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Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Reichweitenerhöhung eines LiDAR-Sensors, einem entsprechenden Computerprogramm, einem maschinenlesbaren Speicheremedium mit dem Computerprogramm und einem entsprechenden LIDAR-Sensor.
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Stand der Technik
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Hoch- und vollautomatisierte Fahrzeuge (Level 3 bis 5) werden in den nächsten Jahren immer mehr auf unseren Straßen vorzufinden sein. Zur Zeit werden verschiedene autonome Fahrfunktionen wie z. B. „Traffic Jam Pilot“ und „Highway Pilot“ entwickelt, welche sich zunächst vor allem auf das Fahren auf der Autobahn konzentrieren. All diese Systeme benötigen verschiedenste Sensoren (z.B. Videokameras, LiDAR-, Radar-, Ultraschall-Sensoren). Insbesondere LiDAR-Sensoren spielen eine immer wichtigere Rolle für autonom fahrende Fahrzeuge beziehungsweise Systeme. So muss ein LiDAR-Sensor zum Beispiel sicherstellen, dass die Fahrbahn vor dem autonomen Fahrzeug frei ist. Dies erfordert ein rechtzeitiges Erkennen von kleinen Objekten, wie zum Beispiel eines Steins, in Distanzen von bis zu 200m. Dies stellt viele LiDAR-Systeme vor eine große Herausforderung.
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Die Druckschrift
DE 102017212175 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln eines optischen Flusses anhand einer von einer Kamera eines Fahrzeugs aufgenommenen Bildsequenz, wobei die Kamera u. a. ein LiDAR-Sensor sein kann.
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Die Druckschrift
DE 102018132915 A1 beschreibt einen Empfänger für ein Lichtdetektions- und -entfernungsbestimmungssystem. Der Empfänger weist u. a. einen Transimpedanzverstärker auf, um aus einem durch den Empfänger erzeugten Stromimpuls einen Spannungsimpuls zu generieren. Der Empfänger weist auch ein abstimmbares Filter auf, das einen an einen Ausgang des Transimpedanzverstärkers gekoppelten Eingang besitzt. Das abstimmbare Filter besitzt eine Frequenzantwort, die justierbar ist. Einige Ansätze beziehen sich auf Filterpole, die sich ausreichend weit weg von der Transimpedanzverstärkerbandbreite befinden, die unerwünscht die Rauschleistung reduzieren können.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Offenbart wird ein Verfahren zur Reichweitenerhöhung eines LiDAR-Sensors mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs.
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Dabei werden mehrere durch den LiDAR-Sensor aufgezeichnete Rohdatensätze ermittelt. Die Rohdaten der Rohdatensätze repräsentieren dabei eine Lichtintensität als Funktion der Zeit.
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Anschließend wird mindestens ein Teil der Rohdatensätze miteinander verrechnet. Dies kann beispielsweise eine Verrechnung der Lichtintensitäten der jeweiligen miteinander verrechneten Rohdatensätze umfassen.
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Dies ist vorteilhaft, um die Reichweite des LiDAR-Sensors zu erhöhen. Durch die Verrechnung der Rohdatensätze wird das Signal-Rauschverhältnis verbessert, was es ermöglicht, die Reichweite des LiDAR-Sensors zu erhöhen und auch kleine dunkle Objekte auf der Fahrbahn besser zu detektieren.
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Das Verfahren kann beispielsweise computerimplementiert umgesetzt werden.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßigerweise wird die Eigenbewegung des LiDAR-Sensors in dem mindestens einen Teil der Rohdatensätze kompensiert, wobei dies vorzugsweise vor dem Verrechnen erfolgt. Dies ist vorteilhaft, da dadurch die Korrespondenz zwischen den Rohdaten einfacher hergestellt werden kann und somit die Verrechung miteinander korrespondierender Rohdaten erfolgt. Dies ermöglicht eine höhere Reichweite des LiDAR-Sensors.
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Zweckmäßigerweise umfasst der Schritt des Kompensierens der Eigenbewegung eine translatorische Eigenbewegungskompensation und/oder eine rotatorische Eigenbewegungskompensation. Dies ist vorteilhaft, da ein typischerweise in einem Fahrzeug eingebauter LiDAR-Sensor den Fahrzeugbewegungen unterworfen ist, welche Ungenauigkeiten beim Verrechnen der Rohdaten erzeugen würden. Eine entsprechende translatorische und/oder rotatorische Eigenbewegungskompensation unterstützt somit die Reichweitenerhöhung und verbesser das Signal- Rauschverhältnis.
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Zweckmäßigerweise wird die translatorische Eigenbewegung in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs und eines Winkels zwischen Fahrtrichtung des Fahrzeugs und Aufzeichnungsrichtung des LiDAR-Sensors kompensiert. Alternativ und oder zusätzlich kann die rotatorische Eigenbewegung in Abhängigkeit der Lageänderung des LiDAR-Sensors zwischen zwei Rohdatensätze kompensiert werden. Alternativ und/oder zusätzlich kann die Eigenbewegungskompensation in Abhängigkeit von ermittelten Messgrößen einer inertialen Messeinheit erfolgen. Dies ist vorteilhaft, da die entsprechenden Größen in einem Fahrzeug typischerweise verfügbar sind und somit eine einfache Kompensation der Eigenbewegungen möglich ist.
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Zweckmäßigerweise wird nur der Teil der Rohdatensätze verarbeitet, der zumindest einen Teil der Fahrbahn und der sich darauf befindlichen Objekte repräsentiert. Dies ist vorteilhaft, da dadurch die zu verarbeitende Datenmenge reduziert wird, was bei einer Computerimplementierung des Verfahrens den erforderlichen Speicherplatz reduziert.
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Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein Computerprogramm, welches eingerichtet ist, alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Dies ist vorteilhaft, um das Verfahren effizient umzusetzen.
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Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Dies ist vorteilhaft, um das Computerprogramm beispielsweise einfach zu verteilen.
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Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein LiDAR-Sensor, welcher mindestens ein Mittel umfasst, beispielsweise eine elektronische Steuereinheit, welches eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Dies ist vorteilhaft, da somit der LiDAR-Sensor über die erwähnten Vorteil verfügt.
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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 schematische Darstellung der Verrechnung von aufgezeichneten Rohdaten;
- 2 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 3 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen LiDAR-Sensors gemäß einer Ausführungsform;
- 5 eine schematische Darstellung einer Mess- und Fahrtrichtung eines Fahrzeugs.
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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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1 zeigt eine schematische Darstellung der Verrechnung von aufgezeichneten Rohdaten. Die drei Signalverläufe 11, 12, 13 stellen dabei als Rohdaten aufgezeichnete Signale von jeweils drei hintereinanderliegenden Aufzeichnungszeitpunkten dar. Dabei ist das jeweils vorhandene Maximum nicht sehr deutlich gegenüber dem weiteren Verlauf abgehoben. Dies führt zu einem schlechten Signal-Rausch-Verhältnis und behindert die Ermittlung der Reichweite eines LiDAR-Sensors beziehungsweise die Detektion von kleinen dunklen Objekten auf der Fahrbahn. Der LiDAR-Sensor detektiert ein Objekt nur, wenn das Zeitdiagramm über einem gewissen Grenzwert liegt.
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Um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern, kann die Eigenbewegung des LiDAR-Sensors kompensiert werden. Dies führt zu einer Anpassung der Signalverläufe, dargestellt in den Signalverläufen 14, 15, 16.
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Der rechts untenstehende Graph 17 entsteht durch Verrechnung, insbesondere Mittelwertbildung, der um die Eigenbewegung kompensierten Signalverläufe 14, 15, 16.
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2 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Reichweitenerhöhung eines LiDAR-Sensors gemäß einer ersten Ausführungsform. Dabei werden in einem ersten Schritt S11 mehrere Rohdatensätze ermittelt. Diese Rohdatensätze wurden von dem LiDAR-Sensor aufgezeichnet. Dabei repräsentieren die Rohdaten der Rohdatensätze jeweils eine Lichtintensität als Funktion der Zeit.
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In einem zweiten Schritt S12 wird mindestens ein Teil der Rohdatensätze miteinander verrechnet. Dies kann insbesondere durch Mittelung beziehungsweise Mittelwertbildung erfolgen. Insbesondere kann jeweils nur ein Teil der Rohdatensätze in der Verrechnung verwendet werden, beispielsweise diejenigen Rohdaten der Rohdatensätze, welche eine Fahrbahn repräsentieren.
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3 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Reichweitenerhöhung eines LiDAR-Sensors gemäß einer zweiten Ausführungsform. Dabei werden in einem ersten Schritt S21 mehrere von dem LiDAR-Sensor aufgezeichnete Rohdatensätze ermittelt.
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In einem zweiten Schritt S22 wird die Eigenbewegung des LiDAR-Sensors, wie sie zum Beispiel von einem fahrenden Fahrzeug, in dem der LiDAR-Sensor verbaut ist, herrührt, kompensiert. Je nach Art der Eigenbewegung kann dies auf unterschiedliche Arten erfolgen, welche auch kombiniert werden können.
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Beispielsweise kann der LiDAR-Sensor über ein Schnittstelle zum Fahrzeug die aktuelle Geschwindkeit des Fahrzeugs erhalten. Daraufhin kann die Zeitachse der Rohdatenverläufe anhand der Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs korrigiert werden. Hierbei berechnet sich die zu korrigierende Zeit im Signalverlauf wie folgt:
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Dabei bezeichnet Δtcorrection die notwendige Zeitkorrektur der x-Achse des Rohsignals, vvehicle die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, φ den Winkel zwischen der Fahrtrichtung und der Messrichtung des LiDAR-Sensors, c die Lichtgeschwindigkeit und f die Framerate beziehungsweise Frequenz des LiDAR-Sensors bzw. der aufeinanderfolgenden Messungen. Dies ist in 5 schematisch dargestellt.
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Weiterhin kann es vorkommen, dass der LiDAR-Sensor einer Nickbewegung im Fahrzeug ausgesetzt ist, insbesondere wenn Fahrbahnunebenheiten vorliegen. Auch diese Bewegung kann kompensiert werden (Rotationskompensation). Dafür wird aus den im Nahbereich detektierten Objekten (z. B. Fahrbahnmarkierungen, Leitplanken, Bebauung am Straßenrand) die aktuelle Lage des LiDAR-Sensors relativ zum vorherigen Frame, d. h. relativ zum vorherigen Rohdatensatz extrahiert. Die dadurch ermittelte Rotation kann kompensiert werden, indem nicht mehr unkompensierte Signale der Rohdatensätze miteinander gemittelt werden, sondern Signale der um die Eigenbewegung kompensierten Rohdatensätze. Alternativ kann die Rotationsbewegung des LiDAR-Sensors auch aus einer verbauten Inertialmesseinheit bezogen werden. Die Rotationskompensation ist optional und in vielen Fällen nicht notwendig, insbesondere wenn der LiDAR-Sensor eine hinreichend hohe Abtastrate hat.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen LiDAR-Sensors 40 gemäß einer Ausführungsform. Dabei umfasst der LiDAR-Sensor 40 eine elektronische Steuereinheit 41, welche eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer Mess- und Fahrtrichtung eines Fahrzeugs. Hierbei fährt das Fahrzeug in die aktuelle Fahrtrichtung 50 und ein auf dem Fahrzeug installiertes LiDAR-System 52 misst in die aktuelle Messrichtung 51. Zwischen den beiden Richtungen wird der Winkel φ abgetragen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017212175 A1 [0003]
- DE 102018132915 A1 [0004]
