 10 2005 003 970 A1公开一种用于确定机动车上的传感器装置的功能能力的方法，其中，由传感器装置测量的区域被分为多个分区域，并且来自某个环境区域的配属于分区域的传感器信号被评估以确定传感器装置的功能能力。在此，评估在驶过某个环境区域时接连针对多个分区域所测得的传感器信号。所述分区域是多个激光雷达传感器的检测范围或一个激光雷达传感器的多个角度扇区。

另外，DE 10 2018 003 593 A1公开一种用于车辆辅助系统的运行方法，在此，借助辅助系统在自主驾驶中开动该车辆并且该辅助系统包括具有许多安置在车辆之内和/或之上的检测单元的环境传感器系统。借助检测单元，在车辆自主驾驶中检测车辆周围环境和位于其中的对象，其中，借助监测模块来连续监测单独的检测单元的功能，并且在一个检测单元失效时借助与该监测模块相连的计划模块仅停用与失效的检测单元相关联的辅助功能。检测单元包括基于激光雷达的传感器。

US 2019/0391270 A1描述一种用于改善在存在高反射性表面情况下借助激光雷达的环境观察的反射系统。反射系统包括多个处理器和与这些处理器通信的存储器。另外，反射系统包括带有指令的扫描模块，该指令在由处理器运行时导致该处理器作为对确定第一点云包含强烈反射的遮挡对象的观察之反应来控制发出具有不同于被用来测量第一点云的初始光线的初始强度的扫描强度的扫描光线，并动态控制激光雷达以测量空出遮挡对象的第二点云。另外，设有带有指令的输出模块，指令在由处理器运行时造成该处理器由第一点云和第二点云产生并合点云，其通过减小由遮挡对象引起的干扰来改善借助激光雷达的周围环境观察。

发明内容

本发明的任务是指明用于识别激光雷达测量中的光晕的新型方法和新型装置。

根据本发明，该任务通过一种具有如权利要求1所述的特征的方法和一种具有如权利要求7所述的特征的装置来完成。

本发明的有利设计是从属权利要求的主题。

在一种用于识别激光雷达测量中的光晕的方法中，根据本发明，在主动测量和被动测量中确定距激光雷达反射点的距离，其中，在该主动测量中基于激光脉冲的信号渡越时间/信号收发时间来确定第一距离值，并且在该被动测量中基于三角测量由从不同的测量位置执行的两维强度测量来确定第二距离值。接着，当第二距离值以预定程度超出第一距离值时推断出光晕。

在此，依据两维强度测量的被动测量是指借助至少一台激光雷达检测周围环境，在此，所述至少一台激光雷达在没有主动发射激光的情况下仅检测在周围环境中已有的光线。

此外，光晕在此是指在激光雷达测量中的闪耀或串扰。例如当由一台激光雷达发出的激光脉冲被强反射目标例如交通标志或大灯反射器反射时，出现光晕。在此情况下，相比于低反光率的目标，大量发出能量被反射回激光雷达。此时返回的激光射线通常未被最佳聚焦。其原因是多样的，常见的是来自目标的反射通常无法最佳镜面反射，大气颗粒偏转激光射线或者在激光雷达的罩盖上的污垢引起光散射。这可能导致回射的光到达激光雷达的多个在空间上相互紧邻设置的接收器单元或者回射的光转移至相邻像素。因此，依据探测器的灵敏度来触发距离测量。光晕效果在此通常在距激光雷达的距离较短的情况下更强，因为被目标反射的能量随着光必须经过的距离的增加而快速减小。

激光雷达在司机辅助系统和其它自动化运行的平台如机器人中扮演了重要角色，因为它们允许精确地三维展示激光雷达环境。但在出现光晕时，可能导致在测量激光雷达与在其周围环境中测量的对象之间的距离时出现错误结果。尤其是光晕效应可能造成出现假阳性的激光雷达测量，使得周围环境的精确三维展示变得困难。

借助该方法，以简单方式实现在激光雷达测量中的光晕的可靠识别，因此能够避免或至少可靠识别在这种距离测量中的错误结果。由此达成应用例如自动、尤其高度自动或自主驾驶或开动的车辆和机器人的更安全运行。

在该方法的一个可能设计中，该被动测量基于两次两维强度测量，其中，第一强度测量借助第一激光雷达执行，第二强度测量借助安置在不同于第一激光雷达的位置的第二激光雷达执行。这允许简单可靠地执行被动测量并由此很可靠地识别光晕。

在该方法的另一个可能设计中，这两次两维强度测量同时或在时间上先后进行。尤其在同时进行该强度测量时可以很快速地执行距离的被动测量。

在该方法的另一个可能设计中，被动测量基于两次两维强度测量，其中，第一强度测量借助位于第一位置的激光雷达来执行，第二强度测量借助该相同的激光雷达在时间上在第一测量之后并在不同于第一位置的第二位置执行。这允许简单可靠地执行被动测量并且随之很可靠地识别出光晕，其中，仅需一台激光雷达来执行两维强度测量，这导致很少的硬件使用和投入成本。

在该方法的另一个可能设计中，该被动测量通过借助立体视觉法评估在两次两维强度测量中采集的两维强度图像来执行。这种立体视觉法可靠查明距激光雷达反射点和进而距激光雷达周围环境中的对象的距离。

在该方法的另一个可能设计中，作为立体视觉法采用半全局匹配算法，借此可以很可靠且特别精确地执行距两维强度图像中的像素和进而距激光雷达环境中的对象的距离的确定。

用于识别激光雷达测量中的光晕的装置包括至少一台激光雷达并且根据本发明以如下处理单元为特征，其设计成在主动测量和被动测量中确定该至少一台激光雷达距激光雷达反射点的距离，在该主动测量中基于激光脉冲的信号渡越时间来确定第一距离值，在该被动测量中基于三角测量从在不同的测量位置执行的两维强度测量中确定第二距离值，接着当第二距离值以预定程度超出第一距离值时推断出光晕。

借助该该装置，以简单方式实现在激光雷达测量中的光晕的可靠识别，从而能够避免或至少可靠识别在借助激光雷达执行的距离测量中的错误结果。由此达成应用例如自动、尤其是高度自动或自主行驶或开动的车辆和机器人的可靠运行。

附图说明

以下结合图来详细解释本发明的实施例，其中：

图1示意性示出激光雷达的布置和由激光雷达监测的周围环境，

图2示意性示出激光雷达在不同时刻的布置和由激光雷达监测的周围环境，

图3示意性示出借助根据图2的激光雷达在第一时刻采集的激光雷达图像，

图4示意性示出借助根据图2的激光雷达在第二时刻采集的激光雷达图像，

图5示意性示出两个激光雷达的布置和由这些激光雷达监测的周围环境，

图6示意性示出借助根据图5的第一激光雷达所采集的激光雷达图像，

图7示意性示出借助根据图5的第二激光雷达所采集的激光雷达图像。

具体实施方式

彼此对应的零部件在所有的图中带有相同的附图标记。

图1示出激光雷达1的布置和由激光雷达1监测的周围环境。

在激光雷达1的环境内有两个对象O1、O2，它们由激光雷达1在检测范围E内检测。

激光雷达1例如布置在自动驾驶、尤其高度自动驾驶或自主驾驶的车辆。激光雷达1或者也可以布置在机器人上。

第一对象O1是高反射性对象O1例如交通标志如安置在公路FB上方的公路牌。第二对象O2位于公路上并具有选择性的反射性、例如比之第一对象O1更小或大的反射性。

借助激光雷达1确定距其环境中的对象O1、O2的距离，做法是激光脉冲被射出并且测知反射激光脉冲到达激光雷达1的接收器之前的持续时间。在此，激光雷达1可包括多个激光器和/或多个接收器以用于提高激光雷达1的采样率和空间分辨率。在此，借助激光雷达1执行的也称为扫描的测量可以如此实施，即，完全扫描能够以两维测量格栅(也称之为激光雷达图像)的形式来呈现。

在所示的激光雷达1周围环境中，第一对象O1因为其强反射性而在激光测量期间在对象O1上方和下方按照相同距离产生光晕点P1～Pn，从而出现所谓的光晕现象。如果探测到的光晕点P1～Pn不是这样的，则存在以下危险，即，在继续进行的数据处理例如传感器融合中假定在那里有障碍例如拥堵端点，而使得司机辅助系统或许触发不希望的刹车。

图2示出在不同时刻t1、t2的激光雷达1的布置和由激光雷达1监测的周围环境。图3示出借助根据图2的激光雷达1在第一时刻t1采集的激光雷达图像B1，图4示出借助根据图2的激光雷达1在跟在第一时刻t1之后的第二时刻t2采集的激光雷达图像B2。激光雷达图像B1、B2在此分别是两维测量格栅或两维强度图像，其轴描绘竖向角度α的值和水平角度β的值，因而竖向角度α和水平角度β形成图像坐标。

激光雷达1安置在可运动平台例如自动、尤其是高度自动或自主驾驶或移动的车辆或机器人上。

如已描述地，借助激光雷达1来确定至其周围环境内的对象O1、O2的距离，做法是射出激光脉冲并且测知在反射的激光脉冲到达激光雷达1的接收器之前所经过的时间。在此，在属于各自对象O1、O2、例如所谓的地标的激光雷达反射点R处产生反射。

激光雷达1通常被视为主动传感器，因为其根据以上说明必须主动发射能量以便执行渡越时间测量(也称为飞行时间测量)。如果激光雷达1的接收器足够敏感，则它也可以被用于在激光雷达1的给定波长下测量环境光强度，环境光在无主动照明下被散射返回至激光雷达1。由此可以借助激光雷达1在被动两维强度测量中产生场景的高度动态的灰度梯度图像。由于被动反射光的强度显著较低，故在这样的被动测量中没有出现光晕效果。这种被动测量在此可以紧接在主动测量之前或之后进行，使得所采集的场景在两次测量之间几乎未出现变化。主动测量提供激光雷达1周围环境的准确三维图示，而被动测量允许对象O1、O2的两维外观图像的高细节化程度。因此两个测量原理可以相互补充。

安置在可运动平台上的所示激光雷达1不仅设计用于执行距激光雷达反射点R的距离的主动测量，也设计用于执行强度的被动测量。被动测量在此可以紧接在主动测量之前或之后进行。

为了确定在激光雷达测量中的光晕，依据借助激光雷达1采集的数据在主动测量和被动测量中确定距激光雷达反射点R的距离，做法是第一距离值在主动测量中基于从激光雷达1至激光雷达反射点R和又返回激光雷达1的激光脉冲的信号渡越时间来确定。

接着，第二距离值在被动测量中基于三角测量依据在不同的测量位置执行的两维强度测量来确定。

接着，当第二距离值以预定程度超出第一距离值、尤其是显著大于第一距离值时，推断出光晕。

在此，所述被动测量基于两次两维强度测量，在这里，第一强度测量借助在第一时刻t1位于第一位置的激光雷达1执行，第二强度测量借助该相同的激光雷达1在时间上在第一测量之后的第二时刻t2并在不同于第一位置的第二位置执行。在这两个时刻t1、t2之间，激光雷达1相对于激光雷达反射点R的相对位置因为平台运动而变化。

激光雷达1在两次测量之间的运动在此例如通过惯性测量单元的评估被知晓，其也布置在可运动平台上并相对于激光雷达1或同一参考系统被校准。

通过从不同的视角观察在激光雷达图像B1、B2中的例如地标的表征位置，允许执行所观察的场景的三维重建。因为激光雷达1运动，表征位置和进而所属的激光雷达反射点R或代表它的在两维强度图像中测得的像素可能出现在从其它环境位置所采集的激光雷达图像B1、B2中的其它位置。该效果一般被称为运动视差。如果在两个时刻t1、t2之间的激光雷达1的运动是已知的，并且在这两个激光雷达图像B1、B2中找到同一个激光雷达反射点R的位置，则三维位置和进而距激光雷达反射点R的距离可通过简单的三角测量法来重建。

例如，通过借助立体视觉法如半全局匹配算法评估两次两维强度测量来执行该被动测量。

一种用于识别在激光雷达测量中的光晕的方法的可能实施例描述如下。

首先，将众所周知的立体匹配算法如半全局匹配算法用于确定在被动的从两个不同的透视角度采集的激光雷达图像B1、B2中的相应的像素之间的角度位移。例如激光雷达1在时刻t1以10°竖向角度α和5°水平角度β瞄向激光雷达反射点R或代表它的像素。在时刻t2，激光雷达1以10°竖向角度α和20°水平角度β瞄向激光雷达反射点R或代表它的像素。

由于在两个激光雷达图像B1、B2的测量之间的激光雷达1的三维运动是已知的，故关于来自第一和第二测量的相应位置角度的信息可被用于对被测像素位置、即激光雷达反射点R的三维坐标进行三角测量。

通过将在任一像素位点的主动测量与通过所述三角测量法已推导出的被动测量予以比较，现在允许推断出是否存在光晕。如果用运动恢复结构算法推导出的被动测量表明比主动测量明显更大的距离，则可作为其合理解释而推断出光晕。

图5示出两台激光雷达1、2的布置和由激光雷达1、2监测的周围环境。图6示出借助根据图5的一台激光雷达1采集的激光雷达图像B1，图7示出借助另一台激光雷达2在相同时刻采集的激光雷达图像B2。在此，激光雷达图像B1、B2分别是一个两维测量格栅或两维强度图像，其轴描绘竖向角度α的值和水平角度β的值，因而竖向角度α和水平角度β形成图像坐标。

两台激光雷达1、2安置在可运动平台、例如自动、尤其高度自动或自主驾驶或运动的车辆或机器人上。激光雷达1、2在此在时间上被同步化，从而它们设计成同时检测相同的空间角度。

两台激光雷达1、2不仅设计用于执行距激光雷达反射点R的距离的主动测量，也设计用于执行强度的被动测量。被动测量在此可以紧接在主动测量之前和之后进行。

为了确定激光雷达测量中的光晕，在此实施例中依据借助激光雷达1、2采集的数据在主动测量和被动测量中确定距激光雷达反射点R的距离，做法是第一距离值在主动测量中基于激光脉冲从激光雷达1和/或激光雷达2至激光雷达反射点R和又返回至激光雷达1和/或激光雷达2的信号渡越时间来确定。

接着，第二距离值在被动测量中基于三角测量由从不同的测量位置执行的两维强度测量来确定。

接着，当第二距离值以预定程度超出第一距离值、尤其显著大于第一距离值时，推断出光晕。

激光雷达1、2的外在参数、即其位置和/或取向是已知的。为此，激光雷达1、2关于彼此或关于一个共同参考系被校准。

不同于之前关于图2～4所述的实施例，这允许被动测量基于两次两维强度测量，其中，第一强度测量借助第一激光雷达1来执行，第二强度测量借助安置在不同于第一激光雷达1的位置的第二激光雷达2来执行。

通过借助激光雷达1、2从不同的视角同时检测该场景，允许从不同视角观察在激光雷达图像B1、B2中的例如地标的表征位置且因此执行所观察的场景的三维重建。因为激光雷达1、2的位置不同，故表征位置和进而所属的激光雷达反射点R或代表它的像素能够在从其它环境位置拍摄的激光雷达图像B1、B2中出现在其它位置。因为激光雷达1、2彼此的相对位置及其外在参数是已知的，故当在两个激光雷达图像B1、B2中找到同一激光雷达反射点R的或代表它的像素的位置时，能通过简单的三角测量法重建三维位置和进而距激光雷达反射点R的距离。

例如，该被动测量通过借助立体视觉法例如半全局匹配算法评估这两次强度测量来进行。

用于识别在激光雷达测量中的光晕的方法的一个可能实施例描述如下。

首先，采用众所周知的立体匹配算法例如半全局匹配算法来确定在被动的从两个不同透视角度采集的激光雷达图像B1、B2中的相应的像素之间的角度位移。例如激光雷达1以10°竖向角度α和5°水平角度β瞄准激光雷达反射点R或代表它的像素。激光雷达1在相同的时间以10°竖向角度α和20°水平角度β瞄向激光雷达反射点R或代表它的像素。

因为知道了在两个激光雷达1、2的坐标系之间的变换，故关于借助激光雷达1、2执行的被动强度测量中的相应位置角度的信息可被用于对被测像素位置、即激光雷达反射点R的三维坐标进行三角测量。

现在，通过对在任一像素位点的主动测量与通过所述三角测量推导的被动测量进行比较，允许推断出是否存在光晕。如果被动测量表明比主动测量明显更大的距离，则作为对此的合理解释能推断出光晕。

附图标记列表

1 激光雷达

2 激光雷达

B1 激光雷达图像

B2 激光雷达图像

E 检测范围

FB 公路

O1 对象

O2 对象

P1～Pn 光晕点

R 激光雷达反射点

t1 时刻

t2 时刻

α 角度

β 角度

Claims (7)

1.一种用于识别激光雷达测量中的光晕的方法，其特征是，

-在主动测量和被动测量中确定距激光雷达反射点(R)的距离，

-在该主动测量中基于激光脉冲的信号渡越时间来确定第一距离值，

-在该被动测量中基于三角测量由从不同的测量位置执行的两维强度测量来确定第二距离值，并且

-接着当该第二距离值以预定程度超过该第一距离值时推断出光晕。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，

-该被动测量基于两次两维强度测量，

-借助第一激光雷达(1)执行第一强度测量，并且

-借助安置在与该第一激光雷达(1)不同的位置的第二激光雷达(2)执行第二强度测量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，同时或在时间上依次执行这两次被动强度测量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，

-该被动测量基于两次两维强度测量，

-第一强度测量借助位于第一位置处的激光雷达(1)执行，并且

-第二强度测量是借助该相同的激光雷达(1)在时间上在该第一测量之后并且在不同于该第一位置的第二位置执行的。

5.根据权利要求2至4之一所述的方法，其特征是，该被动测量是通过借助立体视觉法对在所述两次两维强度测量中采集的两维强度图像进行评估来执行的。

6.根据权利要求2至4之一所述的方法，其特征是，半全局匹配算法被用作立体视觉方法。

7.一种用于识别在借助至少一台激光雷达(1,2)的激光雷达测量中的光晕的装置，其特征是，设有处理单元，其设计用于：

-在主动测量和被动测量中确定该至少一台激光雷达(1,2)距激光雷达反射点(R)的距离，

-在该主动测量中基于激光脉冲的信号渡越时间来确定第一距离值，

-在该被动测量中基于三角测量从在不同的测量位置执行的两维强度测量中确定第二距离值，并且

-接着当该第二距离值以预定程度超过该第一距离值时推断出光晕。

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