DE102016108436A1

DE102016108436A1 - Lidar mit sechseckigem Laserfeld

Info

Publication number: DE102016108436A1
Application number: DE102016108436.0A
Authority: DE
Inventors: Ran Y. Gazit; Oded Bialer; Kobi Jacob Scheim; Ariel Lipson
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-05-07
Filing date: 2016-05-06
Publication date: 2016-11-10
Also published as: US10114109B2; CN106125062B; US20160327637A1; CN106125062A

Abstract

Ein Lidarfeldsystem und ein Verfahren zum Aufbauen eines Lidarfeldsystem, das mehrere Beleuchtungseinrichtungen und mehrere Detektoren enthält, umfasst, dass mehrere Sechsecke mit gleicher Größe derart entworfen werden, dass zwischen benachbarten der mehreren Sechsecke keine Lücken bleiben, und dass eine Anordnung der mehreren Beleuchtungseinrichtungen oder der mehreren Detektoren in Übereinstimmung mit einem sechseckigen Aufbau entworfen wird, wobei das Entwerfen umfasst, dass eine oder mehrere Beleuchtungseinrichtungen der mehreren Beleuchtungseinrichtungen oder ein oder mehrere Detektoren der mehreren Detektoren innerhalb jeweiliger der mehreren Sechsecke angeordnet werden, wobei sich die eine oder die mehreren Beleuchtungseinrichtungen oder der eine oder die mehreren Detektoren an einer gleichen Position innerhalb jedes der jeweiligen der mehreren Sechsecke befinden. Das Implementieren des Entwurfs wird durchgeführt, indem die mehreren Beleuchtungseinrichtungen oder die mehreren Detektoren in Übereinstimmung mit der Anordnung angeordnet werden.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung ist eine nicht vorläufige Fortsetzung aus der vorläufigen US-Anmeldung mit der Nr. 62/158,293, die am 7. Mai 2015 eingereicht wurde, wobei deren Offenbarungsgehalt hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lidar mit einem sechseckigen bzw. hexagonalen Laserfeld.
HINTERGRUND
Lidar, was als Lichtradar oder Lichtdetektion und Entfernungsmessung mit einem Laserfeld bezeichnet werden kann, betrifft allgemein das Ausstrahlen von Licht an ein Objekt und das Empfangen und Verarbeiten einer resultierenden Reflexion. Ein Feld aus Beleuchtungseinrichtungen (z. B. Lasern, lichtemittierenden Dioden (LEDs)) kann in einem Lidarfeldsystem verwendet werden, um Reflexionen von einem größeren Sichtfeld zu erhalten, als dies mit einer einzigen Beleuchtungseinrichtung möglich ist. Typischerweise wird ein rechteckiger Zellenaufbau verwendet, um eine Anordnung der Beleuchtungseinrichtungen des Felds zu bestimmen. Jedoch wird die Anzahl der Beleuchtungseinrichtungen, die für ein gegebenes Sichtfeld benötigt wird, mit dem rechteckigen Zellenaufbau nicht minimiert. Folglich ist es wünschenswert, einen anderen Aufbau für eine Anordnung der Beleuchtungseinrichtungen des Felds bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Aufbauen eines Lidarfeldsystems, das mehrere Beleuchtungseinrichtungen und mehrere Detektoren umfasst, dass mehrere Sechsecke mit gleicher Größe derart entworfen werden, dass zwischen benachbarten der mehreren Sechsecke keine Lücken übrig bleiben; dass eine Anordnung der mehreren Beleuchtungseinrichtungen oder der mehreren Detektoren in Übereinstimmung mit einem sechseckigen Aufbau entworfen wird, wobei das Entwerfen umfasst, dass eine oder mehrere Beleuchtungseinrichtungen der mehreren Beleuchtungseinrichtungen oder einer oder mehrere Detektoren der mehreren Detektoren in jeweiligen der mehreren Sechsecke angeordnet werden, wobei sich die eine oder die mehreren Beleuchtungseinrichtungen oder der eine oder die mehreren Detektoren in den jeweiligen der mehreren Sechsecke an einer gleichen Position befinden; und dass der Entwurf implementiert wird, indem die mehreren Beleuchtungseinrichtungen oder die mehreren Detektoren in Übereinstimmung mit der Anordnung angeordnet werden.
In Übereinstimmung mit einer anderen beispielhaften Ausführungsform enthält ein Lidarfeldsystem mehrere Beleuchtungseinrichtungen oder Detektoren, die in Übereinstimmung mit einem sechseckigen Aufbau angeordnet sind, wobei der sechseckige Aufbau aus mehreren hexagonalen Formen mit einer gleichen Größe besteht, die ohne Lücken zwischen benachbarten der mehreren hexagonalen Formen angeordnet sind, wobei eine/ein oder mehrere der mehreren Beleuchtungseinrichtungen oder Detektoren in einem jeweiligen der mehreren Sechsecke angeordnet ist bzw. sind und die/der eine oder die mehreren Beleuchtungseinrichtungen oder Detektoren sich innerhalb jedes der jeweiligen der mehreren Sechsecke an einer gleiche Position befinden; einen ersten Satz von Drähten entlang einer ersten Achse; und einen zweiten Satz von Drähten entlang einer zweiten Achse.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der Erfindung, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur als Beispiel in der folgenden genauen Beschreibung von Ausführungsformen, wobei die genaue Beschreibung auf die Zeichnungen Bezug nimmt, in denen:
1 einen herkömmlichen Lidarfeldaufbau zeigt;
2 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Lidarfeldsystems in Übereinstimmung mit Ausführungsformen ist;
3 einen sechseckigen Aufbau des Lidarfelds in Übereinstimmung mit Ausführungsformen zeigt;
4 einen Vergleich von beleuchteten mit nicht beleuchteten Flächen für den rechteckigen Aufbau und den sechseckigen Aufbau in Übereinstimmung mit Ausführungsformen zeigt;
5 eine Fehlbeleuchtungsdistanz (MID, MID von missillumination distance) für den rechteckigen Aufbau und den sechseckigen Aufbau in Übereinstimmung mit Ausführungsformen anzeigt;
6 eine Anordnung zum Erhalten der gleichen maximalen Fehlbeleuchtungsdistanz (MID) in Übereinstimmung mit dem rechteckigen Aufbau und dem sechseckigen Aufbau in Übereinstimmung mit Ausführungsformen zeigt;
7 eine Verdrahtung für den sechseckigen Aufbau in Übereinstimmung mit Ausführungsformen zeigt;
8 ein Feld aus optischen Detektoren zeigt, die in Übereinstimmung mit einem sechseckigen Aufbau in Übereinstimmung mit Ausführungsformen angeordnet sind; und
9 eine physikalische Implementierung des Lidarfelds (oder des Feldes aus optischen Detektoren) in Übereinstimmung mit Ausführungsformen zeigt.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wie vorstehend erwähnt wurde, verwendet ein herkömmlicher Lidarfeldentwurf einen rechteckigen Zellenaufbau, um eine Anordnung von Beleuchtungseinrichtungen des Lidarfeldsystems zu bestimmen. 1 zeigt ein herkömmliches Lidarfeld 110 mit einem rechteckigen Aufbau 101 zur Platzierung der Laser 111. Zeilen und Spalten aus Rechtecken 114 mit gleicher Größe sind gezeichnet, wobei zwischen benachbarten Rechtecken 114 keine Lücken vorhanden sind. In der Mitte jedes Rechtecks 114 ist ein Laser 111 gezeichnet und der Entwurf wird implementiert, indem die Laser 111 des Felds in Übereinstimmung mit der Anordnung des Entwurfs platziert werden. Dem rechteckigen Aufbau 101 ist eine rechtwinklige Verdrahtungsanordnung zugeordnet, wie in 1 gezeigt ist. Jeder Laser 111 weist einen Erdungsdraht 112 und einen stromführenden Draht 113 auf, welche diesem zugeordnet sind. In Übereinstimmung mit existierenden Verdrahtungsentwürfen sind die Erdungsdrähte 112 und die stromführenden Drähte 113 in einem rechtwinkligen Gitternetz angeordnet, wobei die Erdungsdrähte 112 für alle Laser 111 entlang einer ersten Achse (z. B. horizontal) angeordnet sind und die stromführenden Drähte 113 für alle Laser 111 entlang einer anderen Achse angeordnet sind, die rechtwinklig zu der ersten Achse verläuft (z. B. vertikal). Wie die nachstehende Erörterung der Ausführungsformen anzeigt, repräsentiert der in 1 gezeigte Aufbau eine ineffiziente Anordnung insofern, als für die Laser 111 des Lidarfelds 110 eine größere Fläche benötigt wird, um ein gegebenes Sichtfeld zu erhalten.
Ausführungsformen der hier im Detail beschriebenen Systeme und Verfahren betreffen die Verwendung eines sechseckigen Zellenaufbaus, um die Anordnung von Beleuchtungseinrichtungen des Lidarfeldsystems zu bestimmen. Dem sechseckigen Zellenaufbau ist ein diagonales Verdrahtungsschema zugeordnet. In Übereinstimmung mit dem sechseckigen Aufbau werden Sechsecke derart gezeichnet, dass zwischen aneinander angrenzenden Sechsecken keine Lücke existiert. Eine Beleuchtungseinrichtung wird in der Mitte jedes Sechsecks oder an einem anderen Punkt innerhalb des Sechsecks gezeichnet (wobei der gleiche jeweilige Punkt in allen Sechsecken verwendet wird). In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen kann es sein, dass nicht jedes Sechseck durch eine Beleuchtungseinrichtung belegt wird. Der Entwurf, der diesen sechseckigen Aufbau verwendet, wird dann implementiert, indem die Beleuchtungseinrichtungen des Felds in Übereinstimmung mit der Anordnung des Entwurfs platziert werden, wie nachstehend im Detail beschrieben wird. Zusätzliche Komponenten eines vollständigen Lidarsystems (z. B. ein Prozessor, eine Spannungsquelle) sind gut bekannt und werden daher hier nicht gezeigt oder erörtert. In der gesamten Beschreibung wird zu Erläuterungszwecken auf Laser als eine spezielle Ausführungsform von Beleuchtungseinrichtungen Bezug genommen. Diese Bezugnahme soll jedoch Beleuchtungseinrichtungen nicht auf irgendeinen speziellen Typ begrenzen und alle bekannten Beleuchtungseinrichtungen, die in Lidarfeldern verwendet werden, werden so aufgefasst, dass sie in Übereinstimmung mit den hier im Detail beschriebenen Ausführungsformen angeordnet werden können.
2 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Lidarfeldsystems 200 in Übereinstimmung mit Ausführungsformen. Das Lidarfeld 210 bezeichnet eine Anordnung aus zwei oder mehr Lasern 211 in einem Feld derart, dass deren Ausstrahlungen ein Sichtfeld 235 bilden. Das in 2 gezeigte beispielhafte Lidarfeldsystem 200 enthält ein Lidarfeld 210 mit Lasern 211, die innerhalb eines sechseckigen Aufbaus 201 angeordnet sind. Wie das beispielhafte Lidarfeldsystem 200 anzeigt, ist es nicht erforderlich, dass sich jeder Laser 211 in der Mitte jedes sechseckigen Aufbaus 201 befindet, solange sich jeder Laser 211 an der gleichen Stelle innerhalb seines jeweiligen sechseckigen Aufbaus 201 befindet. Zudem kann, sobald der sechseckige Aufbau 201 erzeugt wurde, mehr als ein Laser 211 in jedem Sechseck angeordnet werden. Beispielsweise kann jeder der sechseckigen Aufbauten 201, die in 2 gezeigt sind, verwendet werden, um einen Laser 211 wie gezeigt und einen weiteren Laser 211 in der Mitte oder in der Nähe einer anderen Ecke anzuordnen. Ferner kann es sein, dass eines oder mehrere der Sechsecke des sechseckigen Aufbaus 201 überhaupt nicht mit einem Laser 211 besetzt wird bzw. werden.
Das in 2 gezeigte beispielhafte Lidarfeldsystem 200 enthält einen halbdurchlässigen bzw. semipermeablen Spiegel 215, der Licht von jedem Laser 211 des Lidarfelds 210 durch eine Linse 225 hindurch fokussiert. Die Linse 225 streut die Laserstrahlen 226, die von jedem der Laser 211 des Lidarfelds 210 ausgestrahlt werden, über das Sichtfeld 235 hinweg, wie in der perspektivischen Draufsicht in 2 gezeigt ist. Ein Feld 220 aus optischen Detektoren empfängt Reflexionen, die aus den Ausstrahlungen des Lidarfelds 210 resultieren. Das Feld 220 aus optischen Detektoren kann einen oder mehrere optische Detektoren 810 (8) aufweisen, der Reflexionen empfängt, die aus allen Lasern 211 des Lidarfelds 210 resultieren. Wie mit Bezug auf 8 erörtert wird, kann das Feld 220 aus optischen Detektoren, wenn das Feld 220 aus optischen Detektoren mehr als einen optischen Detektor 810 enthält, in Übereinstimmung mit einem sechseckigen Aufbau 201 wie das Lidarfeld 210 angeordnet sein. Ein Controller oder Verarbeitungssystem 230 kann einen oder mehrere Prozessoren 231 und eine oder mehrere Speichervorrichtungen 232 zusammen mit anderen bekannten Komponenten enthalten, um eine Ausstrahlung durch jeden der Laser 211 des Lidarfelds 210 sowie das Verarbeiten von durch das Feld 220 aus optischen Detektoren empfangenen Reflexionen zu steuern. In alternativen Ausführungsformen kann das Verarbeiten von empfangenen Reflexionen von einem anderen Verarbeitungssystem 230 erledigt werden, welches mit dem Verarbeitungssystem 230 in Kommunikation steht, das das Lidarfeld 210 steuert. Wie 2 zeigt, kann das Lidarfeld 210 verwendet werden, um das Sichtfeld 235 sowohl im Azimut 212 als auch im Aufriss 213 abzutasten. Ferner liefert jeder Laser 211 eine Entfernung zu einem Ziel in dem Sichtfeld 235. Folglich stellt das Lidarfeld 210 ein dreidimensionales Bild bereit, in welchem jede Reflexion, die aus jeder Impulsemission durch einen Laser 211 resultiert, als ein Pixel in dem Bild betrachtet werden kann. Der sechseckige Aufbau 201, der zum Anordnen der Laser 211 des Lidarfelds 210 in Übereinstimmung mit Ausführungsformen verwendet wird, wird nachstehend in weiterem Detail beschrieben.
3 zeigt einen sechseckigen Aufbau 201 des Lidarfelds 210 in Übereinstimmung mit Ausführungsformen. Die Distanz 310 zwischen einem gegebenen Laser 211 des Lidarfelds 210 und jedem benachbarten Laser 211 ist ein konstanter Wert (oder ein Vielfaches einer Konstante, wenn einer oder mehrere sechseckige Aufbauten 201 nicht mit Lasern 211 besetzt sind). Das beispielhafte Lidarfeld 210 enthält 24 Laser 211. Das herkömmliche Lidarfeld 110, das in Übereinstimmung mit dem rechteckigen Aufbau angeordnet ist, enthält ebenfalls 24 Laser 111. Wie ein Vergleich von 3 und 1 zeigt, ist die Gesamtfläche, die für die Laser 211 in dem Lidarfeld 210 benötigt wird, kleiner als die Fläche, die für die Laser 111 in dem Lidarfeld 110 benötigt wird. Wie nachstehend erörtert wird, verringert der sechseckige Aufbau 201 in Übereinstimmung mit Ausführungsformen hierin außerdem nicht beleuchtete Flächen zwischen den Sichtfeldern der Laser 211.
4 zeigt einen Vergleich von beleuchteten mit nicht beleuchteten Flächen für den rechteckigen Aufbau 101 und den sechseckigen Aufbau 201 in Übereinstimmung mit Ausführungsformen. Wenn die Laser 111, die in Übereinstimmung mit dem rechteckigen Aufbau 101 angeordnet sind, und die Laser 211, die in Übereinstimmung mit dem sechseckigen Aufbau 201 angeordnet sind, gleich sind, wird die beleuchtete Fläche 410, die aus jedem der Laser 111 und der Laser 211 resultiert, gleich sein, wie in 4 durch den Radius R 415 angezeigt ist. Das heißt, dass die beleuchtete Fläche 410 gegeben ist durch: beleuchtete_Fläche = πR² [Gleichung 1]
Wie 4 zeigt, ist jedoch die nicht beleuchtete Fläche 420, die aus dem Anordnen der Laser 211 in Übereinstimmung mit dem sechseckigen Aufbau 201 resultiert, viel kleiner als die nicht beleuchtete Fläche 430, die aus dem Anordnen der Laser 111 in Übereinstimmung mit dem rechteckigen Aufbau 101 resultiert. Das heißt, dass die Fläche jeder Zelle des sechseckigen Aufbaus 201 gegeben ist durch: sechseckige_Fläche = 2√3R² [Gleichung 2]
Die Fläche jeder Zelle des rechteckigen (quadratischen) Aufbaus 101 ist gegeben durch: rechteckige_Fläche = (2R)² [Gleichung 3]
Anders ausgedrückt gibt es als Folge des rechteckigen Aufbaus 101 eine größere nicht beleuchtete Fläche 430 als die nicht beleuchtete Fläche 420 als Folge des sechseckigen Aufbaus 201, da die beleuchtete Fläche 410 in Übereinstimmung mit beiden Aufbauten gleich ist und die Gesamtfläche gemäß dem rechteckigen Aufbau 101 größer ist. Speziell ist die Differenz zwischen der Fläche der Zelle in Übereinstimmung mit dem rechteckigen Aufbau 101 (Gleichung 3) und der beleuchteten Fläche 410 (Gleichung 1), welche die nicht beleuchtete Fläche 430 ist, gegeben durch: rechteckig_nicht_beleuchtet = (4 – π)R² [Gleichung 4]
Die Differenz zwischen der Fläche der Zelle in Übereinstimmung mit dem sechseckigen Aufbau 101 (Gleichung 2) und der beleuchteten Fläche 410 (Gleichung 1), welche die nicht beleuchtete Fläche 420 ist, ist gegeben durch: sechseckig_nicht_beleuchtet = (2√3 – π)R² [Gleichung 5]
Wie ein Vergleich von Gleichung 4 und 5 zeigt, ist die nicht beleuchtete Fläche 430, die aus dem Anordnen der Laser 111 in Übereinstimmung mit einem rechteckigen Aufbau 101 resultiert (Gleichung 4), größer als die nicht beleuchtete Fläche 420, die aus dem Anordnen der Laser 211 in Übereinstimmung mit einem sechseckigen Aufbau 201 resultiert (Gleichung 5). Das Verhältnis der beleuchteten Fläche 410 zu der nicht beleuchteten Fläche 420 (das Verhältnis der Ergebnisse von Gleichung 1 und Gleichung 5) kann als der Zellenfüllfaktor für jede sechseckige Zelle, die durch den sechseckigen Aufbau 201 angezeigt ist, bezeichnet werden. Das Verhältnis der beleuchteten Fläche 410 zu der nicht beleuchteten Fläche 430 (das Verhältnis der Ergebnisse von Gleichung 1 und Gleichung 4) kann als der Zellenfüllfaktor für jede rechteckige Zelle, die durch den rechteckigen Aufbau 101 angezeigt ist, bezeichnet werden. Die nicht beleuchtete Fläche 420, die sich aus dem sechseckigen Aufbau 201 ergibt, entspricht 37% der nicht beleuchteten Fläche 430, die sich aus dem rechteckigen Aufbau 101 für das gleiche Sichtfeld, die gleichen Laserstrahlfrequenzen und keine sich überschneidenden Laserstrahlen 216 ergibt. Folglich ist der Zellenfüllfaktor für den sechseckigen Aufbau 201 viel größer als der Zellenfüllfaktor für den rechteckigen Aufbau 101.
5 zeigt eine Fehlbeleuchtungsdistanz (MID) für den rechteckigen Aufbau 101 und den sechseckigen Aufbau 201 in Übereinstimmung mit Ausführungsformen. Die MID ist ein weiterer (ähnlicher) Bewertungsfaktor wie der Zellenfüllfaktor und sie ist als die Distanz zwischen einem nicht beleuchteten Punkt und dem nächstgelegenen beleuchteten Punkt definiert. Um die MID zu Erläuterungszwecken klar anzuzeigen, ist in 5 die beleuchtete Fläche 410 kleiner als in 4 gezeigt. Für den nicht beleuchteten Punkt 510 ist eine beispielhafte MID 520 gezeigt. Eine maximale MID 530 für den sechseckigen Aufbau 201 ist die größte mögliche Distanz von einem Punkt an der Begrenzung der beleuchteten Fläche 410 zu einem nicht beleuchteten Punkt, und die maximale MID 540 für den rechteckigen Aufbau 101 ist die größte mögliche Distanz von einem Punkt an der Begrenzung der beleuchteten Fläche 410 zu einem nicht beleuchteten Punkt, wie gezeigt. Je kleiner die maximale MID ist (z. B. ist 530 kleiner als 540), desto weniger verstreut (d. h. desto dichter) ist die Abtastung der Laserstrahlen 216, sodass von Zielen innerhalb des Sichtfelds mehr Details erhalten werden können. Der sechseckige Aufbau 201 liefert eine minimale durchschnittliche MID und eine kleiner maximale MID 530 als der rechteckige Aufbau 101 bei einer gegebenen Anzahl von Lasern 211.
Zudem liefert der sechseckige Aufbau 201 eine minimale Anzahl von Lasern 211, um eine gegebene durchschnittliche oder maximale MID zu erhalten. Das heißt, dass in dem rechteckigen Aufbau 101 eine größere Anzahl von Lasern 111 benötigt würde, um über die gleiche maximale MID bei einem sechseckigen Aufbau 201 und einem rechteckigen Aufbau 101 zu verfügen. Dies ist in 6 dargestellt. Die beleuchtete Fläche 410 ist zu Erläuterungszwecken wieder kleiner als in 4 gezeigt. In 6 ist die maximale MID 610 für den sechseckigen Aufbau 201 und für den rechteckigen Aufbau 101 gleich. Jedoch erfordert diese Reduktion der maximalen MID 610 in Übereinstimmung mit dem rechteckigen Aufbau 101, dass die Rechtecke kleiner sind (als beispielsweise diejenigen in 5). Als Folge werden, wie in 6 angezeigt ist, in Übereinstimmung mit dem rechteckigen Aufbau 101 neun Laser 211 benötigt (die den gezeigten neun beleuchteten Flächen 410 entsprechen), gegenüber sieben Lasern 111 in Übereinstimmung mit dem sechseckigen Aufbau 201 innerhalb der gleichen Fläche 620. Die Reduktion bei der Anzahl der Laser 211, die in Übereinstimmung mit dem sechseckigen Aufbau 201 benötigt werden (im Vergleich mit der Anzahl von Lasern 111, die in Übereinstimmung mit dem rechteckigen Aufbau 101 benötigt werden), beträgt etwa 23%. Für einen weiteren Vergleich können die Laser 111, 211 als Punktquellen in der Mitte des rechteckigen Aufbaus 101 bzw. des sechseckigen Aufbaus 201 betrachtet werden. Die maximale MID ist dann die Distanz e von dem Mittelpunkt des Aufbaus zu einer Ecke. Die Fläche einer quadratischen Zelle in Übereinstimmung mit dem rechteckigen Aufbau 101 beträgt 2e² und die Fläche einer sechseckigen Zelle in Übereinstimmung mit dem sechseckigen Aufbau 201 betragt
Für eine Fläche A eines gegebenen Sichtfelds beträgt die Anzahl der quadratischen Zellen N_s, die in Übereinstimmung mit dem rechteckigen Aufbau 101 benötigt wird:
und die Anzahl der sechseckigen Zellen N_h, die in Übereinstimmung mit dem sechseckigen Aufbau 201 benötigt wird, beträgt:
Wie ein Vergleich von Gleichung 6 mit Gleichung 7 anzeigt, ist N_s größer als N_h, sodass mehr quadratische Zellen als sechseckige Zellen für das gleiche Sichtfeld benötigt werden. Speziell beträgt das Verhältnis N_h/N_s = 0,769.
7 zeigt eine Verdrahtung für den rechteckigen Aufbau 101 und für den sechseckigen Aufbau 201 in Übereinstimmung mit Ausführungsformen. Ein Abschnitt des Felds ist gezeigt, der in Übereinstimmung mit einem rechteckigen Aufbau 101 und mit einem sechseckigen Aufbau 201 angeordnet ist. Jeder Aufbau ist als gestrichelte Linie gezeigt, um klarzustellen, dass der Aufbau nur ein Mechanismus ist, mit dem der Aufenthaltsort der Laser 111, 211 bestimmt werden kann. Die Erdungsdrähte 112 und die stromführenden Drähte 113 sind für beide Aufbauten gezeigt und sie sind in ihrer Orientierung nicht eingeschränkt (d. h. die Sätze aus Drähten können getauscht werden). Die Distanz 710 zwischen benachbarten Lasern 111, die in Übereinstimmung mit dem rechteckigen Aufbau 101 angeordnet sind, ist gleich der Distanz 710 zwischen benachbarten Lasern 211, die in Übereinstimmung mit dem sechseckigen Aufbau 201 angeordnet sind. Wie 7 veranschaulicht, ist auch der Abstand zwischen benachbarten parallelen Drähten 112, 113 gleich dem Abstand 710 für den rechteckigen Aufbau 101. Für den sechseckigen Aufbau 201 jedoch ist der Abstand zwischen benachbarten parallelen Drähten 112, 113 ein Abstand 720, der kleiner als der Abstand 710 ist. Wenn d die Distanz 710 repräsentiert und dd die Distanz 720 repräsentiert, ist dd gegeben durch:
Da dd (die Distanz 720) kleiner als d (die Distanz 710) ist, ist die Drahtdichte in einer gegebenen Fläche erhöht.
8 zeigt ein Feld 220 aus optischen Detektoren, die in Übereinstimmung mit Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einem sechseckigen Aufbau 201 angeordnet sind. Obwohl ein Detektor 810 in der Mitte jedes sechseckigen Aufbaus 201 gezeigt ist, kann ein oder können mehrere Detektoren an einer beliebigen Stelle innerhalb jedes sechseckigen Aufbaus 201 platziert werden (wobei die gleiche Platzierung in jedem sechseckigen Aufbau 201 wiederholt wird), und ein oder mehrere der sechseckigen Aufbauten 201 können unbesetzt bleiben. Die Verdrahtungsanordnung, wie sie in 7 für das Lidarfeld 210 gezeigt ist, ist in 8 für das Feld 220 aus optischen Detektoren gezeigt. Ein Satz von Datenlesedrähten 812 und Erdungsdrähten 813 ist gezeigt. Wie mit Bezug auf 7 erwähnt wurde, ist die Orientierung der Drähte nicht beschränkt. Folglich können die Erdungsdrähte 813 beispielsweise diagonal angeordnet sein, während die Datenlesedrähte 812 vertikal angeordnet sind.
9 zeigt eine physikalische Implementierung des Lidarfelds 210 (oder des Felds 220 aus optischen Detektoren) in Übereinstimmung mit Ausführungsformen. Wie in der gesamten Beschreibung erwähnt wurde, ist der sechseckige Aufbau 201, der in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen hierin im Detail beschrieben wurde, keine physikalische sechseckige Form sondern stattdessen ein Entwurfsaufbau, der verwendet wird, um die Platzierung der Beleuchtungseinrichtungen (z. B. Laser 211, LEDs) oder der optischen Detektoren 810 zu bestimmen. Eine beispielhafte physikalische Stütze für die Beleuchtungseinrichtungen (211) oder die optischen Detektoren 810 können die Rautenformen 910 sein, die in 9 gezeigt sind. Jeder der Laser 211 (oder der optischen Detektoren 810) ist in Übereinstimmung mit dem sechseckigen Aufbau 201 platziert. Das heißt, dass sich jeder Satz aus Lasern 211, der von jeder Rautenform 910 abgestützt wird, an einer Ecke eines sechseckigen Aufbaus 201 (wie in 2 gezeigt ist) oder in der Mitte eines sechseckigen Aufbaus 201 (wie in 3 gezeigt ist) befinden kann, oder zwei oder mehr der Laser 211 können innerhalb des gleichen sechseckigen Aufbaus 201 angeordnet sein. 9 veranschaulicht, dass, sobald der sechseckige Aufbau 201 zum Bestimmen der Anordnung der Laser 211 (oder anderer Beleuchtungseinrichtungen oder der optischen Detektoren 810) verwendet wird, diese Anordnung innerhalb anderer Formen physikalisch implementiert und abgestützt werden kann. Die in 2 gezeigten Verbinder 920 können Drähte tragen oder andere Komponenten des Lidarfeldsystems 200 enthalten.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht der Fachmann auf dem Gebiet, dass verschiedene Veränderungen durchgeführt werden können und Elemente derselben durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Zudem können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine spezielle Situation oder ein spezielles Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne den wesentlichen Umfang derselben zu verlassen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen begrenzt ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen enthalten wird, die in den Umfang der Anmeldung fallen.

Claims

Verfahren zum Aufbauen eines Lidarfeldsystems, das mehrere Beleuchtungseinrichtungen und mehrere Detektoren umfasst, wobei das Verfahren umfasst, dass: mehrere Sechsecke mit gleicher Größe derart entworfen werden, dass zwischen benachbarten der mehreren Sechsecke keine Lücken bleiben; eine Anordnung der mehreren Beleuchtungseinrichtungen oder der mehreren Detektoren in Übereinstimmung mit einem sechseckigen Aufbau entworfen wird, wobei das Entwerfen umfasst, dass eine oder mehrere Beleuchtungseinrichtungen der mehreren Beleuchtungseinrichtungen oder einer oder mehrere Detektoren der mehreren Detektoren innerhalb jeweiliger der mehreren Sechsecke angeordnet werden, wobei sich die eine oder die mehreren Beleuchtungseinrichtungen oder der eine oder die mehreren Detektoren innerhalb jedes der mehreren jeweiligen Sechsecke an einer gleichen Position befinden; und der Entwurf implementiert wird, in dem die mehreren Beleuchtungseinrichtungen oder die mehreren Detektoren in Übereinstimmung mit der Anordnung angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Entwerfen der mehreren Sechsecke umfasst, dass eine Anzahl der mehreren Sechsecke so bestimmt wird, dass sie gleich einer Anzahl der mehreren Beleuchtungseinrichtungen oder der mehreren Detektoren in dem Lidarfeldsystem ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Entwerfen der mehreren Sechsecke umfasst, dass eine Größe der mehreren Sechsecke auf der Grundlage eines angegebenen Sichtfelds bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass ein erster Satz von Drähten entlang einer ersten Achse angeordnet wird und dass ein zweiter Satz von Drähten entlang einer zweiten Achse angeordnet wird, wobei jede der mehreren Beleuchtungseinrichtungen oderjeder der mehreren Detektoren einem Draht aus dem ersten Satz von Drähten und einem Draht aus dem zweiten Satz von Drähten zugeordnet wird, wobei das Anordnen des ersten Satzes von Drähten und des zweiten Satzes von Drähten umfasst, dass die erste Achse so angeordnet wird, dass sie einen Winkel von weniger als 90 Grad mit der zweiten Achse bildet, wobei das Anordnen des ersten Satzes von Drähten umfasst, dass eine erste Distanz zwischen benachbarten Drähten des ersten Satzes von Drähten so eingestellt wird, dass sie kleiner als eine Distanz zwischen benachbarten der mehreren Beleuchtungseinrichtungen oder der mehreren Detektoren ist, und wobei das Anordnen des zweiten Satzes von Drähten umfasst, dass eine zweite Distanz zwischen benachbarten Drähten des zweiten Satzes von Drähten so eingestellt wird, dass sie kleiner ist als die Distanz zwischen benachbarten der mehreren Beleuchtungseinrichtungen oder der mehreren Detektoren ist, wobei die erste Distanz und die zweite Distanz einen gleichen Wert aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Anordnen des ersten Satzes von Drähten und das Anordnen des zweiten Satzes von Drähten umfasst, dass Erdungsdrähte und stromführende Drähte für die mehreren Beleuchtungseinrichtungen angeordnet werden, und wobei das Anordnen des ersten Satzes von Drähten und das Anordnen des zweiten Satzes von Drähten umfasst, dass Erdungsdrähte und Datenlesedrähte für die mehreren Detektoren angeordnet werden.
Lidarfeldsystem, wobei das System umfasst: mehrere Beleuchtungseinrichtungen oder Detektoren, die in Übereinstimmung mit einem sechseckigen Aufbau angeordnet sind, wobei der sechseckige Aufbau aus mehreren hexagonalen Formen mit gleicher Größer besteht, die ohne Lücken zwischen benachbarten der mehreren sechseckigen Formen angeordnet sind, wobei eine/einer oder mehrere der mehreren Beleuchtungseinrichtungen oder Detektoren in einem jeweiligen der mehreren Sechsecke angeordnet ist/sind und sich die/der eine oder die mehreren Beleuchtungseinrichtungen oder Detektoren an einer gleichen Position in jedem jeweiligen der mehreren Sechsecke befinden; einen ersten Satz von Drähten entlang einer ersten Achse; und einen zweiten Satz von Drähten entlang einer zweiten Achse.
System nach Anspruch 6, wobei eine Anzahl der mehreren sechseckigen Formen des sechseckigen Aufbaus gleich einer Anzahl der mehreren Beleuchtungseinrichtungen oder Detektoren ist und die Größe der mehreren sechseckigen Formen auf einem angegebenen Sichtfeld des Lidarfeldsystems beruht.
System nach Anspruch 6, wobei jeder/jedem der mehreren Beleuchtungseinrichtungen oder Detektoren ein Draht des ersten Satzes von Drähten und ein Draht des zweiten Satzes von Drähten zugeordnet ist.
System nach Anspruch 8, wobei der erste Satz von Drähten aus Erdungsdrähten besteht und der zweite Satz von Drähten aus stromführenden Drähten besteht, welche den mehreren Beleuchtungseinrichtungen zugeordnet sind, oder der erste Satz von Drähten aus Erdungsdrähten besteht und der zweite Satz von Drähten aus Datenlesedrähten besteht, die den mehreren Detektoren zugeordnet sind.
System nach Anspruch 6, wobei die erste Achse mit der zweiten Achse einen Winkel von weniger als 90 Grad bildet, wobei eine erste Distanz zwischen benachbarten Drähten des ersten Satzes von Drähten kleiner als eine Distanz zwischen benachbarten der mehreren Beleuchtungseinrichtungen oder Detektoren ist, und wobei eine zweite Distanz zwischen benachbarten Drähten des zweiten Satzes von Drähten kleiner als die Distanz zwischen benachbarten der mehreren Beleuchtungseinrichtungen oder Detektoren ist.