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Die vorliegende Erfindung geht aus von einem LiDAR-Sensor gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs, einem Verfahren zur Reduktion von Übersprechen in einem LiDAR-Sensor, einer entsprechenden elektronischen Steuereinheit zur Ausführung des Verfahrens, einem entsprechenden Computerprogramm und einem maschinenlesbaren Speichermedium mit dem Computerprogramm.
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Stand der Technik
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Aktuelle Lidarsysteme sind üblicherweise als rotierende Macroscanner, Microscanner oder Flash-Systeme ausgeführt. In Abhängigkeit der zeitlichen Parallelisierung der Pixelabtastung kommt es bei diesen Systemen zu Crosstalkeffekten, auch Übersprechen genannt.
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Das Übersprechen resultiert aus einer Sättigung des Detektors eines LiDAR-Sensors, da dieser auch für die Erkennung von sehr dunklen Objekten ausgelegt ist. Werden gut reflektierende Objekte durch den Sendepfad beleuchtet, so entsteht eine starke Reflektion optischer Leistung in den Detektionspfad. Diese Leistung führt durch Streuung und Mehrfachreflexion im Empfangspfad zu einem Übersprechen zwischen Detektorpixeln, wobei Photonen zu Fehldetektionen im falschen Raumwinkel entlang der Detektorspalte führen. In einer resultierenden 3D-Punktewolke des LiDAR-Sensors ist daher beispielsweise eine durchgängige Wand unterhalb und oberhalb eines stark reflektierenden Objektes zu sehen, die in der Wirklichkeit allerdings nicht existiert.
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Betrachtet man die Rohsignale des Detektors, so ist zudem keine Erkennung der Signalintensität mehr möglich, da die Pulsform aufgrund der Detektorsättigung von oben abgeschnitten ist. Es ist lediglich die Aussage möglich, dass es sich um ein besonders gut reflektierendes Objekt handelt.
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Die Druckschrift DE 10 2020 0000 803 A1 offenbart ein Verfahren zum Plausibilisieren einer Detektion eines LIDAR-Systems eines Fahrzeugs, eine Vorrichtung eingerichtet zum Durchführen eines solchen Verfahrens und ein Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung.
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Die Druckschrift
EP 3 457 179 A1 offenbart eine LIDAR-Vorrichtung und ein für diese geeignetes Betriebsverfahren.
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Die Druckschrift
EP 3 182 153 B1 offenbart einen optoelektronischen Sensor und ein Verfahren zur Erfassung eines Objekts.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Offenbart wird ein LiDAR-Sensor mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs. Der LiDAR-Sensor umfasst eine Sendevorrichtung zum Aussenden von Laserlicht und eine Empfangsvorrichtung zur Detektion von Laserlicht. Die Empfangsvorrichtung umfasst dabei mindestens eine erste Detektionsvorrichtung und eine davon getrennte, insbesondere räumlich getrennte zweite Detektionsvorrichtung.
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Dies ist vorteilhaft, da durch die mindestens zwei getrennten, insbesondere lateral versetzten Detektionsvorrichtungen Übersprecheffekte, sogenannter Crosstalk, ermittelt und gegebenenfalls sicher entfernt werden kann. Dies verbessert die Qualität einer von dem LiDAR-Sensor erzeugten Punktwolke erheblich.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßigerweise sind die mindestens zwei Detektionsvorrichtungen zeitlich gleich getaktet. Dies kann beispielsweise mit einem externen Zeitgeber erfolgen. Dies ist vorteilhaft, um die Ermittlung und Entfernung der Übersprecheffekte zu verbessern.
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Zweckmäßigerweise ist der LiDAR-Sensor eingerichtet, durch einen Vergleich eines ersten Detektionssignals der ersten Detektionsvorrichtung und eines zweiten Detektionssignals der zweiten Detektionsvorrichtung einen oder mehrere mit Übersprechen behaftetete erste Bereich des ersten Detektionssignals und/oder des zweiten Detektionssignals zu ermitteln. Dies ist vorteilhaft, da somit gezielt die entsprechenden Bereiche aus dem Signal entfernt werden können.
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Zweckmäßigerweise ist der LiDAR-Sensor eingerichtet, ein bereinigtes Detektionssignal durch Entfernen der ermittelten einen oder mehreren mit Übersprechen behafteten ersten Bereich aus dem ersten und/oder dem zweiten Detektionssignal zu erzeugen. Dies ist vorteilhaft, da somit bereits durch den LiDAR-Sensor ein von Übersprechen freies Signal beziehungsweise eine entsprechende 3D-Punktewolke bereitgestellt wird.
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Zweckmäßigerweise weist die Empfangsvorrichtung zusätzlich mindestens eine getrennte dritte Detektionsvorrichtung auf und der LiDAR-Sensor ist eingerichtet, durch Vergleichen der mindestens drei Detektionssignale einen oder mehrere mit Übersprechen behaftete zweite Bereiche der Detektionssignale zu ermitteln und durch Vergleichen der ermittelten zweiten Bereich miteinander dritte Bereich zu ermitteln, welche in den zweiten Bereichen mehrheitlich als mit Übersprechen behaftet ermittelt wurden. Dies ist vorteilhaft, um durch die Anzahl der Detektionsvorrichtungen einen zwei-aus-drei-Vergleich der Punktewolken herzuleiten und eine hohe funktionale Sicherheit der resultierenden crosstalkfreien Punktewolke zu gewährleisten. Dies kann beispielsweise durch Entfernen der ermittelten dritten Bereiche aus dem ersten, zweiten, oder dritten Detektionssignal erfolgen. Weiterhin kann dadurch ein charakteristischer Verlauf zwischen den drei Detektionssignalen detektiert werden, wodurch eine Ermittlung der Bereiche mit Übersprechen verbessert werden kann.
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Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Reduktion von Übersprechen in einem LiDAR-Sensor, wobei der LiDAR-Sensor eine Sendevorrichtung zum Aussenden von Laserlicht und eine Empfangsvorrichtung zur Detektion von Laserlicht aufweist, wobei die Empfangsvorrichtung mindestens eine erste Detektionsvorrichtung und eine davon getrennte zweite Detektionsvorrichtung aufweist. Das Verfahren umfasst die nachstehenden Schritte.
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In einem Schritt wird ein erstes Detektionssignal der ersten Detektionsvorrichtung und ein zweites Detektionssignal der zweiten Detektionsvorrichtung ermittelt.
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In einem weiteren Schritt wird mindestens ein mit Übersprechen behafteter erster Bereich des ersten Detektionssignals und/oder des zweiten Detektionssignals durch einen Vergleich der Detektionssignale ermittelt.
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In einem weiteren Schritt wird ein bereinigtes Detektionssignal durch Entfernen des ermittelten mindestens einen mit Übersprechen behafteten Bereichs aus dem ersten Detektionssignal und/oder dem zweiten Detektionssignal erzeugt.
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Dies ist vorteilhaft, da somit ein von Übersprechen bereinigtes Detektionssignal bereitgestellt wird.
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Das Verfahren kann beispielsweise computerimplementiert umgesetzt werden.
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Zweckmäßigerweise weist die Empfangsvorrichtung zusätzlich mindestens eine getrennte dritte Detektionsvorrichtung auf und innerhalb des Verfahrens wird mindestens ein drittes Detektionssignal der dritten Detektionsvorrichtung ermittelt und zusätzlich ein mit Übersprechen behafteter erster Bereich des dritten Detektionssignals durch einen Vergleich der Detektionssignale ermittelt und das bereinigte Detektionssignal durch Entfernen der ersten Bereich, die in den Detektionssignalen mehrheitlich als mit Übersprechen behaftet ermittelt wurden, erzeugt. Dies ist vorteilhaft, um durch die Anzahl der Detektionsvorrichtungen einen zwei-aus-drei-Vergleich der Punktewolken herzuleiten und eine hohe funktionale Sicherheit der resultierenden crosstalkfreien Punktewolke zu gewährleisten.
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Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung eine elektronische Steuereinheit, die eingerichtet ist, die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Dies ist vorteilhaft, da somit die oben genannten Vorteile realisiert werden können.
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Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Dies ist vorteilhaft, da somit die oben genannten Vorteile realisiert werden können.
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Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist. Dies ist vorteilhaft, da somit die oben genannten Vorteile realisiert werden können.
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Figurenliste
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher ausgeführt.
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Es zeigen:
- 1 eine Abstrahlcharakteristik eines Retroreflektors;
- 2a eine schematische Darstellung einer Draufsicht eines LiDAR-Sensors mit zwei Detektionsvorrichtungen gemäß einer Ausführungsform;
- 2b von dem LiDAR-Sensor in 2a erfasste schematische Intensitätsverläufe;
- 3a eine schematische Darstellung einer Draufsicht eines LiDAR-Sensors mit drei Detektionsvorrichtungen gemäß einer Ausführungsform;
- 3b von dem LiDAR-Sensor in 3b erfasste schematische Intensitätsverläufe;
- 4 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten oder gleiche Verfahrensschritte.
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Eine Abstrahlcharakteristik eines Retroreflektors 101 ist in 1 gezeigt. Sie weist einen starken spekulieren Reflex 102, welcher durch einen kleineren liberischen Bereich 101 deutlich geringerer Intensität umgeben ist und beispielsweise durch Verschmutzungen hervorgerufen wird. Der reflektierte Strahl resultiert dabei aus dem von einem LiDAR-Sensor 100 ausgesandten Lichtstrahl.
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2a zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht eines LiDAR-Sensors 200 mit zwei Detektionsvorrichtungen 208, 209 gemäß einer Ausführungsform. Die Detektionsvorrichtungen können dabei als SPAD-Detektoren - Einzelphoton-Avalanche-Dioden-Detektoren - ausgebildet sein. Die Detektionsvorrichtungen 208, 209 sind dabei Teil einer Empfangsvorrichtung 207 zur Detektion von Laserlicht.
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Weiterhin umfasst der LiDAR-Sensor 200 eine Sendevorrichtung 205 zum Aussenden von Laserlicht mit einem entsprechenden Laser 206. Beispielhaft können der Laser 206 sowie die erste Detektionsvorrichtung 208 und die zweite Detektionsvorrichtung 209 als längliche Spalten angesehen werden. Die Sendevorrichtung 205 beleuchtet die Umgebung, beispielsweise synchron als Spaltenflash, und die Empfangsvorrichtung 207 mit den beiden Detektionsvorrichtungen 208, 209 erfasst die Umgebung, bevorzugt durch die beiden Detektionsvorrichtungen 208, 209 untereinander zeitgleich durch gleiche Zeittaktung. Dafür können die beiden Detektionsvorrichtungen 208, 209, zum Beispiel mit Hilfe eines externen Zeitgebers, gleichgetaktet sein. Wird ausgesandtes Laserlicht 204 an einem Retroreflektor 201 gebündelt zurückgeworfen, siehe auch 1, so lässt sich anhand der benachbarten Detektionsvorrichtungen 208, 209 der spekulare Anteil 202 vom diffusen Anteil 203 unterscheiden (siehe auch 2b mit unterschiedlichen Intensitäten).
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Durch Vergleich der beiden Detektionssignale der beiden Detektionsvorrichtungen 208, 209, hier insbesondere jeweils ausgebildet als 3D-Punktewolken, können die mit Übersprechen, also Crosstalk behafteten Bereiche identifiziert und entsprechend entfernt werden. Somit ergibt sich ein crosstalkfreies, bereinigtes Detektionssignal, hier ausgebildet als 3D-Punktewolke.
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2b zeigt von dem LiDAR-Sensor in 2a erfasste schematische Intensitätsverläufe 220, 221 über der Zeit. Der erste Intensitätsverlauf 220 wurde dabei von der ersten Detektionsvorrichtung 208 erfasst und weist eine höheres Intensitätsniveau auf als der von der zweiten Detektionsvorrichtung 209 erfasste zweite Intensitätsverlauf 221. Je nach Verlauf der Intensitätskurven 220, 221 relativ zueinander kann die Unterscheidung zwischen Retroreflektor und lambertschen Objekten vorgenommen werden und ein bereinigtes Detektionssignal, beispielsweise ausgebildet als 3D-Punktewolke, bereitgestellt werden. Die Intensitätsverläufe 220, 221 geben dabei einen punktuellen Verlauf der Intensität wieder.
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3a zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht eines LiDAR-Sensor 300 mit drei Detektionsvorrichtungen gemäß einer Ausführungsform. Die Detektionsvorrichtungen können dabei als SPAD-Detektoren - Einzelphoton-Avalanche-Dioden-Detektoren - ausgebildet sein. Die Detektionsvorrichtungen 308, 309, 310 sind dabei Teil einer Empfangsvorrichtung 307 zur Detektion von Laserlicht.
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Weiterhin umfasst der LiDAR-Sensor 300 eine Sendevorrichtung 305 zum Aussenden von Laserlicht mit einem entsprechenden Laser 306. Beispielhaft können der Laser 306 sowie die erste Detektionsvorrichtung 308, die zweite Detektionsvorrichtung 309 und die dritte Detektionsvorrichtung 310 als längliche Spalten angesehen werden. Die Sendevorrichtung 305 beleuchtet die Umgebung, beispielsweise synchron als Spaltenflash, und die Empfangsvorrichtung 307 mit den drei Detektionsvorrichtungen 308, 309, 310 erfasst die Umgebung, bevorzugt durch die drei Detektionsvorrichtungen 308, 309, 310 untereinander zeitgleich durch gleiche Zeittaktung. Dafür können die Detektionsvorrichtungen 308, 309, 310 zum Beispiel mit Hilfe eines externen Zeitgebers, gleichgetaktet sein. Wird ausgesandtes Laserlicht 304 an einem Retroreflektor 301 gebündelt zurückgeworfen, siehe auch 1, so lässt sich anhand der benachbarten Detektionsvorrichtungen 308, 309, 310 der spekulare Anteil 302 vom diffusen Anteil 303, 311 unterscheiden (siehe auch 3b mit unterschiedlichen Intensitäten). Wie in 3a zu sehen ist, liegt die dritte Detektionsvorrichtung 310 noch weiter außen im Reflektionskegel des Retroreflektors 301 als die zweite Detektionsvorrichtung 309. Somit kann ein charakteristischer Verlauf zwischen den drei Detektionsvorrichtungen 308, 309, 310 ermittelt werden.
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Durch Vergleich der drei Detektionssignale der drei Detektionsvorrichtungen 308, 309, 319, hier insbesondere jeweils ausgebildet als 3D-Punktewolken, können die mit Übersprechen, also Crosstalk behafteten Bereiche identifiziert und entsprechend entfernt werden. Somit ergibt sich ein crosstalkfreies, bereinigtes Detektionssignal, hier ausgebildet als 3D-Punktewolke.
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3b zeigt von dem LiDAR-Sensor in 3a erfasste schematische Intensitätsverläufe 320, 321, 322 über der Zeit. Der erste Intensitätsverlauf 320 wurde dabei von der ersten Detektionsvorrichtung 308 erfasst und weist eine höheres Intensitätsniveau auf als der von der zweiten Detektionsvorrichtung 309 erfasste zweite Intensitätsverlauf 321. Der zweite Intensitätsverlauf 321 weist wiederum ein höheres Intensitätsniveau auf als der von der dritten Detektionsvorrichtung 310 erfasste dritte Intensitätsverlauf 322. Je nach Verlauf der Intensitätskurven 320, 321, 322 relativ zueinander kann die Unterscheidung zwischen Retroreflektor und lambertschen Objekten vorgenommen werden und ein bereinigtes Detektionssignal, beispielsweise ausgebildet als 3D-Punktewolke, bereitgestellt werden. Die Intensitätsverläufe 320, 321, 322 geben dabei einen punktuellen Verlauf der Intensität wieder.
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4 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren dient der Reduktion von Übersprechen in einem LiDAR-Sensor, wobei der LiDAR-Sensor eine Sendevorrichtung zum Aussenden von Laserlicht und eine Empfangsvorrichtung zur Detektion von Laserlicht aufweist, wobei die Empfangsvorrichtung mindestens eine erste Detektionsvorrichtung und eine davon getrennte zweite Detektionsvorrichtung aufweist.
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In einem ersten Schritt S41 wird ein erstes Detektionssignal der ersten Detektionsvorrichtung und ein zweites Detektionssignal der zweiten Detektionsvorrichtung ermittelt. Das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal können dabei als 3D-Punktewolke ausgebildet sein.
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In einem zweiten Schritt S42 wird mindestens ein mit Übersprechen behafteter erster Bereich des ersten Detektionssignals und/oder ein mit Übersprechen behafteter erster Bereich des zweiten Detektionssignals durch einen Vergleich der Detektionssignale ermittelt. Dies kann beispielsweise durch einen Vergleich der Intensitätswerte der einzelnen Datenpunkte der 3D-Punktwolken erfolgen.
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In einem dritten Schritt S43 wird anschließend ein bereinigtes Detektionssignal durch Entfernen des ermittelten mindestens einen mit Übersprechen behafteten ersten Bereichs aus dem ersten Detektionssignal und/oder dem zweiten Detektionssignal erzeugt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise computerimplementiert umgesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3457179 A1 [0006]
- EP 3182153 B1 [0007]
