DE102020205127A1 - Verfahren zum Generieren einer Objektrepräsentation mittels empfangener Ultraschallsignale - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Generieren einer Objektrepräsentation von Objekten mittels empfangener Ultraschallsignale mit den folgenden Schritten vorgesch lagen.
Aussenden von zeitlich aufeinanderfolgenden Ultraschallpulsen (110-1); Empfangen von Ultraschallsignalen, die aus Reflexionen der Ultraschallpulse an Oberflächen des Objektes resultieren;
Bestimmen von Reflexpunkten (S12) mittels Lateration der Ultraschallsignale; Akkumulieren einer Sequenz zeitlich aufeinanderfolgender Reflexpunkte (S14); Bilden zumindest eines Clusters (S15) aus zumindest einem Reflexpunkt der Reflexpunkte, basierend auf Eigenschaften des zumindest einen Reflexpunktes; Generieren der Objektrepräsentation (S18), indem dem zumindest einen Cluster eine geometrische Form entsprechend dem Objekt zugeordnet wird.

Description

• Stand der Technik
• Für eine Erfassung von Umweltrepräsentationen zum zumindest teilautomatisierten Fahren mit mobilen Plattformen werden Sensoren mit unterschiedlichen Detektionsverfahren eingesetzt, um klassifizierte Objekte zu identifizieren.
  Beispielsweise kann ein als ein Auto klassifiziertes Objekt, das potentiell dynamisch ist und ein relativ gut beschreibbares Bewegungsmodell aufweist, anders erfasst werden als ein Fußgänger, der auch potentiell dynamisch, aber mit einem schwer zu berechnenden Bewegungsmodell zu beschreiben ist. Dabei hängt es auch von dem Detektionstyp der eingesetzten Sensoren, d. h. der jeweiligen Sensormodalität ab, welche Klassen von Objekten unterscheidbar sind. Ein Verfolgen bzw. Tracken der unterschiedlichen, erfassten Objekte ist dabei besonders wichtig.
  In aktuell eingesetzten Ultraschall-Systemen für eine Fahrerassistenz oder ein zumindest teilautomatisiertes Fahren mobiler Plattformen werden Ultraschallsignale detektiert und dabei wird insbesondere eine Laufzeit von Signalen zwischen einem Sender und einem Reflektionsort und Empfänger bestimmt. Ein Sensor kann in einem Mess-Zyklus gleichzeitig Sender und Empfänger sein. Durch geeignete Kombination mehrerer Ultraschallsignale, über einen oder mehrere Sendezyklen, können die Koordinaten des reflektierenden Objekts extrahiert werden. Bislang werden diese Daten hauptsächlich dazu verwendet, zwischen Freiraum und der Anwesenheit möglicher Hindernisse zu unterscheiden, beispielsweise für Parkmanöver.
• Offenbarung der Erfindung
• Im Nahfeld einer mobilen Plattform weist bisher nur eine weitere Sensormodalität, nämlich eine Nahfeldkamera, einen lückenlosen Sichtbereich auf. Daher können Ultraschallsensor-Systeme im vollautomatisierten Fahren eine wichtige Sensormodalität darstellen, um ein fahrerloses Anfahren zu ermöglichen, insbesondere um eine notwendige Redundanz der Systeme bereitzustellen. Dazu sollte ein solches Ultraschallsensor-System unabhängig von anderen Sensormodalitäten Objekte aus Ultraschallsignalen bilden, um diese einer nachgeschalteten Fusions-Komponente zur Verfügung stellen zu können („Spawning“). Denn eine reine Angabe von räumlichen x-, y-Koordinaten durch ein Ultraschallsensor-System ist dafür unzureichend. Neben einer Bereitstellung von Positions-Koordinaten müssen Objekte erzeugt und weitere Informationen wie semantische Klassifikationen und Relativgeschwindigkeiten, entsprechend anderer Sensortypen wie optischen Kameras, bereitgestellt werden.
• Entsprechend einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Generieren einer Objektrepräsentation von Objekten mittels empfangener Ultraschallsignale, ein Verfahren zum Bereitstellen eines Steuersignals, eine Vorrichtung, ein Computerprogrammprodukt, und ein maschinenlesbares Speichermedium, gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
• In dieser gesamten Beschreibung der Erfindung ist die Abfolge von Verfahrensschritten so dargestellt, dass das Verfahren leicht nachvollziehbar ist. Der Fachmann wird aber erkennen, dass viele der Verfahrensschritte auch in einer anderen Reihenfolge durchlaufen werden können und zu dem gleichen oder einem entsprechenden Ergebnis führen. In diesem Sinne kann die Reihenfolge der Verfahrensschritte entsprechend geändert werden. Einige Merkmale sind mit Zählwörtern versehen, um die Lesbarkeit zu verbessern oder die Zuordnung eindeutiger zu machen, dies impliziert aber nicht ein Vorhandensein bestimmter Merkmale.
• Der hier beschriebene Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass durch Cluster-Bildung von Ultraschall-Reflexpunkten und deren Tracking über Zeit die vom Ultraschall-Sensorsystem gemessenen Daten als Objektrepräsentationen von Objekten verstanden werden können und nicht ausschließlich als x-, y- und insbesondere auch z-Koordinaten eines Hindernisses.
• Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zum Generieren einer Objektrepräsentation von Objekten mittels empfangener Ultraschallsignale mit den folgenden Schritten vorgeschlagen. In einem ersten Schritt werden zeitlich aufeinanderfolgende Ultraschallpulse ausgesendet. In einem weiteren Schritt werden Ultraschallsignale, die aus Reflexionen der Ultraschallpulse an Oberflächen des Objektes resultieren, empfangen. In einem weiteren Schritt werden Reflexpunkte mittels Lateration der Ultraschallsignale bestimmt. In einem weiteren Schritt wird eine Sequenz zeitlich aufeinanderfolgender Reflexpunkte akkumuliert. In einem weiteren Schritt wird zumindest ein Cluster aus zumindest einem Reflexpunkt der Reflexpunkte, basierend auf Eigenschaften des zumindest einen Reflexpunktes gebildet. In einem weiteren Schritt wird die Objektrepräsentation generiert, indem dem zumindest einen Cluster eine geometrische Form entsprechend dem Objekt zugeordnet wird.
• Dabei können die Ultraschallpulse von einem Teil von verfügbaren Ultraschallwandlern ausgesendet werden und ein anderer Teil der verfügbaren Ultraschallwandler oder alle verfügbaren Ultraschallwandler können die Ultraschallsignale empfangen. Weiterhin kann in unterschiedlichen Meßschritten, beim Aussenden zeitlich aufeinanderfolgende Ultraschallpulse, der jeweilige Ultraschallpuls in Bezug auf seinen Frequenzverlauf verschieden sein. Eine solche Abfolge unterschiedlicher Frequenzverläufe, die von unterschiedlichen Sensoren ausgesendet werden, wird für das Bestimmen der Reflexpunkte, der Cluster und der Objektrepräsentation, beispielsweise für nachfolgende Softwarekomponenten, die die Bestimmung durchführen, bereitgestellt.
  Für das Generieren der Objektrepräsentation wird eine Sequenz zeitlich aufeinanderfolgender Reflexpunkte akkumuliert, wobei so lange akkumuliert werden kann, dass mit den verfügbaren Ultraschallwandlern und dem verwendeten Sendemuster der Ultraschallwandler einmal das gesamte Blickfeld (Field of View) ausgeleuchtet wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Alter der Messdaten für ein Kriterium in welchem Zeitraum bzw. in welcher Anzahl die Sequenz zeitlich aufeinanderfolgende Reflexpunkte akkumuliert werden, mit einbezogen werden, u.a. damit (Kommunikations-) Ausfälle mit oder von Ultraschallsubsystemen aufgefangen werden.
• Dabei kann ein Reflexpunkt mittels Lateration der Ultraschallsignale bestimmt werden indem radiale Entfernungen, die aus Laufzeiten mehrerer Ultraschallsignale bestimmt werden, vom jeweiligen empfangenden Ultraschallwandler sich in einem Punkt schneiden. Dabei kann berücksichtigt werden, dass auch aus einem vorherigen Verfahrensschritt eine Geschwindigkeit der Ultraschallsignale selbst bestimmt wurde oder die Ultraschallsignale in einem vorherigen Verfahrensschritt klassifiziert wurden. Solche Reflexpunkte werden nur aus Einzelmessungen, d. h. aus einzelnen ausgesendeten Ultraschallpulsen bestimmt.
  Bei der Bestimmung der Reflexpunkte kann, wie weiter unten ausgeführt wird, eine Kompatibilität von Meta-Informationen von den Reflexpunkt bildenden Ultraschallsignalen berücksichtigt werden, um die Bestimmung weniger störanfällig zu machen.
• Ein Cluster kann aus unterschiedlich vielen Reflexpunkten bestehen und auch unterschiedlich lang existieren. Bei einem Cluster mit nur wenigen Reflexpunkten, wie z.B. nur einem Reflexpunkt, der nur eine Messung lang existiert, kann man annehmen, dass es sich um eine Falschpositiv-Messung bzw. ein Geisterobjekt handelt und beispielsweise durch Rauschen verursacht wird. Erst wenn ein Cluster mehrere Messungen lang existiert oder aus vielen Reflexpunkten besteht, kann angenommen werden, dass tatsächlich ein reflektierendes Objekt identifiziert wurde und mit einer Objektrepräsentation repräsentiert werden kann.
  Für das Bilden eines Clusters gibt es eine Reihe von Kriterien, um die akkumulierte Sequenz aufeinanderfolgender Reflexpunkte zusammenzufassen. Beispielsweise kann das durch eine Bewertung von Abständen und Dichten der Reflexpunkte erfolgen, vorhandene Meta-Information, wie weiter unten dargestellt, können dieses Bilden eines Clusters unterstützen und verbessern. Durch ein Kombinieren mehrerer Reflexpunkte zu Clustern und Objektrepräsentationen und das Einbeziehen zusätzlicher Meta-Information, wie beispielsweise eine Amplitude der Ultraschallsignale, aber auch den räumlichen Bezug der Reflexpunkte untereinander, sowie das Verhalten der Reflexpunkte über Zeit, kann eine größere Informationsanreicherung erzielt werden. Wie weiter unten erläutert wird, können dabei Objekttypen der Objektrepräsentation auch aus deren Meta-Informationen, wie zum Beispiel eine Geschwindigkeit, identifiziert werden, so dass sich ein entsprechendes zukünftiges Verhalten des mit der Objektrepräsentation repräsentierten Objektes prädizieren lässt.
• Für das Bilden eines Clusters kann die akkumulierte Sequenz zeitlich aufeinanderfolgender Reflexpunkte und gegebenenfalls zu Liniensegmenten angeordneten Reflexpunkte entsprechend gewisser Kriterien zu Gruppen zusammengefasst werden. Mögliche Kriterien dafür sind die räumliche Nähe und/oder eine Kompatibilität von Meta-Information beispielsweise der Ultraschallsignale und/oder kompatible Geschwindigkeiten, die aus vorherigen Verfahrensschritten resultieren, und/oder eine kompatible Klassifikation, sofern diese Klassifikation aus vorherigen Verfahrensschritten vorliegt. Als Beispiel für kompatible Meta-Information von Ultraschallsignalen kann ein Vergleich der Amplituden vorgenommen werden, da ähnliche Amplituden auf ein ähnliches Oberflächenmaterial hindeuten.
  Auch Ultraschallsignale, die bislang nicht bei der Berechnung von Reflexpunkten berücksichtigt wurden, können hierbei berücksichtigt werden. Ist die bestimmte radiale Distanz des Reflexpunktes passend zu einem gegebenen Punkt einer Objektrepräsentation, so kann über einen Abgleich der oben genannten Kriterien ein Zuordnung gemacht werden, was wiederum dem Punkt eine höhere Priorität bei späteren Verarbeitungsschritten einräumt.
• Bei diesem Verfahren, mit einer Cluster-Bildung von Ultraschall-Reflexpunkten und deren Tracking über der Zeit, werden die von Ultraschall-Sensorsystemen gemessenen Daten als Objekte verstanden und nicht ausschließlich als x-, y-(und teilweise auch z-) Koordinaten eines Hindernisses, sodass diese Ergebnisse mit anderen Sensorsystemen bestimmten Repräsentationen der Umgebung der mobilen Plattform fusioniert werden können.
• Für das Generieren einer Objektrepräsentation werden mit den Ultraschallsignalen Reflexpunkte bestimmt, aus denen Cluster gebildet werden, die die Koordinaten der Reflexpunkte und gegebenenfalls weitere Informationen über die Ultraschallsignale und weitere Meta-Informationen aus vorherigen Verfahrensschritten enthalten. Darüber hinaus kann dem jeweiligen Cluster eine Geschwindigkeit zugeordnet werden und es können Klassifikationsergebnisse bezüglich der Ultraschallsignale und/oder der Reflexpunkte und/oder des jeweiligen Clusters vorliegen und dem jeweiligen Cluster zugeordnet sein. Für das Generieren einer Objektrepräsentation eines Objektes muss berücksichtigt werden, dass mittels eines Ultraschall-Sensorsystems ein reales Objekt der Umgebung immer nur teilweise detektiert werden kann, denn die dem Ultraschall-Sensorsystem abgewandte Seite kann keine Ultraschallsignale reflektieren.
  Für das Generieren einer Objektrepräsentation, beispielsweise eines Autos oder Fußgängers, werden deshalb geometrische Formen des zu repräsentierenden realen Objekts an das jeweilige Cluster von Reflexpunkten angepasst.
• Beispielsweise wäre für ein Auto ein Quader geeignet oder ein L-förmiges Gebilde zur Nachstellung von zwei Seitenlinien und für einen Fußgänger wäre die Form eines Zylinders mit kreisförmiger oder elliptischer Grundfläche als eine einfache geometrische Form zur Repräsentation geeignet.
  Weitere aus den vorherigen Verfahrensschritten generierte Meta-Informationen können mit der Objektrepräsentation assoziiert werden, bzw. für die Anpassung der geometrischen Form verwendet werden. Mit anderen Worten wird eine möglichst kleine geometrische Form „Bounding-Box“ an die Reflexpunkte des jeweiligen Clusters in Bezug auf die Auswahl der Form, die Größe der Form und die Orientierung der Form angepasst. Durch Überprüfung der Konsistenz sämtlicher vorliegender Meta-Informationen aus vorhergehenden Verfahrensschritten kann dabei auch bestimmt werden, welcher Objekttyp des Objektes der Umgebung der mobilen Plattform vorliegt.
• Vorteilhafterweise wird es durch dieses Generieren einer Objektrepräsentation von einem Objekt mittels Ultraschallsignalen möglich, das Umfeld einer zumindest teilautomatisiert betriebenen mobilen Plattform semantisch differenziert wahrzunehmen und durch daraus resultierenden unterschiedlich prädizierte Trajektorien der detektierten Objekte ein schnelles und angemessenes Steuern der mobilen Plattform ermöglicht.
  Weiterhin vorteilhaft stellen die generierten Objektrepräsentationen weitere Informationen über das Umfeld der mobilen Plattform bereit. Darüber hinaus resultiert aus dem Zusammenfassen von Reflexpunkten zu einer übergeordneten Objektrepräsentation bzw. eines Clusters eine ressourcensparende Verarbeitung der Daten. Die mit diesem Verfahren generierten Objektrepräsentationen können mit einer Repräsentation der Umgebung der mobilen Plattform anderer Sensormodalitäten fusioniert werden. Die mit diesem Verfahren zusätzlich verfügbare Meta-Information der Objektrepräsentation bzw. des Objektes ermöglicht eine schnelle und angemessene Steuerung der zumindest teilautomatisierten mobilen Plattform.
• Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die bestimmten Reflexpunkte mit den jeweiligen die Reflexpunkte generierenden Ultraschallpulsen assoziiert werden und die Ultraschallpulse in einer Abfolge von Sendecodes der Ultraschallpulse ausgesendet werden. Nach einem vollständigen Durchlaufen der Abfolge wird die Objektrepräsentation aus dem zumindest einen Cluster mit einer Sequenz von resultierenden Reflexpunkten dann mit jedem folgenden neuen Sendecode der Abfolge von Sendecodes neu generiert.
• Dabei kann ein Sendemuster bzw. Sendezyklus eine Abfolge von Sendecodes aufweisen. Wenn ein solches Sendemuster vollständig durchlaufen wurde und ein neuer Sendecode ausgesendet und empfangen wird, können entsprechend dem Verfahren die bestimmten Reflexpunkte des ältesten Sendecodes verworfen werden und die akkumulierten Reflexpunkte können durch neu bestimmte Reflexpunkte ergänzt werden. Somit wird sichergestellt, dass in den akkumulierten Reflexpunkten Reflexpunkte aus all den unterschiedlichen Typen der Sendecodes enthalten sind und das Sichtfeld des Ultraschallsensor-Systems vollständig abgedeckt ist.
  Dadurch, dass in aufeinanderfolgenden Sendezyklen mit entsprechenden Sendecodes die Reflexpunkte jeweils entsprechend aktualisiert werden, können Objekte bzw. Objektrepräsentationen über die Zeit verfolgt und insbesondere auch als Objektrepräsentation identifiziert bzw. bestätigt werden. Zusätzlich ermöglicht diese zeitliche Verfolgung die Objektrepräsentationen in Bezug auf Meta-Informationen genauer zu charakterisieren.
• Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der jeweilige Sendecode in der Abfolge von Sendecodes jeweils eine bestimmte Anzahl von Ultraschallpulsen; und/oder jeweils eine bestimmte zeitlich äquidistante Folge von Ultraschallpulsen; und/oder jeweils eine bestimmte Anzahl von aussendenden Ultraschallwandlern mit jeweils einer bestimmten Anzahl von empfangenden Ultraschallwandlern; und/oder jeweils eine zeitliche Dauer von Ultraschallpulsen; und/oder jeweils eine bestimmte Form der Ultraschallpulse; aufweist.
• Bei einer solchen Abfolge von Sendecodes, also einem Sendemuster bzw. Sendezyklus, kann eine Zuordnung von Ultraschallpulsen und Ultraschallsignalen über von Ultraschallwandlern ausgesendete Frequenzen bzw. Frequenzverläufe der Ultraschallpulse und/oder auch in entsprechenden Zeitfenster erfolgen, um das Verfahren weniger störanfällig zu machen und gegebenenfalls Störsignale herauszufiltern.
• Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Eigenschaft des zumindest einen Reflexpunktes durch zumindest einen Signalverlauf und/oder eine Anzahl von den Reflexpunkt bildenden Ultraschallsignalen und/oder eine räumliche und/oder eine zeitliche Charakterisierung der Reflexpunkte bestimmt wird.
  Je genauer und eindeutiger die Eigenschaften der Reflexpunkte charakterisiert werden können, umso genauer und weniger fehleranfällig wird das Bilden eines Clusters aus diesen Reflexpunkten.
• Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Eigenschaften des zumindest einen Reflexpunktes: eine Anzahl von den Reflexpunkt bildenden Ultraschallsignalen; und/oder eine Geschwindigkeit zumindest eines den Reflexpunkt bildenden Ultraschallsignals; und/oder einen Rückstreuwert zumindest eines den Reflexpunkt bildenden Ultraschallsignals; und/oder eine zeitliche Form zumindest eines den Reflexpunkt bildenden Ultraschallsignals;
  und/oder eine zeitliche Verteilung der den Reflexpunkt bildenden Ultraschallsignalen; und/oder eine Anzahl der mit den Reflexpunkt bildenden Ultraschallsignalen assoziierten Ultraschallwandler; und/oder eine Übereinstimmung von Klassifikationsergebnissen von den Reflexpunkt bildenden Ultraschallsignalen; und/oder eine Geschwindigkeit der Reflexpunkte; und/oder eine räumliche Charakterisierung der Reflexpunkte und/oder ein Klassifizierungsergebnis der Reflexpunkte, umfasst.
• Beispielsweise können die räumlichen Koordinaten x, y, z eines Reflexpunktes dahingehend ausgewertet werden, dass, wenn die Ausdehnung in z-Richtung gering ist, das reflektierende Objekt kein Auto ist.
  Mit anderen Worten wird durch das Kombinieren mehrerer Reflexpunkte zu einem Cluster bzw. zu einer Objektrepräsentation und das Einbeziehen zusätzlicher Eigenschaften der Ultraschallsignale, aber auch durch räumliche Beziehung der Reflexpunkte zueinander, sowie ihr Verhalten über Zeit, eine Informationsanreicherung erzielt. Reflexpunkte werden hierbei zu unterschiedlichen Objektrepräsentation bzw. Klassen-Objekte gruppiert („geclustert“), deren Meta-Informationen, wie zum Beispiel Geschwindigkeit und Objekttyp, ein jeweils erwartetes Verhalten prädizieren lassen. Dadurch, dass das Verfahren ermöglicht Eigenschaften der Reflexpunkte genau zu bestimmen, können diese Eigenschaften vorteilhafter Weise verwendet werden, um möglichst genaue und trennscharfe Cluster zu bilden, mit denen dann wiederum die Objektrepräsentation generiert werden können.
• Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass ein Klassen-Objekt gebildet wird, indem der Objektrepräsentation Meta-Informationen bezüglich Eigenschaften der Ultraschallsignale und/oder der Reflexpunkte und/oder des zumindest einen Clusters und/oder der Objektrepräsentation zugeordnet werden.
  D. h. ein Klassen-Objekt wird dadurch gebildet, dass mit der zugehörigen Objektrepräsentation zusätzlich alle relevanten Meta-Informationen assoziiert werden, wie beispielsweise Klassifikations-Informationen aus vorherigen Verfahrensschritten oder beispielsweise in vorherigen Verfahrensschritten bestimmte Geschwindigkeiten.
• Ein solches Klassen-Objekt repräsentiert dann möglichst vollständig das Objekt in der Umgebung der mobilen Plattform, das die Ultraschallpulse reflektiert hat. Ein solches Klassen-Objekt kann dann in folgenden Verfahren verwendet werden, um mit anderen Fusions-Objekten, die mit anderen Sensorverfahren bestimmt wurden, fusioniert zu werden.
• Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die jeweiligen Eigenschaften räumlich geometrische Eigenschaften und/oder zeitliche Eigenschaften und/oder Klassifikations-Eigenschaften und/oder Kombinationen dieser Eigenschaften umfassen.
  Da die einzelnen Schritte des Verfahrens aufeinander aufbauen, kann über die möglichst genaue Charakterisierung von Eigenschaften sowohl der Ultraschallsignale als auch der Reflexpunkte als auch der Cluster das Generieren der Objektrepräsentation verbessert werden und weniger störanfällig sein.
• Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine Cluster für das Generieren der Objektrepräsentation klassifiziert wird.
  Beispiele für eine solche Klassifikation eines Clusters kann die Lage der Reflexpunkte in dem Cluster zueinander, die Anzahl von Reflexpunkten in dem jeweiligen Cluster, eine Lebensdauer des Clusters oder eine Bewegungsrichtung des Clusters, sein.
• Unabhängig davon, ob in einem vorherigen Verfahrensschritt Ultraschallsignale oder Reflexpunkte semantisch klassifiziert wurden, können die Cluster als Ganzes klassifiziert werden.
  Durch den zwischenzeitlich erfolgten Informationsgewinn kann diese Klassifikation feiner auf räumlich nah beieinander liegende Reflexpunkte reagieren, da die Reflexpunkte aufgrund ihrer zusätzlichen Informationen dediziert zu entsprechenden Clustern hinzugefügt wurden. Auch ein zeitliches Verfolgen des Clusters kann als weitere Information in die Klassifikation einfließen.
  Die Varianten in der Klassifikation sind vergleichbar zu den oben beschriebenen Klassifikationen, wobei ein Einbeziehen vorhandener Klassifikationsergebnisse der Ultraschallsignale bzw. der Reflexpunkte optional ist.
• Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das Cluster nach den Klassen: statisches Verhalten und/oder dynamisches Verhalten und/oder Verteilung der Reflexpunkte in dem Cluster und/oder Anzahl der Reflexpunkte in dem Cluster und/oder zeitliche Verfolgbarkeit des Clusters und/oder zeitliche Existenz des Clusters, klassifiziert wird, um Eigenschaften des Clusters zu bilden.
• Durch ein Klassifizieren des Clusters werden Eigenschaften des Clusters bestimmt, die das Generieren der Objektrepräsentation, wie oben beschrieben, verbessern.
• Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine Cluster für das Generieren der Objektrepräsentation über die Zeit getrackt wird.
• Ein zeitliches Verfolgen bzw. Tracken eines Clusters kann auch dann durchgeführt werden, wenn bei vorherigen Verfahrensschritten die Geschwindigkeit beispielsweise der Reflexpunkte nicht bestimmt wurde. Insbesondere kann sich die Geschwindigkeit des Clusters auf einen Schwerpunkt des Clusters beziehen oder alternativ oder zusätzlich können die Geschwindigkeiten der einen Cluster bildenden Reflexpunkte bestimmt werden und mit einer angepassten Mittelung eine Cluster-Geschwindigkeit bestimmt werden.
  Durch ein zeitliches Verfolgen der jeweiligen Cluster kann neben einer Bestimmung der Geschwindigkeit des Clusters auch dessen Bildung verbessert werden, da beispielsweise über die Lebensdauer des Clusters eine Aussage in Bezug auf die Qualität der Bestimmung des Clusters getroffen werden kann.
• Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Reflexpunkt für das Bilden des zumindest einen Clusters entsprechend den Eigenschaften des Reflexpunktes klassifiziert wird.
  Für eine solche Klassifikation kann beispielsweise betrachtet werden, wie viele Ultraschallsignale zur Bildung des Reflexpunktes beigetragen haben und/oder wie die Geschwindigkeit des Ultraschallsignals ist und/oder wie groß die Rückstreuamplitude der jeweiligen Ultraschallsignale ist, die zur Bildung des Reflexpunktes beigetragen haben, da beispielsweise ein Ultraschallsignal einer Person im Vergleich zu einer Wand eine geringe Amplitude des
  Ultraschallsignals aufweist.
  Wie schon oben erläutert wurde, können diese Meta-Informationen aus vorherigen Verfahrensschritten vor dem Generieren der Objektrepräsentation dieses Generieren verbessern und weniger störanfällig machen.
• Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Ultraschallsignal für das Bilden des zumindest einen Reflexpunktes klassifiziert wird.
• Die zu einem Messzeitpunkt aufgenommenen Ultraschallsignale können entsprechend ihrem Objekttyp klassifiziert werden. Diese Meta-Informationen können in späteren Verfahrensschritten verwendet werden.
• Beispiele für eine solche Klassifikation ist die Unterscheidung eines Cluttersignals, beispielsweise aufgrund von rauem Boden, von einem Objekt und/oder eine Unterscheidung von einem beweglichen bzw. unbeweglichen Oberfläche eines Objektes, z.B. die Unterscheidung von einem reflektierenden Auto von einer Hecke. Dabei hat eine Hecke mit Windböen eine andere Konstanz bei aufeinanderfolgenden Messungen als ein anderes Signal bei einem festen Hindernis, da die Position der Hecke ein wenig variiert. Oder eine Unterscheidung von einem Objekt, das in Bewegung bzw. in Ruhe ist, sowie einer Bewegung eines bewegten Objekts im Vergleich zur mobilen Plattform unter Berücksichtigung von Eigenbewegungsinformationen der mobilen Plattform.
  Darüber hinaus kann eine semantische Klassifikation anhand einer detaillierten Liste mit Einträgen wie einem Auto, einem Zweirad, einem Fußgänger, einem Bordstein, einem Zaun, Vegetation, und weiteren erfolgen. Dies kann entsprechend für die Reflexpunkte durchgeführt werden.
  Die Informationen aus der Klassifikation der Ultraschallsignale kann u.a. dazu verwendet werden, um die Echos für die Reflexpunkt-Bildung zu gruppieren. Denn ein Reflexpunkt, der von einem Fußgänger stammt, sollte im Idealfall nur unter Verwendung solche Ultraschallsignale trilateriert werden, die auch als Fußgänger klassifiziert sind. Somit wird durch eine solche Klassifikation der Ultraschallsignale das Generieren der Objektrepräsentation verbessert.
• Wie schon oben erläutert wurde, können diese Meta-Informationen aus vorherigen Verfahrensschritten vor dem Generieren der Objektrepräsentation dieses Generieren verbessern und weniger störanfällig machen.
• Es wird ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgeschlagen, bei dem basierend auf einer generierten Objektrepräsentation eines Objekts ein Steuersignal zur Ansteuerung eines zumindest teilautomatisierten Fahrzeugs bereitgestellt wird; und/oder basierend auf einer generierten Objektrepräsentation eines Objekts ein Warnsignal zur Warnung eines Fahrzeuginsassen bereitgestellt wird. Der Begriff „basierend auf“ ist in Bezug auf das Merkmal, dass ein Steuersignal basierend auf einer generierten Objektrepräsentation eines Objekts bereitgestellt wird, breit zu verstehen. Er ist so zu verstehen, dass zumindest eine Objektrepräsentation für jedwede Bestimmung oder Berechnung eines
  Steuersignals herangezogen wird, wobei das nicht ausschließt, dass auch noch andere Eingangsgrößen für diese Bestimmung des Steuersignals herangezogen werden. Dies gilt entsprechend für die Bereitstellung eines Warnsignals.
• Gemäß einem Aspekt wird eine Vorrichtung angegeben, die eingerichtet ist, eines der oben beschriebenen Verfahren durchzuführen. Mit einer solchen Vorrichtung kann das entsprechende Verfahren leicht in unterschiedliche Systeme integriert werden.
• Gemäß einem Aspekt wird ein Computerprogramm angegeben, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, eines der oben beschriebenen Verfahren auszuführen. Ein solches Computerprogramm ermöglicht den Einsatz des beschriebenen Verfahrens in unterschiedlichen Systemen.
• Es wird ein maschinenlesbares Speichermedium angegeben, auf dem das oben beschriebene Computerprogramm gespeichert ist. Mittels eines solchen maschinenlesbaren Speichermediums ist das oben beschriebene Computerprogramm transportabel.
• Unter einer mobilen Plattform kann ein zumindest teilweise automatisiertes System verstanden werden, welches mobil ist, und/oder ein Fahrerassistenzsystem. Ein Beispiel kann ein zumindest teilweise automatisiertes Fahrzeug bzw. ein Fahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem sein. Das heißt, in diesem Zusammenhang beinhaltet ein zumindest teilweise automatisiertes System eine mobile Plattform in Bezug auf eine zumindest teilweise automatisierte Funktionalität, aber eine mobile Plattform beinhaltet auch Fahrzeuge und andere mobile Maschinen einschließlich Fahrerassistenzsysteme. Weitere Beispiele für mobile Plattformen können Fahrerassistenzsysteme mit mehreren Sensoren, mobile Multisensor-Roboter, wie z.B. Roboterstaubsauger oder Rasenmäher, ein Multisensor-Überwachungssystem, eine Fertigungsmaschine, ein persönlicher Assistent oder ein Zugangskontrollsystem sein. Jedes dieser Systeme kann ein vollständig oder teilweise automatisiertes System sein.
• Hintergrund der vorliegenden Erfindung
• Als Hintergrund der vorliegenden Erfindung und um den Fachmann zur praktischen Umsetzung zu befähigen wird nachfolgend allgemein ein Verfahren zur Bestimmung einer Geschwindigkeit eines Objektes mit einem Ultraschallpuls, ein entsprechendes Verfahren zur Bereitstellung eines Steuersignals, eine darauf bezogene Vorrichtung sowie ein darauf bezogenes Computerprogramm und maschinenlesbares Speichermedium erläutert.
• Sowohl für Fahrassistenz-Systeme, aber auch insbesondere im Bereich des zumindest teilautomatisierten Fahrens, ist es wichtig im Nahbereich eines Fahrzeugs relevante Objekte, wie z.B. andere Verkehrsteilnehmer nämlich Fußgänger, Fahrradfahrer, PKW, LKW etc. oder mögliche Hindernisse wie einen Zaun, Pfeiler, Wand etc. zu erkennen, um Kollisionen zu vermeiden. Darüber hinaus muss das System eingerichtet sein, stets gemäß der Gesetzgebung reagieren zu können.
• Für diesen Nahbereich werden in aktuellen Ultraschall-Systemen die Laufzeiten bzw. Ultraschall-Echos von Ultraschallpulsen zwischen Sender, Reflexionsort und Empfänger gemessen. Ein Ultraschallsensor kann dabei in ein und demselben Messzyklus gleichzeitig Sender und Empfänger sein. Mittels einer geeigneten Kombination bzw. Tri- oder Multilateration mehrerer solcher Ultraschall-Echos lassen sich die räumlichen Koordinaten von Reflexpunkten des reflektierenden Objektes bestimmen. Sind die sendenden bzw. empfangenden Ultraschall-Sensoren nicht nur in einem horizontalen Sensor-Array sondern zusätzlich vertikal zueinander angeordnet, können neben x- und y-Positionen auch z-Koordinaten, also eine Höheninformation, bestimmt werden.
• Typischerweise werden in heutigen Fahrassistenz- und Einpark-Systemen die Ultraschallsensoren bzw. Ultraschallwandler vornehmlich horizontal zueinander verbaut und die resultierenden x- und y-Positionsdaten bislang nur verwendet, um entweder mögliche Hindernisse zu detektieren oder aber anhand des Fahrzeugumfeldes ein Parkmanöver zu berechnen. Neben diesen Positionsdaten stehen dem System aber keine weiteren Informationen z.B. zur Geschwindigkeit der detektierten Objekte zur Verfügung.
• Somit wird typischerweise eine statische Umgebung vorausgesetzt bzw. eine potentielle Eigenbewegung der reflektierenden Objekte vernachlässigt, d.h. alle detektierten Objekte werden mangels Alternativen als bewegungslos angenommen.
  Zur Geschwindigkeitsbestimmung mittels Ultraschall-Signalen wäre es möglich, Ultraschall-Signale mittels einer zeitlichen Analyse, basierend auf zwei zusammengehörigen, zeitlich aufeinanderfolgenden Ultraschallsignalen zu einem Ultraschallsignal-Paar zu kombinieren, um so auf eine Relativgeschwindigkeit schließen zu können. Aufgrund von häufig bei diesem Analyse-Verfahren auftretenden Mehrdeutigkeiten bzw. Falschberechnungen, ist dieser Ansatz aber nicht praktikabel und verlässlich genug um im Straßenverkehr eingesetzt zu werden.
• Hier wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Geschwindigkeit eines Objektes mit einem Ultraschallpuls, ein Verfahren zur Bereitstellung eines Steuersignals, eine Vorrichtung, ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche beschrieben. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
• Das Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass durch ein auf einen Ultraschallwandler hin- bzw. davon wegbewegtes Objekt, das einen Ultraschallpuls reflektiert, eine Dopplerverschiebung der Frequenz des Ultraschallpulses bewirkt wird. Insbesondere ergibt sich aufgrund des Dopplereffektes bei einer positiven Relativgeschwindigkeit eine Frequenzerhöhung und bei einer negativen Relativgeschwindigkeit eine Frequenzerniedrigung der empfangenden Ultraschall-Signale. Dieser Effekt kann genutzt werden, um die Geschwindigkeit des betreffenden Objektes relativ zum empfangenden Sensor zu bestimmen.
• In diesem Teil der Beschreibung ist die Abfolge von Verfahrensschritten so dargestellt, dass das Verfahren leicht nachvollziehbar ist. Der Fachmann wird aber erkennen, dass viele der Verfahrensschritte auch in einer anderen Reihenfolge durchlaufen werden können und zu dem gleichen Ergebnis führen. In diesem Sinne kann die Reihenfolge der Verfahrensschritte entsprechend geändert werden und ist somit auch offenbart.
• Es wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Geschwindigkeit eines Objektes mit einem Ultraschallpuls mit den folgenden Schritten beschrieben. In einem ersten Schritt wird der Ultraschallpuls mit einem ersten Ultraschallwandler ausgesendet, wobei der Ultraschallpuls einen definierten Signalverlauf aufweist. In einem weiteren Schritt wird ein Ultraschallsignal mit einem zweiten Ultraschallwandler empfangen. In einem weiteren Schritt wird eine frequenzmäßige Kreuzkorrelation des Ultraschallsignals mit einem Filtersignal berechnet, das mit dem definierten Signalverlauf zumindest teilweise korreliert. In einem weiteren Schritt wird eine Frequenzverschiebung zwischen dem Filtersignal und dem empfangenen Ultraschallsignal mittels eines Ergebnisses der berechneten Kreuzkorrelation bestimmt. In einem weiteren Schritt wird die Geschwindigkeit des Objektes, das den ausgesendeten Ultraschallpuls reflektiert hat, mittels der bestimmten Frequenzverschiebung bestimmt.
• Dabei ist der Ultraschallpuls mit dem definierten Signalverlauf ein von dem Ultraschallwandler in Richtung auf möglicherweise Ultraschall reflektierende Objekte ausgesendetes Schallsignal mit einer Frequenz im Bereich des Ultraschalls, wobei der Signalverlauf in Bezug auf einen zeitlichen und frequenzmäßigen Verlauf definiert ist.
  Der Signalverlauf des Ultraschallpulses ist auf den Verlauf des Filtersignals abgestimmt, um mittels der frequenzmäßigen Kreuzkorrelation ein eindeutiges Ergebnis in Bezug auf eine Frequenzverschiebung des ausgesendeten Ultraschallpulses im Verhältnis zum empfangenden Ultraschallsignal bestimmen zu können.
  Der definierte Signalverlauf kann dabei insbesondere eine solche zeitliche Änderung und/oder eine solche zeitliche Änderung der Frequenz aufweisen, dass sich bei der Berechnung der zeitlichen und frequenzmäßigen Kreuzkorrelation des Ultraschallsignals mit dem Filtersignal ein eindeutiges Maximum in Bezug auf die zeitliche und frequenzmäßige Kreuzkorrelation ergibt.
• Insbesondere kann der erste Ultraschallwandler gleich dem zweiten Ultraschallwandler sein, da typischerweise die Ultraschallwandler sowohl als Sender als auch als Empfänger von Ultraschall geeignet ist und ein empfangenes Ultraschall-Signal in elektrische Signale umsetzen kann, die dann weiter ausgewertet werden können. Der Ultraschallpuls kann aber auch von einem oder mehreren Ultraschallwandlern gleichzeitig ausgesendet werden und von einer Vielzahl von identischen oder zusätzlichen Ultraschallwandlern detektiert bzw. empfangen werden.
• Eine relative Geschwindigkeit v_rel des Objektes, das den ausgesendeten Ultraschallpuls mit der Frequenz f_USP reflektiert hat, zu dem empfangenen Ultraschallwandler, der das Ultraschallsignal mit der Frequenz f_USE empfängt, kann auf Grund der Dopplerverschiebung entsprechend dem mathematisch physikalischen Zusammenhang folgendermaßen berechnet werden: $${\text{f}}_{\text{USE}}={\text{f}}_{\text{USP}}*\left({\text{c}}_{\text{s}}+{\text{v}}_{\text{rel}}\right)\text{/}\left({\text{c}}_{\text{s}}-{\text{v}}_{\text{rel}}\right)$$

  

  dabei ist c_s die Schallgeschwindigkeit.
• Vorteilhafterweise kann mit diesem Verfahren die Relativ-Geschwindigkeit des reflektierten Objektes als direkte Messgröße mittels der Frequenzverschiebung Δf für jedes Einzel-Echo zusätzlich erfasst werden und muss nicht über ein aufwendiges Tracking-Verfahren oder eine Echopaar-Gruppierungs-Analyse und den damit verbundenen Verzögerungszeiten, Mehrdeutigkeiten und/oder Fehlzuordnungen, hergeleitet werden.
• Generell messen Ultraschall-Systeme Laufzeiten eines gesendeten Ultraschallpulses von einem aussendenden Ultraschallwandler zum reflektierenden Objekt und zurück zu einem empfangenden Ultraschallwandler. Mit dem Verfahren kann also, zusätzlich zu den von Ultraschallsystemen gemessenen Daten wie z.B. Echodistanzen, Rückstreuwerte, Trace probability, etc., die Relativgeschwindigkeit des detektierten Objektes bestimmt werden.
• Insbesondere für ein mögliches Anwendungsgebiet im zumindest teilautomatisierten Fahren ist dieser Informationsgewinn von Vorteil, zumal dies auch ermöglicht das Fahrzeugumfeld deutlich differenzierter wahrzunehmen, da eine Unterscheidung zwischen statischem Objekt oder dynamischem Objekt mit konstanter Geschwindigkeit oder bzw. mit konstanter Beschleunigung und /oder „constant heading“, etc. ermöglicht wird. Somit kann mit Ultraschallsystemen mit diesem Verfahren das direkte Fahrzeugumfeld umfänglich erfasst werden und mögliche Hindernisse bzw. weitere Verkehrsteilnehmer sicher detektiert und lokalisiert werden.
• Somit ist die Geschwindigkeit eines reflektierenden Objektes bereits im ersten bzw. demselben Messschritt, also in Echtzeit vorhanden. Vorteilhafterweise ist so eine Unterscheidung der gemessenen Ultraschall-Objekte in Bezug auf ein statisches bzw. dynamisches Verhalten möglich.
  Darüber hinaus können zwei Ultraschallsignale bzw. Ultraschallechos, die zeitlich bisher nicht auflösbar waren, zusätzlich über das lokale Maximum der Kreuzkorrelation im Frequenz-Bereich separiert werden. D. h. durch die Frequenzverschiebung eines Ultraschallsignals gegenüber dem ausgesendeten Ultraschallpuls können zwei gleichzeitig empfangene Ultraschallsignale, wie beispielsweise von zwei Hindernissen in einer gleichen Entfernung, durch eine evtl. unterschiedliche Frequenzverschiebung aufgrund von ggf. unterschiedlichen Relativgeschwindigkeiten zum Ultraschallsystem getrennt werden.
• Mit diesem Informationsgewinn ist ein Fahrzeugumfeld deutlich differenzierter wahrzunehmen, da die identifizierten Objekte, die den Ultraschallpuls reflektieren, in Bezug auf statisches oder dynamisches Verhalten wie: konstante Geschwindigkeit; konstante Beschleunigung; „constant heading“; Bestimmung von Trajektorien, etc. unterschieden werden können.
• Insbesondere kann mittels zwei vom gleichen Sender/Empfänger-Paar von Ultraschallwandlern erzeugten, zeitlich aufeinanderfolgenden Ultraschallsignalen, bei bekannter Geschwindigkeit und bekannter Veränderung der Reflexpunkt-Distanz mit der Zeit, auf ein „constant heading“ geschlossen werden.
• Durch die bessere Zuordnung von empfangenen Ultraschallsignalen, die mit der Geschwindigkeitsinformation möglich ist, ergibt sich auch eine verbesserte Bestimmung der Reflexpunkte.
• Insbesondere führt eine von der Frequenzverschiebung unabhängige Ermittlung des Zeitpunkts und damit der Distanz des empfangenen Ultraschallsignals zu einer verbesserten Bestimmung der Reflexpunkte.
• Auch eine Echo-Auswahl kann durch die zusätzliche Information über die Geschwindigkeit des reflektierenden Objektes verbessert werden. Denn für die Bestimmung einer Position von (Multi-)Objekten, müssen die einzelnen empfangenen Ultraschallsignale miteinander kombiniert bzw. lateriert werden. Zur Einsparung von Rechenressourcen und zur Reduzierung der Komplexität werden zunächst physikalisch unrealistische Ultraschallsignal-Kombinationen ausgeschlossen. Zusätzlich zu der bisherigen geometrischen Betrachtung aufgrund von Entfernungswerten kann jetzt zusätzlich der Geschwindigkeitswert herangezogen werden. Dies ermöglicht es auch zwei zeitlich nahe beieinanderliegende Ultraschallsignale mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten sinnvoll zu separieren.
  Zusätzlich wird ermöglicht, den Reflexpunkten, aufgrund der Information über die Ultraschallsignale, Relativgeschwindigkeiten zuzuordnen.
• Weiterhin wird vorgeschlagen, dass eine zeitliche und frequenzmäßige Kreuzkorrelation des Ultraschallsignals mit dem Filtersignal berechnet wird.
• Eine solche zweidimensionale Korrelation, d. h. eine Kreuzkorrelation zwischen einem definierten Signalverlauf des Ultraschallpulses g und einem Filtersignal a, die sowohl im Zeit als auch im Frequenzbereich durchgeführt wird, kann mathematisch in folgender Weise berechnet werden: $$\left(g\ast h\right)\left(t_0,f_0\right)={\displaystyle \iint \overline{g\left(t,f\right)}h\left(t+t_0,f+f_0\right)dtdf={\displaystyle \iint \overline{g\left(t+t_0,f+f_0\right)}h\left(t,f\right)dtdf}}$$

  

  Entsprechend ergibt sich für eine Berechnung in diskreten Zeitschritten: $$\left(g\ast h\right)\left(t_0,f_0\right)={\displaystyle \sum _{t_0,f_0}\overline{g\left(t,f\right)}h\left(t+t_0,f+f_0\right)={\displaystyle \sum _{t_0,f_0}\overline{g\left(t+t_0,f+f_0\right)}h\left(t,f\right)}}$$

  

  Der definierte Signalverlauf kann dabei insbesondere eine solche zeitliche Änderung und/oder eine solche zeitliche Änderung der Frequenz aufweisen, dass bei der Berechnung der zeitlichen und frequenzmäßigen Kreuzkorrelation des Ultraschallsignals mit dem Filtersignal ein eindeutiges Maximum in Bezug auf die zeitliche und frequenzmäßige Kreuzkorrelation bestimmt werden kann. Mit anderen Worten wird das Filtersignal entsprechend einem ,matched filter‘ ausgesucht um eineindeutige Ergebnisse der Kreuzkorrelation zu erzielen, bzw. zu erreichen, dass Filtersignal und Ultraschallsignal zeitlich und in Frequenz genau übereinanderliegen können. Dazu muss das Filtersignal aber nicht die identische Form des ausgesendeten Ultraschallpulses aufweisen. Beispiele für solche definierte Signalverläufe des Ultraschallpulses sind eine einfache Frequenzrampe über der Zeit; ein Signalverlauf bei dem die Frequenz linear in der Zeit zunimmt (Up-Chirp) und wieder abnimmt (Down-Chirp); oder die umgekehrte Form, indem die Frequenz über der Zeit in einem ersten Zeitintervall beispielsweise linear abnimmt und dann linear wieder zunimmt. Auch ein zeitlich definierter Ultraschallpuls mit einer konstanten Frequenz über einen bestimmten Zeitraum kann verwendet werden, da die Korrelation sowohl in der Zeit als auch in der Frequenz bestimmt wird.
  Aus einer solchen zweidimensionalen Korrelation in der Zeit und in der Frequenz kann ein zweidimensionaler Plot der Werte der Korrelation über der Zeit und der Frequenz erstellt werden, der eine Vielzahl von Maxima aufweisen kann. Aus diesem Plot kann dann sowohl die Laufzeit eines Ultraschallpulses als auch eine Frequenzverschiebung des empfangenen Ultraschallsignals gegenüber dem ausgesendeten Ultraschallpuls abgelesen werden.
  Aus der Korrelation in der Zeit kann eine Entfernung ds eines reflektierenden Objektes vom Ultraschallwandler berechnet werden: $${\text{d}}_{\text{s}}={\text{c}}_{\text{s}}*\left({\text{t}}_{\text{D}}-{\text{t}}_{\text{0}}\right)\text{/}2$$

  
• Wobei c_s die Schallgeschwindigkeit ist und t_D der Zeitpunkt des Empfangens des Ultraschallsignals und t₀ der Zeitpunkt des Aussendens des Ultraschallpulses.
• Weiterhin wird vorgeschlagen, dass sich eine Frequenz des definierten Signalverlaufs zeitlich ändert.
  Durch diese zeitliche Änderung des Signalverlaufs kann das empfangene Ultraschallsignal definiert einem ausgesendeten Ultraschallpuls zugeordnet werden.
• Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der definierte Signalverlauf eine solche zeitliche Änderung und/oder eine solche zeitliche Änderung der Frequenz aufweist, dass sich bei der Berechnung der zeitlichen und frequenzmäßigen Kreuzkorrelation des Ultraschallsignals mit dem Filtersignal ein eindeutiges Maximum in Bezug auf die zeitliche und frequenzmäßige Kreuzkorrelation ergibt. Dadurch kann ein Ultraschallsignal mit einem Signalverlauf, der eine Veränderung der Frequenz über der Zeit aufweist, eindeutig einem ausgesendeten Ultraschallpuls zugeordnet werden.
• Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der erste Ultraschallwandler gleich dem zweiten Ultraschallwandler ist.
• Weiterhin wird vorgeschlagen, dass eine Laufzeit des Ultraschallpulses mittels einer Amplitude eines zeitlichen Anteils der berechneten zeitlichen und frequenzmäßigen Kreuzkorrelation zur Lokalisierung des Objektes, das den ausgesendeten Ultraschallpuls reflektiert hat, bestimmt wird.
  Durch die beschriebene zweidimensionale Kreuzkorrelation, die sowohl in der Zeit als auch in der Frequenz vorgenommen wird, kann die Laufzeit eines ausgesendeten Ultraschallpulses anhand des empfangenen Ultraschallsignals bestimmt werden und durch die zusätzliche frequenzmäßige Kreuzkorrelation können Ultraschallsignale, die von Objekten mit unterschiedlicher Geschwindigkeit reflektiert wurden, diskriminiert werden.
• Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Frequenzverschiebung des Ultraschallsignals verwendet wird, um dem Ultraschallsignal ein Objekt zuzuordnen.
  Wie schon oben beschrieben wurde, kann über den Dopplereffekt die Frequenzverschiebung auf einen Geschwindigkeitsunterschied zurückgeführt werden und somit ist es möglich Objekte mit unterschiedlicher Geschwindigkeit zu diskriminieren. Dies ermöglicht auch physikalisch unrealistische Kombinationen von Ultraschallsignalen zur Bestimmung von Reflexpunkten aufgrund der zusätzlichen Information über die Geschwindigkeit auszuschließen.
• Weiterhin wird vorgeschlagen, dass mittels der jeweiligen Frequenzverschiebung eines jeweiligen Ultraschallsignals eines Ultraschallpulses, das von einer Vielzahl von Ultraschallwandlern empfangen wird, die Geschwindigkeit eines Objektes bestimmt wird.
  Mittels der Information über die Geschwindigkeit des Ultraschallsignals von einem reflektierenden Objekt ist es somit möglich aus den laterierten Reflexpunkten, die einem Objekt zugeordnet werden können, die relative Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung einem Objekt zuzuordnen.
• Weiterhin wird vorgeschlagen, dass Reflexpunkte mittels Lateration aus einer Vielzahl von Ultraschallpulsen und einer Vielzahl von Ultraschallsignalen bestimmt werden und mittels der Frequenzverschiebung der jeweiligen Ultraschallsignale die Vielzahl von Ultraschallsignalen zur Bestimmung von Reflexpunkten gruppiert werden.
• Ultraschallsignale werden über Sensor-Arrays bzw. Arrays aus Ultraschallwandlern aufgezeichnet, die entweder vorne und/oder hinten und/oder seitlich an einem Fahrzeug montiert sein können. Generell messen die Sensoren von Ultraschall-Systemen die Laufzeiten eines ausgesendeten Ultraschallpulses von einem aussendenden Ultraschallwandler zum reflektierenden Objekt und zurück zu einem empfangenden Ultraschallwandler. Dabei kann der empfangende Ultraschallwandler identisch oder unterschiedlich zu dem aussendenden Ultraschallwandler sein.
  Wird ein reflektierter Ultraschallpuls von mehreren Ultraschallwandlern empfangen, kann durch Lateration der aus den Laufzeiten bestimmten Laufwege („Echos“) die Position des reflektierenden Objektes bestimmt werden. Darüber hinaus kann das Sensor-Array entweder ein- oder zweireihig in einer oberen und einer darunter angeordneten Reihe positioniert werden, woraus der Vorteil resultiert, dass neben einer Bestimmung einer x- und y-Position auch eine Bestimmung einer z-Position, also eine Höheninformation der Reflexionspunkte möglich ist.
• Wenn eine Vielzahl von Ultraschallpulsen ausgesendet wird und die einzelnen definierten Signalverläufe so gewählt sind, dass sie voneinander unterschieden werden können, können über den Empfang von Ultraschallsignalen, die insbesondere von einer Vielzahl von Ultraschallwandlern empfangen werden, und die Ultraschallwandler räumlich voneinander getrennt sind, Ultraschall-Reflexpunkte des reflektierenden Objektes räumlich bestimmt werden. Wenn dabei die Ultraschallwandler, die die Ultraschallsignale empfangen, sowohl horizontal als auch vertikal angeordnet sind, kann auch eine dreidimensionale Bestimmung der Reflexpunkte durchgeführt werden.
• Es wird ein Verfahren vorgeschlagen, das entsprechend dem Verfahren zur Bestimmung einer Geschwindigkeit eines Objektes eine Frequenzverschiebung bestimmt, und basierend auf der bestimmten Frequenzverschiebung ein Steuersignal zur Ansteuerung eines zumindest teilautomatisierten Fahrzeugs bereitgestellt wird. Alternativ oder zusätzlich wird vorgeschlagen, dass entsprechend dem Verfahren zur Bestimmung einer Geschwindigkeit eines Objektes eine Frequenzverschiebung bestimmt wird, und basierend auf der bestimmten Frequenzverschiebung ein Warnsignal zur Warnung eines Fahrzeuginsassen bereitgestellt wird.
• Der Begriff „basierend auf“ ist in Bezug auf das Merkmal, dass ein Steuersignal basierend auf einer bestimmten Frequenzverschiebung bereitgestellt wird, breit zu verstehen. Es ist so zu verstehen, dass die bestimmte Frequenzverschiebung für jedwede Bestimmung oder Berechnung eines Steuersignals herangezogen wird, wobei das nicht ausschließt, dass auch noch andere Eingangsgrößen für diese Bestimmung des Steuersignals herangezogen werden. Sinngemäß gilt das ebenso für das Warnsignal.
• Es wird eine Vorrichtung beschrieben, die eingerichtet ist, ein Verfahren wie es oben beschrieben ist, durchzuführen. Mit einer solchen Vorrichtung kann das Verfahren leicht in unterschiedliche Systeme integriert werden.
• Es wird ein Computerprogramm beschrieben, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, eines der oben beschriebenen Verfahren dieses Teils der Beschreibung auszuführen. Ein solches Computerprogramm ermöglicht den Einsatz des beschriebenen Verfahrens in unterschiedlichen Systemen.
• Es wird ein maschinenlesbares Speichermedium angegeben, auf dem das oben beschriebene Computerprogramm gespeichert ist.
• Die 2 und 3 werden im Folgenden näher erläutert.
  2 zeigt einen zeitlichen Verlauf eines ausgesendeten Ultraschallpulses 120, also einen definierten Signalverlauf, bei dem die Frequenz f des Ultraschallpulses 120 beginnend zum Zeitpunkt t_-1 linear von einem Wert fMIN mit der Zeit t bis zum Zeitpunkt t₀ auf einen Wert fMAX zunimmt und dann die Frequenz linear bis zum Zeitpunkt t₁ wieder auf den Wert fMIN abnimmt.
  In Folge des Dopplereffektes kann aus diesem Ultraschallpuls 120 ein in der Frequenz verschobenes Ultraschallsignal 110 resultieren, das in dem Diagramm 100 der 2 zusätzlich eingezeichnet ist. Da in diesem Beispiel der Verlauf der Frequenz des Ultraschallpulses 120 in Richtung auf höhere Frequenzen verschoben ist, bewegt sich das Objekt auf den empfangenden Ultraschallwandler zu.
  Ein mögliches Filtersignal 135 ist in dem Diagramm 130 gezeigt, das einen dem Ultraschallpuls entsprechenden Frequenzverlauf über der Zeit hat, was in dem Diagramm 130 durch eine Form des Frequenzverlaufs 135 über der Zeit, der dem Verlauf des Signals des Ultraschallpulses entspricht, angedeutet ist.
• In der 2 ist dadurch zu erkennen, dass eine zeitliche Kreuzkorrelation des Ultraschallsignals 110 mit dem Filtersignal 135 eine eindeutige Zuordnung des Ultraschallsignals 110 in der Zeit mit diesem definierten Signalverlauf des Ultraschallsignals ermöglicht. Aus diesem Bild ist abzulesen, dass eine zeitliche Kreuzkorrelation des Ultraschallsignals 110 mit dem Filtersignal 135 zum Zeitpunkt t₀ ein Maximum ausweisen würde.
• Die 3 skizziert ein mögliches Ergebnis einer zweidimensionalen Kreuzkorrelation in der Zeit und in der Frequenz. In dem Diagramm 210 ist das Ergebnis, d. h. der Wert, einer solchen Kreuzkorrelation über der Zeit t und über der Frequenz f aufgetragen. Dabei sind fünf Ultraschallsignale 211, 212, 213, 214, 215 zu erkennen, die jeweils ein Maximum 211m, 212m, 213m, 214m, 215m aufweisen, das für die Ultraschallsignale 212, 213, 214, 215 gegenüber einem Ultraschallsignal 211 von einem nicht bewegten statischen Objekte mit dem Maximum 211m bei der Frequenz f₀ verschoben ist. Das Maximum des Ultraschallsignals 211 von einem statischen Objekt liegt also hier bei einer Frequenz f_S, die der des ausgesendeten Ultraschallpulses f₀ entspricht. Die zwei nächsten Echo-Signale 212, 213 in der Mitte wurden von einem Objekt mit negativer Relativgeschwindigkeit reflektiert, woraus eine Frequenzabnahme resultiert. Die zwei rechten Echo-Signale 214, 215 rechts im Plot, wurden von einem Objekt mit positiver Relativgeschwindigkeit reflektiert und zeigen daher eine Frequenzerhöhung.
• Diese Frequenzverschiebung Δf ist für das Ultraschallsignal 212 in dem Diagramm 230 der 3 zur Verdeutlichung über dem Wert K_F der frequenzmäßigen Kreuzkorrelation als Projektion auf die Frequenzachse aufgetragen.
  Das Diagramm 220 der 3 skizziert entsprechend den Verlauf eines Wertes K_T einer Korrelation von Ultraschallsignalen mit dem Filtersignal, wobei die Laufzeiten t₂, t₃, t₄, t₅, t₆ der unterschiedlichen Ultraschallsignale 211, 212, 213, 214, 215 in eine Entfernung des Objektes von dem jeweiligen empfangenden Ultraschallwandler umgerechnet werden können. D.h. das Diagramm 220 zeigt eine Projektion des Ergebnisses der zweidimensionalen Kreuzkorrelation auf den Zeit-Bereich und das Diagramm 230 die Projektion auf den Frequenz-Bereich.
• Das bedeutet, dass mit diesem Verfahren zur Bestimmung einer Geschwindigkeit eines Objektes mit einem Ultraschallpuls ein Ultraschallpuls mit einem ersten Ultraschallwandler ausgesendet wird, der einen definierten Signalverlauf aufweist. Das von einem Objekt reflektierte Ultraschallsignal wird mit einem zweiten Ultraschallwandler, der identisch zu dem ersten Ultraschallwandler sein kann, empfangen. Durch eine frequenzmäßige Kreuzkorrelation des Ultraschallsignals mit dem Filtersignal, das mit dem definierten Signalverlauf zumindest teilweise korreliert, kann eine Frequenzverschiebung zwischen dem Filtersignal und dem empfangenen Ultraschallsignal wie beschrieben bestimmt werden. Die Geschwindigkeit des Objektes, das den Ultraschallpuls reflektiert hat kann dann entsprechend dem Dopplereffekt berechnet werden.
• Ausführungsbeispiele
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden mit Bezug auf die 1 bis 3 dargestellt und im Folgenden und in der vorhergehenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine Skizze eines Flussdiagramms von Verfahrensschritten zum Generieren von Objektpräsentationen von Objekten;
• 2 einen definierten Signalverlauf eines Ultraschallpulses und eines Ultraschallsignals, das in der Frequenz verschoben ist; und
• 3 einen Plot einer zweidimensionalen Kreuzkorrelation und Projektionen.
• Die 1 skizziert schematisch das Verfahren zum Generieren einer Objektrepräsentation von Objekten eine Umgebung einer zumindest teilautomatisierten mobilen Plattform, wie beispielsweise eines autonom fahrenden Fahrzeuges, mittels empfangener Ultraschallsignale.
  Die in einem ersten Schritt mittels zumindest einem Ultraschallwandler ausgesendeten zeitlich aufeinanderfolgenden Ultraschallpulse 110-1 können an Oberflächen des Objekts, von dem eine Objektrepräsentation generiert werden soll, reflektiert werden. Vor dem Verfahrensschritt S11 bzw. S12 werden Ultraschallsignale, die aus Reflexionen der Ultraschallpulse 110-1 an
  Oberflächen des Objektes resultieren, mittels zumindest einem einer Vielzahl von Ultraschallwandlern, empfangen.
  Die Ultraschallsignale, die aus den von diesen Oberflächen reflektierten Ultraschallpulsen resultieren, werden im Verfahrensschritt S11 optional für das
  Bilden zumindest eines Reflexpunktes klassifiziert, wie schon oben beschrieben wurde.
  Die Reflexpunkte werden mittels Lateration der Ultraschallsignale in dem Verfahrensschritt S12 bestimmt. Optional erfolgt anschließend im
  Verfahrensschritt S13 ein Klassifizieren zumindest eines Reflexpunktes für das
  Bilden des zumindest eines Clusters entsprechend den Eigenschaften des Reflexpunktes.
  Im Verfahrensschritt S14 wird eine Sequenz zeitlich aufeinanderfolgender Reflexpunkte akkumuliert, wie oben genau beschrieben wurde.
  Basierend auf Eigenschaften des zumindest einen Reflexpunktes wird im Schritt
  S15 des Verfahrens zumindest ein Cluster aus zumindest einem Reflexpunkt der Reflexpunkte, gebildet. In einem weiteren optionalen Schritt S16 wird der
  zumindest eine Cluster für das Generieren der Objektrepräsentation über die Zeit getrackt. In einem anschließenden optionalen Schritt S17 erfolgt ein Klassifizieren des zumindest einen Clusters für das Generieren der Objektrepräsentation.
  Die Objektrepräsentation wird im Schritt S18 generiert, indem dem zumindest
  einen Cluster eine geometrische Form entsprechend dem Objekt, wie weiter oben beschrieben wurde, zugeordnet wird.
  Ein Klassen-Objekt 120-1 kann mit der Objektrepräsentation gebildet werden, indem der Objektrepräsentation Meta-Informationen bezüglich Eigenschaften der Ultraschallsignale und/oder der Reflexpunkte und/oder des zumindest einen Clusters und/oder der Objektrepräsentation zugeordnet werden.

Claims (15)

1. Verfahren zum Generieren einer Objektrepräsentation von Objekten mittels empfangener Ultraschallsignale, mit den Schritten: Aussenden von zeitlich aufeinanderfolgenden Ultraschallpulsen (110-1); Empfangen von Ultraschallsignalen, die aus Reflexionen der Ultraschallpulse an Oberflächen des Objektes resultieren; Bestimmen von Reflexpunkten (S12) mittels Lateration der Ultraschallsignale; Akkumulieren einer Sequenz zeitlich aufeinanderfolgender Reflexpunkte (S14); Bilden zumindest eines Clusters (S15) aus zumindest einem Reflexpunkt der Reflexpunkte, basierend auf Eigenschaften des zumindest einen Reflexpunktes; Generieren der Objektrepräsentation (S18), indem dem zumindest einen Cluster eine geometrische Form entsprechend dem Objekt zugeordnet wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die bestimmten Reflexpunkte mit den jeweiligen die Reflexpunkte generierenden Ultraschallpulsen (110-1) assoziiert werden; und die Ultraschallpulse (110-1) in einer Abfolge von Sendecodes der Ultraschallpulse (110-1) ausgesendet werden; und nach einem vollständigen Durchlaufen der Abfolge wird die Objektrepräsentation aus dem zumindest einen Cluster mit einer Sequenz von resultierenden Reflexpunkten mit jedem folgenden neuen Sendecode der Abfolge von Sendecodes neu generiert.
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eigenschaft des zumindest einen Reflexpunktes durch zumindest einen Signalverlauf und/oder eine Anzahl von den Reflexpunkt bildenden Ultraschallsignalen und/oder eine räumliche und/oder eine zeitliche Charakterisierung der Reflexpunkte bestimmt wird.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eigenschaften des zumindest einen Reflexpunktes: eine Anzahl von den Reflexpunkt bildenden Ultraschallsignalen; und/oder eine Geschwindigkeit zumindest eines den Reflexpunkt bildenden Ultraschallsignals; und/oder einen Rückstreuwert zumindest eines den Reflexpunkt bildenden Ultraschallsignals; und/oder eine zeitliche Form zumindest eines den Reflexpunkt bildenden Ultraschallsignals; und/oder eine zeitliche Verteilung von den Reflexpunkt bildenden Ultraschallsignalen; und/oder eine Anzahl von Ultraschallwandler von den Reflexpunkt bildenden Ultraschallsignalen; und/oder eine Übereinstimmung von Klassifikationsergebnissen von den Reflexpunkt bildenden Ultraschallsignalen; und/oder eine Geschwindigkeit der Reflexpunkte; und/oder eine räumliche Charakterisierung der Reflexpunkte und/oder ein Klassifizierungsergebnis der Reflexpunkte, umfasst.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Klassen-Objekt ( 120-1) gebildet wird, indem der Objektrepräsentation Meta-Informationen bezüglich der Eigenschaften der Ultraschallsignale und/oder der Reflexpunkte und/oder des zumindest einen Clusters und/oder der Objektrepräsentation zugeordnet werden.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die jeweiligen Eigenschaften räumlich geometrische Eigenschaften und/oder zeitliche Eigenschaften und/oder Klassifikations-Eigenschaften und/oder Kombinationen dieser Eigenschaften umfassen.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Cluster für das Generieren der Objektrepräsentation klassifiziert wird (S17).
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei das Cluster nach den Klassen: statisches Verhalten und/oder dynamisches Verhalten und/oder Verteilung der Reflexpunkte in dem Cluster und/oder Anzahl der Reflexpunkte in dem Cluster und/oder zeitliche Verfolgbarkeit des Clusters und/oder zeitliche Existenz des Clusters, klassifiziert wird (S17), um Eigenschaften des Clusters zu bilden.
9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Cluster für das Generieren der Objektrepräsentation über die Zeit getrackt wird (S16).
10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Reflexpunkt für das Bilden des zumindest einen Clusters entsprechend den Eigenschaften des Reflexpunktes klassifiziert wird (S13).
11. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Ultraschallsignal für das Bilden des zumindest einen Reflexpunktes klassifiziert wird (S11).
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei basierend auf einer generierten Objektrepräsentation eines Objekts ein Steuersignal zur Ansteuerung eines zumindest teilautomatisierten Fahrzeugs bereitgestellt wird; und/oder basierend auf einer generierten Objektrepräsentation eines Objekts ein Warnsignal zur Warnung eines Fahrzeuginsassen bereitgestellt wird.
13. Vorrichtung, die eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen.
14. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.
15. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist.

Images