DE102020206935A1 - Vertical scan lidar - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lidar-Messvorrichtung (12) zum Detektieren eines Objekts (14) in einer Umgebung eines Fahrzeugs (10), mit: einem Sender (18) zum Aussenden eines Lichtsignals; einem Empfänger (20) zum Empfangen des Lichtsignals nach einer Reflexion an dem Objekt; einer 2D-Scannereinheit (22) zum Abtasten eines Sichtfelds (16) der Lidar-Messvorrichtung durch Ablenken des Lichtsignals; einer Kombinationseinheit (24) zum Überleiten des Lichtsignals vom Sender zu der 2D-Scannereinheit und zum Überleiten des Lichtsignals von der 2D-Scannereinheit zum Empfänger, wobei die 2D-Scannereinheit zum Abtasten des Sichtfelds in mehreren parallel zu einer Hochachse des Fahrzeugs verlaufenden Abtastlinien (30) ausgebildet ist. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein System und ein Verfahren zum Detektieren eines Objekts (14) in einer Umgebung eines Fahrzeugs (10).The present invention relates to a lidar measuring device (12) for detecting an object (14) in the vicinity of a vehicle (10), having: a transmitter (18) for emitting a light signal; a receiver (20) for receiving the light signal after reflection from the object; a 2D scanner unit (22) for scanning a field of view (16) of the lidar measuring device by deflecting the light signal; a combination unit (24) for transferring the light signal from the transmitter to the 2D scanner unit and for transferring the light signal from the 2D scanner unit to the receiver, the 2D scanner unit for scanning the field of view in several scan lines (30 ) is trained. The present invention also relates to a system and a method for detecting an object (14) in the vicinity of a vehicle (10).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lidar-Messvorrichtung zum Detektieren eines Objekts in einer Umgebung eines Fahrzeugs. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein System zum Detektieren eines Objekts in einer Umgebung eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug mit einer Lidar-Messvorrichtung und ein Verfahren zum Detektieren eines Objekts in einer Umgebung eines Fahrzeugs.The present invention relates to a lidar measuring device for detecting an object in the surroundings of a vehicle. The present invention further relates to a system for detecting an object in the vicinity of a vehicle and a vehicle with a lidar measuring device and a method for detecting an object in the vicinity of a vehicle.
Moderne Fahrzeuge (Autos, Transporter, Lastwagen, Motorräder etc.) verfügen über eine Vielzahl von Sensoren, die dem Fahrer Informationen zur Verfügung stellen und einzelne Funktionen des Fahrzeugs teil- oder vollautomatisiert steuern. Über Sensoren werden die Umgebung des Fahrzeugs sowie andere Verkehrsteilnehmer erfasst. Basierend auf den erfassten Daten kann ein Modell der Fahrzeugumgebung erzeugt werden und auf Veränderungen in dieser Fahrzeugumgebung reagiert werden.Modern vehicles (cars, vans, trucks, motorcycles, etc.) have a large number of sensors that provide the driver with information and control individual functions of the vehicle in a partially or fully automated manner. The surroundings of the vehicle and other road users are recorded via sensors. Based on the recorded data, a model of the vehicle environment can be generated and changes in this vehicle environment can be reacted to.
Ein wichtiges Sensorprinzip für die Erfassung der Umgebung ist dabei die Lidartechnik (light detection and ranging). Ein Lidarsensor basiert auf der Aussendung von Lichtsignalen und der Detektion des reflektierten Lichts. Mittels einer Laufzeitmessung kann ein Abstand zum Ort der Reflexion berechnet werden. Zudem ist die Ermittlung einer Relativgeschwindigkeit möglich. Hierbei können sowohl unmodulierte Pulse als auch frequenzmodulierte Signale (Chirps) verwendet werden (Frequency-Modulated-Continuous-Wave-Lidar, FMCW-Lidar). Durch eine Auswertung der empfangenen Reflexionen kann eine Detektion eines Ziels erfolgen. Hinsichtlich der technischen Realisierung des Lidarsensors wird zwischen scannenden und nichtscannenden Systemen unterschieden. Ein scannendes System basiert dabei zumeist auf Mikrospiegeln und einer Abtastung der Umgebung mit einem Lichtspot, wobei man von einem koaxialen System spricht, wenn der gesendete und empfangene Lichtpuls über denselben Mikrospiegel abgelenkt werden. Bei nichtscannenden Systemen sind mehrere Sende- und Empfangselemente statisch nebeneinanderliegend angeordnet (insb. sog. Focal Plane Array-Anordnung).Lidar technology (light detection and ranging) is an important sensor principle for capturing the surroundings. A lidar sensor is based on the emission of light signals and the detection of the reflected light. A distance to the point of reflection can be calculated by means of a transit time measurement. It is also possible to determine a relative speed. Both unmodulated pulses and frequency-modulated signals (chirps) can be used here (frequency-modulated continuous wave lidar, FMCW lidar). A target can be detected by evaluating the received reflections. With regard to the technical implementation of the lidar sensor, a distinction is made between scanning and non-scanning systems. A scanning system is mostly based on micromirrors and a scanning of the environment with a light spot, whereby one speaks of a coaxial system when the transmitted and received light pulses are deflected by the same micromirror. In non-scanning systems, several transmitting and receiving elements are arranged statically next to one another (especially so-called focal plane array arrangement).
In diesem Zusammenhang werden in der
Eine Herausforderung im Bereich der Fahrzeug-Lidarsensorik liegt in der Detektion von kleineren, dunklen und/oder weit entfernten Objekten, wobei besonders auf der Fahrbahn liegende Objekte relevant sind. Beispielsweise müssen Reifen, tote Tiere oder verlorene Ladungsteile möglichst bereits bei Entfernungen von über 100 m erfasst werden. Beispielsweise hat ein scannender Lidarsensor mit einer Auflösung bzw. einem Spotabstand von jeweils 0,1 ° in Horizontal- und Vertikalrichtung bereits Schwierigkeiten beim Detektieren eines auf der Straße liegenden Reifens in einem Abstand von 50 m, obwohl die Auflösung grundsätzlich ausreichend wäre. Dies ist dadurch bedingt, dass schwarze Objekte eine sehr geringe Reflektivität aufweisen und daher nur zuverlässig detektiert werden können, wenn sie vollständig von einem Lichtspot getroffen werden. Wenn der Reifen jedoch in eine Lücke im Detektionsgrid, also an eine Position zwischen zwei Zeilen von Lichtspots, fällt, gibt es nur anteilige Treffer und die reflektierte Lichtleistung reicht für eine Detektion nicht aus.One challenge in the field of vehicle lidar sensors is the detection of smaller, dark and / or distant objects, with objects lying on the roadway being particularly relevant. For example, tires, dead animals or lost items of cargo must be recorded as far as possible at distances of over 100 m. For example, a scanning lidar sensor with a resolution or a spot spacing of 0.1 ° in both horizontal and vertical directions already has difficulties in detecting a tire lying on the road at a distance of 50 m, although the resolution would be sufficient in principle. This is due to the fact that black objects have a very low reflectivity and can therefore only be reliably detected if they are completely hit by a light spot. However, if the tire falls into a gap in the detection grid, i.e. at a position between two rows of light spots, there are only partial hits and the reflected light power is not sufficient for detection.
Ausgehend hiervon stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, einen Ansatz zum zuverlässigen Detektieren von Objekten im Umfeld eines Fahrzeugs bereitzustellen. Insbesondere soll es ermöglicht werden, auf der Straße liegende Objekte im Bereich vor einem Fahrzeug mit hoher Zuverlässigkeit zu erfassen. Auch entfernte und/oder dunkle bzw. schwarze Objekte sollen möglichst zuverlässig erfasst werden. Based on this, the present invention has the task of providing an approach for the reliable detection of objects in the vicinity of a vehicle. In particular, it should be made possible to detect objects lying on the road in the area in front of a vehicle with high reliability. Even distant and / or dark or black objects should be detected as reliably as possible.
Zum Lösen dieser Aufgabe betrifft die Erfindung in einem ersten Aspekt eine Lidar-Messvorrichtung zum Detektieren eines Objekts in einer Umgebung eines Fahrzeugs, mit:
- einem Sender zum Aussenden eines Lichtsignals;
- einem Empfänger zum Empfangen des Lichtsignals nach einer Reflexion an dem Objekt;
- einer 2D-Scannereinheit zum Abtasten eines Sichtfelds der Lidar-Messvorrichtung durch Ablenken des Lichtsignals;
- einer Kombinationseinheit zum Überleiten des Lichtsignals vom Sender zu der 2D-Scannereinheit und zum Überleiten des Lichtsignals von der 2D-Scannereinheit zum Empfänger, wobei
- die 2D-Scannereinheit zum Abtasten des Sichtfelds in mehreren parallel zu einer Hochachse des Fahrzeugs verlaufenden Abtastlinien ausgebildet ist.
- a transmitter for emitting a light signal;
- a receiver for receiving the light signal after reflection from the object;
- a 2D scanner unit for scanning a field of view of the lidar measuring device by deflecting the light signal;
- a combination unit for transferring the light signal from the transmitter to the 2D scanner unit and for transferring the light signal from the 2D scanner unit to the receiver, wherein
- the 2D scanner unit is designed to scan the field of view in a plurality of scan lines running parallel to a vertical axis of the vehicle.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein System zum Detektieren eines Objekts in einer Umgebung eines Fahrzeugs, mit:
- zwei Lidar-Messvorrichtungen wie zuvor beschrieben, wobei
- zwei Sichtfelder der beiden Lidar-Messvorrichtungen orthogonal zu der Fahrzeug-Hochachse nebeneinander liegen und sich in einem gemeinsamen Winkelbereich überlappen; und
- der gemeinsame Bereich einen Azimutwinkel von 1° bis 5° umfasst.
- two lidar measuring devices as described above, wherein
- two fields of view of the two lidar measuring devices lie next to one another orthogonally to the vertical axis of the vehicle and overlap in a common angular range; and
- the common area comprises an azimuth angle of 1 ° to 5 °.
Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein der Lidar-Messvorrichtung entsprechend ausgebildetes Verfahren und ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen der Schritte des Verfahrens, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird, sowie ein Speichermedium, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, das, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, eine Ausführung des hierin beschriebenen Verfahrens bewirkt.Further aspects of the invention relate to a method embodied in accordance with the lidar measuring device and a computer program product with program code for performing the steps of the method when the program code is executed on a computer, as well as a storage medium on which a computer program is stored is executed on a computer, causes an execution of the method described herein.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können das System, das Fahrzeug, das Verfahren und das Computerprogrammprodukt entsprechend der für die Lidar-Messvorrichtung in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.Preferred embodiments of the invention are described in the dependent claims. It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention. In particular, the system, the vehicle, the method and the computer program product can be designed in accordance with the configurations described for the lidar measuring device in the dependent claims.
Es ist vorgesehen, dass die 2D-Scannereinheit der Lidar-Messvorrichtung für ein Abtasten des Sichtfelds in mehreren parallel zu einer Hochachse des Fahrzeugs verlaufenden Abtastlinien ausgebildet ist. Die Abtastlinien verlaufen also vertikal. Über einen Sender werden Lichtsignale ausgesendet. Diese Lichtsignale werden an allen Objekten innerhalb des Sichtfelds der Lidar-Messvorrichtung reflektiert. Dabei wird das Sichtfeld durch eine 2D-Scannereinheit abgetastet. Nach der Reflexion können die Lichtsignale mittels des Empfängers empfangen werden. Aus einer Auswertung der Reflexionen kann dann ein Detektieren der Objekte in der Umgebung erfolgen.It is provided that the 2D scanner unit of the lidar measuring device is designed to scan the field of view in a plurality of scan lines running parallel to a vertical axis of the vehicle. The scan lines are vertical. Light signals are sent out via a transmitter. These light signals are reflected on all objects within the field of view of the lidar measuring device. The field of view is scanned by a 2D scanner unit. After the reflection, the light signals can be received by the receiver. The objects in the vicinity can then be detected from an evaluation of the reflections.
Im Gegensatz zu bisherigen Ansätzen, bei denen das Sichtfeld der Lidar-Messvorrichtung in horizontal verlaufenden Abtastlinien abgetastet wurde, bietet die Abtastung in vertikal verlaufenden und parallel zur Hochachse des Fahrzeugs ausgerichteten Abtastlinien den Vorteil, dass liegende Objekte, die eine größere Ausdehnung in Horizontalrichtung als in Vertikalrichtung aufweisen, mit höherer Zuverlässigkeit detektiert werden können. Gerade Reifen oder andere Objekte, die auf der Fahrbahn liegen können, weisen oft in Horizontalrichtung, also in Richtung der Querachse des Fahrzeugs, eine höhere Ausdehnung auf. Um diese besser detektieren zu können, ist es vorteilhaft, in diese Vertikalrichtung mit höherer Auflösung abzutasten. Aktuelle Systeme tasten das Sichtfeld in mehreren parallel verlaufenden Linien ab. Insoweit sind eine langsame Richtung und eine schnelle Richtung vorgesehen, wobei die langsame Richtung orthogonal zu den Linien ausgerichtet ist. Die schnelle Richtung bietet meist die höhere Auflösung sowie bessere Möglichkeiten, die Auflösung dynamisch anzupassen. Wenn die Abtastlinien, also die schnelle Richtung, in Vertikalrichtung verlaufen, kann durch eine höhere Messfrequenz eine höhere Auflösung generiert werden. Objekte können mit hoher Zuverlässigkeit erfasst werden. Hierdurch wird es auch möglich, die Höhe von auf der Straße liegenden Objekten mit höherer Zuverlässigkeit zu ermitteln.In contrast to previous approaches in which the field of view of the lidar measuring device was scanned in horizontally running scanning lines, scanning in vertically running scanning lines parallel to the vertical axis of the vehicle offers the advantage that lying objects, which have a greater extent in the horizontal direction than in Have vertical direction can be detected with higher reliability. Tires or other objects that can lie on the roadway, in particular, often have a greater extent in the horizontal direction, that is to say in the direction of the transverse axis of the vehicle. In order to be able to detect these better, it is advantageous to scan with a higher resolution in this vertical direction. Current systems scan the field of vision in several parallel lines. To this extent, a slow direction and a fast direction are provided, the slow direction being oriented orthogonally to the lines. The fast direction usually offers the higher resolution as well as better options for dynamically adjusting the resolution. If the scan lines, i.e. the fast direction, run in the vertical direction, a higher measurement frequency can generate a higher resolution. Objects can be detected with high reliability. This also makes it possible to determine the height of objects lying on the road with greater reliability.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Lidar-Messvorrichtung eine Vertikal-Anpassungseinheit zum Anpassen einer Auflösung der Lidar-Messvorrichtung in einer Vertikalrichtung entlang der Hochachse des Fahrzeugs. Die Vertikal-Anpassungseinheit ist vorzugsweise zum Ansteuern des Senders, des Empfängers und/oder der 2D-Scannereinheit ausgebildet, um einen Bereich des Sichtfelds innerhalb einer aktuellen vertikalen Region-of-Interest mit einer ersten Auflösung abzutasten und einen Bereich außerhalb der vertikalen Region-of-Interest mit einer kleineren, zweiten Auflösung oder nicht abzutasten. Die Abtastung des Sichtfelds in parallel zur Hochachse des Fahrzeugs verlaufenden (vertikalen) Abtastlinien ermöglicht eine einfach umsetzbare Anpassung der Auflösung in dieser Richtung. Insbesondere kann die Frequenz des Auslesens je nach aktueller Position der 2D-Scannereinheit angepasst werden. Ebenfalls ist es möglich, die Abtastgeschwindigkeit durch eine schnellere Bewegung der 2D-Scannereinheit anzupassen. Hierdurch kann die Region-of-Interest, also der Bereich, der aktuell als besonders relevant erachtet wird, mit höherer Auflösung abgetastet werden. Insbesondere ist es möglich, einen Bereich, der die vor dem Fahrzeug verlaufende Fahrbahn umfasst, mit höherer Auflösung abzutasten und damit die Zuverlässigkeit bei der Erkennung von Objekten in diesem Bereich zu verbessern. Die Sicherheit bei der Erfassung von Objekten in der Umgebung und die Zuverlässigkeit werden verbessert.In a preferred embodiment, the lidar measuring device comprises a vertical adaptation unit for adapting a resolution of the lidar measuring device in a vertical direction along the vertical axis of the vehicle. The vertical adjustment unit is preferably designed to control the transmitter, the receiver and / or the 2D scanner unit in order to scan an area of the field of view within a current vertical region-of-interest with a first resolution and an area outside the vertical region-of -Interest with a smaller, second resolution or not to be sampled. The scanning of the field of view in (vertical) scanning lines running parallel to the vertical axis of the vehicle enables the resolution in this direction to be easily adapted. In particular, the reading frequency can be adapted depending on the current position of the 2D scanner unit. It is also possible to adjust the scanning speed by moving the 2D scanner unit more quickly. As a result, the region of interest, that is to say the area that is currently considered to be particularly relevant, can be scanned with a higher resolution. In particular, it is possible to scan an area that includes the lane running in front of the vehicle with a higher resolution and thus to improve the reliability in the detection of objects in this area. The security in the detection of objects in the vicinity and the reliability are improved.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Vertikal-Anpassungseinheit zum Anpassen der Auflösung der Lidar-Messvorrichtung in der Vertikalrichtung basierend auf einem vordefinierten Abweichungswinkel einer Montageposition der Lidar-Messvorrichtung an dem Fahrzeug ausgebildet. Ebenfalls ist es möglich, dass die Anpassung basierend auf einer Messung eines Nickwinkels des Fahrzeugs, vorzugsweise durch einen Initialsensor erfolgt. Weiterhin ist es möglich, dass die Anpassung basierend auf Kartendaten mit Informationen zu einem Verlauf einer Fahrbahn in einem Bereich vor dem Fahrzeug erfolgt. Zuletzt ist es möglich, dass die Anpassung basierend auf einem Abstand eines detektierten Objekts und einer Vertikalposition des detektierten Objekts innerhalb des Sichtfelds der Lidar-Messvorrichtung erfolgt. Durch die Anpassung je nach aktueller Situation bzw. je nach vordefinierten Parametern, kann eine höhere Zuverlässigkeit bei der Erkennung von Objekten im relevanten Bereich erreicht werden. Es wird ermöglicht, dass die vorhandene Rechenleistung bzw. In a preferred embodiment, the vertical adaptation unit is designed to adapt the resolution of the lidar measuring device in the vertical direction based on a predefined deviation angle of a mounting position of the lidar measuring device on the vehicle. It is also possible that the adaptation is based on a measurement of a pitch angle of the vehicle, preferably done by an initial sensor. Furthermore, it is possible for the adaptation to take place based on map data with information on the course of a roadway in an area in front of the vehicle. Finally, it is possible for the adaptation to take place based on a distance of a detected object and a vertical position of the detected object within the field of view of the lidar measuring device. By adapting depending on the current situation or depending on the predefined parameters, a higher level of reliability can be achieved in the detection of objects in the relevant area. It is made possible that the existing computing power or
Kommunikationsbandbreite optimal ausgenutzt wird. Weniger relevante Bereiche werden mit geringerer Auflösung oder gar nicht abgetastet. Einerseits können hierdurch feststehende Abweichungen, wie beispielsweise eine konstante Abweichung (Bias) aufgrund einer ungenauen Montage der Lidar-Messvorrichtung an dem Fahrzeug oder auch variable Abweichungen, wie beispielsweise bei Brems- und Beschleunigungsvorgängen kompensiert werden. Der relevante Bereich wird mit optimierter Auflösung abgetastet.Communication bandwidth is optimally used. Less relevant areas are scanned with a lower resolution or not at all. On the one hand, fixed deviations, such as a constant deviation (bias) due to imprecise mounting of the lidar measuring device on the vehicle, or variable deviations, such as braking and acceleration processes, can be compensated for. The relevant area is scanned with optimized resolution.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Lidar-Messvorrichtung eine Horizontal-Anpassungseinheit zum Anpassen einer Auflösung der Lidar-Messvorrichtung in einer Horizontalrichtung orthogonal zu der Hochachse des Fahrzeugs. Die Horizontal-Anpassungseinheit ist vorzugsweise zum Ansteuern des Senders, des Empfängers und/oder der 2D-Scannereinheit ausgebildet. Es ist zusätzlich oder alternativ möglich, auch eine Anpassung der Auflösung in Horizontalrichtung, also parallel zur Querachse des Fahrzeugs, vorzunehmen. Hierzu kann ebenfalls eine Ansteuerung der verschiedenen Komponenten der Lidar-Messvorrichtung erfolgen. Insbesondere ist es möglich, dass ein Abstand zwischen den einzelnen Abtastlinien je nach zugeordneter Position in Horizontalrichtung angepasst wird. Vergleichbar wie bei der Anpassung in Vertikalrichtung kann ebenfalls die Zuverlässigkeit bei der Objektdetektion im relevanten Bereich verbessert werden.In a preferred embodiment, the lidar measuring device comprises a horizontal adaptation unit for adapting a resolution of the lidar measuring device in a horizontal direction orthogonal to the vertical axis of the vehicle. The horizontal adjustment unit is preferably designed to control the transmitter, the receiver and / or the 2D scanner unit. In addition or as an alternative, it is also possible to adjust the resolution in the horizontal direction, that is to say parallel to the transverse axis of the vehicle. For this purpose, the various components of the lidar measuring device can also be controlled. In particular, it is possible for a distance between the individual scan lines to be adapted depending on the assigned position in the horizontal direction. Similar to the adjustment in the vertical direction, the reliability of the object detection in the relevant area can also be improved.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Horizontal-Anpassungseinheit zum Anpassen eines Abstands zwischen den Abtastlinien basierend auf einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs ausgebildet. Vorzugsweise bedingt dabei eine höhere Geschwindigkeit einen geringeren Abstand (zwischen den Abtastlinien). Dadurch, dass bei höherer Geschwindigkeit eine Abtastung mit einem kleineren Winkel zwischen den Abtastlinien vorgenommen wird, kann ein schmalerer Bereich mit höherer Auflösung abgetastet werden. Dieser schmalere Bereich ist insbesondere dann relevant, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ohnehin so hoch ist, dass nur noch der reduzierte Abtastbereich erreichbar ist. Wenn in anderen Worten ohnehin unter normalen Umständen keine Kurve mehr gefahren werden kann, genügt eine Abtastung des erreichbaren, engeren Bereichs. Die Zuverlässigkeit bei der Objektdetektion kann verbessert werden.In a preferred embodiment, the horizontal adjustment unit is designed to adjust a distance between the scan lines based on a speed of the vehicle. A higher speed preferably requires a smaller distance (between the scan lines). Because a scan is carried out at a higher speed with a smaller angle between the scan lines, a narrower area can be scanned with a higher resolution. This narrower area is particularly relevant if the speed of the vehicle is so high anyway that only the reduced scanning area can be reached. In other words, if it is no longer possible to drive a curve under normal circumstances, it is sufficient to scan the achievable, narrower area. Object detection reliability can be improved.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die 2D-Scannereinheit zum Abtasten des Sichtfelds in mehreren Abtastlinien ausgebildet, die innerhalb eines ersten horizontalen Teilbereichs orthogonal zur Fahrzeug-Hochachse einen anderen Abstand voneinander aufweisen als außerhalb des ersten horizontalen Teilbereichs. Es ist möglich, dass die Auflösung in Horizontalrichtung dadurch angepasst wird, dass die Abtastlinien unterschiedliche Abstände voneinander aufweisen. Insbesondere können die Abtastlinien innerhalb von einem relevanten Bereich einen kleineren Abstand voneinander aufweisen als außerhalb dieses relevanten Bereichs. Hierdurch kann die Objektdetektion innerhalb eines relevanten Bereichs mit höherer Zuverlässigkeit durchgeführt werden.In a preferred embodiment, the 2D scanner unit is designed to scan the field of view in a plurality of scan lines which have a different distance from one another within a first horizontal sub-area orthogonal to the vertical axis of the vehicle than outside the first horizontal sub-area. It is possible for the resolution in the horizontal direction to be adapted in that the scan lines have different distances from one another. In particular, the scanning lines can have a smaller distance from one another within a relevant area than outside this relevant area. As a result, the object detection can be carried out with higher reliability within a relevant area.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die 2D-Scannereinheit als mikroelektromechanisches System, MEMS, ausgebildet und umfasst einen zweidimensional ansteuerbaren Mikrospiegel zum Ablenken des Lichtsignals. Durch die Verwendung eines MEMS kann eine schnelle Reaktionsgeschwindigkeit bei geringen Herstellungskosten erreicht werden. Es ergibt sich eine effiziente Fertigbarkeit. Eine Achse bewirkt eine Ablenkung des Lichtsignals parallel zur Hochachse des Fahrzeugs. Die andere Achse bewirkt eine Ablenkung parallel zur Querachse des Fahrzeugs.In a preferred embodiment, the 2D scanner unit is designed as a microelectromechanical system, MEMS, and comprises a two-dimensionally controllable micromirror for deflecting the light signal. By using a MEMS, a fast response speed can be achieved with low manufacturing costs. There is an efficient manufacturability. One axis deflects the light signal parallel to the vertical axis of the vehicle. The other axis causes a deflection parallel to the transverse axis of the vehicle.
In einer bevorzugten Ausgestaltung bewirkt eine Rotationsbewegung des Mikrospiegels bezüglich einer ersten Achse eine Ablenkung des Lichtsignals in Richtung der Hochachse des Fahrzeugs. Eine Rotationsbewegung des Mikrospiegels bezüglich einer zweiten Achse bewirkt eine Ablenkung des Lichtsignals in Richtung einer Querachse des Fahrzeugs. Der Mikrospiegel ist zum Ausführen einer schnelleren Bewegung bezüglich der ersten Achse und einer langsameren Bewegung bezüglich der zweiten Achse ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ ist ein Bewegungsumfang der Bewegung des Mikrospiegels bezüglich der ersten Achse größer als ein Bewegungsumfang der Bewegung des Mikrospiegels bezüglich der zweiten Achse. Durch die Ansteuerung des Mikrospiegels kann die spaltenweise Abtastung erreicht werden. Hierbei erfolgt üblicherweise ein schnelleres Schwingen in Richtung der Fahrzeug-Hochachse, sodass in dieser Vertikalrichtung eine Spalte abgetastet wird, bevor der Mikrospiegel in die nächste Spalte weiterbewegt wird. Es ergibt sich eine effiziente Implementierbarkeit.In a preferred embodiment, a rotational movement of the micromirror with respect to a first axis causes a deflection of the light signal in the direction of the vertical axis of the vehicle. A rotational movement of the micromirror with respect to a second axis causes a deflection of the light signal in the direction of a transverse axis of the vehicle. The micromirror is designed to carry out a faster movement with respect to the first axis and a slower movement with respect to the second axis. Additionally or alternatively, a range of motion of the movement of the micromirror with respect to the first axis is greater than a range of motion of the movement of the micromirror with respect to the second axis. By controlling the micromirror, column-by-column scanning can be achieved. In this case, there is usually a faster oscillation in the direction of the vertical axis of the vehicle, so that a column is scanned in this vertical direction before the micromirror is moved further into the next column. There is an efficient implementability.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Linienabstand zwischen den Abtastlinien zwischen 0,05 Grad und 0,15 Grad, vorzugsweise 0,1 Grad, vorgesehen. Dieser Linienabstand führt zu einer ausreichenden Auflösung, um eine zuverlässige Objektdetektion zu ermöglichen. Weiterhin können die anfallenden Daten mit ausreichender Geschwindigkeit verarbeitet werden, um eine Echtzeitobjekterkennung zu ermöglichen.In a preferred embodiment, a line spacing between the scanning lines of between 0.05 degrees and 0.15 degrees, preferably 0.1 degrees, is provided. This line spacing leads to sufficient resolution to enable reliable object detection. Furthermore, the resulting data can be processed with sufficient speed to enable real-time object recognition.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Sender zum kontinuierlichen Aussenden eines frequenzmodulierten Lichtsignals ausgebildet. Die Lidar-Messvorrichtung kann insoweit als frequenzmoduliertes kontinuierliches System (frequency-modulated continous wave) betrieben werden.In a preferred embodiment, the transmitter is designed to continuously transmit a frequency-modulated light signal. The lidar measuring device can be operated as a frequency-modulated continuous system (frequency-modulated continuous wave).
Ein Sichtfeld bzw. ein Sichtbereich der Lidar-Messvorrichtung entspricht einem von der Lidar-Messvorrichtung einsehbaren Bereich. Insbesondere ist das Sichtfeld durch eine Angabe eines Winkels in Vertikalrichtung (Elevationswinkel) und eines Winkels in Horizontalrichtung (Azimutwinkel) festgelegt. Eine vertikale Auflösung entspricht einer Auflösung in Vertikalrichtung innerhalb dieses Sichtfelds. Eine vertikale Auflösung kann insbesondere in Form eines Abtastwinkelinkrements angegeben sein. Ein Abtastwinkelinkrement entspricht insbesondere einem Zeilenabstand im Falle einer zeilenweisen Abtastung des Sichtfelds. Grundsätzlich ist unter einer Auflösung vorzugsweise eine Winkelangabe zwischen zwei benachbarten Zeilen bzw. Spalten bei der Abtastung des Sichtfelds durch die 2D-Scannereinheit in Horizontal- (horizontale Auflösung) bzw. Vertikalrichtung (vertikale Auflösung) zu verstehen. Ein horizontaler bzw. vertikaler Bereich bzw. eine horizontale/vertikale Region-of-Interest entspricht einem Aus- oder Abschnitt des Sichtfelds in der entsprechenden Richtung. Eine vertikale Region-of-Interest entspricht also beispielsweise einem Sichtfeldausschnitt innerhalb eines bestimmten Elevationswinkelbereichs. Eine Umgebung eines Fahrzeugs umfasst insbesondere einen von dem Fahrzeug aus sichtbaren Bereich im Umfeld des Fahrzeugs. Die Lidar-Messvorrichtung ist vorzugsweise eine koaxiale Lidar-Messvorrichtung, bei der die Signalpfade vom Sender bzw. zum Empfänger zwischen 2D-Scannereinheit und Kombinationseinheit koaxial verlaufen. Eine Abtastlinie entspricht einem Geradenabschnitt, entlang dessen mehrere Abtastpunkte angeordnet sind bzw. entlang dessen ein kontinuierliches Führen eines Licht- bzw. Laserstrahls erfolgt.A field of view or a field of view of the lidar measuring device corresponds to an area that can be seen by the lidar measuring device. In particular, the field of view is defined by specifying an angle in the vertical direction (elevation angle) and an angle in the horizontal direction (azimuth angle). A vertical resolution corresponds to a resolution in the vertical direction within this field of view. A vertical resolution can in particular be specified in the form of a scanning angle increment. A scanning angle increment corresponds in particular to a line spacing in the case of a line-by-line scanning of the field of view. Basically, resolution is preferably to be understood as an angle specification between two adjacent rows or columns when the field of view is scanned by the 2D scanner unit in the horizontal (horizontal resolution) or vertical direction (vertical resolution). A horizontal or vertical area or a horizontal / vertical region-of-interest corresponds to a cutout or section of the field of view in the corresponding direction. A vertical region of interest thus corresponds, for example, to a field of view section within a specific elevation angle range. The surroundings of a vehicle include, in particular, an area in the surroundings of the vehicle that is visible from the vehicle. The lidar measuring device is preferably a coaxial lidar measuring device in which the signal paths from the transmitter or to the receiver between the 2D scanner unit and the combination unit run coaxially. A scanning line corresponds to a straight line section along which a plurality of scanning points are arranged or along which a light or laser beam is continuously guided.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Lidar-Messvorrichtung in einer Seitenansicht und in einer Draufsicht; -
2 eine schematische Darstellung einer Lidar-Messvorrichtung; -
3 eine schematische Darstellung der Abtastung des Sichtfelds in mehreren parallel zu einer Hochachse des Fahrzeugs verlaufenden Abtastlinien; -
4 eine schematische Darstellung einer Anpassung der Abtastung in Horizontalrichtung; -
5 eine schematische Darstellung einer Anpassung der Abtastung in Horizontalrichtung durch Anpassen des Abstands zwischen den verschiedenen Abtastlinien; -
6 eine schematische Darstellung einer Anpassung der Abtastung des Sichtfelds in Vertikalrichtung; -
7 eine schematische Darstellung einer Abtastung durch eine Kombination von zwei Lidar-Messvorrichtungen; und -
8 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 a schematic representation of a vehicle with a lidar measuring device in a side view and in a top view; -
2 a schematic representation of a lidar measuring device; -
3 a schematic representation of the scanning of the field of view in several scanning lines running parallel to a vertical axis of the vehicle; -
4th a schematic representation of an adaptation of the scanning in the horizontal direction; -
5 a schematic representation of an adaptation of the scanning in the horizontal direction by adapting the distance between the different scan lines; -
6th a schematic representation of an adaptation of the scanning of the field of view in the vertical direction; -
7th a schematic representation of a scan by a combination of two lidar measuring devices; and -
8th a schematic representation of a method according to the invention.
In der
In der Darstellung der
In der
In der
Weiterhin umfasst die Lidar-Messvorrichtung
Weiterhin umfasst die Lidar-Messvorrichtung
In der Darstellung der
In der
In den
In der
In der
In der
Grundlage für die Anpassung in Vertikalrichtung kann dabei einerseits eine vordefinierte vertikale Region-of-Interest bzw. ein entsprechender Parameter sein, durch den beispielsweise eine Kalibrierung bezüglich einer Montageposition der Lidar-Messvorrichtung
In der
Es wird eine höhere Präzision in Richtung der Fahrzeug-Hochachse erreicht. Eine solche ist vorteilhaft für eine Distanzschätzung und eine Detektion von freien Bereichen. Die geringere Präzision in Richtung der horizontalen Achse bzw. in Richtung der Fahrzeug-Querachse ist weniger kritisch, da die wichtigste Entscheidung in dieser Dimension ohnehin nur eine Zuordnung ist, ob sich ein Objekt innerhalb der eigenen Fahrspur oder nicht befindet. Im dargestellten Beispiel kann die Überlappung mit der geringeren Auflösung zur Kalibrierung oder auch zur Verbesserung der Sicherheit verwendet werden.A higher precision is achieved in the direction of the vertical axis of the vehicle. This is advantageous for a distance estimation and a detection of free areas. The lower precision in the direction of the horizontal axis or in the direction of the transverse axis of the vehicle is less critical, since the most important decision in this dimension is only an assignment as to whether an object is located within its own lane or not. In the example shown, the overlap with the lower resolution can be used for calibration or also to improve safety.
In der
Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.The invention has been comprehensively described and explained with reference to the drawings and the description. The description and explanation are to be understood as an example and not restrictive. The invention is not limited to the disclosed embodiments. Other embodiments or variations will become apparent to those skilled in the art using the present invention and a careful analysis of the drawings, the disclosure, and the following claims.
In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Ein Element, eine Einheit, eine Schnittstelle, eine Vorrichtung und ein System können teilweise oder vollständig in Hard- und/oder in Software umgesetzt sein. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.In the claims, the words “comprising” and “having” do not exclude the presence of further elements or steps. The undefined article “a” or “an” does not exclude the presence of a plural. A single element or a single unit can perform the functions of several of the units mentioned in the patent claims. An element, a unit, an interface, a device and a system can be implemented partially or completely in hardware and / or in software. The mere mention of a few measures in several different dependent patent claims should not be understood to mean that a combination of these measures cannot also be used advantageously. Reference signs in the patent claims are not to be understood as restrictive.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- Fahrzeugvehicle
- 1212th
- Lidar-MessvorrichtungLidar measuring device
- 1414th
- Objektobject
- 1616
- SichtfeldField of view
- 1818th
- SenderChannel
- 2020th
- Empfängerrecipient
- 2222nd
- 2D-Scannereinheit2D scanner unit
- 2424
- KombinationseinheitCombination unit
- 2626th
- Vertikal-AnpassungseinheitVertical adjustment unit
- 2828
- Horizontal-AnpassungseinheitHorizontal adjustment unit
- 3030th
- AbtastlinieScan line
- 3232
- Fahrbahnroadway
- 3434
- HorizontlinieHorizon line
- 3636
- vertikale Region-of-Interestvertical region of interest
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- WO 2018/127789 A1 [0004]WO 2018/127789 A1 [0004]
Claims (14)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020206935.2A DE102020206935A1 (en) | 2020-06-03 | 2020-06-03 | Vertical scan lidar |
JP2021075275A JP2021193369A (en) | 2020-06-03 | 2021-04-27 | Vertical scan lidar |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020206935.2A DE102020206935A1 (en) | 2020-06-03 | 2020-06-03 | Vertical scan lidar |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102020206935A1 true DE102020206935A1 (en) | 2021-12-09 |
Family
ID=78605054
Family Applications (1)
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Citations (1)
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WO2018127789A1 (en) | 2017-01-03 | 2018-07-12 | Innoviz Technologies Ltd. | Lidar systems and methods for detection and classification of objects |
-
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- 2021-04-27 JP JP2021075275A patent/JP2021193369A/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018127789A1 (en) | 2017-01-03 | 2018-07-12 | Innoviz Technologies Ltd. | Lidar systems and methods for detection and classification of objects |
Also Published As
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JP2021193369A (en) | 2021-12-23 |
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