DE102020124017A1

DE102020124017A1 - Verfahren zum Betreiben einer optischen Detektionsvorrichtung, optische Detektionsvorrichtung und Fahrzeug mit wenigstens einer optischen Detektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102020124017A1
Application number: DE102020124017.1A
Authority: DE
Inventors: Bernd Bertschinger; Christoph Parl; Jonas Krause; Jochen Schenk
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2020-09-15
Filing date: 2020-09-15
Publication date: 2022-03-17

Abstract

Es werden ein Verfahren zum Betreiben einer optischen Detektionsvorrichtung, welche zur Überwachung wenigstens eines Überwachungsbereichs mittels elektromagnetischer Sendestrahlen (32) verwendet wird, eine Detektionsvorrichtung und ein Fahrzeug mit wenigstens einer Detektionsvorrichtung beschrieben. Bei dem Verfahren wird wenigstens eine Messreihe mit einer Mehrzahl von Messsequenzen durchgeführt. Bei jeder Messsequenz wird wenigstens ein elektromagnetischer Sendestrahl in den wenigstens einen Überwachungsbereich gesendet. Der entsprechende Empfangsstrahl wird mit wenigstens einem Empfangselement empfangen und in wenigstens ein Empfangssignal umgewandelt. Aus dem wenigstens einen Empfangssignal des wenigstens ein Empfangselementes werden wenigstens eine Entfernungsgröße und wenigstens eine Empfangs-Intensitätsgröße ermittelt. Für wenigstens einen Teil der Messsequenzen des wenigstens einen Empfangselements wird jeweils aus der ermittelten wenigstens einen Entfernungsgröße, der ermittelten wenigstens einen Empfangs-Intensitätsgröße und wenigstens einer Sende-Intensitätsgröße wenigstens eine Reflektivitätsgröße ermittelt. Aus wenigstens einem Teil der ermittelten Reflektivitätsgrößen wird eine Ist-Häufigkeitsverteilung (40a, 40b 40c, 40d, 40e, 40f) ermittelt, welche die Häufigkeit des Auftretens von verschiedenen ermittelten Reflektivitätsgrößen für das wenigstens eine Empfangselement für die entsprechenden Messsequenzen charakterisiert. Wenigstens ein charakteristisches Merkmal (44a, 44b, 44c, 44d, 44e, 44f) der Ist-Häufigkeitsverteilung (40a, 40b 40c, 40d, 40e, 40f) wird mit wenigstens einem entsprechenden charakteristischen Merkmal (46a, 46b, 46c, 46d, 46e, 46f) wenigstens einer Referenz-Häufigkeitsverteilung (42a, 42b, 42c, 42d, 42e, 42f) verglichen. Falls das wenigstens eine charakteristische Merkmal (44a, 44b, 44c, 44d, 44e, 44f) der Ist-Häufigkeitsverteilung (40a, 40b 40c, 40d, 40e, 40f) von dem entsprechenden wenigstens einen charakteristischen Merkmal (46a, 46b, 46c, 46d, 46e, 46f) der wenigstens einen Referenz-Häufigkeitsverteilung (42a, 42b, 42c, 42d, 42e, 42f) abweicht, wird ein Störungshinweis bezogen auf die Funktionsfähigkeit der Detektionsvorrichtung (12) erzeugt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer optischen Detektionsvorrichtung, welche zur Überwachung wenigstens eines Überwachungsbereichs mittels elektromagnetischer Sendestrahlen verwendet wird, wobei bei dem Verfahren wenigstens eine Messsequenz durchgeführt wird, bei der
wenigstens ein elektromagnetischer Sendestrahl mit wenigstens einer Sendeeinrichtung gesendet wird,
der gegebenenfalls reflektierte wenigstens eine elektromagnetischer Sendestrahl als wenigstens ein elektromagnetischer Empfangsstrahl mit wenigstens einem Empfangselement einer Empfangseinrichtung empfangen wird und in wenigstens ein Empfangssignal, welches zur Verarbeitung mit wenigstens einer Auswerteeinrichtung geeignet ist, umgewandelt wird,
auf Basis wenigstens eines Empfangssignals wenigstens eines Empfangselementes die Funktionsfähigkeit der Detektionsvorrichtung überprüft wird.
Ferner betrifft die Erfindung eine optische Detektionsvorrichtung zur Überwachung wenigstens eines Überwachungsbereichs mittels elektromagnetischem Sendestrahl, mit wenigstens einer Sendeeinrichtung, mit der wenigstens ein elektromagnetischer Sendestrahl gesendet werden kann,
mit wenigstens einer Empfangseinrichtung, welche wenigstens ein Empfangselement aufweist, mit dem gegebenenfalls an Objekten im Überwachungsbereich reflektierte elektromagnetische Sendestrahlen als elektromagnetische Empfangsstrahlen empfangen werden können, und mit der die empfangenen Empfangsstrahlen in Empfangssignale, welche zur Verarbeitung mit wenigstens einer Auswerteeinrichtung geeignet sind, umgewandelt werden können,
mit wenigstens Auswerteeinrichtung, mit der auf Basis wenigstens eines Teils der Empfangssignale Entfernungsgrößen, welche Entfernungen von reflektierenden Objekten zu der Detektionsvorrichtung charakterisieren, und Empfangs-Intensitätsgrößen, welche Intensitäten der Empfangsstrahlen charakterisieren, ermittelt werden können und mit der eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Detektionsvorrichtung durchgeführt werden kann.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit wenigstens einer optischen Detektionsvorrichtung zur Überwachung wenigstens eines Überwachungsbereichs mittels elektromagnetischem Sendestrahl, wobei die wenigstens eine optische Detektionsvorrichtung aufweist
wenigstens eine Sendeeinrichtung, mit der wenigstens ein elektromagnetischer Sendestrahl gesendet werden kann,
wenigstens eine Empfangseinrichtung, welche wenigstens ein Empfangselement aufweist, mit dem gegebenenfalls an Objekten im Überwachungsbereich reflektierte elektromagnetische Sendestrahlen als elektromagnetische Empfangsstrahlen empfangen werden können, und mit der die empfangenen Empfangsstrahlen in Empfangssignale, welche zur Verarbeitung mit wenigstens einer Auswerteeinrichtung geeignet sind, umgewandelt werden können,
wenigstens eine Auswerteeinrichtung, mit der auf Basis wenigstens eines Teils der Empfangssignale Entfernungsgrößen, welche Entfernungen von reflektierenden Objekten zu der Detektionsvorrichtung charakterisieren, und Empfangs-Intensitätsgrößen, welche Intensitäten der Empfangsstrahlen charakterisieren, ermittelt werden können und mit der eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Detektionsvorrichtung durchgeführt werden kann.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2018 110 566 A1 sind ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Laserscanners, welcher zur Überwachung eines Überwachungsbereichs auf Objekte hin dient, und dann Laserscanner bekannt. Bei dem Verfahren wird mit einem Sender des Laserscanners wenigstens ein Lichtsignal gesendet, während eine dreh- oder schwenkbare Umlenkspiegeleinheit zur Umlenkung von Lichtsignalen des Senders so ausgerichtet ist, dass von dem Sender kommende Lichtsignale mit der Umlenkspiegeleinheit nicht auf ein Fenster eines Gehäuses des Laserscanners gelenkt werden können. Das im Inneren des Gehäuses gestreute wenigstens eine Lichtsignal wird mit einem Empfänger empfangen wird und mit wenigstens einer Referenz verglichen. Abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs wird wenigstens ein Hinweis zu der Funktionsfähigkeit des Laserscanners generiert. Wenigstens ein Lichtsignal wird gesendet, während die Umlenkspiegeleinheit definiert so ausgerichtet wird, dass das wenigstens eine Lichtsignal an wenigstens einem für das Lichtsignal nicht spiegelnden Abschnitt im Inneren des Gehäuses des Laserscanner wenigstens einfach gestreut wird. Das gestreute wenigstens eine Lichtsignal wird mit dem Empfänger des Laserscanners empfangen. Eine Intensität des gestreuten wenigstens einen Lichtsignals wird mit der Intensität wenigstens eines einer vorgegebenen Referenz-Signals verglichen. Falls die Intensität des gestreuten wenigstens einen Lichtsignals unter Berücksichtigung einer vorgebbaren Toleranz von der Intensität des wenigstens einen Referenz-Signals abweicht, wird ein Funktionsfehler-Hinweis generiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, eine Detektionsvorrichtung und ein Fahrzeug der eingangs genannten Art zu gestalten, bei denen eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Detektionsvorrichtung einfacher durchgeführt werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass wenigstens eine Messreihe mit einer Mehrzahl von Messsequenzen durchgeführt wird, wobei bei jeder Messsequenz
wenigstens ein elektromagnetischer Sendestrahl in den wenigstens einen Überwachungsbereich gesendet wird,
der entsprechende Empfangsstrahl mit wenigstens einem Empfangselement empfangen wird und in wenigstens ein Empfangssignal umgewandelt wird,
aus dem wenigstens einen Empfangssignal des wenigstens ein Empfangselementes wenigstens eine Entfernungsgröße, welche eine Entfernung des wenigstens einen erfassten Objekts zu der Detektionsvorrichtung charakterisiert, und wenigstens eine Empfangs-Intensitätsgröße, welche eine Intensität des wenigstens einen Empfangsstrahls charakterisiert, ermittelt werden,
für wenigstens einen Teil der Messsequenzen des wenigstens einen Empfangselements jeweils aus der ermittelten wenigstens einen Entfernungsgröße, der ermittelten wenigstens einen Empfangs-Intensitätsgröße und wenigstens einer Sende-Intensitätsgröße, welche eine Intensität des wenigstens einen elektromagnetischen Sendestrahls charakterisiert, wenigstens eine Reflektivitätsgröße ermittelt wird, welche wenigstens eine Reflektivität des wenigstens einen erfassten Objekts für die Sendestrahlen charakterisiert,
aus wenigstens einem Teil der ermittelten Reflektivitätsgrößen eine Ist-Häufigkeitsverteilung ermittelt wird, welche die Häufigkeit des Auftretens von verschiedenen ermittelten Reflektivitätsgrößen für das wenigstens eine Empfangselement für die entsprechenden Messsequenzen charakterisiert,
wenigstens ein charakteristisches Merkmal der Ist-Häufigkeitsverteilung mit wenigstens einem entsprechenden charakteristischen Merkmal wenigstens einer Referenz-Häufigkeitsverteilung verglichen wird,
falls das wenigstens eine charakteristische Merkmal der Ist-Häufigkeitsverteilung gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer Toleranz von dem entsprechenden wenigstens einen charakteristischen Merkmal der wenigstens einen Referenz-Häufigkeitsverteilung abweicht, ein Störungshinweis bezogen auf die Funktionsfähigkeit der Detektionsvorrichtung erzeugt wird.
Erfindungsgemäß wird bei einer Mehrzahl von Messsequenzen aus den ermittelten Entfernungsgrößen und entsprechenden erfassten Intensitätsgrößen der Empfangsstrahlen eine Reflektivitätsgröße des entsprechenden erfassten Objekts ermittelt. Es wird eine Häufigkeitsverteilung ermittelt, welche die Häufigkeit des Auftretens von den unterschiedlichen Reflektivitätsgrößen beinhaltet, die bei den Messsequenzen mit dem entsprechenden Empfangselement ermittelt werden. Die Ist-Häufigkeitsverteilung charakterisiert den Ist-Zustand des Strahlweges der Detektionsvorrichtung. Der Strahlweg der Detektionsvorrichtung umfasst den Sendestrahlweg zwischen dem wenigstens einen Sender und dem Objekt und den Empfangsstrahlweg zwischen dem Objekt und dem entsprechenden Empfangselement.
Bei der Erfindung wird der Umstand genutzt, dass sich in einer Szenerie eine bestimmte, charakteristische Verteilungsfunktion ergibt. Die wird in der ist Häufigkeitsverteilung abgebildet. Falls es in dem Strahlweg zu Veränderungen kommt, ändert sich die Ist-Häufigkeitsverteilung. Insbesondere führen Veränderungen im Strahlungsweg zu Verschiebungen der Verteilungsfunktion. Die Veränderungen im Strahlweg können insbesondere durch Verunreinigungen auf den Empfangselementen, welche zum Detektieren der Empfangsstrahlen dienen, auf der Sendeeinrichtung oder auf sonstigen optischen Bauteilen im Strahlungsweg hervorgerufen werden. Bei den Verunreinigungen kann es sich insbesondere um Partikel handeln, welche insbesondere in einem Gehäuse der Detektionsvorrichtung freigesetzt werden können. Insbesondere kann es sich dabei um Partikel insbesondere in einer Größenordnung von >5 µm handeln, die optisch nicht transparent sind. Im Rahmen des Betriebs der Detektionsvorrichtung kann durch Verunreinigung von Oberflächen Licht absorbiert werden. Die Effizienz der optischen Transmission wird hierdurch reduziert. Dies wiederum kann dazu führen, dass Objekte, insbesondere im Straßenverkehr, mit geringerer Wahrscheinlichkeit detektiert werden. Daher ist es erforderlich, die Veränderungen im Strahlungsweg zu erkennen.
Um Veränderungen im Strahlungsweg zu erkennen wird erfindungsgemäß wenigstens ein charakteristisches Merkmal der Ist-Häufigkeitsverteilung mit wenigstens einem charakteristischen Merkmal einer Referenz-Häufigkeitsverteilung verglichen. Die Referenz-Häufigkeitsverteilung charakterisiert den Strahlungsweg in einer Referenzsituation, in der davon ausgegangen wird, dass keine störenden Veränderungen vorliegen. Weicht das wenigstens eine charakteristische Merkmal der Ist-Häufigkeitsverteilung innerhalb einer vorgegebenen oder vorgebbaren Toleranz von dem wenigstens ein charakteristischen Merkmal der Referenz-Häufigkeitsverteilung ab, so wird von einer Störung der Funktionsfähigkeit der Detektionsvorrichtung ausgegangen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, im laufenden Betrieb der Detektionsvorrichtung Veränderungen im Strahlungsweg insbesondere durch Verunreinigungen der Komponenten zu erkennen.
Vorteilhafterweise kann auf einen Störungshinweis hin eine Selbstreinigungsfunktion oder eine Benachrichtigung eines Anwenders, insbesondere des Fahrers eines Fahrzeugs mit der Detektionsvorrichtung, automatisch ausgelöst werden.
Vorteilhafterweise kann die optische Detektionsvorrichtung nach einem Lichtlaufzeitverfahren, insbesondere einem Lichtimpulslaufzeitverfahren, arbeiten. Nach dem Lichtimpulslaufzeitverfahren arbeitende optische Detektionsvorrichtungen können als Time-of-Flight- (TOF), Light-Detection-and-Ranging-Systeme (LiDAR), Laser-Detection-and-Ranging-Systeme (LaDAR) oder dergleichen ausgestaltet und bezeichnet werden. Dabei wird eine Laufzeit vom Aussenden eines Sendestrahls, insbesondere eines Lichtpulses, mit einer Sendeeinrichtung und dem Empfang des entsprechenden reflektierten Empfangsstrahls mit einer Empfangseinrichtung gemessen und daraus eine Entfernung zwischen der Detektionsvorrichtung und dem erfassten Objekt ermittelt.
Vorteilhafterweise kann die optische Detektionsvorrichtung nach einem sogenannten Flash-Verfahren arbeiten, bei dem entsprechend aufgeweitete elektromagnetische Sendestrahlen den Überwachungsbereich ähnlich einem Blitzlicht möglichst gleichmäßig ausleuchten.
Alternativ kann die optische Detektionsvorrichtung vorteilhafterweise als scannendes System ausgestaltet sein. Dabei kann mit elektromagnetischen Sendestrahlen ein Überwachungsbereich abgetastet, also abgescannt, werden. Dazu können die Ausbreitungsrichtungen der Sendestrahlen über den Überwachungsbereich geschwenkt werden. Hierbei kann wenigstens eine Strahlbeeinflussungseinrichtung, insbesondere eine Scaneinrichtung, eine Umlenkspiegeleinrichtung oder dergleichen, zum Einsatz kommen.
Vorteilhafterweise kann die optische Detektionsvorrichtung als laserbasiertes Entfernungsmesssystem ausgestaltet sein. Ein laserbasiertes Entfernungsmesssystem kann als Lichtquelle wenigstens einer Sendeeinrichtung wenigstens einen Laser, insbesondere einen Diodenlaser, aufweisen. Mit einem Laser können insbesondere gepulste elektromagnetische Sendestrahlen, insbesondere Laserpulse, gesendet werden. Mit dem Laser können Sendestrahlen in für das menschliche Auge sichtbaren oder nicht sichtbaren Wellenlängenbereichen, insbesondere im nahen Infrarot, emittiert werden. Entsprechend kann wenigstens eine Empfangseinrichtung wenigstens einen wenigstens abschnittsweise für die Wellenlänge des ausgesendeten Lichtes ausgelegten Empfänger, insbesondere einen Punktsensor, Zeilensensor oder Flächensensor, im Besonderen eine (Lawinen)fotodiode, eine Photodiodenzeile, einen CCD-Sensor, einen Active-Pixel-Sensor, insbesondere einen CMOS-Sensor oder dergleichen, aufweisen. Das laserbasierte Entfernungsmesssystem kann vorteilhafterweise ein Laserscanner sein. Mit einem Laserscanner kann ein Überwachungsbereich mit insbesondere gepulsten Laserstrahlen abgetastet werden.
Die Erfindung kann bei einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, verwendet werden. Vorteilhafterweise kann die Erfindung bei einem Landfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, einem Lastkraftwagen, einem Bus, einem Motorrad oder dergleichen, einem Luftfahrzeug und/oder einem Wasserfahrzeug verwendet werden. Die Erfindung kann auch bei Fahrzeugen eingesetzt werden, die autonom oder wenigstens teilautonom betrieben werden können. Die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf Fahrzeuge. Sie kann auch im stationären Betrieb und/oder in der Robotik eingesetzt werden.
Die optische Detektionsvorrichtung kann vorteilhafterweise mit wenigstens einer elektronischen Steuervorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere einem Fahrerassistenzsystem und/oder einer Fahrwerksregelung und/oder einer Fahrer-Informationseinrichtung und/oder einem Parkassistenzsystem und/oder einer Gestenerkennung oder dergleichen, verbunden oder Merkmal einer solchen sein. Auf diese Weise kann das Fahrzeug autonom oder teilautonom betrieben werden.
Mit der optischen Detektionsvorrichtung können stehende oder bewegte Objekte, insbesondere Fahrzeuge, Personen, Tiere, Pflanzen, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, insbesondere Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen, Verkehrszeichen, Freiräume, insbesondere Parklücken, Niederschlag oder dergleichen, erfasst werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann
wenigstens eine Ist-Maximal-Reflektivitätsgröße, welche die Maximal-Reflektivitätsgröße in der Ist-Häufigkeitsverteilung charakterisiert, als charakteristisches Merkmal mit wenigstens einer Referenz-Maximal-Reflektivitätsgröße, welche die Maximal-Reflektivitätsgröße der Referenz-Häufigkeitsverteilung charakterisiert, verglichen werden
und/oder wenigstens ein Ist-Reflektivitätsgrößenmittel, welches das Mittel oder den Median der Reflektivitätsgrößen in der Ist-Häufigkeitsverteilung charakterisiert, als charakteristisches Merkmal mit wenigstens einem Referenz- Reflektivitätsgrößenmittel, welches das Mittel oder den Median der der Reflektivitätsgrößen in der Referenz-Häufigkeitsverteilung charakterisiert, verglichen werden
und/oder
ein Verlauf der Ist-Häufigkeitsverteilung als charakteristisches Merkmal mit einem Verlauf der wenigstens einen Referenz-Häufigkeitsverteilung verglichen werden.
Störungen im optischen Weg der Detektionsvorrichtung, insbesondere durch Verunreinigungen, führen zur Veränderung der Form der Häufigkeitsverteilung und/oder zur Verschiebung der Maxima der Reflektivitätsgrößen in der Häufigkeitsverteilung und/oder zur Verschiebung des Mittels oder des Medians der Reflektivitätsgrößen in der Häufigkeitsverteilung.
Vorteilhafterweise können die Ist-Maximal-Reflektivitätsgröße und die Referenz-Maximal-Reflektivitätsgröße verglichen werden. Ist die Ist-Maximal-Reflektivitätsgröße gegenüber der Referenz-Maximal-Reflektivitätsgröße innerhalb einer entsprechenden Toleranz verschoben, so kann davon ausgegangen werden, dass eine Störung im Strahlweg vorliegt.
Alternativ oder zusätzlich können vorteilhafterweise das Ist-Reflektivitätsgrößenmittel und das Referenz-Reflektivitätsgrößenmittel verglichen werden. Ist das Ist-Reflektivitätsgrößenmittel gegenüber dem Referenz-Reflektivitätsgrößenmittel innerhalb einer entsprechenden Toleranz verschoben, so kann davon ausgegangen werden, dass eine Störung, insbesondere eine Verunreinigung, vorliegt.
Alternativ oder zusätzlich können andere charakteristische Merkmale, welche den Verlauf der Ist-Häufigkeitsverteilung charakterisieren, insbesondere ein Verlauf eines Histogramms oder einer Kurve, mit dem entsprechenden Verlauf der wenigstens einen Referenz-Häufigkeitsverteilung verglichen werden. Dabei können auch entsprechende Unterschiede zwischen den Stufen des Histogramms oder Steigungen der Kurve berücksichtigt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann wenigstens das wenigstens eine charakteristische Merkmal der Ist-Häufigkeitsverteilung normiert werden und mit wenigstens einem normierten Merkmal der wenigstens einen Referenz-Häufigkeitsverteilung verglichen werden. Durch die Normierung können die Ist-Häufigkeitsverteilung und die Referenz-Häufigkeitsverteilung besser miteinander verglichen werden.
Vorteilhafterweise kann lediglich das wenigstens eine charakteristische Merkmal der Ist-Häufigkeitsverteilung des entsprechenden Merkmal der wenigstens einen Referenz-Häufigkeitsverteilung normiert sein. Auf diese Weise kann ein Aufwand insgesamt verringert werden.
Alternativ kann vorteilhafterweise die gesamte Ist-Häufigkeitsverteilung und die entsprechende Referenz-Häufigkeitsverteilung normiert werden. Auf diese Weise können die Ist-Häufigkeitsverteilung und die Referenz-Häufigkeitsverteilung im gesamten besser miteinander verglichen werden
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können die Ist-Häufigkeitsverteilung und die wenigstens eine Referenz-Häufigkeitsverteilung jeweils als Histogramm realisiert werden. Ein Histogramm kann einfach insbesondere durch Zählen Reflektivitätsgrößen, die bei den Messsequenzen auftreten, realisiert werden. Mit einem Histogramm kann mit vergleichsweise geringem Speicheraufwand ein großer Informationsgehalt dargestellt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann wenigstens das charakteristische Merkmal der wenigstens einen Referenz-Häufigkeitsverteilung aus wenigstens einer Messreihe, die der Messreihe mit der Ist-Häufigkeitsverteilung zeitlich vorher geht, an demselben wenigstens einen Objekt ermittelt werden
und/oder
wenigstens das charakteristische Merkmal der wenigstens einen Referenz-Häufigkeitsverteilung aus wenigstens einer Messreihe, die der Messreihe mit der Ist-Häufigkeitsverteilung zeitlich vorher geht, an einem vergleichbaren Objekt wie dem der Messreihe mit der Ist-Häufigkeitsverteilung vorgegeben werden
und/oder
wenigstens das charakteristische Merkmal der wenigstens einen Referenz-Häufigkeitsverteilung aus wenigstens einer Messreihe, die der Messreihe mit der Ist-Häufigkeitsverteilung zeitlich vorher geht, in derselben oder einer vergleichbaren Betriebssituation der Detektionsvorrichtung ermittelt werden
und/oder
wenigstens das charakteristische Merkmal der wenigstens einen Referenz-Häufigkeitsverteilung einem Speichermittel entnommen werden. Auf diese Weise kann die Referenz-Häufigkeitsverteilung einer zeitlich vorhergehenden Szenerie für die Detektionsvorrichtung verwendet werden.
Vorteilhafterweise kann die Referenz-Häufigkeitsverteilung in einer vergleichbaren Szenerie ermittelt werden, für die bekannt ist, dass die Funktionsfähigkeit Detektionsvorrichtung nicht eingeschränkt ist.
Wenigstens das charakteristische Merkmal der wenigstens eine Referenz-Häufigkeitsverteilung kann aus wenigstens einer zeitlich vorgehenden Messreihe an demselben wenigstens einen Objekt ermittelt werden. Auf diese Weise kann davon ausgegangen werden, dass die Sendestrahlen an ein und demselben Objekt reflektiert werden. Es kann davon ausgegangen werden, dass sich die tatsächliche Reflektivität des Objekts nicht verändert. Etwaige Veränderungen der in der Messreihe ermittelten Reflektivitätsgröße bei der Überprüfung der Funktionsfähigkeit können dann lediglich durch Störungen, insbesondere Verschmutzungen, im Strahlweg der Detektionsvorrichtung hervorgerufen werden.
Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens das charakteristische Merkmal der wenigstens einen Referenz-Häufigkeitsverteilung aus wenigstens einer Messreihe an einem vergleichbaren Objekt vorgegeben werden. Auf diese Weise können bereits vorhandene und gegebenenfalls gespeicherte Referenz-Häufigkeitsverteilungen verwendet werden, welche auch von ähnlichen Objekten herrühren können. Insbesondere bei einer Verwendung des Verfahrens der Detektionsvorrichtung bei einem Fahrzeug kann es sich bei den vergleichbaren ähnlichen Objekten um Kraftfahrzeuge handeln. Viele Kraftfahrzeuge haben bezüglich der Reflektivität vergleichbare Oberflächen.
Alternativ können vergleichbare Objekte, die zum Vergleich der charakteristischen Merkmal der Häufigkeitsverteilung verwendet werden können, auch Straßenmarkierungen, Straßenschilder oder dergleichen sein.
Die Art des Objekts kann vorteilhafterweise mit Hilfe der Detektionsvorrichtung und/oder einem anderen Detektionssystem, welches mit der Detektionsvorrichtung funktional verbunden sein kann, ermittelt werden. Auf diese Weise kann das für die Ermittlung der Ist-Häufigkeitsverteilung erfasste Objekt bezüglich seiner Art charakterisiert werden. Insbesondere aus einem Speichermedium kann eine Referenz-Häufigkeitsverteilung für ein bezüglich seiner Art ähnliches Objekt entnommen werden. Etwaige Referenz-Häufigkeitsverteilungen von Objekten können entsprechend ihrer Art insbesondere bei der Montage der Detektionsvorrichtung, insbesondere End-of-Line, ermittelt und in einem entsprechenden Speichermedium hinterlegt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise wenigstens das charakteristische Merkmal der wenigstens einen Referenz-Häufigkeitsverteilung aus wenigstens einer Messreihe in derselben oder einer vergleichbaren Betriebssituation der Detektionsvorrichtung ermittelt werden. Auf diese Weise können Ist-Häufigkeitsverteilung und Referenz-Häufigkeitsverteilungen in derselben oder einer vergleichbaren Betriebssituationen einander verglichen werden. So kann eine Genauigkeit der Überwachung der Funktionsprüfung verbessert werden
Vorteilhafterweise kann der wenigstens zu vergleichende Merkmal in derselben Betriebssituation der Detektionsvorrichtung ermittelt werden.
Dieselbe Betriebssituation der Detektionsvorrichtung kann insbesondere bei der Verwendung in Verbindung mit einem Fahrzeug vorliegen, wenn sich das Fahrzeug mit der Detektionsvorrichtung in einer Fahrsituation befindet und mit der Detektionsvorrichtung ein und dasselbe Objekt, insbesondere ein vorausfahrendes anderes Fahrzeug, erfasst wird. Durch entsprechende Messreihen können mit der Zeit kurzfristig auftretende Störungen, insbesondere Verschmutzungen oder dergleichen, erkannt werden.
Eine vergleichbare Betriebssituation kann insbesondere bei der Verwendung in Verbindung mit einem Fahrzeug vorliegen, wenn insbesondere in einem Speichermedium eine vergleichbare Fahrsituation des Fahrzeugs mit einem vorausfahrenden anderen Fahrzeug gespeichert ist. Die aktuelle Betriebssituation, insbesondere Fahrsituation, kann somit der gespeicherten Betriebssituation, insbesondere Fahrsituation, verglichen werden.
Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens das charakteristische Merkmal der wenigstens einen Referenz-Häufigkeitsverteilung aus einem Speichermittel entnommen werden. Auf diese Weise kann die wenigstens eine Referenz-Häufigkeitsverteilung in einem Zustand der Detektionsvorrichtung, insbesondere End-of-Line, ermittelt und abgespeichert werden, in der die Funktionsfähigkeit gewährleistet werden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann wenigstens eine Ist-Reflektivitätsgröße als Produkt aus der ermittelten wenigstens einen Entfernungsgröße im Quadrat und dem Quotienten aus der wenigstens einen Empfangs-Intensitätsgröße und der Sende-Intensitätsgröße ermittelt werden. Auf diese Weise kann die Ist-Reflexivitätsgröße aus Größen bestimmt werden, welche mit der Detektionsvorrichtung ermittelt werden können oder in anderer Weise einfach bestimmt werden können.
Mit der Empfangseinrichtung der Detektionsvorrichtung kann neben einer Entfernungsgröße auch eine Empfangs-Intensitätsgröße, insbesondere aus einer Grauwertinformation, bestimmt werden. Die Sende-Intensitätsgröße kann insbesondere durch entsprechende Voreinstellung der Sendeeinrichtung vorgegeben werden und ist somit bekannt.
Die Empfangs-Intensitätsgröße kann vorteilhafterweise als Lichtleistung des Empfangsstrahls oder als eine die Lichtleistung charakterisierende Größe dargestellt werden. Entsprechend kann die Sende-Intensitätsgröße als Lichtleistung des Sendestrahls oder als eine die Lichtleistung charakterisierende Größe dargestellt werden.
Vorteilhafterweise ist die empfangene Lichtleistung P_emp, welche die Empfangs-Intensitätsgröße ist, antiproportional zur quadratischen Entfernung r des Objekts zu der Detektionsvorrichtung und proportional zur Ist-Reflektivität ρ_ist des Objektes und der gesendeten Lichtleistung P_send, welche die Sende-Intensitätsgröße ist.
Demnach ist die Ist-Reflektivität pist des Objektes $ρ_{i s t} = r^{2} \frac{P_{e m p}}{P_{s e n d}}$
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann mit der Reflektivitätsgröße die Reflektivität eines Objekts charakterisiert werden und/oder mit den Intensitätsgrößen die entsprechende Strahlleistung der elektromagnetischen Strahlung charakterisiert werden. Auf diese Weise können übliche Messgrößen verwendet werden. Als Strahlleistung der elektromagnetischen Strahlung kann die Lichtleistung verwendet werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann für eine Mehrzahl von Empfangselementen der wenigstens einen Empfangseinrichtung jeweils wenigstens eine Messreihe durchgeführt und die Funktionsfähigkeit der Detektionsvorrichtung überprüft werden. Auf diese Weise kann für jedes Empfangselement der wenigstens einen Empfangsrichtung die Funktionsfähigkeit separat überprüft werden. So kann insgesamt die Zuverlässigkeit der Überprüfung der Funktionsfähigkeit verbessert werden.
Vorteilhafterweise können auch mehrere Empfangselemente zusammengefasst und gemeinsam für eine Messreihe zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Detektionsvorrichtung verwendet werden. Auf diese Weise ein Signal-Rausch-Verhältnis verbessert werden.
Dabei kann die Überprüfung der Funktionsfähigkeit separat für jedes Empfangselement durchgeführt werden.
Bei einer als Flashsystem ausgestalteten Detektionsvorrichtung kann vorteilhafterweise ein einziger aufgeweiteter elektromagnetischer Sendestrahl, insbesondere ein Flash-Signal, den Überwachungsbereich durchleuchten. Der reflektierte Empfangsstrahl kann von mehreren Empfangselementen empfangen werden.
Alternativ können bei einer abtastenden Detektionsvorrichtung elektromagnetische Sendestrahlen den Überwachungsbereich abtasten.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann eine Sende-Intensitätsgröße des wenigstens einen elektromagnetischen Sendestrahls größer als eine entsprechend Intensitätsgröße von etwaigen elektromagnetischen Umgebungsstrahlen vorgegeben werden. Auf diese Weise können Empfangssignale, welches durch entsprechende Empfangsstrahlen erzeugt werden, von Empfangssignalen, welche durch Umgebungsstrahlung erzeugt werden, besser unterschieden werden. Das Signal-Rausch-Verhältnis auf Seiten der Empfangseinrichtung kann so verbessert werden.
Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei der Vorrichtung dadurch gelöst, dass die Detektionsvorrichtung Mittel aufweist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Vorteilhafterweise können die Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf softwaremäßigem und/oder hardwaremäßigem Wege realisiert sein. Auf diese Weise können die Mittel flexibel angepasst werden.
Außerdem wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass wenigstens eine Detektionsvorrichtung Mittel aufweist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Auf diese Weise können mit der wenigstens einen Detektionsvorrichtung zuverlässig Informationen über das Umfeld des Fahrzeugs ermittelt werden. Die so gewonnenen Umfeld-Informationen können den Betrieb des Fahrzeugs unterstützen.
Vorteilhafterweise kann das Fahrzeug ein Fahrerassistenzsystem aufweisen. Mit dem Fahrerassistenzsystem kann das Fahrzeug autonom oder teilautonom betrieben werden.
Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Detektionsvorrichtung funktional mit dem Fahrerassistenzsystem verbunden sein. Auf diese Weise können Informationen über das Umfeld des Fahrzeugs, welche mit der Detektionsvorrichtung gewonnen werden können, die Fahrerassistenzsystem übermittelt werden. Mit dem Fahrerassistenzsystem kann das Fahrzeug insbesondere auf Basis der Informationen von der wenigstens ein Detektionsvorrichtung autonom oder teilautonom betrieben werden.
Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung und dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und deren jeweiligen vorteilhaften Ausgestaltungen aufgezeigten Merkmale und Vorteile untereinander entsprechend und umgekehrt. Die einzelnen Merkmale und Vorteile können selbstverständlich untereinander kombiniert werden, wobei sich weitere vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
Figurenliste
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch

1 eine Vorderansicht eines Fahrzeugs mit einem LiDAR-System zur Überwachung eines Überwachungsbereichs in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug und einem Fahrerassistenzsystem;
2 eine Funktionsdarstellung des Fahrzeugs aus der 1 mit dem Fahrerassistenzsystem und dem LiDAR-System;
3 Häufigkeitsverteilungen von Reflektivitäten eines Objekts, die aus Messungen mit sechs entsprechenden Empfangselementen im Zuge einer Überprüfung der Funktionsfähigkeit des LiDAR-Systems aus den 1 und 2 ermittelt wurden.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In der 1 ist ein Fahrzeug 10 in Form eines Personenkraftwagens in der Vorderansicht gezeigt. Die 2 zeigt eine Funktionsdarstellung des Fahrzeugs 10.
Das Fahrzeug 10 verfügt über eine optische Detektionsvorrichtung beispielsweise in Form eines LiDAR-Systems 12. Das LiDAR-System 12 ist beispielhaft in der vorderen Stoßstange des Fahrzeugs 10 angeordnet und in einen Überwachungsbereich 14 in Fahrtrichtung 16 vor dem Fahrzeug 10 gerichtet. Mit dem LiDAR-System 12 kann der Überwachungsbereich 14 auf Objekte 18 hin überwacht werden. Das LiDAR-System 12 kann auch an anderer Stelle des Fahrzeugs 10 angeordnet und anders ausgerichtet sein.
Mit dem LiDAR-System 12 können stehende oder bewegte Objekte 18, beispielsweise Fahrzeuge, Personen, Tiere, Pflanzen, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, insbesondere Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen, Verkehrszeichen, Freiräume, insbesondere Parklücken, Niederschlag oder dergleichen, erfasst werden.
Ferner verfügt das Fahrzeug 10 über ein Fahrerassistenzsystem 20. Mit dem Fahrerassistenzsystem 20 kann das Fahrzeug 10 autonom oder teilweise autonom betrieben werden. Das Fahrerassistenzsystem 20 ist funktional mit dem LiDAR-System 12 verbunden. So können Objektinformationen, beispielsweise Positionsinformationen, über Objekte 18, welche mit dem LiDAR-System 12 im Überwachungsbereich 14 erfasst werden, an das Fahrerassistenzsystem 20 übermittelt werden. Mit dem Fahrerassistenzsystem 20 können die Objektinformationen zur Unterstützung von Funktionen beim Betrieb des Fahrzeugs 10 herangezogen werden.
Die Positionsinformationen eines Objekts 18, welche mit dem LiDAR-System 12 ermittelt werden können, umfassen beispielhaft eine Entfernung r, eine Geschwindigkeit und eine Richtung des Objekts 18 relativ zu dem Fahrzeug 10, respektive zu dem LiDAR-System 12.
Das LiDAR-System 12 umfasst beispielhaft eine Sendeeinrichtung 24, eine Sende-Strahlbeeinflussungseinrichtung 26, eine Empfangs-Strahlbeeinflussungseinrichtung 28 und eine Empfangseinrichtung 30.
Mit der Sendeeinrichtung 24 können elektromagnetische Sendestrahlen 32 gesendet werden. Die Sendestrahlen 32 sind beispielhaft gepulste Laserstrahlen mit Wellenlängen beispielsweise im nahen Infrarot. Die Sendeeinrichtung 24 verfügt als Lichtquelle beispielsweise über eine Laserdiode, mit welcher die Sendestrahlen 32 erzeugt werden können. Die Sendeeinrichtung 24 kann auch mehr als eine Lichtquelle, beispielsweise mehrere Laserdioden, aufweisen.
Beispielhaft kann es sich bei dem LiDAR-System 12 um ein sogenanntes Flash-LiDAR-System handeln, bei dem jeder Sendestrahl 32 den gesamten Überwachungsbereich 14 ausleuchtet. Die Sende-Strahlbeeinflussungseinrichtung 26 kann hierzu entsprechende optische Bauteile, beispielsweise Linsen, Diffusoren, Beugungselemente, diffraktive optische Elemente, strahlformende Elemente oder dergleichen aufweisen, mit denen die Sendestrahlen 32 so beeinflusst werden, dass sie den Überwachungsbereich 14 möglichst gleichmäßig ausleuchten.
Alternativ kann es sich bei dem LiDAR-System 12 um ein scannendes System, beispielsweise einen Laserscanner handeln, mit dem der Überwachungsbereich 14 mit Sendestrahlen 32 abgescannt wird. Dabei werden die Sendestrahlen 32 mit der entsprechend ausgestalteten Sende-Strahlbeeinflussungseinrichtung 26, beispielsweise mit einem Umlenkspiegel oder dergleichen, entsprechend in den Überwachungsbereich 14 gelenkt.
Die Empfangs-Strahlbeeinflussungseinrichtung 28 befindet sich vom Überwachungsbereich 14 aus betrachtet vor der Empfangseinrichtung 30. Mit der Empfangs-Strahlbeeinflussungseinrichtung 28 können elektromagnetische Strahlen, beispielsweise an einem Objekt 18 reflektierte Sendestrahlen 32 als elektromagnetische Empfangsstrahlen 34 auf Empfangselemente 36, beispielhaft sechs Empfangselemente 36a, 36b, 36c, 36d, 36e und 36f, der Empfangseinrichtung 30 gelenkt werden. Die Empfangs-Strahlbeeinflussungseinrichtung 28 kann beispielsweise optische Elemente, wie optische Linsen, Spiegel, diffraktive optische Elemente oder dergleichen aufweisen, mit denen elektromagnetische Strahlen entsprechend beeinflusst werden können.
Mit der Empfangseinrichtung 30 können die Empfangsstrahlen 34, welche auf die entsprechenden Empfangselemente 36 treffen, in entsprechende elektrische Empfangssignale umgewandelt werden. Dabei können die Empfangselemente 36a, 36b, 36c, 36d, 36e und 36f getrennt voneinander ausgelesen werden. Die jeweiligen elektrischen Empfangssignale können an eine elektronische Steuer- und Auswerteeinrichtung 38 des LiDAR-Systems 12 übermittelt und mit dieser verarbeitet werden.
Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 38 umfasst Mittel zur Steuerung des LiDAR-Systems 12 und zur Verarbeitung von elektrischen Empfangssignalen. Die Mittel zur Steuerung und zur Auswertung sind auf softwaremäßigem und hardwaremäßigem Wege realisiert.
Alternativ können die Mittel zur Steuerung und die Mittel zur Auswertung auch separat ausgestaltet sein. Es können eine Steuereinrichtung und Auswerteeinrichtung getrennt voneinander realisiert sein. Teile der Steuer- und Auswerteeinrichtung 38 können auch in der Sendeeinrichtung 24 und/oder der Empfangseinrichtung 30 integriert sein. Teile der Steuer- und Auswerteeinrichtung 38 oder die gesamte Steuer- und Auswerteeinrichtung 38 können auch mit einer elektronischen Steuereinrichtung des Fahrzeugs 10, beispielsweise auch mit dem Fahrerassistenzsystem 20, kombiniert oder in diese integriert sein sein.
Aus den Sendestrahlen 32 und den entsprechenden Empfangsstrahlen 34 können mit dem LiDAR-System 12 Positionsinformationen über ein erfasstes Objekt 18 gewonnen werden. So kann beispielhaft nach einem Lichtlaufzeitverfahren, bei dem die Laufzeit zwischen dem Senden eines Sendestrahls 32 und dem Empfang des entsprechenden reflektierten Empfangsstrahls 34 gemessen wird, die Entfernung r des Objekts 18 relativ zu dem LiDAR-System 12 als Entfernungsgröße als eine Positionsinformation ermittelt werden. Ferner kann die Richtung des Objekts 18 relativ zum LiDAR-System 12 als weitere Positionsinformation ermittelt werden. Aus den Sendestrahlen 32 und den reflektierten Empfangsstrahlen 34 kann darüber hinaus beispielsweise aus Dopplerverschiebungen bei den Empfangsstrahlen 34 eine Geschwindigkeit des Objekts 18 relativ zum LiDAR-System 12 als zusätzliche Positionsinformation ermittelt werden.
Die Positionsinformationen können mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 38 an das Fahrerassistenzsystem 20 übermittelt werden und mit dem Fahrerassistenzsystem 20 weiter verarbeitet werden.
Außerdem können mit dem LiDAR-System 12 Intensitäten der reflektierten Empfangsstrahlen 34 beispielhaft in Form von Empfangs-Lichtleistungen P_emp ermittelt werden. Aus beispielsweise bekannten Intensitäten der Sendestrahlen 32 beispielhaft in Form von Sende-Lichtleistungen P_send, den Empfangs-Lichtleistungen P_emp und der ermittelten Entfernung r können eine Reflektivitätsgröße, beispielsweise die Ist-Reflektivität pist des erfassten Objekt 18 gewonnen werden. Mithilfe der ermittelten Ist-Reflektivität pist des erfassten Objekts 18 kann eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit des LiDAR-Systems 12 durchgeführt werden.
Mit der Empfangs-Strahlbeeinflussungseinrichtung 28 können aus dem Überwachungsbereich 14 kommende elektromagnetische Empfangsstrahlen 34 auf die Empfangselemente 36 abgebildet werden. Die Empfangs-Strahlbeeinflussungseinrichtung 28 bildet mit der Empfangseinrichtung 30 ein optisch abbildendes System. Beispielhaft weist der einfacheren Verständlichkeit wegen die Empfangseinrichtung 30 lediglich sieben Empfangselemente 36 auf, die linear angeordnet sind und welche der besseren Unterscheidbarkeit wegen mit 36a, 36b, 36c, 36d, 36e und 36f bezeichnet sind. In der Regel sind deutlich mehr Empfangselemente 36 vorgesehen. Beispielsweise können die Empfangselemente 36 flächig in einer Matrix angeordnet sein.
Die Empfangseinrichtung 30 kann beispielsweise in Form eines CCD-Chips, eines Active Pixel Sensor oder eines CMOS Sensors oder dergleichen, realisiert sein. Die Empfangselemente 36 können auch als „Pixel“ bezeichnet werden.
Um die Funktionsfähigkeit der LiDAR-Systems 12 sicherzustellen und zu erkennen, falls im Strahlweg zwischen der Sendeeinrichtung 24 und der Empfangseinrichtung 30 eine Störung beispielsweise durch Verschmutzung optischer Komponenten vorliegt, werden während dem normalen Betrieb Überprüfungen der Funktionsfähigkeit durchgeführt. Auf diese Weise können auch Verschmutzungen durch Partikel innerhalb eines Gehäuses des LiDAR-Systems 12 erkannt werden.
Im normalen Betrieb zur Überwachung des Überwachungsbereichs 14 werden mit dem LiDAR-System 12 kontinuierlich oder bei Bedarf Messreihen jeweils mit einer Vielzahl von Messsequenzen nacheinander durchgeführt.
Bei jeder Messsequenz wird beispielhaft ein elektromagnetischer Sendestrahl 32 mit einer vorgegebenen und bekannten Sende-Lichtleistung P_send mit der Sendeeinrichtung 24 gesendet. Die Sende-Lichtleistung P_send ist dabei so vorgegeben, dass sie deutlich größer ist als übliche Lichtleistungen von Umgebungslicht, beispielsweise Sonnenlicht, in der Betriebssituation des Fahrzeugs 10 ist. Auf diese Weise können der Sendestrahl 32 und der entsprechende Empfangsstrahl 34 deutlich vom Umgebungslicht unterschieden werden.
Falls das LiDAR-System 12 als Flash-LiDAR-System ausgestaltet ist, wird der Sendestrahl 32 mit der Sende-Strahlbeeinflussungseinrichtung 26 entsprechend aufgeweitet in den Überwachungsbereich 14 gesendet. Falls das LiDAR-System 12 als scannendes System ausgestaltet ist, wird der Sendestrahl 32 mit der Sende-Strahlbeeinflussungseinrichtung 26 entsprechend in den Überwachungsbereich 14 gelenkt.
Sofern der Sendestrahl 32 auf ein Objekt 18, beispielsweise ein vorausfahrendes Fahrzeug 10, im Überwachungsbereich 14 trifft und zurück zum LiDAR-System 12 reflektiert wird, wird der reflektierte Sendestrahl 32 als entsprechender Empfangsstrahl 34 mit der Empfangs-Strahlbeeinflussungseinrichtung 28 auf die entsprechenden Empfangselemente 36 der Empfangseinrichtung 30 abgebildet.
Der Empfangsstrahl 34 wird von den angeleuchteten Empfangselementen 36 der Empfangseinrichtung 30 empfangen und in entsprechende elektrische Empfangssignale umgewandelt. Die elektrischen Empfangssignale werden mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 38 verarbeitet.
Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 38 wird für jede Messsequenz für jedes Empfangselement 36 separat aus den elektrischen Empfangssignalen der entsprechenden Empfangsstrahlen 34 die Entfernung r des erfassten Objekts 18 zu dem LiDAR-System 12 ermittelt. Ferner wird für jede Messsequenz für jedes Empfangselement 36 separat aus den elektrischen Empfangssignalen der Empfangsstrahlen 34 eine Empfangs-Intensitätsgröße beispielhaft in Form der Empfangs-Lichtleistung P_emp des Empfangsstrahls 34 ermittelt. Außerdem werden weitere Positionsinformationen, nämlich die Richtung und die Geschwindigkeit des Objekts 18 relativ zum LiDAR-System 12, also relativ zum Fahrzeug 10, ermittelt.
Für jede Messsequenz wird für jedes Empfangselement 36 separat aus der ermittelten Entfernung r, der Sende-Lichtleistung P_send und der Empfangs-Lichtleistung P_emp eine Ist-Reflektivitätsgröße beispielhaft in Form der Ist-Reflektivität pist des erfassten Objekts 18 für Sendestrahlen 32 ermittelt.
Die Ist-Reflektivität pist wird als Produkt aus der ermittelten wenigstens einen Entfernung r im Quadrat und dem Quotienten aus der Empfangs-Lichtleistung P_emp und der Sende-Lichtleistung P_send ermittelt.
Demnach ist die Ist-Reflektivität pist des Objekts 18 $ρ_{i s t} = r^{2} \frac{P_{e m p}}{P_{s e n d}}$
Die in den unterschiedlichen Messsequenzen ermittelten Ist-Reflektivitäten pist des erfassten Objekts 18 unterliegen Variationen, welche beispielsweise durch Bewegungen des Objekts 18 relativ zur LiDAR-System 12 zwischen den Messsequenzen hervorgerufen werden.
Die Variationen der Ist-Reflektivitäten pist werden für jedes Empfangselement 36 in einer jeweiligen Ist-Häufigkeitsverteilung 40 in Form eines Histogramms aufgenommen. In der 3, welche weiter unten näher erläutert wird, sind beispielhaft die Ist-Häufigkeitsverteilungen 40 für die sieben Empfangselementes 36 für eine Messreihe dargestellt. Dabei wird die Häufigkeit des Auftretens von verschiedenen Ist-Reflektivitäten pist in den unterschiedlichen Messsequenzen separat für jedes Empfangselement 36 gezählt und entsprechend den Balken des Histogramms zugeordnet.
Für jedes Empfangselement 36 wird die Ist-Häufigkeitsverteilung 40 normiert. Für jedes Empfangselement 36 wird ein charakteristisches Merkmal, beispielsweise ein Ist-Reflektivitätsgrößenmittel in Form eines Ist-Reflektivitätsmittels 44 der normierten Ist-Häufigkeitsverteilung 40 mit einem entsprechenden charakteristischen Merkmal, beispielsweise einem Referenz-Reflektivitätsgrößenmittel in Form eines Referenz-Reflektivitätsmittels 46 einer normierten Referenz-Häufigkeitsverteilung 42 des entsprechenden Empfangselementes 36 verglichen.
Falls das charakteristische Merkmal der Ist-Häufigkeitsverteilung 40, beispielhaft das Ist-Reflektivitätsmittel 44, unter Berücksichtigung einer beispielsweise vorgegebenen Toleranz von dem entsprechenden charakteristischen Merkmal der Referenz-Häufigkeitsverteilung 42 , beispielhaft dem Referenz-Reflektivitätsmittel 46, abweicht, wird ein Störungshinweis bezogen auf die Funktionsfähigkeit der LiDAR-System 12 erzeugt. Es wird in diesem Fall davon ausgegangen werden, dass sich im Strahlweg zwischen der Sendeeinrichtung 24 und der Empfangseinrichtung 30 in der Ist-Szenerie gegenüber der Referenz-Szenerie, aus der die Referenz-Häufigkeitsverteilung 42 stammt, etwas geändert hat. Beispielsweise kann in der Ist-Szenerie eine Verschmutzung einer optischen Komponente des LiDAR-Systems 12 vorliegen.
Auf den Störungshinweis hin wird beispielsweise mit dem Fahrerassistenzsystem 20 oder einer anderen Steuerungseinrichtung eine Selbstreinigungsfunktion oder eine Benachrichtigung des Fahrers des Fahrzeugs 10 automatisch ausgelöst.
Falls das Ist-Reflektivitätsmittel 44 der Ist-Häufigkeitsverteilung 40 für alle Empfangselemente 36 innerhalb der Toleranz des Referenz-Reflektivitätsmittels 46 der jeweiligen Referenz-Häufigkeitsverteilung 42 liegt, werden die Positionsinformation, nämlich die Entfernung r, die Richtung und die Geschwindigkeit des erfassten Objekts 18 relativ zum Fahrzeug 10 an das Fahrerassistenzsystem 20 übermittelt. Mit dem Fahrerassistenzsystem 20 werden entsprechende Funktionen des Fahrzeugs 10 auf Basis der Objektinformationen beeinflusst, beispielsweise gesteuert oder geregelt. Das Fahrzeug 10 kann so autonom oder teilautonom betrieben werden.
Das Ist-Reflektivitätsmittel 44, welches allgemein als Ist-Reflektivitätsgrößenmittel bezeichnet werden kann, charakterisiert beispielhaft den Median oder alternativ das Mittel der Reflektivitätsgrößen, nämlich der Ist-Reflektivitäten ρ_ist, in der Ist-Häufigkeitsverteilung 40. Das Referenz-Reflektivitätsmittel 46, welches allgemein als Referenz-Reflektivitätsgrößenmittel bezeichnet werden kann, charakterisiert entsprechend den Median oder alternativ das Mittel der Referenz-Reflektivitätsgrößen, nämlich der Referenz-Reflektivitäten pref, in der Referenz-Häufigkeitsverteilung 42.
Alternativ oder zusätzlich können beispielsweise jeweilige Ist-Maximal-Reflektivitätsgrößen, welche die Maximal-Reflektivitätsgrößen in der jeweiligen Ist-Häufigkeitsverteilung 40 charakterisieren, mit Referenz-Maximal-Reflektivitätsgrößen, welche die Maximal-Reflektivitätsgrößen der entsprechenden Referenz-Häufigkeitsverteilung 42 charakterisiert, verglichen werden. Auch kann ein Verlauf der jeweiligen Ist-Häufigkeitsverteilung 40 als charakteristisches Merkmal mit einem Verlauf der entsprechenden Referenz-Häufigkeitsverteilung 42 verglichen werden.
Die jeweiligen Referenz-Häufigkeitsverteilungen 42 werden beispielhaft einem Speichermittel, welches beispielsweise in der Steuer- und Auswerteeinrichtung 38 enthalten sein kann, entnommen. Die jeweilige Referenz-Häufigkeitsverteilung 42 können beispielsweise aus wenigstens einer Messreihe, die der vorliegenden Messreihe mit den Ist-Häufigkeitsverteilungen 40 zeitlich voran geht, an demselben Objekt 18, beispielsweise demselben Fahrzeug 10, ermittelt worden sein. Alternativ können die Referenz-Häufigkeitsverteilungen 42 aus wenigstens einer Messreihe verwendet werden, die der Messreihe mit den Ist-Häufigkeitsverteilungen 40 zeitlich voran geht und die in einer anderen, jedoch vergleichbaren Szenerie, beispielsweise einer vergleichbaren Fahrsituation mit einem vergleichbaren Objekt, beispielsweise einem ähnlichen Fahrzeug, verwendet werden. Die Referenz-Häufigkeitsverteilungen 42 können auch vorab beispielsweise nach der Montage des LiDAR-Systems 12, beispielsweise End-of-line, an einem Referenz-Objekt in einer Referenz-Szenerie aufgenommen worden und in dem Speichermedium hinterlegt worden sein.
In der 3 sind beispielhaft die jeweiligen normierten Ist-Häufigkeitsverteilungen 40 der sieben Empfangselemente 36, nämlich der Empfangselemente 36a, 36b, 36c, 36d, 36e und 36f, aus einer jeweiligen Messreihe von oben nach unten mit der jeweiligen normierten Referenz-Häufigkeitsverteilung 42 gezeigt. Der besseren Unterscheidbarkeit wegen sind in der 3 die Ist-Häufigkeitsverteilungen 40, die Referenz-Häufigkeitsverteilungen 42, die Ist-Reflektivitätsmittel 44 und die Referenz-Reflektivitätsmittel 46 der entsprechenden Empfangselemente 36a, 36b, 36c, 36d, 36e und 36f jeweils mit dem Index a, b, c, d, e beziehungsweise f versehen.
In der 3 sind die jeweiligen Ist-Häufigkeitsverteilungen 40 schräg nach oben schraffiert. Die Referenz-Häufigkeitsverteilungen 42 sind schräg nach unten schraffiert. Die Überschneidungen der Ist-Häufigkeitsverteilungen 40 mit den jeweiligen Referenz-Häufigkeitsverteilungen 42 sind mit einer Kreuzschraffur versehen.
Aus der 3 ist zu entnehmen, dass sich die Störung stärksten auf den Strahlweg des Empfangselementes 36a, in der 3 oberes Diagramm, und den Strahlweg des Empfangselementes 36c, in der 3 drittes Diagramm von oben, auswirkt. Dort nämlich sind die jeweiligen Ist-Reflektivitätsmittel 44 und die entsprechenden Referenz-Reflektivitätsmittel 46 am weitesten voneinander entfernt. Auf den Strahlweg des Empfangselementes 36f, in der 3 unterstes Diagramm, hat die Störung hingegen nur einen geringen Einfluss. Dort nämlich fallen die Ist-Reflektivitätsmittel 44 und die Referenz-Reflektivitätsmittel 46 zusammen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018110566 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer optischen Detektionsvorrichtung (12), welche zur Überwachung wenigstens eines Überwachungsbereichs (14) mittels elektromagnetischer Sendestrahlen (32) verwendet wird, wobei bei dem Verfahren wenigstens eine Messsequenz durchgeführt wird, bei der wenigstens ein elektromagnetischer Sendestrahl (32) mit wenigstens einer Sendeeinrichtung (24) gesendet wird, der gegebenenfalls reflektierte wenigstens eine elektromagnetischer Sendestrahl (32) als wenigstens ein elektromagnetischer Empfangsstrahl (34) mit wenigstens einem Empfangselement (36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 36f) einer Empfangseinrichtung (30) empfangen wird und in wenigstens ein Empfangssignal, welches zur Verarbeitung mit wenigstens einer Auswerteeinrichtung (38) geeignet ist, umgewandelt wird, auf Basis wenigstens eines Empfangssignals wenigstens eines Empfangselementes (36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 36f) die Funktionsfähigkeit der Detektionsvorrichtung (12) überprüft wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Messreihe mit einer Mehrzahl von Messsequenzen durchgeführt wird, wobei bei jeder Messsequenz wenigstens ein elektromagnetischer Sendestrahl (32) in den wenigstens einen Überwachungsbereich (14) gesendet wird, der entsprechende Empfangsstrahl (34) mit wenigstens einem Empfangselement (36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 36f) empfangen wird und in wenigstens ein Empfangssignal umgewandelt wird, aus dem wenigstens einen Empfangssignal des wenigstens ein Empfangselementes (36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 36f) wenigstens eine Entfernungsgröße, welche eine Entfernung (r) eines erfassten Objekts (18) zu der Detektionsvorrichtung (12) charakterisiert, und wenigstens eine Empfangs-Intensitätsgröße (P_emp), welche eine Intensität des wenigstens einen Empfangsstrahls (34) charakterisiert, ermittelt werden, für wenigstens einen Teil der Messsequenzen des wenigstens einen Empfangselements (36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 36f) jeweils aus der ermittelten wenigstens einen Entfernungsgröße (r), der ermittelten wenigstens einen Empfangs-Intensitätsgröße (Pemp) und wenigstens einer Sende-Intensitätsgröße (P_send), welche eine Intensität des wenigstens einen elektromagnetischen Sendestrahls (32) charakterisiert, wenigstens eine Reflektivitätsgröße (pist) ermittelt wird, welche wenigstens eine Reflektivität des wenigstens einen erfassten Objekts (18) für die Sendestrahlen (32) charakterisiert, aus wenigstens einem Teil der ermittelten Reflektivitätsgrößen (pist) eine Ist-Häufigkeitsverteilung (40a, 40b 40c, 40d, 40e, 40f) ermittelt wird, welche die Häufigkeit des Auftretens von verschiedenen ermittelten Reflektivitätsgrößen (pist) für das wenigstens eine Empfangselement (36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 36f) für die entsprechenden Messsequenzen charakterisiert, wenigstens ein charakteristisches Merkmal (44a, 44b, 44c, 44d, 44e, 44f) der Ist-Häufigkeitsverteilung (40a, 40b 40c, 40d, 40e, 40f) mit wenigstens einem entsprechenden charakteristischen Merkmal (46a, 46b, 46c, 46d, 46e, 46f) wenigstens einer Referenz-Häufigkeitsverteilung (42a, 42b, 42c, 42d, 42e, 42f) verglichen wird, falls das wenigstens eine charakteristische Merkmal (44a, 44b, 44c, 44d, 44e, 44f) der Ist-Häufigkeitsverteilung (40a, 40b 40c, 40d, 40e, 40f) gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer Toleranz von dem entsprechenden wenigstens einen charakteristischen Merkmal (46a, 46b, 46c, 46d, 46e, 46f) der wenigstens einen Referenz-Häufigkeitsverteilung (42a, 42b, 42c, 42d, 42e, 42f) abweicht, ein Störungshinweis bezogen auf die Funktionsfähigkeit der Detektionsvorrichtung (12) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Ist-Maximal-Reflektivitätsgröße, welche die Maximal-Reflektivitätsgröße in der Ist-Häufigkeitsverteilung (40a, 40b 40c, 40d, 40e, 40f) charakterisiert, als charakteristisches Merkmal mit wenigstens einer Referenz-Maximal-Reflektivitätsgröße, welche die Maximal-Reflektivitätsgröße der Referenz-Häufigkeitsverteilung (42a, 42b, 42c, 42d, 42e, 42f) charakterisiert, verglichen wird und/oder wenigstens ein Ist-Reflektivitätsgrößenmittel (44a, 44b, 44c, 44d, 44e, 44f), welches das Mittel oder den Median der Reflektivitätsgrößen (pist) in der Ist-Häufigkeitsverteilung (40a, 40b 40c, 40d, 40e, 40f) charakterisiert, als charakteristisches Merkmal (44a, 44b, 44c, 44d, 44e, 44f) mit wenigstens einem Referenz- Reflektivitätsgrößenmittel (46a, 46b, 46c, 46d, 46e, 46f), welches das Mittel oder den Median der der Reflektivitätsgrößen (pref) in der Referenz-Häufigkeitsverteilung (42a, 42b, 42c, 42d, 42e, 42f) charakterisiert, verglichen wird und/oder ein Verlauf der Ist-Häufigkeitsverteilung (40a, 40b 40c, 40d, 40e, 40f) als charakteristisches Merkmal mit einem Verlauf der wenigstens einen Referenz-Häufigkeitsverteilung (42a, 42b, 42c, 42d, 42e, 42f) verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das wenigstens eine charakteristische Merkmal (44a, 44b, 44c, 44d, 44e, 44f) der Ist-Häufigkeitsverteilung (40a, 40b 40c, 40d, 40e, 40f) normiert wird und mit wenigstens einem normierten Merkmal (46a, 46b, 46c, 46d, 46e, 46f) der wenigstens einen Referenz-Häufigkeitsverteilung (42a, 42b, 42c, 42d, 42e, 42f) verglichen wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Häufigkeitsverteilung (40a, 40b 40c, 40d, 40e, 40f) und die wenigstens eine Referenz-Häufigkeitsverteilung (42a, 42b, 42c, 42d, 42e, 42f) jeweils als Histogramm realisiert werden.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das charakteristische Merkmal (46a, 46b, 46c, 46d, 46e, 46f) der wenigstens einen Referenz-Häufigkeitsverteilung (42a, 42b, 42c, 42d, 42e, 42f) aus wenigstens einer Messreihe, die der Messreihe mit der Ist-Häufigkeitsverteilung (40a, 40b 40c, 40d, 40e, 40f) zeitlich voran geht, an demselben wenigstens einen Objekt (18) ermittelt wird und/oder wenigstens das charakteristische Merkmal (46a, 46b, 46c, 46d, 46e, 46f) der wenigstens einen Referenz-Häufigkeitsverteilung (42a, 42b, 42c, 42d, 42e, 42f) aus wenigstens einer Messreihe, die der Messreihe mit der Ist-Häufigkeitsverteilung (40a, 40b 40c, 40d, 40e, 40f) zeitlich voran geht, an einem vergleichbaren Objekt (18) wie dem der Messreihe mit der Ist-Häufigkeitsverteilung (40a, 40b 40c, 40d, 40e, 40f) vorgegeben wird und/oder wenigstens das charakteristische Merkmal (46a, 46b, 46c, 46d, 46e, 46f) der wenigstens einen Referenz-Häufigkeitsverteilung (42a, 42b, 42c, 42d, 42e, 42f) aus wenigstens einer Messreihe, die der Messreihe mit der Ist-Häufigkeitsverteilung (40a, 40b 40c, 40d, 40e, 40f) zeitlich voran geht, in derselben oder einer vergleichbaren Betriebssituation der Detektionsvorrichtung (12) ermittelt wird und/oder wenigstens das charakteristische Merkmal (46a, 46b, 46c, 46d, 46e, 46f) der wenigstens einen Referenz-Häufigkeitsverteilung (42a, 42b, 42c, 42d, 42e, 42f) einem Speichermittel entnommen wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Ist-Reflektivitätsgröße (pist) als Produkt aus der ermittelten wenigstens einen Entfernungsgröße (r) im Quadrat und dem Quotienten aus der wenigstens einen Empfangs-Intensitätsgröße (Pemp) und der Sende-Intensitätsgröße (P_send) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Reflektivitätsgröße (pist) die Reflektivität eines Objekts (18) charakterisiert werden und/oder mit den Intensitätsgrößen die entsprechende Strahlleistung (P_emp, P_send) der elektromagnetischen Strahlen (32, 34) charakterisiert werden.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Mehrzahl von Empfangselementen (36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 36f) der wenigstens einen Empfangseinrichtung (30) jeweils wenigstens eine Messreihe durchgeführt und die Funktionsfähigkeit der Detektionsvorrichtung (12) überprüft wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sende-Intensitätsgröße (P_send) des wenigstens einen elektromagnetischen Sendestrahls (32) größer als eine entsprechend Intensitätsgröße von etwaigen elektromagnetischen Umgebungsstrahlen vorgegeben wird.
Optische Detektionsvorrichtung (12) zur Überwachung wenigstens eines Überwachungsbereichs (14) mittels elektromagnetischem Sendestrahlen (32), mit wenigstens einer Sendeeinrichtung (24), mit der wenigstens ein elektromagnetischer Sendestrahl (32) gesendet werden kann, mit wenigstens einer Empfangseinrichtung (30), welche wenigstens ein Empfangselement (36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 36f) aufweist, mit dem gegebenenfalls an Objekt (18)en im Überwachungsbereich (14) reflektierte elektromagnetische Sendestrahlen (32) als elektromagnetische Empfangsstrahlen (34) empfangen werden können, und mit der die empfangenen Empfangsstrahlen (34) in Empfangssignale, welche zur Verarbeitung mit wenigstens einer Auswerteeinrichtung (38) geeignet sind, umgewandelt werden können, mit wenigstens Auswerteeinrichtung (38), mit der auf Basis wenigstens eines Teils der Empfangssignale Entfernungsgrößen, welche Entfernungen (r) von reflektierenden Objekten (18) zu der Detektionsvorrichtung (12) charakterisieren, und Empfangs-Intensitätsgrößen (P_emp), welche Intensitäten der Empfangsstrahlen (34) charakterisieren, ermittelt werden können und mit der eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Detektionsvorrichtung (12) durchgeführt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsvorrichtung (12) Mittel aufweist zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorigen Ansprüche.
Fahrzeug (10) mit wenigstens einer optischen Detektionsvorrichtung (12) zur Überwachung wenigstens eines Überwachungsbereichs (14) mittels elektromagnetischen Sendestrahlen (32), wobei die wenigstens eine optische Detektionsvorrichtung (12) aufweist wenigstens eine Sendeeinrichtung (24), mit der wenigstens ein elektromagnetischer Sendestrahl (32) gesendet werden kann, wenigstens eine Empfangseinrichtung (30), welche wenigstens ein Empfangselement (36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 36f) aufweist, mit dem gegebenenfalls an Objekten (18) im Überwachungsbereich (14) reflektierte elektromagnetische Sendestrahlen (32) als elektromagnetische Empfangsstrahlen (34) empfangen werden können, und mit der die empfangenen Empfangsstrahlen (34) in Empfangssignale, welche zur Verarbeitung mit wenigstens einer Auswerteeinrichtung (38) geeignet sind, umgewandelt werden können, wenigstens eine Auswerteeinrichtung (38), mit der auf Basis wenigstens eines Teils der Empfangssignale Entfernungsgrößen, welche Entfernungen (r) von reflektierenden Objekten (18) zu der Detektionsvorrichtung (12) charakterisieren, und Empfangs-Intensitätsgrößen (P_emp), welche Intensitäten der Empfangsstrahlen (34) charakterisieren, ermittelt werden können und mit der eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Detektionsvorrichtung (12) durchgeführt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsvorrichtung (12) Mittel aufweist zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.