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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Objektverfolgung mittels eines Laserscanners, ein Verfahren zum wenigstens teilweise automatischen Führen eines Kraftfahrzeugs, ein Sensorsystem für ein Kraftfahrzeug und ein Computerprogrammprodukt.
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Beim automatischen oder teilweise automatischen Führen eines Kraftfahrzeugs, also beispielsweise im Kontext von Fahrerassistenzsystemen oder autonomen beziehungsweise teilautonomen Fahrfunktionen, ist die Objektverfolgung aus Sicht des Fahrzeugs, wobei es sich bei dem Objekt beispielsweise um weitere Verkehrsteilnehmer oder weitere Fahrzeuge in der Umgebung handelt, eine zentrale Aufgabe, um eine sichere und zuverlässige automatische oder teilweise automatische Fahrt oder Fahrerunterstützung gewährleisten zu können. Dabei wird zunächst basierend auf Sensordaten eine Objektverfolgungsinstanz betreffend ein zu verfolgendes Objekt initialisiert. Um zukünftige Zustände des zu verfolgenden Objekts abzuschätzen, werden sodann beispielsweise iterative Verfahren, wie etwa Kalman-Filter oder sonstige Punktfilteralgorithmen, verwendet.
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Als Eingangsdaten für Objektverfolgungsalgorithmen können beispielsweise Punktwolken von Laserscannern verwendet werden. Die Zuverlässigkeit der Objektverfolgung basierend auf Punktwolken von Laserscannern kann durch schlechte Wetterbedingungen beeinträchtigt werden. Durch die Detektion von Regentropfen oder aufgewirbeltem Wasser kann es zum Beispiel zur fehlerhaften Initialisierung von Objektverfolgungsinstanzen kommen sowie, nach einer korrekten Initialisierung, zu fehlerhaften Voraussagen betreffend das verfolgte Objekt.
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Dokument
WO 2020/083716 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erkennung von Niederschlag mit einem Umgebungssensor zur punktweisen Erfassung einer Umgebung eines Fahrzeugs. Dabei wird der Niederschlag durch eine Überwachung einer oder mehrerer Regionen innerhalb des Sichtfelds des Umgebungssensors erkannt, wobei nur ein Teilbereich des Sichtfelds betrachtet wird. Die Erfassung des Niederschlags basiert darauf, dass bei Niederschlag Punkte in den Regionen erfasst werden, die keinem Objekt zugeordnet werden können und daher als Niederschlag interpretiert werden.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Zuverlässigkeit der Objektverfolgung mittels eines Laserscanners zu verbessern, insbesondere bei schlechten Wetterbedingungen, beispielsweise bei Regen, regennasser Fahrbahn oder Nebel.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf der Idee, in verschiedenen Scandurchläufen des Laserscanners die Detektorempfindlichkeit und/oder die optische Sendeleistung des Laserscanners zu variieren und die jeweilige Anzahl von Scanpunkten, die einem entsprechenden potentiell zu verfolgenden Objekt zugeordnet werden können, zu bestimmen. Eine Objektverfolgungsinstanz wird dann abhängig von der jeweiligen Anzahl initialisiert.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Objektverfolgung mittels eines Laserscanners, insbesondere mittels eines an einem Kraftfahrzeug montierten Laserscanners, angegeben. Mittels des Laserscanners wird ein erster Scandurchlauf durchgeführt, um eine erste Punktwolke von Scanpunkten zu erzeugen. Mittels des Laserscanners wird, insbesondere nach dem ersten Scandurchlauf, ein zweiter Scandurchlauf durchgeführt, um eine zweite Punktwolke von Scanpunkten zu erzeugen. Eine Detektorempfindlichkeit des Laserscanners, insbesondere einer Detektoreinheit des Laserscanners mit wenigstens einem optischen Detektor, wird derart gesteuert, insbesondere mittels einer Steuer- und Auswerteeinrichtung, dass sich die Detektorempfindlichkeit während des ersten Scandurchlaufs von der Detektorempfindlichkeit während des zweiten Scandurchlaufs unterscheidet und/oder eine optische Sendeleistung des Laserscanners, insbesondere einer Emittereinheit des Laserscanners mit wenigstens einer Laserquelle, wird derart gesteuert, insbesondere mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung, dass sich die optische Sendeleistung während des ersten Scandurchlaufs von der optischen Sendeleistung während des zweiten Scandurchlaufs unterscheidet. Eine erste Anzahl von Scanpunkten der ersten Punktwolke wird, insbesondere mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung, einem potentiellen Objekt in der Umgebung des Laserscanners zugeordnet. Eine zweite Anzahl von Scanpunkten der zweiten Punktwolke wird dem potentiellen Objekt ebenfalls zugeordnet, insbesondere mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung. Eine Objektverfolgungsinstanz wird, insbesondere mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung, abhängig von der ersten Anzahl und abhängig von der zweiten Anzahl initialisiert.
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Während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Laserscanner insbesondere an dem Kraftfahrzeug montiert und das Kraftfahrzeug wird während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere manuell, teilautomatisch oder vollautomatisch gefahren.
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Nachdem die Objektverfolgungsinstanz initialisiert wurde, wird das potentielle Objekt insbesondere als verfolgtes Objekt verfolgt. Bevor die Objektverfolgungsinstanz initialisiert wurde, ist also hier und im Folgenden die Rede von einem potentiellen Objekt, nach der Initialisierung der Objektverfolgungsinstanz ist die Rede von einem verfolgten Objekt. Es kann sich dabei jedoch um dasselbe Objekt handeln. Das verfolgte Objekt entspricht insbesondere einer Anzahl verfolgter Scanpunkte, die das Objekt repräsentieren.
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Die Steuer- und Auswerteeinrichtung kann eine oder mehrere Untereinheiten umfassen, die optional räumlich verteilt sein können. Insbesondere können eine oder mehrere Untereinheiten innerhalb eines Gehäuses des Laserscanners oder außerhalb des Gehäuses angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen ist mindestens eine der einen oder mehreren Untereinheiten innerhalb des Gehäuses angeordnet, während mindestens eine weitere der einen oder mehreren Untereinheiten außerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Eine oder mehrere Untereinheiten können auch als Steuergeräte (Englisch: „Electronic Control Unit“), ECU, des Kraftfahrzeugs implementiert sein oder davon enthalten sein.
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Die eine oder mehreren Untereinheiten können eine oder mehrere Steuereinheiten, eine oder mehrere Treibereinheiten, eine oder mehrere Auswerteeinheiten, eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten und so weiter umfassen. Insbesondere können die eine oder mehreren Untereinheiten eine oder mehrere Recheneinheiten umfassen.
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Hier und im Folgenden kann der Begriff „Licht“ derart verstanden werden, dass davon elektromagnetische Wellen im sichtbaren Bereich, im infraroten Bereich und/oder im ultravioletten Bereich umfasst sind. Dementsprechend kann auch der Begriff „optisch“ derart verstanden werden, dass er sich auf Licht nach diesem Verständnis bezieht.
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Laserscanner sind eine bekannte Bauform von Lidarsystemen, bei denen ein mittels einer Laserquelle, insbesondere gepulst, erzeugter Laserstrahl mittels einer Spiegeleinheit abgelenkt wird, so dass verschiedene Ablenkwinkel des Laserstrahls realisiert werden können. Die Spiegeleinheit kann beispielsweise einen drehbar gelagerten Spiegel enthalten. Alternativ kann die Spiegeleinheit ein Spiegelelement mit einer kipp- und/oder schwenkbaren Oberfläche aufweisen. Das Spiegelelement kann beispielsweise als mikroelektromechanisches System, MEMS, ausgestaltet sein. In der Umgebung können die ausgesendeten Laserstrahlen teilweise reflektiert werden und die reflektierten Anteile können wiederum auf den Laserscanner treffen, insbesondere auf die Spiegeleinheit, die sie auf eine Detektoreinheit des Laserscanners lenken kann. Jeder optische Detektor der Detektoreinheit erzeugt insbesondere ein zugehöriges Detektorsignal basierend auf den von dem jeweiligen optischen Detektor erfassten Anteilen. Die optischen Detektoren können beispielsweise als Fotodioden ausgestaltet sein, beispielsweise als Lawinenfotodioden, auch als APDs bezeichnet (englisch: „avalanche photo-diodes“).
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Unter reflektierten Anteilen können von Objekten in der Umgebung, inklusive der Fahrbahnoberfläche, zurückgeworfene Anteile der Lichtpulse verstanden werden. Es handelt sich dabei also nicht notwendigerweise um spiegelnd reflektiertes Licht. Vielmehr können die reflektierten Anteile auch retroreflektiertes und/oder gestreutes Licht beinhalten.
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Anhand der räumlichen Anordnung des jeweiligen Detektors kann zusammen mit der aktuellen Position der Spiegeleinheit, insbesondere ihrer Drehposition beziehungsweise ihrer Kipp- und/oder Schwenkposition, somit auf die Einfallsrichtung der detektierten reflektierten Anteile geschlossen werden. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung kann zudem beispielsweise eine Lichtlaufzeitmessung durchführen, um einen radialen Abstand des reflektierenden Objekts zu bestimmen. Zur Abstandsbestimmung kann alternativ oder zusätzlich auch ein Verfahren eingesetzt werden, gemäß dem ein Phasenunterschied zwischen emittiertem und detektiertem Licht ausgewertet wird.
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Das Erzeugen eines Scanpunkts kann dann beispielsweise dem Detektieren eines reflektierten Lichtpulses entsprechen, wobei die Energie des detektierten Lichtpulses mindestens einem Schwellwert entspricht. Der Schwellwert wird insbesondere durch die Detektorempfindlichkeit beeinflusst, die durch die Steuer- und Auswerteeinrichtung verändert werden kann, beispielsweise durch Verändern einer Sperrspannung, mit der die optischen Detektoren betrieben werden. Je höher die Detektorempfindlichkeit, desto höher ist das entsprechende Detektorsignal, wenn eine Lichtpuls mit einer bestimmten Energie detektiert wird. Wird ein Scanpunkt durch Überschreiten eines vorgegebenen minimalen Amplitudenwerts des Detektorsignals als solcher erkannt, so werden in derselben Situation dementsprechend umso mehr Scanpunkte erzeugt, je höher die Detektorempfindlichkeit ist. Da die Energie der reflektierten Lichtpulse direkt von der Energie der emittierten Lichtpulse abhängt, werden auch umso mehr Scanpunkte erzeugt, je höher die optische Sendeleistung der Laserquelle ist.
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Eine Punktwolke kann als eine Menge von auf diese Weise erzeugten Scanpunkten verstanden werden, wobei jeder Scanpunkten durch entsprechende Koordinaten in einem zwei- oder dreidimensionalen Koordinatensystem gekennzeichnet ist. Die Informationen können jedoch auch vorverarbeitet sein, um dreidimensionale kartesische Koordinaten für jeden der Scanpunkte zu erhalten. Im Allgemeinen können die Scanpunkte einer Punktwolke geordnet oder unsortiert angegeben sein, im Gegensatz zum Beispiel zu einem Kamerabild. Neben den räumlichen Informationen, nämlich den zwei- oder dreidimensionalen Koordinaten, können in der Punktwolke auch zusätzliche Informationen oder Messwerte zu den einzelnen Scanpunkten gespeichert sein, wie zum Beispiel eine Echo-Pulsweite, EPW, des jeweiligen Sensorsignals.
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Ein Scandurchlauf, der auch als Frame bezeichnet werden kann, kann beispielsweise einer Periode oder einem Durchlauf der Spiegeleinheit entsprechen, beispielsweise einer Drehung des drehbaren Spiegels um einen vorgegebenen Winkelbereich, beispielsweise 360° oder 180°.
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Der zweite Scandurchlauf folgt insbesondere auf den ersten Scandurchlauf, beispielsweise unmittelbar. Der drehbare Spiegel kann beispielsweise wenigstens zwei Spiegeloberflächen aufweisen, beispielsweise als Spiegeloberflächen eines Polygonspiegels. Der Spiegel kann auch zwei einander gegenüberliegende Spiegeloberflächen aufweisen. Der erste und der zweite Scandurchlauf können insbesondere den beiden verschiedenen Spiegeloberflächen entsprechen.
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Die erste und die zweite Punktwolke entsprechen also insbesondere zwei Abbildungen der Umgebung des Laserscanners zu zwei aufeinanderfolgenden Zeiträumen.
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Zum Verfolgen des Objekts nach der Initialisierung der Objektverfolgungsinstanz werden mittels des Laserscanners insbesondere weitere Scandurchläufe durchgeführt, die auf diese Weise erzeugten Punktwolken mit weiteren Scanpunkten werden mit den vorherigen Scanpunkten assoziiert, gegebenenfalls können auch neue Scanpunkte dem verfolgten Objekt hinzugefügt werden, und so weiter. Zur Objektverfolgung nach der Initialisierung der Objektverfolgungsinstanz können insbesondere an sich bekannte Objektverfolgungsalgorithmen eingesetzt werden, beispielsweise Punktfilter, die beispielsweise auf Kalman-Filteralgorithmen oder Derivaten davon beruhen.
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Das Initialisieren der Objektverfolgungsinstanz kann also derart verstanden werden, dass durch Auswertung der ersten Punktwolke und/oder der zweiten Punktwolke, insbesondere in Abhängigkeit von der ersten Anzahl und der zweiten Anzahl, mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung festgestellt wird, dass es sich um ein Objekt in der Umgebung des Laserscanners, insbesondere des Kraftfahrzeugs, handelt, das anhand des Objektverfolgungsalgorithmus verfolgt werden kann und soll. Bei dem verfolgten Objekt handelt es sich beispielsweise um einen weiteren Verkehrsteilnehmer, wie etwa ein weiteres Kraftfahrzeug oder einen Fußgänger oder dergleichen. Insbesondere handelt es sich dabei nicht um Störeinflüsse beispielsweise durch Regen oder aufgewirbeltes Wasser.
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Als Ergebnis der Objektverfolgung kann beispielsweise für eine Vielzahl aufeinanderfolgender Zeiträume oder Frames jeweils eine Position und/oder Orientierung und/oder Geschwindigkeit des verfolgten Objekts prädiziert oder abgeschätzt werden. Neben den Punktwolken, die mittels des Laserscanners erzeugt werden, können auch weitere Sensordaten, beispielsweise von Kameras, Radarsystemen und so weiter, zugrunde gelegt werden, um eine zuverlässigere Objektverfolgung realisieren zu können. Außerdem kann ein Bewegungsmodell herangezogen werden, um die Bewegung des verfolgten Objekts zu prädizieren, beispielsweise ein Einspurmodell.
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Indem die erste Anzahl von Scanpunkten, die dem potentiellen Objekt zugeordnet werden, auf eine andere Detektorempfindlichkeit und/oder optische Sendeleistung des Laserscanners zurückgeht, als die zweite Anzahl von Scanpunkten, die ebenfalls dem potentiellen Objekt zugeordnet wird, können tatsächliche Objekte von Störeinflüssen aufgrund schlechter Wetterbedingungen, insbesondere Regen, von der Fahrbahn aufgewirbeltem Wasser oder Nebel, unterschieden werden. Die Objektverfolgungsinstanz kann daher selektiv nur dann initialisiert werden, wenn die erste Anzahl und die zweite Anzahl von Scanpunkten für ein tatsächliches Objekt und nicht für eine Störung aufgrund der schlechten Wetterbedingungen spricht. In diesem Sinne werden hier und im Folgenden Wassertropfen in der Luft oder auf einem Gehäuse des Laserscanners nicht als tatsächliche Objekte bezeichnet.
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Beispielsweise kann das Verhältnis der ersten Anzahl zu der zweiten Anzahl berechnet werden, insbesondere mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung, und die Objektverfolgungsinstanz kann nur dann initialisiert werden, wenn das Verhältnis größer oder gleich einem vorgegebenen Schwellwert ist.
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Je höher die Detektorempfindlichkeit und/oder je höher die optische Sendeleistung des Laserscanners ist, desto empfindlicher ist der Laserscanner gegenüber Störeinflüssen oder Rauscheffekten. Befinden sich Regentropfen in der Umgebung des Laserscanners oder wird Wasser von der regennassen Fahrbahn, beispielsweise durch dem Kraftfahrzeug vorausfahrende Fahrzeuge, aufgewirbelt, so werden diese Wassertropfen umso wahrscheinlicher detektiert, je höher die Detektorempfindlichkeit und/oder je höher die optische Sendeleistung ist. Bei tatsächlichen Objekten, wie beispielsweise weiteren Kraftfahrzeugen oder sonstigen Verkehrsteilnehmern in der Umgebung des Laserscanners, fällt dieser Unterschied weniger stark ins Gewicht oder tritt gar nicht auf. Dies geht darauf zurück, dass bei tatsächlichen Objekten ein höherer Anteil der Lichtpulse entsprechend reflektiert und zurückgeworfen wird. Insbesondere, wenn sich das Objekt nicht in der Nähe der maximalen Reichweite des Laserscanners befindet, kann so zwischen tatsächlichen Objekten und Störungen aufgrund von Regen oder Wassertropfen unterschieden werden. Ein von dem Laserscanner emittierter Laserpuls wird von einem Fahrzeug oder einem sonstigen festen Objekt in der Umgebung des Laserscanners reflektiert und gegebenenfalls zurückgeworfen und dementsprechend detektiert. Dabei wirken sich Änderungen in der Detektorempfindlichkeit und/oder der optischen Sendeleistung nicht oder sehr viel weniger stark aus, als dies bei weichen und transparenten Objekten wie Wassertropfen der Fall ist.
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Dementsprechend kann, angenommen die Detektorempfindlichkeit und/oder die optische Sendeleistung ist beispielsweise während des zweiten Scandurchlaufs größer als während des ersten Scandurchlaufs, davon ausgegangen werden, dass es sich bei dem potentiellen Objekt um Wassertropfen in der Umgebung handelt, wenn die zweite Anzahl signifikant größer ist als die erste Anzahl, das Verhältnis also kleiner ist als der vorgegebene Schwellwert. Handelt es sich bei dem Objekt um ein tatsächliches Objekt, so ist zu erwarten, dass die erste Anzahl näherungsweise gleich der zweiten Anzahl ist, sodass das Verhältnis in etwa gleich 1 ist. Dabei wird angenommen, dass die Detektorempfindlichkeit während des zweiten Scandurchlaufs größer ist als während des ersten Scandurchlaufs und/oder die optische Sendeleistung während des zweiten Scandurchlaufs größer ist als während des ersten Scandurchlaufs.
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Indem die Objektverfolgungsinstanz abhängig von der ersten und der zweiten Anzahl, insbesondere abhängig von dem Verhältnis der ersten Anzahl zu der zweiten Anzahl, initialisiert wird und insbesondere nur dann initialisiert wird, wenn das Verhältnis größer oder gleich dem Schwellwert ist, also der Unterschied zwischen erster und zweiter Anzahl relativ gering ist, wird die Wahrscheinlichkeit, dass fälschlicherweise eine Objektverfolgungsinstanz initialisiert wird, obwohl es sich bei dem potentiellen Objekt um aufgewirbelte oder in der Luft befindliche Wassertropfen handelt, reduziert. Dadurch werden die Zuverlässigkeit der Initialisierung der Objektverfolgungsinstanz und daher die Zuverlässigkeit der Objektverfolgung an sich erhöht. Letztlich wird dadurch die Sicherheit beim automatischen oder teilautomatischen Fahren des Kraftfahrzeugs oder die Zuverlässigkeit eines Fahrerassistenzsystems des Kraftfahrzeugs, das auf der Objektverfolgung basiert, erhöht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der zweite Scandurchlauf vor dem ersten Scandurchlauf, insbesondere unmittelbar vor dem ersten Scandurchlauf, oder nach dem ersten Scandurchlauf, insbesondere nach dem ersten Scandurchlauf, durchgeführt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird wenigstens ein Teil der zweiten Punktwolke unter Verwendung eines vorgegebenen Bewegungsmodells zeitlich verschoben, um einen Zeitunterschied zwischen dem ersten Scandurchlauf und dem zweiten Scandurchlauf zu berücksichtigen. Die erste Anzahl von Scanpunkten der ersten Punktwolke wird dem potentiellen Objekt abhängig von dem zeitlich verschobenen Teil der zweiten Punktwolke zugeordnet.
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Um die zeitliche Verschiebung durchzuführen, kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung beispielsweise für jeden Scanpunkt des zu verschiebenden Teils der zweiten Punktwolke einen entsprechend zeitlich verschobenen Scanpunkt basierend auf dem Bewegungsmodell berechnen. Dies beinhaltet insbesondere die Berechnung oder Abschätzung entsprechender Koordinaten. Die zeitliche Verschiebung kann dabei einer Verschiebung in die Vergangenheit oder in die Zukunft entsprechen, je nachdem, ob der zweite Scandurchlauf vor oder nach dem ersten Scandurchlauf durchgeführt wird.
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Findet der zweite Scandurchlauf vor dem ersten Scandurchlauf statt, so entspricht die Verschiebung einer Verschiebung in die Zukunft, findet der zweite Scandurchlauf nach dem ersten Scandurchlauf statt, so entspricht die Verschiebung einer zeitlichen Verschiebung in die Vergangenheit.
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Das Bewegungsmodell kann beispielsweise eine konstante Geschwindigkeit des potentiellen Objekts und/oder eine konstante Drehrate des potentiellen Objekts voraussetzen.
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Durch die zeitliche Verschiebung werden die erste und die zweite Punktwolke unmittelbar miteinander vergleichbar. Wäre die Detektorempfindlichkeit und die optische Sendeleistung in beiden Scandurchläufen identisch, so wären also näherungsweise identische Werte für die erste und die zweite Anzahl zu erwarten. Durch die unterschiedliche Detektorempfindlichkeit und/oder optische Sendeleistung unterscheiden sich im Allgemeinen jedoch die jeweiligen Anzahlen von Scanpunkten, die dem potentiellen Objekt zugeordnet werden können.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden während des ersten Scandurchlaufs und während des zweiten Scandurchlaufs mittels der Emittereinheit des Laserscanners jeweils Laserpulse erzeugt. Während des ersten Scandurchlaufs und während des zweiten Scandurchlaufs wird die drehbar gelagerte Spiegeleinheit des Laserscanners um eine Rotationsachse gedreht, um die Laserpulse innerhalb einer Sendeebene umzulenken, wobei die Sendeebene insbesondere senkrecht zu der Rotationsachse steht, und in eine Umgebung des Laserscanners zu emittieren und um in der Umgebung reflektierte Anteile der emittierten Laserpulse auf die Detektoreinheit des Laserscanners umzulenken. Der erste Scandurchlauf entspricht einem ersten Drehwinkelintervall der Spiegeleinheit und der zweite Scandurchlauf entspricht einem zweiten Drehwinkelintervall der Spiegeleinheit.
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Während der Rotation der Spiegeleinheit um die Rotationsachse werden die Laserpulse mittels der Emittereinheit wiederholt, insbesondere periodisch, emittiert, sodass während des ersten und des zweiten Scandurchlaufs jeweils eine Vielzahl von Laserpulsen in unterschiedliche Richtungen emittiert werden. Die Rotation des Spiegelelements und die Erzeugung der Laserpulse können dabei insbesondere durch die Steuer- und Auswerteeinrichtung synchronisiert sein, sodass zwischen zwei aufeinanderfolgenden Laserpulsen stets eine definierte Drehwinkeldifferenz des Drehspiegels gegeben ist. Auf diese Weise kann insbesondere sichergestellt werden, dass während des ersten Scandurchlaufs und während des zweiten Scandurchlaufs Pulse in dieselben Richtungen emittiert werden. Dies erhöht die unmittelbare Vergleichbarkeit der ersten und der zweiten Punktwolke.
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Die Steuer- und Auswerteeinrichtung steuert die Detektorempfindlichkeit und/oder die optische Sendeleistung derart, dass sie sich während des ersten Drehwinkelintervalls und des zweiten Drehwinkelintervalls voneinander unterscheiden. Auf diese Weise kann jedem Scanpunkt der ersten und der zweiten Punktwolke eindeutig die entsprechende Detektorempfindlichkeit beziehungsweise optische Sendeleistung zugeordnet werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden diejenigen der Laserpulse, die mittels der Emittereinheit während des ersten Scandurchlaufs erzeugt werden, von der ersten Spiegeloberfläche der Spiegeleinheit reflektiert und dadurch umgelenkt und emittiert. Dementsprechend werden diejenigen Laserpulse, die mittels der Emittereinheit während des zweiten Scandurchlaufs erzeugt werden, von der zweiten Spiegeloberfläche der Spiegeleinheit reflektiert und dadurch umgelenkt und emittiert.
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Entsprechendes gilt analog für die jeweiligen reflektierten Anteile der emittierten Laserpulse während des ersten und des zweiten Scandurchlaufs. Insbesondere liegen die beiden Spiegeloberflächen einander gegenüber. Die Spiegeleinheit weist also beispielsweise genau zwei Spiegeloberflächen auf, die einander gegenüberliegen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird vor der Initialisierung der Objektverfolgungsinstanz, insbesondere mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung, ein Maß für eine Regenwahrscheinlichkeit bestimmt und festgestellt, dass das Maß für die Regenwahrscheinlichkeit größer ist als ein vorgegebener Grenzwert.
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Mit anderen Worten wird die Objektverfolgungsinstanz gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren nur dann abhängig von der ersten und der zweiten Anzahl initialisiert, wenn das Maß für die Regenwahrscheinlichkeit größer ist als der vorgegebene Grenzwert. So kann vermieden werden, dass die entsprechenden Berechnungen durchgeführt werden, obwohl mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht von fehlerhaften Initialisierungen aufgrund von Regen oder aufgewirbeltem Wasser auszugehen ist.
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Die Regenwahrscheinlichkeit entspricht dabei einer Wahrscheinlichkeit dafür, dass es gerade regnet oder sich Wassertropfen aus anderen Gründen in der Luft befinden, beispielsweise weil entsprechendes Wasser von der regennassen Fahrbahn von einem vorausfahrenden Fahrzeug aufgewirbelt wird.
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Wird nicht festgestellt, dass das Maß für die Regenwahrscheinlichkeit größer ist als der Grenzwert, so kann die Initialisierung der Objektverfolgungsinstanz lediglich abhängig von der ersten oder lediglich abhängig von der zweiten Anzahl erfolgen beziehungsweise lediglich abhängig von der ersten Punktwolke oder lediglich abhängig von der zweiten Punktwolke. Die Initialisierung kann dann anhand eines an sich bekannten Verfahrens erfolgen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mittels des Laserscanners ein weiterer erster Scandurchlauf durchgeführt, um eine weitere erste Punktwolke von Scanpunkten zu erzeugen und, insbesondere nach dem ersten Scandurchlauf, wird ein weiterer zweiter Scandurchlauf durchgeführt, um eine weitere zweite Punktwolke von Scanpunkten zu erzeugen. Die Detektorempfindlichkeit wird derart gesteuert, dass sich die Detektorempfindlichkeit während des weiteren ersten Scandurchlaufs und der Detektorempfindlichkeit während des weiteren zweiten Scandurchlaufs unterscheidet und/oder die optische Sendeleistung wird derart gesteuert, dass sich die optische Sendeleistung während des weiteren ersten Scandurchlaufs von der optischen Sendeleistung während des weiteren zweiten Scandurchlaufs unterscheidet. Das Maß für die Regenwahrscheinlichkeit wird abhängig von einer weiteren ersten Anzahl der Scanpunkte der weiteren ersten Punktwolke und von einer weiteren zweiten Anzahl der Scanpunkte der weiteren zweiten Punktwolke bestimmt.
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Beispielsweise kann die weitere erste Anzahl der Scanpunkte der Gesamtanzahl von Scanpunkten der ersten weiteren Punktwolke entsprechen oder der Gesamtanzahl nach einem Filterschritt beziehungsweise die weitere zweite Anzahl der Scanpunkte kann der Gesamtanzahl von Scanpunkten der weiteren zweiten Punktwolke entsprechen oder der Gesamtanzahl nach einem Filterschritt.
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Aus den oben bezüglich der ersten und der zweiten Punktwolke beschriebenen Gründen ist ein relativ großer Unterschied zwischen der weiteren ersten Anzahl und der weiteren zweiten Anzahl ein Indiz für eine hohe Regenwahrscheinlichkeit.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Maß für die Regenwahrscheinlichkeit abhängig von einem Verhältnis der ersten weiteren Anzahl zu der zweiten weiteren Anzahl bestimmt, insbesondere ist das Maß gleich dem Verhältnis der weiteren ersten Anzahl zu der weiteren zweiten Anzahl.
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In verschiedenen Ausgestaltungsformen kann, insbesondere mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung, ein verdecktes Markov-Modell (Englisch: „Hidden Markov Model“), HMM, verwendet werden, um abhängig von dem Verhältnis der weiteren ersten Anzahl zu der weiteren zweiten Anzahl das Maß für die Regenwahrscheinlichkeit zu bestimmen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden nur solche Scanpunkte der ersten Punktwolke als Teil der ersten Anzahl dem potentiellen Objekt zugeordnet, die mindestens einen vorgegebenen Mindestabstand von dem Laserscanner aufweisen.
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Mit anderen Worten weist jeder Scanpunkt der ersten Punktwolke, der als Teil der ersten Anzahl dem potentiellen Objekt zugeordnet wurde, einen Abstand von dem Laserscanner auf, der größer oder gleich dem vorgegebenen Mindestabstand ist. Dass ein Scanpunkt einen Abstand von dem Laserscanner aufweist, kann insbesondere derart verstanden werden, dass ein Punkt in der Umgebung, auf den die Reflexion zurückgeht, basierend auf der der jeweilige Scanpunkt erzeugt wurde, den entsprechenden Abstand von dem Laserscanner aufweist.
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Bei dem Abstand kann es sich beispielsweise um einen radialen Abstand, insbesondere den basierend auf der Lichtlaufzeitmessung bestimmten radialen Abstand, handeln. Es kann sich aber auch um einen anderen Abstand, beispielsweise einen Abstand entlang einer Längsrichtung des Laserscanners oder dergleichen, handeln.
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Auf diese Weise wird effektiv erreicht, dass Punkte, die sich in einem vorbestimmten Bereich vor dem Laserscanner, insbesondere vor dem Kraftfahrzeug, das den Laserscanner trägt, also in einem entsprechenden Fahrschlauch (Englisch: „driving tube“), befinden, nicht als Grundlage zur Initialisierung der Objektverfolgungsinstanz herangezogen werden. Dabei wird ausgenutzt, dass es sich bei Punkten, die sich sehr nahe an dem Laserscanner befinden, mit hoher Wahrscheinlichkeit um Störeinflüsse, also beispielsweise um Wassertropfen in der Luft, handelt.
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Beispielsweise kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung den Mindestabstand abhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit des Laserscanners bestimmen.
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Die Bewegungsgeschwindigkeit des Laserscanners kann beispielsweise einer Bewegungsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs entsprechen. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung kann daher die Bewegungsgeschwindigkeit bestimmen, indem sie von einem entsprechenden Geschwindigkeitssensor des Kraftfahrzeugs oder von einem Fahrzeugkommunikationsbus, einen aktuellen Wert für die Bewegungsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs erhält.
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Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit für falsch-positive Initialisierungen der Objektverfolgungsinstanz reduziert werden und die Zuverlässigkeit der Objektverfolgung kann weiter erhöht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum wenigstens teilweise automatischen Führen eines Kraftfahrzeugs angegeben. Dazu wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Objektverfolgung mittels eines Laserscanners durchgeführt, wobei der Laserscanner während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Objektverfolgung an dem Kraftfahrzeug montiert ist. Basierend auf der Verfolgung des verfolgten Objekts, also insbesondere basierend auf einem Ergebnis der Objektverfolgung wird, insbesondere mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung, wenigstens ein Steuersignal zum wenigstens teilweise automatischen Führen des Kraftfahrzeugs erzeugt.
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Das Ergebnis der Objektverfolgung kann dabei eine Reihe aufeinanderfolgender Vorhersagen für die Position und/oder Orientierung und/oder Geschwindigkeit und so weiter des verfolgten Objekts bezüglich des Kraftfahrzeugs beziehungsweise bezüglich des Laserscanners beinhalten.
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Das wenigstens eine Steuersignal kann dann beispielsweise einem oder mehreren Aktuatoren des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden, welche die wenigstens teilweise automatische Führung des Kraftfahrzeugs basierend darauf implementieren. Alternativ oder zusätzlich können auch entsprechende Warn- oder Hinweissignale für einen Fahrer des Fahrzeugs entsprechend erzeugt werden.
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Beispielsweise kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung basierend auf dem Ergebnis der Objektverfolgung eine Pfadplanung für das Kraftfahrzeug vornehmen und/oder eine Pfadvorhersage für das verfolgte Objekt durchführen.
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Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise ein elektronisches Fahrzeugführungssystem aufweisen, welches den Laserscanner und insbesondere die Steuer- und Auswerteeinrichtung und gegebenenfalls die Aktuatoren beinhaltet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Sensorsystem für ein Kraftfahrzeug angegeben. Das Sensorsystem weist einen Laserscanner auf, der eine Emittereinheit zum Erzeugen von Laserpulsen, eine Spiegeleinheit zum Umlenken und Emittieren der Laserpulse in eine Umgebung des Laserscanners, und eine Detektoreinheit zum Detektieren von in der Umgebung reflektieren Anteilen der emittierten Laserpulse enthält. Das Sensorsystem enthält eine Steuer- und Auswerteeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Emittereinheit, insbesondere die Emittereinheit und die Spiegeleinheit, anzusteuern, um einen ersten Scandurchlauf durchzuführen und basierend auf dem ersten Scandurchlauf eine erste Punktwolke von Scanpunkten zu erzeugen. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung ist ferner dazu eingerichtet, die Emittereinheit, insbesondere die Emittereinheit und die Spiegeleinheit, anzusteuern, um einen zweiten Scandurchlauf durchzuführen und basierend auf dem zweiten Scandurchlauf eine zweite Punktwolke von Scanpunkten zu erzeugen. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung ist dazu eingerichtet, die Detektorempfindlichkeit der Detektoreinheit derart zu steuern, dass sich die Detektorempfindlichkeit während des ersten Scandurchlaufs von der Detektorempfindlichkeit während des zweiten Scandurchlaufs unterscheidet und/oder eine optische Sendeleistung der Emittereinheit derart zu steuern, dass sich die optische Sendeleistung während des ersten Scandurchlaufs von der optischen Sendeleistung während des zweiten Scandurchlaufs unterscheidet. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung ist dazu eingerichtet, eine erste Anzahl von Scanpunkten der ersten Punktwolke einem potentiellen Objekt in der Umgebung des Laserscanners zuzuordnen und eine zweite Anzahl von Scanpunkten der zweiten Punktwolke dem potentiellen Objekt zuzuordnen. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung ist dazu eingerichtet, eine Objektverfolgungsinstanz abhängig von oder ersten Anzahl und abhängig von der zweiten Anzahl zu initialisieren.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorsystems ist die Spiegeleinheit um eine Rotationsachse drehbar gelagert. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung ist dazu eingerichtet, während des ersten Scandurchlaufs und während des zweiten Scandurchlaufs die Spiegeleinheit um die Rotationsachse zu drehen, um die Laserpulse innerhalb einer Sendeebene umzulenken und in die Umgebung des Laserscanners zu emittieren und um die reflektierten Anteile der emittierten Laserpulse auf die Detektoreinheit umzulenken. Die Steuer- und Auswerteeinheit ist dazu eingerichtet, die Detektorempfindlichkeit und/oder die optische Sendeleistung derart zu steuern, dass der erste Scandurchlauf einem ersten Drehwinkelintervall der Spiegeleinheit entspricht und der zweite Scandurchlauf einem zweiten Drehwinkelintervall.
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Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sensorsystems folgen unmittelbar aus den verschiedenen Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Objektverfolgung mittels eines Laserscanners und des erfindungsgemäßen Verfahrens zum wenigstens teilweise automatischen Führen eines Kraftfahrzeugs und umgekehrt. Insbesondere kann ein erfindungsgemäßes Sensorsystem dazu eingerichtet sein, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen oder es führt ein solches Verfahren durch.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm mit ersten Befehlen angegeben. Bei Ausführung der ersten Befehle durch ein erfindungsgemäßes Sensorsystem, insbesondere durch die Steuer- und Auswerteeinrichtung des Sensorsystems, veranlassen die ersten Befehle das Sensorsystem dazu, ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Objektverfolgung mittels eines Laserscanners durchzuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein zweites Computerprogramm mit zweiten Befehlen angegeben. Bei Ausführung der zweiten Befehle durch ein erfindungsgemäßes Sensorsystem oder durch ein elektronisches Fahrzeugführungssystem mit einem erfindungsgemäßen Sensorsystem, insbesondere durch die Steuer- und Auswerteeinrichtung des Sensorsystems, veranlassen die zweiten Befehle das Sensorsystem oder das elektronische Fahrzeugführungssystem dazu, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum wenigstens teilweise automatischen Führen eines Kraftfahrzeugs durchzuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein computerlesbares Speichermedium angegeben, welches ein erstes Computerprogramm und/oder ein zweites Computerprogramm gemäß der Erfindung speichert.
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Das erste Computerprogramm, das zweite Computerprogramm sowie das computerlesbare Speichermedium können als jeweilige Computerprogrammprodukte mit den ersten und/oder den zweiten Befehlen aufgefasst werden.
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Unter einem elektronischen Fahrzeugführungssystem kann ein elektronisches System verstanden werden, das dazu eingerichtet ist, ein Fahrzeug vollautomatisch oder vollautonom zu führen, insbesondere ohne dass ein Eingriff in eine Steuerung durch einen Fahrer erforderlich ist. Das Fahrzeug führt alle erforderlichen Funktionen, wie Lenk, Brems- und/oder Beschleunigungsmanöver, die Beobachtung und Erfassung des Straßenverkehrs sowie entsprechende Reaktionen automatisch durch. Insbesondere kann das elektronische Fahrzeugführungssystem einen vollautomatischen oder vollautonomen Fahrmodus des Kraftfahrzeugs nach Stufe 5 der Klassifizierung gemäß SAE J3016 implementieren. Unter einem elektronischen Fahrzeugführungssystem kann auch ein Fahrerassistenzsystem (englisch: „advanced driver assistance system“, ADAS) verstanden werden, welches den Fahrer beim teilweise automatisierten oder teilautonomen Fahren unterstützt. Insbesondere kann das elektronische Fahrzeugführungssystem einen teilweise automatisierten oder teilautonomen Fahrmodus nach den Stufen 1 bis 4 gemäß der SAE J3016-Klassifizierung implementieren. Hier und im Folgenden bezieht sich „SAE J3016“ auf die entsprechende Norm in der Version vom Juni 2018.
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Die wenigstens teilweise automatische Fahrzeugführung kann es daher beinhalten, das Fahrzeug gemäß eines vollautomatischen oder vollautonomen Fahrmodus der Stufe 5 nach SAE J3016 zu führen. Die wenigstens teilweise automatische Fahrzeugführung kann auch beinhalten, das Fahrzeug gemäß eines teilweise automatisierten oder teilautonomen Fahrmodus nach den Stufen 1 bis 4 nach SAE J3016 zu führen.
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Unter einer Recheneinheit kann insbesondere ein Datenverarbeitungsgerät verstanden werden, die Recheneinheit kann also insbesondere Daten zur Durchführung von Rechenoperationen verarbeiten. Darunter fallen gegebenenfalls auch Operationen, um indizierte Zugriffe auf eine Datenstruktur, beispielsweise eine Umsetzungstabelle, LUT (englisch: „look-up table“), durchzuführen.
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Die Recheneinheit kann insbesondere einen oder mehrere Computer, einen oder mehrere Mikrocontroller und/oder einen oder mehrere integrierte Schaltkreise enthalten, beispielsweise eine oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltungen, ASIC (englisch: „application-specific integrated circuit“), eines oder mehrere feldprogrammierbare Gate-Arrays, FPGA, und/oder eines oder mehrere Einchipsysteme, SoC (englisch: „system on a chip“). Die Recheneinheit kann auch einen oder mehrere Prozessoren, beispielsweise einen oder mehrere Mikroprozessoren, eine oder mehrere zentrale Prozessoreinheiten, CPU (englisch: „central processing unit“), eine oder mehrere Grafikprozessoreinheiten, GPU (englisch: „graphics processing unit“) und/oder einen oder mehrere Signalprozessoren, insbesondere einen oder mehrere digitale Signalprozessoren, DSP, enthalten. Die Recheneinheit kann auch einen physischen oder einen virtuellen Verbund von Computern oder sonstigen der genannten Einheiten beinhalten.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen beinhaltet die Recheneinheit eine oder mehrere Hardware- und/oder Softwareschnittstelle und/oder eine oder mehrere Speichereinheiten.
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Eine Speichereinheit kann als flüchtiger Datenspeicher, beispielsweise als dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff, DRAM (englisch: „dynamic random access memory“) oder statischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff, SRAM (englisch: „static random access memory“), oder als nicht-flüchtiger Datenspeicher, beispielsweise als Festwertspeicher, ROM (englisch: „read-only memory“), als programmierbarer Festwertspeicher, PROM (englisch: „programmable read-only memory“), als löschbarer Festwertspeicher, EPROM (englisch: „erasable read-only memory“), als elektrisch löschbarer Festwertspeicher, EEPROM (englisch: „electrically erasable read-only memory“), als Flash-Speicher oder Flash-EEPROM, als ferroelektrischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff, FRAM (englisch: „ferroelectric random access memory“), als magnetoresistiver Speicher mit wahlfreiem Zugriff, MRAM (englisch: „magnetoresistive random access memory“) oder als Phasenänderungsspeicher mit wahlfreiem Zugriff, PCRAM (englisch: „phase-change random access memory“), ausgestaltet sein.
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Ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung die Rede davon, dass eine Komponente des erfindungsgemäßen Sensorsystems, insbesondere die Steuer- und Auswerteeinrichtung des Sensorsystems dazu eingerichtet, ausgebildet, ausgelegt, oder dergleichen ist, eine bestimmte Funktion auszuführen oder zu realisieren, eine bestimmte Wirkung zu erzielen oder einem bestimmten Zweck zu dienen, so kann dies derart verstanden werden, dass die Komponente, über die prinzipielle oder theoretische Verwendbarkeit oder Eignung der Komponente für diese Funktion, Wirkung oder diesen Zweck hinaus, durch eine entsprechende Anpassung, Programmierung, physische Ausgestaltung und so weiter konkret und tatsächlich dazu in der Lage ist, die Funktion auszuführen oder zu realisieren, die Wirkung zu erzielen oder dem Zweck zu dienen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen können nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen von der Erfindung umfasst sein. Es sind insbesondere auch Ausführungen und Merkmalskombinationen von der Erfindung umfasst, die nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen von der Erfindung umfasst, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
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In den Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorsystems;
- 2 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorsystems;
- 3 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorsystems; und
- 4 eine Vielzahl von Scanpunkten im Kontext einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Objektverfolgung mittels eines Laserscanners.
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In 1 ist schematisch eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorsystems 1 mit einem Laserscanner 2 dargestellt.
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Das Sensorsystem 1 beinhaltet eine Steuer- und Auswerteeinheit 3a, 3b, die beispielsweise eine Recheneinheit 3a und eine Steuereinheit 3b aufweisen kann. Die Steuereinheit 3b kann beispielsweise in einem optionalen Gehäuse 9 des Laserscanners 2 angeordnet sein und die Recheneinheit kann beispielsweise als Teil eines elektronischen Steuergeräts, ECU, eines Kraftfahrzeugs ausgestaltet sein kann oder ein ECU enthalten. Die Recheneinheit 3a kann als Auswerteeinheit des Sensorsystems 1 fungieren. Die im Folgenden beschriebenen Funktionen der Recheneinheit 3a können aber auch, zum Teil oder vollständig, von der Steuereinheit 3b durchgeführt werden oder umgekehrt. In alternativen Ausführungsformen sind die Funktionen der Steuereinheit 3b und der Recheneinheit 3a in einer Einheit kombiniert oder in anderer Weise aufgeteilt.
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Der Laserscanner 2 weist eine Emittereinheit 4 auf, die eine oder mehrere Laserdioden, insbesondere Infrarotlaserdioden, enthält und von der Steuereinheit 3b angesteuert werden kann, um Laserpulse 6a in einer Sendeebene in die Umgebung des Laserscanners 2 und damit des Kraftfahrzeugs emittieren. Der Laserscanner 2 weist außerdem eine Detektoreinheit 5 auf, die einen oder mehrere optische Detektoren aufweist, beispielsweise Lawinenphotodioden, APDs, und ebenfalls mittels der Steuereinheit 3b und der Recheneinheit 3a verbunden ist. Die Detektoreinheit 5 kann von einem Objekt 10 in der Umgebung des Laserscanners 2 reflektierte Anteile 6b der emittierten Laserpulse 6a detektieren. Basierend auf den detektierten reflektierten Anteilen 6b kann die Recheneinheit 3a eine Vielzahl von Scanpunkten erzeugen.
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Der Laserscanner 2 weist außerdem einen um eine Rotationsachse 8 drehbar gelagerte Spiegeleinheit 7 auf. Die Rotationsachse 8 steht senkrecht zu der Sendeebene. Beispielsweise sind die optischen Detektoren oder ist ein Teil der optischen Detektoren linear parallel zu der Rotationsachse 8 angeordnet. Die Steuereinheit 3b kann auch die Rotationsposition der Spiegeleinheit 7 steuern beziehungsweise überwachen und somit die Laserpulse 6a synchronisiert mit der Drehung der Spiegeleinheit 7 steuern.
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Das Sensorsystem 1 ist dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Objektverfolgung durchzuführen. Das Kraftfahrzeug kann dann basierend auf einem Ergebnis des Verfahrens automatisch oder teilweise automatisch geführt werden.
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Die Steuereinheit 3b kann die Spiegeleinheit 7 und die Emittereinheit 4 derart ansteuern, dass ein erster Scandurchlauf durchgeführt wird, um eine erste Punktwolke von Scanpunkten zu erzeugen und unmittelbar darauf ein zweiter Scandurchlauf durchgeführt wird, um eine zweite Punktwolke von Scanpunkten zu erzeugen. Der erste und der zweite Scandurchlauf können dabei unterschiedlichen Spiegeloberflächen, beispielsweise gegenüberliegenden Spiegeloberflächen, der Spiegeleinheit 7 entsprechen. Mit anderen Worten können die während des ersten Scandurchlaufs von der Emittereinheit 4 erzeugten Laserpulse 6a von einer ersten Spiegeloberfläche der Spiegeleinheit 7 reflektiert und so in die Umgebung emittiert werden. Dementsprechend werden auch die während des ersten Scandurchlaufs in der Umgebung reflektierten und zurückgeworfenen Anteile 6b der Laserpulse 6a von der ersten Spiegeloberfläche reflektiert und auf die Detektoreinheit 5 umgelenkt. Analog können die während des zweiten Scandurchlaufs von der Emittereinheit 4 erzeugten Laserpulse 6a von einer zweiten Spiegeloberfläche der Spiegeleinheit 7 reflektiert und so in die Umgebung emittiert werden. Dementsprechend werden auch die während des zweiten Scandurchlaufs in der Umgebung reflektierten und zurückgeworfenen Anteile 6b der Laserpulse 6a von der zweiten Spiegeloberfläche reflektiert und auf die Detektoreinheit 5 umgelenkt.
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Aufgrund der Ausbreitung der Laserpulse 6aa und der reflektierten Anteile 6b mit Lichtgeschwindigkeit entspricht die Stellung der Spiegeleinheit 7 beim Erfassen der reflektierten Anteile 6b im Rahmen der Messgenauigkeit exakt der Spiegelstellung beim Emittieren des entsprechenden Laserpulses 6a. In Kombination mit einer Lichtlaufzeitmessung kann die Steuereinheit 3b also für jeden Scanpunkt dreidimensionale Koordinaten bestimmen, beispielsweise in einem Polarkoordinatensystem, Jeder Scanpunkt ist also insbesondere durch die entsprechende Rotationsposition des Spiegeleinheit 7 und den entsprechenden horizontalen Einfallswinkel innerhalb der Sendeebene, einen vertikalen Einfallswinkel oder Lageindex und einen radialen Abstand charakterisiert. Der vertikale Einfallswinkel oder Lageindex entspricht demjenigen optischen Detektor, mittels dem die reflektierten Anteile 6b des entsprechenden Scanpunkts erfasst wurden.
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Die Steuereinheit 3b kann eine Detektorempfindlichkeit des Laserscanners 2, beispielsweise durch Einstellen einer Sperrspannung der optischen Detektoren der Detektoreinheit 5, derart steuern, dass sich die Detektorempfindlichkeit während des ersten Scandurchlaufs von der Detektorempfindlichkeit während des zweiten Scandurchlaufs unterscheidet. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit 3b eine optische Sendeleistung des Laserscanners 2, beispielsweise durch Einstellen des elektrischen Betriebsstroms der Laserdioden der Emittereinheit 4, derart steuern, dass sich die optische Sendeleistung während des ersten Scandurchlaufs von der optischen Sendeleistung während des zweiten Scandurchlaufs unterscheidet. Im Folgenden wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit angenommen, dass die Detektorempfindlichkeit und/oder die optische Sendeleistung während des zweiten Scandurchlaufs größer ist, als während des ersten Scandurchlaufs. Selbstverständlich ist auch der umgekehrte Fall möglich, die Erläuterungen sind dann entsprechend angepasst gültig.
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Durch die höhere Detektorempfindlichkeit und/oder optische Sendeleistung während des zweiten Scandurchlaufs ist die Wahrscheinlichkeit Scanpunkte zu erzeugen, die nicht tatsächlichen zu verfolgenden Objekten 12 in der Umgebung des Kraftfahrzeugs, beispielweise weiteren Verkehrsteilnehmern, entsprechend, sondern auf Störungen durch Wassertropfen aufgrund von Regen, Nebel oder von einer Fahrbahn aufgewirbeltem Wasser, während des zweiten Scandurchlaufs gegenüber dem ersten Scandurchlauf erhöht. Die Wahrscheinlichkeit Scanpunkte zu erzeugen, die auf tatsächliche zu verfolgenden Objekte 12, insbesondere andere Verkehrsteilnehmer, zurückgehen, hängt dagegen nicht oder nicht vergleichbar stark von der unterschiedlichen Detektorempfindlichkeit und/oder optischen Sendeleistung ab.
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Als Konsequenz daraus kann die Recheneinheit 3a basierend auf dem Verhältnis der Anzahl derjenigen Scanpunkte aus dem ersten Scandurchlauf, die einem potentiellen Objekt zugeordnet werden zur Anzahl derjenigen Scanpunkte aus dem zweiten Scandurchlauf, die dem potentiellen Objekt zugeordnet werden, bestimmen, ob es sich vornehmlich um Scanpunkte aufgrund von Wassertropfen handelt oder nicht. Die Recheneinheit 3a kann dann beispielsweise nur dann eine entsprechende Objektverfolgungsinstanz zur Verfolgung des Objekts 12 initialisieren, wenn das Verhältnis größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert, beispielsweise 0,5, ist. So kann die Wahrscheinlichkeit verringert werden, dass fälschlicherweise basierend auf Regen oder aufgewirbeltem Wasser eine Objektverfolgungsinstanz initialisiert wird.
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2 und 3 zeigen beispielhaft Scanpunkte 13, die während des ersten Scandurchlaufs und auch während des zweiten Scandurchlaufs erzeugt wurden und dem potentiellen Objekt 12 zugeordnet werden können. 3 zeigt außerdem Scanpunkte 14, die während des zweiten Scandurchlaufs aber nicht während des ersten Scandurchlaufs erzeugt wurden und die dem potentiellen Objekt 12 zugeordnet werden können. Die Recheneinheit 3a kann beispielsweise eine konstante Bewegungsgeschwindigkeit, insbesondere Translationsgeschwindigkeit und Rotationsgeschwindigkeit, des potentiellen Objekts 12 annehmen, um die Scanpunkte aus dem zweiten Scandurchlauf zeitlich in die Vergangenheit zu verschieben, um sie direkt mit den Scanpunkten 13 aus dem ersten Scandurchlauf abgleichen zu können.
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In verschiedenen Ausführungsformen des Verfahrens kann der beschriebene Abgleich der Anzahl von Scanpunkten 13, 14 aus dem ersten und dem zweiten Scandurchlauf nur dann durchgeführt werden, wenn vorab mittels der Recheneinheit 3a festgestellt wurde, dass es mit hoher Wahrscheinlichkeit regnet beziehungsweise dass eine regennasse Fahrbahn vorliegt. Dementsprechend kann basierend auf vorhergehenden aufeinanderfolgenden Scandurchläufen, welche ebenfalls mit unterschiedlichen Detektorempfindlichkeiten und/oder optischen Sendeleistungen durchgeführt werden, ein entsprechendes Maß für eine Regenwahrscheinlichkeit bestimmt werden. Nur wenn das Maß größer ist, als ein entsprechender vorgegebener Grenzwert, kann der Abgleich wie beschrieben zum Initialisieren der Objektverfolgungsinstanz durchgeführt werden.
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Beispielsweise kann die Recheneinheit 3a ein verdecktes Markov-Modell verwenden, um das Maß für die Regenwahrscheinlichkeit basierend auf der Gesamtanzahl der Scanpunkte aufeinanderfolgender Scandurchläufe mit unterschiedlichen Detektorempfindlichkeiten und/oder optischen Sendeleistungen zu berechnen.
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In verschiedenen Ausführungsformen können außerdem zusätzliche Bedingungen vorgesehen sein, um die Objektverfolgungsinstanz zu initialisieren. Beispielsweise kann angenommen werden, dass bei relativ hohen Geschwindigkeiten, beispielsweise bei Geschwindigkeiten von mehr als 50 km/h, des Laserscanners 2 beziehungsweise des Kraftfahrzeugs 11, an dem der Laserscanner 2 befestigt ist, in unmittelbarer Umgebung des Laserscanners 2 keine tatsächlichen Objekte auftreten werden, beispielsweise in einem Bereich, der einer Zeit bis zur Kollision von weniger als 0,5 s entsprechen würden. Dementsprechend kann ein Bereich in dem Fahrschlauch des Kraftfahrzeugs 11 definiert werden, dessen Größe von der Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 11 und einem vorgegebenen Wert die maximale Zeit bis zur Kollision, beispielsweise 0,5 s, abhängt. Alle Punkte, die sich in diesem Bereich befinden, können beispielsweise bei der Initialisierung einer Objektverfolgungsinstanz vernachlässigt werden.
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Ein weiterer relevanter Aspekt bei der Objektverfolgung bereits initialisierter Objektverfolgungsinstanzen ist die Markierung der weiteren Scanpunkte abhängig davon, ob sie mit hoher Wahrscheinlichkeit auf Regen oder Wassertropfen zurückgehen. Bei der laufenden Objektverfolgung kann die Recheneinheit 3a diesen Punkten dann ein geringes Gewicht zuweisen und deren Einfluss auf das verfolgte Objekt 12 beispielsweise vernachlässigen. Diese Logik kann in verschiedenen Ausführungsformen auf einen Nahbereich vor dem Kraftfahrzeug 11, beispielsweise 15 m oder weniger vor dem Kraftfahrzeug 11, beschränkt werden.
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Es können zwei Arten von Störeinflüssen aufgrund von Wassertropfen oder Regen betrachtet werden. Die Wahrscheinlichkeit für eine Störung ist links und rechts von dem verfolgten Objekt 12 erhöht, da hier eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür besteht, dass Wasser aufgewirbelt wird. Diese Art von Störung kann durch einen festen Schwellwert, beispielsweise 0,5 m, seitlich an dem verfolgten Objekt 12 berücksichtigt werden. Scanpunkte, die außerhalb dieses entsprechenden Grenzbereichs detektiert werden, können als Störung aufgrund von Regen markiert werden. Dies ist schematisch in 4 dargestellt. Die vertikalen Linien 15a, 15b definieren beispielsweise den Grenzbereich seitlich um das Objekt 12 herum. Scanpunkte 19, die sich außerhalb befinden, werden nicht berücksichtigt.
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Des Weiteren kann das Objekt 12, insbesondere wenn es sich um ein vorausfahrendes Kraftfahrzeug handelt, hinter sich Sprühwasser aufwirbeln. Um dem zu begegnen, kann beispielsweise ein fester Schwellwert, beispielsweise 0,45 m, hinter dem Objekt 12 definiert werden. Scanpunkte, die weiter als dieser Schwellwert von dem Objekt 12 entfernt sind, können ebenfalls vernachlässigt werden.
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Zudem kann beispielsweise ein adaptiver Schwellwert verwendet werden. Hierzu kann beispielsweise derjenige Scanpunkt der Scanpunkte 18 um das verfolgte Objekt 12 herum bestimmt werden, der sich hinter dem Objekt 12 befindet und am Nächsten an dem Objekt 12 befindet. In 4 ist eine entsprechende horizontale Linie 16 an einer entsprechenden Position eingezeichnet. Diese Linie kann dann um einen Toleranzwert, beispielsweise 0,25 m, weg von dem Objekt 12 verschoben werden, was zu einem adaptiven Grenzwert führt, wie er in 4 durch eine horizontale Linie 17 dargestellt ist. Scanpunkte 20, die weiter von dem Objekt 12 entfernt sind als durch den adaptiven Schwellwert gegeben, können ebenfalls vernachlässigt werden.
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In verschiedenen Ausgestaltungsformen können die bezüglich 4 beschriebenen Grenzwerte auch nur dann verwendet werden, wenn das verfolgte Objekt 12 eine Länge aufweist, die größer ist als eine Minimallänge, beispielsweise 1,8 m, um falsche Schlüsse zu verhindern.
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Wie beschrieben, insbesondere bezüglich der Figuren, ermöglicht es die Erfindung, die Objektverfolgung und insbesondere die Initialisierung von Objektverfolgungsinstanzen, in der Gegenwart von schlechten Wetterbedingungen wie insbesondere Regen zuverlässiger zu machen.
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Die Erfindung kann in verschiedenen Ausführungsformen beispielsweise Algorithmen wie probabilistische Multihypothesentracker, PMHT, verwenden, um die Störwahrscheinlichkeit für Scanpunkte aufgrund von Regen zu ermitteln und/oder ein verdecktes Markov-Modell, HMM, um die Regenwahrscheinlichkeit zu bestimmen und zu aktualisieren.
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In verschiedenen Ausführungsformen nutzt die Erfindung insbesondere den Unterschied der Detektorempfindlichkeit und/oder optischen Sendeleistung, der mit verschiedenen Spiegeloberflächen der drehbaren Spiegeleinheit in entsprechenden Ausführungsformen korreliert. In verschiedenen Ausführungsformen werden Objektverfolgungsinstanzen nur dann initialisiert, wenn die entsprechenden Punkte mit hoher Zuverlässigkeit von beiden Spiegeloberflächen detektiert wurden. Insbesondere kann das Verhältnis der Scanpunkte, also die Scanpunkte, die aus dem ersten Scandurchlauf dem potentiellen Objekt zugeordnet werden können, zu der Anzahl der Scanpunkte, die aus dem zweiten Scandurchlauf dem Objekt zugeordnet werden können, berechnet werden. Beispielsweise wenn dieses Verhältnis kleiner ist als 0,5, können die Detektionen als sporadisch und dementsprechend als Störungen durch Regen erachtet werden. Die Initialisierung einer Objektverfolgungsinstanz kann dann abgebrochen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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