DE102022115268A1 - Method for operating a flash LiDAR system for a vehicle, flash LiDAR system and vehicle - Google Patents
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Abstract
Es werden ein Verfahren zum Betreiben eines Flash-LiDAR-Systems für ein Fahrzeug nach einer indirekten Time-of-Flight Methode, ein Flash-LiDAR-System und ein Fahrzeug beschrieben. Bei dem Verfahren wird wenigstens ein amplitudenmoduliertes Sendelichtsignal mit wenigstens einer Sendeeinrichtung des Flash-LiDAR-Systems (12) in wenigstens einen Überwachungsbereich gesendet. Aus dem wenigstens einen Überwachungsbereich kommendes Licht wird mit wenigstens einem Teil der Empfangsbereiche einer Empfangsmatrix einer Empfangseinrichtung des Flash-LiDAR-Systems empfangen und in Empfangsgrößen (A0,k, A1,k, A2,k, A3,k) umgewandelt. Die Empfangsgrößen (A0,k, A1,k, A2,k, A3,k) sind den Empfangsbereichen jeweils zuordenbar, charakterisieren jeweils eine Menge des mit dem entsprechenden Empfangsbereich empfangenen Lichts und sind mit einer Prozessoreinrichtung des Flash-LiDAR-Systems verarbeitbar. Etwaige Streulichteffekte auf wenigstens einen Teil der Empfangsbereiche werden mit wenigstens einer Korrekturfunktion (42) korrigiert. Das aus dem wenigstens einen Überwachungsbereich kommende Licht wird mit den Empfangsbereichen während wenigstens zwei Aufnahmezeitbereichen in jeweilige Empfangsgrößen in Form von Phasengrößen (A0,k, A1,k, A2,k, A3,k) umgewandelt. Wenigstens zwei der Aufnahmezeitbereiche werden bezogen auf eine Modulationsperiode des wenigstens einen Sendelichtsignals phasenverschoben gestartet. Für wenigstens einen Teil der Phasengrößen (A0,k, A1,k, A2,k, A3,k) werden unter Verwendung der wenigstens einen Korrekturfunktion (42) korrigierte End-Phasengrößen ermittelt.A method for operating a flash LiDAR system for a vehicle using an indirect time-of-flight method, a flash LiDAR system and a vehicle are described. In the method, at least one amplitude-modulated transmitted light signal is sent into at least one monitoring area using at least one transmitting device of the Flash LiDAR system (12). Light coming from the at least one monitoring area is received with at least part of the reception areas of a reception matrix of a reception device of the Flash LiDAR system and converted into reception variables (A0,k, A1,k, A2,k, A3,k). The reception variables (A0,k, A1,k, A2,k, A3,k) can be assigned to the reception areas, each characterize a quantity of the light received with the corresponding reception area and can be processed with a processor device of the Flash LiDAR system. Any scattered light effects on at least some of the reception areas are corrected with at least one correction function (42). The light coming from the at least one monitoring area is converted into respective reception variables in the form of phase variables (A0,k, A1,k, A2,k, A3,k) by the reception areas during at least two recording time ranges. At least two of the recording time ranges are started out of phase with respect to a modulation period of the at least one transmitted light signal. Corrected final phase variables are determined for at least some of the phase variables (A0,k, A1,k, A2,k, A3,k) using the at least one correction function (42).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Flash-LiDAR-Systems für ein Fahrzeug nach einer indirekten Time-of-Flight Methode, bei dem
wenigstens ein amplitudenmoduliertes Sendelichtsignal mit wenigstens einer Sendeeinrichtung des Flash-LiDAR-Systems in wenigstens einen Überwachungsbereich gesendet wird,
aus dem wenigstens einen Überwachungsbereich kommendes Licht mit wenigstens einem Teil der Empfangsbereiche einer Empfangsmatrix einer Empfangseinrichtung des Flash-LiDAR-Systems empfangen und in Empfangsgrößen umgewandelt wird, wobei die Empfangsgrößen den Empfangsbereichen jeweils zuordenbar sind, jeweils eine Menge des mit dem entsprechenden Empfangsbereich empfangenen Lichts charakterisieren und mit einer Prozessoreinrichtung des Flash-LiDAR-Systems verarbeitbar sind, und etwaige Streulichteffekte auf wenigstens einen Teil der Empfangsbereiche mit wenigstens einer Korrekturfunktion korrigiert werden.The invention relates to a method for operating a flash LiDAR system for a vehicle using an indirect time-of-flight method, in which
at least one amplitude-modulated transmitted light signal is sent into at least one monitoring area using at least one transmitting device of the Flash LiDAR system,
Light coming from the at least one monitoring area is received with at least part of the reception areas of a reception matrix of a reception device of the Flash LiDAR system and converted into reception variables, the reception variables being assignable to the reception areas, each characterizing a quantity of the light received with the corresponding reception area and can be processed with a processor device of the Flash LiDAR system, and any scattered light effects on at least part of the reception areas are corrected with at least one correction function.
Ferner betrifft die Erfindung ein Flash-LiDAR-System für ein Fahrzeug, welches zur Durchführung einer indirekten Time-of-Flight Methode ausgestaltet ist,
mit wenigstens einer Sendeeinrichtung zum Senden von Sendelichtsignalen in wenigstens ein Überwachungsbereich,
mit wenigstens eine Empfangseinrichtung, die wenigstens eine Empfangsmatrix aufweist, welche mehrere Empfangsbereiche zum empfangen von aus dem wenigstens einen Überwachungsbereich kommenden Lichts und zum Umwandeln in jeweilige Empfangsgrößen umfasst,
und mit wenigstens einer Korrekturfunktion zum korrigieren etwaiger Streulichteffekte auf Empfangsbereiche.The invention further relates to a flash LiDAR system for a vehicle, which is designed to carry out an indirect time-of-flight method,
with at least one transmitting device for sending transmitted light signals into at least one monitoring area,
with at least one receiving device which has at least one receiving matrix, which comprises a plurality of receiving areas for receiving light coming from the at least one monitoring area and for converting it into respective received quantities,
and with at least one correction function to correct any scattered light effects on reception areas.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit wenigstens einem Flash-LiDAR-System welches zur Durchführung einer indirekten Time-of-Flight Methode ausgestaltet ist.The invention also relates to a vehicle with at least one flash LiDAR system which is designed to carry out an indirect time-of-flight method.
Stand der TechnikState of the art
Aus der
- Durchführen von Operationen durch eine Schaltung der LIDAR-Vorrichtung, die Folgendes umfassen:
- Empfangen von Erfassungssignalen, die von Detektorpixeln eines Detektorarrays ausgegeben werden, die auf Licht reagieren, das ihnen von einem oder mehreren optischen Elementen zugeführt wird, die so konfiguriert sind, dass sie einfallendes Licht in eine oder mehrere Richtungen lenken, wobei das Licht Streulicht umfasst, das relativ zu der einen oder den mehreren Richtungen umgelenkt wird; und Erzeugen korrigierter Bilddaten auf der Grundlage der Erfassungssignale und einer erwarteten Streufunktion für das Licht.
- Performing operations by a circuit of the LIDAR device including:
- receiving detection signals output from detector pixels of a detector array responsive to light supplied thereto by one or more optical elements configured to direct incident light in one or more directions, the light including scattered light, that is redirected relative to the one or more directions; and generating corrected image data based on the detection signals and an expected scattering function for the light.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, ein Flash-LiDAR System und ein Fahrzeug der eingangs genannten Art zu gestalten, bei denen etwaige Streulichteffekte auf die Empfangsbereiche besser, insbesondere effizienter und/oder genauer, korrigiert werden können.The invention is based on the object of designing a method, a flash LiDAR system and a vehicle of the type mentioned at the outset, in which any scattered light effects on the reception areas can be corrected better, in particular more efficiently and/or more precisely.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Aufgabe wird bei dem Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
das aus dem wenigstens einen Überwachungsbereich kommende Licht mit den Empfangsbereichen während wenigstens zwei Aufnahmezeitbereichen in jeweilige Empfangsgrößen in Form von Phasengrößen umgewandelt wird,
wobei wenigstens zwei der Aufnahmezeitbereiche bezogen auf eine Modulationsperiode des wenigstens einen Sendelichtsignals phasenverschoben gestartet werden,
für wenigstens einen Teil der Phasengrößen unter Verwendung der wenigstens einen Korrekturfunktion korrigierte End-Phasengrößen ermittelt werden.The object is achieved in the method according to the invention in that
the light coming from the at least one monitoring area is converted into respective reception variables in the form of phase variables during at least two recording time ranges,
wherein at least two of the recording time ranges are started out of phase with respect to a modulation period of the at least one transmitted light signal,
Corrected final phase variables are determined for at least some of the phase variables using the at least one correction function.
Erfindungsgemäß werden etwaige Streulichteffekte auf Empfangsbereiche auf Basis der ermittelten Phasengrößen korrigiert. Das aus dem wenigstens einen Überwachungsbereich kommende Licht kann wenigstens ein von wenigstens einem in den wenigstens einen Überwachungsbereich reflektierten Sendesignal stammendes Empfangslichtsignal enthalten. Über die Position der mit dem Empfangslichtsignal getroffenen Empfangsbereiche innerhalb der Empfangsmatrix kann die Position des Objekts im Überwachungsbereich ermittelt werden. Mit der Empfangsmatrix ist so eine ortsaufgelöste LiDAR-Messung möglich.According to the invention, any scattered light effects on reception areas are corrected based on the determined phase sizes. The light coming from the at least one monitoring area can contain at least one received light signal originating from at least one transmission signal reflected into the at least one monitoring area. The position of the object in the monitoring area can be determined via the position of the reception areas within the reception matrix hit by the received light signal. With the reception matrix, a spatially resolved LiDAR measurement is possible.
Für wenigstens ein Teil der Empfangsbereiche wird eine jeweilige Phasengröße ermittelt. Hierbei wird das Licht, das auf den betreffenden Empfangsbereich trifft, während wenigstens zwei Aufnahmezeitbereichen zu der entsprechenden Phasengröße umgewandelt. Die wenigstens zwei Aufnahmezeitbereiche werden dabei bezüglich einer Modulationsperiode der Sendelichtsignale phasenverschoben gestartet. So werden für jeden der verwendeten Empfangsbereiche zwei Phasengrößen, nämlich für jeden der wenigstens zwei Aufnahmezeitbereiche, eine Phasengröße ermittelt.A respective phase size is determined for at least some of the reception areas. Here, the light that hits the relevant reception area is converted to the corresponding phase size during at least two recording time ranges. The at least two recording time ranges are started out of phase with respect to a modulation period of the transmitted light signals. Two phase variables are used for each of the reception areas used, namely, a phase size is determined for each of the at least two recording time ranges.
Für wenigstens ein Teil der Phasengrößen werden unter Verwendung der wenigstens einen Korrekturfunktion korrigierte End-Phasengrößen ermittelt. Dabei wird jede der verwendeten Phasengrößen mithilfe der wenigstens einen Korrekturfunktion separat zu einer entsprechenden End-Phasengröße verarbeitet.Corrected final phase variables are determined for at least some of the phase variables using the at least one correction function. Each of the phase variables used is processed separately into a corresponding final phase variable using the at least one correction function.
So werden für jeden verwendeten Empfangsbereich entsprechende Anzahl der Aufnahmezeitbereiche wenigstens zwei End-Phasengrößen ermittelt.In this way, at least two end phase variables are determined for each reception area used, corresponding number of recording time areas.
Aus den End-Phasengrößen kann für jeden verwendeten Empfangsbereich die Entfernungen des erfassten Objekts ermittelt werden, von welchem die Empfangslichtsignale stammen, die auf den entsprechenden Empfangsbereich treffen.From the final phase variables, the distances of the detected object from which the received light signals that hit the corresponding reception area come from can be determined for each reception area used.
Um in einem Überwachungsbereich auch schwach reflektierende Objekte erfassen zu können, werden bei Messungen mit einem Flash-LiDAR-System entsprechend lange Integrationsdauern bei der Erfassung des Lichts, insbesondere der reflektierten Empfangslichtsignale, mit den Empfangsbereichen verwendet. Je nach Ausgestaltung der Empfangseinrichtung können die Integrationsdauern durch entsprechende Verschlusszeiten erreicht werden. Die Verwendung von Flash-LiDAR-Systemen mit langen Integrationsdauern, insbesondere langen Verschlusszeiten, kann nicht nur zu einer Übersättigung von Empfangsbereichen führen, die von an stark reflektierenden Objekten stammenden Empfangslichtsignalen getroffen werden, sondern auch zu Verfälschungen ein Empfangsbereichen in der Nähe der mit den Empfangslichtsignalen von den stark reflektierenden Objekten getroffenen Empfangsbereiche. Diese Verfälschung wird als Blooming oder Blendung (glare) bezeichnet. Das Blooming im Signal führt zu einem Fehler bei der Bestimmung der Entfernung von Objekten in der Nähe stark reflektierender Objekte. Die Entfernung der Objekte wird in Richtung der Entfernung des hochreflektierenden Objekts verfälscht.In order to be able to detect weakly reflecting objects in a surveillance area, measurements with a Flash LiDAR system use correspondingly long integration times when detecting the light, in particular the reflected received light signals, with the receiving areas. Depending on the design of the receiving device, the integration times can be achieved using appropriate shutter speeds. The use of flash LiDAR systems with long integration times, especially long shutter speeds, can lead not only to oversaturation of reception areas hit by received light signals originating from highly reflective objects, but also to corruption of reception areas in the vicinity of those with the received light signals Reception areas hit by the highly reflective objects. This distortion is called blooming or glare. Blooming in the signal leads to an error in determining the distance of objects near highly reflective objects. The distance of the objects is distorted towards the distance of the highly reflective object.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können in Szenen insbesondere im Straßenverkehr stark reflektierende Objekte, wie beispielsweise Verkehrsschilder mit retroreflektiven Eigenschaften, und schwächer reflektierende Objekte, wie beispielsweise Fußgänger, Hindernisse, wie Wände, oder dergleichen, unterschieden werden und ihre jeweiligen Entfernungen genauer ermittelt werden. Ohne das erfindungsgemäße Verfahren können insbesondere aufgrund von internen Reflexionen insbesondere im optischen Empfangspfad und/oder durch optisches Übersprechen in der Empfangseinrichtung die Empfangslichtsignale von stark reflektierenden Objekten, insbesondere retroreflektiven Objekt, über die Empfangsmatrix verschmiert werden.With the method according to the invention, highly reflective objects, such as traffic signs with retroreflective properties, and weaker reflective objects, such as pedestrians, obstacles such as walls, or the like, can be distinguished in scenes, particularly in road traffic, and their respective distances can be determined more precisely. Without the method according to the invention, the received light signals from highly reflective objects, in particular retroreflective objects, can be smeared across the reception matrix, in particular due to internal reflections, in particular in the optical reception path and/or due to optical crosstalk in the reception device.
Das Flash-LiDAR-System arbeitet nach einer indirekten Time-of-Flight Methode (indirekte Flugzeitmethode). Bei einer indirekten Time-of-Flight Methode kann eine durch die Flugzeit des amplitudenmodulierten Sendelichtsignals und des entsprechenden Empfangslichtsignals bedingte Verschiebung des Empfangslichtsignals gegenüber dem Sendelichtsignal ermittelt werden. Aus der Verschiebung kann die Entfernung eines Objekts ermittelt werden, an dem das entsprechende Sendelichtsignal reflektiert wird.The Flash LiDAR system works according to an indirect time-of-flight method. With an indirect time-of-flight method, a shift in the received light signal relative to the transmitted light signal caused by the flight time of the amplitude-modulated transmitted light signal and the corresponding received light signal can be determined. From the displacement, the distance of an object on which the corresponding transmitted light signal is reflected can be determined.
Vorteilhafterweise können mit der wenigstens einen Sendeeinrichtung Lasersignale als Sendelichtsignale gesendet werden. Lasersignale können präzise definiert und mit gro-ßer Reichweite, insbesondere mehreren 100 m, ausgesendet werden.Advantageously, laser signals can be sent as transmitted light signals with the at least one transmitting device. Laser signals can be precisely defined and sent out over a long range, especially several hundred meters.
Ein Flash-LiDAR-System ist ein LiDAR-System, bei dem jedes gesendete Sendelichtsignal - ähnlich einem Blitz - den gesamten Überwachungsbereich ausleuchtet.A Flash LiDAR system is a LiDAR system in which each transmitted light signal - similar to a flash - illuminates the entire surveillance area.
Vorteilhafterweise kann das Flash-LiDAR-System als laserbasiertes Entfernungsmesssystem ausgestaltet sein. Ein laserbasiertes Entfernungsmesssystem kann als Lichtquelle einer Sendeeinrichtung wenigstens einen Laser, insbesondere einen Diodenlaser, aufweisen. Mit dem wenigstens einen Laser können insbesondere gepulste Sendelichtsignale gesendet werden. Mit dem Laser können Sendelichtsignale in für das menschliche Auge sichtbaren oder nicht sichtbaren Wellenlängenbereichen emittiert werden. Entsprechend kann die Empfangsmatrix der Empfangseinrichtung mit wenigstens einem für die Wellenlänge des ausgesendeten Lichtes ausgelegten Sensor, insbesondere einem CCD-Sensor, einem Active-Pixel-Sensor, insbesondere einen CMOS-Sensor oder dergleichen, realisiert werden. Derartige Sensoren weisen eine Mehrzahl von Empfangsbereichen, insbesondere Pixel oder Pixelgruppen, auf. Derartige Sensoren können so betrieben werden, dass die umgewandelten Phasengrößen den jeweiligen Empfangsbereichen zugeordnet werden könnenThe flash LiDAR system can advantageously be designed as a laser-based distance measuring system. A laser-based distance measuring system can have at least one laser, in particular a diode laser, as the light source of a transmitting device. In particular, pulsed transmitted light signals can be sent with the at least one laser. The laser can be used to emit light signals in wavelength ranges that are visible or invisible to the human eye. Accordingly, the receiving matrix of the receiving device can be implemented with at least one sensor designed for the wavelength of the emitted light, in particular a CCD sensor, an active pixel sensor, in particular a CMOS sensor or the like. Such sensors have a plurality of reception areas, in particular pixels or groups of pixels. Such sensors can be operated in such a way that the converted phase variables can be assigned to the respective reception areas
Vorteilhafterweise können das Verfahren und das Flash-LiDAR-System bei Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, verwendet werden. Vorteilhafterweise können das Verfahren und das Flash-LiDAR-System bei Landfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bussen, Motorrädern oder dergleichen, Luftfahrzeugen, insbesondere Drohnen, und/oder Wasserfahrzeugen verwendet werden. Das Verfahren und das Flash-LiDAR-System können auch bei Fahrzeugen eingesetzt werden, die autonom oder wenigstens teilautonom betrieben werden können. Das Verfahren und das Flash-LiDAR-Systems sind jedoch nicht beschränkt auf Fahrzeuge. Sie können auch im stationären Betrieb, in der Robotik und/oder bei Maschinen, insbesondere Bau- oder Transportmaschinen, wie Kränen, Baggern oder dergleichen, eingesetzt werden.The method and the flash LiDAR system can advantageously be used in vehicles, in particular motor vehicles. The method and the flash LiDAR system can advantageously be used in land vehicles, in particular passenger cars, trucks, buses, motorcycles or the like, aircraft, in particular drones, and/or watercraft. The process and the Flash LiDAR system can also be used on vehicles that can be operated autonomously or at least partially autonomously. However, the method and the flash LiDAR system are not limited to vehicles. They can also be used in stationary operation, in robotics and/or in machines, in particular construction or transport machines, such as cranes, excavators or the like.
Das Flash-LiDAR-System weist eine Prozessoreinrichtung, insbesondere eine elektronische Steuer- und Auswerteeinrichtung, auf, mit der das Flash-LiDAR-System gesteuert und Empfangsgrößen, insbesondere Phasengrößen, verarbeitet werden können.The Flash LiDAR system has a processor device, in particular an electronic control and evaluation device, with which the Flash LiDAR system can be controlled and received variables, in particular phase variables, can be processed.
Das Flash-LiDAR-System kann vorteilhafterweise mit wenigstens einer elektronischen Steuervorrichtung eines Fahrzeugs oder einer Maschine, insbesondere einem Fahrerassistenzsystem und/oder einer Fahrwerksregelung und/oder einer Fahrer-Informationseinrichtung und/oder einem Parkassistenzsystem und/oder einer Gestenerkennung oder dergleichen, verbunden oder Teil einer solchen sein. Auf diese Weise kann wenigstens ein Teil der Funktionen des Fahrzeugs oder der Maschine autonom oder teilautonom betrieben werden.The Flash LiDAR system can advantageously be connected or part of at least one electronic control device of a vehicle or a machine, in particular a driver assistance system and/or a chassis control system and/or a driver information device and/or a parking assistance system and/or a gesture recognition or the like be one of those. In this way, at least some of the functions of the vehicle or machine can be operated autonomously or semi-autonomously.
Das Flash-LiDAR-System kann zur Erfassung von stehenden oder bewegten Objekten, insbesondere Fahrzeugen, Personen, Tieren, Pflanzen, Hindernissen, Fahrbahnunebenheiten, insbesondere Schlaglöchern oder Steinen, Fahrbahnbegrenzungen, Verkehrszeichen, Freiräumen, insbesondere Parklücken, Niederschlag oder dergleichen, und/oder von Bewegungen und/oder Gesten eingesetzt werden.The Flash LiDAR system can be used to detect stationary or moving objects, in particular vehicles, people, animals, plants, obstacles, uneven road surfaces, in particular potholes or stones, road boundaries, traffic signs, open spaces, in particular parking spaces, precipitation or the like, and/or Movements and/or gestures are used.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann
von der gleichen Szene in dem wenigstens einen Überwachungsbereich mit wenigstens einem Teil der Empfangsbereiche wenigstens eine Kurzmessung und wenigstens eine Langmessung durchgeführt werden,
wobei die wenigstens eine Kurzmessung mit einer Kurz-Integrationsdauer durchgeführt werden kann, während der das aus dem wenigstens einen Überwachungsbereich kommende Licht, insbesondere wenigstens ein von einem reflektierten Sendelichtsignal stammendes Empfangslichtsignal, mit den Empfangsbereichen in wenigstens zwei unterschiedlichen Aufnahmezeitbereichen empfangen und in entsprechende Kurz-Phasengrößen umgewandelt werden kann,
und wobei die wenigstens eine Langmessung mit einer Lang-Integrationsdauer, die größer ist als die Kurz-Integrationsdauer, durchgeführt werden kann, während der das dem wenigstens einen Überwachungsbereich kommende Licht, insbesondere wenigstens ein von einem reflektierten Sendelichtsignal stammendes Empfangslichtsignal, in den wenigstens zwei unterschiedlichen Aufnahmezeitbereichen empfangen und in entsprechende Lang-Phasengrößen umgewandelt werden kann,
für wenigstens einen Teil der Kurz-Phasengrößen mittels wenigstens einer mathematische Faltung mit der wenigstens einen Korrekturfunktion eine jeweilige Korrektur-Phasengröße erzeugt werden kann, welche dem Empfangsbereich und dem Aufnahmezeitbereich, welche der zur Faltung verwendeten Kurz-Phasengröße entsprechen, zugeordnet werden kann,
und für wenigstens einen Teil der Lang-Phasengrößen jeweils eine End-Phasengröße als Differenz aus der jeweiligen Lang-Phasengröße und der Korrektur-Phasengröße, welche dem Empfangsbereich und dem Aufnahmezeitbereich der Lang-Phasengröße entspricht, gebildet werden kann.In an advantageous embodiment of the method,
at least one short measurement and at least one long measurement are carried out from the same scene in the at least one monitoring area with at least part of the reception areas,
wherein the at least one short measurement can be carried out with a short integration period, during which the light coming from the at least one monitoring area, in particular at least one received light signal originating from a reflected transmitted light signal, is received by the reception areas in at least two different recording time ranges and into corresponding short phase sizes can be converted,
and wherein the at least one long measurement can be carried out with a long integration period that is greater than the short integration period, during which the light coming to the at least one monitoring area, in particular at least one received light signal originating from a reflected transmitted light signal, in the at least two different ones Recording time ranges can be received and converted into corresponding long-phase variables,
For at least some of the short phase variables, a respective correction phase variable can be generated by means of at least one mathematical convolution with the at least one correction function, which can be assigned to the reception range and the recording time range, which correspond to the short phase variable used for convolution,
and for at least some of the long phase variables, an end phase variable can be formed as the difference between the respective long phase variable and the correction phase variable, which corresponds to the reception range and the recording time range of the long phase variable.
Bei den Kurzmessungen mit der Kurz-Integrationsdauer werden nur von denjenigen Empfangsbereichen, welche von starken Empfangslichtsignalen, insbesondere von Empfangslichtsignalen, die von retroreflektiven Objekten kommen, getroffen werden, Empfangsgrößen, welche im Folgenden der besseren Unterscheidbarkeit wegen als Kurz-Phasengrößen bezeichnet werden, ermittelt, die oberhalb des Rauschens liegen. Auf diese Weise können die Empfangsgrößen, insbesondere die Phasengrößen, für die von starken Empfangslichtsignalen getroffenen Empfangsbereichen, welche bei längeren Integrationsdauern übersättigt oder überbelichtet wären, ermittelt werden. Ferner können die Empfangsbereiche identifiziert werden, die von starken Empfangslichtsignalen getroffen werden.In the short measurements with the short integration period, reception variables, which are referred to below as short phase variables for better differentiation, are determined only from those reception areas which are hit by strong reception light signals, in particular by reception light signals that come from retroreflective objects, which are above the noise level. In this way, the reception variables, in particular the phase variables, can be determined for the reception areas hit by strong reception light signals, which would be oversaturated or overexposed with longer integration times. Furthermore, the reception areas that are hit by strong received light signals can be identified.
Bei den Langmessungen mit der längeren Lang-Integrationsdauer hingegen werden auch von denjenigen Empfangsbereichen, die von schwächeren Empfangslichtsignalen getroffen werden, Empfangsgrößen, welche im Folgenden der besseren Unterscheidbarkeit wegen als Lang-Phasengrößen bezeichnet werden, ermittelt, die oberhalb des Rauschens liegen.In the long measurements with the longer long integration period, however, reception variables, which are referred to below as long phase variables for better differentiation, are also determined from those reception areas that are hit by weaker received light signals, which are above the noise.
Die Langmessungen kann jedoch durch Streulichteffekte gestört werden. Die Störung durch die Streulichteffekte kann korrigiert werden, indem für wenigstens einen Teil der Empfangsbereiche jeweils eine End-Phasengröße als Differenz einer Lang-Phasengröße und einer im gleichen Empfangsbereich und dem gleichen Aufnahmezeitbereich entsprechenden Korrektur-Phasengröße ermittelt wird.However, the long measurements can be disturbed by scattered light effects. The interference caused by the scattered light effects can be corrected by determining a final phase size for at least some of the reception areas as the difference between a long phase size and a correction phase size corresponding to the same reception area and the same recording time range.
Die Korrektur-Phasengrößen werden durch mathematische Faltung der jeweiligen Kurz-Phasengrößen mit der wenigstens einen Korrekturfunktion ermittelt.The correction phase variables are determined by mathematical convolution of the respective short phase variables with the at least one correction function.
Die Kurzmessungen und die Langmessungen werden für die gleiche Szene im Überwachungsbereich durchgeführt. Die gleiche Szene kann nahezu dieselbe Szene bei einer geringen Geschwindigkeit des Flash-LiDAR-Systems, insbesondere des Fahrzeugs, sein.The short measurements and the long measurements are carried out for the same scene in the surveillance area. The same scene can be almost the same scene at a low speed of the Flash LiDAR system, especially the vehicle.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können
die wenigstens zwei phasenverschobenen Aufnahmezeitbereiche mit einer jeweiligen Phasenverschiebung gegenüber einem Referenzereignis, insbesondere gegenüber einem Referenzereignis des wenigstens einen Sendelichtsignals, insbesondere gegenüber einem Intensitäts-Minimum des wenigstens einen Sendelichtsignals und/oder einem Nulldurchgang eines elektrischen Sendesignals, mit welchem eine Lichtquelle der Sendeeinrichtung zum Aussenden des wenigstens einen Sendelichtsignals angesteuert wird, gestartet werden
und/oder
vier Aufnahmezeitbereiche mit Phasenverschiebungen von 0°, 90°, 180° und 270° gegenüber einem Referenzereignis, insbesondere gegenüber einem Referenzereignis des wenigstens einen Sendelichtsignals, insbesondere gegenüber einem Intensitäts-Minimum des wenigstens einen Sendelichtsignals und/oder einem Nulldurchgang eines elektrischen Sendesignals, mit welchem eine Lichtquelle der Sendeeinrichtung zum Aussenden des wenigstens einen Sendelichtsignals angesteuert wird, gestartet werden. Auf diese Weise können die Aufnahmezeitbereiche gezielt gestartet werden.In a further advantageous embodiment of the method,
the at least two phase-shifted recording time ranges with a respective phase shift relative to a reference event, in particular relative to a reference event of the at least one transmitted light signal, in particular relative to an intensity minimum of the at least one transmitted light signal and / or a zero crossing of an electrical transmission signal with which a light source of the transmitting device for emitting the at least one transmitted light signal is controlled
and or
four recording time ranges with phase shifts of 0°, 90°, 180° and 270° compared to a reference event, in particular compared to a reference event of the at least one transmitted light signal, in particular compared to an intensity minimum of the at least one transmitted light signal and / or a zero crossing of an electrical transmitted signal, with which a light source of the transmitting device is controlled to emit the at least one transmitting light signal. In this way, the recording time ranges can be started specifically.
Phasenverschiebungen gegenüber einem Referenzereignis des wenigstens einen Sendelichtsignals ermöglichen eine genauere Zuordnung des wenigstens einen Empfangslichtsignals zu dem wenigstens einen Sendelichtsignal. Ein Intensitäts-Minimum des wenigstens einen Sendelichtsignals und ein Nulldurchgang eines elektrischen Sendesignals können einfach definiert werden.Phase shifts compared to a reference event of the at least one transmitted light signal enable a more precise assignment of the at least one received light signal to the at least one transmitted light signal. An intensity minimum of the at least one transmitted light signal and a zero crossing of an electrical transmitted signal can be easily defined.
Mit vier Aufnahmezeitbereichen, deren Phasenverschiebungen sich jeweils um 90° unterscheiden, können insgesamt vier Phasengrößen, insbesondere Kurz-Phasengrößen und Lang-Phasengrößen, erzeugt werden, welche den zeitlichen Verlauf des Empfangslichtsignals jeweils charakterisieren. Auf diese Weise kann die Verschiebung des wenigstens einen Empfangslichtsignals gegenüber dem wenigstens einen Sendelichtsignal und damit die Flugzeit, welche die Entfernung charakterisiert, genauer ermittelt werden.With four recording time ranges, the phase shifts of which each differ by 90°, a total of four phase variables, in particular short phase variables and long phase variables, can be generated, which each characterize the time course of the received light signal. In this way, the displacement of the at least one received light signal relative to the at least one transmitted light signal and thus the flight time, which characterizes the distance, can be determined more precisely.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können Streulichteffekte von Sendelichtsignalen korrigiert werden, die an stark reflektierenden Objekten, insbesondere retroreflektiven Objekten, in dem wenigstens Überwachungsbereich reflektiert werden. Auf diese Weise kann die Bestimmung von Entfernungen von Objekten, von denen Empfangslichtstrahlen auf Empfangsbereiche treffen, welche zu den Empfangsbereichen benachbart sind, auf die starke Empfangslichtstrahlen von stark reflektierenden Objekten, insbesondere retroreflektiven Objekten, treffen, verbessert werden. Durch die Streulichteffekte, welche durch Reflexionen an stark reflektierenden Objekt, insbesondere retroreflektiven Objekten, hervorgerufen werden, werden ohne die erfindungsgemäße Korrektur die Entfernungen von weniger stark reflektierenden Objekten fälschlicherweise zu den Entfernungen der stark reflektierenden, insbesondere retroreflektiven Objekte hin verschoben.In a further advantageous embodiment of the method, scattered light effects of transmitted light signals that are reflected on highly reflective objects, in particular retroreflective objects, in the at least monitoring area can be corrected. In this way, the determination of distances from objects from which received light rays hit reception areas which are adjacent to the reception areas which are hit by strong received light rays from highly reflective objects, in particular retroreflective objects, can be improved. Due to the scattered light effects, which are caused by reflections on highly reflective objects, in particular retroreflective objects, without the correction according to the invention, the distances from less strongly reflective objects are incorrectly shifted towards the distances from the highly reflective, in particular retroreflective objects.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können die Kurz-Integrationsdauer so eingestellt werden, dass lediglich die am stärksten reflektierenden Objekte, insbesondere retroreflektiven Objekte, der Szene in wenigstens einem der Aufnahmezeitbereiche zu einer von einem Rauschen unterscheidbaren Kurz-Phasengröße führen. Auf diese Weise können diejenigen Empfangsbereiche identifiziert, welche von Streulichteffekten aufgrund von starken Empfangslichtsignalen betroffen sind, und die entsprechenden Phasengrößen korrigiert werden.In a further advantageous embodiment of the method, the short integration duration can be set so that only the most highly reflective objects, in particular retroreflective objects, in the scene lead to a short phase size that can be distinguished from noise in at least one of the recording time ranges. In this way, those reception areas that are affected by scattered light effects due to strong received light signals can be identified, and the corresponding phase variables can be corrected.
Vorteilhafterweise kann die Länge der Kurz-Integrationsdauer so gewählt werden, dass auch starke Empfangslichtsignale von retroreflektiven Objekten nicht zu einer Übersteuerung in der Empfangsmatrix führen. Vorteilhafterweise kann die Kurz-Integrationsdauer etwa auf 1 µs eingestellt werden.Advantageously, the length of the short integration period can be chosen so that even strong received light signals from retroreflective objects do not lead to overloading in the receiving matrix. The short integration period can advantageously be set to approximately 1 µs.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die wenigstens eine Korrekturfunktion für eine Erfassung von retroreflektiven Objekten vorgegeben werden, die bei einem Betrieb des Flash-LiDAR-Systems, insbesondere des Flash-LiDAR-Systems des Fahrzeugs, üblicherweise in dem wenigstens einen Überwachungsbereich vorkommen können. Auf diese Weise kann das Flash-LiDAR-Systems für Szenen, die üblicherweise auftreten, optimiert werden.In a further advantageous embodiment of the method, the at least one correction function can be specified for a detection of retroreflective objects, which can usually occur in the at least one monitoring area during operation of the flash LiDAR system, in particular the flash LiDAR system of the vehicle . In this way, the Flash LiDAR system can be optimized for scenes that commonly occur.
Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Korrekturfunktion für eine Erfassung von retroreflektiven Straßenschildern oder Straßenmarkierungen vorgegeben werden. Auf diese Weise kann das Flash-LiDAR-System für eine Verwendung im Straßenverkehr, insbesondere für eine Verwendung bei einem Fahrzeug, eingestellt werden.Advantageously, the at least one correction function can be specified for detecting retroreflective road signs or road markings. In this way, the Flash LiDAR system can be set for use in road traffic, in particular for use in a vehicle.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann
für wenigstens ein Empfangsbereich aus wenigstens einem Teil der zu diesem Empfangsbereich gehörigen End-Phasengrößen eine jeweilige Entfernung eines mit dem wenigstens einen erfassten Objekts ermittelt werden,
und/oder
für wenigstens einen Empfangsbereich, welcher von Empfangslichtsignalen eines Objekts getroffen wird, aus einer Position des Empfangsbereichs innerhalb der Empfangsmatrix, eine die Richtung des reflektierenden Objekts relativ zu dem Flash-LiDAR-System charakterisierende Richtungsinformation ermittelt werden. Auf diese Weise können Entfernungen und/oder Richtungen von erfassten Objekts relativ zum Flash-LiDAR-System ermittelt werden.In a further advantageous embodiment of the method,
for at least one reception area from at least a part of the end phase variables belonging to this reception area, a respective distance an object can be determined with the at least one detected object,
and or
For at least one reception area, which is hit by received light signals from an object, directional information characterizing the direction of the reflecting object relative to the flash LiDAR system can be determined from a position of the reception area within the reception matrix. In this way, distances and/or directions of detected objects can be determined relative to the Flash LiDAR system.
Mit Entfernungen und Richtungen von erfassten Objekten kann ein Entfernungsbild des Überwachungsbereichs realisiert werden, in dem die Entfernungen von Objekten ortsaufgelöst dargestellt werden können.With the distances and directions of detected objects, a distance image of the surveillance area can be created, in which the distances of objects can be displayed with spatial resolution.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann
das aus dem wenigstens einen Überwachungsbereich kommende Licht, insbesondere wenigstens ein Empfangslichtsignal, mit Empfangsbereichen einer eindimensionalen, insbesondere linienförmigen, Empfangsmatrix, oder mit Empfangsbereichen einer zweidimensionalen, insbesondere matrixförmigen, Empfangsmatrix empfangen werden
und/oder
wenigstens eine der Phasengrößen, insbesondere die wenigstens eine dem wenigstens einen Empfangsbereich zuordenbare Phasengröße und/oder wenigstens eine Kurz-Phasengröße und/oder wenigstens eine Lang-Phasengröße und/oder wenigstens eine Korrektur-Phasengröße und/oder wenigstens eine End-Phasengröße, eine entsprechenden eindimensionalen oder zweidimensionalen Phasengrößenmatrix, insbesondere einer Kurz-Phasengrößenmatrix und/oder einer Lang-Phasengrößenmatrix und/oder einer Korrektur-Phasengrößenmatrix und/oder einer End-Phasengrößenmatrix, zugewiesen werden
und/oder
die wenigstens eine Korrekturfunktion mit einer eindimensionalen oder einer zweidimensionalen Korrekturgrößenmatrix realisiert werden.In a further advantageous embodiment of the method,
the light coming from the at least one monitoring area, in particular at least one received light signal, is received with reception areas of a one-dimensional, in particular line-shaped, reception matrix, or with reception areas of a two-dimensional, in particular matrix-shaped, reception matrix
and or
at least one of the phase variables, in particular the at least one phase variable that can be assigned to the at least one reception area and/or at least one short phase variable and/or at least one long phase variable and/or at least one correction phase variable and/or at least one final phase variable, a corresponding one one-dimensional or two-dimensional phase size matrix, in particular a short phase size matrix and / or a long phase size matrix and / or a correction phase size matrix and / or a final phase size matrix
and or
the at least one correction function is implemented with a one-dimensional or a two-dimensional correction variable matrix.
Vorteilhafterweise kann das Licht mit Empfangsbereichen einer eindimensionalen Empfangsmatrix empfangen werden. Auf diese Weise kann der wenigstens eine Überwachungsbereich mit etwaigen Objekten in einer Dimension ortsaufgelöst erfasst werden. Alternativ kann das Licht mit Empfangsbereichen einer zweidimensionalen Empfangsmatrix empfangen werden. So kann der wenigstens eine Überwachungsbereich in zwei Dimensionen ortsaufgelöst erfasst werden. Hilfe einer eindimensionalen oder zweidimensionalen Empfangsmatrix können Richtungen von erfassten Objekten relativ zu dem Flash-LiDAR-System ermittelt werden.The light can advantageously be received with reception areas of a one-dimensional reception matrix. In this way, the at least one monitoring area with any objects can be recorded in one dimension in a spatially resolved manner. Alternatively, the light can be received with reception areas of a two-dimensional reception matrix. In this way, the at least one monitoring area can be recorded in two dimensions with spatial resolution. With the help of a one-dimensional or two-dimensional reception matrix, directions of detected objects relative to the Flash LiDAR system can be determined.
Vorteilhafterweise kann alternativ oder zusätzlich wenigstens eine der Phasengrößen einer entsprechenden eindimensionalen Phasengrößenmatrix oder einer zweidimensionalen Phasengrößenmatrix zugewiesen werden. Auf diese Weise können die Phasengrößen einfacher den entsprechenden Empfangsbereichen zugeordnet werden.Alternatively or additionally, at least one of the phase sizes can advantageously be assigned to a corresponding one-dimensional phase size matrix or a two-dimensional phase size matrix. In this way, the phase variables can be more easily assigned to the corresponding reception areas.
Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Phasengrößenmatrix eine Gruppe aus Tupeln sein, wobei jedes Tupel wenigstens einen Wert, insbesondere wenigstens eine Koordinatengröße, der einen jeweiligen Empfangsbereich identifiziert, und die dem Empfangsbereich zugeordnete Phasengröße enthalten kann.Advantageously, at least one phase size matrix can be a group of tuples, whereby each tuple can contain at least one value, in particular at least one coordinate size, which identifies a respective reception area, and the phase size assigned to the reception area.
Vorteilhafterweise kann alternativ oder zusätzlich wenigstens eine Korrekturfunktion mit einer eindimensionalen oder einer zweidimensionalen Korrekturgrößenmatrix realisiert werden. Auf diese Weise kann die Korrekturfunktion entsprechend der Dimensionen der Empfangsmatrix realisiert werden.Alternatively or additionally, at least one correction function can advantageously be implemented with a one-dimensional or a two-dimensional correction size matrix. In this way, the correction function can be implemented according to the dimensions of the receiving matrix.
Ferner wird die Aufgabe bei dem Flash-LiDAR-System dadurch gelöst, dass das Flash-LiDAR-System Mittel aufweist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.Furthermore, the task in the flash LiDAR system is solved in that the flash LiDAR system has means for carrying out the method according to the invention.
Erfindungsgemäß weist das Flash-LiDAR-System Mittel auf, mit welchen
das aus dem wenigstens einen Überwachungsbereich kommende Licht mit den Empfangsbereichen während wenigstens zwei Aufnahmezeitbereichen in jeweilige Empfangsgrößen in Form von Phasengrößen umgewandelt werden kann,
wobei wenigstens zwei der Aufnahmezeitbereiche bezogen auf eine Modulationsperiode des wenigstens einen Sendelichtsignals phasenverschoben gestartet werden können,
für wenigstens einen Teil der Phasengrößen unter Verwendung der wenigstens einen Korrekturfunktion korrigierte End-Phasengrößen ermittelt werden können.According to the invention, the Flash LiDAR system has means with which
the light coming from the at least one monitoring area can be converted into respective reception variables in the form of phase variables during at least two recording time ranges,
wherein at least two of the recording time ranges can be started out of phase with respect to a modulation period of the at least one transmitted light signal,
Corrected final phase variables can be determined for at least some of the phase variables using the at least one correction function.
Auf diese Weise können auch in Szenen mit stark reflektierenden Objekten, insbesondere retroreflektiven Objekten, wie insbesondere Straßenschildern, Fahrbahnmarkierungen oder dergleichen, auch Entfernungen von schwächer reflektierenden Objekten, wie Fußgängern, anderen Fahrzeugen, Radfahrern, Hindernissen oder dergleichen, genauer ermittelt werden.In this way, even in scenes with highly reflective objects, in particular retroreflective objects, such as street signs, road markings or the like, distances from weakly reflective objects, such as pedestrians, other vehicles, cyclists, obstacles or the like, can also be determined more precisely.
Außerdem wird die Aufgabe bei dem Fahrzeug dadurch gelöst, dass das Fahrzeug wenigstens ein erfindungsgemäßes Flash-LiDAR-System aufweist.In addition, the task in the vehicle is solved in that the vehicle has at least one flash LiDAR system according to the invention.
Mit einem Flash-LiDAR-System kann wenigstens ein Überwachungsbereich in der Umgebung des Fahrzeugs und/oder im Innenraum des Fahrzeugs auf Objekte hin überwacht werden. Mit dem Flash-LiDAR-System können Entfernungen zu erfassten Objekten ermittelt werden.With a Flash LiDAR system, at least one monitoring area in the surroundings of the vehicle and/or in the interior of the vehicle can be monitored for objects. The Flash LiDAR system can be used to determine distances to detected objects.
Vorteilhafterweise kann das Fahrzeug wenigstens ein Fahrassistenzsystem aufweisen. Mit dem Fahrerassistenzsystem kann das Fahrzeug autonom oder wenigstens teilweise autonom betrieben werden.Advantageously, the vehicle can have at least one driving assistance system. With the driver assistance system, the vehicle can be operated autonomously or at least partially autonomously.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Flash-LiDAR-System mit wenigstens einem Fahrerassistenzsystem des Fahrzeugs funktional verbunden sein. Auf diese Weise können Informationen über den wenigstens einen Überwachungsbereich, insbesondere Entfernungsgrößen und/oder Richtungsgrößen, welche mit dem wenigstens einen Flash-LiDAR-System ermittelt werden können, an das wenigstens eine Fahrerassistenzsystem übermittelt werden. Mit dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem kann das Fahrzeug unter Berücksichtigung der Informationen über den wenigstens einen Überwachungsbereich autonom oder wenigstens teilweise autonom betrieben werden.Advantageously, at least one Flash LiDAR system can be functionally connected to at least one driver assistance system of the vehicle. In this way, information about the at least one monitoring area, in particular distance variables and/or directional variables, which can be determined with the at least one Flash LiDAR system, can be transmitted to the at least one driver assistance system. With the at least one driver assistance system, the vehicle can be operated autonomously or at least partially autonomously, taking into account the information about the at least one monitoring area.
Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen Flash-LiDAR-System und dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und deren jeweiligen vorteilhaften Ausgestaltungen aufgezeigten Merkmale und Vorteile untereinander entsprechend und umgekehrt. Die einzelnen Merkmale und Vorteile können selbstverständlich untereinander kombiniert werden, wobei sich weitere vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.Furthermore, the features and advantages shown in connection with the method according to the invention, the flash LiDAR system according to the invention and the vehicle according to the invention and their respective advantageous embodiments apply accordingly to one another and vice versa. The individual features and advantages can of course be combined with one another, which can result in further advantageous effects that go beyond the sum of the individual effects.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch
-
1 ein Fahrzeug in der Vorderansicht mit einem Fahrerassistenzsystem und einem Flash-LiDAR-System zur Bestimmung von Entfernungen von Objekten zu dem Fahrzeug; -
2 eine Funktionsdarstellung eines Teils des Fahrzeugs mit dem Fahrerassistenzsystem und dem Flash-LiDAR-System aus der1 ; -
3 eine Vorderansicht einer Empfangsmatrix einer Empfangseinrichtung des Flash-LiDAR-Systems aus den1 und2 , wobei die Empfangsmatrix eine Vielzahl von Empfangsbereichen aufweist; -
4 ein Signalstärke-Zeit-Diagramm mit vier beispielhaften Phasenbildern DCS0 bis DCS3, welche mit jeweiligen Phasenverschiebungen von 90° aus einem Empfangslichtsignal eines reflektierten Sendelichtsignals des Flash-LiDAR-Systems aus den1 und2 ermittelt werden und deren Amplituden als Phasengrößen zur Ermittlung von Entfernungen von Objekten dienen; -
5 ein Entfernungsbild einer Szene mit mehreren Objekten in Graustufendarstellung, wobei eines der Objekte ein retroreflektives Straßenschild ist, welches hier abgedeckt ist; -
6 ein Entfernungsbild der Szene aus der5 , wobei hier das retroreflektive Straßenschild nicht abgedeckt ist und zu Streulichteffekten führt; -
7 ein Entfernungsbild der Szene aus der5 , wobei hier die Streulichteffekte korrigiert sind; -
8 eine Graustufen-Matrix-Darstellung eines Ablaufs zur Ermittlung von Korrektur-Phasengrößen mit einer Faltung von Kurz-Phasengrößen mit einer Korrekturfunktion; -
9 eine Graustufen-Matrix-Darstellung eines Ablaufs zur Ermittlung von End-Phasengrößen als Differenz aus Lang-Phasengrößen und den Korrektur-Phasengrößen aus8 ; -
10 das Ablaufschema zum Ablauf der Ermittlung der Korrektur-Phasengrößen aus der8 für die Kurz-Phasengrößen der Phasenbilder DCS0 und DCS1 für die Empfangsbereiche einer Zeile der Empfangsmatrix; -
11 das Ablaufschema zum Ablauf der Ermittlung der End-Phasengrößen aus der9 für die Lang-Phasengrößen der Phasenbilder DCS0 und DCS1 für die Empfangsbereiche einer Zeile der Empfangsmatrix.
-
1 a front view of a vehicle with a driver assistance system and a flash LiDAR system for determining distances from objects to the vehicle; -
2 a functional representation of part of the vehicle with the driver assistance system and the flash LiDAR system from the1 ; -
3 a front view of a reception matrix of a reception device of the Flash LiDAR system from the1 and2 , wherein the reception matrix has a plurality of reception areas; -
4 a signal strength-time diagram with four exemplary phase images DCS 0 to DCS 3 , which with respective phase shifts of 90 ° from a received light signal of a reflected transmitted light signal of the Flash LiDAR system1 and2 are determined and whose amplitudes serve as phase variables for determining distances from objects; -
5 a grayscale range image of a scene with multiple objects, one of the objects being a retroreflective street sign, which is covered here; -
6 a distance image of the scene from the5 , whereby the retroreflective street sign is not covered here and leads to scattered light effects; -
7 a distance image of the scene from the5 , where the scattered light effects are corrected; -
8th a grayscale matrix representation of a process for determining correction phase variables with a convolution of short phase variables with a correction function; -
9 a grayscale matrix representation of a process for determining final phase sizes as the difference between long phase sizes and the correction phase sizes8th ; -
10 the flow chart for the process of determining the correction phase variables from the8th for the short phase sizes of the phase images DCS 0 and DCS 1 for the reception areas of a row of the reception matrix; -
11 the flow chart for the process of determining the final phase variables from the9 for the long phase sizes of the phase images DCS 0 and DCS 1 for the reception areas of a row of the reception matrix.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same components are given the same reference numbers.
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment(s) of the invention
In der
Das Fahrzeug 10 verfügt über ein LiDAR-System 12, das als Flash-LiDAR System ausgestaltet ist. Das LiDAR-System 12 ist beispielhaft in der vorderen Stoßstange des Fahrzeugs 10 angeordnet. Mit dem LiDAR-System 12 kann ein Überwachungsbereich 14 in Fahrtrichtung 16 vor dem Fahrzeug 10 auf Objekte 18 hin überwacht werden. Das LiDAR-System 12 kann auch an anderer Stelle am Fahrzeug 10 angeordnet und anders ausgerichtet sein. Mit dem LiDAR-System 12 können Objektinformationen, beispielsweise Entfernungen D, Richtungen und Geschwindigkeiten von Objekten 18 relativ zum Fahrzeug 10, respektive zum LiDAR-System 12, ermittelt werden.The
Bei den Objekten 18 kann es sich um stehende oder bewegte Objekte, beispielsweise um andere Fahrzeuge, Personen, Tiere, Pflanzen, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, beispielsweise Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen, Verkehrszeichen, Freiräume, beispielsweise Parklücken, Niederschlag oder dergleichen handeln.The
Im Folgenden wird der einfacheren Erläuterung wegen jedes Objekt 18 mit einem einzigen Objektziel gleichgesetzt. Ein Objektziel ist eine Stelle eines Objekts 18, an dem Sendelichtsignale 20, welche von dem LiDAR-System 12 in den Überwachungsbereich 14 gesendet werden, reflektiert werden können. Jedes Objekt 18 weist in der Regel mehrere solcher Objektziele auf.In the following, for the sake of easier explanation, each
Das LiDAR-System 12 ist mit einem Fahrerassistenzsystem 22 verbunden. Mit dem Fahrerassistenzsystem 22 kann das Fahrzeug 10 autonom oder teilautonom betrieben werden.The
Das LiDAR-System 12 umfasst beispielhaft eine Sendeeinrichtung 24, eine Empfangseinrichtung 26 und eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 28.The
Bei der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 handelt es sich beispielhaft um eine elektronische Steuer- und Auswerteeinrichtung, beispielsweise in Form eines oder mehrere Prozessoren. Die Funktionen der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 können zentral oder dezentral auf softwaremäßigem und/oder hardwaremäßigem Wege realisiert sein. Teile der Funktionen der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 können auch in der Sendeeinrichtung 24 und/oder der Empfangseinrichtung 26 integriert sein.The control and
Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 können elektrische Sendesignale erzeugt werden. Die Sendeeinrichtung 24 kann mit den elektrischen Sendesignalen angesteuert werden, sodass diese amplitudenmodulierte Sendelichtsignale 20 in Form von Lichtpulsen in den Überwachungsbereich 14 sendet.Electrical transmission signals can be generated with the control and
Die Sendeeinrichtung 24 weist als Lichtquelle beispielhaft einen Laser auf. Mit dem Laser können Sendelichtsignale 20 in Form von Laserpulsen erzeugt werden. Darüber hinaus weist die Sendeeinrichtung 24 eine optische Einrichtung auf, mit welcher die Sendelichtsignale 20 so aufgeweitet werden, dass sie sich - ähnlich einem Blitz - in den gesamten Überwachungsbereich 14 ausbreiten können. Auf diese Weise kann mit jedem Sendelichtsignal 20 der gesamte Überwachungsbereich 14 angeleuchtet werden.The transmitting
An einem Objekt 18 in Richtung der Empfangseinrichtung 26 reflektierte Sendelichtsignale 20, welche der besseren Unterscheidung wegen als Empfangslichtsignale 30 bezeichnet werden, können mit der Empfangseinrichtung 26 empfangen werden.Transmitted light signals 20 reflected on an
Die Empfangseinrichtung 26 kann optional eine Empfangslichtsignal-Umlenkeinrichtung aufweisen, mit der die Empfangslichtsignale 30 zu einer in der
Die Empfangsmatrix 32 ist beispielsweise mit einem Flächensensor in Form eines CCD-Sensors mit einer Vielzahl von Empfangsbereichen 34 realisiert. Jeder Empfangsbereich 34 kann beispielsweise durch eine Gruppe von Pixeln realisiert werden. Die Empfangsmatrix 32 weist beispielhaft 320 x 240 Empfangsbereiche 34 auf. In der
Anstatt eines CCD-Sensors kann auch ein andersartiger Flächensensor, beispielsweise ein Active-Pixel Sensor oder dergleichen verwendet werden.Instead of a CCD sensor, a different type of surface sensor, for example an active pixel sensor or the like, can also be used.
Mit den Empfangsbereichen 34 der Empfangsmatrix 32 können die jeweils auf sie treffenden Anteile von Empfangslichtsignalen 30 in entsprechende, in der
Jeder Empfangsbereich 34 ist über geeignete Verschlussmittel für die Erfassung von Empfangslichtsignalen 30 für definierte Aufnahmezeitbereiche TB0, TB1, TB2 und TB3,, welche im Folgenden der Einfachheit halber auch als Aufnahmezeitbereiche TBi bezeichnet werden können, aktivierbar.Each
Beispielhaft sind die Empfangsbereich 34 jeweils in vier Aufnahmezeitbereichen TB0, TB1, TB2 und TB3 zur Erfassung von Empfangssignalen 30 aktivierbar.By way of example, the
Jeder Aufnahmezeitbereich TBi ist durch einen Startzeitpunkt und eine Integrationsdauer tINT definiert. Die Integrationsdauern tINT der Aufnahmezeitbereiche TBi sind deutlich kürzer als eine Periodendauer tMOD der Modulationsperiode MP des Sendelichtsignals 20. Die zeitlichen Abstände zwischen jeweils zwei definierten Aufnahmezeitbereichen TBi sind kleiner als die Periodendauer tMOD der Modulationsperiode MP.Each recording time range TBi is defined by a starting time and an integration period t INT . The integration durations t INT of the recording time ranges TBi are significantly shorter than a period duration t MOD of the modulation period MP of the transmitted
Während eines Aufnahmezeitbereichs TBi können auf den jeweiligen Empfangsbereich 34 treffende Anteile von Empfangslichtsignalen 30 in entsprechende elektrische Empfangssignale umgewandelt werden. Aus den Empfangssignalen können die jeweiligen Phasenbilder DCSi und deren Amplituden Ai ermittelt werden, welche jeweilige Signalausschnitte des Empfangslichtsignals 30 in den jeweiligen Aufnahmezeitbereichen TBi charakterisieren. Die Phasenbilder DCSi und deren Amplituden, also die Phasengrößen Ai, charakterisieren die jeweilige Lichtmenge, die während den Aufnahmezeitbereichen TBi mit den entsprechend aktivierten Empfangsbereich 34 der Empfangsmatrix 32 gesammelt wird.During a recording time range TBi, portions of received
Beispielhaft kann jeder Empfangsbereich 34 individuell aktiviert und ausgelesen werden. Die Verschlussmittel können auf softwaremäßigem und/oder hardwaremäßigem Wege realisiert sein. Derartige Verschlussmittel können als sogenannte „Shutter“ realisiert werden. Beispielhaft können die Empfangsbereiche 34 mit entsprechenden periodischen Aufnahme-Steuersignalen in Form von Shuttersignalen angesteuert werden. Die Shuttersignale können über die elektrischen Sendesignale, mit denen der Laser der Sendeeinrichtung 24 angesteuert wird, oder gemeinsam mit diesen getriggert werden. So werden die Phasengrößen Ai zu den Sendelichtsignalen 20 in Bezug gebracht. Beispielhaft können die elektrischen Sendesignale zu einem Startzeitpunkt ST getriggert werden. Die Empfangsbereiche 34 werden mit den entsprechend zeitlich versetzten Shuttersignalen getriggert.For example, each
Die Empfangseinrichtung 26 kann optional optische Elemente aufweisen, mit denen aus dem Überwachungsbereich 14 kommende Empfangslichtsignale 30 in Richtung der Empfangsbereiche 34 betrachtet abhängig von der Richtung, aus der sie kommen, auf jeweilige Empfangsbereiche 34 abgebildet werden. So kann aus der Position der angeleuchteten Empfangsbereiche 34 innerhalb der Empfangsmatrix 32 die Richtung eines Objekts 18, an dem das Sendelichtsignal 20 reflektiert wird, ermittelt werden.The receiving
In der
Die Empfangs-Hüllkurve 36 ist gegenüber dem Startzeitpunkt ST zeitlich versetzt. Der Zeitversatz in Form einer Phasendifferenz Φ charakterisiert die Flugzeit zwischen dem Aussenden des Sendelichtsignals 20 und dem Empfang des entsprechenden Empfangslichtsignals 30.The
Aus der Phasendifferenz Φ kann die Entfernung D des reflektierenden Objekts 18 ermittelt werden. Die Phasenverschiebung Φ kann daher als Entfernungsgröße für die Entfernung D verwendet werden. Die Flugzeit ist bekanntermaßen proportional zur Entfernung D des Objekts 18 relativ zu dem LiDAR-System 12.The distance D of the reflecting
Die Empfangs-Hüllkurve 36 kann durch beispielhaft vier Stützstellen in Form der vier Phasenbilder DCS0, DCS1, DCS2 und DCS3 angenähert werden. Alternativ kann die Empfangs-Hüllkurve 36 auch durch mehr oder weniger Stützstellen in Form von Phasenbildern angenähert werden.The
Die Aufnahmezeitbereiche TB0, TB1, TB2 und TB3 werden jeweils bezogen auf ein Referenzereignis beispielhaft in Form eines Triggersignals für das elektrische Sendesignal zum Startzeitpunkt ST gestartet. Bei dem Referenzereignis kann es sich beispielsweise um einen Nulldurchgang des elektrischen Signals handeln, mit welchem der Laser zur Erzeugung des Sendelichtsignals 20 angesteuert wird. Beispielhaft erstreckt sich die Modulationsperiode MP des Sendelichtsignals 20 über 360°. Die Aufnahmezeitbereiche TB0, TB1, TB2 und TB3 starten beispielhaft jeweils bezogen auf die Modulationsperiode MP mit einem Abstand von 90° zueinander. Die Aufnahmezeitbereiche TB0, TB1, TB2 und TB3 starten also mit Phasenverschiebungen von 0°, 90°, 180° beziehungsweise 270° gegenüber dem Startzeitpunkt ST.The recording time ranges TB 0 , TB 1 , TB 2 and TB 3 are each started based on a reference event, for example in the form of a trigger signal for the electrical transmission signal at the starting time ST. The reference event can, for example, be a zero crossing of the electrical signal with which the laser is controlled to generate the transmitted
Eine Entfernung D eines erfassten Objekts 18 kann beispielhaft aus den Amplituden, also den Phasengrößen A0, A1, A2 und A3, der Phasenbilder DCS0, DCS1, DCS2 und DCS3 für einen jeweiligen Empfangsbereich 34 in hier nicht weiter interessierenden Weise rechnerisch ermittelt werden.A distance D of a detected
In der
In dem Entfernungsbild sind mehrere Objekte 18, beispielsweise eine Person, ein Stra-ßenschild und eine Tafel, gezeigt. Dabei ist das eigentlich stark reflektierende, beispielsweise retroreflektive Straßenschild, welches der besseren Unterscheidung wegen im Folgenden als Objekt 18R bezeichnet wird, in der in
Die Verwendung des LiDAR-Systems 12 mit langen Integrationsdauern tINT, welche erforderlich sind, um auch schwach reflektierende Objekte 18, wie beispielsweise in den
Die Streulichteffekte, welche durch stark reflektierende Objekte 18R hervorgerufen werden, können, wie im Folgenden beschrieben, korrigiert werden. Auf diese Weise können auch für die schwach oder normal reflektierende Objekte 18 in der Nachbarschaft von stark reflektierenden Objekten 18R die jeweils korrekten Entfernungen D ermittelt werden.The scattered light effects caused by highly
Zur Korrektur der Streulichteffekte wird von der gleichen Szene in dem Überwachungsbereich 14 mit den Empfangsbereichen 34 sowohl eine Kurzmessung als auch eine Langmessung durchgeführt.To correct the scattered light effects, both a short measurement and a long measurement are carried out of the same scene in the
Die Kurzmessung wird mit einer Kurz-Integrationsdauer tINT;k durchgeführt, während der das Licht, also auch Empfangslichtsignale 30, aus dem Überwachungsbereich 14 mit den Empfangsbereichen 34 in den vier Aufnahmezeitbereichen TB0, TB1, TB2 und TB3 empfangen werden. Die Länge der Kurz-Integrationsdauer tINT,K ist so gewählt, dass auch die starken Empfangslichtsignale 30 von dem retroreflektiven Objekt 18R nicht zu einer Übersteuerung in der Empfangsmatrix 32 führt. Beispielsweise beträgt die Kurz-Integrationsdauer tINT,K etwa 1 µs.The short measurement is carried out with a short integration period t INT;k , during which the light, including received
Mit jedem der Empfangsbereiche 34 wird das jeweils empfangenen Lichts in die vier entsprechenden und dem jeweiligen Empfangsbereich 34 zugeordneten Kurz-Phasengrößen A0,k, A1,k, A2,k und A3,k umgewandelt, welche im Folgenden der Einfachheit halber auch als Kurz-Phasengrößen Ai,k bezeichnet werden können.With each of the
Die Kurz-Phasengrößen A0,k, A1,k, A2,k und A3,k werden entsprechend ihren jeweiligen Aufnahmezeitbereichen TB0, TB1, TB2 und TB3 einer von vier in der
In der
In der
In jeder der Kurz-Phasengrößenmatrizen 400, 401, 402, 403 ist der besseren Übersichtlichkeit wegen lediglich jeweils eine der Kurz-Phasengrößen A0,k, A1,k, A2,k und A3,k, welche mit dem Empfangsbereich 34, beispielsweise dem Empfangsbereich 34 in Reihe 175, Spalte 170, ermittelt wird, der mit einem von dem stark reflektierenden Objekt 18R kommenden Empfangslichtsignal 30 getroffen wird, mit einem Bezugszeichen versehen. Insgesamt enthält jede der Kurz-Phasengrößenmatrizen 400, 401, 402, 403 so viele Kurz-Phasengrößen A0,k, A1,k, A2,k und A3,k, wie die Empfangsmatrix 32 Empfangsbereiche 34 enthält, nämlich 320 x 240.For the sake of clarity, in each of the short phase size matrices 40 0 , 40 1 , 40 2 , 40 3 there is only one of the short phase sizes A 0,k , A 1,k , A 2,k and A 3,k , which with the
Der einfacheren Übersichtlichkeit wegen sind bei den Kurz-Phasengrößenmatrizen 400, 401, 402, 403 in der
Bei der Darstellung in der
In der
Für jede der Kurz-Phasengrößen A0,k, A1,k, A2,k und A3,k wird, wie in den
Die Korrekturfunktion 42 ist in der
Die Korrektur-Phasengrößen A0,c, A1,c, A2,c und A3,c werden entsprechend ihren jeweiligen Aufnahmezeitbereichen TB0, TB1, TB2 und TB3 einer von vier Korrektur-Phasengrößenmatrizen 440, 441, 442 beziehungsweise 443 zugewiesen, welche im Folgenden der Einfachheit halber auch als Korrektur-Phasengrößenmatrizen 44i bezeichnet werden können. Auf diese Weise sind die Korrektur-Phasengrößen A0,c, A1,c, A2,c und A3,c auch den entsprechenden Empfangsbereichen 34 und den entsprechenden Aufnahmezeitbereichen TB0, TB1, TB2 und TB3 zugeordnet, welche den zur Faltung verwendeten Kurz-Phasengrößen A0,k, A1,k, A2,k und A3,k entsprechen.The correction phase sizes A 0,c , A 1,c , A 2,c and A 3,c become one of four correction phase size matrices 44 0 , 44 1 according to their respective recording time ranges TB 0 , TB 1 , TB 2 and TB 3 , 44 2 and 44 3 respectively, which for the sake of simplicity can also be referred to below as correction phase size matrices 44i. In this way, the correction phase variables A 0,c , A 1,c , A 2,c and A 3,c are also assigned to the
In der
Der einfacheren Übersichtlichkeit wegen sind bei den Korrektur-Phasengrößenmatrizen 44i in der
Bei der Darstellung in der
In der
Die Langmessung wird mit einer Lang-Integrationsdauer tINT,L durchgeführt, die länger ist als die Kurz-Integrationsdauer tINT,k. In der
Mit jedem der Empfangsbereiche 34 wird das jeweils empfangenen Lichts in die vier entsprechenden und dem jeweiligen Empfangsbereich 34 zugeordneten Lang-Phasengrößen A0,l, A1,l, A2,l und A3,l umgewandelt, welche im Folgenden der Einfachheit halber auch als Lang-Phasengrößen Ai,l bezeichnet werden können.With each of the
Die Lang-Phasengrößen A0,I, A1,I, A2,I und A3,I werden entsprechend ihren jeweiligen Aufnahmezeitbereichen TB0, TB1, TB2 und TB3 einer von vier Lang-Phasengrößenmatrizen 460, 461, 462 beziehungsweise 463 zugewiesen, welche im Folgenden der Einfachheit halber auch als Lang-Phasengrößenmatrizen 46i bezeichnet werden können.The long-phase sizes A 0,I , A 1,I , A 2,I and A 3,I become one of four long-phase size matrices 46 0 , 46 1 according to their respective recording time ranges TB 0 , TB 1 , TB 2 and TB 3 , 46 2 and 46 3 respectively, which for the sake of simplicity can also be referred to below as long phase size matrices 46i.
In der
In der
In jeder der Lang-Phasengrößenmatrizen 460, 461, 462, 463 ist der besseren Übersichtlichkeit wegen, analog zu den Kurz-Phasengrößenmatrizen 400, 401, 402, 403 aus der
Der einfacheren Übersichtlichkeit wegen sind in der
Bei der Darstellung in der
In der
Für jede der Lang-Phasengrößen A0,I, A1,I, A2,I und A3,I wird, wie in den
Die End-Phasengrößen A0,e, A1,e, A2,e, A3,e werden entsprechend ihren jeweiligen Aufnahmezeitbereichen TB0, TB1, TB2 und TB3 einer von vier End-Phasengrößenmatrizen 480, 481, 482 beziehungsweise 483 zugewiesen, welche im Folgenden der Einfachheit wegen auch als End-Phasengrößenmatrizen 48i bezeichnet werden können. Auf diese Weise sind die End-Phasengrößen A0,e, A1,e, A2,e, A3,e auch den entsprechenden Empfangsbereichen 34 und den entsprechenden Aufnahmezeitbereichen TB0, TB1, TB2 und TB3 zugeordnet, welche den zur Faltung verwendeten Kurz-Phasengrößen A0,k, A1,k, A2,k und A3,k entsprechen.The final phase sizes A 0,e , A 1,e , A 2,e , A 3,e become one of four final phase size matrices 48 0 , 48 1 according to their respective recording time ranges TB 0 , TB 1 , TB 2 and TB 3 , 48 2 and 48 3 respectively, which for the sake of simplicity can also be referred to below as final phase size matrices 48i. In this way, the final phase variables A 0,e , A 1,e , A 2,e , A 3,e are also assigned to the
In der
Der einfacheren Übersichtlichkeit wegen sind bei den End-Phasengrößenmatrizen 48i in der
Bei der Darstellung in der
In der
Die Entfernungen D der mit den Empfangsbereichen 34 erfassten Objekte 18 und 18R wird aus den End-Phasengrößen A0,e, A1,e, A2,e und A3,e für jeden Empfangsbereich 34 rechnerisch ermittelt.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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