-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Erfassung von Umfeldobjekten mit einer Lidarsensorik nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Einrichtung für die Erfassung von Umfeldobjekten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5. Unter Umfeld soll in diesem Zusammenhang insbesondere das Umfeld eines Fahrzeugs verstanden werden, das mit einer Lidarsensorik ausgerüstet ist. Unter Lidarsensorik soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Sensoreinrichtung eines Fahrerassistenzsystems verstanden werden, die mindestens einen Lidarsensor umfasst (LIDAR = Light Detecting And Ranging). Insbesondere ist der Lidarsensor ein so genannter Laserscanner, mit dem das Umfeld punktweise abgetastet wird und aus der zurück gestreuten Strahlung die Position und die Entfernung von Objekten in dem Umfeld bestimmt werden können. Die Funktionsweise eines Lidarsensors ist abhängig von den herrschenden Witterungsbedingungen. So wirken sich Nebel, Regen, Schneeflocken und/oder aufspritzender Gischt mehr oder weniger stark auf die Ausbreitung des Laserlichts und damit auch auf die Rückstreuung des ausgesandten Lichtimpulses aus. Weiterhin können nasse oder matschige Oberflächen infolge ihrer geänderten Absorptions- und Reflexionseigenschaften die Detektionsleistung eingesetzter Sensoren nachteilig beeinflussen. Aus der Rückstreuintensität ausgesandter Lichtimpulse wird zwischen unterschiedlichen Objekten, wie beispielsweise einem aufrecht stehenden Körper oder der Oberfläche einer Straße, unterschieden. Witterungseinflüsse, wie beispielsweise Regen, werden durch das relative Verhalten zwischen benachbarten Messwerten (z.B. bei einem Laserscanner) sowie einem zeitlichen Tracking von Objekten von Objekten isoliert und geglättet. Zum Beispiel werden plötzlich auftretende Objekte, die sehr klein sind und zudem sehr nahe an einem Fahrzeug liegen, als Regentropfen interpretiert. Als grundlegendes Detektionsprinzip für eine Unterscheidung zwischen Objekten und Witterungseinflüssen wird für eine Klassifikation die Änderung der Signalintensität über der Zeit herangezogen.
-
Aus
US 5 592 157 A sind eine Einrichtung und ein Verfahren für die Bestimmung der relativen Sichtbarkeit bekannt. Die Einrichtung umfasst einen Entfernungsmesser und einen in Abstand davon angeordneten Reflektor. Bei idealen Ausbreitungsbedingungen wird eine Messung durchgeführt und in einer Speichereinrichtung als Referenzwert gespeichert. Spätere Messungen werden mit dem gespeicherten Referenzwert verglichen, um Rückschlüsse auf die aktuellen Sichtverhältnisse zu ziehen. Bei schlechten Sichtbedingungen kann ein Warnsignal ausgegeben werden.
-
Aus
US 5 489 982 A ist ein Verfahren für die Bestimmung der Sichtweite bekannt. Dazu wird die zurückgestreute Strahlung eines Lichtsignals erfasst und mit einer spezifischen Kurve verglichen. Der eventuell störende Effekt eines sich in Strahlausbreitungsrichtung befindlichen Hindernisses wird kompensiert.
-
Aus
US 5206698 A ist eine Lidareinrichtung für die Messung atmosphärischer Störungen bekannt, die einen Sender für linear polarisierte Strahlung umfasst. Eine Empfangseinrichtung ist für den Empfang von Streustrahlung mit zwei Polarisationsrichtungen aus dem Bereich des Sendekonus ausgelegt. Weiterhin erfasst die Empfangseinrichtung Streustrahlung aus einem außerhalb des Sendekonus liegenden Raumwinkelbereich. Durch Auswertung der gestreuten Strahlung können Objekte in dem Ausbreitungsbereich und atmosphärische Störungen, wie beispielsweise Nebel, Regen, Schnee erfasst werden.
-
Aus
US 6498647 B1 ist eine Vorrichtung zur Sichtweitenmessung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bekannt, welche mindestens ein optisches Sendeelement, mindestens ein optisches Empfangselement und eine Meßsignal-Auswerteeinheit aufweist, die aus dem an einer oder mehreren unterschiedlich weit entfernten Raumzonen reflektierten Licht eine aktuelle Sichtweite ermittelt. Dabei sind Mittel vorhanden, welche eine Normierung mehrerer zeitlich nacheinander aufgenommener Messkurven durchführt, von denen jede aus mehreren Messwerten von an unterschiedlich weit entfernten Raumzonen reflektiertem Licht besteht, und dass die Mittel aus den genormten Messkurven eine mittlere Messkurve bilden und aus mindestens einem Messwert der gemittelten Messkurve eine Sichtweite ableiten, welche die Auswerteeinheit zum adaptiven Abgleich der aktuell ermittelten Sichtweite verwendet.
-
Aus
EP 0 635 731 A2 ist in Verfahren zum Bestimmen der Sichtweite bei dichterem Aerosol mittels eines Lidars, von welchem, durch einen ersten Sendekanal ein gepulster Laserstrahl gesendet wird und durch einen ersten Empfangskanal von dem Nebel rückgestreutes Laserlicht empfangen wird, wobei der erste Sendekanal und der erste Empfangskanal parallel zueinander ausgerichtet sind, wobei von dem Lidar zusätzlich durch einen zweiten Empfangskanal rückgestreutes Laserlicht empfangen wird und dieser zweite Empfangskanal in einem divergenten, spitzen Kippwinkel zu dem ersten Sendekanal ausgerichtet ist.
-
Aus
EP 0 773 453 A1 ist ein Laserfernerfassungssystem zum Zweck der Kollisionsvermeidung bei Kraftfahrzeugen bekannt. Das Laserfernerfassungssystem umfasst einen Lasersender zum Aussenden von Lichtimpulsen, einen elektrooptischen Empfänger, der ein der empfangenen Lichtstrahlung proportionales Signal erzeugt und eine mit dem Sender und dem Empfänger in Wirkverbindung stehende Verarbeitungseinrichtung. Die Verarbeitungseinrichtung vergleicht das von dem Empfänger bereitgestellte, der empfangenen Lichtstrahlung proportionale Signal mit einem Schwellwert und erzeugt ein Ausgangssignal, wenn das Signal den Schwellwert überschreitet.
-
Die
DE 42 33 379 C1 zeigt eine relative Sichtweitenbestimmung, wobei eine Referenzlaufzeit eines Messpulses über eine Referenzentfernung zwischen einem Pulslaufzeit-Entfernungsmesser und einem beliebigen Reflektor unter Idealbedingungen gemessen und gespeichert wird. Weiterhin wird eine Referenzamplitude eines von dem Reflektor reflektierten Mespulses unter Idealbedingungen gemessen und gespeichert. Dann wird ein Realsignal, das gleich dem zeitlichen Verlauf der Empfangssignale des Pulslaufzeit-Entfernungsmessers unter Realbedingungen ist, gemessen und gespeichert. Es folgt die Bestimmung einer Realamplitude, die gleich der Amplitude des zeitlichen Anteils des Realsignals mit einer Laufzeit gleich der Referenzlaufzeit ist, sowie die Ermittlung des Verhältnisses von Realamplitude zu Referenzamplitude. Aus den Vergleichen
- • des Verhältnisses mit einem von der zu bestimmenden Sichtweite abhängigen Schwellwert und
- • der Signalform des Realsignals mit Standardformen für die Sichtweite beeinflussende Zustände der Messstrecke bis zum Reflektor
wird dann ein Schalt- und/oder Warnsignals für den Fall einer Sichtweitenunterschreitung oder einer Messtörung erzeugt.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die Erfindung stellt ein Verfahren und eine Einrichtung bereit, die eine zuverlässige Erfassung von Umfeldobjekten mit einer Lidarsensorik auch unter schlechten Witterungsbedingungen ermöglichen. Die Erfindung bietet insbesondere den Vorteil, dass durch die witterungsabhängige Erfassung der Sichtweitenverhältnisse relevante Umfeldobjekte auch noch bei schwierigen Sichtverhältnissen, wie insbesondere Nebel, erkannt werden können. Weiterhin kann bei Störungen, wie Gischt oder dergleichen, die Gefahr von Fehlmessungen erkannt und durch eine Korrektur berücksichtigt werden. Dadurch lassen sich überflüssige Fehleingriffe eines Fahrerassistenzsystems, wie beispielsweise ein Bremseingriff, zuverlässig und kostengünstig verhindern. Dadurch, dass erfindungsgemäß praktisch ständig ein Referenzsignal bereitgestellt wird, kann zuverlässig verhindert werden, dass das System infolge der Anhebung von Schwellwerten zu unempfindlich wird oder dass spontan auftretende atmosphärische Störungen, wie beispielsweise Auspuffgase, irrtümlich als relevante Objekte bewertet werden. Zusätzlich kann die aktuell vorliegende Sichtweite erkannt werden. Auch ist die Erkennung der Art und Stärke von die Sicht beeinträchtigenden Niederschlägen möglich. Diese Information kann vorteilhaft für die Steuerung weiterer Bordsysteme eingesetzt werden. So können auf der Videosensorik basierende Funktionen eines Fahrerassistenzsystems in einen speziellen Modus, beispielsweise empfindlicher geschaltet werden. Alternativ kann, bei besonders schlechten Sichtbedingungen, die Videosensorik völlig abgeschaltet und ein entsprechender Hinweis für den Fahrer ausgegeben werden. Durch modellbasiertes Vorabwissen über das befahrene Umfeld und darin vorhandene Objekte können aktuelle Messdaten der Lidarsensorik noch gezielter ausgewertet werden. Dadurch kann die Detektionsgenauigkeit für unbekannte Objekte vorteilhaft gesteigert werden. Über die gemeinsame Steuerung mehrerer Abtaststrahlen und deren Konzentration auf ein potentielles Zielobjekt können die Detektionsreichweite und die Robustheit der Messungen gesteigert werden. Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine Szene aus dem Fahrzeugumfeld bei schlechten Sichtbedingungen;
- 2 eine Kurve mit Darstellung eines Empfängersignals über der Pulslaufzeit;
- 3 die Erfassung einer atmosphärischen Störung mit Hilfe der an einem Referenzobjekt reflektierten Strahlung.
-
Optischen Detektionsverfahren ist gemeinsam, dass atmosphärische Störungen, wie beispielsweise Nebel, Regen, Schnee, Kondensatwolken von Autoabgasen zu einer erhöhten Fehlalarmrate durch so genannte Scheinobjekte führen können. Betrachtet man eine Rückstreukurve eines Lidarpulses in einer Raumrichtung, bei der ein Empfängersignal über der Pulslaufzeit dargestellt ist, dann kann man unter realen Bedingungen üblicherweise mehrere Rückstreureflexe erkennen, die eine vorgegebene Schwelle des Rückstreusignals überschreiten. Rückstreureflexe können von Verschmutzungen auf der Frontscheibe des Fahrzeugs, Regentropfen, Nebel und so genannten relevanten Zielen, beispielsweise Fremdfahrzeugen, stammen. Ein derartiger Rückstreureflex ist insbesondere durch seine Lage, seine Höhe (Amplitude) und seine Breite (Volumeneffekt der Rückstreuung in trüben Medien) charakterisiert. In Ausbreitungsrichtung des Lidarpulses tiefe atmosphärische Störungen, wie z.B. Nebel, Schnee oder Regen zeigen eine Verbreiterung der Signaturen im Rückstreusignal und können damit im Vergleich zu relevanten Verkehrsobjekten klassifiziert und ggf. quantifiziert werden, was für eine Schätzung der Sichtweite von Bedeutung ist. Derartige tiefe Volumenstörungen können sich über den gesamten Detektionsbereich in Längsrichtung des Lidarpulses erstrecken. Ihre Ausdehnung in Längsrichtung ist damit größer als das Trennvermögen des Sensors. Regen und Schnee sind stark fluktuierende atmosphärische Störungen, die im Allgemeinen zu einem vergrößerten Rauschen in der Rückstreukurve und zu einer Reduktion der Reichweite führen. Das Trennvermögen hängt von der Pulslänge ab. Ein 10 ns Impuls erstreckt sich beispielsweise über eine Länge von etwa 1,5 m. In Ausbreitungsrichtung gesehen „kurze“ atmosphärische Störungen, wie beispielsweise Kondensatwolken von Auspuffgasen oder Kondensatwolken über Gullideckeln, sind, hinsichtlich der Pulsbreite, kaum von so genannten „harten“ Reflexen von relevanten Objekten zu trennen. Die Reflexbreite entspricht dabei im Wesentlichen der Pulsbreite selbst.
-
Die Erkennung und Unterdrückung atmosphärischer Störungen beruht erfindungsgemäß darauf, dass zumindest Anteile des ausgesandten Lichts, zum Beispiel eine Kondensatwolke durchdringen und bei geeigneter Ausrichtung des Sensors auf ein meist vorhandenes Referenzobjekt, insbesondere die Straßenoberfläche, treffen. Dies wird im Folgenden unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.
-
1 zeigt eine Szene aus dem Fahrzeugumfeld eines Egofahrzeugs bei schlechten Sichtbedingungen. Das in Fahrtrichtung aufgenommene Bild lässt, infolge atmosphärischer Störungen durch Nebel, Gischt, Schneefall oder dergleichen, kaum noch die vor dem Egofahrzeug befindlichen Objekte, insbesondere andere Verkehrsteilnehmer, erkennen. Das Egofahrzeug ist mit einer Umfeldsensorik ausgerüstet, die beispielsweise auch einen Lidarsensor umfasst (Lidar = Light detecting and ranging). Ein Lidarsensor sendet Strahlungsimpulse aus, die an Hindernissen auf dem Ausbreitungsweg der Strahlung reflektiert werden. An Hindernissen reflektierte Strahlung gelangt zum Lidarsensor zurück und kann von diesem ausgewertet werden. Als Hindernisse kommen Objekte in dem Umfeld des Fahrzeugs und/oder atmosphärische Störungen in Betracht, die Strahlung reflektierende oder Strahlung streuende Teilchen, wie zum Beispiel Wassertröpfchen oder dergleichen umfassen. Mit Hilfe geeigneter Ablenkmittel, wie beispielsweise Ablenkspiegel, kann das Umfeld des Fahrzeugs in zwei oder drei Dimensionen abgetastet werden. Mit Hilfe des Lidarsensors können in Ausbreitungsrichtung des Lichtimpulses liegende Objekte erfasst und deren Entfernung durch eine Laufzeitmessung bestimmt werden.
-
Die in 2 abgebildete Kurve ist eine Darstellung des Empfängersignals des Lidarsensors in Abhängigkeit von der der Entfernung proportionalen Pulslaufzeit des Lichtimpulses, wobei die Echoimpulse aus einer bestimmten Ausbreitungsrichtung erfasst sind. Das Empfängersignal ist die an einem Objekt in Ausbreitungsrichtung des Lichtimpulses reflektierte Strahlung. Auf der Y-Achse des Diagramms sind Amplitudenwerte der reflektierten Strahlung IR, auf der X-Achse Entfernungen D aufgetragen. Die in 2 dargestellte Kurve zeigt Maxima in den Entfernungen D1, D2, D3 und D4. Der der kurzen Entfernung D1 entsprechende Echoimpuls E1 mit der Breite B1 stammt von einer Reflexion an der Austrittslinse (Ziel 1) des Lidarsensors. Der stark verbreiterte Echoimpuls E2 mit seinem Maximalwert in der Entfernung D2 und der Breite B2 ist auf eine Rückstreuung an einer atmosphärischen Störung (Ziel 2 in 1), wie beispielsweise, Nebel, Regen, Schnee, oder dergleichen, bzw. an einer Kondensatwolke oder ähnliches, zurückzuführen. Der Echoimpuls E3 aus der Entfernung D3 mit der Breite B3 stammt von einem Ziel 3 in 1, das bei der schlechten Sicht gerade noch erkennbar ist. Ein weiterer Echoimpuls E4 mit der Breite B4 stammt von einem Ziel 4 in 1, das bei den schlechten Sichtbedingungen gerade noch erkennbar ist. Ein Echoimpuls, der eine bestimmte, vorgebbare Schwelle überschreitet, ist also, gemäß dieser Darstellung, durch seine Entfernung D auf einer Entfernungsachse (X-Achse), seine Amplitude (entspricht der IR-Reflektivität des rückstreuenden Ziels) und seine Breite B gekennzeichnet. Als Breite B kann beispielsweise die Breite B bei dem halben Amplitudenwert des Impulses festgelegt werden. Ein besonders großer Wert der Breite B entspricht beispielsweise einem Volumeneffekt der Rückstreuung in trüben Medien, wie insbesondere Nebel oder dergleichen. In Ausbreitungsrichtung des Lichtimpulses „tiefe“ Ziele, wie hier das Ziel 2 mit der Breite B2 des rückgestreuten Impulses, beispielsweise eine Nebelbank, zeigen eine Verbreiterung der Signaturen im zurückgestreuten Signal und können dadurch vergleichsweise einfach von zurückgestreuten Signalen unterschieden werden, die von relevanten Zielen (Ziel 3, Ziel 4) stammen. Die an relevanten Zielen zurückgestreuten Signale zeichnen sich durch eine wesentlich geringere Breite, wie beispielsweise B3, B4 aus. Die unterschiedlichen Signale können anhand dieser Kriterien klassifiziert und ggf. auch quantifiziert werden. Auf dieser Basis ist vorteilhaft beispielsweise eine Schätzung der Sichtweite möglich. Im Vergleich zu Regen oder ähnlichen atmosphärischen Störungen, ist Nebel eine vergleichsweise stabile atmosphärische Störung, die zu einer Reduktion der Reichweite führt. In Ausbreitungsrichtung des Lidar-Pulses „kurze“ atmosphärische Störungen, wie beispielsweise die oben schon erwähnten Kondensatwolken, sind bezüglich der Pulsbreite kaum von Echoimpulsen zu unterscheiden, die auf relevante Ziele (hier die Ziele 3, 4) zurückzuführen sind. Regen und Schnee sind stark fluktuierende atmosphärische Störungen, die, in der Regel, zu einem erhöhten Rauschen in der Kurve der Echoimpulse führen. Auch sie haben eine verminderte Reichweite zur Folge. Kondensatwolken zeigen üblicherweise eine geringere Fluktuation im Vergleich zu anderen atmosphärischen Störungen, wie beispielsweise Regen oder Schnee. Dies führt zu instationären Bewegungsmustern bei an solchen Kondensatwolken zurückgestreuten Echoimpulsen.
-
3 verdeutlicht die Erfassung einer atmosphärischen Störung mit Hilfe der an einem Referenzobjekt reflektierten Strahlung anhand eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Dargestellt ist eine Verkehrssituation mit einem einen Lidarsensor 31 umfassenden Fahrzeug 30 und eine darüber gezeichnete Kurve K, die die Rückstreuintensität R als Funktion des Abstands A von dem Lidarsensor 31 zeigt. Eine vorgegebene Detektionsschwelle ist mit DS bezeichnet. An dem lediglich schematisch dargestellten Fahrzeug 30 ist der einstrahlige Lidarsensor 31 derart angeordnet, dass ein von dem Lidarsensor 31 ausgesandter Lichtpuls des Abtaststrahls 31.1 auf ein meistens vorhandenes Referenzobjekt, hier insbesondere die Straßenoberfläche 33, trifft. Befindet sich beispielsweise eine Kondensatwolke 32 in Ausbreitungsrichtung des Laserpulses vor einem Ziel, so würde diese in dem dargestellten Beispiel als relevantes Objekt erkannt, da die Rückstreuintensität mit dem Maximum M1 über der vorgegebenen Detektionsschwelle DS liegt. Würde zum Beispiel eine in einem Fahrerassistenzsystem applizierte Notbremsfunktion das Fahrzeug 30 nach Detektion dieses Objekts bremsen, wäre dies eine überflüssige und den Komfort des Fahrers beeinträchtigende Fehlfunktion. Dieser Nachteil wird nun erfindungsgemäß dadurch vermieden, dass der von dem Lidarsensor 31 ausgesandte Abtaststrahl 31.1 nach Durchdringen der Kondensatwolke 32 auf die Straßenoberfläche 33 auftrifft und von dort reflektiert wird. Die dadurch detektierte Rückstreuintensität mit dem Maximum M2 liegt ebenfalls über der Detektionsschwelle DS, so dass von dem Lidarsensor 31 hinter dem ersten detektierten Objekt, nämlich der Kondensatwolke 32, mit geringstem Abstand zu der Front des Fahrzeugs 30 noch ein weiteres Objekt detektiert wird. Wird in dem Lidarsensor 31 die von der Straßenoberfläche 33 herrührende Rückstreuintensität erfasst, dann kann daraus geschlossen werden, dass das zuvor von der Laserstrahlung durchdrungene Objekt, also hier die Kondensatwolke 32, über eine gewisse Transparenz verfügt, also mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit kein relevantes Ziel sein kann. Auf Grundlage dieser Information kann dann die sonst durch derartige Objekte hervorgerufene Fehlauslöserate deutlich verringert und dadurch der Fahrkomfort gesteigert werden. Besonders vorteilhaft kann ein Lidarsensor 31 mit einer Mehrzahl von Abtaststrahlen 31.1 eingesetzt werden, weil auf diese Weise eine Vielzahl von Zielen mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann. Mindestens einer der Vielzahl von Abtaststrahlen 31.1 kann dann permanent auf ein Referenzobjekt 33, insbesondere die Straßenoberfläche, gerichtet werden. Vorteilhaft ist dabei die Einrichtung derart an dem Fahrzeug 30 angeordnet, dass mindestens ein Abtaststrahl 31.1 in einem vorgebbaren Abstand auf die in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 30 vor dem Fahrzeug 30 liegende Straßenoberfläche 33 gerichtet ist.
-
Bei Erfassung eines nicht relevanten Ziels, wie beispielsweise der in 3 dargestellten Kondensatwolke 32, können von einem Fahrerassistenzsystem aufgrund dieses Ziels bereits eingeleitete Eingriffe in Bordsysteme des Fahrzeugs 30, wie beispielsweise ein Bremseingriff als Notmaßnahme, unterdrückt werden, um auf diese Weise die Fehlauslöserate zu verringern. Dadurch kann der Fahrkomfort verbessert werden, da der Fahrer nun nicht mehr überflüssigen Eingriffsmaßnahmen ausgesetzt ist.
