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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung eines Signal-zu-Rausch-Verhältnisses und einer elektrischen Leistungsaufnahme eines aktiven Sensors mit statistischer Messung, wobei mittels des Sensors erfasste Daten ausgewertet und Ergebnisse dieser Auswertung in zumindest einem Histogramm mit mehreren Bins ausgegeben werden.
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Aus der
DE 10 2017 011 835 A1 ist ein Verfahren zur Generierung von Punktewolken aus mittels eines Sensorsystems erfassten Daten bekannt. Dabei werden zeitgleich eine erste Punktewolke einer hohen Aktualisierungsrate bei geringer Reichweite des Sensorsystems und eine zweite Punktewolke mit einer niedrigen Aktualisierungsrate bei hoher Reichweite des Sensorsystems generiert. Weiterhin werden Rohdaten der generierten Punktewolken in einem Pufferspeicher abgelegt. Um ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu verbessern, werden mittels eines weiteren Sensors erfasste externe Objekte oder mittels des Sensorsystems erfasste interne Objekte zu einer Steuerung von für eine Auswertung der Punktewolken relevanten Bildbereichen herangezogen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Optimierung eines Signal-zu-Rausch-Verhältnisses eines Sensors anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In dem Verfahren zur Optimierung eines Signal-zu-Rausch-Verhältnisses und einer elektrischen Leistungsaufnahme eines aktiven Sensors mit statistischer Messung werden mittels des Sensors erfasste Daten ausgewertet und Ergebnisse dieser Auswertung in zumindest einem Histogramm mit mehreren Bins ausgegeben. Erfindungsgemäß wird eine Auflösung der Bins, d. h. eine Auflösung von Daten in Klassen, dynamisch angepasst, wobei die Anpassung automatisch erfolgt und/oder von außen gesteuert wird.
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Bei aktiven Sensoren, wie beispielsweise Lidaren mit so genannten SPAD-Empfängern, welche hochempfindliche Empfangsdioden sind, kann eine Messung über Statistiken beispielsweise mittels statistischen Zählprozessen verbessert werden. Da es vorkommt, dass die Empfangsdioden auch bei Störquellen ein Signal erzeugen, wird eine Mehrzahl der SPAD-Empfänger parallel geschaltet und es wird eine Vielzahl an Laserpulsen gesendet. Die Ausgabe der Auswertung ist ein Histogramm, dessen Bin-Größe die Auflösung des Systems widerspiegelt und dessen Anzahl an Bins entsprechend eine maximale Detektionsentfernung definiert. Typischerweise soll dabei eine hohe Auflösung bei gleichzeitig hoher Reichweite erzielt werden, wodurch jedoch sehr große Histogramme erzeugt werden. Gleichzeitig wird hierbei eine mögliche Detektionszahl eines jeden Bins entsprechend kleiner, wodurch das Signal-zu-Rausch-Verhältnis sinkt. Weiterhin kann eine weitere Vergrößerung der Histogramme durch digitale Summierung erreicht werden, was häufig auch bei so genannten FMCW-Sensoren vorgenommen wird. Hier wird ein empfangenes Signal über viele Perioden gemittelt, wodurch das Rauschen statistisch gemittelt wird und das Signal-zu-Rausch-Verhältnis zunimmt. Jedoch nimmt gleichzeitig auch ein Prozessaufwand signifikant zu.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht jedoch aufgrund der dynamischen Anpassung der Auflösung der Bins eine signifikante Reduzierung des Prozessaufwands, ohne erfasste Daten frühzeitig zu diskriminieren. Es ist somit ein verringerter Aufwand bei der Ausführung des Prozesses erforderlich, wodurch Latenzzeiten verringert, die Leistungsaufnahme des Sensors reduziert und zusätzlich eine Chip-Größe des Sensors reduziert werden kann. Dadurch, dass eine hochgenaue Berechnung lediglich an einer begrenzten Anzahl von Positionen der Messung stattfindet und nicht über deren gesamte Länge, kann an diesen Positionen eine wesentlich höhere Genauigkeit gegenüber einem gleichförmigen Prozess mit stets gleicher Auflösung für alle Positionen erreicht werden. Eine Leistungsfähigkeit des Sensors steigt somit, wodurch Fahrzeugfunktionen, beispielsweise teilautonome oder autonome Fahrfunktionen, welche mittels des Sensors erfasste Daten verwenden, zuverlässiger und ebenfalls mit erhöhter Leistungsfähigkeit realisiert werden können.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt:
- 1 schematisch einen Ablauf eines Verfahrens zur Umgebungserfassung für ein Fahrzeug.
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In der einzigen 1 ist ein Ablauf eines möglichen Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Umgebungserfassung für ein Fahrzeug dargestellt.
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In einem ersten Verfahrensschritt S1 werden mittels eines aktiven Sensors, beispielsweise eines Lidars, Signale ausgesendet und von Umgebungsobjekten reflektierte Signale werden mittels Empfängern des Lidars, beispielsweise so genannten SPAD-Empfängern, welche hochempfindliche Empfangsdioden sind, empfangen.
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Die empfangenen Signale werden in einem zweiten Verfahrensschritt S2 in einem statistischen Verfahren ausgewertet und Ergebnisse der Auswertung werden in zumindest einem Histogramm mit mehreren Bins ausgegeben.
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Zur Optimierung eines Signal-zu-Rausch-Verhältnisses und einer elektrischen Leistungsaufnahme des aktiven Sensors wird eine Auflösung der Bins dynamisch angepasst, wobei die Anpassung automatisch erfolgt und/oder von außen gesteuert wird. Mittels der Steuerung wird dabei vorgegeben, in welchem Entfernungsbereich der Erfassung eine erhöhte Auflösung oder eine digitale Summierung erfolgen soll. In allen anderen Bereichen wird das Histogramm mit einer Grundschärfe oder Grundauflösung aufgenommen oder nicht mit anderen Bildpunkten summiert.
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Auch ist es möglich, dass ein inhärenter, zweistufiger Prozess ausgeführt wird. In diesem Prozess wird zunächst ein Histogramm mit grober Auflösung erzeugt. Anschließend wird in so genannten FMCW-Ansätzen entsprechend eine Fouriertransformation zur Ermittlung von Schwebungen verkleinert. Hierbei wird an Positionen in der Erfassung, an denen sich ein Kandidat für eine Detektion befindet, d. h. das Signal-zu-Rausch-Verhältnis nahe einer Rauschgrenze ist, in diesen Bereichen eine Auflösung erhöht und nachprozessiert.
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Aktive Sensoren senden ein bekanntes Signal aus, welches von Objekten in der Umgebung reflektiert wird und vom Sensor wieder empfangen wird. Hierbei wird die Auflösung des Sensors einerseits durch eine eventuelle Ablenkung des ausgesandten Signals, beispielsweise mittels Spiegeln, und andererseits auch durch die Auflösung des zumindest einen Empfängers definiert. Empfänger werden, wie bereits beschrieben, häufig durch eine Vielzahl von parallel angeordneten Elementen, beispielsweise Bildpunkten eines so genannten SPAD, dargestellt. Diese Elemente bestehen oft aus einer Vielzahl an einzelnen Zellen, die miteinander verschaltet werden, um ein Gesamtsignal zu erzeugen. Beispielsweise besteht ein SPAD-Bildpunkt, auch als SPAD-Pixel bezeichnet, aus einer Vielzahl von Einzelzellen, deren Signale in einer Auswertung aufaddiert werden. Wenn ein Reflex eines Objekts kleiner ist als der entsprechende SPAD-Bildpunkt, so sammeln einige der Einzelzellen nur Rauschsignale ein, welche nicht zur Detektion des Objekts beitragen. Insbesondere wenn sich eine Abbildung des Objekts auf zwei benachbarte SPAD-Bildpunkte verteilt, sind die Bedingungen für die Erkennung des Objekts sehr unvorteilhaft.
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Hieraus ergibt sich, dass eine Erhöhung der Auflösung der Bins auch mittels einer digitalen Summierung von Bildpunkten durchgeführt werden kann. Die Summierung wird beispielsweise in einem rollierenden Verfahren zum Addieren der Einzelzellen durchgeführt. Am Beispiel eines so genannten SPAD werden 9x9 Einzelzellen zu einem SPAD-Bildpunkt zusammengeschaltet. Innerhalb dieses SPAD-Bildpunkts kann ein Fenster von 5x5 addierten Zellen in der Auswertung um zwei Bildpunkte in jede Dimension verschoben werden und die Bildpunktsignale können jeweils addiert werden. Ist dabei der Reflex relativ zu dem ursprünglichen 5x5-Fenster leicht verschoben, ergibt sich in einem der ausgewerteten Bereiche ein höheres Signal und damit eine verbesserte Detektion. Sind alle Signale gleich stark, so wurde ein großes Ziel getroffen, was ebenfalls als Information an eine Signalverarbeitung weitergegeben werden kann.
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In einer möglichen Ausgestaltung kann auf diese Summierung der oben beschriebene inhärente, zweistufige Prozess angewendet werden. Hierdurch kann eine Kreuzberechnung verringert und somit vermieden werden, dass eine Rechenkomplexität quadratisch ansteigt.
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Mittels der Summierung wird eine geometrisch gegebene Auflösung von aktiv messenden Sensoren umgangen, um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis von Hindernissen, die im Bereich der Auflösungsgröße liegen, zu erhöhen. Hierdurch werden schwierig zu erfassende Objekte besser erkannt, wodurch eine Leistungsfähigkeit des Sensors steigt und Fahrzeugfunktionen, beispielsweise teilautonome oder autonome Fahrfunktionen, welche mittels des Sensors erfasste Daten verwenden, zuverlässiger und ebenfalls mit erhöhter Leistungsfähigkeit realisiert werden können.
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Bezugszeichenliste
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- S1
- Verfahrensschritt
- S2
- Verfahrensschritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017011835 A1 [0002]
