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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Durchlässigkeitsstörungen in Bezug auf Licht wenigstens eines Fensters eines Gehäuses einer optischen Detektionsvorrichtung, welche zur Überwachung eines Überwachungsbereichs auf Objekte hin dient, bei dem
- - optische Sendesignale mit wenigstens einem Sender, welcher in dem Gehäuse angeordnet ist, erzeugt werden,
- - die Sendesignale durch das wenigstens eine Fenster in den Überwachungsbereich gerichtet werden, wobei die Senderichtung der Sendesignale durch das wenigstens eine Fenster mit der Zeit geändert wird,
- - reflektierte Sendesignale mit wenigstens einem Empfänger, welcher in dem Gehäuse angeordnet ist, empfangen werden
- - und die reflektierten Sendesignale, welche von Reflexionen in einem Nahfeld des wenigstens einen Senders herrühren, als Nahfeldreflexionen zur Erkennung von Durchlässigkeitsstörungen des wenigstens einen Fensters herangezogen werden.
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Ferner betrifft die Erfindung eine optische Detektionsvorrichtung zur Überwachung eines Überwachungsbereichs auf Objekte hin,
- - mit einem Gehäuse, in dem wenigstens ein Sender zur Erzeugung optischer Sendesignale und wenigstens ein Empfänger zum Empfang von reflektierten Sendesignalen angeordnet ist, wobei das Gehäuse wenigstens ein Fenster aufweist, durch das die Sendesignale in den Überwachungsbereich gelangen können,
- - mit wenigstens einer Umlenkeinrichtung, mit welcher Senderichtungen der Sendesignale durch das wenigstens eine Fenster mit der Zeit geändert werden können,
- - mit wenigstens einer Steuer- und Auswerteeinrichtung, mit welcher der wenigstens eine Sender, der wenigstens eine Empfänger und die wenigstens eine Umlenkeinrichtung gesteuert werden können und mit welcher in einem Nahfeld der Detektionsvorrichtung reflektierte Sendesignale als Nahfeldreflexionen zur Erkennung von Durchlässigkeitsstörungen des wenigstens einen Fensters in Bezug auf Licht verarbeitet werden können.
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Stand der Technik
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Aus der
EP 1 302 784 A2 ist ein Verfahren zum Bestimmen der Sichtweite einer bevorzugt optoelektronischen, insbesondere an einem Fahrzeug angebrachten Erfassungseinrichtung, insbesondere eines Laserscanners, die zumindest einen Sensor zur Aussendung von insbesondere gepulster elektromagnetischer Strahlung in einen Überwachungsbereich und zum Empfang von aus dem Überwachungsbereich reflektierter Strahlung sowie eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung der reflektierten Strahlung umfasst, bekannt. Bei dem Verfahren wird während des Betriebs des Sensors das Vorliegen wenigstens einer im Sichtbereich des Sensors liegenden, die Sichtweite zumindest bereichsweise beeinträchtigenden Störung anhand wenigstens einer charakteristischen Störungseigenschaft erkannt, die mittels des Sensors durch Auswerten der reflektierten Strahlung identifizierbar ist. Aus reflektierter Strahlung, die zumindest die aus dem Störbereich stammende Störstrahlung umfasst, wird die Stärke der Störung ermittelt. Aus der Störungsstärke wird die momentane Sichtweite des Sensors bestimmt. Anhand charakteristischer Störungseigenschaften wird zwischen Störungen aufgrund von Nebel, Regen, Schnee, Sand, Staub, Gischt, Abgasen, Sensorverschmutzungen und/oder Sensorbeschädigungen unterschieden. Verschmutzungen oder Beschädigungen des Sensors zeichnen sich dadurch aus, dass sie sich in sogenannten Ultranah-Bereich des Sensors befinden. Derartige Störungen können außerdem dadurch erkannt werden, dass innerhalb des Sensors die von der Verschmutzung oder Beschädigung in den Sensor zurückreflektierte Strahlung detektiert wird. Während der Nachweis derartiger, eine vorgegebene Intensitätsschwelle übersteigender Innenreflexionen an sich auf das Vorliegen derartiger Störungen hindeuten kann, ist es möglich, anhand der Höhe der zurückreflektierten Strahlungsintensität Feststellungen über die Art oder den Typ der Beschädigung oder Verschmutzung zu treffen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine optische Detektionsvorrichtung der eingangs genannten Art zu gestalten, mit denen Durchlässigkeitsstörungen wenigstens eines Fensters genauer identifiziert werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass aus dem zeitlichen Verlauf der Nahfeldreflexionen in Abhängigkeit von den Senderichtungen der entsprechenden Sendesignale die Art der Durchlässigkeitsstörungen ermittelt wird.
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Erfindungsgemäß wird der zeitliche Verlauf der Nahfeldreflexionen in Abhängigkeit von den Senderichtungen der entsprechenden Sendesignale betrachtet. Dabei werden lediglich die Daten, welche auf Nahfeldreflexionen zurückzuführen sind, zur Identifizierung der Durchlässigkeitsstörungen verwendet. Die Nahfeldreflexionen hängen im Wesentlichen vom Zustand des wenigstens einen Fensters ab. Reflexionen aus weiterer Entfernung hingegen hängen vorrangig von der Umgebung ab. Durch die Beschränkung auf die Nahfeldreflexionen kann die Datenmenge insgesamt verringert werden, sodass der Rechenaufwand kleiner wird und somit eine größere Bearbeitungsgeschwindigkeit ermöglicht wird.
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Bei dem Nahfeld im Sinne der Erfindung handelt es sich um Entfernungen von bis zu 1 m Entfernung zu dem wenigstens einen Sender. Das Nahfeld umfasst das sogenannte Ultranahfeld. Das Ultranahfeld im Sinne der Erfindung erstreckt sich über eine Entfernung von einigen Zentimetern zu dem wenigstens einen Sender.
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Die Erfindung nutzt den Umstand, dass unterschiedliche Durchlässigkeitsstörungen unterschiedliche Einflüsse auf das Rückstreuverhalten der Sendesignale haben. Insbesondere hat eine kristalline Struktur von Streusalz, wie es im Winter verwendet wird, einen anderen Einfluss auf das Rückstreuverhalten als erdhaltige Verschmutzungen, Insekten oder dergleichen auf dem wenigstens einen Fenster oder Beschädigungen, insbesondere Risse, Brüche, Kratzer oder dergleichen, des wenigstens einen Fensters. Die Rückstreuung der Sendesignale an entsprechenden Durchlässigkeitsstörungen des wenigstens einen Fensters verursacht im Gehäuse scheinbar chaotische Mehrpfadstreuungen. Durch entsprechende Betrachtung des zeitlichen Verlaufs der Nahfeldreflexionen in Abhängigkeit von den Senderichtungen können entsprechende Zusammenhänge, insbesondere Muster, erkannt werden, welche auf die Art der Durchlässigkeitsstörungen schließen lässt.
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Mit der Erfindung kann der Zustand des wenigstens einen Fensters überwacht werden. Der Zustand des wenigstens einen Fensters beeinflusst die Performance der optischen Detektionsvorrichtung. Kontaminierungen, wie insbesondere Staub, Salz, Schnee, Insekten oder dergleichen, und Schäden, insbesondere durch Steinschläge und Kratzer, streuen und absorbieren die emittierten Sendesignale und gegebenenfalls die reflektierten Sendesignale und reduzieren damit die Erkennungsreichweite der Detektionsvorrichtung. Je nach Zusammensetzung und Beschaffenheit der Kontaminierungen und Schäden resultiert ein unterschiedlicher Effekt auf die Performance der Detektionsvorrichtung. Daher ist nicht nur die Erkennung, sondern auch eine Klassifizierung von Durchlässigkeitsstörungen von Vorteil und wichtig.
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Mithilfe der Erfindung kann die Art der Durchlässigkeitsstörungen erkannt werden. Die Durchlässigkeitsstörungen können also klassifiziert werden. Durch die genaue Kenntnis der Art der Durchlässigkeitsstörungen können vorteilhafterweise entsprechende Maßnahmen zur Beseitigung der Durchlässigkeitsstörungen getroffen werden.
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Vorteilhafterweise können Durchlässigkeitsstörungen in Form von Verschmutzungen mithilfe einer Reinigung insbesondere mittels Reinigungsflüssigkeit oder dergleichen und/oder auf mechanischem Wege beseitigt werden.
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Alternativ oder zusätzlich können Durchlässigkeitsstörungen in Form von Schnee oder Eis durch Heizen insbesondere mittels einer Heizeinrichtung entfernt werden.
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Falls die Durchlässigkeitsstörungen als Beschädigungen des wenigstens einen Fensters insbesondere in Form von Kratzer, Steinschlägen oder dergleichen erkannt werden, können diese durch Reinigen und Heizen nicht entfernt werden. Durch entsprechende Kenntnis kann auf eine unnötige Reinigung und Heizung verzichtet werden. Unnötiges Reinigen oder Heizen kann das wenigstens eine Fenster belasten oder gar beschädigen. So kann auch ein Bedarf an Energie und gegebenenfalls Reinigungsflüssigkeit verringert werden.
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Die Erfindung ermöglicht, dass die entsprechenden Durchlässigkeitsstörungen weitestgehend unabhängig von Umgebungsbedingungen, insbesondere einer Außentemperatur, Niederschlagsbedingungen und/oder gegebenenfalls einer Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeugs, bei dem die Detektionsvorrichtung verwendet ist, klassifiziert werden können. Auf diese Weise kann die Zuverlässigkeit der Detektionsvorrichtung verbessert werden
Vorteilhafterweise kann die Detektionsvorrichtung nach einem Lichtlaufzeitverfahren arbeiten. Nach dem Lichtimpulslaufzeitverfahren arbeitende optische Detektionsvorrichtungen können als Time-of-Flight- (TOF), Light-Detection-and-Ranging-Systeme (Li-DAR), Laser-Detection-and-Ranging-Systeme (LaDAR) oder dergleichen ausgestaltet und bezeichnet werden. Dabei wird eine Laufzeit vom Aussenden eines Sendesignals, insbesondere eines Lichtpulses, mit dem wenigstens einen Sender und dem Empfang des entsprechenden reflektierten Sendesignals mit dem wenigstens einen Empfänger gemessen und daraus eine Entfernung zwischen der Detektionsvorrichtung und dem erkannten Objekt ermittelt.
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Vorteilhafterweise kann die Detektionsvorrichtung als scannendes System ausgestaltet sein. Dabei kann mit Sendesignalen ein Überwachungsbereich abgetastet, also abgescannt, werden. Dazu können die entsprechenden Sendesignale, insbesondere Sendestrahlen, bezüglich ihrer Ausbreitungsrichtung über den Überwachungsbereich sozusagen geschwenkt werden. Hierbei kann wenigstens Umlenkeinrichtung, insbesondere eine Umlenkspiegeleinrichtung, eine Scaneinrichtung oder dergleichen, zum Einsatz kommen.
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Vorteilhafterweise kann die Detektionsvorrichtung als laserbasiertes Entfernungsmesssystem ausgestaltet sein. Das laserbasierte Entfernungsmesssystem kann als Lichtquelle des wenigstens einen Senders wenigstens einen Laser, insbesondere einen Diodenlaser, aufweisen. Mit dem wenigstens einen Laser können insbesondere gepulste Sendestrahlen als Sendesignale gesendet werden. Mit dem Laser können Sendesignale in für das menschliche Auge sichtbaren oder nicht sichtbaren Frequenzbereichen emittiert werden. Entsprechend kann wenigstens ein Empfänger einen für die Frequenz des ausgesendeten Lichtes ausgelegten Detektor, insbesondere eine (Lawinen)fotodiode, ein Dioden-Array, ein CCD-Array oder dergleichen, aufweisen. Das laserbasierte Entfernungsmesssystem kann vorteilhafterweise ein Laserscanner sein. Mit einem Laserscanner kann ein Überwachungsbereich mit einem insbesondere gepulsten Laserstrahl abgetastet werden.
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Die Erfindung kann bei einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, verwendet werden. Vorteilhafterweise kann die Erfindung bei einem Landfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, einem Lastkraftwagen, einem Bus, einem Motorrad oder dergleichen, einem Luftfahrzeug und/oder einem Wasserfahrzeug verwendet werden. Die Erfindung kann auch bei Fahrzeugen eingesetzt werden, die autonomen oder wenigstens teilautonom betrieben werden können.
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Die Detektionsvorrichtung kann vorteilhafterweise in Verbindung mit wenigstens einer elektronischen Steuervorrichtung des Fahrzeugs, insbesondere einem Fahrerassistenzsystem und/oder einer Fahrwerksregelung und/oder einer Fahrer-Informationseinrichtung und/oder einem Parkassistenzsystem oder dergleichen, verwendet werden. Auf diese Weise kann ein wenigstens teilweise autonomer Betrieb des Fahrzeugs ermöglicht werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können die Nahfeldreflexionen bei wenigstens zwei unterschiedlichen Senderichtungen entsprechender Sendesignale verglichen werden und aus dem Vergleich die Art der Durchlässigkeitsstörungen ermittelt werden. Durch die Korrelation mit den Senderichtungen können räumliche Anordnung, Ausdehnung und/oder Verteilung von Durchlässigkeitsstörungen als Muster bei den dadurch hervorgerufenen Nahfeldreflexionen erfasst werden. Aus den Mustern kann die Art der Durchlässigkeitsstörungen ermittelt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann der zeitliche Verlauf der Nahfeldreflexionen in Abhängigkeit von den Senderichtungen der entsprechenden Sendesignale mit wenigstens einem Referenzverlauf verglichen werden und aus dem Vergleich die Art der Durchlässigkeitsstörungen ermittelt werden. Der wenigstens eine Referenzverlauf ist charakteristisch für die Art der Durchlässigkeitsstörungen. Durch den Vergleich mit dem wenigstens einen Referenzverlauf können die Durchlässigkeitsstörungen klassifiziert werden.
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Der Referenzverlauf kann initial insbesondere nach der Herstellung der Detektionsvorrichtung, vorgegeben werden. So können die Durchlässigkeitsstörungen schneller klassifiziert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können die Nahfeldreflexionen einer Mustererkennungsroutine unterzogen werden, aus der die Art der Durchlässigkeitsstörungen ermittelt werden kann. Auf diese Weise können Muster der Nahfeldreflexionen insbesondere im zeitlichen und/oder räumlichen Verlauf erkannt werden. Die Muster sind charakteristisch für die Art der Durchlässigkeitsstörungen. Mithilfe der Mustererkennungsroutine können aus scheinbar chaotischen Mehrpfadstreuungen im Inneren eines Gehäuses der Detektionsvorrichtung und den daraus resultierenden Signalen, welche mit dem Empfänger als Nahfeldreflexionen empfangen werden können, entsprechende Zusammenhänge erkannt werden, aus der die Art der Durchlässigkeitsstörungen ermittelt werden kann.
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Dadurch, dass durch die Betrachtung ausschließlich der Nahfeldreflexionen die verwendete Datenmenge verringert wird, ist bei der Verwendung von Mustererkennungsroutinen zur Klassifizierung der Durchlässigkeitsstörungen ein geringerer Trainingsaufwand erforderlich. Da die Nahfeldreflexionen für die meisten relevanten Szenarien, in denen kein Objekt im Nahfeld vorhanden ist, unabhängig von der Umgebung sind, können Trainingsdaten vorteilhafterweise aus statischen Messungen, insbesondere initial , beispielsweise vor dem Einbau der Detektionsvorrichtung in ein Fahrzeug, erzeugt werden. Je größer die Anzahl von relevanten möglichen Kontaminierungsszenarien und der möglichen Durchlässigkeitsstörungen ist, desto vorteilhafter wirkt sich das erfindungsgemäße Verfahren aus.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die Mustererkennungsroutine auf Basis eines neuronalen Netzwerks realisiert werden. Ein Modell des neuronalen Netzwerks kann anhand der Messdaten an Nahfeldreflexionen lernen welche Muster mit den jeweiligen Arten der Durchlässigkeitsstörungen zusammenhängen.
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Vorteilhafterweise kann das verwendete neuronale Netzwerk ein sogenanntes Deep Neural Network (DNN), also ein tiefgehendes neuronales Netzwerk, sein. Auf diese Weise kann das neuronale Netzwerk durch tiefgehendes Lernen verbessert werden.
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Vorteilhafterweise können die Nahfeldreflexionen in ein Gitter, ein sogenanntes „Grid“, konvertiert werden. So kann eine Art Bild prozessiert werden. Das Bild kann als Referenzmuster für die Mustererkennung dienen. Mittels der gemessenen Nahfeldreflexionen können sogenanntes Ground-Truth-Werte für das Training erzeugt werden, mit welchen die Klassifizierung der Durchlässigkeitsstörungen verbessert werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die Mustererkennungsroutine initial vorgegeben werden und/oder beim Betrieb der Detektionsvorrichtung verändert werden. Eine initial vorgegebene Mustererkennungsroutine kann insbesondere nach der Fertigstellung der Detektionsvorrichtung, gegebenenfalls vor dem Einbau in ein Fahrzeug, trainiert werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Mustererkennungsroutine beim Betrieb der Detektionsvorrichtung verändert werden. Auf diese Weise kann die Mustererkennungsroutine an Betriebsbedingungen und/oder Umgebungsbedingungen angepasst werden. Außerdem kann die Mustererkennungsroutine, gegebenenfalls ein neuronales Netzwerk, beim Betrieb der Detektionsvorrichtung weiter lernen. So kann die Genauigkeit bei der Klassifizierung Durchlässigkeitsstörungen fortwährend verbessert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können mit dem Verfahren Durchlässigkeitsstörungen in Form von Verschmutzungen, Vereisungen oder dergleichen und/oder Beschädigungen des wenigstens einen Fensters ermittelt werden. Auf diese Weise können die Informationen gezielt eingesetzt werden, um im Fall von Vereisungen, Verschmutzungen oder der dergleichen geeignete Maßnahmen zur Beseitigung der Durchlässigkeitsstörungen zu treffen. So kann, sofern zweckmäßig, eine Reinigung und/oder eine Heizung des wenigstens einen Fensters initiiert werden. Falls Beschädigungen des wenigstens einen Fensters erkannt werden können entsprechende Warnhinweise erzeugt werden. Die Warnhinweise können direkt insbesondere in Form von optischen und/oder akustischen Signal ausgegeben werden, oder entsprechend zu Wartungszwecken bereitgestellt werden.
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Ferner wird die Aufgabe bei der Detektionsvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Steuer- und Auswerteeinrichtung wenigstens eine Routine aufweist, mit der aus dem zeitlichen Verlauf der Nahfeldreflexionen in Abhängigkeit von den Senderichtungen der entsprechenden Sendesignale die Art der Durchlässigkeitsstörungen ermittelt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird mithilfe der wenigstens einen Routine eine genauere Klassifizierung der Durchlässigkeitsstörungen ermöglicht.
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Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Routine auf softwaremäßigem Wege realisiert sein. Auf diese Weise kann sie einfach in die Steuer- und Auswerteeinrichtung integriert werden.
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Vorteilhafterweise kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung wenigstens einen programmierbaren Baustein aufweisen, in welchem die wenigstens eine Routine softwaremäßig integriert sein kann. Die wenigstens eine Routine kann so auch während des Betriebs verändert werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Routine eine Mustererkennungsroutine sein. Auf diese Weise können bekannte Muster von Durchlässigkeitsstörungen erkannt werden. Die Mustererkennungsroutine kann eine Vergleichseinrichtung aufweisen, mit welcher das Muster des zeitlichen Verlaufs der Nahfeldreflexionen in Abhängigkeit von den Senderichtungen mit einem entsprechenden Referenzverlauf verglichen werden kann. Aus dem Ergebnis des Vergleichs kann die Art der Durchlässigkeitsstörungen ermittelt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Routine, insbesondere die Mustererkennungsroutine, auf Basis eines neuronalen Netzwerkes, insbesondere eines tiefgehenden neuronalen Netzwerks, realisiert sein. Die Routine kann dabei initial trainiert sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Routine beim Betrieb der Detektionsvorrichtung angepasst, insbesondere trainiert, werden.
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Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung und deren jeweiligen vorteilhaften Ausgestaltungen aufgezeigten Merkmale und Vorteile untereinander entsprechend und umgekehrt. Die einzelnen Merkmale und Vorteile können selbstverständlich untereinander kombiniert werden, wobei sich weitere vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert wird. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch
- 1 ein Fahrzeug in Vorderansicht, welches eine optische Detektionsvorrichtung zur Überwachung eines Überwachungsbereichs in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug aufweist;
- 2 das Fahrzeug in der Draufsicht;
- 3 die Detektionsvorrichtung des Fahrzeugs aus den 1 und 2 in einer Draufsicht;
- 4 die Detektionsvorrichtung aus der 3 in einer Seitenansicht;
- 5 die Detektionsvorrichtung aus den 3 und 4 in der Draufsicht, wobei hier ein Fenster des Gehäuses der Detektionsvorrichtung verschmutzt ist,
- 6 die Detektionsvorrichtung aus der 5 in der Seitenansicht.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In der 1 ist ein Fahrzeug beispielhaft in Form eines Personenkraftwagens in der Vorderansicht gezeigt. Das Fahrzeug 10 umfasst eine optische Detektionsvorrichtung 12 in Form eines Laserscanners. Die Detektionsvorrichtung 12 ist beispielhaft in der vorderen Stoßstange des Fahrzeugs 10 angeordnet. In der 2 ist das Fahrzeug in einer Fahrsituation in der Draufsicht von oben gezeigt. Die 3 bis 6 zeigen die Detektionsvorrichtung 12 in Detailansichten von oben und von der Seite.
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Mit der optischen Detektionsvorrichtung 12 kann ein Überwachungsbereich 14 in Fahrtrichtung 16 vor dem Fahrzeug 10 auf Objekte 18 hin überwacht werden. Hierzu kann mit der Detektionsvorrichtung 12 der Überwachungsbereich 14 mit entsprechenden optischen Sendesignalen 20 beispielsweise in Form von Laserpulsen abgetastet werden. Bei Vorhandensein eines Objekts 18 werden die Sendesignale 20 reflektiert und als entsprechende optische Objekt-Reflexionssignale 22 zu der Detektionsvorrichtung 12 zurückgesendet. Mit einem Empfänger 24 der Detektionsvorrichtung 12 werden die Objekt-Reflexionssignale 22 empfangen.
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Die Detektionsvorrichtung 12 ist beispielhaft mit einem Fahrerassistenzsystem oder einem Parkassistenzsystem oder dergleichen des Fahrzeugs 10 verbunden, mit dem das Fahrzeug 10 autonom oder wenigstens teilautonom betrieben werden kann.
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Die Detektionsvorrichtung 12 arbeitet nach einem sogenanntes Laufzeitverfahren, bei dem eine Laufzeit zwischen dem Aussenden eines Sendesignals 20 und dem Empfang eines entsprechenden Objekt-Reflexionssignals 22 erfasst und daraus eine Entfernung, eine Geschwindigkeit und/oder eine Richtung des Objekts 18 relativ zum Fahrzeug 10 bestimmt werden kann.
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Die Detektionsvorrichtung 12 weist einen Sender 26 zum Aussenden von Sendesignalen 20, den Empfänger 24 zum Empfangen der Objekt-Reflexionssignale 22 und eine Umlenkeinrichtung 30 beispielhaft in Form einer Umlenkspiegeleinrichtung zum Umlenken der Sendesignale 20 auf. Mit dem Empfänger 24 können darüber hinaus weiter unten näher erläuterte Nahfeldreflexionen 28 empfangen werden.
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Mit der Umlenkeinrichtung 30 wird die Strahlrichtung der Sendesignale 20 in dem Überwachungsbereich 14 geschwenkt, sodass dieser mit den Sendesignalen 20 mit der Zeit abgetastet wird. Dieses Abtasten wird auch als „Abscannen“ bezeichnet.
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Ferner umfasst die Detektionsvorrichtung 12 ein Gehäuse 32, in dem der Sender 26, der Empfänger 24 und die Umlenkeinrichtung 30 angeordnet sind. Beispielhaft sind der Sender 26 und der Empfänger 24 bei der gezeigten Anordnung, in der die Strahlrichtungen der Sendesignale 22 in horizontaler Richtung geschwenkt werden, vertikal untereinander angeordnet.
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Zwischen dem Sender 26 und dem Empfänger 24 sind Trennwände 34 vorgesehen, welche eine optische Abschirmung des Empfängers 24 gegenüber dem Sender 26 bewirken. Zwischen den Trennwänden 34 sind beispielhaft zwei Lücken 36 vorgesehen, welche einen Raum des Gehäuses 32 mit dem Sender 26 und einen Raum mit dem Empfänger 24 optisch verbindet.
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Auf der dem Überwachungsbereich 14 zugewandten Seite weist das Gehäuse 30 ein Fenster 38 auf, welches für die Sendesignale 20 und die entsprechenden Objekt-Reflexionssignale 22 durchlässig ist. Durch das Fenster 38 können die erzeugten Sendesignale 20 aus dem Gehäuse 32 in den Überwachungsbereich 14 und die Objekt-Reflexionssignale 22 aus dem Überwachungsbereich 14 in das Gehäuse 32 gelangen.
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Außerdem umfasst die Detektionsvorrichtung 12 eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 40, mit welcher der Sender 26, der Empfänger 24 und die Umlenkeinrichtung 30 gesteuert werden können. Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 26 können außerdem die Objekt-Reflexionssignale 22 und die Nahfeldreflexionen 28 ausgewertet werden.
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Schließlich verfügt die Detektionsvorrichtung 12 über eine Heizeinrichtung 42 und eine Reinigungsreinrichtung 44. Mit der Heizeinrichtung 42 kann etwa auf der Außenseite des Fensters 38 vorhandener Schmutz 46, beispielsweise Streusalz, erdhaltiger Schmutz und/oder Insekten oder dergleichen, entfernt werden. Mit der Heizeinrichtung 42 können auf dem Fenster 38 etwa vorhandene Vereisungen 48 oder Schnee entfernt werden. Die Heizeinrichtung 42 und die Reinigungseinrichtung 44 sind jeweils mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 40 verbunden und können mit dieser bei Bedarf angesteuert werden.
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Schmutz 46, Vereisung 48 und Beschädigungen, beispielsweise Risse, Brüche, Kratzer oder dergleichen, des Fensters 38 können zu Störungen der Lichtdurchlässigkeit führen, welche die Reichweite der Detektionsvorrichtung 12 beeinträchtigen können. Diese Störungen, nämlich Schmutz 46, Vereisung 48 und Beschädigungen des Fensters 38, werden im Folgenden als „Durchlässigkeitsstörung 50“ bezeichnet. Um die Durchlässigkeitsstörungen 50 gezielt beseitigen zu können, ist es erforderlich, die Art der Durchlässigkeitsstörungen 50 zu erkennen. Schmutz 46 kann mit der Reinigungseinrichtung 44 beseitigt werden, wobei beispielhaft Reinigungsflüssigkeit verwendet werden kann. Vereisungen 48 können durch heizen mit der Heizeinrichtung 42 entfernt werden. Beschädigungen des Fensters 38 können weder durch Heizen noch durch Reinigen entfernt werden, sodass in diesem Fall keine diese Aktionen zielführend wäre. Im Gegenteil kann durch unnötiges Heizen oder Reinigen das Fenster 38 weiter beschädigt werden. Ferner wird dadurch der Bedarf an Reinigungsflüssigkeit und/oder Energie unnötig erhöht.
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Um die Durchlässigkeitsstörungen 50 zu erkennen und zu kategorisieren, werden beim Betrieb der Detektionsvorrichtung 12 reflektierte Sendesignale 20, welche von Reflexionen in einem Nahfeld 52 herrühren, als Nahfeldreflexionen 28 zur Erkennung von Durchlässigkeitsstörungen 50 herangezogen. Dazu wird beispielhaft ein Scan über den Überwachungsbereich 14 durchgeführt und diejenigen Reflexionen als Nahfeldreflexionen 28 betrachtet, welche entsprechend ihrer entsprechenden Laufzeit maximal in einer Entfernung, welche dem Nahfeld 52 entspricht, reflektiert wurden.
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Unter dem Nahfeld 52 versteht man Entfernungen von bis zu 1 m von dem Sender 26. Die Grenzen des Nahfeldes 52 sind in den 3 bis 6 als strichgepunktete Kreisbögen angedeutet. Das Nahfeld 52 umfasst das Ultranahfeld in Entfernungen von wenigen Zentimetern vom Sender 26. Das Fenster 38 befindet sich im Ultranahfeld des Senders 26. Im Nahfeld 52 rühren Reflexionen im Wesentlichen von dem Fenster 38 und entsprechenden Durchlässigkeitsstörungen 50 her. Etwaige Objekte 18 in der Umgebung haben auf die Reflexionen im Nahfeld 52 einen entsprechend geringeren Einfluss.
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Die Nahfeldreflexionen 28 werden, wie in den 5 und 6 gezeigt, durch Reflexionen an entsprechenden Durchlässigkeitsstörungen 50 bewirkt. Dabei werden die Sendesignale 20, welche durch das Fenster 38 gelangen, direkt im/am oder hinter dem Fenster 38 in den Innenraum des Gehäuses 32 zurückreflektiert. Durch scheinbar chaotische Mehrfachreflexionen im Gehäuse 32 gelangen die Nahfeldreflexionen 28 durch die Lücken 36 zu dem Empfänger 24 und werden mit diesem empfangen. Bei umfangreichen Untersuchungen mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde erkannt, dass die Mehrfachreflexionen abhängig von der Art der Durchlässigkeitsstörung 50 entsprechende Muster aufweisen.
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Zur Erkennung der Muster werden die empfangenen Nahfeldreflexionen 28 einer Mustererkennungsroutine 54 unterzogen. Dazu werden bei einem Scan des Überwachungsbereichs 14 die Nahfeldreflexionen 28 bei unterschiedlichen Senderichtungen des Senders 26 aufgenommen. Der zeitliche Verlauf der Nahfeldreflexionen 28 wird in Abhängigkeit von den Senderichtungen des Senders 26 mit Referenzverläufen bei bekannten Durchlässigkeitsstörung 50 erfasst. Bei dem Scan entstehen aus den scheinbar chaotischen Mehrfachreflexionen Muster, welche mit Referenzmustern aus bekannten Durchlässigkeitsstörungen 50 verglichen werden. Aus dem Vergleich wird die Art der vorliegenden Durchlässigkeitsstörung 50 identifiziert. So können Schmutz 46, Vereisung 48 und Beschädigungen des Fensters 38 voneinander unterschieden und die entsprechenden Maßnahmen, nämlich die Reinigung, die Heizung oder ein Warnhinweis, in die Wege geleitet werden.
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Die Mustererkennungsroutine 54 basiert auf einem neuronalen Netzwerk beispielhaft in Form eines sogenannten Deep Neural Network, einem tiefgreifenden neuronalen Netzwerk. Das neuronale Netzwerk wird beispielhaft initial vorgegeben. Hierzu werden beispielsweise vor der Montage der Detektionsvorrichtung 12 im Fahrzeug 10 entsprechende Referenzmessungen mit bekannten Durchlässigkeitsstörungen 50 vorgenommen und das neuronale Netzwerk daraufhin trainiert. Dabei werden die Nahfeldreflexionen 28 bei den Referenzmessungen in ein Gitter, ein sogenanntes „Grid“, konvertiert. So wird eine Art Bild prozessiert. Das Bild dient als Referenzmuster für die Erkennung von Durchlässigkeitsstörungen 50 beim Betrieb der Detektionsvorrichtung 12. Mittels der gemessenen Nahfeldreflexionen 28 werden Ground-Truth-Werte für das Training erzeugt, mit welchen die Klassifizierung der Durchlässigkeitsstörungen 50 verbessert wird.
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Die Mustererkennungsroutine 54 ist softwaremäßig beispielhaft in die Steuer- und Auswerteeinrichtung 40 integriert.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Mustererkennungsroutine 54 während des Betriebs der Detektionsvorrichtung 12 verändert werden. Beispielsweise kann das neuronale Netzwerk beim Betrieb der Detektionsvorrichtung 12 weiterhin trainiert werden. So kann die Genauigkeit bei der Erkennung von Durchlässigkeitsstörungen 50 verbessert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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