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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Filterung von Messdaten eines aktiven optischen Sensorsystems, wobei in einer Umgebung des Sensorsystems reflektierte Lichtpulse mittels eines Arrays von optischen Detektoren des Sensorsystems erfasst werden und mittels des Arrays basierend auf den erfassten Lichtpulsen eine Vielzahl von Messsignalen erzeugt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Sensorvorrichtung, ein Kraftfahrzeug, ein Computerprogramm sowie ein computerlesbares Speichermedium.
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Bei aktiven optischen Sensorsystemen, wie beispielsweise Lidarsystemen, die auch als Laserscanner bezeichnet werden können, kann es dazu kommen, dass falsch-positive Abtastpunkte identifiziert werden, die nicht auf in der Umgebung des Sensorsystems reflektiertes Licht zurückgehen. Diese falsch-positiven Abtastpunkte können beispielsweise durch Rauschen oder Übersprechen (englisch: „Crosstalk“) verursacht werden. Zum einen können diffraktive Effekte zu optischem Crosstalk zwischen benachbarten Detektoren des Sensorsystems führen. Zum anderen können in benachbarten Detektoren elektrische Signale von anderen Detektoren induziert werden, was als elektrischer Crosstalk bezeichnet wird.
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Im Dokument
WO 2018/075583 A1 wird ein Kamerasensor beschrieben, der mit einer Steuereinheit verbunden ist, um die Ausgangssignale des Kamerasensors bezüglich Crosstalk zu bereinigen. Dazu werden die Ausgabesignale, beziehungsweise zugehörige Ausgabewerte jedes Pixels des Sensors, abhängig von der Menge von detektierten Fotoladungen auf benachbarten Pixeln reduziert.
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Im Kontext von aktiven optischen Sensorsystemen, die auf der Messung von Signallaufzeiten zur Entfernungsbestimmung beruhen, wie dies für Lidarsysteme der Fall ist, ist ein solches Vorgehen jedoch nicht sinnvoll, da die Reduktion der Sensorausgabewerte eine Verfälschung der gemessenen Signallaufzeit und damit der gemessenen Distanz mit sich bringen würde.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept zur Filterung von Messdaten eines aktiven optischen Sensorsystems anzugeben, durch das das Auftreten falsch-positiver Abtastpunkte reduziert werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, Messsignale von verschiedenen Detektoren, die in einer definierten Umgebung zueinander liegen, miteinander zu vergleichen, wenn eines der Messsignale auf einen Lichtpuls mit einer vorgegebenen Mindestenergie hinweist. Abhängig von dem Vergleich kann das andere Messsignal wenigstens teilweise verworfen werden.
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Gemäß dem verbesserten Konzept wird ein Verfahren zur Filterung von Messdaten eines aktiven optischen Sensorsystems, insbesondere eines an oder in einem Kraftfahrzeug montierten aktiven optischen Sensorsystems, angegeben. Dabei werden in einer Umgebung, beziehungsweise von Objekten in der Umgebung, des Sensorsystems reflektierte Lichtpulse mittels eines Arrays von optischen Detektoren des Sensorsystems erfasst. Mittels des Arrays wird basierend auf den erfassten Lichtpulsen eine Vielzahl von Messsignalen erzeugt, werden also mindestens zwei Messsignale erzeugt. Mittels einer Recheneinheit, insbesondere des Sensorsystems, wird ein erstes Messsignal der Vielzahl von Messsignalen identifiziert, das einem erfassten Lichtpuls mit einer Pulsenergie entspricht, die größer oder gleich einer vorgegebenen Mindestenergie ist. Das erste Messsignal wurde dabei von einem ersten Detektor des Arrays erzeugt. Mittels der Recheneinheit wird ein zweites Messsignal der Vielzahl von Messsignalen mit dem ersten Messsignal verglichen, wobei das zweite Messsignal von einem zweiten Detektor des Arrays erzeugt wurde. Der erste und der zweite Detektor weisen in dem Array einen Abstand voneinander auf, der kleiner oder gleich einem vorgegebenen Maximalabstand ist. Mittels der Recheneinheit wird wenigstens ein Teil des zweiten Messsignals abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs verworfen.
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Ein aktives optisches Sensorsystem weist definitionsgemäß eine Lichtquelle zum Aussenden des Lichts beziehungsweise von Lichtpulsen oder Lichtpulsen auf. Die Lichtquelle kann insbesondere als Laser ausgestaltet sein. Des Weiteren weist ein aktives optisches Sensorsystem definitionsgemäß wenigstens einen optischen Detektor auf, um reflektierte Anteile des ausgesendeten Lichts zu erfassen. Gemäß dem verbesserten Konzept weist das Sensorsystem wenigstens den ersten und den zweiten Detektor des Arrays auf.
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Hier und im Folgenden kann der Begriff „Licht“ derart verstanden werden, dass damit elektromagnetische Wellen im sichtbaren Bereich, im infraroten Bereich und/oder im ultravioletten Bereich umfasst sind. Dementsprechend kann auch der Begriff „optisch“ derart verstanden werden, dass er sich auf Licht nach diesem Verständnis bezieht.
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Das Array von Detektoren kann insbesondere als definierte oder regelmäßige Anordnung der optischen Detektoren, insbesondere des ersten und des zweiten sowie einem oder mehrerer weiterer optischer Detektoren, in einer linearen oder zweidimensionalen, regelmäßigen Anordnung verstanden werden.
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Bei dem ersten und dem zweiten Messsignal handelt es sich insbesondere um jeweilige Ausgabesignale des ersten beziehungsweise des zweiten Detektors, beispielsweise um jeweilige Spannungssignale.
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Insbesondere erzeugt jeder der optischen Detektoren des Arrays eines der Vielzahl von Messsignalen.
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Der Abstand des ersten und des zweiten Detektors voneinander kann beispielsweise durch entsprechende Positionen des ersten und des zweiten Detektors in dem Array angegeben werden. Insbesondere kann der vorgegebene Maximalabstand einer vorgegebenen Ordnung von nächsten Nachbarn entsprechen. Beispielsweise können der erste und der zweite Detektor nächste Nachbarn, übernächste Nachbarn, drittnächste Nachbarn und so weiter sein. Der Maximalabstand schränkt die entsprechende Ordnung dann ein.
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Das erste Messsignal beinhaltet insbesondere einen Puls, der den entsprechenden erfassten Lichtpuls wiedergibt beziehungsweise von diesem abhängt oder diesem entspricht. Aus der Pulsform des ersten Messsignals kann daher auf die Pulsenergie des Lichtpulses geschlossen werden. Insbesondere kann eine maximale Amplitude und/oder eine Pulsbreite des Pulses des ersten Messsignals zur Berechnung der Pulsenergie herangezogen werden.
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Das Verwerfen des Teils des zweiten Messsignals entspricht insbesondere einem Löschen oder Markieren oder nicht Weiterverwenden des entsprechenden Teils des zweiten Messsignals, insbesondere durch nachfolgende Algorithmen oder Funktionen, welche die Messsignale des aktiven optischen Sensorsystems nutzen, beispielsweise zur Objekterkennung oder dergleichen. Das Verwerfen kann somit als Filterung von Messdaten des aktiven optischen Sensorsystems angesehen werden, wobei die Messdaten insbesondere die Messsignale oder die entsprechenden Teile davon beinhalten.
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Dass wenigstens ein Teil des zweiten Messsignals verworfen wird, kann derart verstanden werden, dass das zweite Messsignal vollständig verworfen wird, oder dass nur ein bestimmter Zeitabschnitt des zweiten Messsignals, insbesondere ein Zeitabschnitt, der auf einen falsch-positiven Abtastpunkt hinweist. Weitere Teile des zweiten Messsignals können beispielsweise weiterverwendet werden und können gegebenenfalls auf tatsächliche Abtastpunkte hinweisen.
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Durch den Vergleich des ersten und des zweiten Messsignals miteinander können falsch-positive Abtastpunkte identifiziert oder die Wahrscheinlichkeit dafür, dass der Teil des zweiten Messsignals einem falsch-positiven Abtastpunkt entspricht, ermittelt beziehungsweise eingeschätzt werden.
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Da Übersprechen, also optischer oder elektrischer Crosstalk, beispielsweise durch reflektierte Lichtpulse von hochreflektiven Objekten verursacht werden, sind die Messsignale des ersten Detektors, welches beispielsweise einem tatsächlichen Abtastpunkt entspricht, und des Teils des zweiten Messsignals, welches beispielsweise einem falsch-positiven Abtastpunkt entspricht, miteinander korreliert und haben insbesondere bestimmte Eigenschaften, die miteinander in Beziehung stehen.
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Durch die Beschränkung des Verfahrens auf erste Messsignale, die auf eine Pulsenergie mit der vorgegebenen Mindestenergie hinweisen, wird dem Umstand Rechnung getragen, dass nur reflektierte Lichtpulse mit ausreichend hoher Pulsenergie dazu in der Lage sind, ein signifikantes Maß an Übersprechen oder Crosstalk auf benachbarten oder angrenzenden optischen Detektoren zu erzeugen, sodass die Beschränkung das Risiko für falsch-negative Feststellungen reduziert. Eine falsch-negative Feststellung kann dabei als fälschliches Verwerfen eines Teils des zweiten Messsignals verstanden werden, das tatsächlich einem echten Abtastpunkt entspricht.
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Auch durch die Beschränkung auf den zweiten Detektor, der höchstens den vorgegebenen Maximalabstand von dem ersten Detektor aufweist, kann das Risiko für falsch-negative Feststellungen reduziert werden, da das Übersprechen auf einen gewissen räumlichen Bereich um den ersten Detektor herum begrenzt ist.
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Insgesamt kann die Qualität der Messdaten durch das Filtern nach dem verbesserten Konzept verbessert werden, indem weniger falsch-positive Abtastpunkte auftreten, wobei gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit falsch-negativer Feststellungen gering gehalten wird.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem verbesserten Konzept werden mittels der Recheneinheit eine Pulshöhe und/oder eine Pulsbreite des ersten Messsignals bestimmt, um die Pulsenergie zu bestimmen.
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Die Pulsenergie kann beispielsweise als proportional zur Pulshöhe und proportional zur Pulsbreite angesehen werden. Das Identifizieren des ersten Messsignals kann daher beispielsweise das Identifizieren eines Messsignals der Vielzahl von Messsignalen mit einer entsprechend großen Pulsbreite und/oder einer entsprechend großen Pulshöhe beinhalten.
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Die Pulshöhe kann beispielsweise einer maximalen Amplitude eines Pulses des Messsignals entsprechen.
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Das Bestimmen der Pulsenergie des erfassten Lichtpulses kann als Bestimmen eines Maßes für die Pulsenergie auf Basis des ersten Messsignals verstanden werden. Insbesondere wird die Pulsenergie nicht direkt aus dem erfassten Lichtpuls bestimmt, sondern aus dem Messsignal, welches durch den Lichtpuls verursacht wird.
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Je höher die Energie des erfassten Lichtpulses ist, desto höher ist in der Regel die maximale Amplitude des resultierenden Messsignals. Je nach Ausgestaltungsform des Detektors können jedoch ab einer bestimmten Amplitude Sättigungseffekte eintreten, sodass eine Verbreiterung der Pulse auftritt. Dementsprechend kann sowohl die maximale Amplitude als auch die Pulsbreite als Maß für die Energie angesehen werden. Insbesondere kann eine Pulsfläche unter dem Puls des Messsignals als Maß für die Pulsenergie angesehen werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mittels der Recheneinheit eine weitere Pulsenergie basierend auf einer Pulshöhe und/oder einer Pulsbreite des zweiten Messsignals bestimmt und der Teil des zweiten Messsignals wird abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs der Pulsenergie mit der weiteren Pulsenergie verworfen.
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Insbesondere wird mittels der Recheneinheit die Pulsenergie mit der weiteren Pulsenergie verglichen und die Recheneinheit verwirft den Teil des zweiten Messsignals abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs.
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Der Crosstalk durch einen hochenergetischen Lichtpuls teilt sich in der Regel nicht gleichmäßig auf die unterschiedlichen Detektoren auf, sodass ein Großteil der Pulsenergie auf den ersten optischen Detektor, und damit gewissermaßen auf den korrekten Detektor, entfällt und nur ein geringerer Teil auf den zweiten Detektor.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Teil des zweiten Messsignals mittels der Recheneinheit nur dann verworfen, wenn ein Verhältnis der Pulsenergie zu der weiteren Pulsenergie kleiner oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert ist.
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Mit anderen Worten werden Pulse des zweiten Messsignals nicht als falsch-positive Abtastpunkte interpretiert, wenn deren Pulsenergie größer ist als der Grenzwert.
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Dadurch wird dem Umstand Rechnung getragen, dass die falsch-positiven Abtastpunkte als Punkte mit einer geringeren Pulsenergie auftreten und entsprechend das Risiko für falsch-negative Feststellungen reduziert.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mittels der Recheneinheit ein erster Erfassungszeitpunkt basierend auf dem ersten Messsignal bestimmt und ein zweiter Erfassungszeitpunkt wird basierend auf dem zweiten Messsignal bestimmt. Der Teil des zweiten Messsignals wird abhängig von einem Ergebnis eines Vergleichs des ersten Erfassungszeitpunkts mit dem zweiten Erfassungszeitpunkt verworfen.
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Der erste Erfassungszeitpunkt entspricht dabei insbesondere einem Zeitpunkt, zu dem der reflektierte Lichtpuls durch den ersten Detektor erfasst wird, was sich in der Signalform oder Pulsform des ersten Messsignals niederschlägt. Beispielsweise kann der erste Erfassungszeitpunkt einem Zeitpunkt entsprechen, zu dem eine steigende Flanke des Pulses des ersten Messsignals einen vorgegebenen Wert überschreitet. Alternativ kann beispielsweise ein Pulszentrum des Pulses des ersten Messsignals als erster Erfassungszeitpunkt dienen.
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Der zweite Erfassungszeitpunkt entspricht einem Zeitpunkt, zu dem gemäß dem zweiten Messsignal ein weiterer Lichtpuls scheinbar mittels des zweiten optischen Detektors erfasst wurde. Der zweite Erfassungszeitpunkt kann beispielsweise einem Zeitpunkt entsprechen, zu dem die steigende Flanke des zweiten Messsignals den vorgegebenen Wert überschreitet beziehungsweise einem Zentrum des Pulses des zweiten Messsignals. Alternativ kann beispielsweise ein Pulszentrum des Pulses des zweiten Messsignals als zweiter Erfassungszeitpunkt dienen.
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Der Zeitpunkt, zu dem der Lichtpuls mittels des ersten Detektors tatsächlich erfasst wird, ist mit dem Zeitpunkt, zu dem sich das Übersprechen in dem zweiten Messsignal bemerkbar macht, korreliert, da beide Effekte auf denselben erfassten Lichtpuls zurückgehen. Dementsprechend ist die Lichtlaufzeit, die sich aus dem ersten Lichtsignal ergibt, ähnlich zu der scheinbaren Lichtlaufzeit, die sich aus dem zweiten Messsignal ergibt. Mit anderen Worten ist eine radiale Entfernung eines Punktes von dem der reflektierte Lichtpuls reflektiert wird zu dem ersten Detektor ungefähr gleich einer scheinbaren radialen Entfernung eines scheinbaren Reflektionspunktes zu dem zweiten Detektor.
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Dadurch, dass das Verwerfen des Teils des zweiten Messsignals abhängig von dem Erfassungszeitpunkt eingeschränkt wird, kann das Risiko falsch-negativer Feststellungen weiter verringert werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Teil des zweiten Messsignals mittels der Recheneinheit nur dann verworfen, wenn eine Differenz zwischen dem ersten Erfassungszeitpunkt und dem zweiten Erfassungszeitpunkt kleiner oder gleich einer vorgegebenen Maximaldifferenz ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Teil des zweiten Messsignals nur dann verworfen, insbesondere genau dann verworfen, wenn die Differenz kleiner oder gleich der Maximaldifferenz ist, das Verhältnis der Pulsenergie zu der weiteren Pulsenergie kleiner oder gleich dem Grenzwert ist, der Abstand des ersten und des zweiten Detektors voneinander kleiner oder gleich dem Maximalabstand ist und das erste Messsignal einem erfassten Lichtpuls mit einer Pulsenergie entspricht, die größer oder gleich der Mindestenergie ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden mittels des Sensorsystems Lichtpulse in die Umgebung des Sensorsystems ausgesendet, insbesondere mittels einer Lichtquelle des Sensorsystems, und die reflektierten Lichtpulse entsprechen reflektierten Anteilen der ausgesendeten Lichtpulse.
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Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch eine Sensorvorrichtung mit einer Recheneinheit und einem aktiven optischen Sensorsystem angegeben. Das Sensorsystem weist ein Array von optischen Detektoren auf, wobei das Array dazu eingerichtet ist, in einer Umgebung des Sensorsystems reflektierte Lichtpulse zu erfassen und basierend auf den erfassten Lichtpulsen eine Vielzahl von Messsignalen zu erzeugen. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, ein erstes Messsignal der Vielzahl von Messsignalen zu identifizieren, das einem erfassten Lichtpuls mit einer Pulsenergie entspricht, die größer oder gleich einer vorgegebenen Mindestenergie ist, wobei das erste Messsignal von einem ersten Detektor des Arrays erzeugt wurde. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, ein zweites Messsignal der Vielzahl von Messsignalen mit dem ersten Messsignal zu vergleichen, wobei das zweite Messsignal von einem zweiten Detektor des Arrays erzeugt wurde. Der erste und der zweite Detektor weisen in dem Array einen Abstand voneinander auf, der kleiner oder gleich einem vorgegebenen Maximalabstand ist. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, wenigstens einen Teil des zweiten Messsignals abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs zu verwerfen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept enthält das Sensorsystem eine Ablenkvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, die reflektierten Lichtpulse je nach Einfallsrichtung der Lichtpulse auf verschiedene Positionen des Arrays zu lenken.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Ablenkvorrichtung derart ausgestaltet, dass sie reflektierte Lichtpulse, deren Einfallsrichtungen einem vertikalen Abtastwinkel innerhalb eines ersten Winkelbereichs entsprechen, auf den ersten Detektor zu lenken. Die Ablenkvorrichtung ist ferner dazu ausgestaltet, dass sie reflektierte Lichtpulse, deren Einfallsrichtungen einem vertikalen Abtastwinkel innerhalb eines zweiten Winkelbereichs entsprechen, auf den zweiten Detektor lenken kann.
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Der erste und der zweite Winkelbereich unterscheiden sich dabei voneinander, insbesondere sind der erste und der zweite Winkelbereich disjunkt.
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Der optische Crosstalk kann dazu führen, dass Teile von Lichtpulsen, die gemäß dem ersten Winkelbereich einfallen, auf den zweiten Detektor treffen beziehungsweise zum Teil auf den zweiten Detektor treffen.
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Die Ablenkvorrichtung kann beispielsweise einen beweglichen oder drehbar gelagerten Spiegel beinhalten oder ein um eine oder zwei Achsen kipp- oder schwenkbares Spiegelelement, das beispielsweise als mikroelektromechanisches System, MIMS, ausgestaltet sein kann.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu eingerichtet, eine weitere Pulsenergie basierend auf einer Pulshöhe und/oder einer Pulsbreite des zweiten Messsignals zu bestimmen und den Teil des zweiten Messsignals abhängig von einem Ergebnis eines Vergleichs der Pulsenergie mit der weiteren Pulsenergie zu verwerfen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu eingerichtet, einen ersten Erfassungszeitpunkt basierend auf dem ersten Messsignal zu bestimmen, einen zweiten Erfassungszeitpunkt basierend auf dem zweiten Messsignal zu bestimmen und den Teil des zweiten Messsignals abhängig von einem Ergebnis eines Vergleichs des ersten Erfassungszeitpunkts mit dem zweiten Erfassungszeitpunkt zu verwerfen.
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Weitere Ausführungsformen der Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept ergeben sich direkt aus den verschiedenen Ausgestaltungsformen des Verfahrens nach dem verbesserten Konzept und umgekehrt. Insbesondere kann die Sensorvorrichtung dazu eingerichtet oder programmiert sein, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen oder die Sensorvorrichtung führt ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durch.
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Gemäß dem verbesserten Konzept wird ein Kraftfahrzeug mit einer Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept angegeben, wobei das Sensorsystem der Sensorvorrichtung insbesondere an oder in dem Kraftfahrzeug montiert ist.
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Gemäß dem verbesserten Konzept wird ein Computerprogramm mit Befehlen angegeben, welche bei Ausführung des Computerprogramms durch eine Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept die Sensorvorrichtung dazu veranlassen, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen.
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Gemäß dem verbesserten Konzept wird ein computerlesbares Speichermedium angegeben, auf dem ein Computerprogramm nach dem verbesserten Konzept gespeichert ist.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als erfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von denen abweichen.
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In den Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer beispielhaften Ausführungsform einer Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept;
- 2 eine schematische Darstellung eines Arrays optischer Detektoren und einer Ablenkvorrichtung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept;
- 3 eine schematische Darstellung von Messsignalen einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept;
- 4 eine schematische Darstellung einer möglichen Umgebung einer Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept; und
- 5 eine schematische Darstellung von Abtastpunkten und gefilterten Abtastpunkten einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept.
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In 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 dargestellt, das eine Sensorvorrichtung 13 nach dem verbesserten Konzept aufweist.
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Die Sensorvorrichtung 13 weist ein aktives optisches Sensorsystem 2 auf, das beispielsweise als Lidarsystem ausgestaltet ist. Das Sensorsystem 2 ist dazu eingerichtet, mittels einer Lichtquelle (nicht dargestellt) Lichtpulse 4, insbesondere infrarote Laserlichtpulse, in eine Umgebung des Sensorsystems 2 und damit des Kraftfahrzeugs 1 auszusenden.
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Die ausgesendeten Lichtpulse 4 können von einem Objekt 6 in der Umgebung wenigstens teilweise reflektiert werden und so reflektierte Lichtpulse 5 in Richtung des Sensorsystems 2 zurücksenden. Das Sensorsystem 2 weist ein Array 7 aus optischen Detektoren 8, 9, 10 auf, das die reflektierten Lichtpulse 5 erfassen und basierend auf den erfassten Lichtpulsen eine Vielzahl von Messsignalen erzeugen kann. Insbesondere erzeugt jeder Detektor 8, 9, 10 ein entsprechendes Messsignal.
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Das Sensorsystem 2 weist beispielsweise eine Ablenkvorrichtung 14 auf (siehe 2), die dazu in der Lage ist, die reflektierten Lichtpulse 5 je nach deren Einfallsrichtung auf unterschiedliche Detektoren 8, 9, 10 des Arrays 7 zu lenken.
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Die Sensorvorrichtung 13 weist eine Recheneinheit 3 auf, die mit dem Sensorsystem 2 gekoppelt ist, insbesondere mit dem Array 7, um die Messsignale zu erhalten.
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In 2 ist eine schematische Darstellung des Arrays 7 sowie der Ablenkvorrichtung 14 des Sensorsystems 2 gezeigt.
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Im Ausführungsbeispiel der 2 sind die optischen Detektoren 8, 9, 10 beispielsweise linear nebeneinander angeordnet, um das Array 7 zu bilden.
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Die Ablenkvorrichtung 14 weist beispielsweise einen um eine Rotationsachse 15 drehbar gelagerten Spiegel 14 auf, der je nach Rotationsposition Lichtpulse 5 aus unterschiedlichen horizontalen Abtastwinkeln oder Abtastrichtungen auf das Array 7 lenkt. Die horizontalen Abtastwinkel können dabei als Winkel verstanden werden, die Projektionen der Lichtpulse 5 in eine Ebene senkrecht zu der Rotationsachse 15 beispielsweise mit der Rotationsachse 15 einschließen.
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Die Rotationsachse 15 ist insbesondere parallel zu einer Anordnungsrichtung der Detektoren 8, 9, 10 in dem Array 7.
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Je nachdem, welchen vertikalen Abtastwinkel der jeweils eintreffende Lichtpuls 5 aufweist, wird der Lichtpuls 5 auf verschiedene Detektoren 8, 9, 10 des Arrays 7 gelenkt. Dementsprechend wird durch Kombination der horizontalen und vertikalen Abtastwinkel eine zweidimensionale Auflösung des Sensorsystems 2 ermöglicht. Durch eine entsprechende Lichtlaufzeitmessung basierend auf der Vielzahl von Messsignalen kann zudem ein radialer Abstand des entsprechenden Reflexionspunktes auf dem Objekt 6 von dem Array 7 beziehungsweise dem jeweiligen Detektor 8, 9, 10 bestimmt werden, sodass insgesamt dreidimensionale Koordinaten der Abtastpunkte gegeben sind.
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Der vertikale Abtastwinkel entspricht dabei einem Winkel, den der Lichtpuls 5 mit der Rotationsachse 15 einschließt.
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Optional kann das Sensorsystem 2 zwischen der Ablenkvorrichtung 14 und dem Array 7 eine oder mehrere Linsen oder sonstige optische Elemente 16 aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Sensorsystem 2 in einem anderen Teil des Strahlengangs der reflektierten Lichtpulse 5 und/oder der ausgesendeten Lichtpulse 4 weitere optische Elemente aufweisen.
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Im Beispiel der 2 wird der reflektierte Lichtpuls 5 gemäß den strahlenoptischen Abbildungsvorschriften auf einem ersten optischen Detektor 8 des Arrays 7 gelenkt. Handelt es sich bei dem Objekt 6 um ein Objekt mit einer hohen Reflektivität, so kann die Energie beziehungsweise Intensität des reflektierten Lichtpulses 5 vergleichsweise hoch sein. Dies kann zum einen, beispielsweise über diffraktive Effekte, zu optischem Crosstalk zwischen dem ersten Detektor 8 und zweiten Detektoren 9 in einer Umgebung des ersten Detektors 8 auf dem Array 7 führen und zum anderen auch zu elektrischem Crosstalk zwischen dem ersten Detektor 8 und den zweiten Detektoren 9.
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Die zweiten Detektoren 9 befinden sich dabei innerhalb eines vorgegebenen Maximalbereichs um den ersten Detektor 8 herum. Im skizzierten Beispiel der 2 sind die zweiten Detektoren 9 nächste oder übernächste Nachbarn des ersten Detektors 8. Nachbarn höherer Ordnung des ersten Detektors 8 sind in 2 als weitere optische Detektoren 10 dargestellt.
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Im Folgenden wird beschrieben, wie anhand des verbesserten Konzepts die Messsignale der Detektoren 8, 9, 10, insbesondere der zweiten Detektoren 9, gefiltert werden können, um den Einfluss von elektrischem und/oder optischem Crosstalk und damit verbundenen falsch-positiven Abtastpunkten zu reduzieren.
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In 3 sind dazu beispielhaft zwei Messsignale 11, 12 als Funktion der Zeit t skizziert. Ein erstes Messsignal 11 entspricht beispielsweise einem Messsignal, das von dem ersten Detektor 8 basierend auf dem reflektierten Lichtpuls 5 erzeugt wurde. Ein zweites Messsignal 12 entspricht beispielsweise einem Messsignal, das von einem der zweiten optischen Detektoren 9 erzeugt wurde.
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Die Recheneinheit 3 ist insbesondere dazu eingerichtet zu bestimmen, ob das zweite Messsignal 12 beziehungsweise ein Teil des zweiten Messsignals 12 einem falsch-positiven Abtastpunkt entspricht.
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Dazu kann die Recheneinheit 3 zunächst feststellen, ob das erste Messsignal 11 einem erfassten Lichtpuls entspricht, dessen Pulsenergie größer ist als eine vorgegebene Mindestenergie. Nur für solche Lichtpulse ist es wahrscheinlich, dass sie zu optischem oder elektrischem Crosstalk führen. Beispielsweise kann die Pulsenergie basierend auf einer Pulsbreite des ersten Messsignals 11 bestimmt werden. Die Mindestenergie kann beispielsweise einer Pulsbreite entsprechen, die einem Laufzeitunterschied entspricht. Der Laufzeitunterschied ist dabei gleichbedeutend zu einem Unterschied in der radialen Distanz. Der Unterschied der radialen Distanz, der dem Laufzeitunterschied entspricht, kann beispielsweise eine Größenordnung von 50 bis 150 Zentimeter, beispielsweise etwa 120 Zentimeter, betragen.
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Ist die Pulsenergie gemäß dem ersten Messsignal 11 größer als die Minimalenergie, so kann die Recheneinheit 3 beispielsweise einen Erfassungszeitpunkt des ersten Messsignals 11 bestimmen sowie einen Erfassungszeitpunkt des zweiten Messsignals 12. Der jeweilige Erfassungszeitpunkt kann dann beispielsweise als Zeitpunkt bestimmt werden, zu dem eine steigende Flanke des jeweiligen Messsignals 11, 12 einen vorgegebenen Minimalwert überschreitet, der in 3 beispielsweise durch eine horizontale gestrichelte Linie angedeutet ist.
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Wie in 3 zu sehen, kann das zweite Messsignal 12 mehrere verschiedene Pulse 12', 12" beinhalten. Der erste Puls 12' liefert dabei einen früheren Erfassungszeitpunkt wie der zweite Puls 12".
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Die Recheneinheit 3 vergleicht den Erfassungszeitpunkt des ersten Messsignals 11 mit einem Erfassungszeitpunkt des zweiten Messsignals 12, beispielsweise den jeweiligen Erfassungszeitpunkten des ersten Pulses 12' und des zweiten Pulses 12". Nur wenn der erste Erfassungszeitpunkt des ersten Messsignals 11 und der entsprechende zweite Erfassungszeitpunkt des zweiten Messsignals 12 nahe genug beieinander liegen, kann mit ausreichender Wahrscheinlichkeit von einer falsch-positiven Detektion durch das Messsignal 12 ausgegangen werden.
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Im vorliegenden Beispiel sind der Erfassungszeitpunkt des ersten Messsignals 11 und der Erfassungszeitpunkt des ersten Pulses 12' des zweiten Messsignals 12 nahezu gleich, sodass der erste Puls 12' als falsch-positiver Abtastpunkt infrage kommt. Der zweite Puls 12" hat jedoch einen Erfassungszeitpunkt, der zu weit von dem Erfassungszeitpunkt des ersten Messsignals 11 entfernt ist, als dass es sich mit ausreichender Wahrscheinlichkeit um einen falsch-positiven Abtastpunkt handeln kann. Bei dem zweiten Puls 12" handelt es sich daher mit hoher Wahrscheinlichkeit um einen tatsächlichen Abtastpunkt, der insbesondere weiter von dem Sensorsystem 2 entfernt ist, als der erste Abtastpunkt, der durch das erste Messsignal 11 gegeben ist.
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Die Recheneinheit 3 kann nun auch eine Pulsenergie des zweiten Messsignals 12, insbesondere des ersten Pulses 12', bestimmen. Die Recheneinheit 3 kann die Pulsenergie des ersten Messsignals 11 mit der Pulsenergie des ersten Pulses 12' des zweiten Messsignals 12 in Beziehung setzen und das Verhältnis der Pulsenergien berechnen. Nur wenn die Pulsenergie des ersten Messsignals 11 signifikant größer ist, also mindestens um einen vorgegebenen Faktor größer ist, als die Pulsenergie des ersten Pulses 12' des zweiten Messsignals 12, kann von einem falsch-positiven Abtastpunkt ausgegangen werden. Dies ist im vorliegenden Beispiel der Fall, was beispielsweise an der deutlich geringeren Pulsbreite des ersten Pulses 12' im Vergleich zu dem Puls des ersten Messsignals 11 erkennbar ist.
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Zusammenfassend hat die Recheneinheit 3 also festgestellt, dass der erste Puls 12' eine ausreichend kleine Pulsenergie im Vergleich zur Pulsenergie des ersten Messsignals 11 aufweist, nahezu denselben radialen Abstand von dem Array 7 anzeigt und von einem zweiten Detektor 9 erzeugt wurde, der sich in unmittelbarer Umgebung des ersten Detektors 8 befindet. Zudem ist die Pulsenergie des ersten Messsignals 11 vergleichsweise hoch.
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Die Recheneinheit 3 kann daher den ersten Puls 12' des zweiten Messsignals 12 verwerfen, also insbesondere markieren oder die Information speichern, dass der erste Puls 12' nicht von weiteren Funktionen oder Algorithmen verwendet werden sollte.
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In 4 ist schematisch eine Umgebung eines Kraftfahrzeugs 1, wie es in 1 dargestellt ist, gezeigt. Das Objekt 6 ist beispielsweise als Verkehrsschild oder dergleichen dargestellt.
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Da es sich bei solchen Schildern regelmäßig um hochreflektive Zielobjekte handelt, ist die Gefahr von falsch-positiven Abtastpunkten hier besonders hoch.
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In 5 sind schematisch entsprechende, mittels eines Sensorsystems 2, wie bezüglich 1 bis 3 beschrieben, dargestellt. Insbesondere sind erste Abtastpunkte 17 einer ersten Lage, zweite Abtastpunkte 18 einer zweiten Lage, dritte Abtastpunkte 19 einer dritten Lage gezeigt. Die unterschiedlichen Lagen entsprechen dabei beispielsweise Abtastpunkten, die von unterschiedlichen Detektoren 8, 9, 10 erzeugt wurden. Jede Lage 17, 18, 19 enthält eine Vielzahl von Abtastpunkten, die unterschiedlichen horizontalen Abtastwinkeln entsprechen.
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Die mit den Punkten verbundenen perspektivischen Linien deuten schematisch die zugehörigen Pulsenergien an.
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In 5 sind zudem mit „x“ gekennzeichnet falsch-positive Abtastpunkte 20 dargestellt. Diese sind in der beschriebenen Weise beispielsweise durch optischen oder elektrischen Crosstalk erzeugt worden.
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Anhand des verbesserten Konzepts können diese falsch-positiven Abtastpunkte 20, wie oben beschrieben, aus den Messdaten des Sensorsystems 2 herausgefiltert und nicht weiter berücksichtigt werden. Würde man diese Filterung nicht vornehmen, so wäre die scheinbare Ausdehnung des Objekts 6 größer, als seine tatsächliche Ausdehnung.
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Gemäß dem verbesserten Konzept können, wie beschrieben, Messdaten eines aktiven optischen Sensorsystems gefiltert werden, um falsch-positive Abtastpunkte zu identifizieren, ohne das Risiko falsch-negativer Feststellungen signifikant zu erhöhen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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