DE102020003009A1 - Process for operating a lidar and lidar - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Lidar (1), wobei mittels einer Lasersendeeinheit (2) Laserpulse (LP) ausgesendet werden, mittels einer Laserempfangseinheit (3) Reflexionen (R) der Laserpulse (LP) empfangen werden und eine Signallaufzeit zwischen der Aussendung eines Laserpulses (LP) und dem Empfang einer zugehörigen Reflexion (R) ermittelt wird. Erfindungsgemäß wird zusätzlich zur Messung der Signallaufzeit ein Hintergrundrauschen in Abhängigkeit einer Raumrichtung gemessen und mittels der Lasersendeeinheit (2) wird Laserstrahlung (LS) im Nahinfrarot-Bereich derart emittiert, dass in einer Umgebung eine konstante Nahinfrarot-Beleuchtung erzeugt wird.Die Erfindung betrifft weiterhin ein Lidar (1).The invention relates to a method for operating a lidar (1), whereby laser pulses (LP) are emitted by means of a laser transmitter unit (2), reflections (R) of the laser pulses (LP) are received by means of a laser receiver unit (3), and a signal delay time between the emission a laser pulse (LP) and the reception of an associated reflection (R) is determined. According to the invention, in addition to measuring the signal propagation time, a background noise is measured as a function of a spatial direction and by means of the laser transmitter unit (2) laser radiation (LS) is emitted in the near infrared range in such a way that constant near infrared illumination is generated in an environment Lidar (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Lidar gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for operating a lidar according to the preamble of claim 1.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Lidar gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4.The invention further relates to a lidar according to the preamble of claim 4.

Aus der DE 10 2018 002 003 A1 ist eine Sensoreinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem einen Lidarempfänger aufweisenden Lidar-Sensor und mit einer einen Bildsensor als Kameraempfänger aufweisenden Kamera bekannt. Dem Lidarempfänger und dem Kameraempfänger ist dieselbe, dem Lidarempfänger und dem Kameraempfänger gemeinsame und einen programmierbaren optischen Filter aufweisende Optik zugeordnet, über welche von dem Lidarempfänger und von dem Kameraempfänger jeweilige elektromagnetische Wellen erfassbar sind. Der optische Filter weist eine Ablenkeinheit auf, welche elektromagnetische Wellen, deren Wellenlänge in einem ersten Wellenlängenbereich liegt, auf den Lidarempfänger und weg von dem Kameraempfänger und elektromagnetische Wellen, deren Wellenlänge in einem zweiten Wellenlängenbereich liegt, auf den Kameraempfänger und weg von dem Lidarempfänger lenkt.From the DE 10 2018 002 003 A1 A sensor device for a motor vehicle with a lidar sensor having a lidar receiver and with a camera having an image sensor as a camera receiver is known. The lidar receiver and the camera receiver are assigned the same optics, which are common to the lidar receiver and the camera receiver and have a programmable optical filter, via which respective electromagnetic waves can be detected by the lidar receiver and by the camera receiver. The optical filter has a deflection unit which directs electromagnetic waves, the wavelength of which lies in a first wavelength range, onto the lidar receiver and away from the camera receiver, and electromagnetic waves, the wavelength of which lies in a second wavelength range, onto the camera receiver and away from the lidar receiver.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Betrieb eines Lidar und ein neuartiges Lidar anzugeben.The invention is based on the object of specifying a novel method for operating a lidar and a novel lidar.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, und durch ein Lidar, welches die im Anspruch 4 angegebenen Merkmale aufweist.The object is achieved according to the invention by a method which has the features specified in claim 1 and by a lidar which has the features specified in claim 4.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

In einem Verfahren zum Betrieb eines Lidar werden mittels einer Lasersendeeinheit Laserpulse ausgesendet, mittels einer Laserempfangseinheit Reflexionen der Laserpulse empfangen und es wird eine Signallaufzeit zwischen der Aussendung eines Laserpulses und dem Empfang einer zugehörigen Reflexion ermittelt.In a method for operating a lidar, laser pulses are emitted by means of a laser transmission unit, reflections of the laser pulses are received by means of a laser reception unit, and a signal transit time is determined between the transmission of a laser pulse and the reception of an associated reflection.

Erfindungsgemäß wird zusätzlich zur Messung der Signallaufzeit ein Hintergrundrauschen in Abhängigkeit einer Raumrichtung gemessen und mittels der Lasersendeeinheit wird Laserstrahlung im Nahinfrarot-Bereich derart emittiert, dass in einer Umgebung eine konstante Nahinfrarot-Beleuchtung erzeugt wird.According to the invention, in addition to measuring the signal propagation time, a background noise is measured as a function of a spatial direction, and laser radiation in the near-infrared range is emitted by means of the laser transmitter unit in such a way that constant near-infrared lighting is generated in an environment.

Die Messung des Hintergrundrauschens in Abhängigkeit einer Raumrichtung ermöglicht eine Gewinnung zusätzlicher Merkmale für eine Objekterkennung in einer Umgebung des Lidars, beispielsweise einer Fahrzeugumgebung. Die Erzeugung der konstanten Nahinfrarot-Beleuchtung mittels der Lasersendeeinheit ermöglicht die Messung des Hintergrundrauschens auch bei schwacher Umgebungsbeleuchtung und/oder bei Nacht. Durch die Erzeugung der konstanten Nahinfrarot-Beleuchtung und der Erfassung des Hintergrundrauschens kann die Funktion einer Nahinfrarot-Kamera in ein Lidar integriert werden, wodurch eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Lidar, insbesondere im Hinblick auf die Objekterkennung, sowie eine Verbesserung weiterer Funktionen, wie beispielsweise eine Witterungserkennung und Reichweitenschätzung, unabhängig von einer Stärke der Umgebungsbeleuchtung erreicht werden. Somit steigt neben der Leistungsfähigkeit auch eine Verfügbarkeit des Lidar und daraus folgend auch eine Leistungsfähigkeit und Verfügbarkeit eines Systems, welche mittels des Lidars erfasste Daten nutzt.The measurement of the background noise as a function of a spatial direction enables additional features to be obtained for object detection in an environment of the lidar, for example a vehicle environment. The generation of constant near-infrared lighting by means of the laser transmitter enables background noise to be measured even in poor ambient lighting and / or at night. By generating the constant near-infrared illumination and the detection of the background noise, the function of a near-infrared camera can be integrated into a lidar, which improves the performance of the lidar, in particular with regard to object detection, and also improves other functions, such as, for example Weather detection and range estimation can be achieved regardless of the level of ambient lighting. Thus, in addition to the performance, the availability of the lidar and consequently also the performance and availability of a system which uses data acquired by means of the lidar increases.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing.

Dabei zeigt:

  • 1 Schematisch ein Blockschaltbild eines Lidar.
It shows:
  • 1 Schematic of a block diagram of a lidar.

In der einzigen 1 ist ein Blockschaltbild eines möglichen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lidar 1 dargestellt.In the only one 1 is a block diagram of a possible embodiment of a lidar according to the invention 1 shown.

Das Lidar 1 umfasst eine Lasersendeeinheit 2, eine Laserempfangseinheit 3 und eine Verarbeitungseinheit 4. In einer möglichen Ausgestaltung umfasst das Lidar 1 zusätzlich eine Infrarot-Leuchtdiode 5.The lidar 1 includes a laser transmitter 2nd , a laser receiving unit 3rd and a processing unit 4th . In one possible embodiment, the lidar comprises 1 additionally an infrared light emitting diode 5 .

Das Lidar 1 ist beispielsweise Bestandteil eines nicht gezeigten Fahrzeugs, welches zu einem automatisierten Fahrbetrieb, insbesondere hochautomatisierten oder autonomen Fahrbetrieb, ausgebildet ist. Hierbei wird mittels des Lidar 1 eine Umgebung des Fahrzeugs zwei- und/oder dreidimensional erfasst, wobei mittels des Lidar 1 erfasste Umgebungsdaten zur Ausführung des automatisierten Fahrbetriebs genutzt werden.The lidar 1 is, for example, part of a vehicle, not shown, which is designed for automated driving, in particular highly automated or autonomous driving. This is done using the lidar 1 an environment of the vehicle is recorded in two and / or three dimensions, by means of the lidar 1 recorded environmental data can be used to carry out automated driving.

Das Lidar 1 wird dabei gemäß der so genannten Time-of-Flight-Methode betrieben, indem mittels der Lasersendeeinheit 2 insbesondere starke Laserpulse LP ausgesendet werden und mittels der Laserempfangseinheit 3 Reflexionen R der Laserpulse LP empfangen werden. Diese Reflexionen R entstehen dabei an in der Umgebung des Lidars 1, insbesondere einer Fahrzeugumgebung, befindlichen Objekten. Mittels der Verarbeitungseinheit 4 wird eine Signallaufzeit zwischen der Aussendung eines Laserpulses LP und dem Empfang einer zugehörigen Reflexion R ermittelt.The lidar 1 is operated according to the so-called time-of-flight method, by means of the laser transmitter 2nd in particular strong laser pulses LP are emitted and by means of the laser receiving unit 3rd Reflections R of the laser pulses LP are received. These reflections R arise in the vicinity of the lidar 1 objects, in particular a vehicle environment. By means of the processing unit 4th becomes a signal delay between the emission of a laser pulse LP and the reception of an associated reflection R is determined.

Zusätzlich zur Messung der Signallaufzeit wird ein Hintergrundrauschen in Abhängigkeit einer Raumrichtung gemessen, so dass mittels des Lidar 1 eine Funktion einer bandbreitenbeschränkten Nahinfrarot-Kamera ausgeführt wird. Zu dieser Messung wird das Hintergrundrauschen anhand von einer zwischen dem Aussenden eines Laserpulses LP und dem Empfangen der zugehörigen Reflexion R mittels der Laserempfangseinheit 3 erfassten Intensität eines Hintergrundlichts HL ermittelt. Diese Messung ist somit direkt abhängig von einer Umgebungsbeleuchtung und somit zumindest im Normalfall von der Sonneneinstrahlung. Auf Basis des Hintergrundrauschens können weitere Merkmale, beispielsweise für eine Objekterkennung oder ein so genanntes Sensormonitoring, wie zum Beispiel eine Reichweitenschätzung oder Witterungserkennung, ermittelt werden. Da aus der Messung gewonnene Informationen jedoch stark abhängig von der Sonneneinstrahlung sind, kann auf diese im Normalfall nicht verlässlich zurückgegriffen werden und ein Mehrwert dieser Informationen kann nicht genutzt werden.In addition to measuring the signal transit time, background noise is measured as a function of a spatial direction, so that the lidar 1 a bandwidth limited near infrared camera function is performed. The background noise is used for this measurement on the basis of one between the transmission of a laser pulse LP and the reception of the associated reflection R by means of the laser reception unit 3rd detected intensity of a background light HL determined. This measurement is therefore directly dependent on ambient lighting and thus, at least in the normal case, on solar radiation. On the basis of the background noise, further features can be determined, for example for object detection or so-called sensor monitoring, such as a range estimate or weather detection. However, since information obtained from the measurement is heavily dependent on solar radiation, it cannot normally be used reliably and an added value of this information cannot be used.

Um die Verlässlichkeit der Informationen zu steigern, ist vorgesehen, die Lasersendeeinheit 2 derart zu betreiben, dass diese leicht oberhalb der Laserschwelle liegen. Dies wird erreicht, indem mittels der Lasersendeeinheit 2 Laserstrahlung LS im Nahinfrarot-Bereich derart emittiert wird, dass in der Umgebung eine konstante Nahinfrarot-Beleuchtung erzeugt wird. Neben der Möglichkeit, auch bei schwacher Umgebungsbeleuchtung, beispielsweise bei Nacht oder schwacher Sonneneinstrahlung, das Hintergrundrauschen zu ermitteln, wird dadurch weiterhin eine Reaktionszeit erhöht und damit eine Form des Laserpulses LP für die eigentliche Time-of-Flight-Messung verbessert. Dabei ist die mittels der Laserstrahlung LS im Nahinfrarot-Bereich erzeugte Hintergrundbeleuchtung in der Messung nur außerhalb des eigentlichen Laserpulses LP aktiv ist. Im Laserpuls LP selbst wird die zusätzlich mittels der Laserstrahlung LS im Nahinfrarot-Bereich erzeugte Energie voll der Time-of-Flight-Messung zugeführt.In order to increase the reliability of the information, the laser transmitter unit is provided 2nd to operate in such a way that they are slightly above the laser threshold. This is achieved by means of the laser transmitter unit 2nd Laser radiation LS is emitted in the near infrared range in such a way that constant near infrared illumination is generated in the environment. In addition to the possibility of determining the background noise even in the case of weak ambient lighting, for example at night or weak sunlight, this further increases a reaction time and thus improves a form of the laser pulse LP for the actual time-of-flight measurement. The backlight generated by the laser radiation LS in the near infrared range is active in the measurement only outside the actual laser pulse LP. In the laser pulse LP itself, the energy additionally generated by means of the laser radiation LS in the near infrared range is fed fully to the time-of-flight measurement.

In einer möglichen Ausgestaltung des Lidars 1 wird alternativ oder zusätzlich mittels der Infrarot-Leuchtdiode 5 bei Unterschreitung einer vorgegebenen Umgebungshelligkeit, beispielsweise bei Nacht, Infrarotlicht L emittiert und somit eine konstante Infrarot-Hintergrundbeleuchtung erzeugt, wodurch Sonneneinstrahlung bzw. Sonnenlicht imitiert wird. Sofern die Infrarot-Leuchtdiode 5 ein polarisiertes Infrarotlicht L emittiert, kann zusätzlich beispielsweise auch eine Benetzung einer Fahrbahnoberfläche erkannt werden.In a possible embodiment of the lidar 1 is alternatively or additionally by means of the infrared light emitting diode 5 if the ambient light falls below a predetermined level, for example at night, infrared light L emits and thus generates a constant infrared backlight, which imitates sunlight or sunlight. Provided the infrared light emitting diode 5 If a polarized infrared light L is emitted, wetting of a road surface can also be detected, for example.

Werden bei einer Kombination der Emission von Laserstrahlung LS im Nahinfrarot-Bereich und Infrarotlicht L die mittels der Lasersendeeinheit 2 emittierte Laserstrahlung LS im Nahinfrarot-Bereich und das Infrarotlicht L orthogonal zueinander polarisiert, können polarisierende Eigenschaften eines reflektierenden Mediums abgeleitet werden.With a combination of the emission of laser radiation LS in the near infrared range and infrared light L, the laser transmitter unit 2nd emitted laser radiation LS in the near infrared range and the infrared light L polarized orthogonally to one another, polarizing properties of a reflecting medium can be derived.

BezugszeichenlisteReference list

11
LidarLidar
22nd
LasersendeeinheitLaser transmitter unit
33rd
LaserempfangseinheitLaser receiving unit
44th
VerarbeitungseinheitProcessing unit
55
Infrarot-Leuchtdiode Infrared light emitting diode
HLHL
HintergrundlichtBacklight
LL
InfrarotlichtInfrared light
LPLP
LaserpulsLaser pulse
LSLS
LaserstrahlungLaser radiation
RR
Reflexionreflection

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102018002003 A1 [0003]DE 102018002003 A1 [0003]

Claims (5)

Verfahren zum Betrieb eines Lidar (1), wobei - mittels einer Lasersendeeinheit (2) Laserpulse (LP) ausgesendet werden, - mittels einer Laserempfangseinheit (3) Reflexionen (R) der Laserpulse (LP) empfangen werden und - eine Signallaufzeit zwischen der Aussendung eines Laserpulses (LP) und dem Empfang einer zugehörigen Reflexion (R) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Messung der Signallaufzeit - ein Hintergrundrauschen in Abhängigkeit einer Raumrichtung gemessen wird und - mittels der Lasersendeeinheit (2) Laserstrahlung (LS) im Nahinfrarot-Bereich derart emittiert wird, dass in einer Umgebung eine konstante Nahinfrarot-Beleuchtung erzeugt wird.Method for operating a lidar (1), wherein - laser pulses (LP) are emitted by means of a laser transmitter unit, - reflections (R) of the laser pulses (LP) are received by means of a laser receiver unit (3) and - a signal delay time between the transmission of a Laser pulse (LP) and the reception of an associated reflection (R) is determined, characterized in that in addition to measuring the signal propagation time - a background noise is measured as a function of a spatial direction and - by means of the laser transmitter unit (2) laser radiation (LS) in the near infrared range is emitted such that constant near-infrared illumination is generated in an environment. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Infrarot-Leuchtdiode (5) Infrarotlicht (L) bei Unterschreitung einer vorgegebenen Umgebungshelligkeit emittiert wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that by means of an infrared light-emitting diode (5) infrared light (L) is emitted when the brightness falls below a predetermined level. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlung (LS) im Nahinfrarot-Bereich und das Infrarotlicht (L) orthogonal zueinander polarisiert werden.Procedure according to Claim 2 , characterized in that the laser radiation (LS) in the near infrared region and the infrared light (L) are polarized orthogonally to one another. Lidar (1), umfassend - eine Lasersendeeinheit (2) zur Aussendung von Laserpulsen (LP), - eine Laserempfangseinheit (3) zum Empfang von Reflexionen (R) der Laserpulse (LP) und - eine Verarbeitungseinheit (4) zur Ermittlung einer Signallaufzeit zwischen der Aussendung eines Laserpulses (LP) und dem Empfang einer zugehörigen Reflexion (R), dadurch gekennzeichnet, dass die Lasersendeeinheit (2) ausgebildet ist, Laserstrahlung (LS) im Nahinfrarot-Bereich derart zu emittieren, dass in einer Umgebung eine konstante Nahinfrarot-Beleuchtung entsteht.Lidar (1), comprising - a laser transmitter unit (2) for emitting laser pulses (LP), - a laser receiver unit (3) for receiving reflections (R) of the laser pulses (LP) and - a processing unit (4) for determining a signal transit time between the transmission of a laser pulse (LP) and the reception of an associated reflection (R), characterized in that the laser transmitter unit (2) is designed to emit laser radiation (LS) in the near-infrared range in such a way that constant near-infrared illumination is present in an environment arises. Lidar (1) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Infrarot-Leuchtdiode (5), welche ausgebildet ist, Infrarotlicht (L) bei Unterschreitung einer vorgegebenen Umgebungshelligkeit zu emittieren.Lidar (1) after Claim 4 , characterized by an infrared light-emitting diode (5), which is designed to emit infrared light (L) when the brightness falls below a predetermined level.
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