DE112022003576T5 - Entfernungsmessverfahren für ein Lidar, Lidar und computerlesbares Speichermedium - Google Patents

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Hongyan Zhang
Jin Yang
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Abstract

Bereitgestellt werden ein Entfernungsmessverfahren für ein Lidar, ein Lidar und ein computerlesbares Speichermedium. Das Entfernungsmessverfahren (10) umfasst: S101: Erfassen mehrerer Rahmen von Detektionsdaten für eine dreidimensionale Umgebung; S102: Vorhersage der Position eines Hindernisses in der dreidimensionalen Umgebung zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion zumindest basierend auf einiger der vorherigen k Rahmen von Detektionsdaten, wobei k eine ganze Zahl ist und k ≥ 1 gilt; S103: Anpassen des Bereichs des Detektionsfensters für mindestens einen Punkt an dem Hindernis gemäß der vorhergesagten Positionsinformation des Hindernisses bei der k+1-ten Detektion; und S104: Berechnen der Entfernungsmessinformation des mindestens einen Punktes nur basierend auf der Echoinformation innerhalb des angepassten Detektionsfensters. Dadurch wird der Bereich des Detektionsfensters gemäß der Rückmeldung des Detektionsergebnisses angepasst, und die Detektion wird nur innerhalb des Entfernungsbereichs mit einem Hindernis durchgeführt, wodurch Speicherplatz eingespart wird, die Rechenanforderungen reduziert werden oder der Stromverbrauch eingespart wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft das Gebiet der photoelektrischen Detektion, insbesondere ein Entfernungsmessverfahren für ein Lidar, ein Lidar und ein computerlesbares Speichermedium.
  • STAND DER TECHNIK
  • Ein Lidar umfasst typischerweise eine Sendeeinheit, eine photoelektrische Detektionseinheit und eine Signalverarbeitungseinheit, wobei die Sendeeinheit konfiguriert ist, um einen Detektionslaserstrahl in eine dreidimensionale Umgebung um das Lidar herum zu senden, wobei der Detektionslaserstrahl diffus auf einem Ziel in der dreidimensionalen Umgebung reflektiert wird und ein Teil des Echos zu dem Lidar zurückkehrt und von der photoelektrischen Detektionseinheit empfangen und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, wobei die Signalverarbeitungseinheit mit der photoelektrischen Detektionseinheit gekoppelt ist, um das elektrische Signal zu empfangen und die Flugzeit des Echos basierend auf dem elektrischen Signal zu berechnen und Entfernungsmessinformationen des Hindernisses wie Entfernung und Orientierung zu berechnen.
  • Im Allgemeinen bleibt während des Sendens des Detektionslaserstrahls durch die Sendeeinheit die entsprechende photoelektrische Detektionseinheit und/oder Signalverarbeitungseinheit zum Empfangen von Echos innerhalb des voreingestellten Detektionsfensters eingeschaltet und das Detektionsfenster wird typischerweise gemäß der voreingestellten maximalen Detektionsentfernung des Lidars bestimmt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die photoelektrische Detektionseinheit und die Signalverarbeitungseinheit Echos von dem Ziel empfangen und verarbeiten können, aber gleichzeitig empfangen und verarbeiten die photoelektrische Detektionseinheit und die Signalverarbeitungseinheit innerhalb des Detektionsfensters eine große Anzahl von Rauschlichtsignalen oder Hintergrundlichtsignalen aus der Umgebung, so dass das von dem Lidar empfangene Echosignal ein geringeres Signal-Rausch-Verhältnis hat und Strom verbraucht wird, wodurch die Genauigkeit und die Geschwindigkeit der Entfernungsberechnung verringert werden.
  • Der Inhalt des technischen Hintergrunds stellt nur eine Technologie dar, die dem Anmelder bekannt ist und natürlich nicht den Stand der Technik auf diesem Gebiet darstellt.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Angesichts des mindestens einen Nachteils des Standes der Technik schafft die Erfindung ein Entfernungsmessverfahren für ein Lidar, bei dem der Bereich des Detektionsfensters gemäß der Rückmeldung der Detektionsdaten angepasst wird, wobei Detektion wird nur innerhalb des Entfernungsbereichs mit einem Hindernis durchgeführt wird, wodurch Speicherplatz eingespart wird, die Rechenanforderungen reduziert werden oder der Stromverbrauch eingespart wird.
  • Die Erfindung schafft ein Entfernungsmessverfahren für ein Lidar, wobei das Entfernungsmessverfahren Folgendes umfasst:
    • S101: Erfassen mehrerer Rahmen von Detektionsdaten für eine dreidimensionale Umgebung;
    • S102: Vorhersage der Position eines Hindernisses in der dreidimensionalen Umgebung zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion zumindest basierend auf einiger der vorherigen k Rahmen von Detektionsdaten, wobei k eine ganze Zahl ist und k ≥ 1 gilt;
    • S103: Anpassen des Bereichs des Detektionsfensters für mindestens einen Punkt an dem Hindernis gemäß der vorhergesagten Positionsinformation des Hindernisses bei der k+1-ten Detektion; und
    • S104: Berechnen der Entfernungsmessinformation des mindestens einen Punktes nur basierend auf der Echoinformation innerhalb des angepassten Detektionsfensters.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Detektionsdaten eine relative Orientierung und/oder Entfernung in Bezug auf das Lidar enthalten, wobei der Schritt S101 Folgendes umfasst: Erfassen der k Rahmen von Detektionsdaten einer dreidimensionalen Umgebung basierend auf einem anfänglichen Detektionsfensterbereich, wobei der anfängliche Detektionsfensterbereich im Zusammenhang mit einer voreingestellten maximalen Detektionsentfernung des Lidars steht.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schritt S102 Folgendes umfasst:
    • Identifizieren des Typs des Hindernisses;
    • Berechnen der Geschwindigkeit des Hindernisses basierend auf dem Typ des Hindernisses und den vorherigen k-Rahmen von Detektionsdaten; und
    • Vorhersage der Position des Hindernisses zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion basierend auf der Geschwindigkeit des Hindernisses.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schritt S102 ferner Folgendes umfasst: Bestimmen einer Größe und/oder eines Bewegungsparameters des Hindernisses basierend auf einem Zusammenhang zwischen einer Vielzahl von Punkten in den Detektionsdaten anhand einer Zielerkennungstechnologie.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass k > 1 gilt und der Schritt S102 Folgendes umfasst:
    • Vorhersage der Position, an der sich das Hindernis zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion befindet, basierend auf der relativen Positionsänderung in den vorherigen k Detektionen des Hindernisses und dem Zeitintervall zwischen benachbarten Detektionen.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schritt S103 Folgendes umfasst:
    • Erhalten einer entsprechenden vorhergesagten Flugzeit für jeden Punkt an dem Hindernis basierend auf der vorhergesagten Positionsinformation des Hindernisses;
    • Einstellen der Mittelposition des entsprechenden Detektionsfensters auf die vorhergesagte Flugzeit und Einstellen des Bereichs des entsprechenden Detektionsfensters auf [vorhergesagte Flugzeit - Zeitfenster, vorhergesagte Flugzeit + Zeitfenster], wobei das Zeitfenster ein voreingestellter Wert ist oder im Zusammenhang mit der Größe und/oder Geschwindigkeit des Hindernisses steht.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass das Zeitfenster mit der Zunahme der Größe und/oder Geschwindigkeit des Hindernisses zunimmt.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass das Lidar eine Empfangseinheit umfasst, wobei die Empfangseinheit einen photoelektrischen Detektor, einen Zeitdigital-Wandler und einen Speicher umfasst, wobei der photoelektrische Detektor zum Empfangen eines Echos und zu dessen Umwandeln in ein elektrisches Signal dient, wobei der Zeitdigital-Wandler konfiguriert ist, um das elektrische Signal zu empfangen und eine Flugzeit des Echos auszugeben, wobei der Speicher die Flugzeit des Echos speichern kann, wobei der Schritt S104 ferner Folgendes umfasst:
    • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird der photoelektrische Detektor des Lidars innerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs eingeschaltet und der photoelektrische Detektor wird außerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs ausgeschaltet; oder
    • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass der photoelektrische Detektor und der Zeitdigital-Wandler immer eingeschaltet gehalten werden, und der Speicher nur die Flugzeit des Echos, das von dem Zeitdigital-Wandler innerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs ausgegeben wird, speichert; oder
    • bei der k+1-ten Detektion der photoelektrische Detektor immer eingeschaltet gehalten wird und der Zeitdigital-Wandler nur innerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs eingeschaltet wird.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren ferner Folgendes umfasst:
    • S105: Einstellen des Bereiches des k+2-ten Detektionsfensters auf den Bereich des anfänglichen Detektionsfensters, wenn bei der k+1-ten Detektion kein Hindernis innerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs detektiert wird.
  • Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Lidar, das Folgendes umfasst:
    • eine Sendeeinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Detektionslaserstrahl zum Detektieren einer dreidimensionalen Umgebung emittieren kann;
    • eine photoelektrische Detektionseinheit, die eine Vielzahl von photoelektrischen Detektoren umfasst, die so konfiguriert sind, dass sie ein Echo von einem Hindernis empfangen und in ein elektrisches Signal umwandeln kann;
    • eine Signalverarbeitungseinheit, die mit der photoelektrischen Detektionseinheit gekoppelt ist, um das elektrische Signal zu empfangen und Entfernungsmessinformationen des Hindernisses basierend auf dem elektrischen Signal zu berechnen; und
    • eine Steuerung, die mit der photoelektrischen Detektionseinheit und der Signalverarbeitungseinheit gekoppelt ist und so konfiguriert ist, dass sie die folgenden Aktionen ausführen kann:
      • Erfassen mehrerer Rahmen von Detektionsdaten für eine dreidimensionale Umgebung;
      • Vorhersage der Position eines Hindernisses in der dreidimensionalen Umgebung zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion zumindest basierend auf einiger der vorherigen k Rahmen von Detektionsdaten, wobei k eine ganze Zahl ist und k ≥ 1 gilt; und
      • Anpassen des Bereichs des Detektionsfensters für mindestens einen Punkt an dem Hindernis gemäß der vorhergesagten Positionsinformation des Hindernisses bei der k+1-ten Detektion;
      • wobei die Signalverarbeitungseinheit konfiguriert ist, um bei der k+1-ten Detektion die Entfernungsmessinformation des mindestens einen Punktes nur basierend auf der Echoinformation innerhalb des angepassten Detektionsfensters zu berechnen.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Detektionsdaten eine relative Orientierung und/oder Entfernung in Bezug auf das Lidar enthalten, wobei die Aktion zum Erfassen mehrerer Rahmen von Detektionsdaten für eine dreidimensionale Umgebung Folgendes umfasst: Erfassen der k Rahmen von Detektionsdaten einer dreidimensionalen Umgebung basierend auf einem anfänglichen Detektionsfensterbereich, wobei der anfängliche Detektionsfensterbereich im Zusammenhang mit einer voreingestellten maximalen Detektionsentfernung des Lidars steht.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie die Position des Hindernisses zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion wie folgt vorhersagt:
    • Identifizieren des Typs des Hindernisses;
    • Berechnen der Geschwindigkeit des Hindernisses basierend auf dem Typ des Hindernisses und den vorherigen k-Rahmen von Detektionsdaten; und
    • Vorhersage der Position des Hindernisses zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion basierend auf der Geschwindigkeit des Hindernisses.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerung eine Größe und/oder einen Bewegungsparameter des Hindernisses basierend auf einem Zusammenhang zwischen einer Vielzahl von Punkten in den Detektionsdaten anhand einer Zielerkennungstechnologie bestimmt.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass k > 1 gilt, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie die Entfernung des Hindernisses zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion wie folgt vorhersagt:
    • Vorhersage der Position, an der sich das Hindernis zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion befindet, basierend auf der relativen Positionsänderung in den vorherigen k Detektionen des Hindernisses und dem Zeitintervall zwischen benachbarten Detektionen.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerung den Bereich und die Position des Detektionsfensters zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion wie folgt anpasst:
    • Erhalten einer entsprechenden vorhergesagten Flugzeit für jeden Punkt an dem Hindernis basierend auf der vorhergesagten Positionsinformation des Hindernisses;
    • Einstellen der Mittelposition des entsprechenden Detektionsfensters auf die vorhergesagte Flugzeit;
    • Einstellen des Bereichs des entsprechenden Detektionsfensters auf [vorhergesagte Flugzeit - Zeitfenster, vorhergesagte Flugzeit + Zeitfenster], wobei das Zeitfenster ein voreingestellter Wert ist oder im Zusammenhang mit der Größe und/oder Geschwindigkeit des Hindernisses steht.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass das Zeitfenster mit der Zunahme der Größe und/oder Geschwindigkeit des Ziels zunimmt.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass das Lidar ferner einen Zeitdigital-Wandler und einen Speicher enthält, wobei der Zeitdigital-Wandler konfiguriert ist, um das elektrische Signal zu empfangen und eine Flugzeit des Echos auszugeben, wobei der Speicher die Flugzeit des Echos speichern kann,
    wobei bei der k+1-ten Detektion ein photoelektrischer Detektor des Lidars innerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs eingeschaltet wird und der photoelektrische Detektor außerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs ausgeschaltet wird; oder
    bei der k+1-ten Detektion der photoelektrische Detektor und der Zeitdigital-Wandler immer eingeschaltet gehalten werden, und der Speicher nur die Flugzeit des Echos, das von dem Zeitdigital-Wandler innerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs ausgegeben wird, speichert; oder
    bei der k+1-ten Detektion der photoelektrische Detektor immer eingeschaltet gehalten wird und der Zeitdigital-Wandler nur innerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs eingeschaltet wird.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerung so konfiguriert ist, dass der Bereich des k+2-Detektionsfensters auf den Bereich des anfänglichen Detektionsfensters eingestellt wird, wenn bei der k+1-ten Detektion kein Hindernis innerhalb des angepassten Detektionsfensters detektiert wird.
  • Die Erfindung schafft ferner ein computerlesbares Speichermedium, das einen darauf gespeicherten, computerausführbaren Befehl umfasst, wobei der ausführbare Befehl das Entfernungsmessverfahren nach einem der Ansprüche 1-9 durchführt, wenn er von einem Prozessor ausgeführt wird.
  • Durch die von der Erfindung vorgeschlagene Ausgestaltung wird der Detektionsfensterbereich gemäß der Rückkopplung des Erfassungsergebnisses der Entfernungsmessung angepasst, und die Detektion wird nur innerhalb des Entfernungsbereichs mit einem Hindernis durchgeführt, was die Berechnungsanforderungen reduzieren und Speicherplatz und Stromverbrauch sparen und auch das Signal-Rausch-Verhältnis verbessern kann.
  • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die beiliegenden Zeichnungen, die eine Bestandteil der Offenbarung darstellen, dienen zum besseren Verständnis der vorliegenden Offenbarung. Die schematischen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung und deren Beschreibung dienen zur Erläuterung der Offenbarung, ohne die Offenbarung auf unangemessene Weise einzuschränken. Darin zeigen
    • 1 ein Flussdiagramm des Verfahrens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 2 ein Moduldiagramm einer photoelektrischen Detektionseinheit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 3a ein Szenendiagramm der ersten Detektion einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 3b ein Szenendiagramm der zweiten Detektion einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 3c ein Szenendiagramm der dritten Detektion einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 3d ein Szenendiagramm der vierten Detektion einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 4 eine Draufsicht eines Detektionsszenarios einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 5 eine Darstellung der Anregung einer Einzelphotonen-Lawinendiode während mehrerer Detektionsscans eines Lidars;
    • 6 ein Histogramm, das nach Überlagern mehrerer Detektionsscans des Lidars gebildet wird;
    • 7a ein Sichtfeld und ein Histogramm der insgesamt 400 Detektionen des Lidars einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 7b ein Sichtfeld und ein Histogramm der ersten 300 Detektionen des Lidars einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 7c ein Sichtfeld und ein Histogramm der letzteren 100 Detektionen des Lidars einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 8 eine schematische Darstellung eines Datenverarbeitungsverfahrens eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
    • 9 eine schematische Darstellung eines Datenspeicherverfahrens gemäß dem Stand der Technik;
    • 10 und 11 jeweils eine Darstellung eine Speichermethode gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 12 eine schematische Darstellung des Speichereffekts eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
    • 13 ein Lidarmoduldiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
  • KONKRETE AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden werden nur einige beispielhafte Ausführungsbeispiele kurz beschrieben. Wie der Fachmann erkennen kann, können die beschriebenen Ausführungsbeispiele auf verschiedene Arten modifiziert werden, ohne vom Geist oder Umfang der Erfindung abzuweichen. Daher gelten die Zeichnungen und Beschreibungen als im Wesentlichen beispielhaft und nicht einschränkend.
  • Es versteht sich in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung, dass die Begriffe „mittig“, „Längsrichtung“, „Querrichtung“, „Länge“, „Breite“, „Dicke“, „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „links“, „rechts“, „vertikal“, „horizontal“, „oberste“, „unterste“, „innen“, „außen“, „Uhrzeigersinn“, „Gegenuhrzeigersinn“ usw. jeweils in Bezug auf die dargestellte Richtungs- oder Positionsbeziehung in der jeweiligen Abbildung verwendet werden, um lediglich die Erfindung zu schildern und ggf. die Schilderung zu vereinfachen. Mit anderen Worten wird mit diesen Begriffen weder im- noch explizit auf die Positionierung sowie die Ausgestaltung und Bedienung der betreffenden Vorrichtung oder des betreffenden Elements in einer vorbestimmten Positionierung hingedeutet, so dass auch hier keine Einschränkung der Erfindung vorliegt. Des Weiteren ist darauf hinzuweisen, dass die Begriffe „erste“ und „zweite“ nicht als im- oder expliziter Hinweis auf die relative Wichtigkeit oder auf die Anzahl des betroffenen Merkmals verstanden werden sollten. Stattdessen dienen diese lediglich der Beschreibung. Somit kann ein mit „erst“ oder „zweit“ genauer bestimmtes Merkmal explizit oder implizit darauf hinweisen, dass ein oder mehr derartige Merkmale umfasst sind. In der Beschreibung der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Begriff „mehrere“ auf eine Anzahl von zwei oder mehr, sofern nicht anders angegeben.
  • Bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung sollen die Begriffe „anbringen“, „miteinander verbunden“, „verbinden“ o. dgl., soweit nicht ausdrücklich anders angegeben, im weiteren Sinne verstanden werden. So kann es sich dabei z.B. sowohl um eine feste, eine lösbare oder eine einteilige Verbindung als auch um eine mechanische und auch eine elektrische Verbindung oder eine Kommunikationsmöglichkeit handeln. Zudem sind auch direkte Verbindungen, indirekte bzw. über ein Zwischenstück hergestellte Verbindungen wie auch innere Verbindungen zweier Elemente oder gegenseitige Wirkungen zweier Elemente denkbar. Als Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet kann man von der Sachlage ausgehen, um zu ermitteln, welche Bedeutung die genannten Begriffe gemäß der vorliegenden Erfindung haben sollen.
  • In der vorliegenden Erfindung kann bei einem ersten Merkmal, das „oberhalb“ oder „unterhalb“ eines zweiten Merkmals angeordnet ist, sofern nicht ausdrücklich anderes angegeben und definiert ist, der Fall sein, dass das erste Merkmal direkt das zweite Merkmal berührt, oder dass das erste und das zweite Merkmal ohne direkten Kontakt über ein dazwischen angeordnetes weiteres Merkmal in Berührung stehen. Darüber hinaus kann bei dem ersten Merkmal, das „auf“, „über“ dem zweiten Merkmal und „oberhalb“ des zweiten Merkmals angeordnet ist, u.a. der Fall sein, dass das erste Merkmal direkt über und schräg über dem zweiten Merkmal liegt, oder dass die horizontale Höhenstellung des ersten Merkmals höher ist als die des zweiten Merkmals. Bei dem ersten Merkmal, das „unter“ dem zweiten Merkmal und „unterhalb“ des zweiten Merkmals angeordnet ist, kann u.a. der Fall sein, dass das erste Merkmal direkt unter und schräg unter dem zweiten Merkmal liegt, oder dass die horizontale Höhenstellung des ersten Merkmals tiefer ist als die des zweiten Merkmals.
  • Die nachfolgende Offenbarung stellt zahlreiche unterschiedliche Ausführungsformen oder Beispiele zum Verwirklichen der verschiedenen Strukturen der Erfindung bereit. Zum Vereinfachen der Offenbarung der Erfindung werden nachfolgend die Teile und die Anordnung bestimmter Beispiele erläutert. Es versteht sich, dass diese lediglich als Beispiele dienen, ohne die Erfindung einzuschränken. Des Weiteren können bei verschiedenen Beispielen der Erfindung wiederholte Bezugszeichen in Form von Nummern und/oder Buchstaben zugunsten der Einfachheit und der Klarheit verwendet werden, ohne auf jegliche Beziehungen zwischen den einzelnen Ausführungsformen und/oder Anordnungen, die hier erläutert werden, hinzuweisen. Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung Beispiele für bestimmte Verfahren und Materialien bereit. Jedoch versteht es sich für Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet, dass auch andere Verfahren und/oder Materialien verwendet werden können.
  • Die Erfindung schafft ein Entfernungsmessverfahren für ein Lidar, bei dem der Bereich des Detektionsfensters gemäß der Rückmeldung der Detektionsdaten angepasst wird, wobei die Detektion nur innerhalb des Entfernungsbereichs mit einem Hindernis durchgeführt wird, wodurch Speicherplatz eingespart wird, die Rechenanforderungen reduziert werden oder der Stromverbrauch eingespart wird.
  • Im Allgemeinen bleibt während des Sendens des Detektionslaserstrahls durch die Sendeeinheit des Lidars die entsprechende photoelektrische Detektionseinheit und/oder Signalverarbeitungseinheit zum Empfangen von Echos innerhalb des voreingestellten Detektionsfensters eingeschaltet und das Detektionsfenster wird typischerweise gemäß der voreingestellten maximalen Detektionsentfernung des Lidars bestimmt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die photoelektrische Detektionseinheit und die Signalverarbeitungseinheit Echos von dem Ziel empfangen und verarbeiten können, aber gleichzeitig empfangen und verarbeiten die photoelektrische Detektionseinheit und die Signalverarbeitungseinheit innerhalb des Detektionsfensters auch eine große Anzahl von Rauschlichtsignalen oder Hintergrundlichtsignalen aus der Umgebung, so dass das von dem Lidar empfangene Echosignal ein geringeres Signal-Rausch-Verhältnis und einen hohen Stromverbrauch hat, wodurch die Genauigkeit und die Geschwindigkeit der Entfernungsberechnung verringert werden.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Ausgestaltung bereit, die zumindest teilweise basierend auf den Detektionsdaten des vorherigen Rahmens oder der vorherigen Rahmen die Position des Hindernisses zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion vorhersagen und die Position des Detektionsfensters gemäß der vorhergesagten Positionsinformation anpassen kann, wenn die k+1-ten Detektion durchgeführt wird, und die Entfernungsberechnung wird nur basierend auf der Echoinformation innerhalb des angepassten Detektionsfensters durchgeführt.
  • Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend in Verbindung mit den Zeichnungen veranschaulicht, und es sollte verstanden werden, dass die hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen nur zur Veranschaulichung und Auslegung der Erfindung verwendet werden und nicht zur Einschränkung der Erfindung verwendet werden.
  • 1 zeigt ein Entfernungsmessverfahren 10 eines Lidars gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung im Detail beschrieben wird.
  • Schritt S101: Das Lidar scannt das gesamte Sichtfeld, um mehrere Rahmen von Detektionsdaten für eine dreidimensionale Umgebung zu erfassen.
  • Ein mechanisches Lidars kann sich um seine Rotationsachse mit einer Frequenz von 10 Hz oder 20 Hz drehen und mit jeder Umdrehung emittiert jeder Detektionskanal (z. B. ein Laser und ein Detektor) Laserstrahlen und empfängt Echos mit einer bestimmten Winkelauflösung (z. B. 0,1 Grad oder 0,2 Grad). Wenn der Detektor ein effektives Echo empfängt (z. B. die Amplitude des Echos überschreitet einen Schwellenwert), werden die Detektionsdaten, z. B. einschließlich der Entfernung des Ziels und/oder der Orientierung relativ zum Lidar basierend auf den Informationen des effektiven Echos berechnet, wodurch ein bestimmter Punkt erzeugt wird. Ein Satz von Punkten, die durch eine Umdrehung des mechanischen Lidars erzeugt werden, bildet einen Rahmen von Punktwolke. Für ein Festkörper-Lidar oder ein Halb-Festkörper-Lidar bildet in ähnlicher Weise der Punktwolkensatz, der gebildet wird, nachdem alle Detektionskanäle die Detektion abgeschlossen haben, auch einen Rahmen von Punktwolke.
  • In Schritt S101 erhält das Lidar Mehrrahmendetektionsdaten zur Verwendung für die nächsten Schritte durch Scannen des Sichtfeldes. Die Detektionsdaten können beispielsweise die Orientierung und/oder den Abstand des detektierten Ziels relativ zu dem Lidar und das Reflexionsvermögen umfassen.
  • Schritt S102: Die Position eines Hindernisses in der dreidimensionalen Umgebung zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion kann zumindest basierend auf einiger der vorherigen k Rahmen von Detektionsdaten vorhergesagt werden. Dabei ist k eine ganze Zahl und es gilt k ≥ 1.
  • In Schritt S102 wird eine ungefähre Änderung des Hindernisses im nächsten Rahmen (z. B. im vierten Rahmen) basierend auf der Punktwolkeninformation vorhergesagt, die durch Detektion der vorherigen Rahmen (z. B. der ersten drei Rahmen) erhalten wird. Zum Beispiel wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Hindernis in der dreidimensionalen Umgebung jeweils gemäß der Punktwolke der vorherigen k Rahmen identifiziert, und dann können die Position und die Orientierung des Hindernisses gemäß der Positionsänderung desselben Hindernisses in den vorderen k Rahmen von Punktwolke vorhergesagt werden, wenn das Lidar die k+1-te Detektion durchführt.
  • Schritt S103: Anpassen des Bereichs des Detektionsfensters für mindestens einen Punkt an dem Hindernis gemäß der vorhergesagten Positionsinformation des Hindernisses bei der k+1-ten Detektion.
  • In Schritt S103, wenn das Lidar die k+1-te Detektion durchführt, wird für mindestens einen oder alle Punkte an dem Hindernis oder Punkte innerhalb eines bestimmten Sichtfeldes (FOV) basierend auf der Position des Hindernisses, die im Schritt S 102 vorhergesagt wird, der Bereich des Detektionsfensters angepasst, wenn diese ausgewählten Punkte detektiert werden. Zum Beispiel kann das Detektionsfenster reduziert werden. Die spezifische Art und Weise, wie der Bereich des Detektionsfensters angepasst wird, wird im Folgenden ausführlich beschrieben.
  • Nachdem das Lidar das gesamte voreingestellte Detektionssichtfeld gescannt hat, wird ein vollständiger Rahmen von Punktwolkeninformationen erhalten, wobei eine Detektion (die mehrere Scans, sweep, enthalten kann) einen Rahmen von Punktwolkeninformationen erhalten kann, die für die Vorhersage der nachfolgenden Schritte verwendet werden. Es ist verständlich, dass je mehr Rahmen verwendet werden, desto reicher ist die Punktwolkeninformation und desto näher ist das vorhergesagte Ergebnis an der Realität, aber dies bringt mehr Rechenaufwand und Stromverbrauch mit sich, und die Echtzeit, der Rechenaufwand und der Stromverbrauch der Berechnung können entsprechend den tatsächlichen Bedürfnissen ausgeglichen werden.
  • Schritt S104: Berechnen der Entfernungsmessinformation des mindestens einen Punktes nur basierend auf der Echoinformation innerhalb des angepassten Detektionsfensters.
  • In Schritt S103 wird der Bereich des Detektionsfensters für mindestens einen Punkt auf dem Hindernis angepasst, und in Schritt S104 wird die Entfernungsmessinformation nur basierend auf dem Echo in dem angepassten Detektionsfenster berechnet, wodurch der Berechnungsaufwand reduziert oder der Stromverbrauch des Lidars eingespart und das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert wird. Die spezifische Verwirklichung wird im Folgenden im Detail beschrieben.
  • Ein Entfernungsmessverfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 2 und 3a-3d im Detail beschrieben.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung einer photoelektrischen Detektionseinheit gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei als photoelektrischer Detektor eine Einzelphotonen-Lawinendiode (Single Photon Avalanche Diode, SPAD) verwendet wird. Wie in 2 beschrieben, umfasst die photoelektrische Detektionseinheit 22 eine Vielzahl von Detektionseinheiten 221, die in 2 als 221-1, 221-2, ..., 221-n gezeigt sind, wobei jede Detektionseinheit 221 beispielsweise einem oder mehreren Lasern der Sendeeinheit des Lidars entspricht oder einem Punkt in der Punktwolke, die durch Radardetektion erhalten wird, entspricht. Die photoelektrische Detektionseinheit 22 enthält ferner eine Vielzahl von Zeitdigital-Wandlern 222 (gezeigt als 222-1, 222-2, ..., 222-n) und Speichern 223 (gezeigt als 223-1, 223-2, ..., 223-n). In der Ausführungsform von 2 enthält jede Detektionseinheit 221 eine Vielzahl von (z. B. 9 oder 4) photoelektrischen Detektoren 2211, wobei die Einzelphotonen-Lawinendiode SPAD als Beispiel genommen wird, wobei die Ausgangsklemme der Einzelphotonen-Lawinendiode jeder Detektionseinheit 221 mit dem Zeitdigital-Wandler 222 verbunden (nicht notwendigerweise direkt verbunden. Dabei kann ein verstärktes oder gefiltertes Signal ausgegeben werden) ist, wobei der Bereich des Detektionsfensters jeder Detektionseinheit 221 unabhängig einstellbar ist, d.h., jede Detektionseinheit 221 kann unabhängig in einen eingeschalteten Zustand (Zustand, in dem ein Echo empfangen werden kann) oder in einen ausgeschalteten Zustand (Zustand, in dem kein Echo empfangen werden kann) versetzt werden. Nachdem ein Photon auf die Detektionseinheiten 221-1, 221-2, ..., 221-n einfällt, wird die Einzelphotonen-Lawinendiode SPAD ausgelöst und ein elektrisches Signal erzeugt. Jede Detektionseinheit 221 ist mit einem Zeitdigital-Wandler (TDC) 222 gekoppelt, der die Ankunftszeit des Echos bestimmen oder die Flugzeit des Echos berechnen und das Ergebnis in dem Speicher 223 speichern kann.
  • In dem Ausführungsbeispiel von 2 erfolgt die Beschreibung unter Verwendung von Einzelphotonen-Lawinendioden SPAD als ein Beispiel und es ist für den Fachmann leicht zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist und auch andere Arten von photoelektrischen Detektoren 2211 verwenden kann, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Lawinen-Photodioden APD, Silizium-Photomultiplier-Röhren SiPM und dergleichen. Zusätzlich hat jede Detektionseinheit 221 in der Ausführungsform von 2 jeweils einen entsprechenden Zeitdigital-Wandler 222 und einen Speicher 223, und der Zeitdigital-Wandler 222 und der Speicher 223 können auch mehrfach verwendet werden, d.h., ein Zeitdigital-Wandler 222 und der Speicher 223 entsprechen einer Vielzahl von Detektionseinheiten 221, was innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung liegt.
  • In Schritt S102 kann basierend auf der Punktwolke, die durch das Lidar erhalten wird, der Typ des Hindernisses identifiziert und die Geschwindigkeit des Hindernisses berechnet werden. Zum Beispiel kann gemäß der Positionsbeziehung der einzelnen Punkte in der Punktwolke, anhand der Technologien wie AI-Erkennung gemäß der Beziehung zwischen mehreren Punkten in der Punktwolke durch Zielerkennung oder dergleichen bestimmt werden, dass diese Punkte zu demselben Hindernis gehören, und dann wird der Typ des Hindernisses identifiziert und bestätigt, und die Größe des Hindernisses wird berechnet. Zum Beispiel kann das Reflexionsvermögen einer Vielzahl von Punkten verwendet werden, um zu bestimmen, ob diese Punkte zu demselben Hindernis gehören. Zum Beispiel sind die Reflexionsvermögen benachbarter Punkte typischerweise nahe beieinander, so dass, wenn die Differenz der Reflexionsvermögen benachbarter Punkte oder die Variationsamplitude einen Schwellenwert überschreitet, festgestellt werden kann, dass benachbarte Punkte nicht zu demselben Hindernis oder Ziel gehören.
  • Zusätzlich kann gemäß dem Typ des Hindernisses, der relativen Positionsänderung des Hindernisses in mehreren Rahmen von Punktwolke und dem Zeitintervall zwischen einzelnen Rahmen von Punktwolke die Geschwindigkeit oder ein anderer Bewegungsparameter des Hindernisses berechnet werden. Dann wird gemäß der Geschwindigkeit des Hindernisses und den Detektionsdaten der vorherigen k Rahmen die Position des Hindernisses vorhergesagt, wenn das Lidar die k+1-te Detektion durchführt (um die Detektion des k+1-Rahmens von Punktwolke zu erhalten). Ferner können die Detektionsparameter des Hindernisses, das durch den nächsten Rahmen vorhergesagt wird, entsprechend der Zunahme oder Abnahme der Anzahl des Hindernisses oder einer eventuellen Änderung der Entfernung angepasst werden. Darüber hinaus kann der Typ des Hindernisses helfen, die Anforderungen der Detektion festzustellen. Beispielsweise bei einem Baum steht solches statische Objekt nicht im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit bei unbemanntem Fahren. In diesem Fall kann das Detektionsfenster des entsprechenden Punktes reduziert werden. Wenn es sich um einen Fußgänger oder ein sich mit hoher Geschwindigkeit bewegendes Fahrzeug handelt, wird dann diesem dynamischen Objekt viel Aufmerksamkeit geschenkt, und ein größeres Detektionsfenster kann für den entsprechenden Punkt vorgesehen sein, um eine bessere und genauere Detektion sicherzustellen.
  • Der Schritt S102 kann durch eine Steuerung oder eine Signalverarbeitungseinheit innerhalb des Lidars oder durch einen Datenprozessor außerhalb des Lidars implementiert werden. Die Ausführung über einen externen Datenprozessor hat den Vorteil, dass der externe Datenprozessor in der Regel rechenfähiger und schneller ist. Wenn das Lidar in fahrerlosen Fahrzeugen verwendet wird, kann der externe Datenprozessor eine elektronische Steuereinheit (Electronic Control Unit, ECU) sein.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden in Schritt S101 mehrere Rahmen (k ≥ 1) von Detektionsdaten einer dreidimensionalen Umgebung basierend auf einem anfänglichen Detektionsfensterbereich erfasst, wobei der anfängliche Detektionsfensterbereich beispielsweise mit dem maximalen Detektionsentfernungsbereich des Lidars in Beziehung steht. Wenn die erforderliche maximale Detektionsentfernung Dmax ist, die entsprechende Flugzeit win Dmax ist, die erforderliche minimale Detektionsentfernung Dmin ist und die entsprechende Flugzeit win_Dmin ist, ist dann der anfängliche Detektionsfensterbereich [[win_Dmin, win_Dmax], wobei win_Dmin ≥ 0 und win_Dmax gleich oder kleiner als die Flugzeit sein kann, die der maximalen Detektionsentfernung entspricht, die das Lidar tatsächlich detektieren kann.
  • Zum Beispiel ist es notwendig, dass der photoelektrische Detektor eine maximale Entfernung von 30 m messen kann, d.h., die erforderliche maximale Detektionsentfernung Dmax = 30 m. Dann kann gemäß der Formel win_Dmax=2Dmax/c, wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist, die entsprechende Flugzeit win_Dmax von 200 ns berechnet werden. Wenn das System win_Dmin auf 0 voreinstellt, ist der anfängliche Detektionsfensterbereich [0, 200 ns].
  • 3a-3d zeigen einen Prozess zum Anpassen des Bereichs des Detektionsfensters in Schritt S103. Wie in 3a gezeigt, ist das Lidar (LiDAR) beispielsweise an der Kopfposition des Fahrzeugs installiert, um ein Ziel vor dem Fahrzeug zu detektieren. Bei der ersten Detektion ist die Flugzeit des Echos Tof_detected0. Wie in 3b gezeigt, ist die Flugzeit des Echos bei der zweiten Detektion Tof_detected1, wobei Tof_detected1 kleiner als Tof_detected0 ist, was anzeigt, dass sich das Lidar dem Ziel nähert. Wie in 3c gezeigt, ist die Flugzeit des Echos bei der dritten Detektion Tof_detected2, wobei Tof_detected2 kleiner als Tof_detected1 ist, was darauf hinweist, dass sich das Lidar dem Ziel weiter nähert.
  • Basierend auf den Daten der ersten drei Detektionen kann vorhergesagt werden, dass die Flugzeit des Echos während der vierten Detektion Tof_predicted ist. Zum Beispiel können die Bewegungsgeschwindigkeit und -richtung des Ziels relativ zu dem Fahrzeug (Lidar) basierend auf den Daten der ersten drei Detektionen berechnet werden, und dann wird die Position des Ziels (zumindest einschließlich Entfernung und Orientierung) zum Zeitpunkt der vierten Detektion basierend auf dem Zeitintervall zwischen der vierten Detektion und der dritten Detektion vorhergesagt, und dann wird die Flugzeit Tof_predicted entsprechend der Position berechnet. In Schritt S103 wird die Mittelposition des entsprechenden Detektionsfensters auf Tof_predicted eingestellt, und der Bereich des entsprechenden Detektionsfensters wird auf [Tof_predicted-ΔT, Tof_predicted+ΔT] eingestellt, wobei das ΔT ein Zeitfenster ist, das ein voreingestellter Wert sein kann oder im Zusammenhang mit der Größe und/oder Geschwindigkeit des Hindernisses steht.
  • Der Wert von ΔT kann je nach Situation eingestellt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ΔT basierend auf Erfahrungen oder Simulationsergebnissen auf einen festen Wert voreingestellt werden. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ΔT gemäß der Vorhersage des Hindernisses bestimmt. Zum Beispiel, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit des Hindernisses langsam ist (die Geschwindigkeit ist kleiner als ein Schwellenwert) und keine schnelle Änderung auftritt, kann ein kleineres Detektionsfenster verwendet werden, und ΔT kann kleiner eingestellt werden; Wenn vorhergesagt wird, dass sich das Hindernis schneller bewegt, sollte ein größeres Detektionsfenster gegeben werden, und ΔT kann größer eingestellt werden; Wenn die Unsicherheit der Vorhersage des Hindernisses hoch ist, das heißt, die Geschwindigkeit der Bewegung des Hindernisses kann nicht genau bestimmt werden, sollte ein großes Detektionsfenster festgelegt werden. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Wert von ΔT mit der Größe des Hindernisses in Beziehung stehen, und wenn die Größe des Hindernisses groß ist, kann ΔT auch größer eingestellt werden; Wenn die Größe des Hindernisses klein ist, kann ΔT kleiner eingestellt werden. Dadurch nimmt das ΔT zu, wenn die Größe und/oder Geschwindigkeit des Hindernisses zunimmt. Die Einstellung von ΔT kann sich auch auf andere Faktoren beziehen, so lange der Wert von ΔT bewirkt, dass das Hindernis (mindestens ein Detektionspunkt) im nächsten Rahmen in dem vorhergesagten Fenster erscheint, vorzugsweise in der zentraleren Position des Fensters, und das gesamte Detektionsfenster nicht groß ist, und die Auswahl dieser Einstellmethoden liegt im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Entfernungsmessinformation nur basierend auf der Echoinformation in dem angepassten Detektionsfenster in Schritt S 104 berechnet, was auf verschiedene Arten verwirklicht werden kann, wie nachstehend unter Bezugnahme auf 2 im Detail beschrieben.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird bei der k+1-ten Detektion der photoelektrische Detektor innerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs eingeschaltet, und der photoelektrische Detektor wird außerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs ausgeschaltet. Das heißt, der photoelektrische Detektor wird außerhalb des Detektionsfensterbereichs ausgeschaltet, und keine Detektion wird durchgeführt, bis die betreffende Detektion endet. Bei der nächsten Detektion wird der Detektionsfensterbereich gemäß dem vorhergesagten Detektionsergebnis weiter angepasst, und dann wird der entsprechende photoelektrische Detektor gemäß dem Detektionsfensterbereich eingeschaltet oder ausgeschaltet. Wenn der Laser, der der Detektionseinheit 221-1 entspricht, einen Detektionslaserstrahl emittiert (dieser Zeitpunkt kann als der Zeitpunkt des Beginns des Detektionsfensters verwendet werden oder die Beginnzeit kann um eine bestimmte Zeit vorverlegt werden), wie in 2 g gezeigt, wird der photoelektrische Detektor (Einzelphotonen-Lawinendiode SPAD) innerhalb der Detektionseinheit 221-1 nur im Bereich des angepassten Detektionsfensters eingeschaltet, so dass die Detektionseinheit 221-1 nur das Echo empfängt und in ein elektrisches Signal umwandelt, das von dem Zeitdigital-Wandler TDC empfangen wird, und die Echoempfangszeit oder die Flugzeit wird berechnet. Durch die vorliegende Ausführungsform kann der Stromverbrauch des Lidars reduziert werden.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden bei der k+1-ten Detektion der photoelektrische Detektor und der Zeitdigital-Wandler immer eingeschaltet, und der Speicher speichert nur die Detektionsdaten, die von dem Zeitdigital-Wandler innerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs ausgegeben werden. Daher kann in der vorliegenden Ausführungsform der photoelektrische Detektor immer eingeschaltet werden, die Detektion wird stets durchgeführt, und der Zeitdigital-Wandler wird immer eingeschaltet, aber der Speicher speichert nur Detektionsdaten, die sich auf das Hindernis beziehen. Unter Bezugnahme auf 2 wird, wenn der Laser, der der Detektionseinheit 221-1 entspricht, einen Detektionslaserstrahl emittiert, der photoelektrische Detektor (Einzelphotonen-Lawinendiode SPAD) innerhalb der Detektionseinheit 221-1 immer in einem eingeschalteten Zustand gehalten, und das empfangene optische Signal wird in ein elektrisches Signal umgewandelt und durch einen Zeitdigital-Wandler verarbeitet, aber nur die Daten, die von dem Zeitdigital-Wandler innerhalb des Bereichs des angepassten Detektionsfensters ausgegeben werden, werden in dem Speicher gespeichert. Durch die vorliegende Ausführungsform speichert der Speicher nur Detektionsdaten, die sich auf Hindernisse beziehen, und Daten, die über den Bereich des angepassten Detektionsfensters hinausgehen, d.h. Detektionsdaten, die von der vorhergesagten Flugzeit abweichen, werden nicht gespeichert oder verarbeitet, wodurch die Daten reduziert und die Speicheranforderungen gesenkt werden, womit die Rechenanforderungen reduziert werden, ohne den photoelektrischen Detektor häufig ein- und ausschalten zu müssen, wodurch die Komplexität der Steuerung verringert wird.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird bei der k+1-ten Detektion photoelektrische Detektor immer eingeschaltet gehalten und der Zeitdigital-Wandler wird nur innerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs eingeschaltet. Das heißt, der photoelektrische Detektor kann stets eingeschaltet bleiben und Detektionen durchführen, und der Zeitdigital-Wandler wird nur innerhalb des Bereichs des angepassten Detektionsfensters eingeschaltet. Wenn der Laser, der der Detektionseinheit 221-1 entspricht, einen Detektionslaserstrahl emittiert, wird der photoelektrische Detektor (Einzelphotonen-Lawinendiode SPAD) innerhalb der Detektionseinheit 221-1 immer innerhalb des Bereichs des anfänglichen Detektionsfensters in einem eingeschalteten Zustand gehalten, und das empfangene optische Signal wird in ein elektrisches Signal umgewandelt, aber der Zeitdigital-Wandler TDC wird nur innerhalb des Bereichs des angepassten Detektionsfensters eingeschaltet, wie in 2 gezeigt. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann durch Ausschalten des Zeitdigital-Wandlers der Stromverbrauch des Lidars reduziert werden.
  • In den obigen drei Ausführungsformen wird durch Einschalten des photoelektrischen Detektors innerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs, Speichern nur der Ausgabe des Zeitdigital-Wandlers innerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs und Einschalten des Zeitdigital-Wandlers TDC innerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs die Echoinformation innerhalb des angepassten Detektionsfensters für die nachfolgende Berechnung der Entfernungsinformation erhalten.
  • Wenn das Vorhersageergebnis der k+1-ten Detektion in Schritt S103 genau ist, kann bei der der k+1-ten Detektion immer noch das Hindernis erfasst und die Entfernungsmessinformation an dem darauf fallenden Detektionspunkt berechnet werden. Wenn jedoch aus anderen Gründen bei der k+1-ten Detektion kein gültiges Ziel detektiert wird (d.h. kein effektives Echo empfangen wird), d.h. wenn das Hindernis nicht innerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs detektiert wird, wird der Fensterbereich der k+2-ten Detektion auf den anfänglichen Detektionsfensterbereich wiederhergestellt, wodurch sichergestellt wird, dass das Lidar die Echoinformation bei der k+2-ten Detektion nicht verpasst. Wenn ein effektives Ziel (d.h. ein effektives Echo wird empfangen) in der k+1-ten Detektion detektiert wird, können die Schritte S102, S103 und S104 wiederholt werden, um den Bereich des Detektionsfensters zum Zeitpunkt der k+2-ten Detektion anzupassen und Detektionen durchzuführen.
  • Durch die obigen Schritte werden die Detektionsdaten der k+1-ten Detektion basierend auf den Detektionsdaten der ersten k Detektionen vorhergesagt, und dann wird der Detektionsfensterbereich zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion angepasst, und das Echo innerhalb des Detektionsfensterbereichs wird verarbeitet und die Entfernungsmessinformation wird berechnet. Weiter können die Detektionsdaten zum Zeitpunkt der k+2-ten Detektion basierend auf den Detektionsdaten der vorherigen mehreren Rahmen (z. B. der ersten 2 Rahmen, d.h. der k-ten und der k+1-ten Detektionen) weiter vorhergesagt werden, und dann wird der Detektionsfensterbereich zum Zeitpunkt der k+2-ten Detektion angepasst, und die Echos innerhalb des Detektionsfensterbereichs werden verarbeitet und berechnet, und die Schritte S102-S104 werden bis zum Ende der Messung wiederholt.
  • Vorzugsweise kann für Flächenarray-Transceiver-Systeme die Arbeit der Vorhersage von Entfernungsänderungen durch einen externen oberen Computer mit einer stärkeren Rechenleistung verarbeitet werden und die Vorhersage kann in Kombination mit Modulen durchgeführt werden, die in der Lage sind, einen Zielverfolgungsmechanismus zu implementieren, wodurch ein intelligenteres Auswahldetektionsfenster in der gesamten Umgebungsszene ausgewählt wird, um den Stromverbrauch effektiver zu reduzieren.
  • 4 stellt eine Draufsicht der Szene einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. C1, C2 und C3 sind Autos und C4 ist ein großer Lastkraftwagen. Während der Vorwärtsfahrt fällt C4 in das Detektionsfeld des Lidars von C1. Zuerst erfasst das Lidar mehrere Rahmen von Detektionsdaten für die dreidimensionale Umgebung (z. B. 3 oder mehr Rahmen, 2 Rahmen sind schematisch in 4 gezeigt), und die Position von C4 bei dem vierten Rahmen wird basierend auf den Detektionsdaten der ersten drei Rahmen vorhergesagt. Dabei können die relativen Geschwindigkeiten von C1 und C4, die Entfernung und das Reflexionsvermögen von C4 basierend auf den Detektionsdaten der ersten drei Rahmen erhalten werden. Wenn die Entfernung (oder Position) von C4 bei dem vierten Rahmen vorhergesagt wird, kann C4 als Ganzes vorhergesagt werden, so dass Punkte, die zu C4 gehören, in der Punktwolke der ersten drei Rahmen identifiziert werden können. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Feststellung basierend auf der Reflexionsvermögensdifferenz oder der Entfernungsdifferenz benachbarter Punkte durchgeführt werden. In einem Rahmen sollten die Reflexionsvermögen benachbarter Punkte, die zu demselben Objekt gehören, normalerweise nahe beieinander sein (die Differenz ist kleiner als der Schwellenwert). Wenn sich die Reflexionsvermögen benachbarter Punkte drastisch verändern, kann gefolgert werden, dass die beiden Punkte nicht zu demselben Objekt gehören. Alternativ dazu kann auch eine Feststellung anhand des Abstands zwischen benachbarten Punkten in der Punktwolke erfolgen. Wenn zwei benachbarte Punkte zu demselben Objekt gehören, ist der Abstand zwischen den beiden benachbarten Punkten relativ gering (der Abstand ist kleiner als ein Schwellenwert), und wenn sich der Abstand benachbarter Punkte abrupt verändert, kann gefolgert werden, dass die beiden Punkte nicht zu demselben Objekt gehören. Zusätzlich kann anhand des Reflexionsvermögens und der Entfernung benachbarter Punkte festgestellt werden, ob die beiden zu demselben Objekt gehören.
  • Auf diese Weise können die Kontur von C4 und die Orientierung im Sichtfeld (z. B. die dreidimensionalen Koordinaten der einzelnen Punkte in der Punktwolke) grob bestimmt werden, und dann wird die Orientierung von C4 im Sichtfeld bei dem vierten Rahmen basierend auf der relativen Geschwindigkeit von C4 und C1 vorhergesagt. Die Bildratengeschwindigkeit der Lidardetektion und die Beziehung der relativen Geschwindigkeit zwischen C1 und C4 wirken sich auf den Abweichungswert der vorhergesagten Orientierung aus. In dem vierten Rahmen wird der Bereich des Detektionsfensters gemäß mindestens einem Punkt, der C4 entspricht, angepasst, und die Detektion wird nur innerhalb des Abstandsbereichs mit Hindernissen durchgeführt, wodurch der Speicherplatz eingespart wird, die Rechenanforderungen reduziert werden oder der Stromverbrauch eingespart wird und das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert wird.
  • Eine Einzelphotonen-Lawinendiode (Single Photon Avalanche Diode, SPAD) ist eine Lawinen-Photodiode (Avalanche Photo Diode, APD), die im Geiger-Modus arbeitet und eine Einzelphotonendetektion durchführen kann. Der spezifische Prozess der Photonendetektion lautet wie folgt: An eine Lawinen-Photodiode wird eine bestimmte umgekehrte Vorspannung Vbias angelegt, und Photonen, die Energie tragen, werden in den P-N-Übergang injiziert und übertragen Energie auf die Elektronen an der kovalenten Bindung, so dass die Elektronen die kovalente Bindung brechen, um ein Elektron-Loch-Paar zu bilden, das auch als photogenerierter Träger bezeichnet wird. Wenn die umgekehrte Vorspannung Vbias groß genug ist, kann der photogenerierte Träger einer Sperrschicht eine ausreichend hohe kinetische Energie erhalten, so dass die kovalente Bindung gebrochen werden kann, um mehr Elektronen-Loch-Paare zu erzeugen, wenn sie mit dem Gitter kollidiert, was auch als Kollisionsionisation bezeichnet wird. Neue Ladungsträger erzeugen weiterhin neue Kollisionsionisationen, bilden einen Ketteneffekt, der einen Lawinenmultiplikationseffekt des Ladungsträgers verursacht, womit dann ein Impulsstrom wie z.B. Im mA-Bereich erhalten wird, der so groß ist, dass er detektiert werden kann, wodurch die Detektion eines einzelnen Photons realisiert wird. Die Photonendetektionseffizienz (Photon Detection Efficiency, PDE) ist ein wichtiger Parameter von SPAD und charakterisiert die durchschnittliche Wahrscheinlichkeit, dass Photonen nach dem Eintritt in SPAD Lawinen anregen und detektiert werden können. Sie kann durch die folgende Formel 1 ausgedrückt werden: PDE = ε geo * QE * ε trigger
    Figure DE112022003576T5_0001
  • Dabei charakterisiert εgeo den geometrischen Füllfaktor, QE charakterisiert die Quanteneffizienz, nämlich die Wahrscheinlichkeit, ein Elektron-Loch-Paar zu erzeugen, und etrigger charakterisiert die Wahrscheinlichkeit, dass das Elektron-Loch-Paar eine Lawine weiter anregt.
  • Gleichzeitig repräsentiert PDE auch die Fähigkeit von SPAD, Einzelphotonensignale zu detektieren, und kann wie folgt ausgedrückt werden: die Anzahl der detektierten Photonen/die Gesamtzahl der einfallenden Photonen.
  • Um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern, wird für Entfernungsmessgeräte, die SPADs-Arrays verwenden, üblicherweise das zeitabhängige Einzelphotonenzählverfahren (TCSPC, Time correlated single photon counting) zur Entfernungsmessung verwendet. Die Grundidee der Messung der Photonenzeitinformation besteht darin, das Photon als ein zufälliges Ereignis zu betrachten und das Photon nach wiederholten Messungen mehrerer Zyklen zu zählen. Mit anderen Worten kann u.a. ein Photonenzahlhistogramm, das durch mehrere Scans (sweep) erhalten wird, verwendet werden, um die genaue Flugzeit der betreffenden Flugzeitmessung zu berechnen, wodurch die Entfernung des Ziels berechnet und somit ein Punkt in der Punktwolke erhalten wird.
  • Wenn bei der Detektion eines Lidars eine Detektoranordnung, die aus Einzelphotonen-Lawinendioden SPAD(s) besteht, als Beispiel genommen wird, da SPAD im Geiger-Modus arbeitet, kann der Lawineneffekt durch ein einzelnes Photon ausgelöst werden, so dass er anfällig für Umgebungslichtrauschen ist; andererseits hat SPAD(s) eine geringe Photonendetektionseffizienz PDE für das üblicherweise verwendete Detektionslichtwellenband von Lidar, und die Signalintensität, die durch eine einzelne Detektion erhalten wird, ist relativ schwach. Wie in 5 gezeigt, kann der Fall sein, dass für jeden Punkt während eines Detektionsabtastvorgangs nur wenige Auslösungen innerhalb des Detektionszeitfensters auftreten (zwei Auslösungen in 5), und es ist unmöglich zu unterscheiden, ob die Auslösung durch das vom Ziel reflektierte Echosignal oder durch Umgebungslichtrauschen erfolgt. Um die Fernmessleistung und das Signal-Rausch-Verhältnis des Lidars zu verbessern, wie in 5 gezeigt, kann das Lidar während einer Detektion (oder Messung) an einem beliebigen Zielpunkt desselben Sichtfeldbereichs mehrere wiederholte Detektionsscans (sweep, die Anzahl der Wiederholungen kann 400-500 oder mehr oder weniger betragen) durchführen, und durch Akkumulieren der Ergebnisse mehrerer Detektionsscans (sweep) wird ein Histogramm erhalten und die Entfernung wird durch weitere Berechnung und Verarbeitung des Histogramms gemessen, um die Entfernungs- und Reflexionsvermögensinformation eines Punktes auf der Lidarpunktwolke zu erhalten.
  • Für jeden Detektionsscan löst eine Steuerung des Lidars die Lichtquelle eines Sendeendes aus und steuert diese zum Zeitpunkt 11, um einen Lichtimpuls zur Detektion zu emittieren, und zeichnet den Sendezeitpunkt t1 auf. Der Lichtimpuls tritt auf ein externes Hindernis, wird von dem Hindernis reflektiert und kehrt zu dem Lidar zurück und wird von dem photoelektrischen Detektor am Empfangsende zu dem Zeitpunkt t2 empfangen. Wenn der photoelektrische Detektor ein SPAD(s)-Array ist, kann Umgebungslicht auch dazu führen, dass bei dem SPAD eine Lawine ausgelöst wird. Sobald die SPAD das Photon empfängt, wird ein Lawinen-Signal erzeugt, das an einen Zeitdigital-Wandler TDC übertragen wird, das Zeitsignal der Auslösung der SPAD und das Signal der Anzahl zu demselben Zeitpunkt t2 ausgelöster SPADs (dies ist der Fall, wenn ein Pixel mehrere SPADs enthält, wenn ein Pixel nur 1 SPAD enthält, gibt es kein solches Anzahlsignal, und zwei Zuständen, nämlich ausgelöst und nicht ausgelöst, sind vorhanden). Der nachfolgende Speicher speichert einen Zeitstempel timestamp, der durch Subtrahieren des Sendezeitpunkts t1 von dem Auslösezeit t2 der SPAD erhalten wird (in Bezug auf die Zeitinformationen, die durch die Abszissenachse in 5 und 6 angegeben werden) und die Anzahl der Auslösungen (im Folgenden als cnt bezeichnet) unter dem Zeitstempel timestamp.
  • Die Anzahl der Auslösungen cnt, die durch jeden Detektionsscan erhalten werden, wird gemäß dem Zeitstempel timestamp in der entsprechenden Speicherposition gespeichert. Wenn eine neue Anzahl der Auslösungen cnt an der entsprechenden Position eines bestimmten Zeitstempels timestamp ankommt, wird der ursprünglich gespeicherte Wert mit der neuen Anzahl der Auslösungen cnt akkumuliert und dann auf die Position aktualisiert. Die Daten, die in dem Speicher nach der Überlagerung mehrerer Detektionsscans gespeichert sind, bilden ein Histogramm, wie in 6 gezeigt, das die Summe der Anzahl der Auslösungen cnt widerspiegelt, die verschiedenen Zeitstempeln timestamp auf der Zeitachse entsprechen, so dass die Flugzeit entsprechend dem Echosimpuls unter Verwendung des Histogramms berechnet wird und dann das Entfernungsmessergebnis erhalten wird.
  • Daher führt das Lidar gemäß dem obigen Ausführungsbeispiel bei der Messung der Entfernungs- oder Reflexionsvermögensinformation jedes Punktes innerhalb eines Sichtfeldbereichs tatsächlich mehrere Detektionsscans (mehrere Sende-Empfangszyklen) durch, und die Anzahl der Scans kann von Dutzenden bis Hunderten von Scans reichen, und mehrere Scans werden an jedem Punkt innerhalb eines Sichtfeldbereichs in einer Zeitperiode durchgeführt, und die Kurve der Intensitätsinformation, die der Detektor in der gleichen Zeitinformation in mehreren Scans empfängt, wird als die Intensitätsinformations-Zeitinformationskurve überlagert. Zum Beispiel, wie in 5 gezeigt, empfängt jeder Scan beim ersten, zweiten, ..., i-ten Scan nur eine sehr begrenzte Anzahl von Echos oder Photonen, aber nachdem die Detektionsergebnisse der i Scans überlagert wurden, wird ein Histogramm der Photonenzahl erhalten, das während der Zeit eines Flugs des Sichtfeldbereichs gemessen wird, wie in 6 gezeigt, wobei die Skala der Abszisse Zeitinformation ist und die Skalenbreite auf der Zeitachse typischerweise gleich der Auflösung des Zeitdigital-Wandlers im Lidar ist, d.h. der Auflösung der Detektionszeit des Lidars.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird zwischen „Messung“ (oder „Detektion“) und „Detektionsscan“ (oder „Scan“) unterschieden. Konkret entspricht eine „Messung“ der Flugzeitmessung eines bestimmten Sichtfeldbereichs innerhalb einer Detektionsperiode des Lidars (d.h. innerhalb einer Periode, in der ein Rahmen von Punktwolke erzeugt wird), um einen oder mehrere (eine Spalte oder mehrere Spalten oder ein Stück) „Punkte“ in einem Rahmen von Punktwolkenkarte zu erzeugen, und nach Abschluss aller Messungen des Sichtfeldbereichs wird eine vollständige Punktwolke erhalten; „Detektionsscan“ bezieht sich auf den Prozess, bei dem ein Laser in einem Detektionskanal während eines Messvorgangs eine Sendung vervollständigt und der Detektor den entsprechenden Empfang vervollständigt. Eine „Messung“ kann einen „Detektionsscan“ oder mehrere, z. B. Hunderte von „Detektionsscans“ an demselben Zielpunkt umfassen.
  • Um das Signal-Rausch-Verhältnis weiter zu verbessern, kann vorzugsweise für eine „Messung“ (einschließlich m Detektionsscans = x + y) an einem beliebigen Punkt auch ein Laser mit vollem Sichtfeld bei den ersten x Detektionen eingeschaltet werden, während bei letztere y Detektionen lediglich der Laser in dem Sichtfeld mit Hindernissen, wie in 7 gezeigt, eingeschaltet wird. 7a zeigt insgesamt m Detektion (z. B. 400), 7b zeigt den Fall, bei dem der Laser mit vollem Sichtfeld bei den ersten x (z. B. 300) Detektionen eingeschaltet wird und nur der Bereich des Sichtfeldes, der den grünen Punkten entspricht, ein Hindernis hat. 7c zeigt den Fall, bei dem nur den Laser, der mit grünen Punkten dargestellt ist, bei der letzteren y (beispielsweise 100) Detektionen eingeschaltet wird.
  • In ähnlicher Weise können bei der Detektion eines Punktes in jedem Rahmen von Punktwolke mehrere wiederholte Detektionsscans durchgeführt werden. Für die Detektion dieses Punktes können nur Hindernisdaten fein gespeichert werden, das ursprüngliche Signal kann komprimiert werden, während die Wellenform des ursprünglichen Signals gespeichert wird, ein geringerer Speicherplatz verwendet wird und eine höhere Entfernungsmessfähigkeit erhalten wird. Unter Bezugnahme auf 8 werden die ersten 300 Detektionen in dem anfänglichen Detektionsfenster durchgeführt, um den ersten Satz von Detektionsdaten zu erhalten; Dann werden innerhalb des Detektionsfensters mit Hindernissen die letzteren 100 Detektionsscans durchgeführt, um einen zweiten Satz von Detektionsdaten zu erhalten. Der erste Satz von Detektionsdaten wird grob gespeichert, und der zweite Satz von Detektionsdaten wird fein gespeichert.
  • Für die Detektionsdaten, die durch mehrere wiederholte Detektionsscans erhalten werden, werden das Datenverarbeitungsverfahren und das Speicherverfahren wie folgt verwendet:
    • Durch das in 2 gezeigte Detektionsmodul 22 wählt die Steuerung des Lidars für einen Detektionsscan einen Teil der Detektionseinheiten 221 (eine Zeile oder eine Spalte oder eine beliebige Form von Interesse) aus, indem der SPAD eine hohe Spannung zugeführt wird, und sendet dann ein synchrones Signal, um den Laser am Sendeende zu benachrichtigen, dass er Licht emittieren kann, und der Laser am Sendeende sendet zum Zeitpunkt ta (a steht für den a-ten Scan) einen Lichtimpuls zum Detektieren, der auf ein externes Hindernis trifft, von dem Hindernis reflektiert wird und zu dem Lidar zurückkehrt und kann von dem photoelektrische Detektor am Empfangsende empfangen werden kann. Wenn der photoelektrische Detektor ein SPAD(s) -Array ist, wird, sobald der SPAD ein Photon empfängt, ein elektrisches Lawinen-Signal erzeugt, das an den TDC übertragen wird, das ein Zeitsignal t1a der Auslösung der SPAD und ein Anzahlsignal cnt1a (hier bedeutet 1a die erste Auslösung des a-ten Detektionsscans) gleichzeitig ausgelöster SPADs ausgibt. Durch eine Subtraktion wird die Auslösezeit timestamp1a von t1a-ta (im Folgenden tp1a genannt) berechnet, um die Signale tp1a und die Anzahl cnt1a der Auslösungen zu diesem Zeitpunkt zu übertragen und im Speicher zu speichern. Eine Detektionseinheit 221 enthält eine Vielzahl von SPADs, und SPAD kann nach der Totzeit erneut eine Detektion durchführen, so dass in einem Detektionsscan eine SPAD-Auslösung zu einem anderen Zeitpunkt auftreten kann, und der Speicher speichert die tp2a und cnt2a dieser Auslösung (2a bedeutet die zweite Auslösung des a-ten Detektionsscans). Mehrere Auslösungen in einem Detektionsscan müssen nach Zeitinformationen gespeichert werden.
  • Bei dem nächsten Detektionsscan b sendet die Steuerung des Lidars erneut ein Signal gemäß dem voreingestellten Programm, um das Sendeende zu steuern, um einen Detektionslichtimpuls zum Zeitpunkt tb auszugeben. Sobald die SPAD das Photon empfängt, wird ein Lawinen-Signal an den TDC übertragen, das ein Zeitsignal t1b der Auslösung der SPAD und ein Anzahlsignal cnt1b (die erste Auslösung der b-ten Detektion) gleichzeitig ausgelöster SPADs ausgibt. Der nachfolgende Speicher speichert die Auslösezeit timestamp1b der SPAD-Auslösezeit t1b-tb (im Folgenden als tp1b bezeichnet) und das Signal der Auslösungsanzahl cnt1b der Auslösezeit. Eine Detektionseinheit 221 enthält eine Vielzahl von SPADs, und die SPAD kann nach der Totzeit erneut eine Detektion durchführen, so dass in einem Detektionsscan eine SPAD-Auslösung zu einem anderen Zeitpunkt auftreten kann, und der Speicher speichert tp2b und cnt2b dieser Auslösung.
  • Bei Hunderten von Detektionsscans wird die Anzahl der Auslösungen cnt, die durch jeden Detektionsscan erhalten werden, gemäß der Auslösungszeit timestamp in der entsprechenden Speicherposition gespeichert. Wenn eine neue Anzahl der Auslösungen cnt an der entsprechenden Position des gleichen Auslösezeitpunkts timestamp ankommt, wird der ursprünglich gespeicherte Wert mit der neuen Auslösungsanzahl cnt akkumuliert und dann auf die Position aktualisiert. Ein Histogramm wird in dem Speicher gespeichert, nachdem die n Detektionsscans überlagert sind, wie in 6 gezeigt, und das Histogramm spiegelt die Summe der Auslösungsanzahl cnt wider, die verschiedenen Auslösungszeiten timestamp auf der Zeitachse entspricht. Somit wird mittels des Histogramms der Schwerpunkt oder die Vorderflankenzeit berechnet, um Zeitinformationen, die dem Echo entsprechen, zu erhalten und als Flugzeit für die Entfernungsberechnung zu verwenden, um somit einen Punkt auf der Punktwolke zu erzeugen.
  • In dem Datenspeicherverfahren von 9 ist die Abszisse die Zeit t und das Skalenintervall der Abszisse ist die Zeitauflösung des TDC, und jede Zeitskala entspricht einer Speicherposition R (Register). Zum Beispiel tritt bei einem Detektionsscan a eine SPAD-Auslösung an der Zeitskala 0 auf, und die Auslösezeit tp1 (Auslösezeit - Sendezeit) und die Auslösungsanzahlinformation cnt1a werden gemäß der Sendezeit und der durch den TDC übermittelten Auslösungszeit berechnet, und cnt1a wird an der Speicherposition R1 gespeichert, die der tpi-Zeit entspricht; Wenn an der Zeitskala 4 eine SPAD-Auslösung auftritt, werden die Zeitinformationen tp5 und cnt5a erhalten, und cnt5a wird an der Speicherposition R5 gespeichert, der tp5 entspricht. Bei einem anderen Detektionsscan b tritt auch eine SPAD-Auslösung an der Zeitskala 4 auf, und die Zeitinformationen tp5 und cnt5b werden erhalten, und cnt5b entspricht auch der Speicherposition R5, zu diesem Zeitpunkt wird cnt5a ausgelesen, und dann wird R5 auf den Wert, der der Summe von cnt5b und cnt5a entspricht, aktualisiert. a steht für den a-ten Detektionsscan, b ist der b-te Detektionsscan, und die Zahl repräsentiert die entsprechende Zeitskala und die entsprechende Speicherposition; die Speicherposition R entspricht der Zeitskala eineindeutig, und der Speicher speichert nur die Anzahl der Auslösungen cnt, und wenn die Datenverarbeitungsschaltung die Daten liest, kann die Zeit, die der Anzahl der Auslösungen cnt entspricht, gemäß der Speicherposition bekannt sein.
  • Unter Bezugnahme auf 6 und 9 wird ein Histogramm durch Akkumulation von Daten von mehreren (400-500) Detektionsscans erhalten, und die Ergebnisse von Hunderten von Detektionsscans werden in ein Histogramm überlagert, um einen Punkt in der Punktwolke zu erhalten, und die Speicherposition, die einer Zeitskala entspricht, speichert die Summe aller Auslösungsanzahlen der Auslösungen zu diesem Zeitpunkt. Obwohl eine SPAD-Auslösung nicht an jeder Zeitskala in einem Detektionsscan auftritt, wie in 5 gezeigt, werden Daten eines Histogramms durch viele Detektionsergebnisse überlagert, und es ist möglich, dass eine SPAD-Auslösung an jeder Zeitskala während eines Detektionsscan-Prozesses auftritt, so dass der Speicher entsprechende Daten empfängt. Daher muss für einen TDC jede Zeitskala eine entsprechende Speicherposition haben, und alle Auslösungszahlen cnt, die durch mehrere Detektionsscans erhalten werden, werden in einer Speicherposition gespeichert, die der Zeit entspricht, und das Zeitintervall von tp, d.h. die Auflösung des TDC erreicht die Größenordnung ps, wodurch ein Register mit einem sehr großen Raum benötigt wird.
  • Unter Verwendung eines solchen Speicher- und Entfernungsmessverfahrens erfordert das Speichern eines vollständigen Histogramms, da die Genauigkeit des Auslösezeit timestamps in der Größenordnung von ps liegt, einen großen Speicherverbrauch und einen großen Speicherplatz, wenn eine längere tof-Detektion erforderlich ist. Insbesondere um die Fernmessfähigkeit zu verbessern, ist es notwendig, die Detektionsdauer und die Anzahl der wiederholten Detektionsscans zu erhöhen, und die Anforderungen an den Speicherplatz nehmen ebenfalls zu.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung wird das ursprüngliche Signal unter Verwendung eines „gewichteten Akkumulationsdatenspeicherverfahrens“ komprimiert, während die Entfernungsgenauigkeit beibehalten wird, wodurch der Speicherplatz, der zum Speichern des Histogramms erforderlich ist, stark reduziert wird. Nachdem der ungefähre Bereich des Ziels bestimmt wurde, kann die Fenstermessung verwendet werden, um den Rechenaufwand zu reduzieren, der zum Erzeugen des Histogramms erforderlich ist, während die Sichtbarkeit des Ziels beibehalten wird, wodurch der Stromverbrauch des Systems verringert wird.
  • In 10 ist die Abszisse die Flugzeit, und das Intervall der Zeitskala der Abszisse ist beispielsweise die Zeitauflösung des Lidars, wie die Zeitauflösung des TDC, die die Größenordnung von Pikosekunden ps erreichen kann. Wie in 10 gezeigt, wird die erste Zeitskala basierend auf der Zeitauflösung des Lidars eingestellt, wie in A und A + 1 in 10 gezeigt, und die benachbarten zwei ersten Skalen überspannen ein Intervall von 16 Zeitauflösungen des Lidars. Wenn ein Photon zu einem Zeitpunkt x detektiert wird (z. B. werden eine oder mehrere SPADs in einer Detektionseinheit 221 in der in 4 gezeigten Empfangseinheit 22 ausgelöst), werden die detektierten Intensitätswerte gemäß der Gewichtung des Zeitpunkts x gespeichert. Der Zeitpunkt x gibt an, dass das Zeitintervall zwischen diesem Zeitpunkt und der benachbarten ersten Zeitskala A auf seiner linken Seite dem x-fachen der Zeitauflösung entspricht.
  • Der Fachmann kann leicht verstehen, dass aufgrund der geringen Zeitauflösung des Lidars und des großen Intervalls der ersten Zeitskala die Zeitskala, die der Zeitauflösung des Lidars entspricht, auch als „feine Skala“ bezeichnet werden kann und die erste Zeitskala auch als „grobe Skala“ bezeichnet werden kann.
  • Wie in 10 gezeigt, umfasst das Gewicht des Zeitpunkts x ein erstes Gewicht und ein zweites Gewicht, wobei das erste Gewicht mit einem Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt x und einer der benachbarten ersten Skalen im Zusammenhang steht und das zweite Gewicht mit einem Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt x und einer anderen benachbarten ersten Skala im Zusammenhang steht. Nachdem das erste Gewicht und das zweite Gewicht bestimmt wurden, wird die Intensitätsinformation gemäß dem ersten Gewicht bzw. dem zweiten Gewicht mit der ersten Zeitgenauigkeit gespeichert.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung steht das erste Gewicht mit einem Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt x und der benachbarten ersten Zeitskala A auf der linken Seite im Zusammenhang, wobei das erste Gewicht beispielsweise (16-x) ist, wobei das zweite Gewicht mit einem Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt x und der benachbarten ersten Zeitskala A + 1 auf der rechten Seite im Zusammenhang steht und das zweite Gewicht beispielsweise x ist. Daher wird der Zeitpunkt x durch sein Gewicht an zwei benachbarten groben Skalen (A, A + 1) ersetzt, wobei das Gewicht von x an der groben Skala A (16-x) ist und an der groben Skala A + 1 x ist (x kennzeichnet den Abstand von A zu diesem Zeitpunkt), um die feine Skala von x zu diesem Zeitpunkt gleichwertig darzustellen. Mit anderen Worten, durch Speichern von x als Gewicht werden die Daten an der feinen Skala auf den entsprechenden Adressen der benachbarten zwei groben Skalen gespeichert, um den Wert der Skala x darzustellen, anstatt die Skala x selbst zu speichern. Dieser Vorgang wird durch die Gleichung wie folgt dargestellt: A ∗ ( 16 − x ) + ( A + 1 ) ∗ x = A ∗ 16 + x
    Figure DE112022003576T5_0002
  • In Formel 2 ist die linke Seite des Gleichheitszeichens die gewichtete Summe der Startwert und der Endwert der groben Skala, die gemäß der groben Skala gespeichert werden, und die rechte Seite des Gleichheitszeichens ist der spezifische Wert der Auslösungszeit. Die Speichermethode durch grobe Skala + Gewicht kann den spezifischen Wert der Auslösungszeit charakterisieren.
  • Wenn das Signal, das durch Auslösung erhalten wird, zusätzlich zu der Auslösungszeit auch die Anzahl der Auslösungen cnt enthält, die Informationen wie die Anzahl oder Intensität der Auslösungen darstellen, ist die neue Intensitätsinformation auf der groben Skala A cnt * (16-x) und die neue Intensitätsinformation auf der groben Skala A + 1 ist cnt * x, die in mehreren Scans jeweils akkumuliert werden können. Eine detaillierte Beschreibung wird unter Bezugnahme auf 11 gegeben. Die feine Skala zeigt die Zeitauflösung des Zeitdigital-Wandlers TDC an. Für eine bestimmte Auslösezeit timestamp ist der Startwert der groben Skala A, und seine feine Skala entspricht der 0-15 Skala x der groben Skala.
  • Unter Bezugnahme auf 11 wird jeder groben Skala ein Register zugewiesen, und das grobe Skalenintervall der Abszisse beträgt das 16-fache der TDC-Auflösung, und jede grobe Skala entspricht einem Register. In einem Detektionsscan a tritt eine SPAD-Auslösung an der Zeitskala 0 auf, und die Zeitinformation tp1 (dementsprechend gilt x1a = 0) und die Auslösungsanzahlinformation cnt1a werden erhalten, und cnt1a* (16-x1a) wird in dem Register A gespeichert, das der groben Skala A entspricht, und cnt1a*x1a wird in dem Register A + 1 gespeichert, das der groben Skala A + 1 entspricht; An einer anderen Zeitskala 5 werden die Zeitinformation tp6 (dementsprechend gilt x6a = 5) und die Auslösungsanzahlinformation cnt6a erhalten, und die Daten, die in dem Register A gespeichert sind, das der groben Skala A entspricht, werden ausgelesen, und nach Addieren mit cnt6a* (16-x6a) in Register A gespeichert; Die Daten des Registers A + 1 entsprechend der groben Skala A + 1 werden ausgelesen und nach Addieren mit cnt6a*x6a im Register A + 1 erneut gespeichert. Innerhalb einer groben Skalenzeit (feine Skala 0 - 15) werden alle Auslösungsanzahlinformationen cnt gewichtet und mit den ursprünglichen Daten summiert und in Registern gespeichert, die den Speicherorten A und A + 1 entsprechen. Die Auslösungsanzahlinformation cnt in der nächsten groben Skalenzeit wird nach dem Anwenden des Gewichts in einem Register gespeichert, das der groben Skala A + 1 und A + 2 entspricht, zum Beispiel tritt eine SPAD-Auslösung zum Zeitpunkt 2' auf, und die Zeitinformationen tp3' und cnt3a' werden erhalten, und die Daten, die in dem Register A + 1 gespeichert sind, das der groben Skala A + 1 entspricht, werden mit cnt3a' * (16-x3a') addiert, und cnt3a' * x3a' wird in dem Register A + 2 gespeichert, das der groben Skala A + 2 entspricht.
  • Während des nächsten Detektionsscans b werden den empfangenen Signalen tp2 und cnt2b jeweils die Gewichte cnt2b* (16-x2b) und cnt2b*x2b an der groben Skala A bzw. A + 1 zugewiesen, und nach Summieren mit den ursprünglichen gespeicherten Daten in den Registern gespeichert, die den groben Skalen A bzw. A + 1 entsprechen. Ein Histogramm wird durch Akkumulation von Daten mehrerer Scans erhalten, und bei den mehreren Scans werden alle Auslösungszahlen cnt, die dem Auslösung zu dem Zeitpunkt 0 bis 15 entsprechen, in Registern gespeichert, die der groben Skala A und A + 1 entsprechen.
  • Die Vergleichsbeziehung zwischen der groben Skala und der feinen Skala ist in 12 gezeigt. Im Vergleich zu dem Schema, in dem ein Register für die Datenspeicherung an jeder feinen Skala erforderlich ist, verwendet die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein gewichtetes akkumuliertes Speicherverfahren, bei nur an der groben Skala von 0 bis n + 1 in 12 ein entsprechendes Register vorgesehen sein muss, und die Anzahl der erforderlichen Register wird auf 1/16 der ursprünglichen Anzahl reduziert. Obwohl die Positionsbreite jedes Registers erhöht wird und der belegte Platz größer wird, kann das gewichtete akkumulierte Datenspeicherverfahren den gesamten Speicherplatz auf den 1/10-Bereich des ursprünglichen Werts reduzieren, da der benötigte Speicherort stark reduziert wird.
  • In den Ausführungsformen von 10-11 ist das Zeitintervall der benachbarten ersten Zeitskala (grobe Skala) 16-mal so groß wie die Zeitauflösung (feine Skala) der Radardetektionsdaten, d.h. die Datenkompression wird unter Verwendung von 16 als Gewicht durchgeführt. Der Fachmann kann leicht verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist, wobei das Gewicht jede große positive ganze Zahl sein kann, vorzugsweise 2m und m eine positive ganze Zahl ist, wodurch die Verwirklichung in FPGA oder ASIC erleichtert wird.
  • In der obigen Ausführungsform ist das erste Gewicht (16-x), das zweite Gewicht ist x, und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Das erste Gewicht kann x sein, das zweite Gewicht ist (16-x) oder das erste Gewicht kann 1- (x/n) sein, das zweite voreingestellte Gewicht ist x/n, solange das erste Gewicht mit einem Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt x und einer der benachbarten ersten Skalen im Zusammenhang steht, und das zweite Gewicht steht im Zusammenhang mit einem Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt x und einer anderen benachbarten ersten Skala.
  • Das in 9-11 gezeigte Speicherverfahren kann auf die Speicherung des ersten Satzes von Detektionsdaten und des zweiten Satzes von Detektionsdaten in dem Datenverarbeitungsverfahren angewendet werden.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden der erste Satz von Detektionsdaten und der zweite Satz von Detektionsdaten durch die erste Speichermethode oder die zweite Speichermethode gespeichert. Konkret umfasst die erste Speichermethode das Speichern gemäß dem Gewicht der Zeitinformation mit der ersten Zeitgenauigkeit (d.h. der Genauigkeit, die der groben Skala in 10 entspricht) und die erste Zeitgenauigkeit kann als ein Vielfaches der Zeitauflösung des Lidars ausgewählt werden, wie zum Beispiel das m-fache, und m ist eine ganze Zahl größer als 1. Je kleiner der Wert von m in einem bestimmten Bereich ist, desto höher ist die Genauigkeit des Detektionsergebnisses und desto größer ist der erforderliche Rechenaufwand und Speicherplatz. Die zweite Speichermethode umfasst das Speichern gemäß der Zeitauflösung des Lidars (d.h. der feinen Skala in 12). Die Zeitauflösung des Lidars, d.h. die Zeitauflösung des TDCs, ist das minimale Zeitintervall, das identifiziert werden kann, wenn der TDC arbeitet. Mit anderen Worten, die zu messende Zeit wird durch ein Referenzsignal mit einem kleinen Zeitintervall dargestellt, und das Zeitintervall des Referenzsignals ist die Messgenauigkeit, und je kleiner der Wert ist, desto höher ist die Zeitauflösung des TDC.
  • Da bei der ersten Speichermethode das Speichern in der ersten Zeitgenauigkeit erfolgt und bei der zweiten Speichermethode das Speichern in der zweiten Zeitgenauigkeit erfolgt, ist die erste Zeitgenauigkeit niedriger als die zweite Zeitgenauigkeit, so dass die erste Speichermethode weniger Speicherplatz als die zweite Speichermethode verwendet.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der erste Satz von Detektionsdaten gemäß der ersten Speichermethode gespeichert, wobei der zweite Satz von Detektionsdaten gemäß der zweiten Speichermethode gespeichert ist. Da die erste Speichermethode weniger Speicherplatz als die zweite Speichermethode verwendet, hat der erste Satz von Detektionsdaten eine geringere Datenmenge und eine geringere Berechnungsmenge, und die Position des Ziels, die basierend auf dem ersten Satz von Detektionsdaten erhalten wird, ist ebenfalls grob.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft die erste Speichermethode ferner ein Gewicht. Das Gewicht umfasst ein erstes Gewicht und ein zweites Gewicht, wobei das erste Gewicht im Zusammenhang mit einem Zeitintervall zwischen der Zeitinformation und einer der benachbarten ersten Zeitskalen steht, wobei das zweite Gewicht im Zusammenhang mit einem Zeitintervall zwischen der Zeitinformation und einer anderen benachbarten ersten Zeitskala steht.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Lidar 20 bereit, wie in 13 gezeigt. Es umfasst eine Sendeeinheit 21, eine photoelektrische Detektionseinheit 22, eine Signalverarbeitungseinheit 23 und eine Steuerung 24. Dabei ist die Sendeeinheit 21 so konfiguriert, dass sie einen Detektionslaserstrahl zum Detektieren einer dreidimensionalen Umgebung emittieren kann. Die photoelektrische Detektionseinheit 22, deren Aufbau in 4 gezeigt ist, umfasst eine Vielzahl von photoelektrischen Detektoren 2211, die so konfiguriert sind, dass sie ein Echo von einem Hindernis empfangen und in ein elektrisches Signal umwandeln können. Die Signalverarbeitungseinheit 23 ist mit der photoelektrischen Detektionseinheit 22 gekoppelt, um das elektrische Signal zu empfangen und Entfernungsmessinformationen des Hindernisses basierend auf dem elektrischen Signal zu berechnen. Die Steuerung 24 ist mit der photoelektrischen Detektionseinheit 22 und der Signalverarbeitungseinheit 23 gekoppelt und so konfiguriert, dass sie die folgenden Aktionen ausführen kann:
    • Erfassen mehrerer Rahmen von Detektionsdaten für eine dreidimensionale Umgebung;
    • Vorhersage der Position eines Hindernisses in der dreidimensionalen Umgebung zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion zumindest basierend auf einiger der vorherigen k Rahmen von Detektionsdaten, wobei k eine ganze Zahl ist und k ≥ 1 gilt;
    • Anpassen des Bereichs des Detektionsfensters für mindestens einen Punkt an dem Hindernis gemäß der vorhergesagten Positionsinformation des Hindernisses bei der k+1-ten Detektion; und
    • wobei die Signalverarbeitungseinheit 23 konfiguriert ist, um bei der k+1-ten Detektion die Entfernungsmessinformation des mindestens einen Punktes nur basierend auf der Echoinformation innerhalb des angepassten Detektionsfensters zu berechnen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Detektionsdaten eine relative Orientierung und/oder Entfernung in Bezug auf das Lidar 20 enthalten, wobei die Aktion zum Erfassen mehrerer Rahmen von Detektionsdaten für eine dreidimensionale Umgebung Folgendes umfasst: Erfassen der k Rahmen von Detektionsdaten einer dreidimensionalen Umgebung basierend auf einem anfänglichen Detektionsfensterbereich, wobei der anfängliche Detektionsfensterbereich im Zusammenhang mit einer voreingestellten maximalen Detektionsentfernung des Lidars steht.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerung 24 so konfiguriert ist, dass sie die Position des Hindernisses zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion wie folgt vorhersagt:
    • Identifizieren des Typs des Hindernisses;
    • Berechnen der Geschwindigkeit des Hindernisses basierend auf dem Typ des Hindernisses und den vorherigen k-Rahmen von Detektionsdaten; und
    • Vorhersage der Position des Hindernisses zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion basierend auf der Geschwindigkeit des Hindernisses.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerung 24 eine Größe und/oder einen Bewegungsparameter des Hindernisses basierend auf einem Zusammenhang zwischen einer Vielzahl von Punkten in den Detektionsdaten anhand einer Zielerkennungstechnologie bestimmt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass k > 1 gilt, wobei die Steuerung 24 so konfiguriert ist, dass sie die Entfernung des Hindernisses zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion wie folgt vorhersagt:
    • Vorhersage der Position, an der sich das Hindernis zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion befindet, basierend auf der relativen Positionsänderung in den vorherigen k Detektionen des Hindernisses und dem Zeitintervall zwischen benachbarten Detektionen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerung 24 den Bereich und die Position des Detektionsfensters zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion wie folgt anpasst:
    • Erhalten einer entsprechenden vorhergesagten Flugzeit für jeden Punkt an dem Hindernis basierend auf der vorhergesagten Positionsinformation des Hindernisses;
    • Einstellen der Mittelposition des entsprechenden Detektionsfensters auf die vorhergesagte Flugzeit;
    • Einstellen des Bereichs des entsprechenden Detektionsfensters auf [vorhergesagte Flugzeit - Zeitfenster, vorhergesagte Flugzeit + Zeitfenster], wobei das Zeitfenster ein voreingestellter Wert ist oder im Zusammenhang mit der Größe und/oder Geschwindigkeit des Hindernisses steht.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Zeitfenster mit der Zunahme der Größe und/oder Geschwindigkeit des Ziels zunimmt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Lidar ferner einen Zeitdigital-Wandler 222 und einen Speicher 223 enthält, wobei der Zeitdigital-Wandler konfiguriert ist, um das elektrische Signal zu empfangen und eine Flugzeit des Echos auszugeben, wobei der Speicher die Flugzeit des Echos speichern kann,
    wobei bei der k+1-ten Detektion ein photoelektrischer Detektor 2211 des Lidars innerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs eingeschaltet wird und der photoelektrische Detektor 2211 außerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs ausgeschaltet wird. Das heißt, der photoelektrische Detektor 2211 wird außerhalb des Detektionsfensterbereichs ausgeschaltet, und keine Detektion wird durchgeführt, bis die betreffende Detektion endet. Bei der nächsten Detektion wird der Detektionsfensterbereich gemäß dem vorhergesagten Detektionsergebnis weiter angepasst, und dann wird der entsprechende photoelektrische Detektor 2211 gemäß dem Detektionsfensterbereich eingeschaltet oder ausgeschaltet. Es wird auf 4 hingewiesen. Wenn der Laser, der der Detektionseinheit 221-1 entspricht, einen Detektionslaserstrahl emittiert, wird der photoelektrische Detektor nur im Bereich des angepassten Detektionsfensters eingeschaltet, so dass der photoelektrische Detektor 2211 (Einzelphotonen-Lawinendiode SPAD) innerhalb der Detektionseinheit 221-1 nur das Echo empfängt und in ein elektrisches Signal umwandelt, das von dem Zeit-Digital-Wandler 222 empfangen wird, und die Echoempfangszeit oder Flugzeit wird berechnet. Durch die vorliegende Ausführungsform kann theoretisch der Stromverbrauch des Lidars reduziert werden.
  • Bei der k+1-ten Detektion werden der photoelektrische Detektor 2211 und der Zeitdigital-Wandler 222 immer eingeschaltet, und der Speicher 223 speichert nur Detektionsdaten, die von dem Zeitdigital-Wandler 222 innerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs ausgegeben werden, d.h. die Flugzeit des Echos des Detektionslaserstrahls an dem Hindernis. Das heißt, der photoelektrische Detektor 2211 kann immer eingeschaltet bleiben und die Detektion wird stets durchgeführt, und der Zeitdigital-Wandler 222 bleibt auch immer eingeschaltet, aber der Speicher 223 speichert nur Detektionsdaten, die sich auf das Hindernis beziehen. Unter Bezugnahme auf 4 wird, wenn der Laser, der der Detektionseinheit 221 entspricht, einen Detektionslaserstrahl emittiert, der photoelektrische Detektor (Einzelphotonen-Lawinendiode SPAD) innerhalb der Detektionseinheit 221-1 immer in einem eingeschalteten Zustand gehalten, und das empfangene optische Signal wird in ein elektrisches Signal umgewandelt und durch einen Zeitdigital-Wandler 222 verarbeitet, aber nur die Daten, die von dem Zeitdigital-Wandler 222 innerhalb des Bereichs des angepassten Detektionsfensters ausgegeben werden, werden in dem Speicher 223 gespeichert. Durch die vorliegende Ausführungsform speichert der Speicher 223 nur Detektionsdaten, die sich auf Hindernisse beziehen, und Daten, die über den Bereich des angepassten Detektionsfensters hinausgehen, d.h. Detektionsdaten, die von der vorhergesagten Flugzeit abweichen, werden nicht gespeichert oder verarbeitet, wodurch die Daten reduziert und die Speicheranforderungen gesenkt werden, womit die Rechenanforderungen reduziert werden, ohne den photoelektrischen Detektor 2211 häufig ein- und ausschalten zu müssen, wodurch die Komplexität der Steuerung verringert wird.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird bei der k+1-ten Detektion der photoelektrische Detektor 2211 immer eingeschaltet gehalten und der Zeitdigital-Wandler 222 wird nur innerhalb des ist angepassten Detektionsfensterbereichs eingeschaltet. Das heißt, der photoelektrische Detektor 2211 kann stets eingeschaltet bleiben und Detektionen durchführen, und der Zeitdigital-Wandler 222 wird nur innerhalb des Bereichs des angepassten Detektionsfensters eingeschaltet. Es wird auf 4 hingewiesen. Wenn der Laser, der der Detektionseinheit 221 entspricht, einen Detektionslaserstrahl emittiert, wird der photoelektrische Detektor 2211 (Einzelphotonen-Lawinendiode SPAD) innerhalb der Detektionseinheit 221 immer innerhalb des Bereichs des anfänglichen Detektionsfensters in einem eingeschalteten Zustand gehalten, und das empfangene optische Signal wird in ein elektrisches Signal umgewandelt, aber der Zeitdigital-Wandler 222 wird nur innerhalb des Bereichs des angepassten Detektionsfensters eingeschaltet. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann durch Ausschalten des Zeitdigital-Wandlers 222 der Stromverbrauch des Lidars reduziert werden.
  • In den obigen drei Ausführungsformen wird durch Einschalten des photoelektrischen Detektors 2211 innerhalb des angepassten Zeit Detektionsfensterbereichs, Speichern nur der von dem Zeitdigital-Wandler 222 innerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs ausgegeben Flugzeit des Echos durch den Speicher 223 und Einschalten des Zeitdigital-Wandlers 222 innerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs nur die Echoinformation innerhalb des angepassten Detektionsfensters für die nachfolgende Berechnung der Entfernungsinformation erhalten.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerung 24 so konfiguriert ist, dass der Bereich des k+2-Detektionsfensters auf den Bereich des anfänglichen Detektionsfensters eingestellt wird, wenn bei der k+1-ten Detektion kein Hindernis innerhalb des angepassten Detektionsfensters detektiert wird.
  • Durch Anpassen des Bereichs des Detektionsfensters, um die Detektionsdaten zu begrenzen, die in die nachfolgende Verarbeitung gelangen, kann der unnötige Rechenaufwand reduziert werden, oder ein Teil der photoelektrischen Detektoren 2211 oder der Zeitdigital-Wandler 222 kann außerhalb des Detektionsfensterbereichs ausgeschaltet werden, wodurch der Stromverbrauch des Lidars 20 verringert werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein computerlesbares Speichermedium bereit. Es umfasst einen computerausführbaren Befehl, der darauf gespeichert ist und das obige Entfernungsmessverfahren durchführt, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird.
  • Schließlich sollte angemerkt werden, dass bisher nur bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert wurden, die keineswegs zur Einschränkung der Erfindung dienen. Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele ausführlich beschrieben wurde, versteht sich für Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet, dass Modifikationen an den in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschriebenen technischen Ausgestaltungen oder gleichwertige Ersetzungen einiger der darin enthaltenen Merkmale möglich sind. Jegliche Modifikationen, gleichwertige Substitutionen und Verbesserungen im Rahmen der Grundideen und der Prinzipien der vorliegenden Erfindung sollen von dem Schutzumfang der Erfindung umfasst sein.

Claims (19)

  1. Entfernungsmessverfahren für ein Lidar, wobei das Entfernungsmessverfahren Folgendes umfasst: S101: Erfassen mehrerer Rahmen von Detektionsdaten für eine dreidimensionale Umgebung; S102: Vorhersage der Position eines Hindernisses in der dreidimensionalen Umgebung zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion zumindest basierend auf einiger der vorherigen k Rahmen von Detektionsdaten, wobei k eine ganze Zahl ist und k ≥ 1 gilt; S103: Anpassen des Bereichs des Detektionsfensters für mindestens einen Punkt an dem Hindernis gemäß der vorhergesagten Positionsinformation des Hindernisses bei der k+1-ten Detektion; und S104: Berechnen der Entfernungsmessinformation des mindestens einen Punktes nur basierend auf der Echoinformation innerhalb des angepassten Detektionsfensters.
  2. Entfernungsmessverfahren nach Anspruch 1, wobei die Detektionsdaten eine relative Orientierung und/oder Entfernung in Bezug auf das Lidar enthalten, wobei der Schritt S101 Folgendes umfasst: Erfassen der k Rahmen von Detektionsdaten einer dreidimensionalen Umgebung basierend auf einem anfänglichen Detektionsfensterbereich, wobei der anfängliche Detektionsfensterbereich im Zusammenhang mit einer voreingestellten maximalen Detektionsentfernung des Lidars steht.
  3. Entfernungsmessverfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt S102 Folgendes umfasst: Identifizieren des Typs des Hindernisses; Berechnen der Geschwindigkeit des Hindernisses basierend auf dem Typ des Hindernisses und den vorherigen k-Rahmen von Detektionsdaten; und Vorhersage der Position des Hindernisses zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion basierend auf der Geschwindigkeit des Hindernisses.
  4. Entfernungsmessverfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt S102 ferner Folgendes umfasst: Bestimmen einer Größe und/oder eines Bewegungsparameters des Hindernisses basierend auf einem Zusammenhang zwischen einer Vielzahl von Punkten in den Detektionsdaten anhand einer Zielerkennungstechnologie.
  5. Entfernungsmessverfahren nach Anspruch 1, wobei k > 1 gilt und der Schritt S102 Folgendes umfasst: Vorhersage der Position, an der sich das Hindernis zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion befindet, basierend auf der relativen Positionsänderung in den vorherigen k Detektionen des Hindernisses und dem Zeitintervall zwischen benachbarten Detektionen.
  6. Entfernungsmessverfahren nach einem der Ansprüche 1-5, wobei der Schritt S103 Folgendes umfasst: Erhalten einer entsprechenden vorhergesagten Flugzeit für jeden Punkt an dem Hindernis basierend auf der vorhergesagten Positionsinformation des Hindernisses; Einstellen der Mittelposition des entsprechenden Detektionsfensters auf die vorhergesagte Flugzeit und Einstellen des Bereichs des entsprechenden Detektionsfensters auf [vorhergesagte Flugzeit - Zeitfenster, vorhergesagte Flugzeit + Zeitfenster], wobei das Zeitfenster ein voreingestellter Wert ist oder im Zusammenhang mit der Größe und/oder Geschwindigkeit des Hindernisses steht.
  7. Entfernungsmessverfahren nach Anspruch 6, wobei das Zeitfenster mit der Zunahme der Größe und/oder Geschwindigkeit des Hindernisses zunimmt.
  8. Entfernungsmessverfahren nach Anspruch 7, wobei das Lidar eine Empfangseinheit umfasst, wobei die Empfangseinheit einen photoelektrischen Detektor, einen Zeitdigital-Wandler und einen Speicher umfasst, wobei der photoelektrische Detektor zum Empfangen eines Echos und zu dessen Umwandeln in ein elektrisches Signal dient, wobei der Zeitdigital-Wandler konfiguriert ist, um das elektrische Signal zu empfangen und eine Flugzeit des Echos auszugeben, wobei der Speicher die Flugzeit des Echos speichern kann, wobei der Schritt S104 ferner Folgendes umfasst: Einschalten des photoelektrischen Detektors des Lidars innerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs bei der k+1-ten Detektion und Ausschalten des photoelektrischen Detektors außerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs; oder Halten des photoelektrischen Detektors und des Zeitdigital-Wandlers immer in eingeschaltetem Zustand bei der k+1-ten Detektion, wobei der Speicher nur die Flugzeit des Echos, das von dem Zeitdigital-Wandler innerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs ausgegeben wird, speichert; oder Halten des photoelektrischen Detektors immer in eingeschaltetem Zustand bei der k+1-ten Detektion und Einschalten des Zeitdigital-Wandlers nur innerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs.
  9. Entfernungsmessverfahren nach Anspruch 1, umfassend ferner: S105: Einstellen des Bereiches des k+2-ten Detektionsfensters auf den Bereich des anfänglichen Detektionsfensters, wenn bei der k+1-ten Detektion kein Hindernis innerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs detektiert wird.
  10. Lidar, umfassend: eine Sendeeinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Detektionslaserstrahl zum Detektieren einer dreidimensionalen Umgebung emittieren kann; eine photoelektrische Detektionseinheit, die eine Vielzahl von photoelektrischen Detektoren umfasst, die so konfiguriert sind, dass sie ein Echo von einem Hindernis empfangen und in ein elektrisches Signal umwandeln kann; eine Signalverarbeitungseinheit, die mit der photoelektrischen Detektionseinheit gekoppelt ist, um das elektrische Signal zu empfangen und Entfernungsmessinformationen des Hindernisses basierend auf dem elektrischen Signal zu berechnen; und eine Steuerung, die mit der photoelektrischen Detektionseinheit und der Signalverarbeitungseinheit gekoppelt ist und so konfiguriert ist, dass sie die folgenden Aktionen ausführen kann: Erfassen mehrerer Rahmen von Detektionsdaten für eine dreidimensionale Umgebung; Vorhersage der Position eines Hindernisses in der dreidimensionalen Umgebung zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion zumindest basierend auf einiger der vorherigen k Rahmen von Detektionsdaten, wobei k eine ganze Zahl ist und k ≥ 1 gilt; und Anpassen des Bereichs des Detektionsfensters für mindestens einen Punkt an dem Hindernis gemäß der vorhergesagten Positionsinformation des Hindernisses bei der k+1-ten Detektion; wobei die Signalverarbeitungseinheit konfiguriert ist, um bei der k+1-ten Detektion die Entfernungsmessinformation des mindestens einen Punktes nur basierend auf der Echoinformation innerhalb des angepassten Detektionsfensters zu berechnen.
  11. Lidar nach Anspruch 10, wobei die Detektionsdaten eine relative Orientierung und/oder Entfernung in Bezug auf das Lidar enthalten, wobei die Aktion zum Erfassen mehrerer Rahmen von Detektionsdaten für eine dreidimensionale Umgebung Folgendes umfasst: Erfassen der k Rahmen von Detektionsdaten einer dreidimensionalen Umgebung basierend auf einem anfänglichen Detektionsfensterbereich, wobei der anfängliche Detektionsfensterbereich im Zusammenhang mit einer voreingestellten maximalen Detektionsentfernung des Lidars steht.
  12. Lidar nach Anspruch 11, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie die Position des Hindernisses zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion wie folgt vorhersagt: Identifizieren des Typs des Hindernisses; Berechnen der Geschwindigkeit des Hindernisses basierend auf dem Typ des Hindernisses und den vorherigen k-Rahmen von Detektionsdaten; und Vorhersage der Position des Hindernisses zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion basierend auf der Geschwindigkeit des Hindernisses.
  13. Lidar nach Anspruch 12, wobei die Steuerung eine Größe und/oder einen Bewegungsparameter des Hindernisses basierend auf einem Zusammenhang zwischen einer Vielzahl von Punkten in den Detektionsdaten anhand einer Zielerkennungstechnologie bestimmt.
  14. Lidar nach Anspruch 10, wobei k > 1 gilt, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie die Entfernung des Hindernisses zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion wie folgt vorhersagt: Vorhersage der Position, an der sich das Hindernis zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion befindet, basierend auf der relativen Positionsänderung in den vorherigen k Detektionen des Hindernisses und dem Zeitintervall zwischen benachbarten Detektionen.
  15. Lidar nach einem der Ansprüche 10-14, wobei die Steuerung den Bereich und die Position des Detektionsfensters zum Zeitpunkt der k+1-ten Detektion wie folgt anpasst: Erhalten einer entsprechenden vorhergesagten Flugzeit für jeden Punkt an dem Hindernis basierend auf der vorhergesagten Positionsinformation des Hindernisses; Einstellen der Mittelposition des entsprechenden Detektionsfensters auf die vorhergesagte Flugzeit; Einstellen des Bereichs des entsprechenden Detektionsfensters auf [vorhergesagte Flugzeit - Zeitfenster, vorhergesagte Flugzeit + Zeitfenster], wobei das Zeitfenster ein voreingestellter Wert ist oder im Zusammenhang mit der Größe und/oder Geschwindigkeit des Hindernisses steht.
  16. Lidar nach Anspruch 15, wobei das Zeitfenster mit der Zunahme der Größe und/oder Geschwindigkeit des Hindernisses zunimmt.
  17. Lidar nach Anspruch 16, wobei das Lidar ferner einen Zeitdigital-Wandler und einen Speicher enthält, wobei der Zeitdigital-Wandler konfiguriert ist, um das elektrische Signal zu empfangen und eine Flugzeit des Echos auszugeben, wobei der Speicher die Flugzeit des Echos speichern kann, wobei bei der k+1-ten Detektion ein photoelektrischer Detektor des Lidars innerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs eingeschaltet wird und der photoelektrische Detektor außerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs ausgeschaltet wird; oder bei der k+1-ten Detektion der photoelektrische Detektor und der Zeitdigital-Wandler immer eingeschaltet gehalten werden, und der Speicher nur die Flugzeit des Echos, das von dem Zeitdigital-Wandler innerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs ausgegeben wird, speichert; oder bei der k+1-ten Detektion der photoelektrische Detektor immer eingeschaltet gehalten wird und der Zeitdigital-Wandler nur innerhalb des angepassten Detektionsfensterbereichs eingeschaltet wird.
  18. Lidar nach Anspruch 10, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass der Bereich des k+2-Detektionsfensters auf den Bereich des anfänglichen Detektionsfensters eingestellt wird, wenn bei der k+1-ten Detektion kein Hindernis innerhalb des angepassten Detektionsfensters detektiert wird.
  19. Computerlesbares Speichermedium, umfassend einen darauf gespeicherten, computerausführbaren Befehl, wobei der ausführbare Befehl das Entfernungsmessverfahren nach einem der Ansprüche 1-9 durchführt, wenn er von einem Prozessor ausgeführt wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115933752B (zh) * 2023-02-16 2023-06-06 杭州硬十科技有限公司 一种基于ai的无人机动态避障预测控制方法
CN118566932A (zh) * 2023-02-28 2024-08-30 上海禾赛科技有限公司 集成的光探测和数据处理装置、激光雷达及其探测方法
CN116755057B (zh) * 2023-08-21 2024-01-16 深圳市速腾聚创科技有限公司 参数配置方法、装置及计算机可读存储介质

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3646057A1 (de) * 2017-06-29 2020-05-06 Apple Inc. Flugzeittiefenkartierung mit parallaxkompensation
JP6874714B2 (ja) * 2018-02-22 2021-05-19 株式会社豊田中央研究所 光検出器及び光学測距装置
CN110609293B (zh) * 2019-09-19 2022-05-27 深圳奥锐达科技有限公司 一种基于飞行时间的距离探测系统和方法
CN111812661A (zh) * 2020-06-22 2020-10-23 深圳奥锐达科技有限公司 一种距离测量方法及系统

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