CN115735131A - 激光雷达传感器，尤其是竖直闪光激光雷达传感器 - Google Patents

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Abstract

说明了一种激光雷达传感器、尤其是竖直闪光激光雷达传感器，其具有激光源和像素探测器，所述激光源设置为用于将激光信号发射到发送路径中，所述像素探测器具有至少一个宏像素阵列(1，2)，所述至少一个宏像素阵列设置为用于在接收路径中探测经反射的激光信号。在此，所述像素探测器设置为用于，在其测量点中的每一个测量点中分析处理至少两个宏像素阵列(1，2)。

Description

激光雷达传感器，尤其是竖直闪光激光雷达传感器
技术领域
本发明涉及一种激光雷达传感器、尤其是竖直闪光激光雷达传感器(VerticalFlash LiDAR-Sensor)，其具有激光源和像素探测器，所述激光源设置为用于将激光信号发射到发送路径中，所述像素探测器具有至少一个宏像素阵列，所述至少一个宏像素阵列设置为用于在接收路径中探测经反射的激光信号。
背景技术
在未来几年，利用机动车的高度自动化或全自动化的行驶(3级至5级)将越来越频繁地出现在道路交通中。机动车的行驶的这种自动化通过不同的概念来实现。所有这些概念的共同点是：它们都需要传感器，以便检测自主行驶的机动车的周围环境。为此能够使用不同的传感器，例如视频摄像机、传感器或超声波传感器。在此，一种特殊类型的传感器应发挥越来越重要的作用。在此例如涉及激光雷达传感器。这是光学传感器，所述光学传感器借助激光源将激光信号发送到接收路径中。所发送的激光信号在激光雷达传感器的周围环境的对象处被反射并且被反射回激光雷达传感器中。在那里，典型地在像素探测器中探测到经反射的激光信号。因此，产生周围环境的3D点云。在此，激光雷达传感器能够构造为竖直闪光宏扫描仪。这种类型的激光雷达传感器通过旋转式扫描仪(例如旋转镜或旋转式发送和接收模块)产生经发射的激光信号的水平偏转，并且通过发射竖直发散激光信号产生竖直偏转。这个竖直发射的激光信号在接收路径中映射到像素探测器上。这个像素探测器能够具有至少一个微像素阵列。所述微像素阵列能够例如借助多个二极管来实现。这些微像素阵列典型地为了改进统计数据而被综合和共同分析处理。于是提及宏像素阵列。因而，像素探测器能够具有至少一个宏像素阵列。尤其是在使用诸如单光子雪崩二极管(SPAD)的二进制像素探测器时，通过组合微像素来改进统计数据是有意义的。
发明内容
根据本发明，提供一种激光雷达传感器，其中，像素探测器设置为用于，在其测量点中的每一个测量点中分析处理至少两个宏像素阵列。
发明优点
在激光雷达传感器中，通常对周围环境的映射有两个要求。一方面，激光雷达传感器应具有大的作用范围。由此能够在早期仅已经探测到在距激光雷达传感器的远距离处的对象。另一方面，重要的是，在紧挨着激光雷达传感器的周围环境中执行对存在对象的尽可能精确的位置确定和尺寸确定。为此需要激光雷达传感器的尽可能高的角分辨率。然而，对激光雷达传感器的这两个要求典型地是相反的，使得必须在它们之间找到折衷方案。根据本发明，现在提出，在像素探测器的每一个测量点中分析处理至少两个宏像素阵列。由此，能够将对激光雷达传感器的大的作用范围的要求和对激光雷达传感器的高的角分辨率的要求分配到至少两个不同的宏像素阵列上。这两个相反的要求能够被同时满足。能够实现大的作用范围和高的角分辨率。为此在激光雷达传感器中不需要附加的硬件，而是仅需要宏像素阵列的相应的配置。这样的激光雷达传感器能够相应成本有利地被提供。
也可能的是，所述至少两个经分析处理的宏像素阵列具有不同的宽度。
所述两个经分析处理的宏像素阵列的不同的宽度提供了具有不同配置的两个宏像素阵列。能够设置“窄的”宏像素阵列。这个窄的宏像素阵列实现了激光雷达传感器的高的角分辨率。在宏像素内，出现经反射的激光信号的强度的均匀分布。精确地确定在激光雷达传感器的附近的对象的位置和尺寸是可能的。另一方面，设置“宽的”宏像素阵列。这个宽的宏像素阵列实现了在低反射的对象的情况下使作用范围最大化。可早期地探测在距激光雷达传感器的大的距离处的对象。所述至少两个经分析处理的宏像素阵列的这种不同配置也能够导致增加用于激光雷达传感器的信号强度的动态范围。强反射的对象能够例如使窄的宏像素阵列饱和，因为经反射的激光信号的强度过高。以此不再可能进行正确的强度测量。然而，如果同一个测量点现在也经由宽的宏像素阵列来分析处理，则激光信号的强度也仍可以被分辨。
在一个特别的实施方式中，第一经分析处理的宏像素阵列具有与经反射的激光信号的宽度相协调的宽度。
第一经分析处理的宏像素阵列是窄的宏像素阵列。激光雷达传感器的扫描步长因此能够精确地相应于窄的宏像素阵列的宽度。竖直闪光激光雷达传感器在此例如能够是激光信号的水平宽度。然后，窄的宏像素阵列允许更高的水平分辨率。提高角分辨率。能够精确地确定对象的位置和尺寸。
也有利的是，第一经分析处理的宏像素阵列设置为用于，在经反射的激光信号的高原(Plateau)中探测经反射的激光信号。
由此，除了在竖直闪光激光雷达传感器中的更高的水平分辨率之外，也实现了激光信号的强度在第一经分析处理的宏像素阵列的宽度上的均匀分布。以此，在第一经分析处理的宏像素阵列中能够处处以相同的强度探测对象。
然后，有利的是，第二经分析处理的宏像素阵列具有比第一经分析处理的宏像素阵列的宽度更大的宽度。
第二经分析处理的宏像素阵列相应于宽的宏像素阵列。除了在激光信号的高原中探测激光信号之外，这里还一起测量侧向地从激光信号的高原下降的、激光信号的强度的边沿。由此，不再能够实现激光信号的强度的均匀分布。然而，提高了第二经分析处理的宏像素阵列的灵敏度。然而，均匀分布是通过第一宏像素阵列的同时分析处理来确保的。
有利地，能够设置，第二经分析处理的宏像素阵列的宽度覆盖经反射的激光信号的宽度的至少85％。
由此，能够优化第二经分析处理的宏像素阵列的信噪比。因此，覆盖了激光信号的宽度的至少85％。调设了最佳可能的信噪比。提高了激光雷达传感器的灵敏度。得出激光雷达传感器的大的作用范围。
最后，有利的是，所述至少两个经分析处理的宏像素阵列的测量数据被并行地输出到点云中，或者其中，所述至少两个经分析处理的宏像素阵列中的一个经分析处理的宏像素阵列的测量数据根据预确定的条件被输出。
根据情况，能够选择用于分析处理每一个经反射的激光信号的最佳信号。用于输出所述至少两个宏像素阵列中的一个宏像素阵列的测量数据的预确定的条件能够借助算法来预给定。
在从属权利要求中说明并且在说明书中描述本发明的有利的扩展方案。
附图说明
参照附图和以下描述更进一步地阐述本发明的实施例。附图示出：
图1a激光信号的强度与宏像素阵列的宽度的相关性的图表；
图1b信噪比与宏像素阵列的宽度的相关性的图表；
图2第一经分析处理的宏像素阵列和第二经分析处理的宏像素阵列的图示以及激光信号的相关联的轮廓的横截面。
具体实施方式
本发明涉及一种激光雷达传感器、尤其是竖直闪光激光雷达传感器，其具有激光源和像素探测器，所述激光源设置为用于将激光信号发射到发送路径中，所述像素探测器具有至少一个宏像素阵列1、2，所述至少一个宏像素阵列设置为用于在接收路径中探测经反射的激光信号，其中，所述像素探测器设置为用于，在其测量点中的每一个测量点中分析处理至少两个宏像素阵列1、2。所述至少两个宏像素阵列1、2能够由第一经分析处理的宏像素阵列1和第二经分析处理的宏像素阵列2来提供。在此，第二经分析处理的宏像素阵列2具有比第一经分析处理的宏像素阵列1的宽度4更大的宽度3。
探测经反射的激光信号能够包括确定激光信号的强度5。同样地，能够检测经反射的激光信号的信噪比6。
因此，在图1a中示出图表7，所述图表示出激光信号的强度5与第二经分析处理的宏像素阵列2的宽度3相关性的函数8。在此，第二经分析处理的宏像素阵列2的宽度3以激光信号的宽度σ的单位来给出。这示例性地基于以下假设。假设，激光信号具有“高斯钟(Gauβ-Glocke)”的形状。这个高斯钟具有宽度σ。进一步假设，背景光的噪声遵循泊松分布并且由该泊松分布支配。
相应地，在图1b中示出图表9，所述图表说明信噪比6与第二经分析处理的宏像素阵列2的宽度3的相关性的函数10。宽度3再次以激光信号的宽度σ的单位来给出。其中可以识别出，存在一条线11，所述线与信噪比6的最大值相交。这条线11在第二经分析处理的宏像素阵列2的、大致相应于激光信号的宽度σ的1.4倍的宽度3处。在这个最大值处，已经覆盖了激光信号的85％。
换言之，如果如此选择第二经分析处理的宏像素阵列2的宽度3，使得覆盖了激光信号的85％，则能够实现最佳信噪比6。在此，然而应注意，在这一点中，在第二经分析处理的宏像素阵列2内不再存在激光信号的均匀强度5，因为高斯钟已经下降了太多。然而，对于第二经分析处理的宏像素阵列2，由于最佳信噪比6能够实现高的灵敏度。第二经分析处理的宏像素阵列2能够实现激光雷达传感器的大的作用范围，所述大的作用范围确保早期探测在远距离处的对象。
现在，在图2中，在第二经分析处理的宏像素阵列2旁边示出第一经分析处理的宏像素阵列1。可以识别出，第二经分析处理的宏像素阵列2的宽度3大于第一经分析处理的宏像素阵列1的宽度4。附加地，在图表12中，在宏像素阵列1、2上映射激光轮廓13作为位置15的函数14。位置15以激光信号的宽度σ的单位呈现。在此，还映射第一经分析处理的宏像素阵列1和第二经分析处理的宏像素阵列2的宽度3、4。
如上所述，第二经分析处理的宏像素阵列2的宽度3的选择被选择为激光信号的宽度σ的1.4倍。以此，借助第二宏像素阵列2又能够覆盖激光信号的85％。得到最佳信噪比6。增加了激光雷达传感器的灵敏度和作用范围。可实现早期探测在远距离处的对象。另一方面，如这里能识别的，如此选择第一经分析处理的宏像素阵列1的宽度4，使得它包括函数14的高原或者说最大值。同时，由此也能够实现了强度5的均匀分布。在第一经分析处理的宏像素阵列1上，到处以相同的强度探测待探测的对象。以此产生第一经分析处理的宏像素阵列1的高的角分辨率。实现对象的精确的位置确定和尺寸确定是可能的。
因此，总体而言，能够提供具有大的作用范围和高的角分辨率的激光雷达传感器。
尽管已经通过优选实施例更进一步地说明和描述了本发明，但是本发明不限于所公开的示例，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明的保护范围的情况下从中推导出其他变型方案。

Claims (7)

1.一种激光雷达传感器、尤其是竖直闪光激光雷达传感器，所述激光雷达传感器具有激光源和像素探测器，所述激光源设置用于将激光信号发射到发送路径中，所述像素探测器具有至少一个宏像素阵列(1，2)，所述至少一个宏像素阵列设置用于在接收路径中探测经反射的激光信号，其特征在于，所述像素探测器设置用于，在所述像素探测器的测量点中的每个测量点中分析处理至少两个宏像素阵列(1，2)。
2.根据权利要求1所述的激光雷达传感器，其中，所述至少两个经分析处理的宏像素阵列(1，2)具有不同的宽度(4，3)。
3.根据权利要求2所述的激光雷达传感器，其中，第一经分析处理的宏像素阵列(1)具有与所述经反射的激光信号的宽度(σ)相协调的宽度(4)。
4.根据权利要求3所述的激光雷达传感器，其中，所述第一经分析处理的宏像素阵列(1)设置用于，在所述经反射的激光信号的高原中探测经反射的激光信号。
5.根据权利要求3或4中任一项所述的激光雷达传感器，其中，第二经分析处理的宏像素阵列(2)具有比所述第一经分析处理的宏像素阵列(1)的宽度(4)更大的宽度(3)。
6.根据权利要求5所述的激光雷达传感器，其中，所述第二经分析处理的宏像素阵列(2)的宽度(3)覆盖所述经反射的激光信号的宽度(σ)的至少85％。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的激光雷达传感器，其中，所述至少两个经分析处理的宏像素阵列(1，2)的测量数据被并行地输出到点云中，或者其中，所述至少两个经分析处理的宏像素阵列(1，2)中的一个经分析处理的宏像素阵列的测量数据根据预确定的条件被输出。
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