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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Plausibilisieren einer Detektion eines LIDAR-Systems eines Fahrzeugs, eine Vorrichtung zum Plausibilisieren einer Detektion eines LIDAR-Systems eines Fahrzeugs, sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung.
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Zumindest teilweise autonom fahrende Fahrzeuge müssen auch bei hohen Geschwindigkeiten sicher durch Fahrassistenzsysteme gesteuert werden. Fahrassistenzsysteme greifen hierzu auf verschiedene Typen von Sensoren zurück. Zur Umgebungserkennung von Fahrzeugen werden insbesondere sogenannte Lidar-Systeme eingesetzt, welche ein Sichtfeld mit Laserstrahlen beaufschlagen und von dem Sichtfeld zurückgeworfene Strahlung zur Auswertung des Sichtfelds und zur Detektion von darin enthaltenen Objekten erfassen und auswerten.
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Oft wird in Lidaren ein breiter Laserstrahl eingesetzt, welcher relativ grob in zumindest einer Dimension eine Umgebung, insbesondere ein Sichtfeld, abrastert. Ein Sender des Laserstrahls kann dabei so ausgelegt sein, dass der Laserstrahl den gesamten vertikalen Sichtbereich ausfüllt und dann horizontal abgelenkt wird. Zur Verfeinerung der Auflösung wird dann ein Array von Empfängern verwendet, also eine Vielzahl an Pixeln, auf den das vertikale Sichtfeld abgebildet wird, ähnlich einer Kamera. Analog zur Kamera ist jedes aufgelöste Winkelsegment ein Pixel. An jedem optisch aktiven Element im optischen Pfad tritt ein gewisses Maß an Streuung auf, wodurch Licht, das aus einem Winkelsegment kommt, auf einem Empfänger abgebildet wird, welcher für ein anderes Winkelsegment gedacht ist. Es wird also Licht von einem Pixel auf einen anderen Pixel umgelenkt. Befindet sich in dem ersten Pixel ein Objekt, welches viel Laserleistung zurückwirft, so wird auch in angrenzenden Pixeln ein Signalpegel oberhalb der Detektionsschwelle erzeugt, wodurch Fehldetektionen (Geisterziele) entstehen, welche keinem physischen Objekt in dieser Richtung entsprechen. Ein vergleichbarer Effekt kann auch durch elektrisches Übersprechen zwischen den einzelnen Empfängern entstehen.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2018 203 584 A1 offenbart ein Verfahren für ein Lidar-System, bei welchem aufeinanderfolgend Pulse erzeugten Primärlichts in ein Sichtfeld zu dessen Beleuchtung ausgesandt werden, aus dem Sichtfeld stammendes Sekundärlicht empfangen, detektiert und ausgewertet wird und eine Abtastfrequenz, mit welcher Pulse oder Gruppen von Pulsen des Primärlichts ausgesandt werden, eine Anzahl von Pulsen des Primärlichts in einer Gruppe von Pulsen und/oder ein oder mehrere einen jeweiligen Puls des Primärlichts charakterisierende Pulsparameter zeitlich variiert werden.
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Nachteilig aus dem Stand der Technik ist jedoch, dass um bei gepulst betriebenen Lidar-Systemen ein Übersprechen zu vermeiden, auf ein aufwendiges pulssequenzcodiertes Verfahren mit einem entsprechenden steuertechnischen Mehraufwand an der Senderoptik und der Empfängeroptik zurückgegriffen wird. Dies ist insbesondere mit hohen Kosten und zusätzlichen Bauteilen verbunden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Plausibilisieren einer Detektion eines LIDAR-Systems eines Fahrzeugs, eine Vorrichtung eingerichtet zum Durchführen eines solchen Verfahrens zum Plausibilisieren einer Detektion eines LIDAR-Systems eines Fahrzeugs, sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung bereitzustellen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten, und wobei insbesondere ein einfaches und kostengünstiges Plausibilisieren einer Detektion eines LIDAR-Systems ermöglicht wird.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Plausibilisieren einer Detektion eines LIDAR-Systems eines Fahrzeugs bereitgestellt wird. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- a) Erzeugen von mindestens einem Puls eines Primärlichts mittels mindestens einem LIDAR-System, wobei der mindestens eine erzeugte Puls in eine Umgebung des Fahrzeugs ausgesendet wird,
- b) Empfangen von aus der Umgebung stammendem Sekundärlicht mittels des mindestens einen LIDAR-Systems, wobei das empfange Sekundärlicht in einer Primärdetektion eines Pixels und mindestens einer Sekundärdetektion mindestens eines angrenzenden Pixels detektiert wird,
- c) Ermitteln eines Übersprechens zwischen dem Pixel und dem mindestens einen angrenzenden Pixel, wobei für die Sekundärdetektion von mindestens einem von dem Pixel angrenzenden Pixel ein Vertrauenswert in Abhängigkeit von einer empfangenen Leistung und/oder Intensität ermittelt wird, und
- d) Klassifizieren der Sekundärdetektion des mindestens einen angrenzenden Pixels als valide ab einem bestimmten Schwellenwert des Vertrauenswerts, so dass die Sekundärdetektion plausibilisiert wird.
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Vorzugsweise ist das Verfahren ein Verfahren zum Erkennen von durch optischem und/oder elektrischem Übersprechen verursachten Fehldetektionen im Empfänger eines LIDAR-Systems (light detection and ranging system). Vorzugsweise wird ein Übersprechen bestimmt, indem ein Vertrauenswert für Detektionen an einen Pixel angrenzender Pixel anhand deren empfangenen Leistung und/oder Intensität mittels eines Schwellenwerts ermittelt wird, wobei Detektionen von Pixeln ab einem bestimmten Schwellenwert als valide klassifiziert werden. Vorzugsweise wird die Klassifikation anhand eines Vergleichs einer Echoform einer Detektion eines Pixels mit einer Echoform mindestens eines angrenzenden Pixels plausibilisiert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Umgebung des Fahrzeugs ein Sichtfeld des Fahrzeugs.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren mittels mindestens eines Steuergeräts durchgeführt, bevorzugt weist das LIDAR-System das Steuergerät auf oder ist mit dem Steuergerät wirkverbunden.
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Unter einem Steuergerät wird insbesondere ein Element mit zumindest einer elektronischen Einheit verstanden, insbesondere mit einer Prozessoreinheit und einem Speicher, das dazu ausgebildet ist, durch das mindestens eine LIDAR-System empfangenes Sekundärlicht auszuwerten. Das Steuergerät ist insbesondere zum Auswerten von Detektionen von Sekundärlicht, zum Steuern eines Senders zum Aussenden von Pulsen des Primärlichts, und/oder zum Steuern eines Empfängers zum Empfangen und Detektieren von Sekundärlicht ausgebildet.
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Unter einem bestimmten Schwellenwert wird insbesondere eine Vertrauenswert eines Pixels in Abhängigkeit einer empfangenen Leistung und/oder einer Intensität einer Detektion, insbesondere einer Primärdetektion und/oder einer Sekundärdetektion, eines Sekundärlichts verstanden, oberhalb des Schwellenwerts eine Detektion als valide erkannt wird während unterhalb des Schwellenwerts eine Detektion als invalide erkannt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der bestimmte Schwellenwert ein vorgegebener Schwellenwert, insbesondere in Abhängigkeit der Art des LIDAR-Systems oder ein in Abhängigkeit von Umgebungsdaten berechneter Schwellenwert. Der Schwellenwert kann in Abhängigkeit der Anforderungen bestimmt bzw. festgelegt werden.
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Unter einem Plausibilisieren einer Detektion wird insbesondere eine Validierung einer Detektion als valide oder invalide verstanden, wobei eine invalide Detektion insbesondere als Fehldetektion eingeordnet wird, so dass eine Detektion als Fehldetektion erkannt und klassifiziert wird.
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Unter einem Sekundärlicht wird insbesondere ein von einem Gegenstand oder einem Lebewesen reflektiertes Primärlicht verstanden.
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Unter einem Fahrzeug wird insbesondere ein Personenkraftwagen, ein Motorrad, ein Lastkraftwagen, ein Bus, ein Wohnmobil, ein Baufahrzeug, oder ein Nutzfahrzeug verstanden.
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Das Verfahren zum Plausibilisieren einer Detektion eines LIDAR-Systems eines Fahrzeugs weist Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik auf. Vorteilhafterweise ist ein besonders einfaches und kostengünstiges Plausibilisieren einer Detektion eines LIDAR-Systems möglich. Vorteilhafterweise können durch Übersprechen erzeugte Fehldetektionen zuverlässig vermindert werden. Vorteilhafterweise kann mit einem geringen Aufwand ein Übersprechen von Signalquellen reduziert werden. Vorteilhafterweise wird eine Detektion von hochreflektiven Zielen, beispielsweise Verkehrsschilder, Brückenmarkierungen, Leitpfosten, oder Spurmarkierungen, zuverlässiger und genauer, wodurch die Systemzuverlässigkeit erhöht wird.
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Vorteilhafterweise werden falsche Systemreaktionen vermieden. Vorteilhafterweise können Echos von tatsächlich vorhandenen Objekten zuverlässig erkannt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Klassifizierung der Sekundärdetektion zusätzlich anhand eines Vergleichs einer Echoform eines Echos der Primärdetektion des Pixels mit mindestens einer Echoform eines Echos der Sekundärdetektion des mindestens einen angrenzenden Pixels plausibilisiert wird, so dass die Klassifizierung der Sekundärdetektion bestätigt wird. Vorzugsweise weist die Primärdetektion des Pixels eine höhere empfangene Leistung und/oder Intensität im Vergleich zu einer empfangenen Leistung und/oder Intensität einer Sekundärdetektion eines angrenzenden Pixels auf. Vorzugsweise ist die Primärdetektion eine Echoform des Pixels mit der höchsten Intensität und/oder des Pixels der zuerst einen bestimmten Schwellenwert überschreitet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein zeitlicher Abstand ausgesendeter Pulse des Primärlichts variiert wird, und/oder wobei als Pulsparameter eine Pulsweite, eine Pulsform und/oder eine Pulszeitfunktion ausgesendeter Pulse des Primärlichts zeitlich variiert werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein weiterer angrenzender Pixel untersucht wird, wenn in einem (angrenzenden) Pixel ein bestimmter Schwellenwert des Vertrauenswerts der empfangenen Leistung und/oder der Intensität überschritten wird, wobei der mindestens eine weitere angrenzende Pixel ab dem bestimmten Schwellenwert als valide markiert wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass sobald ein angrenzender Pixel unter einem bestimmten Schwellenwert liegt, dieser als invalide markiert wird, wobei weitere angrenzende Pixel so lange als invalide markiert werden, bis die empfangene Leistung und/oder Intensität wieder über einem bestimmten Schwellenwert liegt, wobei bevorzugt auch ein vorhergehender angrenzender Pixel als invalide markiert wird, und/oder wobei eine ermittelte Entfernung des Echos größer als ein doppelter sensorspezifischer Entfernungsfehler ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ab einer bestimmten Koinzidenz der Echoform des Echos der Primärdetektion mit der Echoform des Echos der Sekundärdetektion des mindestens einen angrenzenden Pixels ein invalides Signal wieder als valide markiert wird, so dass eine Klassifizierung des Pixels als valide oder invalide bestätigt wird. Ist die Koinzidenz unterhalb eines Schwellenwerts, so kann das zuvor als invalide markierte Echo wieder als valide markiert werden, da zumindest nicht das gesamte Signal durch ein Übersprechen entstanden ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der bestimmte Schwellenwert ein sensorspezifischer Schwellenwert des LIDAR-Systems ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass Informationen einzelner SPAD-Zellen (Single-Photon Avalanche Dioden) ausgewertet werden. In manchen LIDAR-Systemen liegen die Informationen von einzelnen SPAD-Zellen vor, wodurch das Verfahren verfeinert werden kann, insbesondere höher aufgelöst werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das LIDAR-System mindestens einen Sender zum Aussenden von mindestens einem Puls eines Primärlichts und mindestens einen Empfänger zum Empfangen von Sekundärlicht auf.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch gelöst, indem eine Vorrichtung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Plausibilisieren einer Detektion eines LIDAR-Systems eines Fahrzeugs bereitgestellt wird, insbesondere nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Dabei ergeben sich für die Vorrichtung insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren zum Plausibilisieren einer Detektion eines LIDAR-Systems eines Fahrzeugs erläutert wurden. Die Vorrichtung weist dabei mindestens ein LIDAR-System mit mindestens einem Sender zum Aussenden von mindesten einem Puls von Primärlicht in eine Umgebung, mindestens einem Empfänger zum Empfangen und Detektieren von Sekundärlicht aus der Umgebung, und mindestens einem Steuergerät zum Auswerten von Sekundärlicht auf. Das mindestens eine Steuergerät ist insbesondere eingerichtet zum Durchführen des Verfahrens zum Plausibilisieren einer Detektion eines LIDAR-Systems eines Fahrzeugs.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch gelöst, indem ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, eingerichtet zum Durchführen eines Verfahrens zum Plausibilisieren einer Detektion eines LIDAR-Systems eines Fahrzeugs, bereitgestellt wird, insbesondere nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Dabei ergeben sich für das Fahrzeug insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren zum Plausibilisieren einer Detektion eines LIDAR-Systems eines Fahrzeugs, und mit der Vorrichtung, eingerichtet zum Durchführen eines Verfahrens zum Plausibilisieren einer Detektion eines LIDAR-Systems eines Fahrzeugs, erläutert wurden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Fahrzeug ein zumindest teilweise autonom fahrendes Fahrzeug ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Plausibilisieren einer Detektion eines LIDAR-Systems eines Fahrzeugs in einem Fließdiagramm.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Plausibilisieren einer Detektion eines LIDAR-Systems eines Fahrzeugs in einem Fließdiagramm.
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In dem Verfahren zum Plausibilisieren einer Detektion eines LIDAR-Systems eines Fahrzeugs, wird a) mindestens ein Puls eines Primärlichts mittels mindestens einem LIDAR-System erzeugt, wobei der mindestens eine erzeugte Puls in eine Umgebung des Fahrzeugs ausgesendet wird, b) aus der Umgebung stammendes Sekundärlicht mittels des mindestens einen LIDAR-Systems empfangen, wobei das empfange Sekundärlicht in einer Primärdetektion eines Pixels und mindestens einer Sekundärdetektion mindestens eines angrenzenden Pixels detektiert wird, c) ein Übersprechens zwischen dem Pixel und dem mindestens einen angrenzenden Pixel ermittelt, wobei für die Sekundärdetektion von mindestens einem von dem Pixel angrenzenden Pixel ein Vertrauenswert in Abhängigkeit von einer empfangenen Leistung und/oder Intensität ermittelt wird, und d) die Sekundärdetektion des mindestens einen angrenzenden Pixels ab einem bestimmten Schwellenwert des Vertrauenswerts als valide klassifiziert, so dass die Sekundärdetektion plausibilisiert wird.
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Dadurch ist ein besonders einfaches und kostengünstiges Plausibilisieren einer Detektion eines LIDAR-Systems möglich. Durch Übersprechen erzeugte Fehldetektionen können zuverlässig vermindert werden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Klassifizierung der Sekundärdetektion zusätzlich anhand eines Vergleichs einer Echoform eines Echos der Primärdetektion des Pixels mit mindestens einer Echoform eines Echos der Sekundärdetektion des mindestens einen angrenzenden Pixels plausibilisiert, so dass die Klassifizierung der Sekundärdetektion bestätigt wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein zeitlicher Abstand ausgesendeter Pulse des Primärlichts variiert, und/oder werden als Pulsparameter eine Pulsweite, eine Pulsform und/oder eine Pulszeitfunktion ausgesendeter Pulse des Primärlichts zeitlich variiert werden. Vorzugsweise ist der zeitliche Abstand ausgesendeter Pulse des Primärlichts eine Pulsfrequenz.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird mindestens ein weiterer angrenzender Pixel untersucht, wenn in einem angrenzenden Pixel ein bestimmter Schwellenwert des Vertrauenswerts der empfangenen Leistung und/oder der Intensität überschritten wird, wobei der mindestens eine weitere angrenzende Pixel ab dem bestimmten Schwellenwert als valide markiert wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird sobald ein angrenzender Pixel unter einem bestimmten Schwellenwert liegt, dieser als invalide markiert, wobei weitere angrenzende Pixel so lange als invalide markiert werden, bis die empfangene Leistung und/oder Intensität wieder über einem bestimmten Schwellenwert liegt, wobei bevorzugt auch ein vorhergehender angrenzender Pixel als invalide markiert wird, und/oder wobei eine ermittelte Entfernung des Echos größer als ein doppelter sensorspezifischer Entfernungsfehler ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ab einer bestimmten Koinzidenz der Echoform des Echos der Primärdetektion mit der Echoform des Echos der Sekundärdetektion des mindestens einen angrenzenden Pixels ein invalides Signal wieder als valide markiert, so dass eine Klassifizierung des Pixels als valide oder invalide bestätigt wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der bestimmte Schwellenwert ein sensorspezifischer Schwellenwert des LIDAR-Systems.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden Informationen einzelner SPAD-Zellen ausgewertet.
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Die detektierte Leistung und/oder Intensität ist in dem Pixel in dem sich das Objekt tatsächlich befindet am höchsten. In den angrenzenden Pixeln, in denen ein Übersprechen stattfindet, ist die Leistung und/oder Intensität geringer und nimmt mit zunehmendem Abstand ab. Aus der Leistung und/oder Intensität kann ein Vertrauenswert für die Detektion in den einzelnen Pixeln abgeleitet werden. Wann immer in einem Pixel ein Schwellenwert der Leistung und/oder der Intensität überschritten wird, werden angrenzende Pixel untersucht. Überschreiten diese ebenfalls einen bestimmten Schwellenwert, so werden diese zunächst als valide markiert und die davon angrenzenden Pixel analysiert. In einem Ausführungsbeispiel werden sobald die Leistung und/oder die Intensität eines dieser angrenzenden Pixel abfällt der letzte und der Pixel mit geringerer Leistung und/oder Intensität als invalide markiert. In einem Ausführungsbeispiel werden weitere angrenzende Pixel so lange als invalide markiert bis entweder die Leistung und/oder die Intensität wieder über einen Schwellenwert steigt und/oder eine ermittelte Entfernung des Echos größer als der doppelte, sensorspezifische Entfernungsfehler ist. In einem Ausführungsbeispiel wird als zusätzliche Information des LIDAR-Systems eine Echoform ausgewertet, bevorzugt durch das Histogramm einer SPAD oder das Signal eines SiPM, APD oder einer pin-Diode. Um die Klassifizierung als invalide zu bestätigen oder zu widerlegen, kann die Echoform der Primärdetektion, wobei die Primärdetektion ein Pixel mit der zumindest lokal höchsten Intensität ist, welcher zuerst einen bestimmten Schwellenwert überschritten hat, mit den Echoformen der Sekundärdetektionen verglichen werden.
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Die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens weist mindestens ein LIDAR-System mit mindestens einem Sender zum Aussenden von mindestens einem Puls von Primärlicht in eine Umgebung, mindestens einem Empfänger zum Empfangen und Detektieren von Sekundärlicht aus der Umgebung, und mindestens einem Steuergerät zum Auswerten von Sekundärlicht auf, insbesondere ist das mindestens eine Steuergerät zum Durchführen des Verfahrens eingerichtet.
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Das für den Pulsbetrieb eingerichtete LIDAR-System besteht bevorzugt aus mindestens einem Steuergerät, mit einer Steuer- und Auswerteeinheit, aus der dem Betrieb des LIDAR-Systems zugrundeliegenden optischen Anordnung, mit einer Lichtquelleneinheit, einer Senderoptik, einer Empfängeroptik und einer Detektoranordnung. Die Steuerung des Betriebs des LIDAR-Systems sowie die Auswertung der durch das LIDAR-System empfangenen Signale erfolgt durch die Steuer- und Auswerteeinheit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018203584 A1 [0004]
