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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein LiDAR-System zur Detektion eines Objekts.
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Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Detektion eines Objekts.
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Stand der Technik
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Bekannte LiDAR-Systeme nutzen schmalbandige Laserstrahlen, die in eine bestimmte Richtung abgelenkt werden. Trifft der Laserstrahl auf ein Objekt, kann anhand der Reflexion des Laserstrahls an dem Objekt in diesem Winkel dessen Entfernung bestimmt werden. Hierzu wird beispielsweise eine lineare Frequenzrampe, basierend auf dem Prinzip FMCW - frequency modulated continuous wave - ausgesendet und durch einen kohärenten Empfang die Differenzfrequenz zwischen Senderampe und Empfangsrampe ermittelt. Anhand dieser Differenzfrequenz kann dann die Entfernung des Objekts bestimmt werden. Um ein Objekt in einem Gebiet detektieren zu können, kann ein Gebiet zweidimensional ausgeleuchtet werden.
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Aus der
WO 2013/107621 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur tiefenabhängigen Anpassung des Dynamikbereichs eines Systems basierend auf optischer Kohärenztomographie an den Verlauf der zu messenden Rückstreuleistung bekannt geworden, wobei der Dynamikbereich der Messmethode vom Dynamikbereich des verwendeten Analog-Digital-Wandlers abgekoppelt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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In einer Ausführungsform stellt die Erfindung ein LiDAR-System zur Messung eines Abstands eines Objekts bereit, umfassend eine Lichtquelle zur Bereitstellung von Licht zumindest einer Wellenlänge, eine Aussendeeinrichtung zur Aussendung des von der Lichtquelle bereitgestellten Lichts, eine Empfangseinrichtung zum Empfangen von reflektiertem Licht des Objekts und zum Bereitstellen eines Messsignals auf Basis des empfangenen Lichts, ein Interferometer, und einen Detektor zur Detektion eines Signals und Ausgabe eines Detektionssignals basierend auf dem detektierten Signal, wobei das Interferometer mit dem Detektor über eine erste Verbindung ein Messsignal und über eine zweite Verbindung ein Referenzsignal basierend auf dem von der Lichtquelle bereitgestellten Lichts zur Verfügung stellt, eine Anpassungseinrichtung zur selektiven Anpassung des Mess- und/oder Referenz- und/oder Detektionssignals anhand eines Anpassungswerts, ermittelt durch Vergleich der Stärke des Detektionssignals mit einem vorgegebenen Referenzwert und eine Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung der Reflektivität und/oder des Abstands des Objekts anhand des Anpassungswerts und des Detektionssignals.
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In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zur Messung eines Abstands eines Objektes mittels eines LiDAR-Systems bereit, umfassend die Schritte:
- - Aussenden von Licht zumindest einer Wellenlänge auf ein Objekt,
- - Empfangen von reflektiertem Licht des Objekts,
- - Bereitstellen eines Messsignals auf Basis des empfangenen Lichts,
- - Bereitstellen des Messsignals über eine erste Verbindung und Bereitstellen eines Referenzsignals basierend auf dem von der Lichtquelle ausgesendeten Licht über eine zweite Verbindung für einen Detektor, der ein Detektionssignal bereitstellt,
- - Detektieren des kombinierten Signals aus Messsignal und Referenzsignal mittels des Detektors und Ausgeben eines Detektionssignals durch den Detektor basierend auf dem detektierten Signal,
- - Berechnen der Stärke des Detektionssignals,
- - Vergleichen der berechneten Stärke mit einem vorgegebenen Referenzwert,
- - Bereitstellen zumindest eines Anpassungswerts auf Basis des Vergleichs,
- - Anpassen des Mess- und/oder Referenz- und/oder Detektionssignals anhand des Anpassungswerts, und
- - Ermitteln der Reflektivität und/oder des Abstands des Objekts anhand des Anpassungswerts und des Detektionssignals.
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Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass damit die Detektion von Objekten mittels des LiDAR-Systems robuster gegen Umwelteinflüsse ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei großen Reflexivitätsunterschieden zwischen verschiedenen Messpunkten an jedem Messpunkt ein verbessertes Signal-zu-Rausch-Verhältnis erreicht werden kann, sodass der Entfernungsmessbereich erweitert werden kann, wenn die entsprechende Signalintensität über die Entfernung stark variiert. Darüber hinaus wird die Zuverlässigkeit verbessert, denn eine Blendung durch Objekte mit Retroreflektoren oder dergleichen kann vermieden werden.
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Unter dem Begriff LiDAR-System ist insbesondere ein FMCW-LiDAR-System oder ein laufzeitbasiertes Time of Flight-LiDAR-System zu verstehen und/oder ein LiDAR-System, welches ausgebildet ist, Objekte in einen Abstand zwischen 20 cm und 10 km, vorzugsweise zwischen 1 m und 1 km zu detektieren, welche vorzugsweise beweglich sind.
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Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Anpassungseinrichtung zumindest ein variables optisches Dämpfer- und/oder Verstärkerelement und/oder einen variablen optischen Richtkoppler, wobei dieses im Lichtweg vor dem Detektor angeordnet ist. Durch die Anordnung der Anpassungseinrichtung dergestalt, dass diese das Signal vor einer Detektion durch den Detektor anpasst, kann eine zuverlässige selektive Dämpfung oder Verstärkung von Signalanteilen erreicht werden. Weiter kann das Signal mit einem guten Signal-zu-Rausch-Verhältnis aufgenommen werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Anpassungseinrichtung im Lichtweg von der Lichtquelle zur Aussendeeinrichtung angeordnet. Mit anderen Worten ist die Anpassungseinrichtung dann im Messpfad angeordnet, was eine einfache und flexible Anordnung ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Anpassungseinrichtung ein variables elektrisches Dämpfer- und/oder Verstärkerelement und dieses ist in einem Signalpfad nach dem Detektor angeordnet. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass für einen dem Detektor nachfolgenden Analog-DigitalWandler, ADW, dessen Dynamikbereich durch die selektive Dämpfung oder Verstärkung besser ausgenutzt werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Anpassungseinrichtung eine Filtereinrichtung, insbesondere wobei diese eine frequenzselektive Filterung bereitstellt. Insbesondere bei Ausführungsformen der Anpassungseinrichtung als elektrisches Dämpfer- und/oder Verstärkungselement können damit Signale aus verschiedenen elektrischen Frequenzen verschieden gewichtet werden, da Messabstände von Objekten mit elektrischen Signalfrequenzen korrelieren. Dabei macht man sich zu Nutze, dass aufgrund der optischen Strahlausbreitung unterschiedliche Objektabstände in der Regel zu unterschiedlichen reflektierten Signalleistungen führen. Dies erhöht einerseits die Flexibilität, zum anderen auch die Zuverlässigkeit bei der Detektion von Objekten.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Anpassungseinrichtung ein Mach-Zehnder-Interferometer mit zumindest einer Phasenschiebereinheit. Damit lässt sich auf einfache Weise eine Dämpfung an einem Ausgang bereitstellen durch Einstellung einer relativen optischen Phase in den beiden Armen des Mach-Zehnder-Interferometers.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Mach-Zehnder-Interferometer zumindest zwei Kopplerelemente, und die Anpassungseinrichtung ist zwischen zwei Kopplerelementen des Mach-Zehnder-Interferometers angeordnet. Damit kann auf besonders einfache Weise das Messsignal und/oder das Referenzsignal im Lichtweg zum Detektor entsprechend angepasst werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die Kopplerelemente als Richtkoppler und/oder als Mehrmoden-Interferenzkoppler ausgebildet. Dies ermöglicht eine zuverlässige Kopplung. Richtkoppler zeichnen sich durch geringe Reflexionen aus und Mehrmoden-Interferenzkoppler bieten einen breiteren nutzbaren Wellenlängenbereich.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Aussendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung zur biaxialen Messung ausgebildet. Dies verringert die Signalverluste, was letztendlich die Zuverlässigkeit bei der Detektion von Objekten verbessert.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.
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Figurenliste
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Dabei zeigt in schematischer Form
- 1 ein LiDAR-System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 ein LiDAR-System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 3 ein LiDAR-System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 4 ein LiDAR-System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 5a,b ein LiDAR-System und eine Stärke eines Detektionssignals aufgenommen mit einem LiDAR-System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 6 verschiedene LiDAR-Systeme gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
- 7a, 7b Ausführungsformen der Anpassungseinrichtung eines LiDAR-Systems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
- 8 Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
- 9 Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt in schematischer Form ein LiDAR-System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Im Detail ist in 1 ein FMCW-LiDAR-System 1 gezeigt, bei dem aus Gründen der Übersichtlichkeit in der 1 eine entsprechende Strahlablenkungseinheit nicht dargestellt wurde. Das LiDAR-System 1 kann sowohl faseroptisch, als auch freistrahloptisch oder (teil-)integriert auf einem photonischen Chip aufgebaut sein. Das LiDAR-System 1 umfasst eine Lichtquelle 3, welche kohärentes Licht mit variabler optischer Frequenz aussendet, sowie ein Interferometer, umfassend zwei optische Richtkoppler oder Mehrmoden-Interferenzkoppler MMI 50, 51 einen vorzugsweise balancierten Detektor 4, eine Aussendeeinrichtung 30 zur Aussendung von Licht und einer Empfangseinrichtung 31 zur Detektion von ausgesendetem Licht, welches durch ein Objekt 2 reflektiert wurde.
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Der Detektor 4 ist weiter ausgangsseitig mit einer Ermittlungseinrichtung 15 verbunden, die eine Reflektivität und/oder einen Abstand eines Objekts 2 anhand des Detektionssignals des Detektors 4 bestimmt.
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In der Beschreibung ist hierbei unter „Messsignal“ das Licht zu verstehen, das vom Objekt reflektiert wird und einen entsprechenden Messpfad 10 zurücklegt, unter „Referenzsignal“ das Licht zu verstehen, das vom ersten Koppler 51 abgezweigt wird und einen Referenzpfad 11 zurücklegt, unter Detektionssignal hier - wie bereits oben erwähnt - ein elektrisches Signal im Signalpfad nach dem Detektor zu verstehen. Dieses entsteht insbesondere durch Überlagerung von Messsignal und Referenzsignal und durch Umwandlung der resultierenden optischen Intensität in ein elektrisches Signal.
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Weiter ist also unter Messpfad 10 derjenige Pfad beziehungsweise Weg von der ersten Aufteilung des Lichts der Lichtquelle 3 an dem ersten Koppler 51 oder variablem Koppler 8, hin zum Messobjekt 2 und zurück bis zur Wiedervereinigung an dem zweiten Koppler 50 zu verstehen, unter Referenzpfad 11 derjenige Pfad von der ersten Aufteilung des Lichts der Lichtquelle 3 an dem ersten Koppler 51 oder variablem Koppler 8, direkt zur Wiedervereinigung an dem zweiten Koppler 50 und unter Detektionspfad derjenige Signalpfad von zweitem Koppler 50 zum Detektor 4.
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Ein variables optisches Dämpferelement 6 ist in der Ausführungsform der 1 in einem zum Messpfad 10 zwischen den beiden Kopplern 50, 51 parallelen Referenzpfad 11 angeordnet, der vom ersten Koppler 51 zum zweiten Koppler 50 verläuft. Die Amplitude des resultierenden Signals, welches am Ausgang des zweiten Kopplers 50 bereitgestellt und dann vom Detektor 4 detektiert wird, ist abhängig von den elektrischen Feldstärken in Mess- und Referenzpfad 10, 11. Das Detektionssignal nach dem Detektor ist im Fall von balanciertem Empfang proportional zur Quadratwurzel der Leistungen, Pd ~ √PmPr.
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Eine Abschwächung des Signals durch das variable optische Dämpferelement 6 in einem der beiden Pfade 10, 11 führt zur Reduzierung der detektierten Leistung Pd. Ein solches FMCW-LiDAR System ist vorzugsweise so ausgelegt, dass es am „Schrot-Rausch-Limit“ arbeitet. Das bedeutet, dass das Schrotrauschen, das durch die optische Leistung im Referenzpfad 11 erzeugt wird, die dominante Rauschquelle ist. Ist dies der Fall, so ist das Signal-zu-Rausch-Verhältnis SNR unabhängig von dieser optischen Referenzleistung und hängt nur von der optischen Messleistung ab. Durch Änderung der Referenzpfadleistung durch das variable optische Dämpferelement 6 kann so die Höhe des Detektionssignals nach dem Detektor 4 angepasst werden, ohne das SNR und damit die Möglichkeit der Ziel-Detektion, zu verändern. Auf diese Weise kann die Ermittlungseinrichtung 15 dann die Reflektivität und/oder den Abstand eines Objekts 2 ermitteln anhand der bereitgestellten Dämpfung und des vom Detektor 4 bereitgestellten Detektionssignals.
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2 zeigt ein LiDAR-System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Im Detail ist in 2 im Wesentlichen ein LiDAR-System 1 gemäß 1 gezeigt. Im Unterschied zum LiDAR-System 1 gemäß 1 umfasst das Interferometer bei dem LiDAR-System 1 gemäß 2 drei Koppler 50, 51, 52. Die Anpassungseinrichtung in Form eines variablen optischen Dämpferglieds 6 ist wiederum im Referenzpfad 11 angeordnet.
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3 zeigt ein LiDAR-System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Im Detail ist in 3 im Wesentlichen ein LiDAR-System 1 gemäß 2 gezeigt. Im Unterschied zum LiDAR-System 1 gemäß 2 umfasst das Interferometer bei dem LiDAR-System 1 gemäß 3 nun anstelle des dritten Kopplers 52 einen Zirkulator 7. Die Anpassungseinrichtung in Form eines variablen optischen Dämpferelements 6 ist wiederum im Referenzpfad 11 angeordnet.
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4 zeigt ein LiDAR-System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Im Detail ist in 4 im Wesentlichen ein LiDAR-System 1 gemäß 1 gezeigt. Im Unterschied zum LiDAR-System 1 gemäß 1 umfasst das LiDAR-System 1 gemäß 4 nun eine biaxiale Sende- und Empfangseinrichtung 30, 31, wobei das Referenzsignal über den ersten Koppler 51 und über das variable optische Dämpferelement 6 zum zweiten Koppler 50 geführt wird - Referenzpfad 11 - und das Messsignal vom ersten Koppler 51 über die Sendeeinrichtung 30, das Objekt 2, die Empfangseinrichtung 31 zum zweiten Koppler 50 geführt wird - Messpfad 10.
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5a zeigt ein LiDAR-System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 5b eine Stärke eines Detektionssignals, aufgenommen mit einem LiDAR-System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Im Detail ist in 5a im Wesentlichen ein LiDAR-System 1 gemäß 4 gezeigt. Im Unterschied zum LiDAR-System 1 gemäß 4 umfasst das Interferometer bei dem LiDAR-System 1 gemäß 5a nun anstelle des zweiten Kopplers 51 und dem variablen optischen Dämpferelement 6 einen variablen Richtkoppler 8. Die Anpassungseinrichtung in Form des variablen Richtkopplers 8 ist nach der Lichtquelle, 3 angeordnet.
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Mit anderen Worten fehlt bei dem biaxialen FMCW-LiDAR System der 5a das variable optische Dämpferelement 6. Stattdessen wird die optische Leistung mittels des variablen optischen Richtkopplers 8 auf Mess- und Referenzpfad 10, 11 verteilt. Das stärkste Messsignal ergibt sich hier bei gleichem Kopplungsverhältnis auf beide Pfade 10, 11, siehe 5b, in der die normierte detektierte Signalleistung 101 durch den Detektor 4 über dem Leistungskopplungsverhältnis 100 aufgetragen ist und die entsprechende Kurve 102 ein Maximum bei einem Leistungskopplungsverhältnis 100 von 0,5 aufweist.
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6 zeigt verschiedene LiDAR-Systeme gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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In 6 sind im Wesentlichen jeweils LiDAR-Systeme 1 gemäß 1 gezeigt.
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Im Detail zeigt 6 weitere Ausführungsformen, die sich durch Positionierung des variablen optischen Dämpferelements 6 unterscheiden, wobei die unterschiedlichen Positionen durch das Bezugszeichen zusammen mit einer weiteren Zahl durch einen Bindestrich getrennt bezeichnet sind: direkt hinter der Lichtquelle, Bezugszeichen 6-1, beziehungsweise die direkte Steuerung der Lichtquellenintensität, zum Beispiel durch Einstellen den Laserstroms, sowie im Messpfad 10, Bezugszeichen 6-2 oder im Detektionspfad 12, Bezugszeichen 6-3 und 6-5 vor dem Detektor 4 und nach dem zweiten Koppler 50. Ebenso kann das Dämpferelement 6 nach dem Detektor angeordnet und dann als variables elektrisches Dämpferelement ausgeführt sein, Bezugszeichen 6-4. Diese Position des variablen elektrischen Dämpferelements 6-4 ist vorteilhaft, wenn der Dynamikbereich eines nachgeschalteten Analog-Digital-Wandlers ADC 9 das limitierende Element darstellt. Vorteilhaft ist eine Ausführung des variablen elektrischen Dämpferelements 6 als spektraler Filter. Dadurch können beispielsweise verschiedene Frequenzbereiche verschieden stark gedämpft werden und damit unterschiedliche Messabstände unterschiedlich stark gewichtet werden.
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7a, 7b zeigen Ausführungsformen der Anpassungseinrichtung eines LiDAR-Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 7a ist das variable optische Dämpfglied 6 als Mach-Zehnder-Interferometer MZI ausgeführt. Dieses erzeugt eine Dämpfung am Ausgang durch Einstellung der relativen optischen Phase in beiden Armen, zum Beispiel unter Verwendung von zwei Phasenschiebern 60, 61. Der variable optische Richtkoppler 8 kann auf gleiche Weise ausgeführt sein, jedoch werden hier beide Ausgänge des MZI genutzt, wie in 7b dargestellt. Ein Phasenunterschied beider Arme führt nun zu einer entsprechenden Verteilung des Lichts auf beide Ausgänge.
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8 zeigt Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 8 sind Schritte eines Verfahrens zur Regelung der variablen Dämpfung oder Verstärkung, gezeigt.
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Dabei erfolgt in einem ersten Schritt T1 ein Aufnehmen eines Detektionssignals und in einem zweiten Schritt T2 wird die Stärke des Detektionssignals berechnet, beispielsweise durch Bestimmung einer maximalen oder einer zeitlich gemittelten Intensität. Weiter wird in einem dritten Schritt T3 verglichen, ob die Signalstärke des Detektionssignals oberhalb oder unterhalb eines optimalen Wertes liegt. Dieser optimale Wert kann zum Beispiel bei 80% der oberen Messbereichsgrenze der Vorrichtung liegen.
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Liegt die Signalstärke abseits des optimalen Wertes, wird ein neuer Dämpfungsfaktor in einem vierten Schritt T4 berechnet, der im Fall eines zu kleinen Detektionssignals kleiner als zuvor, und im Fall eines zu großen Detektionssignals größer als zuvor berechnet wird. Der errechnete Dämpfungsfaktor wird nun in ein Steuersignal für das Dämpf- oder Verstärkerglied 6 in einem fünften Schritt T5 umgerechnet, beispielsweise in elektrische Spannungen für die Phasenschieber 60, 61. Das Dämpf- oder Verstärkerglied 6 erhält in einem sechsten Schritt T6 dieses Steuersignal als Eingangsgröße, woraufhin sich dessen Dämpfung oder Verstärkung ändert. Ein neues Detektionssignal wird in einem siebten Schritt T7 aufgenommen, welches dann entsprechend mit dem Dämpfungsfaktor angepasst ist. Ebenso wird das Detektionssignal analog oder numerisch um den Dämpfungsfaktor korrigiert in Schritt T8, um das unverfälschte Detektionssignal zurück zu erhalten. Für die beschriebenen Schritte kann ein PID-Regler, proportional-integral-derivativer Regler, verwendet werden, der die optimale Signalstärke als Führungsgröße, die gemessene Signalstärke als Regelgröße und den Dämpfungsfaktor als Stellgröße verwendet.
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Als Ergebnis resultiert ein Detektionssignal zur Bestimmung einer Reflektivität und/oder eines Abstandsvektors eines Objekts in Schritt T9, welches nicht mehr durch den Dynamikbereich der einzelnen Systemkomponenten beschränkt ist. Somit kann schrotrauschbegrenzter Empfang für schwach reflektierende oder weit entfernte Objekte erreicht werden, ohne den Detektor oder die nachfolgende Elektronik zu sättigen. Ein Rechner, ein Mikroprozessor oder dergleichen kann dann aus dem detektierten angepassten Detektionssignal zusammen mit dem entsprechenden Anpassungswert, mit dem das ursprüngliche Detektionssignal angepasst wurde auf das ursprüngliche Detektionssignal schließen und daraus die Reflektivität und/oder den Abstandsvektor für das Objekt bestimmen. Der geregelte Dämpfungsfaktor kann als zusätzliches Ausgangssignal des LiDAR-Systems verwendet werden, da er Rückschlüsse auf die Dämpfung im Signalpfad und somit unter anderem auf die Reflektivität der detektierten Objekte zulässt.
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9 zeigt Schritte eines Verfahrens zur Messung eines Abstands eines Objekts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Dabei erfolgt in einem ersten Schritt S1 ein Aussenden von Licht zumindest einer Wellenlänge auf ein Objekt.
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Weiter erfolgt in einem zweiten Schritt S2 ein Empfangen von reflektiertem Licht des Objekts.
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Weiter erfolgt in einem dritten Schritt S3 ein Bereitstellen eines Messsignals auf Basis des empfangenen Lichts.
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Weiter erfolgt in einem viertem Schritt S4a ein Bereitstellen des Messsignals über eine erste Verbindung und ein Bereitstellen S4b eines Referenzsignals basierend auf dem von der Lichtquelle ausgesendeten Licht über eine zweite Verbindung für einen Detektor, der ein Detektionssignal bereitstellt.
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Weiter erfolgt in einem fünften Schritt S5 ein Detektieren des kombinierten Signals aus Messsignal und Referenzsignal mittels des Detektors und Ausgeben eines Detektionssignals durch den Detektor basierend auf dem detektierten Signal.
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Weiter erfolgt in einem sechsten Schritt S6 ein Berechnen der Stärke des Detektionssignals.
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Weiter erfolgt in einem siebten Schritt S7 ein Vergleichen der berechneten Stärke mit einem vorgegebenen Referenzwert.
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Weiter erfolgt in einem achten Schritt S8 ein Bereitstellen zumindest eines Anpassungswerts auf Basis des Vergleichs.
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Weiter erfolgt in einem neunten Schritt S9 ein Anpassen des Mess- und/oder Referenz- und/oder Detektionssignals anhand des Anpassungswerts, und in einem zehnten Schritt S10 ein Ermitteln der Reflektivität und/oder des Abstands des Objekts anhand des Anpassungswerts und des Detektionssignals.
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Ist ein FMCW-LiDAR System als scannendes System ausgelegt, werden nacheinander verschiedene Punkte einer Szene beziehungsweise verschiedene Austrittswinkel des Systems vermessen. Nachdem ein Scan abgeschlossen ist, insbesondere wird mit einer gewissen Wiederholungsrate unter denselben Winkeln erneut gemessen. Insbesondere bei einer hohen Wiederholungsfrequenz im Vergleich zur typischen Geschwindigkeit von Objekten in der Szene ändert sich die Szene zwischen zwei Messungen nicht erheblich, was dazu führt, dass dieselben Objekte mit konstanter Reflektivität und ähnlicher Signaldämpfung durch die Umgebung unter ähnlichen Winkeln bei weiteren Scans wieder gemessen werden. In solchen Situationen ist es vorteilhaft, den optimalen Dämpfungs- oder Verstärkungsfaktor, der in einem ersten Scan für jeden Messpunkt bestimmt wurde, zu speichern und für weitere Scans vor der jeweiligen Messung für jeden Punkt wiedereinzustellen. Damit wird die Wahrscheinlichkeit einer optimalen Signalintensität während der Messung deutlich erhöht und es wird verhindert, dass beispielsweise dieselben Punkte bei wiederholten Messungen auf Grund von Signalübersteuerung fehlschlagen, da der Dämpfungskoeffizient nicht rechtzeitig angepasst werden konnte, zum Beispiel bei sehr stark reflektierenden und sehr stark dämpfenden Objekten nebeneinander. Die gespeicherten Dämpfungsfaktoren werden bei Änderungen in der Szene kontinuierlich angepasst.
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FMCW-LiDAR erlaubt neben der Messung des Abstands auch eine Messung der Geschwindigkeiten von Objekten in einer Szene. In einer weiteren Ausführungsform können Bewegungen von Objekten auch durch andere Sensoren, beispielsweise Kameras in Kombination mit Algorithmen zur Bestimmung des optischen Flusses, bestimmt werden. Sind Bewegungen von Objekten in der beobachteten Szene bekannt, können die benötigten Änderungen in den gespeicherten Dämpfungsfaktoren auch antizipiert werden. Als Beispiel kann für den Fall, dass sich ein Objekt mit einem durch eine vorherige Messung bestimmten optimalen Dämpfungsfaktor durch die Szene bewegt, die Dämpfungsfaktoren unter Messwinkeln angepasst werden, untern denen das Objekt beim nächsten Scan erwartet wird.
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Zusammenfassend weist zumindest eine der Ausführungsformen der Erfindung zumindest einen der folgenden Vorteile auf:
- • Hoher Dynamikbereich.
- • Robuster gegenüber Umgebungseinflüssen.
- • Erweiterung des Entfernungsmessbereichs.
- • Höhere Zuverlässigkeit.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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