DE102020006072A1

DE102020006072A1 - Verfahren zum Betrieb eines Lidars

Info

Publication number: DE102020006072A1
Application number: DE102020006072.2A
Authority: DE
Inventors: Philipp Schindler
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-10-05
Filing date: 2020-10-05
Publication date: 2020-11-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Lidars. Erfindungsgemäß wird auf Signalebene vor und/oder während einer Generierung einer Punktwolke aus mittels des Lidars erfassten Signalen eine zeitliche Pulserfassung durchgeführt, in welcher als zeitliche Informationen eine Höhe und Zeitdauer mittels des Lidars empfangener Pulse ermittelt werden. Anhand der zeitlichen Informationen werden solche empfangenen Pulse ermittelt, welche mit einer einen Sollwert überschreitenden Wahrscheinlichkeit auf Reflexionen von hochreflektiven Umgebungsobjekten basieren. Anhand einer Auswertung der empfangenen Pulse hinsichtlich ihrer Höhe und bei Erfassung einer Stufe im Signalverlauf des jeweiligen Pulses wird zwischen Doppelechos, Geisterzielen und Originaldetektionen eines Umgebungsobjekts unterschieden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Lidars.
Lidare tasten ihre Umgebung mit einem Laserstrahl ab, wobei zumeist ein Laserpuls ausgesendet wird, welcher einen vergleichsweise großen Teil eines Sichtbereiches beleuchtet, wie zum Beispiel eine ganze Spalte. Objekte in diesem Bereich reflektieren Licht zurück zum Lidar, wo dieses mittels eines Linsensystems auf einem Array von Empfängern abgebildet wird. Das Array verfeinert diesen reflektierten Teil des Lichts weiter, beispielsweise auf Segmente mit einer Größe von 0,2 ° vertikal. Aufgrund von primär nicht-perfekten Optiken, Oberflächeneffekten und Verunreinigungen kann eine Streuung im optischen Pfad des Lidars auftreten. Insbesondere im Empfangspfad des Lidars kann das gestreute Licht dazu führen, dass Detektionen in Winkelbereichen auftreten, in denen physikalisch keine Umgebungsobjekte vorhanden sind. Diese so genannten Geisterdetektionen oder Geisterechos treten primär dann auf, wenn ein hochreflektives Umgebungsobjekt, beispielsweise so genannte Botts' Dots, Warnbaken, Verkehrsschilder, Schilderbrücken, Fahrzeuge, wie zum Beispiel Einsatzfahrzeuge, angestrahlt wurden. Die Geisterdetektionen oder Geisterechos können andere, real vorhandene Umgebungsobjekte überstrahlen, sofern diese eine geringe Reflektivität aufweisen. Weiterhin werden Klassifikationsaufgaben für eine so genannte Perzeptionssoftware stark verkompliziert und erschwert. Die Streuung nimmt dabei mit Verdreckung, Benetzung und auch Beschädigung des Lidars signifikant zu, also insbesondere dann, wenn aufgrund anderer Situationen bereits eine Reduktion einer Reichweite des Lidars zu erwarten ist.
Aus der DE 10 2017 209 643 A1 ist ein Betriebsverfahren für ein pulssequenzcodiert betreibbares und mit einem SPAD-basierten Detektorelement ausgebildetes Lidarsystem bekannt, bei welchem eine Totzeit des SPAD-basierten Detektorelements erfasst. Weiterhin wird im Sendebetrieb des Lidarsystems ein minimaler zeitlicher Abstand zeitlich direkt oder unmittelbar aufeinanderfolgend auszusendender oder ausgesandter Sendepulse an Primärlicht derart bemessen, dass er der Totzeit zumindest annähernd entspricht und diese leicht übersteigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Betrieb 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 zum Betrieb eines Lidars wird erfindungsgemäß auf Signalebene vor und/oder während einer Generierung einer Punktwolke aus mittels des Lidars erfassten Signalen eine zeitliche Pulserfassung durchgeführt, in welcher als zeitliche Informationen eine Höhe und Zeitdauer mittels des Lidars empfangener Pulse ermittelt werden. Anhand der zeitlichen Informationen werden solche empfangenen Pulse ermittelt, welche mit einer einen Sollwert überschreitenden Wahrscheinlichkeit auf Reflexionen von hochreflektiven Umgebungsobjekten basieren. Anhand einer Auswertung der empfangenen Pulse hinsichtlich ihrer Höhe und bei Erfassung einer Stufe im Signalverlauf des jeweiligen Pulses wird zwischen Doppelechos, Geisterzielen und Originaldetektionen eines Umgebungsobjekts unterschieden.
Mittels des vorliegenden Verfahrens kann eine Übersprechen eines Lidars durch eine zuverlässige Detektion von Geisterzielen vermieden werden, so dass eine Auswirkung von Geisterzielen auf mittels des Lidars durchgeführte Erfassungen signifikant verringert und eine Güte von Detektionen in der Nähe von hochreflektiven Umgebungsobjekten deutlich erhöht werden kann. Darüber hinaus werden Effekte von Verunreinigungen, Benetzungen und Beschädigungen einer Lidarabdeckung, auch als Front-Cover bezeichnet, verringert und eine Indikation über eine Freiheit des Front-Covers bereitgestellt, wodurch eine Reinigung und Systemdegradation gesteuert werden können. Durch die Erhöhung der Detektionsqualität wird eine Sicherheit, Qualität und Verfügbarkeit eines auf den mittels des Lidars erfassten Daten aufbauenden Systems stark erhöht und eine Degradation sehr zuverlässig erkannt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:

1 Schematisch einen Ablauf eines Verfahrens zum Betrieb eines Lidars.

In der einzigen 1 ist ein Ablauf eines möglichen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Lidars dargestellt.
Hierbei wird in einem ersten Schritt S1 auf Signalebene vor und/oder während einer Generierung einer Punktwolke aus mittels des Lidars erfassten Signalen eine zeitliche Pulserfassung durchgeführt, in welcher als zeitliche Informationen eine Höhe und Zeitdauer mittels des Lidars empfangener Pulse ermittelt werden. Hierbei ist eine Prämisse, dass eine zeitliche Pulserfassung in einem Empfänger des Lidars zumindest eingeschränkt möglich ist. Hierfür können beispielsweise vollwertige Analog-DigitalUmsetzer (englisch: analog-to-digital converter; kurz ADC), statistische Prozesse wie in so genannten SPAD-Konzepten oder auch mehrschwellige Time-to-Digital-Converter (kurz: TDC) verwendet werden. Im Lidar liegt somit eine Information bezüglich einer Höhe eines empfangenen Pulses sowie dessen Dauer vor.
In einem zweiten Schritt S2 werden anhand der zeitlichen Informationen solche empfangenen Pulse ermittelt, welche mit einer einen Sollwert überschreitenden Wahrscheinlichkeit auf Reflexionen von hochreflektiven Umgebungsobjekten basieren. Das heißt, es werden Echos ermittelt, welche am wahrscheinlichsten auf Reflexionen von Umgebungsobjekten basieren. Tritt nun eine Geisterdetektion bzw. ein Geisterziel auf, so ist diese bzw. dieses in einer nahezu gleichen Entfernung wie die Originaldetektion, da Laufzeitunterschiede durch Streueffekte marginal sind.
Gleichzeitig führt ein weiteres Ziel in der Nähe von dem Geisterziel zu einer Stufe im Signal, also einer veränderten Höhe des empfangenen Pulses. Mit diesem Wissen wird nun in einem dritten Schritt S3 die vorher erwähnte Auswahl der wahrscheinlichsten Detektionen optimiert. Wird dabei ein sehr starkes Echo detektiert, so werden alle anderen Signale in einer vergleichbaren Entfernung, z. B. mit einer Abweichung von +/- 1% und sensorabhängig, auf Stufen im Signal überprüft. Wird eine entsprechende Stufe gefunden, so wird das daraus abgeleitete Echo ausgegeben.
Um die Funktionalität weiter zu optimieren, wird in einer möglichen Ausgestaltung in einem vierten Schritt S4 ein so genanntes Flag an ein solches Echo angehängt, welches anzeigt, dass ein Doppelecho vorliegt. Alternativ oder zusätzlich wird ein weiteres Flag angehängt, welches anzeigt, dass wahrscheinlich eine Geisterdetektion vorliegt.
Auf Basis dieser Auswertung kann auch eine Indikation über eine „Freiheit“ eines optischen Pfades des Lidars gegeben werden. Liegt eine vollständige Rekonstruktion des Zeitsignals gekoppelt mit der Möglichkeit eines so genannten Matched Filters vor, so kann dies bei der Identifikation eines starken Echos verwendet werden, um einen temporären Filter zu setzen und um „Kopien“ dieses Echos in anderen Zeitsignalen zu detektieren. Dies kann auch mit Histogrammen in so genannten SPAD-basierten Systemen erfolgen.
Bezugszeichenliste

S1 bis 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 102017209643 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Lidars, dadurch gekennzeichnet, dass - auf Signalebene vor und/oder während einer Generierung einer Punktwolke aus mittels des Lidars erfassten Signalen eine zeitliche Pulserfassung durchgeführt wird, in welcher als zeitliche Informationen eine Höhe und Zeitdauer mittels des Lidars empfangener Pulse ermittelt werden, - anhand der zeitlichen Informationen solche empfangenen Pulse ermittelt werden, welche mit einer einen Sollwert überschreitenden Wahrscheinlichkeit auf Reflexionen von hochreflektiven Umgebungsobjekten basieren, und - anhand einer Auswertung der empfangenen Pulse hinsichtlich ihrer Höhe und bei Erfassung einer Stufe im Signalverlauf des jeweiligen Pulses zwischen Doppelechos, Geisterzielen und Originaldetektionen eines Umgebungsobjekts unterschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Detektion eines empfangenen starken Pulses, dessen Höhe einen vorgegebenen Höhenwert überschreitet, alle anderen sich zumindest im Wesentlichen in der gleichen Entfernung wie der starke Puls befindlichen empfangenen Pulse auf eine Stufe im Signalverlauf überprüft werden.