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
Die Patentschrift
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.
- 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.
-
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.
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.
- 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.
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.
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
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
Durch entsprechende Laufzeitmessungen unter Verwendung des Laufzeitsensors 501 wird eine Punktwolke 510 ermittelt beziehungsweise erzeugt, welche die Umgebung des Laufzeitsensors 501 repräsentiert.A
Beispielhaft sind für diese Punktwolke 510 ein erster Punkt 507 und ein zweiter Punkt 509 gezeichnet, welche dem Objekt 503 zugeordnet sind.A
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
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
Die entsprechende Punktwolke ist in
Beispielhaft umfasst die Punktwolke 604 einen ersten Punkt 605 und einen zweiten Punkt 607.For example, the
Der erste Punkt 605 ist dem ersten Objekt 601 zugeordnet. Der zweite Punkt 607 ist dem zweiten Objekt 603 zugeordnet.The
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
Die radiale Distanz 511 zwischen dem ersten Punkt 507 und dem zweiten Punkt 509 gemäß
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
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.
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
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
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
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
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
In
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
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
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
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
Das hier beschriebene Konzept analysiert eine jeweilige Pulscharakteristik der vier Echopulse 721, 723, 725, 727, was im vorliegenden Beispiel gemäß
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
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
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
Weiter ist eine Pulsform der vier Echopulse 721, 723, 725, 727 rechteckförmig.Furthermore, a pulse shape of the four
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
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
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
Bei der in
Die entsprechenden Echopulse 721, 723, 725 und 727 sind analog zu den
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
Die beiden Punkte 1005 und 1003 sind unmittelbar benachbart zueinander.The two
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
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
Diese beiden Echopulse 1007, 1009 sind auf einer Zeitachse 719 eingezeichnet.These two echo
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
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
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
Im Unterschied dazu zeigt die
Ein erster Punkt 1105 ist der ersten Fläche 1101 zugeordnet. Ein zweiter Punkt 1107 ist der zweiten Fläche 1103 zugeordnet.A
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
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
Die beiden Echopulse 1111 und 1113 sind auf einer Zeitachse 719 eingezeichnet.The two
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
Das heißt also, dass die fünfte Endzeit 1117 ungleich der sechsten Startzeit 1119 und kleiner als diese ist.This means that the
Es ist also ein zeitlicher Abstand zwischen der fünften Endzeit 1117 und der sechsten Startzeit 1119 vorgesehen.A time interval between the
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
Das Kraftfahrzeug 1201 umfasst den Laufzeitsensor 301 der
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.
- - 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
Wenn die Pulse von einer Fläche reflektiert werden, die unter einem bestimmten Winkel in zwei Dimensionen relativ zum Laufzeitsensor, wie in
Der Laufzeitsensor analysiert nach einer Ausführungsform die Echoform, um zu entscheiden, welches der in den
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
Darüber hinaus kann anhand der übereinstimmenden End- und Startzeiten ermittelt werden, dass die beiden Scanpunkte zu derselben durchgehenden Fläche gehören (siehe auch Erläuterungen zu
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]
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