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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verfolgung wenigstens eines Objekts mit wenigstens einer Detektionsvorrichtung, insbesondere einem LiDAR-System, insbesondere eines Fahrzeugs, bei dem unter Verwendung von elektromagnetischen Abtastsignalen eine Mehrzahl von Zielangaben ermittelt wird, wobei jede der Zielangaben wenigstens einen Positionswert umfasst, der eine Position eines Objektziels des wenigstens einen Objekts in wenigstens einem vordefinierten Bezugssystem charakterisiert.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Detektionsvorrichtung, insbesondere ein LiDAR-System, insbesondere eines Fahrzeugs, die Mittel zum Senden von elektromagnetischen Abtastsignalen, Mittel zum Empfangen von reflektierten elektromagnetischen Abtastsignalen und Mittel zum Ermitteln von Zielangaben für Objektziele von Objekten aus elektromagnetischen Abtastsignalen umfasst.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit wenigstens einer Detektionsvorrichtung, insbesondere wenigstens einem LiDAR-System, wobei die wenigstens eine Detektionsvorrichtung Mittel zum Senden von elektromagnetischen Abtastsignalen, Mittel zum Empfangen von reflektierten elektromagnetischen Abtastsignalen und Mittel zum Ermitteln von Zielangaben für Objektziele von Objekten aus elektromagnetischen Abtastsignalen umfasst.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2019 131 334 A1 sind ein Verfahren zur Verfolgung ausgedehnter Objekte mit wenigstens einer Detektionsvorrichtung und eine Detektionsvorrichtung bekannt. Bei dem Verfahren wird in aufeinanderfolgenden Messzyklen ein Objekt detektiert und aus wenigstens einem Teil der Detektionen des Objekts wenigstens ein Verfolgungszustand ermittelt, der eine Position und eine Bewegung des wenigstens einen Objekts charakterisiert. Während eines Messzyklus wird wenigstens ein Sendesignal in einen Überwachungsbereich der wenigstens einen Detektionsvorrichtung gesendet, wenigstens ein Empfangssignal wird empfangen, das von wenigstens einem Sendesignal stammt, das an wenigstens einem Reflexionspunkt des wenigstens einen Objekts reflektiert wird. Wenigstens eine Detektion für den wenigstens einen Reflexionspunkt wird aus dem wenigstens einen Empfangssignal ermittelt. Vorteilhafterweise kann die Detektionsvorrichtung wenigstens einen Radarsensor und/oder wenigstens einen LiDAR-Sensor umfassen. Vorteilhafterweise kann die Detektionsvorrichtung in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, eingesetzt werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren, eine Detektionsvorrichtung und ein Fahrzeug der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit denen die Verfolgung von Objekten verbessert werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung wird mit dem Verfahren dadurch gelöst, dass
aus wenigstens einem Teil der Zielangaben wenigstens eine Begrenzungsangabe ermittelt wird, die die Form des wenigstens einen Objekts charakterisiert,
das wenigstens eine Objekt durch Ermittlung einer Entwicklung der wenigstens einen Begrenzungsangabe verfolgt wird,
wobei zur Ermittlung der wenigstens einen Begrenzungsangabe wenigstens ein Teil von Zielangaben in Clustern gruppiert wird,
wenigstens ein Gewichtungswert für die Zielangaben wenigstens eines Clusters aus den Zielangaben des entsprechenden Clusters ermittelt wird,
die wenigstens eine Begrenzungsangabe aus gewichteten Zielangaben ermittelt werden, wobei die gewichteten Zielangaben jeweils aus den entsprechenden Zielangaben gewichtet mit dem wenigstens einen Gewichtungswert des Clusters, zu dem die Zielangaben gehören, ermittelt werden.
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Erfindungsgemäß wird wenigstens eine Begrenzungsangabe aus wenigstens einem Teil von Zielangaben ermittelt. Die Begrenzungsangaben dienen als vereinfachtes Modell, insbesondere als Box, des wenigstens einen Objekts, an dem die Abtastsignale reflektiert werden. Die Begrenzungsangaben vereinfachen die Verfolgung und Segmentierung des wenigstens einen Objekts im Vergleich zur Verfolgung und Segmentierung des gesamten Satzes von Zielangaben. Die Begrenzungsangaben können Eigenschaften wie Geschwindigkeit und Orientierung des wenigstens einen zu verfolgenden Objekts charakterisieren. Mit der Erfindung ist es möglich, negative Auswirkungen von unregelmäßige Messungen, insbesondere Messungen von Formen, welche von dem vereinfachten Modell des wenigstens einen Objekts, zum Beispiel einem Kastenmodell, abweichen, zu kompensieren. Solche unregelmäßigen Messungen können die Verfolgungsfunktion destabilisieren. Mit der Erfindung wird die Messung vor der Anpassung des Modells korrigiert. Weitere Sterilisierungen sind so nicht erforderlich.
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Mit der Erfindung können unregelmäßige Formen des Modells, die durch Teile eines bewegten Objekts entstehen, korrigiert werden. Für Objekte in Form von Fahrzeugen zum Beispiel können unregelmäßige Formen durch hervorstehende Teile wie Seitenspiegel, Anhängerkupplung oder dergleichen, entstehen. Mit der Erfindung wird diesen gemessenen Teile aus dem Abgleich mit einem Modell, beispielsweise einem Kastenmodell, eine geringe Gewichtung zugewiesen. Eine niedere Gewichtung verringert den Einfluss dieser gemessenen Teile auf das Abgleichen im Vergleich zu dem Hauptteil des wenigstens einen Objekts.
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Ein Objektziel im Sinne der Erfindung ist ein Bereich oder ein Reflexionspunkt eines Objekts, von dem Abtastsignale reflektiert werden können. Ein Objekt kann eines oder mehrerer solcher Objektziele aufweisen.
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Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Vermeidung eines nicht optimalen Abgleichs, der in einer späteren Phase des Objektverfolgungsalgorithmus schwer zu kompensieren sein könnte. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Messung direkt angegangen und korrigiert, um eine gute Angleichung und Weiterverfolgung zu erreichen. Dies ist robuster und ermöglicht der Detektionsvorrichtung, insbesondere dem LiDAR-System, eine hohe Empfindlichkeit zur Messung kleiner Form-Unregelmäßigkeiten (z.B. Seitenspiegel, Anhängerkupplungen oder dergleichen).
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Das erfindungsgemäßen Verfahren kann mit Detektionsvorrichtung in Form von LiDAR-Systemen verwendet werden. Die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung kann ein LiDAR-System sein. Mit einem LiDAR-System können Positionen, insbesondere Richtungen und Entfernungen, und Geschwindigkeiten von Objekten relativ zu einem vordefinierten Bezugssystem erfasst werden. Das LiDAR-System kann elektromagnetische Abtastsignale in Form von Lichtsignalen, insbesondere Lasersignalen, verwenden. Lichtsignale können von Objekten reflektiert werden. Jedoch kann das erfindungsgemäße Verfahren auch mit Detektionsvorrichtung in Form von Radarsystemen angewendet werden. Die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung kann auch ein Radarsystem sein. Mit einem Radarsystem können Positionen, insbesondere Richtungen und Entfernungen, und Geschwindigkeiten von Objekten relativ zu einem umdefinierten Bezugssystem ermittelt werden. Das Radarsystem kann elektromagnetische Abtastsignal in Form von Radarsignalen verwenden. Radarsignale können von Objekten reflektiert werden.
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Vorteilhafterweise kann das vordefinierte Bezugssystem ein Bezugssystem der mindestens einen Detektionsvorrichtung und/oder ein Bezugssystem eines Fahrzeugs sein, das die mindestens eine Detektionsvorrichtung trägt. Auf diese Weise können Positionen von Objektzielen eindeutig definiert werden.
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Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine Bezugssystem ein Koordinatensystem sein, insbesondere ein Polarkoordinatensystem, ein Kugelkoordinatensystem oder ein kartesisches Koordinatensystem. Der Koordinatenursprung des Koordinatensystems kann auf die wenigstens eine Detektionsvorrichtung und/oder auf das Fahrzeug bezogen sein. Wenigstens eine Dimension, insbesondere wenigstens eine Achse, des Koordinatensystems kann auf wenigstens eine Fahrzeugachse, z.B. eine Fahrzeuglängsachse, bezogen sein, insbesondere parallel zu dieser verlaufen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung können für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, eingesetzt werden. Vorteilhafterweise können das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung bei Landfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bussen, Motorrädern oder dergleichen, Flugzeugen und/oder Wasserfahrzeugen eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch für Detektionsvorrichtungen von Fahrzeugen eingesetzt werden, die autonom oder teilautonom betrieben werden können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung sind jedoch nicht auf Fahrzeuge beschränkt. Sie können auch im stationären Betrieb, in der Robotik und/oder in Maschinen, insbesondere in Bau- oder Transportmaschinen, wie Kränen, Baggern oder dergleichen, eingesetzt werden. Die Detektionsvorrichtung kann vorteilhaft mit wenigstens einem elektronischen Steuergerät eines Fahrzeugs oder einer Maschine, insbesondere einem Fahrerassistenzsystem, verbunden oder Teil davon sein.
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Auf diese Weise kann ein autonomer oder teilautonomer Betrieb des Fahrzeugs oder der Maschine ermöglicht werden.
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Die Detektionsvorrichtung kann zur Detektion von stehenden oder sich bewegenden Objekten eingesetzt werden, insbesondere von Fahrzeugen, Personen, Tieren, Hindernissen, Straßenunebenheiten, insbesondere Schlaglöchern oder Steinen, Straßenbegrenzungen, Freiflächen, insbesondere Parkplätzen, Niederschlägen oder dergleichen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Gewichtungswert für die Zielangaben, insbesondere Kontur-Zielangaben, wenigstens eines Clusters ermittelt werden
aus einer Anzahl von Zielangaben, insbesondere von Objekt-Zielangaben, des wenigstens einen Clusters
und/oder
aus einer Ausdehnung eines Bereichs von vergleichbaren Positionswerten, insbesondere Höhenwerten, von Zielangaben, insbesondere Objekt-Zielangaben, des wenigstens einen Clusters, wenigstens in einer Dimension, wobei die Ausdehnung eines Bereichs von Positionswerten eine räumliche Ausdehnung der Verteilung der Objektziele charakterisiert, zu der die Zielangaben, insbesondere die Objekt-Zielangaben, des wenigstens einen Clusters gehören, insbesondere eine Höhenausdehnung,
und/oder
aus einer Korrelation der Positionswerte wenigstens von einem Teil der Zielangaben, insbesondere der Objekt-Zielangaben, des wenigstens einen Clusters zueinander, wobei die Korrelation eine Ausrichtung der Objektziele, zu denen die Zielangaben des wenigstens einen Clusters gehören, zueinander charakterisiert,
und/oder
aus einem Cluster-Positionswert, der die Position des Clusters im Verhältnis zu wenigstens einem Teil der anderen Cluster charakterisiert. Auf diese Weise können verschiedene Gewichtungskriterien auf die Zielangaben angewendet werden, die die Kontur eines erkannten Objekts darstellen. Das zu verwendende Kriterium oder die Kombination von Kriterien kann passend zur Situation und/oder zum detektierten Objekt gewählt werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Gewichtungswert aus einer Anzahl von Zielangaben in wenigstens einem Cluster ermittelt werden. Je kleiner die Anzahl der Zielangaben in einem Cluster ist, desto geringer ist der Einfluss der Zielangaben dieses Clusters auf die Begrenzungsangaben.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Gewichtungswert aus einer Erweiterung eines Bereichs vergleichbarer Positionswerte der Zielangaben des wenigstens einen Clusters wenigstens in einer Dimension ermittelt werden. Bei den Positionswerten kann es sich insbesondere um Höhenwerte handeln. Die Ausdehnung eines Bereichs von Positionswerten kann eine räumliche Ausdehnung, insbesondere eine Höhenausdehnung, der Verteilung der Objektziele charakterisieren, zu denen die Zielangaben des wenigstens einen Clusters gehören. Je kleiner der räumliche Bereich ist, über den sich die Objektziele eines Clusters erstrecken, desto geringer ist der Einfluss der jeweiligen Zielangaben des jeweiligen Clusters auf die Begrenzungsangaben.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Gewichtungswert aus einer Korrelation der Positionswerte wenigstens eines Teils der Zielangaben des wenigstens einen Clusters zueinander ermittelt werden, wobei die Korrelation eine Ausrichtung der Objektziele, zu denen die Zielangaben des wenigstens einen Clusters gehören, zueinander charakterisiert. Dadurch können Zielangaben, die von Gruppen anderer Zielangaben, die die Konturform des detektierten Objekts repräsentieren, abweichen, einen geringeren Einfluss auf die Begrenzungsangaben erhalten.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Gewichtungswert aus einem Cluster-Positionswert ermittelt werden, der die Position des Clusters im Verhältnis zu wenigstens einem Teil der anderen Cluster charakterisiert. Dadurch können Objektziele, die außerhalb der Form eines Objekts liegen, niedriger gewichtet werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Gewichtungswert für Zielangaben, insbesondere die Kontur-Zielangaben, wenigstens eines Clusters durch statistische Verfahren ermittelt werden, insbesondere kann der wenigstens eine Gewichtungswert aus Mittelwerten und/oder Varianzen ermittelt werden. Auf diese Weise können auf effiziente Weise Gewichtungskriterien ermittelt werden. Aus Mittelwerten und Varianzen kann abgeleitet werden, ob Zielangaben, insbesondere Kontur-Zielangaben, wenigstens eines Clusters zu Objektzielen auf einem Hauptteil eines erfassten Objekts gehören. So können Zielangaben, insbesondere Kontroll-Zielangaben, von Objektzielen, die nicht zum Hauptteil eines detektierten Objekts gehören, niedriger gewichtet, insbesondere ignoriert werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können für die Ermittlung der wenigstens einen Begrenzungsangabe nur solche Zielangaben, insbesondere Kontur-Zielangaben, berücksichtigt werden, deren Gewichtungswerte innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs liegen, insbesondere oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts oder unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts. Dadurch kann der Einfluss von Zielangaben, insbesondere Kontur-Zielangaben, von Objektzielen, die nicht zu einem Hauptteil eines erfassten Objekts gehören, auf die Begrenzungsangaben minimiert werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform
kann eine Vielzahl von Objekt-Zielangaben, die jeweils ein Objektziel des wenigstens einen Objekts charakterisieren, unter Verwendung von elektromagnetischen Abtastsignalen ermittelt werden,
wenigstens eine eine Kontur des wenigstens einen Objekts charakterisierende Kontur-Zielangabe kann aus wenigstens einem Teil der Objekt-Zielangaben ermittelt werden und die wenigstens eine Begrenzungsangaben kann aus der wenigstens einen Kontur-Zielangabe ermittelt, insbesondere berechnet, werden.
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Die Kontur des wenigstens einen Objekts kann durch Ermittlung der Kontur-Zielangaben aus der Vielzahl der Objekt-Zielangaben angenähert werden.
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Die Objekt-Zielangaben sind die mit Hilfe der elektromagnetischen Abtastsignale gemessenen Angaben. Die Begrenzungsangaben können aus den Kontur-Zielangaben ermittelt werden, die eine Annäherung der Kontur des wenigstens einen Objekts darstellen. Auf diese Weise können die negativen Auswirkungen unregelmäßiger Messungen weiter reduziert werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann eine Mehrzahl von Objekt-Zielangaben, die jeweils wenigstens einen Positionswert umfassen, der eine dreidimensionale Position eines Objektziels charakterisiert, unter Verwendung von elektromagnetischen Abtastsignalen ermittelt werden, zur Ermittlung wenigstens einer Kontur-Zielangabe kann die Dimension von wenigstens einem Teil der Objekt-Zielangaben um eins reduziert werden. Auf diese Weise können Objekt-Zielangaben, die von Objektzielen in unterschiedlichen Ebenen der zu reduzierenden Dimension, insbesondere in unterschiedlichen Höhen, stammen, zu jeweiligen Kontur-Zielangaben in einer Ebene, insbesondere in derselben Höhe, zusammengefasst werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Teil der wenigstens einen Begrenzungsangabe zur Charakterisierung wenigstens eines Verfolgungsbereichs, insbesondere einer Verfolgungsbox, verwendet werden, der für die Verfolgung des wenigstens einen erfassten Objekts verwendet wird
und/oder
wenigstens eine Begrenzungsangabe umfassen wenigstens einen Positionswert, der eine Position eines Verfolgungsbereichs, insbesondere einer Verfolgungsbox, charakterisiert, der für die Verfolgung des wenigstens einen erfassten Objekts relativ zu wenigstens einem Bezugssystem verwendet wird, und/oder wenigstens einen Orientierungswert, der eine Orientierung des Verfolgungsbereichs in dem wenigstens einen Bezugssystem charakterisiert, und/oder wenigstens einen Größenwert, der eine Größe des Verfolgungsbereichs charakterisiert. Mit dem Verfolgungsbereich können interessierende Objektziele identifiziert werden. Auf diese Weise kann eine Bewegung eines Objekts effizienter verfolgt werden. Die Positionswerte können verwendet werden, um die Position des Verfolgungsbereichs in der Nähe der interessierenden Objektziele zu charakterisieren. Die Orientierungswerte können verwendet werden, um die Orientierung des Verfolgungsbereichs zu charakterisieren. Die Größenwerte können zur Charakterisierung der Größe des Verfolgungsbereichs verwendet werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Begrenzungsangabe die Koordinaten, insbesondere kartesische Koordinaten, Polarkoordinaten oder Kugelkoordinaten, eines Bezugspunktes des Verfolgungsbereichs, insbesondere der Verfolgungsbox, in einem Bezugssystem des LiDAR-Systems und/oder einem Bezugssystem des Fahrzeugs mit dem LiDAR-System umfassen. Der Bezugspunkt des Verfolgungsbereichs kann ein Zentrum oder ein Rand des Verfolgungsbereichs oder dergleichen sein. Zusätzlich kann wenigstens eine Begrenzungsangabe wenigstens einen Richtungswert, insbesondere einen Gierwinkel, umfassen, der die Ausrichtung des Verfolgungsbereichs im Bezugssystem, insbesondere dem Bezugssystem des LiDAR-Systems und/oder des Fahrzeugs mit dem LiDAR-System, charakterisiert. Ferner kann wenigstens eine Begrenzungsangabe wenigstens einen Größenwert, insbesondere eine Länge, eine Breite und eine Höhe, umfassen, der die Größe des Verfolgungsbereichs charakterisiert.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Begrenzungsangabe ein Tupel (x', y', z', α, l, w, h) sein oder umfassen, wobei x', y' und z' die Koordinaten (kartesische Koordinaten oder Kugelkoordinaten) des Positionswertes, α der Gierwinkel und I, w und h die Größenwerte Länge, Breite und Höhe des Verfolgungsbereichs sind. Im Falle eines zweidimensionalen Verfolgungsbereichs sind nur zwei Positionswerte und zwei Größenwerte erforderlich.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Zielangabe ermittelt werden, die wenigstens einen Positionswert, insbesondere einen Richtungswert und/oder einen Entfernungswert, der eine Position eines Objektziels in dem wenigstens einen Bezugssystem charakterisiert, und/oder wenigstens einen Intensitätswert, der die Intensität von elektromagnetischen Abtastsignalen charakterisiert, die an dem Objektziel reflektiert wurden, umfasst. Auf diese Weise können Objektziele zugeordnet werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Zielangabe wenigstens einen Positionswert, insbesondere einen Richtungswert und/oder einen Entfernungswert, umfassen. Auf diese Weise kann die Position des jeweiligen Zielobjekts identifiziert werden. Wenigstens ein Richtungswert kann durch einen Winkel, insbesondere einen Azimut- und/oder Elevationswinkel, realisiert sein. Auf diese Weise kann die Position des Objektziels in einem Kugelkoordinatensystem oder in einem Polarkoordinatensystem ermittelt werden. Wenigstens ein Entfernungswert kann als Entfernung des Zielobjekts zu einem Koordinatenursprung des wenigstens einen Bezugssystems realisiert werden.
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Alternativ oder alternativ kann wenigstens eine Zielangabe wenigstens einen Positionswert in Form von kartesischen Koordinaten eines kartesischen Bezugssystems, insbesondere eines Bezugssystems des LiDAR-Systems und/oder eines Bezugssystems des Fahrzeugs mit einem Anzünder-System, umfassen.
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Vorteilhafterweise können die Zielangaben die Form eines Tupels (p1, p2, p3, I) haben, wobei p1, p2 und p3 Positionswerte in kartesischen oder sphärischen Koordinaten und I ein Intensitätswert sind. Der Intensitätswert charakterisiert die Intensität des empfangenen elektromagnetischen Abtastsignals. Im Falle eines zweidimensionalen Bezugssystems werden nur zwei Positionswerte benötigt, insbesondere entweder ein Winkel und ein Abstand als Polarkoordinaten oder zwei kartesische Koordinaten.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Zielangabe ermittelt werden, die wenigstens einen Positionswert umfasst, der eine zweidimensionale Position eines Objektziels in dem wenigstens einen zweidimensionalen Bezugssystem charakterisiert, oder die wenigstens einen Positionswert umfasst, der eine dreidimensionale Position eines Objektziels in dem wenigstens einen dreidimensionalen Bezugssystem charakterisiert. In einem zweidimensionalen Bezugssystem kann eine Richtung eines Objektziels in einer Dimension, insbesondere im Azimut, angegeben werden. In einem dreidimensionalen Bezugssystem kann eine Richtung eines Objektziels in zwei Dimensionen, insbesondere in Azimut und Elevation, angegeben werden.
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Ferner wird die Aufgabe der Erfindung durch die Detektionsvorrichtung dadurch gelöst, dass die Detektionsvorrichtung Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst.
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Die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung kann zur effizienten Verfolgung von Bewegungen dynamischer Objekte eingesetzt werden.
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Die Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können durch Software und/oder Hardware realisiert werden.
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Des Weiteren wird die Aufgabe der Erfindung durch das Fahrzeug dadurch gelöst, dass das Fahrzeug Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst.
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Erfindungsgemäß umfasst das Fahrzeug wenigstens eine Detektionsvorrichtung und Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Wenigstens ein Teil der Mittel zur Durchführung des Verfahrens kann als Teil der wenigstens einen Detektionsvorrichtung implementiert sein. Die Detektionsvorrichtung selbst ist Teil des Fahrzeugs. Dementsprechend ist auch ein Teil der Detektionsvorrichtung ein Teil des Fahrzeugs.
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Zusätzlich oder alternativ kann wenigstens ein Teil der Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens getrennt von der wenigstens einen Detektionsvorrichtung realisiert werden, zum Beispiel mit einem Steuergerät des Fahrzeugs.
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Vorteilhafterweise kann das Fahrzeug wenigstens ein Fahrerassistenzsystem umfassen. Mit dem Fahrerassistenzsystem können von der wenigstens einen Detektionsvorrichtung gewonnene Informationen für den autonomen oder wenigstens teilautonomen Betrieb des Fahrzeugs genutzt werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Detektionsvorrichtung mit wenigstens einem Fahrerassistenzsystem verbunden sein. Auf diese Weise können mit der wenigstens einen Detektionsvorrichtung erfasste Informationen an das wenigstens eine Fahrerassistenzsystem übermittelt werden.
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Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung und dem erfindungsgemäßen Fahrzeug dargestellten Merkmale und Vorteile und deren jeweilige vorteilhafte Ausgestaltungen sinngemäß auch füreinander und umgekehrt. Die einzelnen Merkmale und Vorteile können selbstverständlich miteinander kombiniert werden, wodurch sich weitere vorteilhafte Effekte ergeben können, die über die Summe der Einzeleffekte hinausgehen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung mit den oben genannten und anderen Aufgaben und Vorteilen kann am besten aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen verstanden werden, die jedoch nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist, in denen schematisch dargestellt ist
- 1 eine Draufsicht auf ein Fahrzeug mit zwei LiDAR-Systemen und einem Fahrerassistenzsystem in einer Fahrsituation und ein Auto mit einem Anhänger;
- 2 eine Seitenansicht des Fahrzeugs aus 1;
- 3 eine Seitenansicht des Autos aus 1 ohne den Anhänger im Sichtfeld eines der LiDAR-Systeme des Fahrzeugs aus 1;
- 4 eine Punktwolke einer Detektion des Autos aus den 1 und 3, die mit einem der LiDAR-Systeme des Fahrzeugs aus 1 in einer Draufsicht erhalten wurde;
- 5 Gewichtungspunkte, die gewichtete umrissende Zielangaben charakterisieren, die aus der Punktwolke aus 4 in einer Draufsicht ermittelt wurden;
- 6 die Gewichtungspunkte aus 5 mit einer Verfolgungsbox, die mit einem Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform erhalten wurde;
- 7 die Punktwolke aus 4 mit der Verfolgungsbox aus 6;
- 8 die Gewichtungspunkte aus 5 mit einer Verfolgungsbox, die mit einem Verfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform erhalten wurde;
- 9 die Punktwolke aus 4 mit der Verfolgungsbox aus 8;
- 10 die Punktwolke aus 4 mit der Verfolgungsbox, der mit einer aus dem Stand der Technik bekannten Methode erhalten wurde.
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In den Zeichnungen wird auf gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen Bezug genommen. Bei den Zeichnungen handelt es sich lediglich um schematische Darstellungen, die nicht dazu bestimmt sind, spezifische Parameter der Erfindung darzustellen. Außerdem sollen die Zeichnungen nur typische Ausführungsformen der Erfindung darstellen und sind daher nicht als Einschränkung des Umfangs der Erfindung zu betrachten.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist ein Fahrzeug 10 in Form eines Personenkraftwagens in einer Draufsicht in einer Fahrsituation mit zwei Objekten 18 in Form eines Autos mit Anhänger dargestellt. zeigt das Fahrzeug 10 in einer Seitenansicht mit einem angedeuteten Objekt 18.
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Das Fahrzeug 10 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 12 und zwei Detektionssysteme in Form von LiDAR-Systemen 14. Die LiDAR-Systeme 14 sind funktional mit dem Fahrerassistenzsystem 12 verbunden, so dass von den LiDAR-Systemen 14 gewonnene Informationen über einen Überwachungsbereich 16 in Fahrtrichtung vor und schräg vor dem Fahrzeug 10 an das Fahrerassistenzsystem 12 übermittelt werden können. Das Fahrerassistenzsystem 12 kann dazu verwendet werden, Funktionen des Fahrzeugs 10, beispielsweise Fahrfunktionen, autonom oder teilautonom auszuführen.
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Beispielhaft sind die LiDAR-Systeme 14 in den Frontscheinwerfern des Fahrzeugs 10 angeordnet und in den Überwachungsbereich 16 gerichtet. Die beiden LiDAR-Systeme 14 befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs 10. Die LiDAR-Systeme 14 können auch an anderen Stellen des Fahrzeugs 10, auch in unterschiedlichen Ausrichtungen, angeordnet sein. Die LiDAR-Systeme 14 können zur Detektion von Objekten 18 im Überwachungsbereich 16 eingesetzt werden.
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Die Objekte 18 können stationäre oder bewegte Objekte sein, beispielsweise Fahrzeuge, Menschen, Tiere, Pflanzen, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, zum Beispiel Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen, Verkehrsschilder, Freiflächen, zum Beispiel Parkplätze, Niederschlag oder dergleichen.
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Die LiDAR-Systeme 14 sind bezüglich ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise identisch. Die LiDAR-Systeme 14 und ihre Funktionen werden im Folgenden am Beispiel eines der LiDAR-Systeme 14 beschrieben.
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Zur Erfassung der Objekte 18 werden elektromagnetische Abtastsignale 20 in Form von Laserpulsen mit dem LiDAR-System 14 in den Überwachungsbereich 16 gesendet. Abtastsignale 20, die an Objektzielen 22 von Objekten 18 in Richtung des LiDAR-Systems 14 reflektiert werden, werden mit dem LiDAR-System 14 empfangen. Objektinformationen, wie eine Entfernung D, eine Radialgeschwindigkeit und eine Richtung des detektierten Objektziels 22 relativ zu einem LiDAR-Bezugssystem 24 des LiDAR-Systems 14 und einem Fahrzeug-Bezugssystem 26 des Fahrzeugs 10 können aus den empfangenen Abtastsignalen 20 ermittelt werden. Ferner kann eine Bewegung des Objekts 18 ermittelt werden.
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Ein Objektziel 22 im Sinne der Erfindung ist ein Bereich oder ein Reflexionspunkt eines Objekts 18, von dem Abtastsignale 20 reflektiert werden können. Ein Objekt 18 kann ein oder mehrere solcher Objektziele 22 aufweisen.
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Beispielsweise ist das LiDAR-Bezugssystem 24 ein Kugelkoordinatensystem, dessen Koordinaten Azimut Φ, Elevationswinkel Θ und Entfernung D sind. Das Fahrzeug-Bezugssystem 26 ist beispielsweise ein kartesisches Koordinatensystem, dessen Koordinaten mit x, y und z bezeichnet sind. Die x-Richtung verläuft in Richtung der Längsachse des Fahrzeugs 10. Die y-Richtung verläuft parallel zur Querachse des Fahrzeugs 10. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur x-Richtung und senkrecht zur y-Richtung nach oben.
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Während des Betriebs des Fahrzeugs 10 nutzt das Fahrerassistenzsystem 12 Objektinformationen, wie Entfernungen, Geschwindigkeiten, Richtungen und Bewegungsrichtungen von Objekten 18 relativ zum Fahrzeug-Bezugssystem 26, zum autonomen oder teilautonomen Betrieb des Fahrzeugs 10. Mit den LiDAR-Systemen 14 können Objekte 18, die beispielsweise ausgedehnt oder langgestreckt sein können (z.B. Anhänger), verfolgt werden.
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Im Folgenden wird ein Verfahren zur Verfolgung von Objekten 18 mit einem der LiDAR-Systeme 14 beschrieben.
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Mit einer Sendeeinrichtung des LiDAR-Systems 14 werden Abtastsignale 20 in den Überwachungsbereich 16 gesendet. Abtastsignale 20, die auf Objektziele 22 eines Objekts 18, zum Beispiel das Auto mit Anhänger, treffen, werden reflektiert. Diejenigen Abtastsignale 20, die in Richtung des LiDAR-Systems 14 reflektiert werden, werden mit einer Empfangseinrichtung des LiDAR-Systems 14 empfangen.
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Ein Objektziel 22 im Sinne der Erfindung ist ein Bereich oder ein Reflexionspunkt eines Objekts 18, von dem Abtastsignale 20 reflektiert werden können. Ein Objekt 18 kann ein oder mehrere solcher Objektziele 22 aufweisen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind lediglich einige Objektziele 22 der Objekte 18 in den Figuren beispielhaft dargestellt.
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Mit Hilfe des LiDAR-Systems 14 werden die elektromagnetischen Abtastsignale 20 in Objekt-Zielangaben (Φ, Θ, D, I) umgewandelt. Jede Objekt-Zielangabe (Φ, Θ, D, I) umfasst drei Positionswerte, die beispielsweise eine Position eines Objektziels 22 des Objekts 18 im LiDAR-Bezugssystem 24 charakterisieren. Die Positionswerte sind der Azimutwert Φ, der Elevationswinkelwert Θ und der Entfernungswert D. Der Azimutwert Φ und der Elevationswinkelwert O charakterisieren jeweils eine Richtung des Objektziels 22 in Bezug auf den Koordinatenursprung des LiDAR-Bezugssystems 24. Der Entfernungswert D charakterisiert eine Entfernung des Objektziels 22 vom Koordinatenursprung des LiDAR-Referenzsystems 24. Ferner umfasst jede Objekt-Zielangabe (Φ, Θ, D, I) einen Intensitätswert I, der eine Intensität des empfangenen Abtastsignals 20 charakterisiert.
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Mit den Abtastsignalen 20 wird der Überwachungsbereich 16 abgetastet, so dass eine Vielzahl von Objekt-Zielangaben (Φ, Θ, D, I) ermittelt wird, die jeweils ein Objektziel 22 charakterisieren. 3 zeigt das Objekt 18 (Auto) in einer Seitenansicht im Sichtfeld, nämlich dem horizontalen Sichtfeld 38 und dem vertikalen Sichtfeld 42, des LiDAR-Systems 14.
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Anschließend wird ein Satz von Kontur-Zielangaben (Φ*, D*, I*), der eine Kontur des Objekts 18, beispielsweise des Autos, charakterisiert, aus den Objekt-Zielangaben (Φ, Θ, D, I) ermittelt. Dazu werden Objekt-Zielangaben (Φ, Θ, D, I), die sich aus Objektzielen 22 in unterschiedlichen vertikalen Höhen ergeben, zu einem Satz von Kontur-Zielangaben (Φ*, D*, I*) kombiniert. Die vertikalen Höhen sind durch den Elevationswinkel Θ gekennzeichnet. Das heißt, die Dimension der Kontur-Zielangaben (Φ*, D*, I*) ist im Vergleich zur Dimension der Objekt-Zielangaben (Φ, Θ, D, I) um eins reduziert. Jede Kontur-Zielangabe (Φ*, D*, I*) umfasst einen Kontur-Azimut Φ*, eine Kontur-Entfernung D* und eine Kontur-Intensität I*.
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In 4 ist eine Punktwolke mit Objekt-Zielangabepunkten 30, die jeweils eine Objekt-Zielangabe (Φ, Θ, D, I) eines Objektziels 22 visualisieren, in einer zweidimensionalen Ansicht dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur einige wenige Objekt-Zielangabepunkte 30 markiert. Der Satz von Kontur-Zielangaben (Φ*, D*, I*), der die Kontur des Objekts 18, nämlich des Autos, charakterisiert, ist als durchgezogene Linie 28 dargestellt. Die Linie 28 besteht aus vielen Kontur-Angabepunkten, die jeweils eine Kontur-Zielangabe (Φ*, D*, I*) darstellen. Zur leichteren Orientierung ist eine Draufsicht auf das Objekt 18 gestrichelt dargestellt.
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Dann wird eine Begrenzungsangabe (x', y', z', α, l, w, h) aus dem Satz von Kontur-Zielangaben (Φ*, D*, I*) berechnet. Die Begrenzungsangabe (x', y', z', α, l, w, h) wird zur Charakterisierung eines Verfolgungsbereichs in Form einer Verfolgungsbox 32 verwendet. In den 6 bis 10 sind beispielhafte Verfolgungsboxen 32 dargestellt.
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Beispielsweise hat die Begrenzungsangabe (x', y', z', α, l, w, h) die Form eines Tupels. Jede Begrenzungsangabe (x', y', z', α, l, w, h) umfasst drei Positionswerte, nämlich x'-y'-z'-Koordinaten eines Bezugspunkts der Verfolgungsbox 32, beispielsweise eines Mittelpunkts 34 der Verfolgungsbox 32, im Fahrzeug-Koordinatensystem 26. Darüber hinaus umfasst jede Begrenzungsangabe (x', y', z', α, l, w, h) einen Orientierungswert, nämlich einen Gierwinkel α, der die Orientierung der Verfolgungsbox 32 im Fahrzeugkoordinatensystem 26 charakterisiert. Des Weiteren umfasst jede Begrenzungsangabe (x', y', z', α, l, w, h) drei Größenwerte, nämlich eine Länge I, eine Breite w und eine Höhe h der Verfolgungsbox 32. Die Höhe h der Verfolgungsbox 32 ist in den zweidimensionalen Darstellungen der 6 bis 10 nicht angegeben.
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Zur Ermittlung der Begrenzungsangabe (x', y', z', α, l, w, h) wird der Satz der Kontur-Zielangabe (Φ*, D*, I*) in Cluster 36 gruppiert. Dazu wird das horizontale Sichtfeld 38 des LiDAR-Systems 14 in Sichtfeldsektoren 40 unterteilt. Jeder Sichtfeldsektor 40 erstreckt sich über das gesamte vertikale Sichtfeld 42 des LiDAR-Systems 14. In 3 sind das horizontale Sichtfeld 38 des LiDAR-Systems 14 und die Sichtfeldsektoren 40 dargestellt. 4 zeigt das vertikale Sichtfeld 42 und die Sichtfeldsektoren 40. Kontur-Zielangaben (Φ*, D*, I*), die von Objektzielen 22 im selben Sichtfeldsektor 40 stammen, werden im selben Cluster 36 zusammengefasst.
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Für die Kontur-Zielangaben (Φ*, D*, I*) jedes Clusters 36 wird ein Gewichtungswert V aus den Kontur-Zielangaben (Φ*, D*, I*) des jeweiligen Clusters 36 ermittelt. 5 zeigt Gewichtungspunkte 46, die die mit den Gewichtungswerten V gewichteten Kontur-Zielangaben (Φ*, D*, I*,V) der Cluster 36 in der zweidimensionalen Draufsicht darstellen. Zur leichteren Orientierung ist die Draufsicht auf das Auto 18 gestrichelt dargestellt. Die Durchmesser 44 der Gewichtungspunkte 46 entsprechen jeweils der Größe der Gewichtungswerte V.
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Zur Ermittlung des Gewichtungswertes V für die Kontur-Zielangaben (Φ*, D*, I*) eines Clusters 36 wird eines der folgenden Kriterien oder eine Kombination der Kriterien verwendet:
- - die Anzahl der Objekt-Zielangaben (Φ, Θ, D, I) im Cluster 36
- - eine Ausdehnung eines Bereichs von Höhenwerten, beispielsweise Elevationswinkeln Θ, der Objekt-Zielangaben (Φ, Θ, D, I) des Clusters 36, die eine Höhenausdehnung 48 der Objektziele 22 charakterisieren, zu denen die Objekt-Zielangaben (Φ, Θ, D, I) des Clusters 36 gehören,
- - eine Korrelation der Positionswerte der Objekt-Zielangaben (Φ, Θ, D, I) des Clusters 36 zueinander, die eine Ausrichtung der Objektziele 22, zu denen die Objekt-Zielangaben (Φ, Θ, D, I) des Clusters 36 gehören, zueinander charakterisiert
- - einen Cluster-Positionswert, der die Position des Clusters 36 im Verhältnis zu den anderen Clustern 36 charakterisiert.
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In sind beispielhaft eine Höhenausdehnung 48 eines Clusters 36, in dem sich die Objektziele 22 eines Seitenspiegels 50 des Objekts 18 (PKW) befinden, eine Höhenausdehnung 48 eines Clusters 36, in dem sich die Objektziele 22 einer Anhängerkupplung 52 des Objekts 18 befinden, und eine Höhenausdehnung 48 eines Clusters 36, in dem sich die Objektziele 22 einer Fahrertür 54 befinden, markiert.
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Die aufgezählten Kriterien können mit Hilfe statistischer Größen wie Mittelwerte und Varianzen berücksichtigt werden. Dazu werden die Gewichtungswerte V für die Kontur-Zielangaben (Φ*, D*, I*) jedes Clusters 36 mit statistischen Methoden ermittelt.
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Die Begrenzungsangaben (x', y', z', α, l, w, h) werden aus den gewichteten Kontur-Zielangaben (Φ*, D*, I*, V) ermittelt. Die gewichteten Kontur-Zielangaben (Φ*, D*, I*,V) werden jeweils aus den mit dem Gewichtungswert V des Clusters 36, zu dem die Zielangaben gehören, gewichteten Kontur-Zielangaben (Φ*, D*, I*) ermittelt. Durch die Gewichtung der Kontur-Zielangaben (Φ*, D*, I*) wird der Einfluss derjenigen Zielangaben, die von unregelmäßigen Objektzielen 22, zum Beispiel dem Spiegel 50 oder der Anhängerkupplung 52, stammen, auf die Begrenzungsangaben (x', y', z', α, l, w, h) reduziert.
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Die Verfolgungsbox 32 mit den Begrenzungsangaben (x', y', z', α, l, w, h) für das Objekt 18, nämlich das Auto, und die Gewichtungspunkte 46 aus 5 sind in einer Draufsicht in 6 dargestellt. 7 zeigt die Verfolgungsbox 32 und die Objektangabepunkte 30 aus 4.
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Das Objekt 18, nämlich das Auto, wird mit dem LiDAR-System 14 durch Verfolgung der Verfolgungsbox 32 geortet. Verfolgung der Verfolgungsbox 32 bedeutet die Bestimmung einer Entwicklung der Begrenzungsangaben (x', y', z', α, l, w, h).
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Optional können für die Bestimmung der Begrenzungsangaben (x', y', z', α, l, w, h) nur diejenigen gewichteten Kontur-Zielangaben (Φ*, D*, I*,V) berücksichtigt werden, deren Gewichtungswerte V innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs, beispielsweise oberhalb einer vorgegebenen Schwelle, liegen. Dadurch wird die Menge der zu verarbeitenden Angaben reduziert. Die jeweilige Verfolgungsbox 32 für das Objekt 18, nämlich das Auto, und die Gewichtungspunkte 46 aus 5 sind in 8 dargestellt. Die Gewichtungspunkte 46, deren Gewichtungswerte V unterhalb der Schwelle liegen, wurden bei der Bestimmung der Verfolgungsbox 32 nicht berücksichtigt und sind jeweils durchgestrichen. 9 zeigt die jeweilige Verfolgungsbox 32 und die Objektangabepunkte 30 aus 4.
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Nur zum Vergleich zeigt 10 eine Verfolgungsbox 32, die mit einer aus dem Stand der Technik bekannten Methode ohne die Gewichtung mit den Gewichtungswerten V gewonnen wurde, und die Objektangabepunkte 30 aus 4.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019131334 A1 [0004]
