DE102020004791A1

DE102020004791A1 - Verfahren zur Erkennung von niedrig reflektierenden Objekten mittels eines Lidars

Info

Publication number: DE102020004791A1
Application number: DE102020004791.2A
Authority: DE
Inventors: Marvin Simchen; Konstantin Fichtner
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-08-07
Filing date: 2020-08-07
Publication date: 2020-11-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von niedrig reflektierenden Objekten mittels eines Lidars. Erfindungsgemäß wird in mittels des Lidars erfassten Daten eine Punktewolke dahingehend ausgewertet, ob von einem Objekt ein Schatten auf einen ausgehend vom Lidar hinter dem Objekt befindlichen Hintergrund oder eine reflektive Objektumgebung geworfen wird. Bei Erkennung eines Schattens oder Punktewolkenlochs auf dem Hintergrund oder der reflektiven Objektumgebung wird in Projektionsrichtung des Schattens oder des Punktewolkenlochs eine Empfindlichkeitsschwelle zumindest eines Empfängers des Lidars herabgesetzt oder es wird in Projektionsrichtung des Schattens oder Punktewolkenlochs eine Lichtleistung eines Laser-Senders des Lidars erhöht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von niedrig reflektierenden Objekten mittels eines Lidars.
Aus der DE 10 2016 200 661 A1 ist ein Verfahren zur Objekterkennung in einem Beobachtungsbereich mittels eines Lidar-Systems bekannt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

- Erfassen einer optischen Abbildung des Beobachtungsbereichs und Bereitstellen von Bilddaten auf Basis der Abbildung;
- Auswerten der Bilddaten, wobei das Auswerten ein Suchen in den Bilddaten nach Strukturen mit einer vorbestimmten Objekteigenschaft und ein Erstellen einer Objekthypothese für eine bei der Suche aufgefundene Struktur mit der vorbestimmten Objekteigenschaft umfasst, wobei eine Objekteigenschaft
- derart festgelegt wird, dass Strukturen, welche in ihrem Umriss oder in ihrer Kontur einer Kontur einer Person ähneln, als Objekthypothese erkannt und gekennzeichnet werden;
- Ermitteln einer Richtung im Beobachtungsbereich für eine Objekthypothese, wobei die ermittelte Richtung auf die der jeweiligen Objekthypothese zugeordnete Struktur in den Bilddaten führt;
- Ermitteln einer räumlichen Entfernung in der zumindest einen Richtung;
- Charakterisieren der jeweiligen Objekthypothese anhand der Bilddaten und der jeweils ermittelten Entfernung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur Erkennung von niedrig reflektierenden Objekten mittels eines Lidars anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In dem Verfahren zur Erkennung von niedrig reflektierenden Objekten mittels eines Lidars wird erfindungsgemäß in mittels des Lidars erfassten Daten eine Punktewolke dahingehend ausgewertet, ob von einem Objekt ein Schatten auf einen ausgehend vom Lidar hinter dem Objekt befindlichen Hintergrund oder eine reflektive Objektumgebung geworfen wird. Bei Erkennung eines Schattens oder Punktewolkenlochs auf dem Hintergrund oder der reflektiven Objektumgebung wird in Projektionsrichtung des Schattens oder des Punktewolkenlochs eine Empfindlichkeitsschwelle zumindest eines Empfängers des Lidars herabgesetzt oder in Projektionsrichtung des Schattens oder des Punktewolkenlochs eine Lichtleistung eines Laser-Senders des Lidars erhöht.
Mittels des Verfahrens kann eine zuverlässige Abtastung von niedrig reflektierenden Objekten, beispielsweise Tieren und Personen, realisiert werden. Somit können solche Objekte Tiere mit niedrigen Reflexionseigenschaften sicher erkannt werden, so dass kritische Situationen, verursacht beispielsweise durch Fußgänger an schlecht beleuchteten Kreuzungen bei Nacht, vermieden oder entschärft werden können. Auch weitere Situationen, wie beispielsweise auf einer Straße verunfallte Motorradfahrer, deren Kleidung, beispielsweise eine Lederkombi, eine Reflektivität von weniger als 5 % aufweist, können rechtzeitig erkannt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:

1 schematisch einen Ablauf eines Verfahrens zur Erkennung von niedrig reflektierenden Objekten mittels eines Lidars.

In der einzigen 1 ist ein Ablauf eines möglichen Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Erkennung von niedrig reflektierenden Objekten mittels eines Lidars dargestellt.
Es besteht ein erhöhtes Risiko im Straßenverkehr, beispielsweise auch für automatisiert, insbesondere hochautomatisiert oder autonom fahrende Fahrzeuge, beispielsweise mit Level 3 und höher, dass Objekte mit einer niedrigen Reflektivität nicht oder sehr spät erfasst werden. Dies kann zu gefährlichen Situationen oder gar zu Unfällen führen.
Aktuelle Lidare können hochreflektive Objekte sehr gut erfassen. Eine Grenze liegt derzeit beispielsweise bei einem Reifen mit ca. 8 % Reflektivität, welcher in einer Entfernung von 20 m vor dem Lidar auf einer Fahrbahnoberfläche liegt. Dieser Erfassungshorizont ist für eine angemessene Fahrzeugreaktion, beispielsweise ein Ausweichen, oft nicht ausreichend. Solche oder niedrigere Reflektiviäten kommen im Alltag häufig vor, wie z. B. Lederbekleidung, Tierfelle, dunkle Wollbekleidung und andere Oberflächen. Daraus folgend sind beispielsweise Tiere am Waldrand oder Fußgänger an einer schlecht beleuchteten Straßenkreuzung, insbesondere bei Nacht und geringer Umgebungsbeleuchtung nicht ausreichend erkennbar.
Zur Umgebungsüberwachung sendet ein Laser-Sender des Lidars in einem ersten Schritt S1 Laserstrahlung aus, welche von Objekten in der Umgebung in Abhängigkeit reflektiert wird.
Anschließend wandeln in einem zweiten Schritt S2 Empfänger des Lidars, beispielsweise so genannte Avalanche Photodioden, die reflektierte Laserstrahlung in einen Spannungswert um. Mittels eines definierten Spannungsschwellwerts wird entschieden, ob eine erzeugte Energie ausreicht, um einen so genannten Scanpunkt zu kreieren. In einem Normal-Modus ist dieser Spannungsschwellwert über einen gesamten Erfassungsbereich des Lidars homogen ausgebildet. Dabei besteht die Gefahr, dass bei Objekten mit geringer Reflektivität kein Scanpunkt kreiert wird und das Objekt somit nicht erkannt wird.
Befindet sich beispielsweise ein Tier am Waldrand, z. B. im Vordergrund eines Buschwerks mit einer Reflektivität von mehr 50 % oder im Vordergrund von Bäumen, und ein Fell des Tieres wirft nicht genug Lichtenergie zurück, um einen Scanpunkt zu erzeugen, führt das Buschwerk in den Daten des Lidars zu einer dreidimensionalen Punktwolke mit einer Schattenform einer potenziellen Position des Tieres.
Um das Tier trotz der geringen Reflektivität seines Fells mittels des Lidars zu erfassen, wird in einem dritten Schritt S3 in mittels des Lidars erfassten Daten die Punktewolke dahingehend ausgewertet, ob von dem Tier ein Schatten auf den ausgehend vom Lidar hinter dem Tier befindlichen Hintergrund, d. h. das Buschwerk, oder eine reflektive Objektumgebung geworfen wird.
Wird ein solcher Schatten oder ein Punktewolkenloch auf dem Hintergrund oder der reflektiven Objektumgebung erkannt, wird in einem vierten Schritt S4 im Bereich des Schattens oder Punktewolkenlochs eine Empfindlichkeitsschwelle des Empfängers des Lidars herabgesetzt. Das heißt, der Spannungsschwellwert wird im Bereich des Schattens oder Punktewolkenlochs herabgesetzt, um eine Sensitivität des Empfängers zu erhöhen. Dies führt dazu, dass Scanpunkte trotz schlechter Reflektivität des Fells des Tiers entstehen. Im Umfeld des Tiers wird aufgrund der Erhöhung der Sensitivität des Empfängers in dessen Erfassungsbereich ein hohes Rauschen erzeugt. Somit kann das Objekt, im Beispiel das Tier, aufgesetzt und klassifiziert werden und beispielsweise an eine Fahrfunktion des Fahrzeugs weitergeleitet werden.
Alternativ wird im vierten Schritt S4 im Bereich des Schattens oder Punktewolkenlochs eine Lichtleistung des Laser-Senders des Lidars unter Beachtung von Laserschutzklassen erhöht, um mehr Energie zur Reflexion für den Empfänger zu erzeugen. Auch dies ermöglicht es, das Objekt, im Beispiel das Tier, aufzusetzen und zu klassifizieren und beispielsweise an die Fahrfunktion des Fahrzeugs weiterzuleiten.
Somit können mittels des Verfahrens z. B. plötzlich auftretende Tiere in Waldgebieten im Bereich von Landstraßen trotz schlechter Reflektivität des Tierfells auf größere Distanz erkannt werden. Das Verfahren ist dabei in allen Fällen anwendbar, in denen von einem Objekt ein Schatten auf einen höher reflektiveren Hintergrund geworfen wird, beispielsweise bei einer Person oder Objekt vor einer Wand, einer Person oder einem Objekt auf einem Boden und anderen ähnlichen Szenarien.
Bezugszeichenliste

S1: Schritt
S2: Schritt
S3: Schritt
S4: Schritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102016200661 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Erkennung von niedrig reflektierenden Objekten mittels eines Lidars, dadurch gekennzeichnet, dass - in mittels des Lidars erfassten Daten eine Punktewolke dahingehend ausgewertet wird, ob von einem Objekt ein Schatten auf einen ausgehend vom Lidar hinter dem Objekt befindlichen Hintergrund oder eine reflektive Objektumgebung geworfen wird und - bei Erkennung eines Schattens oder Punktewolkenlochs auf dem Hintergrund oder der reflektiven Objektumgebung in Projektionsrichtung des Schattens oder des Punktewolkenlochs eine Empfindlichkeitsschwelle zumindest eines Empfängers des Lidars herabgesetzt wird oder in Projektionsrichtung des Schattens oder des Punktewolkenlochs eine Lichtleistung eines Laser-Senders des Lidars erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Empfänger zumindest eine Avalanche Photodiode verwendet wird.