DE102020211306A1 - Cluster analysis of a point cloud - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Clusteranalysieren einer eine Umgebung eines Laufzeitsensors repräsentierende Punktwolke, umfassend die folgenden Schritte:Empfangen von Punktwolkesignalen, welche eine mehrere Punkte umfassende Punktwolke repräsentieren, welche eine mittels des Laufzeitsensors erfasste Umgebung des Laufzeitsensors repräsentiert, wobei den mehreren Punkten jeweils eine Pulscharakteristik von mittels des Laufzeitsensors detektierten von einer oder mehreren jeweiligen Flächen von Objekten in der Umgebung des Laufzeitsensors gestreuten Echopulsen zugeordnet ist, basierend auf welchen die mehreren Punkte ermittelt wurden,für zumindest einen Punkt der Punktwolke Ermitteln einer Raumlageinformation der dem zumindest einen Punkt entsprechende Fläche basierend auf der Pulscharakteristik des Echopulses des zumindest einen Punktes.Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung, einen Laufzeitsensor, ein Computerprogramm, ein maschinenlesbares Speichermedium und ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for cluster analysis of a point cloud representing an environment of a time-of-flight sensor, comprising the following steps: Receiving point-cloud signals, which represent a point cloud comprising a number of points, which represents an area around the time-of-flight sensor detected by means of the time-of-flight sensor, with the number of points each having a pulse characteristic of echo pulses detected by the runtime sensor and scattered by one or more respective areas of objects in the vicinity of the runtime sensor, on the basis of which the multiple points were determined,for at least one point of the point cloud, determining spatial position information of the area corresponding to the at least one point based on the pulse characteristic of the echo pulse of the at least one point.The invention further relates to a device, a transit time sensor, a computer program, a machine-readable storage medium and a force f vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Clusteranalysieren einer eine Umgebung eines Laufzeitsensors repräsentierende Punktwolke, eine Vorrichtung, einen Laufzeitsensor, ein Computerprogramm, ein maschinenlesbares Speichermedium und ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for cluster analysis of a point cloud representing an environment of a transit time sensor, a device, a transit time sensor, a computer program, a machine-readable storage medium and a motor vehicle.

Stand der TechnikState of the art

Die Offenlegungsschrift US 2018/0299552 A1 offenbart ein Lidar-System.The disclosure document US 2018/0299552 A1 discloses a lidar system.

Die Patentschrift EP 1 358 508 B1 offenbart ein Lidar-System.The patent specification EP 1 358 508 B1 discloses a lidar system.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist darin zu sehen ein Konzept zum effizienten Clusteranalysieren einer eine Umgebung eines Laufzeitsensors repräsentierende Punktwolke bereitzustellen.The object on which the invention is based is to be seen in the provision of a concept for efficient cluster analysis of a point cloud representing an environment of a time-of-flight sensor.

Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.This object is solved by means of the respective subject matter of the independent claims. Advantageous configurations of the invention are the subject matter of the dependent subclaims.

Nach einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Clusteranalysieren einer eine Umgebung eines Laufzeitsensors repräsentierende Punktwolke, umfassend die folgenden Schritte:

  • Empfangen von Punktwolkesignalen, welche eine mehrere Punkte umfassende Punktwolke repräsentieren, welche eine mittels des Laufzeitsensors erfasste Umgebung des Laufzeitsensors repräsentiert, wobei den mehreren Punkten jeweils eine Pulscharakteristik von mittels des Laufzeitsensors detektierten von einer oder mehreren jeweiligen Flächen von Objekten in der Umgebung des Laufzeitsensors gestreuten Echopulsen zugeordnet ist, basierend auf welchen die mehreren Punkte ermittelt wurden,
  • für zumindest einen Punkt der Punktwolke Ermitteln einer Raumlageinformation der dem zumindest einen Punkt entsprechende Fläche basierend auf der Pulscharakteristik des Echopulses des zumindest einen Punktes.
According to a first aspect, a method for cluster analysis of a point cloud representing an environment of a transit time sensor, comprising the following steps:
  • Receiving point cloud signals, which represent a point cloud comprising a number of points, which represents an environment of the time sensor detected by the time sensor, with the number of points each having a pulse characteristic of echo pulses detected by the time sensor and scattered by one or more respective surfaces of objects in the area around the time sensor is assigned, based on which the multiple points were determined,
  • for at least one point of the point cloud, determining spatial position information of the area corresponding to the at least one point based on the pulse characteristic of the echo pulse of the at least one point.

Nach einem zweiten Aspekt wird eine Vorrichtung bereitgestellt, welche eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens nach dem ersten Aspekt auszuführen.According to a second aspect, a device is provided which is set up to carry out all the steps of the method according to the first aspect.

Nach einem dritten Aspekt wird ein Laufzeitsensor bereitgestellt, welcher die Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt umfasst.According to a third aspect, a transit time sensor is provided which comprises the device according to the second aspect.

Nach einem vierten Aspekt wird ein Computerprogramm bereitgestellt, welches Befehle umfasst, die bei Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer, beispielsweise durch die Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt und/oder durch den Laufzeitsensor nach dem dritten Aspekt, diesen veranlassen, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt auszuführen.According to a fourth aspect, a computer program is provided which comprises instructions which, when the computer program is executed by a computer, for example by the device according to the second aspect and/or by the transit time sensor according to the third aspect, cause this to carry out a method according to the first aspect to execute.

Nach einem fünften Aspekt wird ein maschinenlesbares Speichermedium bereitgestellt, auf dem das Computerprogramm nach dem vierten Aspekt gespeichert ist.According to a fifth aspect, there is provided a machine-readable storage medium on which the computer program according to the fourth aspect is stored.

Nach einem sechsten Aspekt wird ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, umfassend die Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt oder den Laufzeitsensor nach dem dritten Aspekt.According to a sixth aspect, a motor vehicle is provided, comprising the device according to the second aspect or the runtime sensor according to the third aspect.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis und schließt diese mit ein, dass die obige Aufgabe dadurch gelöst wird, indem eine Pulscharakteristik des Echopulses verwendet wird, um eine Raumlageinformation einer Fläche eines Objekts in der Umgebung des Laufzeitsensors zu ermitteln, von welcher ein mittels des Laufzeitsensors ausgesendeter Puls reflektiert wurde und so zum Echopulse wurde. Es hat sich gezeigt, dass die Pulscharakteristik des Echopulses von einer Orientierung der Fläche relativ zum Laufzeitsensor abhängt. So bewirkt zum Beispiel eine Fläche, welche schräg zum Laufzeitsensor ausgerichtet, eine Pulsverbreiterung des Echopulses verglichen mit einer Fläche, welche frontal zum Laufzeitsensor ausgerichtet ist. Somit kann in vorteilhafter Weise eine Raumlageinformation der Fläche effizient ermittelt werden.The invention is based on and includes the knowledge that the above object is achieved in that a pulse characteristic of the echo pulse is used to determine spatial position information of a surface of an object in the vicinity of the time-of-flight sensor, from which a pulse was reflected and thus became an echo pulse. It has been shown that the pulse characteristic of the echo pulse depends on the orientation of the surface relative to the time-of-flight sensor. For example, a surface that is oriented at an angle to the transit time sensor causes the echo pulse to broaden compared to a surface that is oriented frontally to the transit time sensor. Spatial position information of the surface can thus be determined efficiently in an advantageous manner.

Somit wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass ein Konzept zum effizienten Clusteranalysieren einer eine Umgebung eines Laufzeitsensors repräsentierende Punktwolke bereitgestellt ist.Thus, in particular, the technical advantage is brought about that a concept for efficient cluster analysis of a point cloud representing an environment of a time-of-flight sensor is provided.

Eine Pulscharakteristik umfasst nach einer Ausführungsform eine Pulsbreite und/oder eine Pulsform.According to one embodiment, a pulse characteristic comprises a pulse width and/or a pulse shape.

Der Laufzeitsensor ist nach einer Ausführungsform eingerichtet, Pulse zur Abtastung der Umgebung in unterschiedlichen Raumrichtungen auszusenden und über eine Laufzeitmessung der jeweils zurückreflektierten Echopulse einen Abstand zur streuenden, insbesondere reflektierenden, Fläche oder Flächen eines Objekts zu bestimmen, also eine Laufzeitmessung durchzuführen.According to one embodiment, the transit time sensor is set up to emit pulses for scanning the environment in different spatial directions and to determine a distance from the scattering, in particular reflective, surface or surfaces of an object by measuring the transit time of the echo pulses reflected back, i.e. to carry out a transit time measurement.

Der Laufzeitsensor ist nach einer Ausführungsform einer der folgenden Sensoren: LiDAR-Sensor, Radarsensor und Ultraschallsensor.According to one embodiment, the transit time sensor is one of the following sensors: LiDAR sensor, radar sensor and ultrasonic sensor.

Bei einem LiDAR-Sensor ist der ausgesendete Puls ein Laserpuls, der auch als ein LiDAR-Puls bezeichnet werden kann. Der Echopuls kann als ein LiDAR-Echo bezeichnet werden.With a LiDAR sensor, the emitted pulse is a laser pulse, which can also be referred to as a LiDAR pulse. The echo pulse can be referred to as a LiDAR echo.

Bei einem Radarsensor ist der ausgesendete Puls ein Radarpuls. Der Echopuls kann als ein Radar-Echo bezeichnet werden.In the case of a radar sensor, the emitted pulse is a radar pulse. The echo pulse can be referred to as a radar echo.

Bei einem Ultraschallsensor ist der ausgesendete Puls ein Ultraschallpuls. Der Echopuls kann als ein Ultraschall-Echo bezeichnet werden.With an ultrasonic sensor, the emitted pulse is an ultrasonic pulse. The echo pulse can be referred to as an ultrasonic echo.

Der Laufzeitsensor ist nach einer Ausführungsform ein Laufzeitsensor für ein Kraftfahrzeug.According to one embodiment, the transit time sensor is a transit time sensor for a motor vehicle.

Die Raumlageinformation umfasst zum Beispiel eine Raumlage, insbesondere eine Orientierung der Fläche, insbesondere einen Rollwinkel, insbesondere einen Gierwinkel, insbesondere einen Nickwinkel.The spatial position information includes, for example, a spatial position, in particular an orientation of the surface, in particular a roll angle, in particular a yaw angle, in particular a pitch angle.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass für mehrere Punkte der Punktwolke eine jeweilige Raumlageinformation der entsprechenden Flächen ermittelt wird, wobei abhängig von der jeweiligen Raumlageinformation zumindest ein Flächencluster ermittelt wird, welchem zumindest einige der mehreren Punkte zugeordnet sind.In one embodiment it is provided that a respective spatial position information of the corresponding areas is determined for several points of the point cloud, wherein depending on the respective spatial position information at least one area cluster is determined, to which at least some of the several points are assigned.

Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass der Flächencluster effizient ermittelt werden kann. Insbesondere werden diejenigen Punkte der mehreren Punkte zu einem Flächencluster zugeordnet bzw. zusammengefasst, welche eine gleiche jeweilige Raumlageinformation aufweisen und/oder welche innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs eine gleiche jeweilige Raumlageinformation aufweisen.This brings about the technical advantage, for example, that the area cluster can be determined efficiently. In particular, those points of the plurality of points are assigned or combined to form a surface cluster which have the same respective spatial position information and/or which have the same respective spatial position information within a predetermined tolerance range.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Pulscharakteristik eine Startzeit und eine Endzeit umfasst, wobei für zwei unmittelbar benachbarte Punkte der Punktwolke die Endzeit des einen Punktes mit der Startzeit des anderen Punktes verglichen wird, wobei basierend auf dem Vergleich ermittelt wird, ob die zwei Punkte zwei verschiedenen durch eine Lücke getrennten Flächen entsprechen oder ob die zwei Punkte einer gemeinsamen durchgehenden Fläche entsprechen. Die Startzeit kann zum Beispiel über den 50%-Punkt einer steigenden Flanke des Echopulses definiert werden und die Endzeit als der 50%-Punkt einer fallenden Flanke des Echopulses. Die Prozentangaben beziehen sich auf das Maximum des Echopulses (100%).In one embodiment, it is provided that the pulse characteristic includes a start time and an end time, with the end time of one point being compared with the start time of the other point for two directly adjacent points in the point cloud, with it being determined based on the comparison whether the two points correspond to two different faces separated by a gap or whether the two points correspond to a common continuous face. For example, the start time can be defined as the 50% point of a rising edge of the echo pulse and the end time as the 50% point of a falling edge of the echo pulse. The percentages refer to the maximum of the echo pulse (100%).

Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass effizient ermittelt werden kann, ob zwischen den zwei Flächen eine Lücke oder ein Abstand vorgesehen ist oder ob die zwei Flächen unmittelbar einander angrenzen, also eine gemeinsame durchgehende Fläche bilden.This brings about the technical advantage, for example, that it can be efficiently determined whether a gap or a distance is provided between the two surfaces or whether the two surfaces directly adjoin one another, ie form a common continuous surface.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei einem Ermitteln von zwei Flächenclustern die zwei unmittelbar benachbarten Punkte derart festgelegt werden, dass der eine Punkt dem einen der zwei Flächencluster zugeordnet ist und dass der andere Punkt dem anderen der zwei Flächencluster zugeordnet ist, wobei, wenn die zwei Punkte einer gemeinsamen durchgehenden Fläche entsprechen, die zwei Flächencluster zu einem Objektcluster zusammengefasst werden.In one embodiment it is provided that when two area clusters are determined, the two immediately adjacent points are defined in such a way that one point is assigned to one of the two area clusters and that the other point is assigned to the other of the two area clusters, wherein if the two points correspond to a common continuous surface, the two surface clusters are combined into one object cluster.

Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass Flächen eines Objekts diesem effizient zugeordnet werden können.This brings about the technical advantage, for example, that surfaces of an object can be efficiently assigned to it.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Pulscharakteristik eine Startzeit und eine Endzeit umfasst, wobei für zwei unmittelbar benachbarte Punkte der Punktwolke die Endzeit des einen Punktes mit der Startzeit des anderen Punktes verglichen wird, wobei die Raumlageinformation basierend auf dem Vergleich ermittelt wird.One embodiment provides that the pulse characteristic includes a start time and an end time, with the end time of one point being compared with the start time of the other point for two directly adjacent points in the point cloud, with the spatial position information being determined based on the comparison.

Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Raumlageinformation effizient ermittelt werden kann. Insbesondere die Orientierung der Fläche relativ zum Laufzeitsensor kann so effizient ermittelt werden.This brings about the technical advantage, for example, that the position information can be determined efficiently. In particular, the orientation of the surface relative to the transit time sensor can be determined efficiently in this way.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass basierend auf der ermittelten Raumlageinformation der entsprechenden Fläche eine Bewegungsinformation des der entsprechenden Fläche zugehörigen Objekts ermittelt wird.In one embodiment it is provided that movement information of the object associated with the corresponding area is determined based on the determined spatial position information of the corresponding area.

Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Bewegungsinformation effizient ermittelt werden kann. Die Bewegungsinformation umfasst zum Beispiel eine Geschwindigkeit des Objekts und/oder eine Bewegungsrichtung des Objekts.This brings about the technical advantage, for example, that the movement information can be determined efficiently. The movement information includes, for example, a speed of the object and/or a direction of movement of the object.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Bewegung des Objekts basierend auf der ermittelten Bewegungsinformation prädiziert wird.One embodiment provides that a movement of the object is predicted based on the movement information determined.

Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Bewegung des Objekt effizient prädiziert werden kann.This brings about the technical advantage, for example, that the movement of the object can be efficiently predicted.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass einem ermittelten Flächencluster die ermittelte Raumlageinformation von einem der Punkte des Flächenclusters zugeordnet wird.In one embodiment it is provided that a determined surface cluster the determined Spatial position information is assigned from one of the points of the area cluster.

Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass der Flächencluster und somit auch das zugehörige Objekt basierend auf der zugeordneten Raumlageinformation effizient verfolgt, auf Englisch „getrackt“, werden kann. Weiter wird dadurch der technische Vorteil bewirkt, dass der Flächencluster effizient von einem anderen Flächencluster unterschieden werden kann.This brings about the technical advantage, for example, that the area cluster and thus also the associated object can be efficiently tracked based on the assigned spatial position information. Furthermore, this brings about the technical advantage that the area cluster can be efficiently distinguished from another area cluster.

Technische Funktionalitäten der Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt und/oder des Laufzeitsensors nach dem dritten Aspekt ergeben sich analog aus entsprechenden technischen Funktionalitäten des Verfahrens nach dem ersten Aspekt und umgekehrt. Vorrichtungsmerkmale und/oder Merkmale des Laufzeitsensors ergeben sich insbesondere aus entsprechenden Verfahrensmerkmalen und umgekehrt.Technical functionalities of the device according to the second aspect and/or of the transit time sensor according to the third aspect result analogously from corresponding technical functionalities of the method according to the first aspect and vice versa. Device features and/or features of the transit time sensor result in particular from corresponding method features and vice versa.

In einer Ausführungsform ist das Verfahren nach dem ersten Aspekt ein computerimplementiertes Verfahren.In one embodiment, the method according to the first aspect is a computer-implemented method.

In einer Ausführungsform wird das Verfahren nach dem ersten Aspekt mittels der Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt und/oder mittels des Laufzeitsensors nach dem dritten Aspekt ausgeführt bzw. durchgeführt.In one embodiment, the method according to the first aspect is carried out by means of the device according to the second aspect and/or by means of the transit time sensor according to the third aspect.

In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren nach dem ersten Aspekt ein Durchführen einer Laufzeitmessung mittels des Laufzeitsensors. Das Durchführen der Laufzeitmessung umfasst nach einer Ausführungsform ein Aussenden eines oder mehrerer Pulse. Das Durchführen der Laufzeitmessung umfasst nach einer Ausführungsform ein Detektieren eines oder mehrerer von einer oder mehreren Flächen von einem oder mehreren Objekten in der Umgebung des Laufzeitsensors gestreuten, insbesondere reflektierten, Echopulsen.In one embodiment, the method according to the first aspect includes carrying out a runtime measurement using the runtime sensor. According to one embodiment, carrying out the transit time measurement includes sending out one or more pulses. According to one embodiment, carrying out the transit time measurement includes detecting one or more echo pulses scattered, in particular reflected, from one or more surfaces of one or more objects in the vicinity of the transit time sensor.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Punktwolke mit dem ermittelten Flächencluster bzw. mit dem ermittelten Objektcluster versehen wird.In one embodiment it is provided that the point cloud is provided with the determined area cluster or with the determined object cluster.

Eine Fläche im Sinne der Beschreibung ist eine Begrenzungsfläche eines Objekts, insbesondere eines dreidimensionalen Objekts. Flächen eines Objekts begrenzen also das Objekt. Das Objekt ist also durch die Flächen, welche auch Seitenflächen genannt werden können, begrenzt. Die Flächen eines Objekts bilden eine Oberfläche des Objekts.A surface within the meaning of the description is a boundary surface of an object, in particular a three-dimensional object. Faces of an object thus delimit the object. The object is therefore delimited by the surfaces, which can also be called side surfaces. The faces of an object form a surface of the object.

Die Abkürzung „zumindest ein“ steht für „ein oder mehrere“.The abbreviation "at least one" stands for "one or more".

Die Abkürzung „bzw.“ steht für „beziehungsweise“. Der Begriff „beziehungsweise“ steht für „respektive“, was insbesondere für „und/oder“ steht.The abbreviation "bzw." stands for "respectively". The term “or” stands for “respective”, which stands for “and/or” in particular.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Clusteranalysieren einer eine Umgebung eines Laufzeitsensors repräsentierende Punktwolke,
  • 2 eine Vorrichtung,
  • 3 einen Laufzeitsensor,
  • 4 ein maschinenlesbares Speichermedium,
  • 5 eine Fläche in einer Umgebung eines LiDAR-Sensors,
  • 6 zwei Flächen in einer Umgebung eines LiDAR-Sensors,
  • 7 - 9 jeweils ein Objekt in einer Umgebung eines LiDAR-Sensors in unterschiedlichen Ausrichtungen zum LiDAR-Sensor,
  • 10 eine durchgehende Fläche in einer Umgebung eines LiDAR-Sensors,
  • 11 zwei nicht miteinander verbundene Flächen in einer Umgebung eines LiDAR-Sensors und
  • 12 ein Kraftfahrzeug.
Embodiments of the invention are shown in the drawings and explained in more detail in the following description. Show it:
  • 1 a flow chart of a method for cluster analysis of a point cloud representing an environment of a transit time sensor,
  • 2 a device
  • 3 a transit time sensor,
  • 4 a machine-readable storage medium,
  • 5 an area in an environment of a LiDAR sensor,
  • 6 two surfaces in an environment of a LiDAR sensor,
  • 7 - 9 one object each in an environment of a LiDAR sensor in different orientations to the LiDAR sensor,
  • 10 a continuous surface in an environment of a LiDAR sensor,
  • 11 two unconnected surfaces in an environment of a LiDAR sensor and
  • 12 a motor vehicle.

Im Folgenden können für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet werden.The same reference symbols can be used below for the same features.

1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Clusteranalysieren einer eine Umgebung eines Laufzeitsensors repräsentierende Punktwolke, umfassend die folgenden Schritte:

  • Empfangen 101 von Punktwolkesignalen, welche eine mehrere Punkte umfassende Punktwolke repräsentieren, welche eine mittels des Laufzeitsensors erfasste Umgebung des Laufzeitsensors repräsentiert, wobei den mehreren Punkten jeweils eine Pulscharakteristik von mittels des Laufzeitsensors detektierten von einer oder mehreren jeweiligen Flächen von Objekten in der Umgebung des Laufzeitsensors gestreuten Echopulsen zugeordnet ist, basierend auf welchen die mehreren Punkte ermittelt wurden,
  • für zumindest einen Punkt der Punktwolke Ermitteln 103 einer Raumlageinformation der dem zumindest einen Punkt entsprechende Fläche basierend auf der Pulscharakteristik des Echopulses des zumindest einen Punktes.
1 shows a flowchart of a method for cluster analysis of a point cloud representing an environment of a time-of-flight sensor, comprising the following steps:
  • Receiving 101 point cloud signals, which represent a point cloud comprising a number of points, which represents an environment of the time sensor detected by means of the time sensor, with the number of points each having a pulse characteristic of one or more respective surfaces of objects in the area around the time sensor, which are detected by the time sensor and scattered is associated with echo pulses, based on which the multiple points were determined,
  • for at least one point of the point cloud determining 103 spatial position information of the area corresponding to the at least one point based on the pulse characteristic of the echo pulse of the at least one point.

2 zeigt eine Vorrichtung 201, welche eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens nach dem ersten Aspekt auszuführen. 2 shows a device 201 which is set up to carry out all steps of the method according to the first aspect.

3 zeigt einen Laufzeitsensor 301, umfassend die Vorrichtung 201 gemäß dem zweiten Aspekt. 3 shows a transit time sensor 301 comprising the device 201 according to the second aspect.

In einer Ausführungsform ist der Laufzeitsensor einer der folgenden Sensoren: LiDAR-Sensor, Radarsensor und Ultraschallsensor.In one embodiment, the time-of-flight sensor is one of the following sensors: LiDAR sensor, radar sensor, and ultrasonic sensor.

4 zeigt ein maschinenlesbares Speichermedium 401, auf dem ein Computerprogramm 403 gespeichert ist. 4 shows a machine-readable storage medium 401 on which a computer program 403 is stored.

Das Computerprogramm 403 umfasst Befehle, die bei Ausführung des Computerprogramms 403 durch einen Computer, beispielsweise durch die Vorrichtung 201 und/oder durch den Laufzeitsensor 301, diesen veranlassen, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt auszuführen.The computer program 403 includes instructions which, when the computer program 403 is executed by a computer, for example by the device 201 and/or by the transit time sensor 301, cause this to carry out a method according to the first aspect.

5 zeigt einen Laufzeitsensor 501. In einer Umgebung des Laufzeitsensors 501 befindet sich ein Objekt 503. Das Objekt 503 ist bezogen auf den Laufzeitsensor 501 schräg zu diesem ausgerichtet. 5 shows a transit time sensor 501. There is an object 503 in the vicinity of the transit time sensor 501. The object 503 is aligned obliquely with respect to the transit time sensor 501.

Symbolisch durch mehrere Linien mit dem Bezugszeichen 505 sind beispielhafte Ausbreitungsrichtungen von Pulsen, welche mittels des Laufzeitsensors 501 ausgesendet werden, dargestellt.Exemplary propagation directions of pulses, which are transmitted by means of the propagation time sensor 501, are represented symbolically by several lines with the reference number 505.

Durch entsprechende Laufzeitmessungen unter Verwendung des Laufzeitsensors 501 wird eine Punktwolke 510 ermittelt beziehungsweise erzeugt, welche die Umgebung des Laufzeitsensors 501 repräsentiert.A point cloud 510 , which represents the surroundings of the transit time sensor 501 , is determined or generated by corresponding transit time measurements using the transit time sensor 501 .

Beispielhaft sind für diese Punktwolke 510 ein erster Punkt 507 und ein zweiter Punkt 509 gezeichnet, welche dem Objekt 503 zugeordnet sind.A first point 507 and a second point 509, which are assigned to the object 503, are drawn as an example for this point cloud 510.

Ein radialer Abstand zwischen dem ersten Punkt 507 und dem zweiten Punkt 509 ist mit einem Doppelpfeil mit dem Bezugszeichen 511 gekennzeichnet.A radial distance between the first point 507 and the second point 509 is identified by a double arrow with the reference number 511 .

6 zeigt einen im Wesentlichen analogen Sachverhalt zu dem in 5 gezeigten Sachverhalt. 6 shows a situation that is essentially analogous to that in 5 facts shown.

Als Unterschied ist hier in der Umgebung des Laufzeitsensors 501 ein erstes Objekt 601 und ist ein zweites Objekt 603 vorgesehen. Beide Objekte 601, 603 sind frontal zum Laufzeitsensor 501 ausgerichtet.As a difference, a first object 601 and a second object 603 are provided here in the vicinity of the transit time sensor 501 . Both objects 601, 603 are aligned frontally to the travel time sensor 501.

Die entsprechende Punktwolke ist in 6 mit dem Bezugszeichen 604 gekennzeichnet.The corresponding point cloud is in 6 denoted by reference numeral 604.

Beispielhaft umfasst die Punktwolke 604 einen ersten Punkt 605 und einen zweiten Punkt 607.For example, the point cloud 604 includes a first point 605 and a second point 607.

Der erste Punkt 605 ist dem ersten Objekt 601 zugeordnet. Der zweite Punkt 607 ist dem zweiten Objekt 603 zugeordnet.The first point 605 is associated with the first object 601 . The second point 607 is associated with the second object 603 .

Eine radiale Distanz zwischen dem ersten Punkt 605 und dem zweiten Punkt 607 ist mit einem Doppelpfeil mit dem Bezugszeichen 609 gekennzeichnet.A radial distance between the first point 605 and the second point 607 is marked with a double arrow with the reference number 609 .

Die radiale Distanz 511 zwischen dem ersten Punkt 507 und dem zweiten Punkt 509 gemäß 5 ist gleich der radialen Distanz 609 zwischen dem ersten Punkt 605 und dem zweiten Punkt 607 gemäß 6.The radial distance 511 between the first point 507 and the second point 509 according to FIG 5 is equal to the radial distance 609 between the first point 605 and the second point 607, respectively 6 .

Bekannte Clusteranalyseverfahren sehen vor, die ermittelte radiale Distanz mit einem Schwellenwert zu vergleichen, wobei gemäß den bekannten Clusteranalyseverfahren insbesondere vorgesehen ist, festzulegen, dass die entsprechenden Punkte zu einem gleichen Objekt gehören, wenn die entsprechende radiale Distanz kleiner oder kleiner-gleich dem Schwellenwert ist.Known cluster analysis methods provide for comparing the determined radial distance with a threshold value, with the known cluster analysis methods providing in particular for specifying that the corresponding points belong to the same object if the corresponding radial distance is less than or less than or equal to the threshold value.

Da aber in den 5 und 6 die entsprechende radiale Distanz zwischen den entsprechenden Punkten gleich ist, würden die bekannten Clusteranalyseverfahren nicht unterscheiden können, dass in 5 die beiden Punkte 507, 509 zu einem gemeinsamen Objekt 503 gehören, wohingegen die beiden Punkte 605, 607 zu unterschiedlichen Objekten 601, 603 gehören.But there in the 5 and 6 the corresponding radial distance between the corresponding points is the same, the known cluster analysis methods would not be able to distinguish that in 5 the two points 507, 509 belong to a common object 503, whereas the two points 605, 607 belong to different objects 601, 603.

Gemäß dem hier beschriebenen Konzept ist eine solche Unterscheidung aber in vorteilhafter Weise ermöglicht, was nachfolgend weiter erläutert wird.According to the concept described here, however, such a distinction is made possible in an advantageous manner, which will be explained in more detail below.

7 zeigt ein Objekt 700 umfassend eine Fläche 701, welche frontal zu einem Laufzeitsensor 501 ausgerichtet ist. 7 shows an object 700 comprising a surface 701, which is aligned frontally to a time-of-flight sensor 501.

Die Fläche 701 ist in vier Flächenabschnitte unterteilt: einen ersten Flächenabschnitt 703, einen zweiten Flächenabschnitt 705, einen dritten Flächenabschnitt 707 und einen vierten Flächenabschnitt 709.The surface 701 is divided into four surface sections: a first surface section 703, a second surface section 705, a third surface section 707 and a fourth surface section 709.

In dem ersten Flächenabschnitt 703 ist ein erster Punkt 711 eingezeichnet. In dem zweiten Flächenabschnitt 705 ist ein zweiter Punkt 713 eingezeichnet. In dem dritten Flächenabschnitt 707 ist ein dritter Punkt 715 eingezeichnet. In dem vierten Flächenabschnitt 709 ist ein vierter Punkt 717 eingezeichnet.A first point 711 is drawn in the first surface section 703 . A second point 713 is drawn in the second surface section 705 . A third point 715 is drawn in the third surface section 707 . A fourth point 717 is drawn in the fourth surface section 709 .

Die vier Punkte repräsentieren zum einen einen Ort, an welchem ein mittels des Laufzeitsensors 501 ausgesendeter Puls auftrifft und von diesem reflektiert wird zurück in Richtung Laufzeitsensor 501. Diese vier Punkte können also insbesondere Punkten einer Punktwolke entsprechen.On the one hand, the four points represent a location at which a pulse emitted by the transit time sensor 501 strikes and is reflected by it back in the direction of the transit time sensor 501. These four points can therefore correspond in particular to points in a point cloud.

Die vier Punkte 711, 713, 715, 717 weisen eine räumliche Ausdehnung auf, was symbolisieren soll, dass die ausgesendeten Pulse ebenfalls eine räumliche Ausdehnung aufweisen.The four points 711, 713, 715, 717 have a spatial extension, which is intended to symbolize that the transmitted pulses also have a spatial extension.

Bei den vier Punkten 711, 713, 715, 717 handelt es sich jeweils um unmittelbar benachbarte Punkte. Unmittelbar benachbarte Punkte bezeichnen Punkte, zwischen denen sich kein weiterer Punkt mehr befindet.The four points 711, 713, 715, 717 are each directly adjacent points. Directly adjacent points denote points between which there is no further point.

In 7 ist weiter eine Zeitachse 719 eingezeichnet, auf welcher die jeweiligen von den vier Punkten 711, 713, 715, 717 reflektierten Echopulse eingezeichnet sind.In 7 a time axis 719 is also drawn in, on which the respective echo pulses reflected by the four points 711, 713, 715, 717 are drawn.

Insofern ist auf der Zeitachse 719 ein erster Echopuls 721 eingezeichnet, welcher vom ersten Punkt 711 reflektiert wird. Auf der Zeitachse 719 ist ein zweiter Echopuls 723 eingezeichnet, welcher vom zweiten Punkt 713 reflektiert wird. Auf der Zeitachse 719 ist ein dritter Echopuls 725 eingezeichnet, welcher von dem dritten Punkt 715 reflektiert wird. Auf der Zeitachse 719 ist ein vierter Echopuls 727 eingezeichnet, welcher vom vierten Punkt 717 reflektiert wird.In this respect, a first echo pulse 721, which is reflected by the first point 711, is drawn on the time axis 719. A second echo pulse 723 , which is reflected by the second point 713 , is plotted on the time axis 719 . A third echo pulse 725, which is reflected by the third point 715, is plotted on the time axis 719. A fourth echo pulse 727, which is reflected by the fourth point 717, is plotted on the time axis 719.

Da die Fläche 701 frontal zum Laufzeitsensor 501 ausgerichtet ist, beträgt ein Gierwinkel und beträgt ein Neigungswinkel und beträgt ein Rollwinkel der Fläche 701 relativ zum Laufzeitsensor 501 jeweils 0°.Since the surface 701 is oriented frontally to the transit time sensor 501, a yaw angle and a pitch angle and a roll angle of the surface 701 relative to the transit time sensor 501 are each 0°.

Das bewirkt, dass die vier Echopulse 721, 723, 725, 727 eine gleiche Pulscharakteristik, insbesondere eine gleiche Pulsform, aufweisen wie die mittels des Laufzeitsensors 501 in Richtung der Fläche 701 ausgesendeten Pulse.The effect of this is that the four echo pulses 721, 723, 725, 727 have the same pulse characteristics, in particular the same pulse shape, as the pulses emitted by the travel time sensor 501 in the direction of the surface 701.

Somit überlappen sich die vier Echopulse 721, 723, 725, 727 im Wesentlichen vollständig und weisen eine gemeinsame Startzeit 729 und eine gemeinsame Endzeit 731 auf.The four echo pulses 721 , 723 , 725 , 727 thus essentially overlap completely and have a common start time 729 and a common end time 731 .

Das hier beschriebene Konzept analysiert eine jeweilige Pulscharakteristik der vier Echopulse 721, 723, 725, 727, was im vorliegenden Beispiel gemäß 7 als Ergebnis aufweist, dass die Pulscharakteristik der vier Echopulse 721, 723, 725, 727 den ausgesendeten Pulsen entspricht.The concept described here analyzes a respective pulse characteristic of the four echo pulses 721, 723, 725, 727, which in the present example according to 7 has as a result that the pulse characteristics of the four echo pulses 721, 723, 725, 727 correspond to the emitted pulses.

Aus dieser Information wird ermittelt, dass der Neigungswinkel, der Gierwinkel und der Rollwinkel der Fläche 701 jeweils 0° betragen muss. Insofern wird daraus geschlossen, dass die Fläche 701 frontal zum Laufzeitsensor 501 ausgerichtet ist.From this information it is determined that the pitch angle, yaw angle and roll angle of surface 701 must all be 0°. In this respect, it is concluded from this that the surface 701 is aligned frontally with respect to the transit time sensor 501 .

Ein im Wesentlichen Überlappen der jeweiligen Echopulse bedeutet insbesondere ein Überlappen im Rahmen einer Messgenauigkeit und/oder im Rahmen einer Homogenität einer Flächenstruktur der Fläche 701.A substantial overlapping of the respective echo pulses means in particular an overlapping within the scope of measurement accuracy and/or within the scope of homogeneity of a surface structure of surface 701.

8 zeigt die Fläche 701 mit einem Gierwinkel größer 0° relativ zum Laufzeitsensor 501 und mit einem Neigungswinkel von 0° und mit einem Rollwinkel von 0° relativ zum Laufzeitsensor 501. 8th shows surface 701 with a yaw angle greater than 0° relative to runtime sensor 501 and with a pitch angle of 0° and with a roll angle of 0° relative to runtime sensor 501.

In diesem Fall führt diese schräge Ausrichtung der Fläche 701 relativ zum Laufzeitsensor 501 zu einer Pulsverbreiterung der entsprechenden Echopulse 711, 713, 715, 717.In this case, this oblique orientation of the surface 701 relative to the transit time sensor 501 leads to a pulse broadening of the corresponding echo pulses 711, 713, 715, 717.

Weiter ist eine Pulsform der vier Echopulse 721, 723, 725, 727 rechteckförmig.Furthermore, a pulse shape of the four echo pulses 721, 723, 725, 727 is rectangular.

Eine Analyse der jeweiligen Pulscharakteristik der vier Echopulse 721, 723, 725, 727 ermittelt dies, sodass basierend darauf ermittelt werden kann, dass der Gierwinkel größer 0° und der Neigungswinkel und der Rollwinkel 0° betragen relativ zum Laufzeitsensor 501.An analysis of the respective pulse characteristics of the four echo pulses 721, 723, 725, 727 determines this, so that it can be determined based on this that the yaw angle is greater than 0° and the pitch angle and the roll angle are 0° relative to transit time sensor 501.

Der zweite Echopuls 723 und der vierte Echopuls 727 weisen eine gemeinsame erste Startzeit 801 und eine gemeinsame erste Endzeit 803 auf. Der erste Echopuls 721 und der dritte Echopuls 725 weisen eine gemeinsame zweite Startzeit 805 und eine gemeinsame zweite Endzeit 807 auf.The second echo pulse 723 and the fourth echo pulse 727 have a common first start time 801 and a common first end time 803 . The first echo pulse 721 and the third echo pulse 725 have a common second start time 805 and a common second end time 807 .

Der zweite Echopuls 723 und der vierte Echopuls 727 überlappen im Wesentlichen vollständig. Der erste Echopuls 721 und der dritte Echopuls 725 überlappen im Wesentlichen vollständig.The second echo pulse 723 and the fourth echo pulse 727 essentially completely overlap. The first echo pulse 721 and the third echo pulse 725 essentially completely overlap.

Bei der in 8 gezeigten Ausrichtung der Fläche 701 relativ zum Laufzeitsensor 501 führt die entsprechende Ausrichtung dazu, dass die erste Endzeit 803 der zweiten Startzeit 805 entspricht.At the in 8th The orientation of the surface 701 shown relative to the transit time sensor 501 results in the corresponding orientation in that the first end time 803 corresponds to the second start time 805 .

9 zeigt die Fläche 701 in einer weiteren Ausrichtung. Hierbei ist ein Gierwinkel größer 0°, ist ein Neigungswinkel größer 0° und ist ein Rollwinkel gleich 0° bezogen auf den Laufzeitsensor 501. 9 Figure 7 shows face 701 in another orientation. In this case, a yaw angle is greater than 0°, an inclination angle is greater than 0° and a roll angle is equal to 0° in relation to transit time sensor 501.

Die entsprechenden Echopulse 721, 723, 725 und 727 sind analog zu den 7 und 8 auf der Zeitachse 719 eingezeichnet.The corresponding echo pulses 721, 723, 725 and 727 are analogous to those 7 and 8th plotted on the timeline 719.

Hierbei überlappen der zweite Echopuls 723 und der dritte Echopuls 725 im Wesentlichen vollständig. Eine jeweilige Pulsform der drei Echopulse 721, 723, 725 und 727 ist dreiecksförmig.In this case, the second echo pulse 723 and the third echo pulse 725 essentially completely overlap. A respective pulse shape of the three echo pulses 721, 723, 725 and 727 is triangular.

10 zeigt eine gemeinsame durchgehende Fläche 1001. Die Fläche 1001 ist mit einem ersten Punkt 1003 und mit einem zweiten Punkt 1005 versehen, welche analog zu den vier Punkten 711, 713, 715 und 717 einen jeweiligen Ort kennzeichnen sollen, an welchem ein vom Laufzeitsensor 501 ausgesendeter jeweiliger Puls auftrifft und von dort zurück zum Laufzeitsensor 501 gestreut, insbesondere reflektiert, wird. 10 shows a common continuous surface 1001. The surface 1001 is provided with a first point 1003 and a second point 1005, which, analogous to the four points 711, 713, 715 and 717, are intended to identify a respective location at which a time-of-flight sensor 501 sent respective pulse strikes and from there is scattered back to the travel time sensor 501, in particular reflected.

Die beiden Punkte 1005 und 1003 sind unmittelbar benachbart zueinander.The two points 1005 and 1003 are immediately adjacent to each other.

Ein vom zweiten Punkt 1005 gestreuter Echopuls ist mit dem Bezugszeichen 1007 gekennzeichnet und wird im Folgenden als fünfter Echopuls bezeichnet.An echo pulse scattered from the second point 1005 is identified by reference number 1007 and is referred to below as the fifth echo pulse.

Ein vom ersten Punkt 1003 gestreuter Echopuls ist mit dem Bezugszeichen 1009 gekennzeichnet und wird nachfolgend als sechster Echopuls bezeichnet.An echo pulse scattered from the first point 1003 is identified by reference numeral 1009 and is referred to below as the sixth echo pulse.

Diese beiden Echopulse 1007, 1009 sind auf einer Zeitachse 719 eingezeichnet.These two echo pulses 1007, 1009 are plotted on a time axis 719.

Der fünfte Echopuls 1007 weist eine dritte Startzeit 1011 und weist eine dritte Endzeit 1013 auf. Der sechste Echopuls 1009 weist eine vierte Startzeit 1015 und eine vierte Endzeit 1017 auf. Die dritte Endzeit 1013 entspricht der vierten Startzeit 1015.The fifth echo pulse 1007 has a third start time 1011 and has a third end time 1013 . The sixth echo pulse 1009 has a fourth start time 1015 and a fourth end time 1017 . The third end time 1013 corresponds to the fourth start time 1015.

Aufgrund der durchgehenden Fläche 1001 und aufgrund dessen, dass die beiden Punkte 1005 und 1003 unmittelbar zueinander benachbart sind, ist ein jeweiliger Verlauf bzw. ist eine jeweilige Pulsform der beiden Echopulse 1007, 1009 analog zu der in 8 gezeigten Pulsform rechteckförmig.Due to the continuous surface 1001 and due to the fact that the two points 1005 and 1003 are directly adjacent to one another, a respective course or a respective pulse shape of the two echo pulses 1007, 1009 is analogous to that in 8th pulse shape shown is rectangular.

Aus dieser Information kann also in vorteilhafter Weise geschlossen werden, dass es sich bei der Fläche 1001 um eine durchgehende Fläche handelt.From this information it can be advantageously concluded that the surface 1001 is a continuous surface.

Im Unterschied dazu zeigt die 11 zwei durch eine Lücke getrennte Flächen: eine erste Fläche 1101 und eine zweite Fläche 1103. Die Lücke zwischen den beiden Flächen ist mit dem Bezugszeichen 1109 gekennzeichnet.In contrast, the 11 two surfaces separated by a gap: a first surface 1101 and a second surface 1103. The gap between the two surfaces is indicated by reference numeral 1109.

Ein erster Punkt 1105 ist der ersten Fläche 1101 zugeordnet. Ein zweiter Punkt 1107 ist der zweiten Fläche 1103 zugeordnet.A first point 1105 is assigned to the first surface 1101 . A second point 1107 is assigned to the second area 1103 .

Der dem zweiten Punkt 1107 entsprechende Echopuls ist mit dem Bezugszeichen 1111 versehen und wird nachfolgend als siebter Echopuls bezeichnet. Der siebte Echopuls weist eine fünften Startzeit 1115 und eine fünfte Endzeit 1117 auf.The echo pulse corresponding to the second point 1107 is provided with the reference number 1111 and is referred to below as the seventh echo pulse. The seventh echo pulse has a fifth start time 1115 and a fifth end time 1117 .

Ein dem zweiten Punkt 1105 entsprechender achter Echopuls ist mit dem Bezugszeichen 1113 bezeichnet und weist eine sechste Startzeit 1119 und eine sechste Endzeit 1121 auf.An eighth echo pulse corresponding to the second point 1105 is denoted by reference numeral 1113 and has a sixth start time 1119 and a sixth end time 1121 .

Die beiden Echopulse 1111 und 1113 sind auf einer Zeitachse 719 eingezeichnet.The two echo pulses 1111 and 1113 are plotted on a time axis 719.

Aufgrund dessen, dass die beiden Flächen 1101 und 1103 durch eine Lücke 1109 voneinander beabstandet sind und dass die beiden Punkte 1105 und 1107 unmittelbar benachbart zueinander sind, wird die Lücke 1109 als zeitlicher Abstand zwischen den beiden Echopulsen 1111 und 1113 abgebildet.Due to the fact that the two surfaces 1101 and 1103 are spaced apart from one another by a gap 1109 and that the two points 1105 and 1107 are immediately adjacent to one another, the gap 1109 is mapped as the time interval between the two echo pulses 1111 and 1113.

Das heißt also, dass die fünfte Endzeit 1117 ungleich der sechsten Startzeit 1119 und kleiner als diese ist.This means that the fifth end time 1117 is not equal to the sixth start time 1119 and is smaller than this.

Es ist also ein zeitlicher Abstand zwischen der fünften Endzeit 1117 und der sechsten Startzeit 1119 vorgesehen.A time interval between the fifth end time 1117 and the sixth start time 1119 is therefore provided.

Durch entsprechende Analyse der Pulscharakteristiken der beiden Echopulse 1111 und 1113 sowie das Analysieren der entsprechenden Start- und Endzeiten kann in vorteilhafter Weise ermittelt werden, dass die beiden Punkte 1105 und 1107 jeweils durch eine Lücke 1109 getrennten Flächen 1101 und 1103 zugeordnet sind.Appropriate analysis of the pulse characteristics of the two echo pulses 1111 and 1113 and analysis of the corresponding start and end times can advantageously be used to determine that the two points 1105 and 1107 are each assigned to areas 1101 and 1103 separated by a gap 1109.

12 zeigt ein Kraftfahrzeug 1201. 12 shows a motor vehicle 1201.

Das Kraftfahrzeug 1201 umfasst den Laufzeitsensor 301 der 3.The motor vehicle 1201 includes the runtime sensor 301 of 3 .

Zusammenfassend stellt das hier beschriebene Konzept ein Punkt-Clustering-Verfahren bereit, das auf der Form des Echos der Abtastpunkte basiert. Der hier beschriebene Laufzeitsensor, insbesondere LiDAR-Sensor, detektiert nicht nur die Ankunftszeit der Echos von Objektfläche, sondern auch die genaue Pulsform der Echos. Die Pulsform erlaubt es in vorteilhafter Weise, den zweidimensionalen Flächenwinkel (Gier und Neigung) der detektierten Fläche zu identifizieren. Darüber hinaus werden nach einer Ausführungsform die Pulsform, die Echo-Startzeit und die Echo-Endzeit benachbarter Punkte analysiert, um die genaue Orientierung der Fläche zu bestimmen. Dies erlaubt es in vorteilhafter Weise, alle Punkte, die zu einer Fläche gehören, zu clustern und zu identifizieren, ob verschiedene detektierte Flächen miteinander verbunden sind oder nicht. Der Laufzeitsensor, insbesondere LiDAR-Sensor, kann daher entweder separate Cluster für jede Fläche eines Objekts oder ein Cluster für jedes verbundene Objekt liefern.In summary, the concept described here provides a point clustering method based on the shape of the echo of the sampled points. The time-of-flight sensor described here, in particular a LiDAR sensor, not only detects the arrival time of the echoes from the object surface, but also the exact pulse shape of the echoes. The pulse shape advantageously allows the two-dimensional dihedral angle (yaw and pitch) of the detected surface to be identified. In addition, according to one embodiment, the pulse shape, the echo start time and the echo end time of neighboring points are analyzed to determine the exact orientation of the surface. Advantageously, this allows to cluster all points belonging to an area and to identify whether different detected areas are connected to each other or not. The time-of-flight sensor, especially LiDAR sensor, can therefore provide either separate clusters for each face of an object or one cluster for each connected object.

Die Vorteile des Konzepts sind insbesondere:

  • - Extraktion weiterer Informationen aus den Echos (Pulsformanalyse).
  • - Direkte Messung des Winkels und der Orientierung der Objektfläche an jedem Abtastpunkt.
  • - Hochleistungs-Clustering-Verfahren mit reduzierter Über- und/oder Unter-Clustering.
  • - Geringerer Berechnungsaufwand, da weniger Cluster verfolgt werden müssen.
  • - Die Extraktion der Orientierung eines Objekts erlaubt es in vorteilhafter Weise, zukünftige Bewegungen vorherzusagen.
The advantages of the concept are in particular:
  • - Extraction of further information from the echoes (pulse shape analysis).
  • - Direct measurement of the angle and orientation of the object surface at each scanning point.
  • - High performance clustering method with reduced over- and/or under-clustering.
  • - Reduced computational effort as fewer clusters need to be tracked.
  • - The extraction of the orientation of an object allows, in an advantageous way, to predict future movements.

Nach einer Ausführungsform ist ein Laufzeitsensor, insbesondere ein LiDAR-Sensor, bereitgestellt, der die Pulsform von Echopulse (Echos) analysiert, die von Objektflächen zurückgesendet werden. Der Laufzeitsensor verfügt nach einer Ausführungsform über eine Sendeeinheit, die, insbesondere kurze, Pulse, insbesondere Lichtpulse, insbesondere Laserpuls, aussendet. Vorzugsweise lassen die Pulse, insbesondere Lichtimpulse, keine räumlichen Lücken zwischen den verschiedenen Abtastpunkten im Fernfeld zu. Wenn die Pulse, insbesondere Lichtpulse, von einer Fläche eines Objekts senkrecht zum Laufzeitsensor, insbesondere LiDAR-Sensor, reflektiert werden, wie zum Beispiel in der 7 dargestellt, wird ein kurzer Puls mit einer Pulsform, die dem emittierten Puls ähnlich ist, von einer Detektoreinheit der Laufzeitsensors detektiert bzw. erfasst. Wenn die Pulse von einer Objektfläche gestreut, insbesondere reflektiert, werden, das unter einem bestimmten Winkel (Neigungswinkel oder Gierwinkel größer 0°) in einer Dimension relativ zum Laufzeitsensor ausgerichtet ist, wie in 8 dargestellt, wird das Echo gestreckt und eine rechteckige Echoform wird von der Detektoreinheit erkannt (genauer gesagt, eine Faltung einer rechteckigen Funktion mit der Form des ausgesendeten Pulses, insbesondere Laserpulses, wird gemessen bzw. erkannt).According to one embodiment, a transit time sensor, in particular a LiDAR sensor, is provided, which analyzes the pulse shape of echo pulses (echoes) that are sent back from object surfaces. According to one embodiment, the transit time sensor has a transmission unit which emits, in particular short, pulses, in particular light pulses, in particular laser pulses. The pulses, in particular light pulses, preferably do not allow any spatial gaps between the various scanning points in the far field. If the pulses, in particular light pulses, are reflected from a surface of an object perpendicular to the transit time sensor, in particular LiDAR sensor, as for example in 7 shown, a short pulse with a pulse shape that is similar to the emitted pulse is detected or recorded by a detector unit of the transit time sensor. If the pulses are scattered, in particular reflected, by an object surface that is oriented at a certain angle (pitch angle or yaw angle greater than 0°) in one dimension relative to the time-of-flight sensor, as in 8th shown, the echo is stretched and a rectangular echo shape is recognized by the detector unit (more precisely, a convolution of a rectangular function with the shape of the emitted pulse, in particular a laser pulse, is measured or recognized).

Wenn die Pulse von einer Fläche reflektiert werden, die unter einem bestimmten Winkel in zwei Dimensionen relativ zum Laufzeitsensor, wie in 9 dargestellt (Neigungswinkel und Gierwinkel größer 0°), wird das Echo gestreckt und eine dreieckige Echoform wird von der Detektoreinheit erkannt (genauer gesagt wird eine Faltung einer Dreiecksfunktion mit der Form des ausgesendeten Pulses, insbesondere Laserpulses, erkannt). Abhängig von der genauen Gier und Neigung kann die Signalform auch zwischen einer dreieckigen und rechteckigen Form liegen.If the pulses are reflected from a surface that is at a certain angle in two dimensions relative to the time-of-flight sensor, as in 9 shown (pitch angle and yaw angle greater than 0°), the echo is stretched and a triangular echo shape is recognized by the detector unit (more precisely, a convolution of a triangular function with the shape of the emitted pulse, in particular a laser pulse, is recognized). Depending on the exact yaw and pitch, the signal shape can also range between a triangular and rectangular shape.

Der Laufzeitsensor analysiert nach einer Ausführungsform die Echoform, um zu entscheiden, welches der in den 7 bis 9 dargestellten Szenarien vorliegt, und extrahiert den zweidimensionalen Winkel, unter dem die Fläche relativ zum Laufzeitsensor ausgerichtet ist.According to one embodiment, the time-of-flight sensor analyzes the echo shape in order to decide which of the 7 until 9 scenarios shown is present and extracts the two-dimensional angle at which the surface is oriented relative to the time-of-flight sensor.

Dies kann zum Beispiel durch Verwendung verschiedener angepasster Filter für die verschiedenen Fälle erfolgen. Aus der Echoform (Pulsform des Echopulses) allein kann insbesondere der Winkel der Fläche, aber nicht die Orientierung (es gibt bis zu 8 mögliche Orientierungen) ermittelt werden. Zum Beispiel kann aus einer rechteckigen Echoform der Winkel der Fläche aus der Breite des Rechtecks extrahiert werden, aber es kann insbesondere nicht ermittelt werden, ob dieser Winkel ein Gierwinkel oder Neigungswinkel ist und in welche Richtung die diesem Gierwinkel bzw. Neigungswinkel entsprechende Fläche.This can be done, for example, by using different customized filters for the different cases. In particular, the angle of the surface can be determined from the echo shape (pulse shape of the echo pulse) alone, but not the orientation (there are up to 8 possible orientations). For example, from a rectangular echo shape, the angle of the area can be extracted from the width of the rectangle, but in particular it cannot be determined whether this angle is yaw or pitch and in which direction the area corresponding to this yaw or pitch is.

Die Echopulsformanalyse ermittelt insbesondere den zweidimensionalen Winkel der Fläche an jedem Abtastpunkt, aber nicht die Orientierung. Die Orientierung kann jedoch durch Vergleich der Start- und Endzeit des Echopulses mit den Start- und Endzeiten der Echopulse der nächsten Nachbarn ermittelt werden. Zum Beispiel ist es in 8 nicht möglich, basierend auf einem Echopuls zu erkennen, ob die Fläche nach rechts oder nach links bezogen auf die Papierebene geneigt ist. Aber durch den Vergleich der Start- und Endzeit der jeweiligen Echopulse der beiden Nachbarpunkte kann ermittelt werden, dass die Endzeit des rechten Abtastpunktes mit der Startzeit des linken Abtastpunktes übereinstimmt. Daher kann die Orientierung der geneigten Fläche ermittelt werden.In particular, the echo pulse shape analysis determines the two-dimensional angle of the surface at each sample point, but not the orientation. However, orientation can be determined by comparing the start and end times of the echo pulse with the start and end times of the nearest neighbor echo pulses. For example, it's in 8th not possible to recognize based on an echo pulse whether the surface is tilted to the right or to the left in relation to the plane of the paper. But by comparing the start and end time of the respective echo pulses of the two neighboring points, it can be determined that the end time of the right sampling point corresponds to the start time of the left sampling point. Therefore, the orientation of the inclined surface can be detected.

Darüber hinaus kann anhand der übereinstimmenden End- und Startzeiten ermittelt werden, dass die beiden Scanpunkte zu derselben durchgehenden Fläche gehören (siehe auch Erläuterungen zu 10). Wenn sie von verschiedenen Flächen mit einer Lücke zwischen den Fläche stammen würden, wie in 11 beispielhaft dargestellt, gäbe es eine Zeitlücke zwischen den beiden Echopulsen, wie in 11 dargestellt.In addition, based on the matching end and start times, it can be determined that the two scan points belong to the same continuous area (see also explanations for 10 ). If they came from different faces with a gap between faces, as in 11 exemplified, there would be a time gap between the two echo pulses, as in 11 shown.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass alle Punkte, die von einer zusammenhängenden Fläche stammen, zu einem Punktcluster zusammengefasst werden, der als Flächencluster bezeichnet werden kann.In one embodiment it is provided that all points originating from a coherent area are combined to form a point cluster, which can be referred to as an area cluster.

In einer Ausführungsform wird ein Objektcluster gebildet bzw. ermittelt, der alle Flächencluster umfasst, die miteinander verbunden sind. Zum Beispiel würde ein LKW-Anhänger verschiedene Flächen haben, die in einem Winkel von 90° zueinander ausgerichtet und so miteinander verbunden sind, dass diese Flächen einen Objektcluster bilden. Im Gegensatz dazu würde ein kugelförmiges Objekt nur eine Fläche haben.In one embodiment, an object cluster is formed or determined, which includes all area clusters that are connected to one another. For example, a truck trailer would have several faces that are oriented at 90° to each other and connected together such that these faces form an object cluster. In contrast, a spherical object would only have one face.

Den Flächenclustern wird nach einer Ausführungsform ein Parameter zugewiesen, der der Orientierung der Fläche angibt. Dieser Parameter kann insbesondere verwendet werden, um die Zuordnung und Verfolgung der einzelnen Flächencluster über nachfolgende Laufzeitmessungen zu vereinfachen. Darüber hinaus ermöglicht diese präzise Flächenerkennung präzise Messungen der Bewegungen des Objekts. Durch die Verfolgung der Flächenorientierung der Rückseite eines Kraftfahrzeugs ist es beispielsweise möglich, zu erkennen, wann das Kraftfahrzeug einen Spurwechsel einleitet.According to one embodiment, the surface clusters are assigned a parameter which indicates the orientation of the surface. In particular, this parameter can be used to simplify the assignment and tracking of the individual area clusters via subsequent run-time measurements. In addition, this precise area detection enables precise measurements of the movements of the object. By tracking the surface orientation of the rear of a motor vehicle, it is possible, for example, to recognize when the motor vehicle initiates a lane change.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • US 2018/0299552 A1 [0002]US 2018/0299552 A1 [0002]
  • EP 1358508 B1 [0003]EP 1358508 B1 [0003]

Claims (10)

Verfahren zum Clusteranalysieren einer eine Umgebung eines Laufzeitsensors (501) repräsentierende Punktwolke, umfassend die folgenden Schritte: Empfangen (101) von Punktwolkesignalen, welche eine mehrere Punkte (711, 713, 715, 709) umfassende Punktwolke repräsentieren, welche eine mittels des Laufzeitsensors (501) erfasste Umgebung des Laufzeitsensors (501) repräsentiert, wobei den mehreren Punkten (711, 713, 715, 709) jeweils eine Pulscharakteristik von mittels des Laufzeitsensors (501) detektierten von einer oder mehreren jeweiligen Flächen (701) von Objekten (700) in der Umgebung des Laufzeitsensors (501) gestreuten Echopulsen zugeordnet ist, basierend auf welchen die mehreren Punkte (711, 713, 715, 709) ermittelt wurden, für zumindest einen Punkt der Punktwolke Ermitteln (103) einer Raumlageinformation der dem zumindest einen Punkt entsprechende Fläche (701) basierend auf der Pulscharakteristik des Echopulses des zumindest einen Punktes.Method for cluster analysis of a point cloud representing an environment of a time-of-flight sensor (501), comprising the following steps: receiving (101) point-cloud signals, which represent a point cloud comprising a plurality of points (711, 713, 715, 709), which represent a point cloud measured by the time-of-flight sensor (501 ) detected environment of the transit time sensor (501), wherein the multiple points (711, 713, 715, 709) each have a pulse characteristic of one or more respective surfaces (701) of objects (700) detected by the transit time sensor (501) in the is assigned to scattered echo pulses in the vicinity of the travel time sensor (501), on the basis of which the multiple points (711, 713, 715, 709) were determined, for at least one point of the point cloud determining (103) spatial position information of the area (701) corresponding to the at least one point based on the pulse characteristic of the echo pulse of the at least one point. Verfahren nach Anspruch 1, wobei für mehrere Punkte (711, 713, 715, 709) der Punktwolke eine jeweilige Raumlageinformation der entsprechenden Flächen (701) ermittelt wird, wobei abhängig von der jeweiligen Raumlageinformation zumindest ein Flächencluster ermittelt wird, welchem zumindest einige der mehreren Punkte (711, 713, 715, 709) zugeordnet sind.procedure after claim 1 , wherein for a plurality of points (711, 713, 715, 709) of the point cloud, a respective spatial position information of the corresponding areas (701) is determined, wherein depending on the respective spatial position information at least one area cluster is determined, to which at least some of the several points (711, 713 , 715, 709). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Pulscharakteristik eine Startzeit (729, 801, 805) und eine Endzeit (731, 803, 807) umfasst, wobei für zwei unmittelbar benachbarte Punkte der Punktwolke die Endzeit (731, 803, 807) des einen Punktes mit der Startzeit (729, 801, 805) des anderen Punktes verglichen wird, wobei basierend auf dem Vergleich ermittelt wird, ob die zwei Punkte zwei verschiedenen durch eine Lücke (1109) getrennten Flächen (1101, 1103) entsprechen oder ob die zwei Punkte einer gemeinsamen durchgehenden Fläche (1001) entsprechen.procedure after claim 1 or 2 , where the pulse characteristic comprises a start time (729, 801, 805) and an end time (731, 803, 807), where for two directly adjacent points of the point cloud the end time (731, 803, 807) of one point with the start time (729 , 801, 805) of the other point is compared, based on the comparison determining whether the two points correspond to two different areas (1101, 1103) separated by a gap (1109) or whether the two points belong to a common continuous area (1001 ) correspond. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, wobei bei einem Ermitteln von zwei Flächenclustern die zwei unmittelbar benachbarten Punkte derart festgelegt werden, dass der eine Punkt dem einen der zwei Flächencluster zugeordnet ist und dass der andere Punkt dem anderen der zwei Flächencluster zugeordnet ist, wobei, wenn die zwei Punkte einer gemeinsamen durchgehenden Fläche entsprechen, die zwei Flächencluster zu einem Objektcluster zusammengefasst werden.Procedure according to claims 2 and 3 , wherein when two area clusters are determined, the two immediately adjacent points are defined in such a way that one point is assigned to one of the two area clusters and that the other point is assigned to the other of the two area clusters, wherein if the two points of a common continuous Correspond to area that two area clusters are combined into one object cluster. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Pulscharakteristik eine Startzeit (729, 801, 805) und eine Endzeit (731, 803, 807) umfasst, wobei für zwei unmittelbar benachbarte Punkte der Punktwolke die Endzeit des einen Punktes mit der Startzeit (729, 801, 805) des anderen Punktes verglichen wird, wobei die Raumlageinformation basierend auf dem Vergleich ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, in which the pulse characteristic comprises a start time (729, 801, 805) and an end time (731, 803, 807), with the end time of one point having the start time (729, 801, 805) of the other point is compared, the position information being determined based on the comparison. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei basierend auf der ermittelten Raumlageinformation der entsprechenden Fläche (701) eine Bewegungsinformation des der entsprechenden Fläche (701) zugehörigen Objekts (700) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein movement information of the object (700) associated with the corresponding area (701) is determined based on the determined spatial position information of the corresponding area (701). Vorrichtung (201), die eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche auszuführen.Device (201) set up to carry out all steps of the method according to one of the preceding claims. Laufzeitsensor (301, umfassend die Vorrichtung (201) nach Anspruch 7.Transit time sensor (301, comprising the device (201) after claim 7 . Computerprogramm (403), umfassend Befehle, die bei Ausführung des Computerprogramms (403) durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.Computer program (403), comprising instructions which, when the computer program (403) is executed by a computer, cause it to carry out a method according to one of Claims 1 until 6 to execute. Maschinenlesbares Speichermedium (401), auf dem das Computerprogramm (403) nach Anspruch 9 gespeichert ist.Machine-readable storage medium (401) on which the computer program (403) after claim 9 is saved.
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