DE102021202618A1

DE102021202618A1 - Verfahren zum Betrieb eines LiDAR-Systems

Info

Publication number: DE102021202618A1
Application number: DE102021202618.4A
Authority: DE
Inventors: Reiner Schnitzer; Siegwart Bogatscher; Alexander Greiner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-03-18
Filing date: 2021-03-18
Publication date: 2022-09-22
Also published as: CN117015722A; WO2022194903A1; EP4308963A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines LiDAR-Systems beschrieben, wobei das LiDAR-System einen Laser zum Aussenden von Laserlicht und einen Detektor zum Messen von Laserlicht aufweist, wobei der Detektor räumlich einen ersten Messbereich und einen zweiten Messbereich umfasst, umfassend die Schritte:a) Messen der Intensität des auf das LiDAR-System einfallenden Hintergrundlichtes mittels des ersten Messbereichs;b) Ermitteln der auszusendenden Laserleistung des Lasers in Abhängigkeit der gemessenen Intensität des Hintergrundlichts;c) Aussenden von Laserlicht mittels des Lasers mit der entsprechend ermittelten Laserleistung;d) Ermitteln der Entfernung eines Objektes mittels des an einem Objekt reflektierten und durch den zweiten Messbereich gemessenen Laserlichts.Weiterhin wird ein LiDAR-System, ein Computerprogramm, ein maschinenlesbares Speichermedium und die Verwendung des LiDAR-Systems beschrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb eines LiDAR-Systems gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs. Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein entsprechendes LiDAR-System, ein entsprechendes Computerprogramm, ein maschinenlesbares Speichermedium mit dem Computerprogramm sowie die Verwendung des LiDAR-Systems in einem Fahrzeug.
Stand der Technik
Lidarsensoren werden sich in den nächsten Jahren bei der Realisierung hochautomatisierter Fahrfunktionen etablieren. Zur Abdeckung großer horizontaler Erfassungswinkel zwischen 150° und 360° sind heute nur mechanische Laserscanner bekannt. Bei einer ersten Ausprägung, den Drehspiegel-Laserscannern, deren maximalen Erfassungsbereich auf etwa 150° beschränkt ist, dreht sich nur ein motorgetriebener Ablenkspiegel. Für größere Erfassungsbereich bis zu 360° befinden sich alle elektrooptischen Komponenten auf einem motorgetriebenen Drehteller oder Rotor.
Falls sich im Abtastbereich des LiDAR-Systems stark reflektierende Objekte befinden oder insgesamt ein starkes Hintergrundlicht vorherrscht, wird die Funktionsfähigkeit des LiDAR-Systems eingeschränkt. Dies resultiert beispielsweise aus einer Sättigung des Detektors in dem LiDAR-System.
In der Druckschrift DE 10 2016 223 892 A1 offenbart eine Anordnung mit einem Detektor, der Bereiche aufweist, die zur Detektion von Strahlen ausgebildet und zu unterschiedlichen Zeiten aktiviert sind.
Die Druckschrift EP 3 438 699 A1 offenbart einen Distanzmesser mit SPAD-Anordnung zur Berücksichtigung von Mehrfachziele.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Offenbart wird ein Verfahren zum Betrieb eines LiDAR-Systems mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs.
Das Verfahren dient zum Betrieb eines LiDAR-Systems. Dabei umfasst das LiDAR-System einen Laser zum Aussenden von Laserlicht und einen Detektor zum Messen von Laserlicht. Der Detektor weist räumlich einen ersten Messbereich und einen zweiten Messbereich auf.
Während der Ausführung des Verfahrens wird die Intensität des Hintergrundlichtes des LiDAR-Systems mittels des ersten Messbereichs erfasst beziehungsweise gemessen.
In einem weiteren Schritt wird die auszusendende Laserleistung des Lasers in Abhängigkeit der gemessenen Intensität des Hintergrundlichts ermittelt. Anschließend sendet der Laser Laserlicht mit der entsprechend gesteuerten Laserleistung aus.
Aus dem an einem Objekt reflektierten und durch den zweiten Messbereich gemessenen Laserlicht wird die Entfernung des Objektes ermittelt.
Dies ist vorteilhaft, da durch die Vorabmessung des Hintergrundlichtes zum einen dieses genau gemessen werden kann und zum anderen frühzeitig Funktionsstörungen, Blendungen und erhöhter Laserleistungsbedarf festgestellt werden kann. Durch die Anpassung der Laserleistung in Abhängigkeit der gemessenen Hintergrundlichtintensität werden beispielsweise Sättigungen des Detektors vermieden und es kann auch der Leistungsverbrauch des Sensors optimiert werden, da der Laser nur die für diese Konstellation notwendige Lichtenergie, die für die Reichweite benötigt wird, aussenden muss.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zweckmäßigerweise wird der erste Messbereich, welcher zur Messung der Intensität des Hintergrundlichts eingesetzt wird, nicht zur direkt darauffolgenden Messung des an dem Objekt reflektierten Laserlichts eingesetzt. Dies ist vorteilhaft, da somit keine sättigungsbedingten Effekte auftreten, wenn der erste Messbereich Zeit zur Regeneration hat. Weiterhin ist ein größerer Abstand hilfreich um das optische Übersprechen vom zweiten Messbereich zu minimieren.
Zweckmäßigerweise wird der erste Messbereich zur Hintergrundintensitätslichtmessung in Abhängigkeit der Messrichtung des LiDAR-Systems festgelegt wird. Dies ist vorteilhaft, da somit der erste Messbereich so ausgewählt werden kann, dass er räumlich nahe zu dem zweiten Messbereich liegt, um eine gleiche beziehungsweise ähnliche Beleuchtungssituation zu gewährleisten.
Zweckmäßigerweise ist der erste Messbereich im Zeitbereich beziehungsweise räumlich ein bis vier Messpunkte bzw. Pixel von dem zweiten Messbereich entfernt. Dies ist vorteilhaft, um eine räumliche und zeitliche Nähe der beiden Messbereiche zu gewährleisten, sodass sich die Beleuchtungssituation beziehungsweise die Beleuchtungsbedingungen nicht wesentlich unterscheiden. Dabei kann die Entfernung der Messbereich in Abhängigkeit der LiDAR-Scangeschwindigkeit festgelegt werden.
Zweckmäßigerweise ist der erste Messbereich in einer Messrichtung des LiDAR-Systems räumlich vor dem zweiten Messbereich angeordnet. Dies ist vorteilhaft, da dadurch das Hintergrundlicht gemessen wird, dass demnächst für die Messung der Objektentfernung relevant ist. Somit kann die Laserleistung optimal angepasst werden und das Laserlicht mit der entsprechenden Laserleistung ausgesandt werden.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein LiDAR-System mit einer elektronischen Steuereinheit, einem Laser und einem Detektor mit einem ersten Messbereich und einem zweiten Messbereich, wobei diese eingerichtet sind, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass das erfindungsgemäße LiDAR-System alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung des erfindungsgemä-ßen LiDAR-Systems in einem Fahrzeug. Dies ist vorteilhaft, da somit insbesondere autonomes Fahrfunktionen beziehungsweise Fahrassistenzsysteme in dem Fahrzeug eingesetzt werden können.
Figurenliste
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher ausgeführt.
Es zeigen:

1 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer Ausführungsform;
2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen LiDAR-Systems gemäß einer Ausführungsform; und
3 eine schematische Darstellung der Messung des Hintergrundlichts und des Laserlichts mittels des ersten und des zweiten Messbereichs.

Ausführungsformen der Erfindung
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten oder gleiche Verfahrensschritte.
1 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren zum Betrieb eines LiDAR-Systems, wobei das LiDAR-Systems einen Laser zum Aussenden von Laserlicht und einen Detektor zum Messen von Laserlicht aufweist, umfasst dabei die nachfolgend beschriebenen Schritte. Weiterhin weist der Detektor räumlich einen ersten Messbereich und einen zweiten Messbereich auf.
In einem ersten Schritt S11 wird die Intensität des auf das LiDAR-System einfallenden Hintergrundlichtes mittels des ersten Messbereichs gemessen.
In einem zweiten Schritt S12 wird die auszusendende Laserleistung des Lasers in Abhängigkeit der gemessenen Intensität des Hintergrundlichtes ermittelt.
In einem dritten Schritt S13 wird das Laserlicht mittels des Lasers mit der entsprechend ermittelten Laserleistung ausgesandt.
In einem vierten Schritt S14 wir die Entfernung eines Objektes mittels des an einem Objekt reflektierten und durch den zweiten Messbereich gemessenen Laserlichts ermittelt.
2 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen LiDAR-Systems 20 gemäß einer Ausführungsform. Das LiDAR-System 20 umfasst eine elektronische Steuereinheit 21, einen Laser 22 und einen Detektor 23 mit einem ersten Messbereich 24 und einem zweiten Messbereich 25. Dabei sind die genannten Einrichtungen eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Dieses LiDAR-System kann beispielsweise in ein Fahrzeug eingebaut werden, um dort innerhalb von Fahrerassistenzsystem die Entfernung zu Objekten zu ermitteln.
3 zeigt eine schematische Darstellung der Messung des Hintergrundlichts und des Laserlichts mittels des ersten Messbereichs 34 und des zweiten Messbereichs 35. Beide sind dabei Teil eines LiDAR-Systems 30. Dabei ist der die Messbereiche 34, 35 umfassende Detektor 33 einmal in einer Schnittansicht und einmal in einer Draufsicht dargestellt, um die Messbereiche besser zu visualisieren. Der Detektor umfasst dabei eine Vielzahl an Messpunkten 39 zur Erfassung des Lichteinfalls. Hierbei ist auch der räumlich Abstand von vier Messpunkten zwischen erstem Bereich 34 und zweitem Bereich 35 dargestellt. Weiterhin ist eine Linse 32 im Lichtpfad des ein- beziehungsweise ausfallenden Lichts dargestellt. Der erste und der zweite Messbereich 34, 35 sind wie dargestellt Teil des Detektors 33. Der Richtungspfeil 36 gibt die Messrichtung des LiDAR-Systems 30 an, wobei dies bedeutet, dass beispielsweise der ausgesandte Laserstrahl sich in diese Richtung bewegt. Schematisch zeigt der erste Ausschnitt 37 schematisch ein beleuchtetes Objekt und der zweite Ausschnitt 38 den Messabschnitt für die Hintergrundlichtmessung. Dies zeigt, dass die Hintergrundlichtmessung für zukünftige Objektmessungen durchgeführt wird und somit die Laserleistung entsprechend angepasst wird, um die Entfernungsmessung zu verbessern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102016223892 A1 [0004]
EP 3438699 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines LiDAR-Systems (20, 30), wobei das LiDAR-System (20, 30) einen Laser (22) zum Aussenden von Laserlicht und einen Detektor (23, 33) zum Messen von Laserlicht aufweist, wobei der Detektor (23, 33) räumlich einen ersten Messbereich (24, 34) und einen zweiten Messbereich (25, 35) umfasst, umfassend die Schritte: a) Messen der Intensität des auf das LiDAR-System (20, 30) einfallenden Hintergrundlichtes mittels des ersten Messbereichs (24, 34); b) Ermitteln der auszusendenden Laserleistung des Lasers (22) in Abhängigkeit der gemessenen Intensität des Hintergrundlichts; c) Aussenden von Laserlicht mittels des Lasers (22) mit der entsprechend ermittelten Laserleistung; d) Ermitteln der Entfernung eines Objektes mittels des an einem Objekt reflektierten und durch den zweiten Messbereich (25, 35) gemessenen Laserlichts.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei zum Messen der Intensität des Hintergrundlichts in Schritt a) der erste Messbereich (24, 34) des Detektors eingesetzt wird, welcher nicht zur direkt darauffolgenden Messung des an dem Objekt reflektierten Laserlichtes eingesetzt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Messbereich (24, 34) zur Hintergrundintensitätslichtmessung in Abhängigkeit der Messrichtung des LiDAR-Systems (20, 30) festgelegt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Messbereich (24, 34) zur Hintergrundintensitätslichtmessung im Zeitbereich oder räumlich ein bis vier Messpunkte von dem zweiten Messbereich (25, 35) entfernt ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Messbereich (24, 34) in einer Messrichtung des LiDAR-Systems (20, 30) räumlich vor dem zweiten Messbereich (25, 35) angeordnet ist.
LiDAR-System (20, 30), umfassend eine elektronische Steuereinheit (21), einen Laser (22) und einen Detektor (23, 33) mit einem ersten Messbereich (24, 34) und einem zweiten Messbereich (25, 35), welche eingerichtet sind, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass das LiDAR-System (20, 30) nach dem vorhergehenden Anspruch alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausführt.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 7 gespeichert ist.
Verwendung eines LiDAR-System (20, 30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 in einem Fahrzeug.