-
Die Erfindung betrifft ein optisches Messsystem und ein Betriebsverfahren für ein optisches Messsystem.
-
Stand der Technik
-
Aus dem Stand der Technik sind optische Messsysteme bekannt, bei elektromagnetische Strahlung auf einen Detektor trifft und ein Signal des Detektors ausgewertet wird. Die elektromagnetische Strahlung kann dabei insbesondere den ultravioletten und/oder sichtbaren und/oder infraroten Wellenlängenbereich umfassen. Gegebenenfalls kann das optische Messsystem auch eine Quelle einer entsprechenden elektromagnetischen Strahlung umfassen. In vielen Fällen kann dabei das optische Messsystem in einem Gehäuse angeordnet sein. Eine für die elektromagnetische Strahlung durchlässige Abdeckeinheit, beispielsweise ein Abdeckfenster, kann das optische Messsystem von Umwelteinflüssen zumindest teilweise abschirmen. Insbesondere kann die Abdeckeinheit Teil des Gehäuses sein und die Abschirmung von Umwelteinflüssen dann durch das Gehäuse mit der Abdeckeinheit erfolgen. Das optische Messsystem kann beispielsweise ein LiDAR-System mit einem Laser und einem Lichtdetektor sein, wobei der Laser und der Lichtdetektor innerhalb des Gehäuses angeordnet sein können.
-
Bei bestimmten Anwendungen des optischen Messsystems, insbesondere bei der Nutzung des optischen Messsystems in einem Fahrzeug, kann die Abdeckeinheit während des Betriebes verschmutzen oder beschädigt werden. Fahrerassistenzsysteme, die Daten des optischen Messsystems nutzen, können dann gegebenenfalls nicht mehr zuverlässig arbeiten, wenn die Abdeckeinheit verschmutzt oder beschädigt ist. Die Fahrerassistenzsysteme können dabei einzelne Fahrfunktionen des Fahrzeugs beeinflussen. Insbesondere für automatisierte Fahrfunktionen bis hin zum autonomen Fahren ist eine Kenntnis von Verschmutzungen oder Beschädigungen von Abdeckeinheiten der verwendeten optischen Messsysteme wichtig, insbesondere wenn LiDAR-Systeme zum Einsatz kommen.
-
In der Druckschrift
DE 10 2017 222 618 A1 ist ein LiDAR-System offenbart, bei dem durch Verschmutzungen rückgestreute Strahlung des Lasers des LiDAR-Systems ausgewertet wird.
-
In der Druckschrift
DE 102017 221 552 A1 ist eine Reinigungseinheit für eine Abdeckung eines LiDAR-Systems offenbart, bei dem Verschmutzungen mittels Sensoren bestimmt werden können.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes optisches Messsystem, insbesondere ein LiDAR-System, bereitzustellen. Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein Betriebsverfahren für ein solches optisches Messsystem anzugeben.
-
Diese Aufgaben werden mit dem optischen Messsystem und dem Betriebsverfahren für ein optisches Messsystem der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
-
Die Erfindung betrifft ein optisches Messsystem, wobei das optische Messsystem mittels einer Abdeckeinheit von Umwelteinflüssen zumindest teilweise abgeschirmt ist. Das optische Messsystem weist ferner eine Güteerkennung auf, wobei die Güteerkennung ein Sensorsystem aufweist. Mittels des Sensorsystems kann eine sich auf eine Güte einer Messung des optischen Messsystems auswirkende Veränderung der Abdeckeinheit bestimmt werden. Die Güteerkennung weist ferner eine Recheneinheit auf, wobei die Recheneinheit eingerichtet ist, anhand der mittels des Sensorsystems ermittelten Veränderung der Abdeckeinheit eine Information hinsichtlich der Güte auszugeben.
-
Das optische Messsystem kann insbesondere einen Lichtdetektor aufweisen, wobei elektromagnetische Strahlung auf den Lichtdetektor trifft und ein Signal des Lichtdetektors ausgewertet wird. Die elektromagnetische Strahlung kann dabei insbesondere den ultravioletten und/oder sichtbaren und/oder infraroten Wellenlängenbereich umfassen. Gegebenenfalls kann das optische Messsystem auch eine Quelle einer entsprechenden elektromagnetischen Strahlung umfassen. Das optische Messsystem kann in einem Gehäuse angeordnet sein. Die Abdeckeinheit kann für die elektromagnetische Strahlung durchlässig sein und beispielsweise als Abdeckfenster ausgestaltet sein. Die Abdeckeinheit kann Teil des Gehäuses sein und die Abschirmung von Umwelteinflüssen dann durch das Gehäuse mit der Abdeckeinheit erfolgen. Das optische Messsystem kann beispielsweise ein LiDAR-System mit einem Laser und einem Lichtdetektor sein, wobei der Laser und der Lichtdetektor innerhalb des Gehäuses angeordnet sein können.
-
Wird das optische Messsystem beispielsweise in einem Fahrzeug genutzt, kann die Abdeckeinheit während des Betriebes verschmutzen oder beschädigt werden. Fahrerassistenzsysteme, die Daten des optischen Messsystems nutzen, können dann gegebenenfalls nicht mehr zuverlässig arbeiten, wenn die Abdeckeinheit verschmutzt oder beschädigt ist. Die Fahrerassistenzsysteme können dabei einzelne Fahrfunktionen des Fahrzeugs beeinflussen. Insbesondere für automatisierte Fahrfunktionen bis hin zum autonomen Fahren ist eine Kenntnis von Verschmutzungen oder Beschädigungen von Abdeckeinheiten der verwendeten optischen Messsysteme wichtig, insbesondere wenn LiDAR-Systeme zum Einsatz kommen. Die Güte kann dann ein Maß für die Verschmutzung oder Beschädigung umfassen und beinhalten, inwieweit das optische Messsystem noch zuverlässig arbeitet.
-
In einer Ausführungsform des optischen Messsystems ist das Sensorsystem eingerichtet, die Abdeckeinheit zweidimensional hinsichtlich der Veränderung abzurastern. Die Information umfasst eine zweidimensionale Gütekarte. Somit kann beispielsweise erkannt werden, dass nur bestimmte Richtungen, aus denen elektromagnetische Strahlung auf das optische Messsystem trifft, oder in die elektromagnetische Strahlung vom optischen Messsystem ausgesendet wird, durch die Veränderung betroffen sind.
-
In einer Ausführungsform des optischen Messsystems ist die Güteerkennung eingerichtet, Verschmutzungen und/oder Beschädigungen der Abdeckeinheit zu ermitteln. Dies kann insbesondere umfassen, dass Art und Menge einer Verschmutzung ermittelt werden. Ferner kann dies insbesondere umfassen, dass die Art und das Ausmaß einer Beschädigung (beispielsweise Steinschlag) ermittelt wird.
-
In einer Ausführungsform umfasst das Sensorsystem des optischen Messsystems eine Kamera, wobei die Kamera eingerichtet ist, eine Aufnahme der Abdeckeinheit hinsichtlich der Güte auszuwerten. Mittels der Kamera kann beispielsweise eine Aufnahme der Abdeckeinheit erstellt und mit einer früheren Aufnahme der Abdeckeinheit verglichen werden. Sind die Aufnahmen unterschiedlich, so kann daraus darauf geschlossen werden, dass eine Veränderung der Abdeckeinheit vorliegt. Sind die Aufnahmen nur lokal unterschiedlich, also beispielsweise für einen Teilbereich der Abdeckeinheit, so kann darauf geschlossen werden, dass die Veränderung der Abdeckeinheit nur in diesem Teilbereich vorliegt. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass Aufnahmen realer Verschmutzungen und/oder Beschädigungen verwendet werden, um eine künstliche Intelligenz zu trainieren und anschließend die Auswertung der Aufnahme der Abdeckeinheit hinsichtlich der Güte mittels der trainierten künstlichen Intelligenz durchgeführt wird.
-
In einer Ausführungsform des optischen Messsystems ist das Sensorsystem eingerichtet, eine Aufnahme der Kamera hinsichtlich einer Farbe auszuwerten und dadurch eine Art einer Verschmutzung zu ermitteln. Unterschiedliche Verschmutzungen können beispielsweise unterschiedliche Farben aufweisen. Beispielsweise kann so eine Verschmutzung mit Ruß (schwarz) von einer Verschmutzung mit Pollen (gelb) unterschieden werden. Unterschiedliche Verschmutzungen können unterschiedliche Auswirkungen auf die Güte haben, so dass bei bestimmten Verschmutzungen gegebenenfalls das optische Messsystem nicht mehr zuverlässig arbeitet, bei anderen jedoch schon noch. Bei Verwendung von Farbkameras können mehrere Farbkanäle (beispielsweise rot, grün, blau, Infrarot, Ultraviolett) zur Verschmutzungsklassifizierung genutzt werden.
-
In einer Ausführungsform des optischen Messsystems umfasst das Sensorsystem einen kapazitiven Sensor. Der kapazitive Sensor ist eingerichtet, eine Dielektrizitätskonstante der Abdeckeinheit hinsichtlich der Güte auszuwerten. Der kapazitive Sensor kann dabei in einer Ausführungsform zweidimensional über die Abdeckeinheit bewegt werden, um die Dielektrizitätskonstante an verschiedenen Punkten der Abdeckeinheit zu bestimmen und so die zweidimensionale Gütekarte zu ermitteln. Insbesondere können die beschriebene Kamera und der beschriebene kapazitive Sensor kombiniert werden, um eine weitere Verbesserung der Gütebestimmung zu erreichen.
-
In einer Ausführungsform des optischen Messsystems ist das Sensorsystem eingerichtet, die Dielektrizitätskonstante hinsichtlich einer Art und/oder einer Menge einer Verschmutzung auszuwerten. Unterschiedliche Verschmutzungen können unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten aufweisen. Mit Hilfe des kapazitiven Sensors können materialspezifische Eigenschaften ermittelt werden, beispielsweise Aggregatszustand, Stoffbasis (beispielsweise Wasser, Fett) oder gar spezifische Feststoffe wie zum Beispiel Metall, Papier oder Plastik unterschiedenen werden.
-
In einer Ausführungsform des optischen Messsystems umfasst das Sensorsystem eine vor der Abdeckeinheit angeordnete Kamera und eine vor der Abdeckeinheit angeordnete Lichtquelle, wobei die Recheneinheit eingerichtet ist, eine Aufnahme der Kamera hinsichtlich einer anfliegenden Verschmutzung auszuwerten. Die Kamera kann dabei ausschließlich einen Bereich vor der Abdeckeinheit betrachten. In diesem Fall kann die weiter oben erwähnte Kamera zusätzlich vorgesehen sein und als erste Kamera bezeichnet werden, während die vor der Abdeckeinheit angeordnete Kamera als zweite Kamera bezeichnet werden kann. Alternativ kann die Kamera so angeordnet sein, dass mit ihr sowohl anfliegende Verschmutzungen als auch die Abdeckeinheit betrachtet werden kann und somit Verschmutzungen sowohl während des Anfliegens als auch nach dem Auftreffen auf die Abdeckeinheit hinsichtlich der Güte ausgewertet werden können.
-
In einer Ausführungsform des optischen Messsystems weist das Sensorsystem ferner einen akustischen Sensor auf. Mittels des akustischen Sensors kann ein Auftreffzeitpunkt einer anfliegenden Verschmutzung ausgewertet werden. Der akustische Sensor kann also genutzt werden, um den Einschlag von flüssigen sowie festen Partikeln wahrzunehmen und somit den Zeitpunkt des Aufpralls zu erkennen. Zusätzlich kann die Häufigkeit und Art der Partikel abgeleitet werden. Ferner können mehrere akustische Sensoren vorgesehen sein, insbesondere mindestens drei akustische Sensoren, und ein Auftreffort zusätzlich zur Kamera mittels Triangulation der akustischen Sensoren ermittelt werden.
-
In einer Ausführungsform ist das optische Messsystem ein LiDAR-System mit einem Laser und einem Lichtdetektor.
-
In einer Ausführungsform des optischen Messsystems umfasst das LiDAR-System einen beweglichen Spiegel, wobei eine Strahlung des Lasers mittels des Spiegels in einen Abtastbereich ausgesendet wird und wobei aus dem Abtastbereich rückgestreute Strahlung vom Lichtdetektor ausgewertet wird. Eine Kamera des Sensorsystems ist eingerichtet, mittels des beweglichen Spiegels die Abdeckeinheit abzurastern. Diese Kamera kann zusätzlich zu den bereits beschriebenen Kameras vorgesehen sein und insbesondere innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Diese Kamera kann dann als zweite oder dritte Kamera bezeichnet werden, je nach Anzahl der bereits vorhandenen Kameras.
-
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, Sensordaten realer Verschmutzungen und/oder Beschädigungen zu verwenden, um eine künstliche Intelligenz zu trainieren und anschließend die Auswertung der Sensordaten der Abdeckeinheit hinsichtlich der Güte mittels der trainierten künstlichen Intelligenz durchgeführt wird. Dies kann insbesondere für die Kamera, den kapazitiven Sensor oder die akustischen Sensoren erfolgen.
-
Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Messsystems, insbesondere eines LiDAR-Systems mit den folgenden Schritten:
- - Bestimmen einer sich auf eine Güte einer Messung des optischen Messsystems auswirkenden Veränderung einer Abdeckeinheit des optischen Messsystems mittels eines Sensorsystems;
- - Ermitteln einer Information hinsichtlich der Güte aus der Veränderung;
- - Ausgeben der Information.
-
Die Information kann dabei insbesondere an Fahrerassistenzsysteme, die Daten des optischen Messsystems nutzen, ausgegeben werden. Fahrerassistenzsysteme können gegebenenfalls nicht mehr zuverlässig arbeiten, wenn die Abdeckeinheit verschmutzt oder beschädigt ist. Die Fahrerassistenzsysteme können dabei einzelne Fahrfunktionen des Fahrzeugs beeinflussen. Insbesondere für automatisierte Fahrfunktionen bis hin zum autonomen Fahren ist eine Kenntnis von Verschmutzungen oder Beschädigungen von Abdeckeinheiten der verwendeten optischen Messsysteme wichtig, insbesondere wenn LiDAR-Systeme zum Einsatz kommen. Die Fahrerassistenzsysteme können dann gegebenenfalls anhand der Information in einen sichereren Fahrzustand wechseln oder eine Übergabe an einen Fahrer einleiten.
-
Optional kann das Sensorsystem die Abdeckeinheit zweidimensional hinsichtlich der Veränderung abrastern. Die Information umfasst dann eine zweidimensionale Gütekarte. Somit kann beispielsweise erkannt werden, dass nur bestimmte Richtungen, aus denen elektromagnetische Strahlung auf das optische Messsystem trifft, oder in die elektromagnetische Strahlung vom optischen Messsystem ausgesendet wird, durch die Veränderung betroffen sind.
-
Optional können Verschmutzungen und/oder Beschädigungen der Abdeckeinheit ermittelt werden. Dies kann insbesondere umfassen, dass Art und Menge einer Verschmutzung ermittelt werden. Ferner kann dies insbesondere umfassen, dass die Art und das Ausmaß einer Beschädigung (beispielsweise Steinschlag) ermittelt wird.
-
Die Güte kann mittels einer Kamera bestimmt werden, wobei die Kamera eingerichtet ist, eine Aufnahme der Abdeckeinheit hinsichtlich der Güte auszuwerten. Mittels der Kamera kann beispielsweise eine Aufnahme der Abdeckeinheit erstellt und mit einer früheren Aufnahme der Abdeckeinheit verglichen werden.
-
Sind die Aufnahmen unterschiedlich, so kann daraus darauf geschlossen werden, dass eine Veränderung der Abdeckeinheit vorliegt. Sind die Aufnahmen nur lokal unterschiedlich, also beispielsweise für einen Teilbereich der Abdeckeinheit, so kann darauf geschlossen werden, dass die Veränderung der Abdeckeinheit nur in diesem Teilbereich vorliegt.
-
Es kann ferner vorgesehen sein, eine Aufnahme der Kamera hinsichtlich einer Farbe auszuwerten und dadurch eine Art einer Verschmutzung zu ermitteln. Unterschiedliche Verschmutzungen können beispielsweise unterschiedliche Farben aufweisen. Beispielsweise kann so eine Verschmutzung mit Ruß (schwarz) von einer Verschmutzung mit Pollen (gelb) unterschieden werden. Unterschiedliche Verschmutzungen können unterschiedliche Auswirkungen auf die Güte haben, so dass bei bestimmten Verschmutzungen gegebenenfalls das optische Messsystem nicht mehr zuverlässig arbeitet, bei anderen jedoch schon noch. Bei Verwendung von Farbkameras können mehrere Farbkanäle (beispielsweise rot, grün, blau, Infrarot, Ultraviolett) zur Verschmutzungsklassifizierung genutzt werden.
-
Ferner kann vorgesehen sein, mittels eines kapazitiven Sensors des Sensorsystems eine Dielektrizitätskonstante der Abdeckeinheit hinsichtlich der Güte auszuwerten. Der kapazitive Sensor kann dabei in einer Ausführungsform zweidimensional über die Abdeckeinheit bewegt werden, um die Dielektrizitätskonstante an verschiedenen Punkten der Abdeckeinheit zu bestimmen und so die zweidimensionale Gütekarte zu ermitteln. Insbesondere können die beschriebene Kamera und der beschriebene kapazitive Sensor kombiniert werden, um eine weitere Verbesserung der Gütebestimmung zu erreichen.
-
Optional kann die Dielektrizitätskonstante hinsichtlich einer Art und/oder einer Menge einer Verschmutzung ausgewertet werden. Unterschiedliche Verschmutzungen können unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten aufweisen. Mit Hilfe des kapazitiven Sensors können materialspezifische Eigenschaften ermittelt werden, beispielsweise Aggregatszustand, Stoffbasis (beispielsweise Wasser, Fett) oder gar spezifische Feststoffe wie zum Beispiel Metall, Papier oder Plastik unterschiedenen werden.
-
Optional wird mittels einer vor der Abdeckeinheit angeordneten Kamera und einer vor der Abdeckeinheit angeordneten Lichtquelle eine Aufnahme der Kamera hinsichtlich einer anfliegenden Verschmutzung ausgewertet. Die Kamera kann dabei ausschließlich einen Bereich vor der Abdeckeinheit betrachten. In diesem Fall kann die weiter oben erwähnte Kamera zusätzlich vorgesehen sein und als erste Kamera bezeichnet werden, während die vor der Abdeckeinheit angeordnete Kamera als zweite Kamera bezeichnet werden kann. Alternativ kann die Kamera so angeordnet sein, dass mit ihr sowohl anfliegende Verschmutzungen als auch die Abdeckeinheit betrachtet werden kann und somit Verschmutzungen sowohl während des Anfliegens als auch nach dem Auftreffen auf die Abdeckeinheit hinsichtlich der Güte ausgewertet werden können.
-
Ferner kann mittels eines akustischen Sensors ein Auftreffzeitpunkt einer anfliegenden Verschmutzung ausgewertet werden. Der akustische Sensor kann also genutzt werden, um den Einschlag von flüssigen sowie festen Partikeln wahrzunehmen und somit den Zeitpunkt des Aufpralls zu erkennen. Zusätzlich kann die Häufigkeit und Art der Partikel abgeleitet werden. Ferner können mehrere akustische Sensoren vorgesehen sein, insbesondere mindestens drei akustische Sensoren, und ein Auftreffort zusätzlich zur Kamera mittels Triangulation der akustischen Sensoren ermittelt werden.
-
In einer Ausführungsform des optischen Messsystems umfasst dieses ein LiDAR-System mit einem beweglichen Spiegel, wobei eine Strahlung eines Lasers mittels des beweglichen Spiegels in einen Abtastbereich ausgesendet wird und wobei aus dem Abtastbereich rückgestreute Strahlung von einem Lichtdetektor ausgewertet wird. Eine Kamera des Sensorsystems wird verwendet, um mittels des beweglichen Spiegels die Abdeckeinheit abzurastern. Diese Kamera kann zusätzlich zu den bereits beschriebenen Kameras vorgesehen sein und insbesondere innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Diese Kamera kann dann als zweite oder dritte Kamera bezeichnet werden, je nach Anzahl der bereits vorhandenen Kameras.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnungen erläutert. In der schematischen Zeichnung zeigen:
- 1 ein optisches Messsystem;
- 2 ein weiteres optisches Messsystem; und
- 3 ein LiDAR-System.
-
1 zeigt ein optisches Messsystem 100, welches als LiDAR-System 101 mit einem Lichtdetektor 102 und einem Laser 103 ausgestaltet ist. Das optische Messsystem 100 ist mittels einer Abdeckeinheit 107 von Umwelteinflüssen zumindest teilweise abgeschirmt ist. Das optische Messsystem 100 weist ferner eine Güteerkennung auf, wobei die Güteerkennung ein Sensorsystem 110 aufweist. Mittels des Sensorsystems 110 kann eine sich auf eine Güte einer Messung des optischen Messsystems 100 auswirkende Veränderung der Abdeckeinheit 107 bestimmt werden. Die Güteerkennung weist ferner eine Recheneinheit 111 auf, wobei die Recheneinheit eingerichtet ist, anhand der mittels des Sensorsystems 110 ermittelten Veränderung der Abdeckeinheit 107 eine Information hinsichtlich der Güte auszugeben.
-
Trifft elektromagnetische Strahlung auf den Lichtdetektor 102, kann ein Signal des Lichtdetektors 102 ausgewertet werden. Die elektromagnetische Strahlung kann dabei insbesondere den ultravioletten und/oder sichtbaren und/oder infraroten Wellenlängenbereich umfassen.
-
Das optische Messsystem 100 ist optional, wie in 1 gezeigt, in einem Gehäuse 106 angeordnet. Die Abdeckeinheit 107 ist für die elektromagnetische Strahlung durchlässig und als Abdeckfenster 108 ausgestaltet sein. Die Abdeckeinheit 107 kann Teil des Gehäuses 106 sein und die Abschirmung von Umwelteinflüssen dann durch das Gehäuse 106 mit der Abdeckeinheit 107 erfolgen. Der Laser103 und der Lichtdetektor 102 sind innerhalb des Gehäuses 106 angeordnet. Das Gehäuse 106 ist teilweise offen dargestellt, um ein Innenleben des Gehäuses 106 darstellen zu können. Selbstverständlich kann das Gehäuse 106 geschlossen sein.
-
Wird das optische Messsystem 100 beispielsweise in einem Fahrzeug genutzt, kann die Abdeckeinheit 107 während des Betriebes verschmutzen oder beschädigt werden. Fahrerassistenzsysteme, die Daten des optischen Messsystems 100 nutzen, können dann gegebenenfalls nicht mehr zuverlässig arbeiten, wenn die Abdeckeinheit 107 verschmutzt oder beschädigt ist. Die Fahrerassistenzsysteme können dabei einzelne Fahrfunktionen des Fahrzeugs beeinflussen. Insbesondere für automatisierte Fahrfunktionen bis hin zum autonomen Fahren ist eine Kenntnis von Verschmutzungen oder Beschädigungen von Abdeckeinheiten der verwendeten optischen Messsysteme wichtig, insbesondere wenn LiDAR-Systeme 101 zum Einsatz kommen. Die Güte kann dann ein Maß für die Verschmutzung oder Beschädigung umfassen und beinhalten, inwieweit das optische Messsystem noch zuverlässig arbeitet.
-
Das Sensorsystem umfasst eine Kamera 120. Die Kamera 120 ist eingerichtet, eine Aufnahme der Abdeckeinheit 107 hinsichtlich der Güte auszuwerten. Mittels der Kamera 120 kann beispielsweise eine Aufnahme der Abdeckeinheit 107 erstellt und mit einer früheren Aufnahme der Abdeckeinheit 107 verglichen werden. Sind die Aufnahmen unterschiedlich, so kann daraus darauf geschlossen werden, dass eine Veränderung der Abdeckeinheit 107 vorliegt. Sind die Aufnahmen nur lokal unterschiedlich, also beispielsweise für einen Teilbereich der Abdeckeinheit, so kann darauf geschlossen werden, dass die Veränderung der Abdeckeinheit nur in diesem Teilbereich vorliegt.
-
Die Kamera 120 kann dabei eingerichtet sein, die Abdeckeinheit 107 zweidimensional hinsichtlich der Veränderung abzurastern. Die Information umfasst eine zweidimensionale Gütekarte. Somit kann beispielsweise erkannt werden, dass nur bestimmte Richtungen, aus denen elektromagnetische Strahlung auf das optische Messsystem 100 trifft, oder in die elektromagnetische Strahlung vom optischen Messsystem 100 ausgesendet wird, durch die Veränderung betroffen sind. Das Abrastern kann in diesem Fall dadurch erfolgen, dass die Kamera 120 die gesamte Abdeckeinheit betrachten kann. Alternativ kann die Kamera 120 bewegt werden.
-
In einem Ausführungsbeispiel ist die Güteerkennung eingerichtet, Verschmutzungen und/oder Beschädigungen der Abdeckeinheit 107 zu ermitteln. Dies kann insbesondere umfassen, dass Art und Menge einer Verschmutzung ermittelt werden. Ferner kann dies insbesondere umfassen, dass die Art und das Ausmaß einer Beschädigung (beispielsweise Steinschlag) ermittelt wird.
-
In einem Ausführungsbeispiel ist das Sensorsystem 110 eingerichtet, eine Aufnahme der Kamera 120 hinsichtlich einer Farbe auszuwerten und dadurch eine Art einer Verschmutzung zu ermitteln. Unterschiedliche Verschmutzungen können beispielsweise unterschiedliche Farben aufweisen. Beispielsweise kann so eine Verschmutzung mit Ruß (schwarz) von einer Verschmutzung mit Pollen (gelb) unterschieden werden. Unterschiedliche Verschmutzungen können unterschiedliche Auswirkungen auf die Güte haben, so dass bei bestimmten Verschmutzungen gegebenenfalls das optische Messsystem 100 nicht mehr zuverlässig arbeitet, bei anderen jedoch schon noch. Bei Verwendung einer Farbkamera als Kamera 120 können mehrere Farbkanäle (beispielsweise rot, grün, blau, Infrarot, Ultraviolett) zur Verschmutzungsklassifizierung genutzt werden.
-
In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Sensorsystem 110 einen ebenfalls in 1 dargestellten kapazitiven Sensor 130. Der kapazitive Sensor 130 ist eingerichtet, eine Dielektrizitätskonstante der Abdeckeinheit 107 hinsichtlich der Güte auszuwerten. Der kapazitive Sensor 130 kann dabei in einem Ausführungsbeispiel zweidimensional über die Abdeckeinheit 107 bewegt werden, um die Dielektrizitätskonstante an verschiedenen Punkten der Abdeckeinheit 107 zu bestimmen und so die zweidimensionale Gütekarte zu ermitteln. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die beschriebene Kamera 120 weggelassen und nur der beschriebene kapazitive Sensor 130 für das Sensorsystem 110 verwendet wird.
-
In einem Ausführungsbeispiel ist das Sensorsystem 110 eingerichtet, die Dielektrizitätskonstante hinsichtlich einer Art und/oder einer Menge einer Verschmutzung auszuwerten. Unterschiedliche Verschmutzungen können unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten aufweisen. Mit Hilfe des kapazitiven Sensors 130 können materialspezifische Eigenschaften ermittelt werden, beispielsweise Aggregatszustand, Stoffbasis (beispielsweise Wasser, Fett) oder gar spezifische Feststoffe wie zum Beispiel Metall, Papier oder Plastik unterschiedenen werden.
-
In 1 ist die Kamera 120 außerhalb des Gehäuses 106 angeordnet. Selbstverständlich kann die Kamera auch im Inneren des Gehäuses 106 angeordnet sein. Der kapazitive Sensor 130 ist im Inneren des Gehäuses 106 angeordnet. Selbstverständlich kann der kapazitive Sensor 130 auch außerhalb des Gehäuses 106 angeordnet sein. Sind die Kamera 120 und der kapazitive Sensor 130 auf derselben Seite der Abdeckeinheit 107 angeordnet, kann vorgesehen sein, die Kamera 120 und den kapazitiven Sensor 130 gemeinsam zu bewegen, um die Abdeckeinheit 107 abzurastern. Basierend auf einer Stellinformation kann eine Ortsauflösung realisiert werden.
-
Ebenfalls in 1 dargestellt ist eine optionale Reinigungseinheit 109, mit der die Abdeckeinheit 107 gereinigt werden kann. Dies kann beispielsweise anhand der Güte beziehungsweise der Information erfolgen.
-
Aufgrund der bekannten optischen sowie kapazitiven Eigenschaften der Abdeckeinheit 107 im sauberen Zustand lässt sich für den Vergleich mit dem verschmutzten Zustand eine Referenz angeben. Verändern sich beispielsweise Kanten bekannter Strukturen im Gerät, oder aber auch das Dielektrikum im E-Feld des kapazitiven Messkopfs, lässt sich eine Verschmutzung feststellen. Durch die Ortsauflösung der Kamera 120 bzw. die Stellinformation des Stellgliedes ist die Position der Verschmutzung auf der Abdeckeinheit bekannt. Die Schichtdicke und das Schmutzmaterial skaliert mit der Änderung des elektrischen Feldes (Elektrikum) und über die Abbildung mittels Kamera 120 lässt sich durch Bildvergleich die Größe und Form sowie das Aussehen der Verschmutzung feststellen. Die gewonnenen Informationen des kapazitiven Sensors 130 können mit den Bildinformationen der Kamera 120 korreliert werden und somit ein besseres Verschmutzungsverständnis liefern. Vorteilhafterweise wird die Kamera 120 so angebracht, dass mögliche Störeinflüsse durch Fremdlicht minimiert werden. Dies kann beispielsweise durch eine Anordnung der Kamera 120 derart, dass direktes Sonnenlicht nicht von der Abdeckeinheit 107 in die Kamera 120 reflektiert werden kann, erreicht werden. Damit ergibt sich die Möglichkeit eine Transmissionsmessung basierend auf einer Helligkeitsmessung der verschmutzten Stelle im Kamerabild zu realisieren.
-
Die Kamera 120 und der kapazitive Sensor 130 können dabei so angeordnet werden, dass sie den Erfassungsbereich des optischen Messsystems 100 nicht abschatten und beispielsweise schräg von oben oder von unten auf die Abdeckeinheit 107 gerichtet sind.
-
2 zeigt ein weiteres optisches Messsystem 100. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Sensorsystem 110 eine vor der Abdeckeinheit 107 angeordnete Kamera 120 und eine vor der Abdeckeinheit 107 angeordnete Lichtquelle 124, wobei die Recheneinheit 111 eingerichtet ist, eine Aufnahme der Kamera 120 hinsichtlich einer anfliegenden Verschmutzung auszuwerten. Die Kamera 120 kann dabei ausschließlich einen Bereich vor der Abdeckeinheit 107 betrachten. In diesem Fall kann die im Zusammenhang mit 1 beschriebene Kamera 120 zusätzlich vorgesehen sein und als erste Kamera 121 bezeichnet werden, während die in 2 gezeigte Kamera 120 als zweite Kamera 122 bezeichnet werden kann. Alternativ kann die Kamera 120 so angeordnet sein, dass mit ihr sowohl anfliegende Verschmutzungen als auch die Abdeckeinheit 107 betrachtet werden kann und somit Verschmutzungen sowohl während des Anfliegens als auch nach dem Auftreffen auf die Abdeckeinheit 107 hinsichtlich der Güte ausgewertet werden können. Dieses Messprinzip ermöglicht die Charakterisierung von Verschmutzung während ihrer Entstehung.
-
Optional, ebenfalls in 2 dargestellt, weist das Sensorsystem 110 ferner einen akustischen Sensor 140 auf. Mittels des akustischen Sensors 140 kann ein Auftreffzeitpunkt einer anfliegenden Verschmutzung ausgewertet werden. Der akustische Sensor kann also genutzt werden, um den Einschlag von flüssigen sowie festen Partikeln wahrzunehmen und somit den Zeitpunkt des Aufpralls zu erkennen. Zusätzlich kann die Häufigkeit und Art der Partikel abgeleitet werden. Ferner können mehrere akustische Sensoren 140 vorgesehen sein, insbesondere mindestens drei akustische Sensoren 140, wie in 2 gezeigt, und ein Auftreffort zusätzlich zur Kamera 120 mittels Triangulation der akustischen Sensoren 140 ermittelt werden.
-
Die in den 1 und 2 gezeigten optischen Messsysteme sind jeweils als LiDAR-System 101 dargestellt. Es können jedoch auch andere optische Messsysteme 100 verwendet werden.
-
3 zeigt ein LiDAR-System 101 (also ein optisches Messsystem 100) mit einem Lichtdetektor 102, einem Laser 103 und einem beweglichen Spiegel 104, wobei eine Strahlung des Lasers 103 mittels des beweglichen Spiegels 104 in einen Abtastbereich ausgesendet wird und wobei aus dem Abtastbereich rückgestreute Strahlung vom Lichtdetektor 102 ausgewertet wird. Eine Kamera 120 des Sensorsystems ist eingerichtet, mittels des beweglichen Spiegels 104 die Abdeckeinheit 106 abzurastern. Diese Kamera 120 kann zusätzlich zu den im Zusammenhang mit 1 und 2 beschriebenen Kameras 120 vorgesehen sein und insbesondere innerhalb des Gehäuses 106 angeordnet sein. Diese Kamera 120 kann dann als dritte Kamera 123 bezeichnet werden.
-
Die Kamera 120 weist also einen optischen Pfad auf, der parallel zu den optischen Pfaden des Lasers 103 und des Lichtdetektors 102 verläuft. Der Erfassungsbereich der Kamera 120 wird dabei genauso abgelenkt wie der des Lichtdetektors 102. Somit wird der gesamte vom LiDAR-System 101 genutzte Bereich der Abdeckeinheit 107 überwacht. Durch die Zusammensetzung mehrerer Abtastungen ergibt sich ein Gesamtbild der Abdeckeinheit und somit eine zweidimensionale Gütekarte. Diese ist hochaufgelöst und liefert Intensitätswerte entsprechend der Transmission. Besonders vorteilhaft an diesem Ansatz ist die Möglichkeit auch innenseitige Verschmutzungen der Abdeckeinheit 107 zu erfassen, wie beispielsweise Beschläge, Vereisungen oder Abrieb von Komponenten. Alternativ kann der Lichtdetektor 102 derart angeordnet sein, dass die rückgestreute Strahlung den Lichtdetektor 102 direkt trifft, ohne auf den beweglichen Spiegel 104 zu treffen.
-
Es ist unerheblich ob die Abdeckeinheit 107 plan, wie in den 1 bis 3 gezeigt, oder rund ausgeführt ist. Bei runden Abdeckeinheiten 107 lassen sich die Ausführungsbeispiele bei Bedarf durch Vervielfachung auf komplexe Formen der Abdeckeinheit 107 anpassen. Alternativ kann auch die Optik der Kameras 120 auf die Form der Abdeckeinheiten 107 angepasst werden.
-
In einem Verfahren zum Betreiben eines optischen Messsystems 100 wie in den 1 bis 3 gezeigt, werden die folgenden Schritte ausgeführt:
- - Bestimmen einer sich auf eine Güte einer Messung des optischen Messsystems 100 auswirkenden Veränderung einer Abdeckeinheit 107 des optischen Messsystems 100 mittels eines Sensorsystems 110;
- - Ermitteln einer Information hinsichtlich der Güte aus der Veränderung;
- - Ausgeben der Information.
-
Die Information kann dabei insbesondere an Fahrerassistenzsysteme, die Daten des optischen Messsystems 100 nutzen, ausgegeben werden. Fahrerassistenzsysteme können gegebenenfalls nicht mehr zuverlässig arbeiten, wenn die Abdeckeinheit 107 verschmutzt oder beschädigt ist. Die Fahrerassistenzsysteme können dabei einzelne Fahrfunktionen des Fahrzeugs beeinflussen. Insbesondere für automatisierte Fahrfunktionen bis hin zum autonomen Fahren ist eine Kenntnis von Verschmutzungen oder Beschädigungen von Abdeckeinheiten der verwendeten optischen Messsysteme 100 wichtig, insbesondere wenn LiDAR-Systeme 101 zum Einsatz kommen. Die Fahrerassistenzsysteme können dann gegebenenfalls anhand der Information in einen sichereren Fahrzustand wechseln oder eine Übergabe an einen Fahrer einleiten.
-
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen hieraus können vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
-
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 102017222618 A1 [0004]
- DE 102017221552 A1 [0005]
