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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Objektabstands von einem Fahrzeug mittels eines LiDAR-Systems, bei dem Messwerte insbesondere Abstandsmesswerte, während einer Bewegung, insbesondere während der Fahrt des Fahrzeugs, für zumindest ein Pixel erfasst werden. Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem LiDAR-System.
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Aus der
DE 10 2007 024 641 A1 ist ein Verfahren zur Darstellung einer Fahrzeugumgebung bekannt, wobei anhand von generierten Objekthypothesen in einem jeweiligen Sensorsignalstrom durch mehrere Sensoren mindestens ein Messbereich des Messraums ermittelt wird, in welchem dasselbe Objekt, dasselbe Objektteil und/oder derselbe Umgebungsteilbereich identifiziert sind, wobei die Sensorsignalströme der betreffenden Sensoren nur in dem oder den ermittelten Messbereich/en gemeinsam analysiert und unangepasst miteinander verarbeitet werden. Als Sensoren kommen Sensoren, wie z. B. Radar-, Laser- und Kamerasensoren in Frage.
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Die Abstandsmessung mit LiDAR-Systemen soll Fahrzeugen dabei helfen, Objekte, die sich vor dem Fahrzeug befinden, zu erkennen. Ein Vorteil von LiDAR-Systemen gegenüber Radar oder Ultraschall liegt in der guten Ortsauflösung und der Bildwiederholrate. Problematisch bei LiDAR-System sind jedoch kleine Objekte mit geringem Streuquerschnitt, die sich kaum vom Hintergrund abheben. Beispielsweise können Reifenteile, die auf der Fahrbahn liegen, schlecht erfasst werden. Diese sind klein und absorbieren das Licht. Sie sind daher für ein LiDAR-Gerät nur schwer zu erkennen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem auch kleinere Objekte, die beispielsweise auf einer schrägen Ebene, wie einer Fahrbahn liegen, besser detektiert werden können.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Ermittlung eines Objektabstands von einem Fahrzeug mittels eines LiDAR-Systems mit den Verfahrensschritten:
- a) Ermitteln einer Folge von Messwerten, insbesondere Abstandsmesswerten, während einer Bewegung, insbesondere während der Fahrt des Fahrzeugs, für zumindest ein Pixel,
- b) Ermitteln eines die Streuung der Messwerte beschreibenden Maßes,
- c) Vergleich des ermittelten Maßes mit einem Referenzmaß,
- d) Ermitteln des Abstands, in dem eine das Referenzmaß unterschreitende Streuung ermittelt wurde.
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Insbesondere können Abstandsmesswerte ermittelt werden, die zu einer das Referenzmaß unterschreitenden Streuung geführt haben. Diese Messwerte stellen dann den Abstand des erkannten Objekts von dem Fahrzeug dar. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist somit eine indirekte Abstandsermittlung möglich.
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Besondere Vorteile ergeben sich, wenn das LiDAR-System, insbesondere dessen Sensor, relativ niedrig an einem Fahrzeug eingebaut ist, z. B. im Scheinwerfer, sodass die vor dem Fahrzeug befindliche Fahrbahn von dem LiDAR-System nur unter einem sehr flachen Winkel beleuchtet wird. Aufgrund des flachen Winkels sind Abstandsmessungen mit einer hohen Ungenauigkeit behaftet, welche sich z. B. bei mehreren wiederholten Messungen in einer größeren Streuung der Abstandsmesswerte untereinander niederschlägt. Liegt ein Objekt auf der Straße, so ist der Einfallswinkel auf dieses Objekt steiler als auf die Straße. Dadurch sinkt entsprechend die Streuung der Abstandsmesswerte untereinander. Dies kann zur Detektion des Objekts genutzt werden. Somit kann das Objekt indirekt, beispielsweise über die Reduktion einer Streuung einer Folge von Abstandsmesswerten erkannt werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn sich die zu erkennenden Objekte auf einer flach angeleuchteten Ebene, z. B. einer Fahrbahn, befinden, da bei einer flach angeleuchteten Ebene die Streuung der Messwertfolge erhöht ist.
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Ein Vorteil dieser indirekten Art der Erkennung besteht darin, dass diese Erkennung auch anhand einer Punktewolke ausgewertet werden kann. Es ist somit kein Eingriff in das LiDAR-System bzw. die genauen Signalverläufe des Detektors des LiDAR-Systems notwendig. Somit ist eine Detektion auch möglich, wenn ein LiDAR-System als Setzteil ohne genaue Systemkenntnis gekauft wird und als „Messsignal“ nur die Punktewolke zugänglich ist.
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Eine aussagekräftige Messwertfolge kann insbesondere dadurch erfasst werden, wenn die Messwertfolge unter dem Einfluss von Nickbewegungen des Fahrzeuges erfasst wird. Die Nickbewegungen führen dazu, dass das Fahrzeug stets geringfügig andere Winkel zur Fahrbahn einnimmt. So kann eine Streuung der Messwerte der Messwertfolge erzeugt werden. Nickbewegungen können im Stand auftreten. Besonders treten sie jedoch während der Fahrt eines Fahrzeugs auf.
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Als die Streuung der Messwerte beschreibendes Maß kann eine Standardabweichung oder Varianz ermittelt werden. Ein Objekt kann beispielsweise erkannt werden, wenn die ermittelte Standardabweichung eine Referenzstandardabweichung unterschreitet. Trifft nämlich ein von dem LiDAR-System ausgesandter Lichtpuls auf ein Objekt, so werden (Abstands-)Messwerte mit einer geringeren Standardabweichung erzeugt als wenn der Lichtpuls lediglich auf die Fahrbahn auftritt. Eine deutlich reduzierte Standardabweichung spricht daher dafür, dass durch das LiDAR-System ein Objekt angestrahlt wurde.
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Mit anderen Worten: Liegt ein Objekt auf der Straße, so zeigen Pixel, die das Objekt anleuchten, in der Messwertfolge eine geringere Standardabweichung als es für ein Straßen-Pixel normalerweise der Fall ist. Dann kann indirekt auf ein Objekt im Lichtkegel der Pixel mit verringerter Standardabweichung geschlossen werden, auch wenn dieses nicht direkt aus der Abstandsmessung heraus erkannt werden kann.
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Weitere Vorteile ergeben sich, wenn das Referenzmaß abstandsabhängig eingestellt wird. Da das Vorhandensein eines Objekts aus dem Vergleich der ermittelten Streuung zu einer „normalen“ Streuung, zu dem Referenzmaß, indirekt ermittelt wird, ist es vorteilhaft, das Referenzmaß nicht als eine Konstante zu betrachten, sondern als eine abstandsabhängige Funktion, die berücksichtigt, dass der Auftreffwinkel der Lichtpulse auf die Straße in näheren Abständen vor dem Fahrzeug steiler (größer) werden. Aus diesem Grund nimmt die Streuung ab, je näher der Abstand zum Fahrzeug ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Verfahrensvariante können die Messwerte und/oder Streuungen für mehrere Pixel verglichen werden. Dadurch kann die Detektionssicherheit verbessert werden.
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Durch das LiDAR-System kann ein Objekt im Umfeld des Fahrzeugs erkannt werden. Diese Erfassung kann in ein internes Koordinatensystem umgerechnet werden. Entsprechend kann ein Objekt auf der Straße während der Fahrtbewegung fortlaufend von unterschiedlichen Pixeln immer näher am Fahrzeug detektiert werden. Dies kann derart genutzt werden, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit mit dem Abstand, in dem eine reduzierte Streuung detektiert wurde, korreliert wird, um die Messung über mehrere Pixel hinweg abzusichern. Somit kann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs erfasst werden und die Geschwindigkeit kann mit dem Abstand, in dem eine reduzierte Streuung erkannt wurde, korreliert werden.
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Gemäß einer weiteren Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass die Streuung mit Daten eines Fahrzeugsensors, insbesondere eines Neigungssensors, normiert wird. Dadurch können Fehldetektionen aufgrund von Fahrzeugneigungen verringert werden. Die Normierung kann insbesondere dadurch erfolgen, dass die Standardabweichung der Messwertfolge durch die Standardabweichung des Neigungssensors dividiert wird.
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In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem ein Fahrzeug mit einem LiDAR-System, welches einen Sensor umfasst, der mit einer Auswerteeinheit verbunden ist, in der das erfindungsgemäße Verfahren implementiert ist. Bei einem solchen Fahrzeug können Objekte, insbesondere der Abstand von Objekten, indirekt ermittelt werden.
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Besondere Vorteile ergeben sich, wenn der LiDAR-Sensor möglichst tief am Fahrzeug montiert ist. Zu diesem Zweck kann der Sensor im Scheinwerfer des Fahrzeugs angeordnet sein. Insbesondere kann der Sensor in einer Höhe über der Fahrbahn von weniger als 50 cm angeordnet sein. Je tiefer der Sensor am Fahrzeug montiert ist, desto vorteilhafter ist dies für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen. Die dort gezeigten Merkmale sind nicht notwendig maßstäblich zu verstehen und derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.
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In der schematischen Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise eines LiDAR-Moduls;
- 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Abstandserfassung von Objekten mittels eines LiDAR-Moduls.
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In der 1 ist stark schematisiert ein LiDAR-Modul 1, welches einen Sensor, insbesondere einen Detektor, umfasst und eine optische Achse 2 aufweist, dargestellt. Das LiDAR-Modul 1 befindet sich in einer Anbauhöhe 3 gegenüber der Fahrbahn 4 an einem Fahrzeug 5. Das LiDAR-Modul 1 erzeugt ein vertikales Field of View 6. Ein ausgezeichneter Strahl 7, insbesondere ein Pixel, innerhalb des Field of View 6, leuchtet in einem Abstand 8 vom Fahrzeug 5 auf die Fahrbahn 4. Ein Lichtpuls, insbesondere ein Infrarot-Lichtpuls, des LiDAR-Moduls 1 läuft entlang des Strahls 7 und trifft im Abstand 8 auf die Fahrbahn 4. Die Reflexion des Lichtpulses läuft zum LiDAR-Modul 1 zurück und wird dort durch den Sensor detektiert. Über die Laufzeit des Lichtpulses wird die Länge des Strahls 7 als Abstandsmesswert detektiert. Im Abstand 8 hat die Fahrbahn 4 das Flächenlot 9. Der Strahl 7 trifft daher unter einem Winkel Θ auf die Fahrbahn 4 auf. Aus der Länge des Strahls 7 und dem Winkel Θ kann der Abstand 8 berechnet werden. Im Sinne der Erfindung stellen die Laufzeit des Lichtpulses entlang des Strahls 7, die Länge des Strahls 7 und der Abstand 8 als Abstandsmesswert aufgefasst werden.
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Kommt es zu geringen Nickbewegungen, z. B. wenn das Fahrzeug fährt, so trifft der leicht gekippte Strahl 7a, siehe 2, an anderer Stelle, gekennzeichnet durch das Flächenlot 9a, in einem kürzeren Abstand 8a auf die Fahrbahn 4. Die Differenz des gemessenen Abstands ist bei leichten Nickbewegungen zwischen den Strahlen 7, 7a deutlich größer als z. B. bei dem den Strahlen 10, 10a zugeordneten Pixel, das auf ein Objekt 11 leuchtet. Wird unter dem Einfluss von leichten Nickbewegungen die Streuung, beispielsweise die Standardabweichung, einer Folge von Abstandsmesswerten ermittelt, so ist die Streuung bei Pixeln, die auf die Straße 4 treffen, deutlich höher als bei Pixeln, die auf ein Objekt 11 oder unendlich leuchten. Beispielsweise kann die Standardabweichung von Messwerten einer Messwertfolge, die auf ein Objekt in 50.000 mm Abstand leuchten, 1 % betragen, während die Standardabweichung für Messwerte einer eine Messwertfolge, die auf die Fahrbahn 4 leuchten, ca. 5 % betragen kann. Liegt also ein Objekt 11 auf der Fahrbahn 4, so zeigen Pixel, die das Objekt 11 anleuchten, in der Messwertfolge eine geringere Standardabweichung als es für ein Pixel, das auf die Fahrbahn 4 leuchtet, normalerweise der Fall ist. Es kann somit indirekt auf ein Objekt 11 im Lichtkegel der Pixel mit verringerter Streuung geschlossen werden, auch wenn dieses nicht direkt aus der Abstandsmessung heraus erkannt werden kann.
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In näheren Abständen vor dem Fahrzeug 5 wird der Auftreffwinkel Θ auf die Straße steiler (Θ wird größer). Aus diesem Grund nimmt die Streuung kontinuierlich ab, je kürzer der Abstand 8 zum Fahrzeug 5 ist. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, den Referenzwert für die Streuung an den Abstand vom Fahrzeug anzupassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007024641 A1 [0002]
