CN116113846A - 用于确定激光雷达传感器的误检的方法和装置 - Google Patents

用于确定激光雷达传感器的误检的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于确定激光雷达传感器(1)在车辆环境扫描过程中的误检(E)的方法。根据本发明，对于在激光雷达传感器(1)的扫描区域内被反射回到该激光雷达传感器的每个激光脉冲(R1～R4)，检查其是否多次以不同的距离被反射回来，其中，被多次反射回来的激光脉冲(R1～R4)的一阶反射被集群，并且当所产生的集群(C1,C2)中的反射的距离评估表明所述激光脉冲(R1～R4)在至少近似均匀的反射表面处被反射时，将跟在相应的一阶反射之后的进一步反射标记为误检(E)。本发明还涉及一种用于确定激光雷达传感器(1)在车辆环境扫描过程中的误检(E)的装置。

Description

用于确定激光雷达传感器的误检的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定激光雷达传感器在车辆环境的扫描过程中的误检的方法。
本发明还涉及一种用于确定激光雷达传感器在车辆环境的扫描过程中的误检的装置。
背景技术
由DE 199 47 593A1公开一种车辆用雷达设备，其能够安装在车辆上。雷达设备具有用于以平行于车辆所行驶的道路表面的雷达射线扫描扫描区的雷达射线扫描装置。另外，雷达设备具有用于接收雷达射线的反射波以基于反射波创建所测对象图像的对象检测装置，其中，对象检测装置包括鬼影回波确定装置以确定所创建的所测对象图像是否是鬼影回波。
发明内容
本发明的任务是指明一种用于确定激光雷达传感器的误检的新的方法和新的装置。
根据本发明，该任务通过一种具有如权利要求1所说明的特征的方法以及一种具有如权利要求7所说明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。
在这种用于确定激光雷达传感器在车辆环境扫描过程中的误检的方法中，根据本发明，对于在激光雷达传感器的扫描区域内被反射回到该激光雷达传感器的每个激光脉冲，检查其是否多次以不同的距离被反射回来。另外，被多次反射回来的激光脉冲的一阶反射被集群。当所产生的集群中的反射的距离评估表明该激光脉冲在至少近似均匀的反射表面处被反射时，将跟在相应的一阶反射之后的进一步反射标记为误检。
借助该方法，能以可靠方式确定激光雷达在车辆环境扫描过程中的误检，也称为鬼影目标或鬼影回波。因而可能的是，避免在真实交通场景中激光雷达因反射性表面例如像其它车辆的风挡玻璃导致的严重限制。因此可以提高司机辅助系统、尤其也是自动化、尤其高度自动化或自主驾驶车辆的工作可靠性。
在该方法的一个可能设计中，另外只有当该集群的进一步反射以比一阶反射更大的距离进行时，才将所述进一步反射标记为误检。因此进一步提高对误检的判定的可靠性。
在该方法的另一个可能设计中，在确定表面时，该集群被区分为具有平坦表面(即平面)的集群、具有弧形表面的集群、在正好一个空间方向上延伸的集群和在三个空间方向上延伸的集群。依据所述区分，可以如此实现集群划分，即，已经能以简单方式依据所述划分来判断在该集群中是否可能有误检。
在该方法的另一个可能设计中，仅将具有平坦表面的集群和具有略呈弧形的表面的集群标示为近乎均匀的反射表面。
在该方法的另一个可能设计中，将在正好一个空间方向上延伸的集群标示为表示对象边缘的集群。
在该方法的另一可能设计中，将在三个空间方向上延伸的集群标示为表示灰尘和/或雾和/或微粒结构的集群。
根据本发明的用于确定激光雷达传感器在车辆环境扫描过程中的误检的装置包括评估单元，其设计成：
-对于在激光雷达扫描区域内被反射回到激光雷达的每个激光脉冲，检查其是否多次以不同的距离被反射回来，
-将被多次反射回来的激光脉冲的一阶反射进行集群，并且
-当所产生的集群中的反射的距离评估表明该激光脉冲在至少近似均匀的反射表面处被反射时，将跟在相应的一阶反射之后的进一步反射标记为误检。
该装置允许以可靠方式确定激光雷达传感器在车辆环境扫描过程中的误检。因此可行的是，避免在真实交通场景中激光雷达传感器的因反射性材料例如像另一车辆的风挡玻璃导致的严重限制。因此可以提高司机辅助系统、尤其也是自动化、尤其高度自动化或自主驾驶车辆的工作可靠性。
附图说明
以下依据附图来详细解释本发明的实施例，其中：
图1示意性示出一个激光雷达传感器、一个对象和在对象处漫反射时的激光射线走向，
图2示意性示出一个激光雷达传感器、两个对象和在其中一个对象处类似镜面反射时和在另一对象处漫反射时的激光射线走向，
图3示意性示出一个激光雷达传感器、两个对象和一个鬼影对象以及激光射线走向，
图4示意性示出交通场景，
图5示意性示出一个激光雷达传感器、两个对象和所反射的激光脉冲的走向，
图6示意性示出一个激光雷达传感器、一个对象和在激光雷达传感器和对象之间有灰尘或雾时所反射的激光脉冲的走向，
图7示意性示出一个激光雷达传感器、一个部分透射性对象、两个非透射性对象和所反射的激光脉冲的走向，
图8示意性示出一个激光雷达传感器、一个部分透射性对象、三个非透射性对象和所反射的激光脉冲的走向，
图9示意性示出一个激光雷达传感器、两个对象和所反射的激光脉冲的走向，
图10示意性示出一个激光雷达传感器、两个对象、通过灰尘/或雾形成的另一对象和所反射的激光脉冲的走向，
图11示意性示出一个激光雷达传感器、一个部分透射性对象、两个非透射性对象和所反射的激光脉冲的走向。
彼此对应的零部件在所有附图中带有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出一个激光雷达传感器1、一个对象2和在对象2处漫反射时的激光射线L1、L2的走向。
对于图4所详细示出的车辆5及其司机辅助系统、例如对于自动化、尤其高度自动化或自主驾驶车辆5来说，激光雷达传感器1对检测车辆环境极其重要，因为借助激光雷达传感器1可以实现车辆5周围交通场景的精确三维理解。但是，对于应用在这种危及安全的场景中重要的是，确定如图11所示的激光雷达传感器的误检或测距误报。如果这种误检未被识别，则可能导致有危害地自动干预车辆5的纵向控制和/或横向控制，由此可能导致危险的状况，如无理由的急刹。
激光雷达传感器1的特点一般是误报率很低、即低的噪音水平。在大多数目标材料的情况下，入射的激光射线L1、L2被漫反射，即，在所有可能的方向上反射。这意味着一部分光被直接反射回到激光雷达传感器1中，这允许精确测距。
但是，镜面反射可能在强反射表面处占优。这在图2中被详细示出，其中，图2示出一个激光雷达传感器1、两个对象2、3和在其中一个对象3处发生类似镜面反射和在另一对象2处发生漫反射时的激光射线L1、L2的走向。
在此，来自激光雷达传感器1的激光射线L1发生偏转，它因此作为激光射线L2可能射中其它的非镜面反射表面例如对象2。在此，激光雷达传感器1不测量激光射线L1距对象3表面的距离，而是测量两条激光射线L1、L2的曲折路径的总长度。
在此，未给激光雷达传感器1提供指明激光射线L2已转向的信息，因而假定是沿直线进行测距。因此得到沿激光射线L1的初始出射方向的误检，由此造成识别如图3所示的鬼影对象4。
这是一个基本问题，其可能被忽视而导致严重错误。在真实的交通场景中，出现通常呈其它车辆6的风挡玻璃7形式(图4所示)的强镜面反射性表面。即便未发生完美镜面反射，它们仍偏转至少一部分的入射激光射线L1。当偏转的激光射线L2随后射中强反射性的次级对象2如交通标志8时，由此造成的间接路径可以代替例如通过在车辆风挡玻璃处的漫反射形成的直接路径。
这种情况在图4中被示例性示出。图4在此示出交通场景，其包含具有激光雷达传感器1的车辆5、位于其前方的且设计成另一车辆6的对象3、设计成交通标志8的另一对象2和一个鬼影对象4。
这种鬼影对象4在此看上去在道路FB上处于车辆5前方。这种误检可能在较长时间内都是持续的，但也可能具有不常见的动态，因为准确位置取决于两台车辆5、6之间的相对距离和在主目标和次目标之间、例如在风挡玻璃7与交通标志8之间的距离。如果这样的反射效应未被识别，则有下述危险：司机辅助系统或用于车辆5自动化驾驶的系统对鬼影对象4作出反应并且启动对车辆5的纵向和/或横向控制的错误干预，例如急刹或避让动作。
为了实现对这种反射效应的识别和随之而来的对鬼影对象的可靠识别，规定了确定激光雷达传感器1在车辆环境扫描过程中的误检，其依据以下图5-11而被描述。
在此，图5示出一个激光雷达传感器1和两个对象2、3，其中，位于对象2和激光雷达传感器1之间的对象3仅部分被借助激光雷达传感器1所发出的激光射线L1射中。在此情况下形成两个反射的激光脉冲R1、R2。
图6示出一个激光雷达传感器1、一个对象2和由在激光雷达传感器1和对象2之间的灰尘和/或雾形成的另一对象3。由于灰尘和/或雾而也形成两个反射的激光脉冲R1、R2。
图7示出一个激光雷达传感器1、一个部分透射性对象3例如车辆6的风挡玻璃7、两个非透射性对象2、9。
这种部分透射性对象3例如玻璃窗可能导致三种不同的测距。在此情况下例如可能被有缺陷的且可能脏污的风挡玻璃7直接漫反射，如通过所反射的激光脉冲R1所表示的那样。
也可能出现在玻璃表面处的镜面反射，其可能导致鬼影反射，这由所反射的激光脉冲R2、R2′表示。尤其是，所反射的激光脉冲R2作为沿初始射线方向的误报激光脉冲R2′被呈报。
另外，穿过玻璃的透射和在作为背景物构成的对象2处的漫反射可能导致所反射的激光脉冲R3。
在一个未详细示出的设计中，所反射的激光脉冲R2的长度也可能大于所反射的激光脉冲R3的长度。但是，由反射激光脉冲R1表示的直接漫反射始终为以最短距离被接收的一阶反射。
在未详细示出的实施例中，其它光路也是可行的，例如在射中设计成背景物的对象2之后被风挡玻璃7背面反射，但其阶数更高且明显减弱。
为了识别误检(例如像所反射的激光脉冲R2′)而需要首先区分如图5和6所示的场景。因为并非每个激光射线都导致根据在图7所示的场景中在风挡玻璃7处所反射的激光脉冲R1的直接弱反射，故这种区分变得困难。
图8依据更复杂的场景详细示出该问题。在此，图8示出一个激光雷达传感器1、一个部分透射性对象3、三个非透射性对象2、9、10和所反射的激光脉冲R1-R4的走向。
在透射性对象3如车辆6的风挡玻璃7处的直接漫反射导致在对象3表面处的少量一阶反射，其中，一阶反射借助方块被示出。
对于一些激光射线，在对象3处的镜面反射占优；对于另外一些激光射线，在对象3处的透射光路占优，故产生在对象2和9处的反射。在此情况下，在大多数情况下激光射线按下述方式透过对象3，即，一阶反射只出现在对象2、9处。
此外，激光射线的二阶反射作为三角被示出，三阶反射作为圆圈被示出。
为了确定测量中的误检而规定，借助激光雷达传感器1执行的整个扫描过程被检查有无具有二阶和可能更高阶反射的测量结果。
接着，简单的欧几里德聚类算法被用于在图9-11中作为方块被示出的所有一阶反射，以汇总接近点。
对于每个如此构成的扩大集群C1、C2，执行主组成分析，这导致三个排序的固有值λ1≥λ2≥λ3。集群C1、C2在图9-11中被详细示出。
具有λ1,λ2＞＞λλ3的平面集群C1、C2和具有略呈弧形的表面的集群C1、C2被标记为反射性表面的候选者。而仅朝一个方向延伸(λ1＞＞λ2,λ3)的集群C1、C2很有可能源自对象边缘并因此未被标记。在所有方向上延伸(λ1≈λ2≈λ3)的集群C1、C2很有可能源自雾和/或灰尘和/或微粒结构例如树或植物并且也未被标记。
作为误报反射或误检E，标记满足以下两个条件的测量结果：
1.该反射来自沿如下激光射线的测量，该激光射线延伸经过由所标记的集群C1、C2限定或跨越的空间(在图9-11中由一阶反射的虚线框边表示)。
2.距反射的距离大于距所标记的集群C1的距离，即，该反射从激光雷达传感器看位于集群C1、C2之后。
图9示出一个激光雷达传感器1、两个对象2、3和所反射的激光脉冲R1、R2的走向。在此，激光射线在对象2的边缘处被部分反射，其中，余下部分在另一对象处被反射。在此，在对象2边缘处的反射是一阶反射，在另一对象3处的反射是二阶反射。因为不存在包含二阶反射的扩大区域，故仅在一阶反射区域内的一个集群C1被标记。随后没有进一步反射的其余反射(由叉形表示)未被标记。
图10示出一个激光雷达传感器1、两个对象2、9和通过在激光雷达传感器1与对象2、9之间的灰尘和/或雾形成的另一对象3。随后发生进一步反射(作为三角被示出)的所有反射(作为方块被示出)被归为一个集群C1。
图11示出一个激光雷达传感器1和三个对象2、3和9，其中，一个对象3呈透射性例如作为车辆6的风挡玻璃7构成。随后发生进一步反射(作为三角被示出)的所有反射(作为方块被示出)被归为集群C1、C2。在此情况下，集群C2具有平坦表面并因此被标记。对于穿过由集群C2限定的空间的所有激光射线，对应的反射被标记为误检E。

Claims (7)

1.一种用于确定激光雷达传感器(1)在车辆环境扫描过程中的误检(E)的方法，其特征在于，
-对于在该激光雷达传感器(1)的扫描区域内被反射回到该激光雷达传感器的每个激光脉冲(R1～R4)，检查其是否多次以不同的距离被反射回来，
-被多次反射回来的激光脉冲(R1～R4)的一阶反射被集群，并且
-当所产生的集群(C1,C2)中的反射的距离评估表明所述激光脉冲(R1～R4)在至少近似均匀的反射表面处被反射时，将跟在相应的一阶反射之后的进一步反射标记为误检(E)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，另外只有当该集群(C1,C2)的进一步反射以比该一阶反射更大的距离进行时，才将所述进一步反射标记为误检(E)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在确定表面时，将该集群(C1,C2)区分为：
-具有平坦表面的集群(C1,C2)，
-具有弧形表面的集群(C1,C2)，
-在正好一个空间方向上延伸的集群(C1,C2)，和
-在三个空间方向上延伸的集群(C1,C2)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，仅将具有平坦表面的集群(C1,B2)和具有略呈弧形的表面的集群(C1,C2)标示为近乎均匀的反射表面。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，将在正好一个空间方向上延伸的集群(C1,C2)标示为表示对象(2,3,9,10)的边缘的集群(C1,C2)。
6.根据权利要求3至5之一所述的方法，其特征在于，将在三个空间方向上延伸的集群(C1,C2)标示为表示灰尘和/或雾和/或微粒结构的集群(C1,C2)。
7.一种用于确定激光雷达传感器(1)在车辆环境扫描过程中的误检(E)的装置，其特征在于，设有评估单元，该评估单元设计成：
-对于在该激光雷达传感器(1)的扫描区域内被反射回到该激光雷达传感器的每个激光脉冲(R1～R4)，检查其是否多次以不同的距离被反射回来，
-被多次反射回来的激光脉冲(R1～R4)的一阶反射被集群，并且
-当所产生的集群(C1,C2)中的反射的距离评估表明所述激光脉冲(R1～R4)在至少近似均匀的反射表面处被反射时，将跟在相应的一阶反射之后的进一步反射标记为误检(E)。
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