DE102019115723A1

DE102019115723A1 - Fahrerassistenzsystem zur Bestimmung einer Farbe eines Objektes in einer Fahrzeugumgebung

Info

Publication number: DE102019115723A1
Application number: DE102019115723.4A
Authority: DE
Inventors: Rainer Straschill
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2019-09-05
Also published as: DE102018114987A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem (2) für ein Fahrzeug (1) zur Erfassung eines Objektes (3) in einer Umgebung des Fahrzeugs (1), wobei das Fahrerassistenzsystem (2) eine Laservorrichtung (20), einen Scanner (4) mit einem Spiegel (5), einen Detektor (6) und eine Auswertungseinheit (7) aufweist, wobei die Laservorrichtung (20) einen ersten Laserstrahl (8) mit einer ersten Frequenz und einen zweiten Laserstrahl (9) mit einer zur ersten Frequenz unterschiedlichen zweiten Frequenz erzeugt, der Spiegel (5) in einer eingestellten Position den ersten und zweiten Laserstrahl (9) auf eine Fläche (10) des Objektes (3) richtet, das Fahrerassistenzsystem (2) den ersten Laserstrahl (8) und zweiten Laserstrahl (9) nacheinander aussendet, der Detektor (6) eine erste Intensität einer durch eine Reflexion des ersten Laserstrahls (8) an der Fläche (10) verursachten ersten Strahlung und eine zweite Intensität einer durch eine Reflexion des zweiten Laserstrahls (9) an der Fläche (10) verursachten zweiten Strahlung erfasst und die Auswertungseinheit (7) mithilfe der ersten und zweiten Intensität eine Information über eine Farbe der Fläche (10) ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug zur Erfassung eines Objektes in einer Umgebung des Fahrzeugs, wobei das Fahrerassistenzsystem eine Laservorrichtung, einen Scanner, einen Detektor und eine Auswertungseinheit aufweist.
Ein derartiges Fahrerassistenzsystem ist aus der DE 10 2009 009 047 A1 bekannt. Darin wird ein Lidarsystem zur Erfassung eines Abstandes des Objektes von dem Fahrzeug verwendet. Aus der US 8,675,181 B2 ist ein Lidarsystem zur Erfassung einer Farbe und eines Abstandes eines von dem Lidarsystem beabstandeten Objektes bekannt. Darin ist beschrieben, die Farbe mit unterschiedlichen Laserdioden zu bestimmen, die horizontal nebeneinander angeordnet sind und stationär betrieben werden. Dadurch, dass die Laserdioden stationär betrieben werden, können sich diese gegenseitig beeinflussen. Dies kann eine Genauigkeit eines ermittelten Ortes, an dem die von den Laserdioden ausgesandten Laserstrahlen reflektiert werden, und auch eine Reichweite des Lidarsystems verringern. Soll das in der US 8,675,181 B2 offenbarte Lidarsystem in dem Fahrzeug verwendet werden, um ein Bild eines vor dem Fahrzeug vorrausfahrenden Fahrzeugs zu generieren, ist weiterhin aufgrund einer begrenzten erlaubten gesamten Strahlungsintensität des Lidarsystems eine Reichweite des Lidarsystems limitiert.
Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrerassistenzsystem mit einer Laservorrichtung für ein Fahrzeug zur Erfassung eines Objektes in einer Umgebung des Fahrzeugs bereitzustellen, mit welchem ein Farbbild des Objektes mit einer höheren Reichweite und Genauigkeit ermittelt werden kann.
Diese Aufgabe wird mit einem Fahrerassistenzsystem mit den Merkmalen des Anspruches 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Fahrerassistenzsystems und Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug zur Erfassung eines Objektes in einer Umgebung des Fahrzeugs vorgeschlagen. Das Fahrerassistenzsystem weist eine Laservorrichtung, einen Scanner mit einem Spiegel, einen Detektor und eine Auswertungseinheit auf, wobei die Laservorrichtung einen ersten Laserstrahl mit einer ersten Frequenz und einen zweiten Laserstrahl mit einer zur ersten Frequenz unterschiedlichen zweiten Frequenz erzeugt. Der Spiegel richtet in einer eingestellten Position den ersten und zweiten Laserstrahl auf eine Fläche des Objektes aus. Das Fahrerassistenzsystem sendet den ersten und zweiten Laserstrahl nacheinander aus, wobei der Detektor eine erste Intensität einer durch eine Reflexion des ersten Laserstrahls an der Fläche verursachten ersten Strahlung und eine zweite Intensität einer durch eine Reflexion des zweiten Laserstrahls an der Fläche verursachten zweiten Strahlung erfasst. Die Auswertungseinheit ermittelt mithilfe der ersten und zweiten Intensität eine Information über eine Farbe der Fläche.
Das Fahrerassistenzsystem sendet die beiden Laserstrahlen nacheinander aus, womit gemeint ist, dass das Fahrerassistenzsystem zunächst den ersten Laserstrahl aussendet, danach den ersten Laserstrahl nicht mehr aussendet und im Anschluss daran den zweiten Laserstrahl aussendet. Dies bewirkt, dass sich die beiden Laserstrahlen bei einem Zurücklegen einer Wegstrecke hin zu der Fläche, bei einem Auftreffen auf der Fläche und/oder bei einem Empfangen der Laserstrahlen mit Hilfe des Detektors weniger gegenseitig beeinflussen können. Eine gegenseitige Beeinflussung kann beispielsweise durch eine Temperaturänderung der Luft, indem sich die Laserstrahlen bewegen, erfolgen, wobei die Temperaturänderung von einem der Laserstrahlen verursacht werden kann. Hierbei kann eine solche Änderung der Temperatur auch variieren, je nachdem, wie groß eine abgegebene Leistung eines einzelnen Lasers, der zumindest einen der beiden Laserstrahlen erzeugt, von einem Sollwert abweicht. Der zweite Laserstrahl kann unmittelbar nach dem ersten Laserstrahl ausgesendet werden.
Vorzugsweise ist ein zeitlicher Versatz zwischen einem Aussenden des ersten Laserstrahls und einem Aussenden des zweiten Laserstrahls vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass die gegenseitige Beeinflussung der beiden Laserstrahlen weiter reduziert werden kann. Der zeitliche Versatz beträgt vorzugsweise mindestens eine Zeitdauer, die der erste Laserstrahl benötigt, um einen Weg zwischen dem Fahrerassistenzsystem und dem Objekt zwei Mal zurückzulegen.
Dadurch, dass die Laserstrahlen nacheinander ausgesendet werden, kann jeweils ein einziger der beiden Laserstrahlen eine doppelt so hohe Intensität gegenüber einer Laservorrichtung aufweisen, bei der gleichzeitig die beiden Laserstrahlen ausgesendet werden, ohne dass dadurch das vorgeschlagene Fahrerassistenzsystem in eine höhere Laserklasse eingestuft wird. Gerade bei einem Einsatz von Laservorrichtungen im Zusammenhang mit autonom fahrenden Fahrzeugen ist es vorteilhaft, wenn eine Intensität von mit der Laservorrichtung erzeugten Laserstrahlen so gering wie möglich ist, um eine Gefahr eines gegenseitigen Störens mehrerer autonom fahrender Fahrzeuge mit dem vorgeschlagenen Fahrerassistenzsystem zu reduzieren.
Weiterhin kann durch ein zeitlich versetztes Aussenden des ersten und zweiten Laserstrahls eine Genauigkeit bei einer Zuordnung der einzelnen Laserstrahlen mit Hilfe des Detektors erhöht werden, so dass dadurch ein genaueres Bild des Objektes erstellt werden kann. Ein genaueres Bild des Objektes kann darüber hinaus durch ein Vermeiden der gegenseitigen Beeinflussung der Laserstrahlen erreicht werden.
Der Spiegel des Scanners ist vorzugsweise ein Galvospiegel, der mit Hilfe einer Steuereinheit des Fahrerassistenzsystems in zumindest zwei Richtungen verstellbar ist und damit ein gezieltes Ausrichten des ersten und zweiten Laserstrahls zu der Fläche des Objektes ermöglicht. Es liegt im Sinne der Erfindung, dass mit Hilfe des Scanners mehrere Flächen des Objektes nacheinander abgetastet werden, indem der Scanner den ersten und zweiten Laserstrahl nacheinander auf mehrere Flächen des Objektes ausrichtet. Die daraufhin an den mehreren Flächen reflektierten beiden Laserstrahlen können mit Hilfe des Detektors empfangen und die jeweilige Intensität, die der Detektor misst, an die Auswertungseinheit übertragen werden.
In einer ersten Variante kann der Detektor der einzige Detektor des Fahrerassistenzsystems sein. Dabei kann der Detektor beispielsweise als eine Lawinenphotodiode ausgebildet sein, die den inneren photoelektrischen Effekt zur Ladungsträgererzeugung und für einen Lawinendurchbruch zur internen Verstärkung nutzt. Vorteilhaft weist die Lawinenphotodiode Silizium auf und hat eine spektrale Empfindlichkeit von 300 bis 1000 nm. Vorteilhaft ist der Detektor in Form eines einzigen Bauteils ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass Platz in einem vorderen Bereich des Fahrzeugs, aus dem die Laserstrahlen sowohl austreten als auch wieder eintreten, eingespart werden kann.
Gemäß einer zweiten Variante weist der Detektor zumindest zwei Bauteile auf, die jeweils eingerichtet sind, zumindest den ersten oder zweiten Laserstrahl zu empfangen. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass der Detektor zwei Lawinenphotodioden aufweist, vor denen jeweils ein Filter angeordnet ist, der entsprechend sämtliche Frequenzen außer der jeweiligen Frequenz des ersten bzw. zweiten Laserstrahls filtert. Dies hat den Vorteil, dass eine Messung der einzelnen Laserstrahlen mit Hilfe der einzelnen Lawinenphotodioden nicht durch eine externe Lichtquelle, die Licht, insbesondere Laserstrahlen, mit einer von der ersten oder zweiten Frequenz verschiedenen Frequenz aussendet, gestört werden kann. Ist der Detektor in derartiger Weise oder auf eine andere Art angepasst, um den ersten bzw. zweiten Laserstrahl zu empfangen, so hat der Detektor eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber dem ersten bzw. zweiten Laserstrahl im Vergleich zu Laserstrahlen der externen Lichtquelle. Dadurch kann bei gleicher Entfernung des Objektes zum Fahrzeug eine jeweilige Intensität des ersten bzw. zweiten Laserstrahls reduziert werden, ohne dass eine Präzision beim Erfassen der Farbe der Fläche vermindert wird.
In einer weiteren Variante kann der Detektor einen Bildsensor, wie er beispielsweise in einer Fotokamera verwendet wird, aufweisen. Dies kann beispielsweise ein CCD-Sensor, ein Bayer-Sensor oder ein CMOS-Sensor sein.
Eine besondere Ausführungsform kann vorsehen, den ersten und den zweiten Laserstrahl mithilfe eines einzelnen abstimmbaren Lasers zu erzeugen. Bei dieser Ausführungsform beträgt ein Unterschied zwischen einer jeweiligen Wellenlänge des ersten und des zweiten Laserstrahls etwa 10 bis 50 nm.
In einer einfachen Ausgestaltung der Erfindung weist die Laservorrichtung einen ersten Laser, der den ersten Laserstrahl erzeugt, einen zweiten Laser, der den zweiten Laserstrahl generiert, und bevorzugt einen weiteren Laser, der einen weiteren Laserstrahl erzeugt, auf. Der erste, der zweite und der weitere Laser können in Form von Laserdioden ausgebildet sein. Die Laserstrahlen sind elektromagnetische Wellen, wobei der erste Laserstrahl vorzugsweise eine Wellenlänge in einem Bereich von 650 bis 750 nm (rot), der zweite Laserstrahl eine Wellenlänge in einem Bereich von 490 bis 575 nm (grün) und der dritte Laserstrahl eine Wellenlänge in einem Bereich von 420 bis 490 nm (blau) haben.
In vorteilhafter Weise richtet ein weiterer erster und/oder zweiter Spiegel zum Umlenken den ersten bzw. den zweiten Laserstrahl auf den Spiegel des Scanners. Der erste und/oder zweite Spiegel kann bevorzugt als ein halbdurchlässiger Spiegel ausgebildet sein. In einer Variante können der erste und zweite Laser nebeneinander angeordnet sein und den ersten bzw. zweiten Laserstrahl derart aussenden, dass der erste und der zweite Laserstrahl parallel zueinander verlaufen und entsprechend auf den ersten bzw. zweiten Spiegel treffen. Dabei kann der erste Spiegel, der den ersten Laserstrahl umlenkt, als ein halbdurchlässiger Spiegel ausgebildet sein, wobei dieser für den zweiten Laserstrahl durchlässig ist.
Vorzugsweise sind der erste und zweite Spiegel derart zueinander ausgerichtet, dass der erste und zweite Laserstrahl entlang einer Geraden verlaufen und nacheinander auf denselben Bereich des Scanners treffen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der erste und zweite Laserstrahl jeweils an demselben Austrittspunkt und unter einem selben Winkel gegenüber dem Fahrerassistenzsystem das Fahrerassistenzsystem verlassen. Dies kann eine höhere Genauigkeit beim Ausrichten der Laserstrahlen auf die Fläche des Objektes im Vergleich zu einer Variante, bei welcher die Laserstrahlen zwar parallel zueinander, aber nicht an demselben Austrittsort das Fahrerassistenzsystem verlassen, bewirken. Der erste und zweite Laserstrahl können zwar zeitlich versetzt, aber entlang derselben Gerade hin zu dem Objekt, verlaufen, wodurch eine präzisere Farberfassung des Objektes in einer Nähe und insbesondere an einer Kante des Objektes ermöglicht wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass mit Hilfe des ersten und/oder zweiten Laserstrahls ein Abstand zwischen der Fläche und dem Fahrerassistenzsystem bestimmt wird. Der Abstand kann in einer ersten Variante mit Hilfe einer Laufzeitbestimmung des ersten und/oder zweiten Laserstrahls bestimmt werden. Hierbei wird eine Laufzeit des jeweiligen Laserstrahls zwischen einem Aussenden und einem Empfangen des entsprechenden Laserstrahls gemessen.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass nur der erste oder der zweite Laserstrahl zur Bestimmung des Abstandes verwendet werden. Für eine genauere Zuordnung der erfassten Intensität des ersten und zweiten Laserstrahls zu der Fläche des Objektes kann es jedoch vorteilhaft sein, dass mit Hilfe des ersten und zweiten Laserstrahls ein erster bzw. zweiter Abstand zwischen der Fläche und der Laservorrichtung bestimmt wird. Weichen der erste und zweite Abstand voneinander ab, so kann eine Korrektur der Intensität des ersten und/oder des zweiten Laserstrahls vorgenommen werden.
Die Information über die Farbe der Fläche kann wie folgt ermittelt werden. Bevorzugt richtet der Scanner den ersten und zweiten Laserstrahl auf einen ersten Punkt der Fläche. Zu dem ersten Punkt der Fläche ermittelt die Auswertungseinheit einen korrespondierenden ersten Bildpunkt mit einem zugehörigen Farbwert und zugehörigen Koordinaten in einem Raum vor dem Fahrerassistenzsystem, wenn der Abstand erfasst wird. Die Auswertungseinheit ermittelt bevorzugt die Koordinaten mit Hilfe des Abstandes, des ersten und/oder zweiten Abstandes und aktuellen Werten von Parametern zur Verstellung zumindest eines beweglichen Bauteils des Scanners, wie beispielsweise des Spiegels. Die Werte der Parameter empfängt die Auswertungseinheit bevorzugt von dem Steuergerät. Des Weiteren verarbeitet die Auswertungseinheit bevorzugt die erste und zweite Intensität jeweils zusammen mit zumindest einer korrespondierenden ersten beziehungsweise zweiten Referenzintensität, um die Farbe zu bestimmen.
Die erste und zweite Referenzintensität ist jeweils die mit dem Detektor messbare Intensität des an einer Referenzfläche reflektierten ersten beziehungsweise zweiten Laserstrahls, wenn die Referenzfläche eine vorgegebene Referenzfarbe hat und der Detektor in einem Referenzabstand von der Referenzfläche angeordnet ist. Der Referenzabstand wird für die Berechnung der ersten und zweiten Referenzintensität gleich dem Abstand, dem ersten oder zweiten Abstand gesetzt.
Vorzugsweise sind in dem Speicher mehrere Berechnungsvorschriften zur Berechnung von mehreren unterschiedlichen ersten und zweiten Referenzintensitäten für jeweils eine unterschiedliche Referenzfarbe in Abhängigkeit des Referenzabstandes abgespeichert. Bevorzugt ermittelt die Auswertungseinheit jeweils eine erste und zweite Referenzintensität für jeweils eine erste Referenzfarbe, zum Beispiel rot, eine zweite Referenzfarbe, zum Beispiel grün, und eine dritte Referenzfarbe, zum Beispiel blau, in Abhängigkeit des Referenzabstandes. Anhand der ersten Referenzintensität für rot, der ersten Referenzintensität für grün, der ersten Referenzintensität für blau und der erfassten ersten Intensität bestimmt die Auswertungseinheit, bevorzugt durch Interpolation, eine erste Information über die Farbe der Fläche.
Analog bestimmt die Auswertungseinheit anhand der zweiten Referenzintensität für rot, der zweiten Referenzintensität für grün, der zweiten Referenzintensität für blau und der erfassten zweiten Intensität, bevorzugt durch Interpolation, eine zweite Information über die Farbe der Fläche.
Anhand der ersten und der zweiten Information bestimmt die Auswertungseinheit eine Farbe des ersten Bildpunktes. In gleicher Weise können für mehrere weitere Bildpunkte jeweils eine Farbe ermittelt werden. Die Farbe der Fläche bestimmt die Auswertungseinheit anhand der Farbe des ersten Bildpunktes und/oder der weiteren Bildpunkte. Bei einer Bestimmung der Farbe der Fläche mithilfe einer Berechnung der Referenzintensitäten wird ausgenutzt, dass der erste und zweite Laserstrahl je nachdem, welche Farbe die Referenzfläche hat, unterschiedlich stark von der Referenzfläche absorbiert wird. Die Berechnungsvorschriften zur Berechnung der unterschiedlichen ersten und zweiten Referenzintensitäten werden vorzugsweise in einem Kalibrierungsprozess für den ersten und zweiten Laserstrahl ermittelt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Laservorrichtung einen dritten Laser, der einen dritten Laserstrahl mit einer dritten Frequenz erzeugt, und zumindest ein erstes photonisches Bauelement aufweist. Das erste photonische Bauelement erzeugt unter Einwirkung des dritten und des ersten oder des dritten und des zweiten Laserstrahls einen vierten Laserstrahl mit einer vierten Frequenz. Die vierte Frequenz ist eine Summe oder eine Differenz aus der dritten Frequenz und der ersten Frequenz oder der zweiten Frequenz. Die Auswertungseinheit ermittelt anhand einer Reflexion des vierten Laserstrahls an der Fläche eine weitere Information über die Farbe der Fläche. Eine Wellenlänge des dritten Laserstrahls kann beispielsweise in einem Bereich von 10 bis 200 nm liegen.
Mit Hilfe des ersten photonischen Bauelementes ist vorzugsweise ein nichtlinearer optischer Effekt erzeugbar, bei welchem ein Zusammenhang zwischen einem elektrischen Feld einer durch das Bauteil verlaufenden elektromagnetischen Strahlung und einer elektrischen Polarisation dieser Strahlung nicht linear, sondern mit Hilfe einer Funktion höherer Ordnung beschreibbar ist. Das erste photonische Bauelement ist vorzugsweise derart eingerichtet, dass aufgrund des nichtlinearen optischen Effektes der vierte Laserstrahl erzeugt wird und das Bauelement in Richtung des Scanners verlässt, wenn der dritte und der erste oder der dritte und der zweite Laserstrahl jeweils zusammen auf das erste photonische Bauelement auftreffen.
Bevorzugt weist das erste Bauelement einen ersten Brechungsindex für den dritten Laserstrahl und einen zweiten Brechungsindex für den ersten beziehungsweise zweiten Laserstrahl auf, wobei der erste Brechungsindex gleich dem zweiten Brechungsindex ist. Dadurch kann eine Phasengeschwindigkeit des dritten Laserstrahls an eine Phasengeschwindigkeit des ersten beziehungsweise zweiten Laserstrahls angepasst werden. Hierzu weist das Bauelement zumindest ein doppelbrechendes Medium auf. Vorteilhaft steht das Bauelement in Kontakt mit einem Minus- und einem Pluspol einer Spannungsquelle. Wird mithilfe der Spannungsquelle eine Spannung über das Bauelement angelegt, so kann der erste und/oder der zweite Brechungsindex verändert werden. Insbesondere können die beiden Brechungsindizes aneinander angeglichen werden.
In einer Weiterbildung hat die Laservorrichtung ein zweites photonisches Bauelement. Das zweite photonische Bauelement erzeugt unter Einwirkung des ersten und des zweiten Laserstrahls oder unter Einwirkung des dritten Laserstrahls einen fünften Laserstrahl mit einer fünften Frequenz. Die fünfte Frequenz beträgt ein Vielfaches der dritten Frequenz oder einer Differenz aus der ersten und der zweiten Frequenz. Die Auswertungseinheit ermittelt anhand einer Reflexion des fünften Laserstrahls an der Fläche eine zusätzliche weitere Information über die Farbe der Fläche.
Der Vorteil einer Verwendung des ersten und/oder zweiten photonischen Bauelementes ist, dass, obwohl nur ein zusätzlicher oder kein zusätzlicher Laser verwendet wird, weitere Laserstrahlen mit weiteren von der ersten, zweiten beziehungsweise dritten Frequenz verschiedenen Frequenzen erzeugt und auf die Fläche gerichtet werden können. Damit ist eine noch genauere Erfassung der Farbe der Fläche möglich. Je mehr unterschiedliche Intensitäten von Laserstrahlen mit einer jeweiligen unterschiedlichen Frequenz mit dem Detektor erfasst werden können, desto genauer kann die Farbe der Fläche bestimmt werden.
In gleicher Weise wie für die erste und zweite Frequenz sind ebenso für die vierte und bevorzugt für die fünfte Frequenz jeweilige Berechnungsvorschriften zur Berechnung von entsprechenden vierten beziehungsweise fünften Referenzintensitäten für unterschiedliche Referenzfarben in Abhängigkeit des Referenzabstandes in dem Speicher hinterlegt.
Das photonische Bauelement hat vorzugsweise eine photonische Kristallstruktur, mit der bevorzugt ein nichtlinearer optischer Effekt zweiter Ordnung erzeugbar ist. Mit einer photonischen Kristallstruktur ist eine räumlich periodische Anordnung dieelektrischer Materialien des Bauelementes mit unterschiedlichen Brechungsindizes gemeint. Der Brechungsindex des Bauelementes kann in einer, zwei oder drei Dimensionen periodisch variieren. Ein dreidimensionaler photonischer Kristall kann beispielsweise mit Hilfe eines makroskopischen Bohrers oder mittels Trockenätzen hergestellt werden. Außerdem ist es möglich, die photonische Kristallstruktur durch eine Inversion eines Opals herzustellen, bei welcher dichtgepackte Siliziumdioxidkugeln zu Silizium mit einem Brechungsindex von etwa 3,4 oder zu Titanoxid mit einem Brechungsindex von etwa 2,76 invertiert werden. Des Weiteren kann die photonische Kristallstruktur mit Hilfe eines schrittweisen Schichtprozesses erzeugt werden, wobei beispielsweise eine Holzstapelstruktur der photonischen Kristallstruktur gebildet werden kann. Des Weiteren ist eine Herstellung der photonischen Kristallstruktur mittels Interferenzlithographie und/oder direktem Laserschreiben möglich.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der erste Laser und/oder der zweite Laser ein abstimmbarer Laser ist und die erste beziehungsweise zweite Frequenz in einem Bereich von etwa 1 bis 50 nm liegt und mithilfe des ersten beziehungsweise zweiten Lasers variierbar ist.
Mit einem abstimmbaren Laser ist ein Laser gemeint, der zumindest zwei Laserstrahlen mit einer unterschiedlichen Frequenz erzeugen kann. Dies kann beispielsweise durch ein Ändern einer Temperatur eines Lasermediums des Lasers realisiert werden. Die Temperaturänderung kann durch ein Verändern einer angelegten Spannung an dem Lasermedium bewirkt werden. Der abstimmbare Laser kann als ein Farbstofflaser, ein Halbleiterlaser, ein Farbzentrenlaser, ein Festkörperlaser oder als ein freier Elektronenlaser ausgebildet sein.
Der Vorteil dieser Variante ist, dass, mit dem abstimmbaren Laser zwei oder mehrere Laserstrahlen mit einer unterschiedlichen Frequenz erzeugt werden können, wodurch die Farbe der Fläche noch genauer untersucht werden kann.
Zur Lösung der Aufgabe wird weiterhin ein Verfahren zur Bestimmung einer Farbe einer Fläche eines Objektes in einer Umgebung eines Fahrzeugs mit einem Fahrerassistenzsystem nach einer der oben beschriebenen Varianten vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte. In einem ersten Schritt wird der erste Laserstrahl mit der ersten Frequenz erzeugt. In einem zweiten Schritt wird der erste Laserstrahl auf die Fläche mithilfe des Spiegels ausgerichtet, wobei sich der Spiegel in einer ersten Position befindet. In einem dritten Schritt wird die erste Intensität der durch die Reflexion des ersten Laserstrahls verursachten ersten Strahlung mithilfe des Detektors erfasst.
In einem vierten Schritt wird die Erzeugung des ersten Laserstrahls beendet. In einem fünften Schritt wird der zweite Laserstrahl mit der zweiten Frequenz erzeugt. In einem sechsten Schritt wird der zweite Laserstrahl auf die Fläche mithilfe des Spiegels ausgerichtet, wobei sich der Spiegel in der ersten Position befindet. In einem siebten Schritt wird die zweite Intensität der durch die Reflexion des zweiten Laserstrahls verursachten zweiten Strahlung mithilfe des Detektors erfasst. In einem achten Schritt wird die Information über die Farbe der Fläche mithilfe der ersten und zweiten Intensität ermittelt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Figuren. Dabei bezeichnet ein mehrfach verwendetes Bezugszeichen dieselbe Komponente. Die Figuren zeigen schematisch in:

1 ein Fahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem,
2 ein erstes Fahrerassistenzsystem mit zwei Lasern,
3 ein zweites Fahrerassistenzsystem mit drei Lasern und einem photonischen Bauelement,
4 ein drittes Fahrerassistenzsystem mit drei Lasern und zwei photonischen Bauelementen.

1 zeigt ein Fahrzeug 1 mit einem ersten Fahrerassistenzsystem 2 zur Erfassung eines Objektes 3 in einer Umgebung des Fahrzeugs 1.
2 zeigt eine schematische Ansicht des ersten Fahrerassistenzsystems 2. Das erste Fahrerassistenzsystem 2 weist eine Laservorrichtung 20, einen Scanner 4 mit einem Spiegel 5, einen Detektor 6 und eine Auswertungseinheit 7 auf. Die Laservorrichtung 20 hat in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des ersten Fahrerassistenzsystems 2 einen ersten Laser 11 und einen zweiten Laser 12.
Die Laservorrichtung 20 erzeugt, bevorzugt mit Hilfe des ersten Lasers 11, einen ersten Laserstrahl 8 mit einer ersten Frequenz und, bevorzugt mit Hilfe des zweiten Lasers 12, einen zweiten Laserstrahl 9 mit einer zweiten Frequenz, wobei die erste Frequenz unterschiedlich zur zweiten Frequenz ist. Der Spiegel 5 richtet in einer in 2 dargestellten ersten eingestellten Position den ersten Laserstrahl 8 und den zweiten Laserstrahl 9 auf eine Fläche 10 des Objektes 3. Der Spiegel 5 ist bevorzugt als ein Galvospiegel ausgebildet, der zumindest in zwei Richtungen, vorzugsweise in zwei Achsen, verstellbar ist.
Eine Verstellung des Spiegels 5 erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines Steuergerätes 13. Je nach Stellung des Spiegels 5 können der erste Laserstrahl 8 und der zweite Laserstrahl 9 auf verschiedene Punkte der Fläche 10 und auf weitere Flächen und/oder auf weitere Punkte von weiteren Flächen des Objektes 3 gerichtet werden. Auf diese Art ist es möglich, mit Hilfe der Laservorrichtung 20 und einer Verstellung des Spiegels 5 zum einen die Fläche 10 und zum anderen das Objekt 3 mittels Laserstrahlen abzutasten. Erfindungsgemäß sendet das erste Fahrerassistenzsystem 2 den ersten Laserstrahl 8 und den zweiten Laserstrahl 9 nacheinander aus. Hierzu wird vorteilhaft die Laservorrichtung 20 mit Hilfe des Steuergerätes 13 derart gesteuert, dass der erste Laser 11 zuerst den ersten Laserstrahl 8 erzeugt, im Anschluss daran eine Generierung des ersten Laserstrahls 8 abgebrochen wird und darauf folgend der zweite Laser 12 den zweiten Laserstrahl 9 erzeugt.
Um mit einer möglichst hohen Präzision den ersten Laserstrahl 8 und den zweiten Laserstrahl 9 auf einen selben Punkt 14 der Fläche 10 zu richten, ist der erste Laser 11 zu dem zweiten Laser 12 derart angeordnet, dass der erste Laserstrahl 8 beim Verlassen des ersten Lasers 11 parallel zu dem zweiten Laserstrahl 9, der den zweiten Laser 12 verlässt, verläuft. Um den ersten und zweiten Laserstrahl 8, 9 auf einen selben Punkt 15 des Spiegels 5 zu lenken, richtet der erste Laser 11 den ersten Laserstrahl 8 auf einen ersten halbdurchlässigen Spiegel 16 und der zweite Laser 12 den zweiten Laserstrahl 9 auf einen weiteren Spiegel 17, wobei der erste halbdurchlässige Spiegel 16 und der weitere Spiegel 17 parallel zueinander ausgerichtet sind. Des Weiteren sind der erste halbdurchlässige Spiegel 16 und der weitere Spiegel 17 derart zueinander angeordnet, dass ein Punkt, an dem der erste Laserstrahl auf den ersten halbdurchlässigen Spiegel 16 und ein Punkt, an dem der zweite Laserstrahl auf den weiteren Spiegel 17 trifft, und ein Punkt, an dem der erste umgelenkte Laserstrahl 8 und der zweite umgelenkte Laserstrahl 9 auf den Spiegel 5 treffen, auf einer Gerade liegen.
Der erste Laserstrahl 8 und der zweite Laserstrahl 9 verursachen durch eine Reflexion an der Fläche 10 eine erste Strahlung mit einer Intensität bzw. eine zweite Strahlung mit einer zweiten Intensität. Die erste und die zweite Strahlung breiten sich in alle Richtungen des Raumes aus. Der Detektor 6 ist in einem entsprechenden Abstand zu der Fläche 10 angeordnet und empfängt die erste Strahlung mit einer ersten Intensität und die zweite Strahlung mit einer zweiten Intensität.
In einer in 2 nicht dargestellten Ausführungsform können anstatt des einzigen Detektors 6 ein erster Detektor und ein zweiter Detektor verwendet werden, um die erste Strahlung bzw. die zweite Strahlung zu empfangen. Hierbei können beide Detektoren jeweils einen entsprechenden Filter zur Filterung eines Lichts mit der ersten bzw. zweiten Frequenz aufweisen. Der Detektor 6 oder der erste und der zweite Detektor sind mit der Auswertungseinheit 7 verbunden. Nachdem der Detektor 6 die erste und die zweite Intensität erfasst hat, sendet der Detektor 6 einen jeweiligen Wert, der einer Höhe der ersten bzw. zweiten Intensität entspricht, an die Auswertungseinheit 7.
Die Auswertungseinheit 7 vergleicht den ersten und den zweiten Wert mit einer ersten bzw. zweiten Referenzintensität, um die Farbe der Fläche 10, wie oben beschrieben, zu bestimmen. Hierbei verwendet die Auswertungseinheit einen Abstand zwischen dem ersten Fahrerassistenzsystem 2 und der Fläche 10 und mehrere Berechnungsvorschriften zur Berechnung von unterschiedlichen ersten und zweiten Referenzintensitäten für jeweils eine unterschiedliche Referenzfarbe in Abhängigkeit von dem Abstand. Der Abstand wird vorzugsweise über eine Laufzeitmessung, die der erste und/oder zweite Laserstrahl 8, 9 benötigt, um von dem Spiegel 5 über die Fläche 10 bis hin zu dem Detektor 6 zu gelangen, bestimmt. Die Auswertungseinheit 7 weist vorzugsweise einen Speicher 18 auf, in dem die Berechnungsvorschriften zur Berechnung der ersten und zweiten Referenzintensität in Abhängigkeit von einem Referenzabstand abgespeichert sind. Nachdem die Auswertungseinheit 7 eine Farbe der Fläche 10 bestimmt hat, wird der Spiegel 5 in eine zweite Position verstellt, in der der erste und der zweite Laserstrahl 8, 9 auf eine weitere Fläche 19 des Objektes 10 gerichtet sind. Der erste und der zweite Laserstrahl 8, 9 werden an der weiteren Fläche 19 reflektiert und mit Hilfe des Detektors erfasst.
Wie bei der Bestimmung der Farbe der Fläche 10 erfasst der Detektor 6 erneut eine erste Intensität einer durch eine Reflexion des ersten Laserstrahls 8 an der Fläche 19 verursachten ersten Strahlung und eine zweite Intensität einer durch eine Reflexion des zweiten Laserstrahls 9 an der Fläche 19 verursachten zweiten Strahlung. Im Anschluss daran leitet der Detektor 6 einen ersten und einen zweiten Wert, der jeweils mit der ersten bzw. der zweiten Intensität korrespondiert, an die Auswertungseinheit 7 weiter. Die Auswertungseinheit 7 bestimmt in ähnlicher Weise wie für die Fläche 10 eine Farbe der Fläche 19.
3 zeigt ein zweites Fahrerassistenzsystem 40, welches dieselben Komponenten wie das in 2 gezeigte erste Fahrerassistenzsystem 2 hat. Zusätzlich weist das zweite Fahrerassistenzsystem 40 einen dritten Laser 41, der vorzugsweise als ein abstimmbarer Laser ausgebildet ist und einen dritten Laserstrahl 49 erzeugt, sowie ein erstes photonisches Bauelement 42 auf, mit denen die oben beschrieben optischen nichtlinearen Effekte erzeugt werden können.
Weiterhin ist zwischen dem ersten halbdurchlässigen Spiegel 17 und dem ersten Laser 11 eine erste Weiche 44 angeordnet, in die der erste Laserstrahl 8, bevorzugt mit einem Lichtwellenleiter, eingekoppelt wird. Die erste Weiche 44 ist vorzugsweise steuerbar und kann in einem ersten Zustand den ersten Laserstrahl 8 an einem ersten Ausgang 45 der ersten Weiche 44 auskoppeln, sodass ein erster optischer Durchlass zwischen dem ersten Laser 11 und dem weiteren Spiegel gebildet ist und der Laserstrahl 8 zu dem ersten halbdurchlässigen Spiegel 16 geleitet wird. In einem zweiten Zustand blockiert die erste Weiche 44 den ersten optischen Durchlass und kann den ersten Laserstrahl 8 an einem zweiten Ausgang 46 auskoppeln und stellt damit einen zweiten optischen Durchlass zwischen dem Laser 11 und dem ersten photonischen Bauelement 42 bereit.
Das erste photonische Bauelement 42 erzeugt unter Einwirkung des dritten Laserstrahls 49 und des ersten Laserstrahls 8 oder des dritten Laserstrahls 49 und des zweiten Laserstrahls 9 einen vierten Laserstrahl 47 mit einer vierten Frequenz. Die vierte Frequenz ist eine Summe oder eine Differenz aus der dritten Frequenz und der ersten Frequenz oder der zweiten Frequenz. Bevorzugt kann durch ein Polarisieren des ersten, zweiten oder dritten Laserstrahls eine Funktionsweise des Bauelementes 42 derart geändert werden, dass die vierte Frequenz entweder die Summe oder die Differenz ist. Der vierte Laserstrahl 47 wird wie der erste und zweite Laserstrahl 8, 9 auf den Punkt 15 des Spiegels geleitet. Die Auswertungseinheit 7 kann anhand einer Reflexion des vierten Laserstrahls an der Fläche 10 eine weitere Information über die Farbe der Fläche in ähnlicher Weise wie bei der Reflexion des ersten und zweiten Laserstrahls 8, 9 an der Fläche 10 ermitteln.
Um wahlweise steuerbar den ersten oder zweiten Laserstrahl 8, 9 zu dem ersten photonischen Bauelement 42 oder zu dem ersten halbdurchlässigen Spiegel 16 beziehungsweise zu dem weiteren Spiegel 17 zu leiten, hat die Laservorrichtung neben der ersten Weiche 44 eine zweite Weiche 51 und einen optischen Verteiler 52.
Ein zweiter halbdurchlässiger Spiegel 48 lenkt den vierten Laserstrahl 47 in Richtung des Punktes 15 des Spiegels 5 um. Möglich ist, dass das erste photonische Bauelement 42 bei einer Generierung des vierten Laserstrahls 47 den ersten, zweiten oder dritten Laserstrahl durchleitet. Um zu verhindern, dass der erste, zweite oder dritte Laserstrahl auf den zweiten halbdurchlässigen Spiegel 48 treffen, kann an einem Ausgang des ersten photonischen Bauelementes 42 ein Prisma angeordnet sein, das den ersten, zweiten oder dritten Laserstrahl in jeweils eine unterschiedliche Richtung lenkt. Das erste photonische Bauelement 42 ist zusammen mit dem Prisma derart angeordnet, dass der vierte Laserstrahl 47 auf den zweiten halbdurchlässigen Spiegel 48 und der erste, zweite oder dritte Laserstrahl an dem zweiten halbdurchlässigen Spiegel 48 vorbeigelenkt wird.
4 zeigt ein drittes Faherassistenzsystem 60, das dieselben Komponenten wie das Fahrerassistenzsystem 40 aufweist. Zusätzlich hat die Laservorrichtung ein zweites photonisches Bauelement 61. Das zweite photonische Bauelement 61 erzeugt unter Einwirkung des ersten und des zweiten Laserstrahls 8, 9 oder unter Einwirkung des dritten Laserstrahls 49 einen fünften Laserstrahl 62 mit einer fünften Frequenz. Die fünfte Frequenz beträgt ein Vielfaches, beispielsweise ein Hundertfaches, der dritten Frequenz oder einer Differenz aus der ersten und der zweiten Frequenz. Das erste photonische Bauelement 42 erzeugt bevorzugt einen sechsten Laserstrahl mit einer Frequenz, die der Differenz aus der ersten und der zweiten Frequenz entspricht. Der dritte Laserstrahl 49 kann, je nachdem wie das erste Bauelement 42 angesteuert wird, oder der dritte Laserstrahl 49 polarisiert ist, unverändert durch das erste Bauelement 42 geleitet werden.
Das erste photonische Bauelement 42 kann hierzu mehrere photonische Kristalle aufweisen, zu denen über Schalter und Weichen wahlweise steuerbar der erste, zweite und/oder dritte Laserstrahl geleitet werden kann. Die Schalter und Weichen und insbesondere die erste und zweite Weiche 44, 51 und der optische Verteiler 52 sind bevorzugt mithilfe des Steuergerätes 13 derart steuerbar, dass zu einem Zeitpunkt immer nur ein Laserstrahl das Fahrerassistenzsystem 2, 40, 60 verlässt.
Die Auswertungseinheit 7 bestimmt anhand einer Reflexion des fünften Laserstrahls an der Fläche 10 eine zusätzliche weitere Information über die Farbe der Fläche 10 in ähnlicher Weise wie bei der Reflexion des ersten und zweiten Laserstrahls 8, 9 an der Fläche 10.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009009047 A1 [0002]
US 8675181 B2 [0002]

Claims

Fahrerassistenzsystem (2) für ein Fahrzeug (1) zur Erfassung eines Objektes (3) in einer Umgebung des Fahrzeugs (1), wobei das Fahrerassistenzsystem (2) eine Laservorrichtung (20), einen Scanner (4) mit einem Spiegel (5), einen Detektor (6) und eine Auswertungseinheit (7) aufweist, wobei die Laservorrichtung (20) einen ersten Laserstrahl (8) mit einer ersten Frequenz und einen zweiten Laserstrahl (9) mit einer zur ersten Frequenz unterschiedlichen zweiten Frequenz erzeugt, der Spiegel (5) in einer eingestellten Position den ersten und zweiten Laserstrahl (9) auf eine Fläche (10) des Objektes (3) richtet, das Fahrerassistenzsystem (2) den ersten Laserstrahl (8) und zweiten Laserstrahl (9) nacheinander aussendet, der Detektor (6) eine erste Intensität einer durch eine Reflexion des ersten Laserstrahls (8) an der Fläche (10) verursachten ersten Strahlung und eine zweite Intensität einer durch eine Reflexion des zweiten Laserstrahls (9) an der Fläche (10) verursachten zweiten Strahlung erfasst und die Auswertungseinheit (7) mithilfe der ersten und zweiten Intensität eine Information über eine Farbe der Fläche (10) ermittelt.
Fahrerassistenzsystem (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit (7) mithilfe des ersten Laserstrahls (8) und/oder zweiten Laserstrahls (9) einen Abstand zwischen der Fläche (10) und dem Fahrerassistenzsystem (2) bestimmt.
Fahrerassistenzsystem (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laservorrichtung (20) einen ersten Laser (11), der den ersten Laserstrahl (8) erzeugt, und einen zweiten Laser (12), der den zweiten Laserstrahl (9) erzeugt, aufweist.
Fahrerassistenzsystem (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laservorrichtung (20) einen dritten Laser (41), der einen dritten Laserstrahl (49) mit einer dritten Frequenz erzeugt, und zumindest ein erstes photonisches Bauelement (42) aufweist und das erste photonische Bauelement (42) unter Einwirkung des dritten (41) und des ersten Laserstrahls (8) oder des dritten (41) und des zweiten Laserstrahls (9) einen vierten Laserstrahl (47) mit einer vierten Frequenz erzeugt und die vierte Frequenz eine Summe oder eine Differenz aus der dritten Frequenz und der ersten Frequenz oder der zweiten Frequenz ist und die Auswertungseinheit (7) anhand einer Reflexion des vierten Laserstrahls an der Fläche (10) eine weitere Information über die Farbe der Fläche (10) ermittelt.
Fahrerassistenzsystem (2) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Laservorrichtung (20) ein zweites photonisches Bauelement aufweist und das zweite photonische Bauelement unter Einwirkung des ersten und des zweiten Laserstrahls (9) oder unter Einwirkung des dritten Laserstrahls einen fünften Laserstrahl mit einer fünften Frequenz erzeugt und die fünfte Frequenz ein Vielfaches der dritten Frequenz oder einer Differenz aus der ersten und der zweiten Frequenz beträgt und die Auswertungseinheit (7) anhand einer Reflexion des fünften Laserstrahls an der Fläche (10) eine zusätzliche weitere Information über die Farbe der Fläche (10) ermittelt.
Fahrerassistenzsystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Laser (11) und/oder der zweite Laser (12) ein abstimmbarer Laser ist und die erste beziehungsweise zweite Frequenz in einem Bereich von etwa 1 bis 50 nm mithilfe des ersten beziehungsweise zweiten Lasers (11, 12) variierbar sind.
Fahrerassistenzsystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (6) der einzige Detektor (6) des Fahrerassistenzsystems (2) ist.
Verfahren zur Bestimmung einer Farbe einer Fläche (10) eines Objektes (3) in einer Umgebung eines Fahrzeugs (1) mit einem Fahrerassistenzsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit den folgenden Schritten: - Erzeugen des ersten Laserstrahls (8) mit der ersten Frequenz, - Ausrichten des ersten Laserstrahls (8) auf die Fläche (10) mithilfe des Spiegels (5), wobei sich der Spiegel (5) in einer ersten Position befindet, - Erfassen der ersten Intensität der durch die Reflexion des ersten Laserstrahls (8) verursachten ersten Strahlung mithilfe des Detektors (6), - Beenden der Erzeugung des ersten Laserstrahls (8), - Erzeugen des zweiten Laserstrahls (9) mit der zweiten Frequenz, - Ausrichten des zweiten Laserstrahls (9) auf die Fläche (10) mithilfe des Spiegels (5), wobei sich der Spiegel (5) in der ersten Position befindet, - Erfassen der zweiten Intensität der durch die Reflexion des zweiten Laserstrahls (9) verursachten zweiten Strahlung mithilfe des Detektors (6), - Ermitteln der Information über die Farbe der Fläche (10) mithilfe der ersten und zweiten Intensität.