EP4010737A1 - Lidar-messsystem mit zwei lidar-messvorrichtungen - Google Patents

Lidar-messsystem mit zwei lidar-messvorrichtungen

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EP4010737A1
EP4010737A1 EP20734357.5A EP20734357A EP4010737A1 EP 4010737 A1 EP4010737 A1 EP 4010737A1 EP 20734357 A EP20734357 A EP 20734357A EP 4010737 A1 EP4010737 A1 EP 4010737A1
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EP
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lidar measuring
view
field
measuring device
lidar
Prior art date
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Pending
Application number
EP20734357.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Beuschel
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Microvision Inc
Original Assignee
Ibeo Automotive Systems GmbH
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
    • G01S7/4972—Alignment of sensor

Definitions

  • the present invention relates to a lidar measuring system for detecting an object in the surroundings of a vehicle.
  • the present invention also relates to a vehicle with a lidar measuring system and a method for detecting an object in the vicinity of a vehicle.
  • Modern vehicles have a large number of sensors that provide the driver with information and control individual functions of the vehicle partially or fully automatically.
  • the surroundings of the vehicle and other road users are recorded via sensors. Based on the recorded data, a model of the vehicle environment can be generated and changes in this vehicle environment can be reacted to.
  • Lidar technology is an important sensor principle for detecting the surroundings.
  • a lidar sensor is based on the emission of light signals and the detection of the reflected light.
  • a distance to the point of reflection can be calculated using a transit time measurement. It is also possible to determine a relative speed. Both unmodulated pulses and frequency-modulated signals (chirps) can be used here.
  • a target can be detected by evaluating the reflections received.
  • scanning and non-scanning systems A scanning system is mostly based on micromirrors and a scanning of the surroundings with a light spot, whereby one speaks of a coaxial system when the transmitted and received light pulses are deflected by the same micromirror.
  • several transmitting and receiving elements are arranged statically next to one another (in particular so-called focal plane array arrangement).
  • WO 2018/127789 A1 discloses lidar systems and methods for detecting and classifying objects.
  • the lidar system can detect one or more surface angles of an object based on one or more temporal distortions in reflected signals.
  • the lidar system can be based on objects on reflective fingerprints, surface angle fingerprints, or other measured properties. Other measured properties can include the surface composition of an object, the ambient lighting, detection differences between several sampling times and confidence values of several detection characteristics.
  • lidar systems One challenge in the area of lidar systems is the detection of small, dark and / or distant objects, with objects lying on the roadway being particularly relevant. For example, tires, dead animals or lost items of cargo must be recorded at distances of over 100 m, if possible.
  • a scanning lidar sensor with a resolution or a spot spacing of 0.1 ° in both horizontal and vertical directions often already has difficulties in detecting a tire lying on the road at a distance of 50 m, although the resolution would be sufficient in principle. This is due, on the one hand, to the fact that black objects have a very low reflectivity and, on the other hand, objects lying on the street mostly only have a relatively small extent in the vertical direction. If a tire falls into a gap in the detection grid, i.e. into a gap between two rows of light spots, reliable detection cannot be guaranteed.
  • the present invention has the object of providing an approach for the improved detection of obstacles.
  • it should be made possible to detect objects lying on the road in the area in front of a vehicle with greater reliability.
  • Distant, dark and / or flat objects should also be recorded as reliably as possible.
  • the invention relates in a first aspect to a lidar measuring system for detecting an object in the vicinity of a vehicle, comprising: a first lidar measuring device which is designed to scan a first field of view with a first vertical resolution; and a second lidar measuring device which is designed to scan a second field of view with a second vertical resolution, wherein the second field of view lies in a vertical direction within the first field of view and comprises an area of a roadway in front of the vehicle; and the second vertical resolution is higher than the first vertical resolution.
  • the present invention relates to a vehicle with a lidar measuring system as described above
  • aspects of the invention relate to a method embodied in accordance with the lidar measuring system and a computer program product with program code for performing the steps of the method when the program code is executed on a computer.
  • one aspect of the invention relates to a storage medium on which a computer program is stored which, when it is executed on a computer, effects the execution of the method described herein.
  • a lidar measuring system with two lidar measuring devices is proposed. Both lidar measuring devices each scan a field of vision, the second field of vision lying at least in a vertical direction within the first field of vision and encompassing an area of a roadway in front of the vehicle.
  • the second lidar measuring system offers a higher resolution in the vertical direction than the first lidar measuring system.
  • part of the field of view be in the vertical direction to be scanned using two lidar measuring devices.
  • the part of the field of vision or the part of the surroundings of the vehicle that includes the lane in front of the vehicle is scanned twice.
  • the additional scanning by the second lidar measuring device has a higher resolution than the scanning by the first lidar measuring device.
  • the road in front of the vehicle is scanned at a higher resolution than the rest of the area.
  • the range for detecting such objects can be increased so that the safety of the vehicle when driving can be improved based on an evaluation of the detected objects. Collisions with objects lying on the road can be avoided. The danger posed by objects lying on the road is reduced.
  • the first lidar measuring device is preferably designed as a scanning lidar measuring device with a 2D scanner unit.
  • a micromirror that is operated by means of a corresponding microelectromechanical system (MEMS) or by means of a galvanometer can be used for the 2D scanner unit.
  • MEMS microelectromechanical system
  • a micromirror scans the field of view line by line. In this way, a high resolution can be achieved with high update rates. A reliable object detection of objects in the vicinity of the vehicle is sufficient.
  • the second lidar measuring device preferably comprises a receiving unit in a Focal Plane Array arrangement.
  • a sensor is used in which the reception functions via several reception elements arranged in a grid.
  • a receiving unit that can be activated line by line or read out line by line can be used.
  • Such a focal plane array arrangement it allows implementation of high update rates and high resolutions. A reliable detection of objects lying on the road can be achieved.
  • the lidar measuring system comprises an input interface for receiving an input signal with information on a position of the roadway in relation to the lidar measuring system.
  • the second lidar measuring device is designed to adjust the second field of view based on the input signal. det.
  • the field of view of the second lidar measuring device is adapted based on a course of the road ahead of the vehicle.
  • An adaptation is understood to mean, in particular, an adaptation of the size and alignment of the field of view in the vertical direction. For example, an uneven road may require a field of view that is enlarged in the vertical direction, or an upward or downward gradient in the road as well as excessive vehicle loading may necessitate an adapted alignment.
  • the adaptation can in particular be made dynamically or continuously.
  • the second lidar measuring device is designed to select active cells of the receiving unit based on the input signal.
  • the input interface for receiving an environment sensor signal from an environment sensor is designed as an input signal. Additionally or alternatively, the input interface for receiving a position sensor signal from a position sensor is designed as an input signal. Additionally or alternatively, the input interface for receiving map data from a map database is designed as an input signal. Furthermore, additionally or alternatively, the input interface for receiving an output signal of the first lidar measuring device is designed as an input signal. Different parameters can be used as the input signal, which enable a statement to be made about the course of the roadway in relation to the lidar measuring system. It goes without saying that several different input signals can also be used in order to adapt the second field of view. Depending on the current situation, a second field of view adapted or optimized for this situation is used.
  • the second lidar measuring unit is designed to adapt a vertical extent of the second vertical field of view based on the input signal.
  • it can be advantageous to change or adapt a vertical expansion based on the input signal. For example, a rough road may require a larger vertical field of view.
  • the lidar measuring device is designed to determine a horizon line based on the input signal and to adapt the second field of view based on the horizon line. It is possible that a horizon line is never detected, for example based on a signal from a camera, and that, based on this horizon line, the second field of view is aligned so that an area below the horizon line is mapped in which the roadway runs. It goes without saying that the horizon line can be determined using the first or second lidar measuring unit.
  • the first field of view comprises a vertical angle between 20 ° and 30 °, preferably 25 °.
  • the first vertical resolution is between 0.2 ° and 0.8 °, preferably at most 0.4 °.
  • the second field of view comprises a vertical angle between 1 ° and 15 °, preferably 5 ° to 8 °.
  • the second vertical resolution is between 0.05 ° and 0.15 °, preferably 0.1 °.
  • the first field of view comprises a vertical angle which corresponds to a multiple of the vertical angle of the second field of view.
  • Such a large angle is necessary to ensure a reliable detection of possibly relevant objects in the vicinity of the vehicle.
  • the second field of view comprises a much smaller vertical angle that is sufficient to observe the road surface. However, a higher resolution can be used within this much smaller vertical angle. In this respect, it is proposed to use an adapted resolution in different areas in front of the vehicle.
  • a first sampling rate of the first lidar measuring device is less than a second sampling rate of the second lidar measuring device.
  • the first sampling rate is between 10 Hz and 15 Hz, preferably 12.5 Hz.
  • the second sampling rate is between 20 Hz and 70 Hz, preferably between 25 Hz and 50 Hz.
  • the second lidar measuring device can also use a higher sampling rate in addition to the higher resolution. This can ensure better tracking of objects lying on the road. The reliability of object detection is improved and the safety of a vehicle operating autonomously or partially autonomously based on the lidar measurement system is increased.
  • the second field of view comprises at least between 20 and 100 lines, preferably 50 to 80 lines.
  • a line-by-line system is used. If at least 40 to 50 lines are provided, sufficient security in the detection of objects lying on the road can be achieved.
  • the surroundings of a vehicle include in particular an area in the surroundings of the vehicle that is visible from the vehicle.
  • An object can be a static object such as a house, a tree or a traffic sign.
  • An object can also be a dynamic object, such as another vehicle or a pedestrian.
  • a field of view or a field of view of a lidar measuring device corresponds to a region that can be viewed by the lidar measuring device.
  • a field of view is defined by specifying an angle in the vertical direction and an angle in the horizontal direction.
  • a vertical field of view or a vertical field of view can be established by specifying an angle in the vertical direction with respect to the vehicle or to the lidar measuring device.
  • a resolution of a lidar measuring device corresponds to an indication of points or rows and columns per angular range.
  • a region of a roadway corresponds in particular to the part of a field of view in which the roadway runs, in particular to the part of the field of vision in which the roadway runs in a range between 50 and 150 m in front of the vehicle.
  • a position of a roadway is understood to mean, in particular, an indication of an alignment of the roadway in a coordinate system fixed to the vehicle. For example, an angle of a roadway plane with respect to a horizontal plane of the vehicle can correspond to a position of the roadway. It goes without saying that extensive information can also describe a position of the roadway. The invention is described and explained in more detail below with reference to a few selected exemplary embodiments in conjunction with the accompanying drawings. Show it:
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a vehicle according to the invention with a lidar measuring system
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a lidar measuring system according to the invention
  • 3 shows a schematic representation of a vehicle with a further embodiment of a lidar measuring system
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a scanning lidar measuring device with a 2D scanner unit
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a receiving unit of a lidar measuring device in a focal plane array arrangement
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a method according to the invention.
  • a vehicle 10 according to the invention with a lidar measuring system 12 for detecting an object 14 in an environment 16 of the vehicle 10 is shown schematically.
  • the representation corresponds to a side sectional view.
  • the lidar measurement system 12 is integrated into the vehicle 10.
  • the lidar measurement system 12 can be mounted in the area of a bumper of the vehicle 10 and be designed to detect objects in front of the vehicle 10 within a field of view.
  • the extent of the field of view in the vertical direction is indicated by dashed lines.
  • the object 14 in the surroundings 16 of the vehicle 10 can for example be a car tire lying on the roadway 15 or another obstacle.
  • the lidar measuring system 12 comprises two lidar measuring devices which scan the field of view.
  • a first field of view 18 is scanned by the first lidar measuring device and a second field of view 20 is scanned by the second lidar measuring device.
  • the second field of view 20 lies in the vertical direction within the first field of view 18.
  • the second field of view 20 comprises the area of the road 15 in front of the vehicle 10.
  • the second lidar measuring device is used to detect objects 14 lying on the road 15, enables.
  • the resolution of the second lidar measuring device within the second field of view is higher than the resolution of the first lidar measuring device within of the (larger) first field of view.
  • a vertical resolution that is to say a resolution in the vertical direction, is relevant here.
  • a resolution in the vertical direction is understood to mean, in particular, a number of lines per angle.
  • a lidar measuring system 12 according to the invention is shown schematically in FIG. 2.
  • the lidar measuring system 12 comprises a first lidar measuring device 22 and a second lidar measuring device 24.
  • the first lidar measuring device 22 can in particular be designed as a scanning lidar measuring device with a 2D scanner unit.
  • a lidar measuring device of this type a comparatively large area can be imaged in a high resolution.
  • flat objects can be missed by the emitted light signal or laser signal if the position of the object changes between two scanning times.
  • the object can therefore systematically fall into gaps between individual lines.
  • smaller objects may not be hit. For example, for a small object such as a tire, the corresponding area of the field of view can only be hit every 5 to 10 ms in a 40 ms scan frame. The probability that the light signal is not aimed at the object at the right time is comparatively high.
  • the second lidar measuring device 24 is used to scan the area of the field of view that includes the roadway with a higher resolution and thus to improve object detection of objects located therein.
  • the second lidar measuring device has a smaller, second vertical field of view, in which, however, a higher resolution is realized.
  • the second lidar measuring device can advantageously include a receiving unit in a focal plane array arrangement. It is possible here for a line-by-line reading to take place, with one complete line being recorded at a time. This enables a higher sampling frequency to be achieved.
  • a possible opening angle of the second field of view in the vertical direction can, for example, based on a geometric consideration of an installation height of the lidar measuring system 12 above the roadway 15 (for example 0.5 m) and a loading taking into account the distance to be covered (e.g. 10 m). Based on these values, an angle in the vertical direction of the second field of view of 2.8 ° results, for example.
  • a required angular resolution for the second lidar measuring device can be determined on the basis of a height of the object in the vertical direction and a distance from the object. For example, for an object height of 20 cm and a distance of 100 m, the required angular resolution of 0.11 ° results. Based on such a consideration and comparable calculations, a corresponding resolution can be determined.
  • FIG. 3 An embodiment of the vehicle 10 according to the invention is shown schematically in FIG. 3.
  • the lidar measuring system 12 of the vehicle 10 is shown on the right-hand side in an enlarged view for better clarity.
  • the lidar measuring system 12 comprises, in addition to the first lidar measuring device 22 and the second lidar measuring device 24, an input interface 26 which is designed to provide an input signal with information on a course or a position of the roadway in relation to the lidar measuring system 12 to receive.
  • the second field of view can be adapted on the basis of this input signal.
  • the alignment of the second field of view can be adapted in comparison to the first field of view and a size of the second field of view in the vertical direction.
  • a sensor signal from a position sensor 28 within vehicle 10 can be used as the input signal for the adaptation.
  • an environment sensor signal from an environment sensor 30 of the vehicle can be used.
  • a signal from a radar, lidar, ultrasound or camera sensor on vehicle 10 can be used.
  • a signal from the lidar measuring system or the first or second lidar measuring device itself can be used as the input signal. Based on such a signal from an environmental sensor, a course or a position of the roadway can be detected. In particular, a position of a horizon line can be determined using algorithms for image evaluation. Based on this, it is then possible to adjust the second field of view accordingly.
  • map data from a map database 32 is also possible to use map data from a map database 32 as the input signal.
  • the map database 32 is included a remote database, which can be designed, for example, as an Internet database of a corre sponding service provider.
  • the vehicle 10 in the illustrated embodiment includes a mobile communication unit 33. It goes without saying, however, that it is also possible for the map database to be arranged within the vehicle, for example in a vehicle navigation system.
  • the lidar measurement system can be connected to a bus system of vehicle 10, for example.
  • the first lidar measuring device 22 comprises a transmitter 34 for emitting a light signal and a receiver 36 for receiving the light signal after reflection on the object.
  • the transmitter 34 is designed in particular as a laser source. On the one hand, it is possible that a pulsed signal is used. On the other hand, a frequency-modulated signal (chirp signal) can also be used.
  • the receiver 36 corresponds in particular to a photodetector which is designed to receive the light signal after it has been reflected on the object and thereby enable the object to be detected.
  • the first lidar measuring device 22 furthermore comprises a 2D scanner unit 38 in order to scan the field of view of the first lidar measuring device 22.
  • the 2D scanner unit 38 can in particular be designed as a microelectromechanical system (MEMS). It is also possible to use a galvanometer. A micromirror is activated to send the light signal to different positions and to receive corresponding detections of the different positions. In particular, a first field of view of the first lidar measuring device 22 is scanned line by line. In this respect, there is a fast horizontal axis and a slow vertical axis, which can each be controlled by associated actuators.
  • the 2D scanner unit 38 offers in particular a corresponding control interface in order to be able to control the vertical and horizontal movement of the mirror.
  • the first lidar measuring device 22 also includes a combination unit 40.
  • the combination unit 40 is designed as a circulator. It is also possible for the combination unit 40 to correspond to a beam splitter. Using a beam splitter has the disadvantage that part of the signal is lost. However, there are advantages in terms of reaction speed and in terms of manufacturing costs.
  • the illustrated first lidar measuring device 22 is also referred to as a coaxial lidar measuring device or as a lidar measuring device in coaxial design.
  • a receiving unit 42 of a second lidar measuring device is illustrated schematically.
  • the receiving unit 42 is designed in a focal plane array configuration and comprises several individual receiving elements 44 which are arranged essentially in one plane on a corresponding chip in several rows ZI, Z2, Z3.
  • the first lidar measuring device 22 comprises a correspondingly formed transmission unit, which can also be formed in a focal plane array configuration.
  • a line-by-line reading is possible. It is also possible to adapt the second field of view by only partially activating or reading out the lines.
  • a method according to the invention for detecting an object in the surroundings of a vehicle is shown schematically in FIG. 6.
  • the method comprises steps of scanning S10 of a first field of view and of scanning S12 of a second field of view.32
  • the method can be implemented, for example, in software that is executed on a microprocessor of a vehicle control unit or a lidar measurement system.
  • the method can be used as control software for a Li dar measuring system.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lidar-Messsystem (12) zum Detektieren eines Objekts (14) in einer Umgebung (16) eines Fahrzeugs (10), mit: einer ersten Lidar-Messvorrichtung (22), die zum Abtasten eines ersten Sichtfelds (18) mit einer ersten vertikalen Auflösung ausgebildet ist; und einer zweiten Lidar-Messvorrichtung (24), die zum Abtasten eines zweiten Sichtfelds (20) mit einer zweiten vertikalen Auflösung ausgebildet ist, wobei das zweite Sichtfeld in einer Vertikalrichtung innerhalb des ersten Sichtfelds liegt und einen Bereich einer Fahrbahn (15) vor dem Fahrzeug umfasst; und die zweite vertikale Auflösung höher als die erste vertikale Auflösung ist. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug (10) mit einem Lidar-Messystem (12) und ein Verfahren zum Detektieren eines Objekts (14) in einer Umgebung (16) eines Fahrzeugs (10),

Description

Lidar-Messsystem mit zwei Lidar-Messvorrichtungen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lidar-Messsystem zum Detektieren eines Ob jekts in einer Umgebung eines Fahrzeugs. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug mit einem Lidar-Messsystem sowie ein Verfahren zum Detektieren eines Objekts in einer Umgebung eines Fahrzeugs.
Moderne Fahrzeuge (Autos, Transporter, Lastwagen, Motorräder etc.) verfügen über eine Vielzahl von Sensoren, die dem Fahrer Informationen zur Verfügung stellen und einzelne Funktionen des Fahrzeugs teil- oder vollautomatisiert steuern. Über Senso ren werden die Umgebung des Fahrzeugs sowie andere Verkehrsteilnehmer erfasst. Basierend auf den erfassten Daten kann ein Modell der Fahrzeugumgebung erzeugt werden und auf Veränderungen in dieser Fahrzeugumgebung reagiert werden.
Ein wichtiges Sensorprinzip für die Erfassung der Umgebung ist dabei die Lidartechnik (light detection and ranging). Ein Lidarsensor basiert auf der Aussendung von Lichtsig nalen und der Detektion des reflektierten Lichts. Mittels einer Laufzeitmessung kann ein Abstand zum Ort der Reflexion berechnet werden. Zudem ist die Ermittlung einer Relativgeschwindigkeit möglich. Hierbei können sowohl unmodulierte Pulse auch fre quenzmodulierte Signale (Chirps) verwendet werden. Durch eine Auswertung der empfangenen Reflexionen kann eine Detektion eines Ziels erfolgen. Hinsichtlich der technischen Realisierung des Lidarsensors wird zwischen scannenden und nichtscan- nenden Systemen unterschieden. Ein scannendes System basiert dabei zumeist auf Mikrospiegeln und einer Abtastung der Umgebung mit einem Lichtspot, wobei man von einem koaxialen System spricht, wenn der gesendete und empfangene Lichtpuls über denselben Mikrospiegel abgelenkt werden. Bei nichtscannenden Systemen sind mehrere Sende- und Empfangselemente statisch nebeneinanderliegend angeordnet (insb. sog. Focal Plane Array-Anordnung).
In diesem Zusammenhang werden in der WO 2018/127789 Al Lidarsysteme und Ver fahren zum Detektieren und Klassifizieren von Objekten offenbart. In einer Implemen tierung kann das Lidarsystem einen oder mehrere Oberflächenwinkel eines Objekts basierend auf einer oder mehrerer zeitlicher Verzerrungen in reflektierten Signalen detektieren. In weiteren Ausführungsformen kann das Lidarsystem Objekte basierend auf Reflexionsfingerabdrücken, Oberflächenwinkelfingerabdrücken oder anderen ge messenen Eigenschaften identifizieren. Andere gemessene Eigenschaften können da bei die Oberflächenzusammensetzung eines Objekts, die Umgebungsbeleuchtung, Detektionsunterschiede zwischen mehreren Abtastzeitpunkten und Konfidenzwerte mehrerer Detektionscharakteristika umfassen.
Eine Herausforderung im Bereich der Lidar-Systeme liegt in der Detektion von kleine ren, dunklen und/oder weit entfernten Objekten, wobei besonders auf der Fahrbahn liegende Objekte relevant sind. Beispielsweise müssen Reifen, tote Tiere oder verlo rene Ladungsteile möglichst bereits bei Entfernungen von über 100 m erfasst werden. Oft hat ein scannender Lidar-Sensor mit einer Auflösung beziehungsweise einem Spotabstand von jeweils 0,1° in Horizontal- und Vertikalrichtung bereits Schwierigkei ten beim Detektieren eines auf der Straße liegenden Reifens in einem Abstand von 50 m, obwohl die Auflösung grundsätzlich ausreichend wäre. Dies ist einerseits dadurch bedingt, dass schwarze Objekte eine sehr geringe Reflektivität aufweisen und andererseits auf der Straße liegende Objekte in Vertikalrichtung zumeist nur eine rela tiv geringe Ausdehnung aufweisen. Wenn ein Reifen in eine Lücke im Detektionsgrid, also in eine Lücke zwischen zwei Zeilen von Lichtspots, fällt, kann eine zuverlässige Detektion nicht gewährleistet werden.
Der Ansatz des Verwendens einer höheren Auflösung stellt hohe Anforderungen an das Scansystem und bedingt oft eine unzureichende Aktualisierungsrate, da die er fassten Daten nicht in ausreichender Geschwindigkeit weiterverarbeitet werden kön nen. Ein weiterer Ansatz besteht in der Verwendung größerer Spots. Dies hat jedoch den Nachteil, dass gerade in hellen Umgebungen (Sonnenlicht, Tageslicht) das Signal- zu-Rausch-Verhältnis gering wird und eine zuverlässige Objekterkennung erschwert wird.
Ausgehend hiervon stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, einen Ansatz zum verbesserten Detektieren von Hindernissen bereitzustellen. Insbesondere soll es ermöglicht werden, auf der Straße liegende Objekte im Bereich vor einem Fahrzeug mit höherer Zuverlässigkeit zu erfassen. Auch entfernte, dunkle und/oder flache Ob jekte sollen möglichst zuverlässig erfasst werden. Zum Lösen dieser Aufgabe betrifft die Erfindung in einem ersten Aspekt ein Lidar- Messsystem zum Detektieren eines Objekts in einer Umgebung eines Fahrzeugs, mit: einer ersten Lidar-Messvorrichtung, die zum Abtasten eines ersten Sichtfelds mit ei ner ersten vertikalen Auflösung ausgebildet ist; und einer zweiten Lidar-Messvorrichtung, die zum Abtasten eines zweiten Sichtfelds mit einer zweiten vertikalen Auflösung ausgebildet ist, wobei das zweite Sichtfeld in einer Vertikalrichtung innerhalb des ersten Sichtfelds liegt und einen Bereich einer Fahrbahn vor dem Fahrzeug umfasst; und die zweite vertikale Auflösung höher als die erste vertikale Auflösung ist.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einem Lidar-Messsystem wie zuvor beschrieben
Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein entsprechend dem Lidar-Messsystem ausgebildetes Verfahren sowie ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen der Schritte des Verfahrens, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird. Zudem betrifft ein Aspekt der Erfindung ein Speicherme dium, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, das, wenn es auf einem Com puter ausgeführt wird, eine Ausführung des hierin beschriebenen Verfahrens bewirkt.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können das Fahr zeug, das Verfahren und das Computerprogrammprodukt entsprechend den für das Lidar-Messsystem in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
Erfindungsgemäß wird ein Lidar-Messsystem mit zwei Lidar-Messvorrichtungen vor geschlagen. Beide Lidar-Messvorrichtungen tasten jeweils ein Sichtfeld ab, wobei das zweite Sichtfeld zumindest in einer Vertikalrichtung innerhalb des ersten Sichtfelds liegt und einen Bereich einer Fahrbahn vor dem Fahrzeug umfasst. Das zweite Lidar- Messsystem bietet eine höhere Auflösung in Vertikalrichtung als das erste Lidar- Messsystem. Insoweit wird vorgeschlagen, einen Teil des Sichtfelds in Vertikalrichtung mittels zweier Lidar-Messvorrichtungen abzutasten. Insbesondere der Teil des Sicht felds beziehungsweise der Teil der Umgebung des Fahrzeugs, der die Fahrbahn vor dem Fahrzeug umfasst, wird doppelt abgetastet. Hierbei hat die zusätzliche Abtastung durch die zweite Lidar-Messvorrichtung eine höhere Auflösung als die Abtastung durch die erste Lidar-Messvorrichtung. Die Straße vor dem Fahrzeug wird hochauflö sender abgetastet als der Rest der Umgebung.
Hierdurch wird es möglich, dass auf der Straße liegende flache Objekte mit höherer Zuverlässigkeit detektiert werden. Die Reichweite zum Detektieren derartiger Objekte kann vergrößert werden, sodass die Sicherheit des Fahrzeugs beim Fahren basierend auf einer Auswertung der detektierten Objekte verbessert werden kann. Kollisionen mit auf der Straße liegenden Objekten können vermieden werden. Die Gefahr, die von auf der Straße liegenden Objekten ausgeht, wird vermindert.
Vorzugsweise ist die erste Lidar-Messvorrichtung dabei als scannende Lidar- Messvorrichtung mit einer 2D-Scannereinheit ausgebildet. Insbesondere kann ein Mikrospiegel, der mittels eines entsprechenden mikroelektromechanischen Systems (MEMS) oder mittels eines Galvanometers betrieben wird, für die 2D-Scannereinheit verwendet werden. Ein Mikrospiegel tastet das Sichtfeld zeilenweise ab. Hierdurch kann eine hohe Auflösung bei hohen Aktualisierungsraten realisiert werden. Eine zu verlässige Objekterkennung von Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs wird er reicht.
Vorzugsweise umfasst die zweite Lidar-Messvorrichtung eine Empfangseinheit in Fo- cal Plane Array-Anordnung. Es wird ein Sensor verwendet, bei dem der Empfang über mehrere in einem Raster angeordnete Empfangselemente funktioniert. Hierbei kann insbesondere eine zeilenweise aktivierbare beziehungsweise zeilenweise auslesbare Empfangseinheit verwendet werden. Eine derartige Focal Plane Array-Anordnung er laubt eine Umsetzung hoher Aktualisierungsraten und hohe Auflösungen. Es kann ei ne zuverlässige Detektion von auf der Straße liegenden Objekten erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Lidar-Messsystem eine Eingangs schnittstelle zum Empfangen eines Eingangssignals mit Informationen zu einer Lage der Fahrbahn in Bezug zu dem Lidar-Messsystem. Die zweite Lidar-Messvorrichtung ist zum Anpassen des zweiten Sichtfelds basierend auf dem Eingangssignal ausgebil- det. In anderen Worten wird das Sichtfeld der zweiten Lidar-Messvorrichtung basie rend auf einem Verlauf der Fahrbahn vor dem Fahrzeug angepasst. Unter einer An passung versteht sich dabei insbesondere eine Anpassung der Größe und Ausrichtung des Sichtfelds in Vertikalrichtung. Beispielsweise kann eine unebene Straße ein in Ver tikalrichtung vergrößertes Sichtfeld erforderlich machen oder können eine Steigung bzw. ein Gefälle der Straße sowie eine übermäßige Fahrzeugbeladung eine angepass te Ausrichtung notwendig machen. Die Anpassung kann dabei insbesondere dyna misch beziehungsweise ständig erfolgen. Durch die Verwendung eines Eingangssignals kann insoweit eine Optimierung des zweiten Sichtfelds erfolgen. Die erforderliche Prozessorleistung wird minimiert und die Zuverlässigkeit kann verbessert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die zweite Lidar-Messvorrichtung zum Auswäh len von aktiven Zellen der Empfangseinheit basierend auf dem Eingangssignal ausge bildet. Insbesondere ist es möglich, eine Empfangseinheit in Focal Plane Array- Anordnung durch Auswählen von aktiven Zeilen an aktuelle Anforderungen anzupas sen. Je nachdem, welcher Teil des Sichtfelds relevant ist, werden die entsprechenden Zeilen der Empfangseinheit aktiviert. Es werden nur Daten ausgewertet, die einem relevanten Bereich entsprechen. Hierdurch kann die Aktualisierungsfrequenz erhöht werden und eine zuverlässige Detektion von Objekten auf der Fahrbahn erfolgen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Eingangsschnittstelle zum Empfangen eines Umgebungssensorsignals eines Umgebungssensors als Eingangssignal ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ ist die Eingangsschnittstelle zum Empfangen eines Lage sensorsignals eines Lagesensors als Eingangssignal ausgebildet. Zusätzlich oder alter nativ ist die Eingangsschnittstelle zum Empfangen von Kartendaten einer Kartenda tenbank als Eingangssignal ausgebildet. Weiterhin zusätzlich oder alternativ ist die Eingangsschnittstelle zum Empfangen eines Ausgangssignals der ersten Lidar- Messvorrichtung als Eingangssignal ausgebildet. Als Eingangssignal können unter schiedliche Parameter verwendet werden, die eine Aussage über einen Verlauf der Fahrbahn in Bezug zu dem Lidar-Messsystem ermöglichen. Es versteht sich, dass auch mehrere verschiedene Eingangssignale verwendet werden können, um das zweite Sichtfeld anzupassen. Je nach aktueller Situation wird ein für diese Situation ange passtes bzw. optimiertes zweites Sichtfeld verwendet. Eine zuverlässige Erkennung auf der Straße liegender Objekte wird realisiert. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die zweite Lidar-Messeinheit zum Anpassen einer vertikalen Ausdehnung des zweiten vertikalen Sichtfelds basierend auf dem Ein gangssignal ausgebildet. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, eine vertikale Ausdeh nung ausgehend von dem Eingangssignal zu verändern beziehungsweise anzupassen. Beispielsweise kann eine unebene Straße ein größeres vertikales Sichtfeld erforderlich machen. Eine Optimierung hinsichtlich der auszuwertenden Daten bzw. der aktuellen Situation wird erreicht.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Lidar-Messvorrichtung zum Ermitteln einer Horizontlinie basierend auf dem Eingangssignal und zum Anpassen des zweiten Sicht felds basierend auf der Horizontlinie ausgebildet. Es ist möglich, dass eine Horizontli nie detektiert wird, beispielsweise basierend auf einem Signal einer Kamera, und dass dann ausgehend von dieser Horizontlinie das zweite Sichtfeld so ausgerichtet wird, dass ein Bereich unterhalb der Horizontlinie abgebildet wird, in dem die Fahrbahn verläuft. Es versteht sich, dass die Horizontlinie anhand der ersten oder zweiten Lidar- Messeinheit ermittelt werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das erste Sichtfeld einen vertikalen Win kel zwischen 20° und 30°, vorzugsweise 25°. Die erste vertikale Auflösung beträgt zwi schen 0,2° und 0,8°, vorzugsweise höchstens 0,4°. Zusätzlich oder alternativ umfasst das zweite Sichtfeld einen vertikalen Winkel zwischen 1° und 15°, vorzugsweise 5° bis 8°. Die zweite vertikale Auflösung liegt zwischen 0,05° und 0,15°, vorzugsweise 0,1°. Das erste Sichtfeld umfasst insoweit einen vertikalen Winkel, der einem Mehrfachen des vertikalen Winkels des zweiten Sichtfelds entspricht. Ein derart großer Winkel ist notwendig, um eine zuverlässige Detektion von möglicherweise relevanten Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs sicherzustellen. Das zweite Sichtfeld umfasst einen wesentlich kleineren vertikalen Winkel, der ausreicht, um die Fahrbahnoberfläche zu beobachten. Allerdings kann innerhalb dieses wesentlich kleineren vertikalen Winkels eine höhere Auflösung verwendet werden. Insoweit wird eine Verwendung einer an gepassten Auflösung in unterschiedlichen Bereichen vor dem Fahrzeug vorgeschlagen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine erste Abtastrate der ersten Lidar- Messvorrichtung kleiner als eine zweite Abtastrate der zweiten Lidar- Messvorrichtung. Dabei liegt die erste Abtastrate zwischen 10 Hz und 15 Hz, vorzugs weise bei 12,5 Hz. Die zweite Abtastrate liegt zwischen 20 Hz und 70 Hz, vorzugsweise zwischen 25 Hz und 50 Hz. Insbesondere kann die zweite Lidar-Messvorrichtung zu sätzlich zur höheren Auflösung auch eine höhere Abtastrate verwenden. Hierdurch kann eine bessere Verfolgung von auf der Straße liegenden Objekten gewährleistet werden. Die Zuverlässigkeit bei der Objektdetektion wird verbessert und die Sicher heit eines basierend auf dem Lidar-Messsystem autonom oder teilautonom operie renden Fahrzeugs wird erhöht.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das zweite Sichtfeld mindestens zwischen 20 und 100 Zeilen, vorzugsweise 50 bis 80 Zeilen. Insbesondere wird ein zeilenweise arbeitendes System verwendet. Wenn mindestens 40 bis 50 Zeilen vorgesehen sind, kann eine ausreichende Sicherheit bei der Detektion von auf der Straße liegenden Ob jekten erreicht werden.
Eine Umgebung eines Fahrzeugs umfasst insbesondere einen von dem Fahrzeug aus sichtbaren Bereich im Umfeld des Fahrzeugs. Ein Objekt kann ein statisches Objekt, wie beispielsweise ein Haus, ein Baum oder ein Verkehrszeichen sein. Ein Objekt kann ebenfalls ein dynamisches Objekt, wie beispielsweise ein anderes Fahrzeug oder ein Fußgänger, sein. Ein Sichtbereich beziehungsweise ein Sichtfeld einer Lidar- Messvorrichtung entspricht einem von der Lidar-Messvorrichtung einsehbaren Be reich. Insbesondere ist ein Sichtfeld durch eine Angabe eines Winkels in Vertikalrich tung und eines Winkels in Horizontalrichtung festgelegt. Ein vertikales Sichtfeld bzw. ein vertikaler Sichtbereich kann durch eine Angabe eines Winkels in Vertikalrichtung in Bezug auf das Fahrzeug bzw. auf die Lidar-Messvorrichtung festgelegt werden. Eine Auflösung einer Lidar-Messvorrichtung entspricht einer Angabe an Punkten bezie hungsweise Zeilen und Spalten pro Winkelbereich. Jeder Punkt wird pro Abtastvor gang einmal ausgelesen. Ein Bereich einer Fahrbahn entspricht insbesondere dem Teil eines Sichtfelds, in dem die Fahrbahn verläuft, insbesondere dem Teil des Sichtfelds, in dem die Fahrbahn in einem Bereich zwischen 50 und 150 m vor dem Fahrzeug ver läuft. Unter einer Lage einer Fahrbahn versteht sich insbesondere eine Angabe einer Ausrichtung der Fahrbahn in einem fahrzeugfesten Koordinatensystem. Beispielswei se kann ein Winkel einer Fahrbahnebene gegenüber einer Horizontalebene des Fahr zeugs einer Lage der Fahrbahn entsprechen. Es versteht sich, dass auch umfangrei chere Angaben eine Lage der Fahrbahn beschreiben können. Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit einem Lidar-Messsystem;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lidar-Messsystems; Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer weiteren Ausfüh rungsform eines Lidar-Messsystems;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer scannenden Lidar-Messvorrichtung mit einer 2D-Scannereinheit;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Empfangseinheit einer Lidar- Messvorrichtung in Focal Plane Array-Anordnung; und Fig. 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
In der Fig. 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10 mit einem Lidar- Messsystem 12 zum Detektieren eines Objekts 14 in einer Umgebung 16 des Fahr zeugs 10 dargestellt. Die Darstellung entspricht einer seitlichen Schnittansicht. Das Lidar-Messsystem 12 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel in das Fahrzeug 10 inte griert. Beispielsweise kann das Lidar-Messsystem 12 im Bereich einer Stoßstange des Fahrzeugs 10 montiert sein und dazu ausgebildet sein, Objekte vor dem Fahrzeug 10 innerhalb eines Sichtfelds zu detektieren. In der Darstellung ist die Ausdehnung des Sichtfelds in Vertikalrichtung durch gestrichelte Linien angedeutet. Das Objekt 14 in der Umgebung 16 des Fahrzeugs 10 kann beispielsweise ein auf der Fahrbahn 15 lie gender Autoreifen oder ein anderes Hindernis sein.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Lidar-Messsystem 12 zwei Lidar- Messvorrichtungen umfasst, die das Sichtfeld abtasten. Dabei wird ein erstes Sichtfeld 18 durch die erste Lidar-Messvorrichtung abgetastet und ein zweites Sichtfeld 20 durch die zweite Lidar-Messvorrichtung abgetastet. Das zweite Sichtfeld 20 liegt in Vertikalrichtung innerhalb des ersten Sichtfelds 18. Das zweite Sichtfeld 20 umfasst den Bereich der Fahrbahn 15 vor dem Fahrzeug 10. Insoweit wird mittels der zweiten Lidar-Messvorrichtung eine Detektion von Objekten 14, die auf der Fahrbahn 15 lie gen, ermöglicht. Die Auflösung der zweiten Lidar-Messvorrichtung innerhalb des zwei ten Sichtfelds ist höher als die Auflösung der ersten Lidar-Messvorrichtung innerhalb des (größeren) ersten Sichtfelds. Insbesondere ist eine vertikale Auflösung, also eine Auflösung in Vertikalrichtung, dabei relevant. Unter einer Auflösung in Vertikalrich tung wird insbesondere eine Anzahl von Zeilen pro Winkel verstanden.
In der Fig. 2 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Lidar-Messsystem 12 dargestellt. Das Lidar-Messsystem 12 umfasst eine erste Lidar-Messvorrichtung 22 sowie eine zweite Lidar-Messvorrichtung 24.
Die erste Lidar-Messvorrichtung 22 kann insbesondere als scannende Lidar- Messvorrichtung mit einer 2D-Scannereinheit ausgebildet sein. Durch eine derartige Lidar-Messvorrichtung kann ein vergleichsweise großer Bereich in einer hohen Auflö sung abgebildet werden. Allerdings können flache Objekte von dem ausgesendeten Lichtsignal beziehungsweise Lasersignal verfehlt werden, wenn sich die Position des Objekts zwischen zwei Abtastzeitpunkten ändert. Das Objekt kann also systematisch in Lücken zwischen einzelnen Zeilen fallen. Abgesehen hiervon kann es aufgrund des Zeitfaktors bei einem sequentiellen Scannen mehrerer Zeilen und Spalten ebenfalls dazu kommen, dass kleinere Objekte nicht getroffen werden. Beispielsweise kann für ein kleines Objekt wie einen Reifen der entsprechende Bereich des Sichtfelds nur alle 5 bis 10 ms in einem 40 ms-Scan-Frame getroffen werden. Die Wahrscheinlichkeit, dass das Lichtsignal nicht zum richtigen Zeitpunkt auf das Objekt gerichtet ist, ist ver gleichsweise hoch.
Die zweite Lidar-Messvorrichtung 24 dient dazu, den Bereich des Sichtfelds, der die Fahrbahn umfasst, mit höherer Auflösung abzutasten und so eine Objekterfassung darin befindlicher Objekte zu verbessern. Hierzu weist die zweite Lidar- Messvorrichtung ein kleineres zweites vertikales Sichtfeld auf, in dem jedoch eine hö here Auflösung realisiert wird. Die zweite Lidar-Messvorrichtung kann dabei vorteil hafterweise eine Empfangseinheit in Focal Plane Array-Anordnung umfassen. Hierbei ist es möglich, dass eine zeilenweise Auslesung stattfindet, wobei jeweils eine voll ständige Zeile zu einem Zeitpunkt erfasst wird. Hierdurch kann eine höhere Abtastfre quenz realisiert werden.
Ein möglicher Öffnungswinkel des zweiten Sichtfelds in Vertikalrichtung kann bei spielsweise basierend auf einer geometrischen Betrachtung einer Einbauhöhe des Lidar-Messsystems 12 über der Fahrbahn 15 (beispielsweise 0,5 m) sowie einer Be- trachtung der abzudeckenden Distanz (beispielsweise 10 m) erfolgen. Ausgehend von diesen Werten ergibt sich beispielsweise ein Winkel in Vertikalrichtung des zweiten Sichtfelds von 2,8°. Eine benötigte Winkelauflösung für die zweite Lidar- Messvorrichtung kann ausgehend von einer Höhe des Objekts in Vertikalrichtung und einem Abstand des Objekts bestimmt werden. Beispielsweise ergibt sich für eine Ob jekthöhe von 20 cm und einen Abstand von 100 m eine benötigte Winkelauflösung von 0,11°· Ausgehend von einer solchen Betrachtung und vergleichbaren Berechnun gen kann eine entsprechende Auflösung bestimmt werden.
In der Fig. 3 ist schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs 10 dargestellt. Das Lidar-Messsystem 12 des Fahrzeugs 10 ist dabei auf der rechten Seite in einer vergrößerten Ansicht zur besseren Übersichtlichkeit dargestellt. Im dar gestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Lidar-Messsystem 12 neben der ersten Lidar-Messvorrichtung 22 und der zweiten Lidar-Messvorrichtung 24 eine Eingangs schnittstelle 26, die dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal mit Informationen zu ei nem Verlauf beziehungsweise einer Lage der Fahrbahn in Bezug zu dem Lidar- Messsystem 12 zu empfangen. Ausgehend von diesem Eingangssignal kann eine An passung des zweiten Sichtfelds erfolgen. Insbesondere können die Ausrichtung des zweiten Sichtfelds im Vergleich zum ersten Sichtfeld sowie eine Größe des zweiten Sichtfelds in Vertikalrichtung angepasst werden.
Als Eingangssignal für die Anpassung kann beispielsweise ein Sensorsignal eines Lage sensors 28 innerhalb des Fahrzeugs 10 verwendet werden. Zudem ist es möglich, dass ein Umgebungssensorsignal eines Umgebungssensors 30 des Fahrzeugs verwendet wird. Beispielsweise kann ein Signal eines Radar-, Lidar-, Ultraschall- oder Kamera sensors am Fahrzeug 10 verwendet werden.
Ebenfalls ist es möglich und vorteilhaft, dass als Eingangssignal ein Signal des Lidar- Messsystems bzw. der ersten oder zweiten Lidar-Messvorrichtung selbst verwendet wird. Basierend auf einem derartigen Signal eines Umgebungssensors kann ein Ver lauf beziehungsweise eine Lage der Fahrbahn detektiert werden. Insbesondere kann über Algorithmen der Bildauswertung eine Lage einer Horizontlinie ermittelt werden. Darauf basierend ist es dann möglich, das zweite Sichtfeld entsprechend anzupassen. Weiterhin ist es möglich, als Eingangssignal Kartendaten einer Kartendatenbank 32 zu verwenden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kartendatenbank 32 dabei eine entfernte Datenbank, die beispielsweise als Internet-Datenbank eines entspre chenden Dienstanbieters ausgebildet sein kann. Zum Kommunizieren mit dieser Kar tendatenbank 32 umfasst das Fahrzeug 10 im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Mobilkommunikationseinheit 33. Es versteht sich, dass es aber auch möglich ist, dass die Kartendatenbank innerhalb des Fahrzeugs, beispielsweise in einem Fahrzeugnavi gationssystem, angeordnet ist. Zum Kommunizieren mit den verschiedenen Einheiten kann das Lidar-Messsystem beispielsweise an ein Bussystem des Fahrzeugs 10 ange bunden sein.
In der Fig. 4 ist schematisch ein Beispiel für eine erste Lidar-Messvorrichtung 22 dar gestellt. Die erste Lidar-Messvorrichtung 22 umfasst einen Sender 34 zum Aussenden eines Lichtsignals und einen Empfänger 36 zum Empfangen des Lichtsignals nach einer Reflexion an dem Objekt. Der Sender 34 ist insbesondere als Laserquelle ausgebildet. Einerseits ist es möglich, dass ein gepulstes Signal verwendet wird. Andererseits kann auch ein frequenzmoduliertes Signal (Chirp-Signal) verwendet werden. Der Empfänger 36 entspricht insbesondere einem Fotodetektor, der dazu ausgebildet ist, das Licht signal nach der Reflexion am Objekt zu empfangen und hierdurch eine Detektion des Objekts zu ermöglichen.
Weiterhin umfasst die erste Lidar-Messvorrichtung 22 eine 2D-Scannereinheit 38, um das Sichtfeld der ersten Lidar-Messvorrichtung 22 abzutasten. Die 2D-Scannereinheit 38 kann insbesondere als mikroelektromechanisches System (MEMS) ausgebildet sein. Ebenfalls ist es möglich, dass ein Galvanometer verwendet wird. Ein Mikrospie gel wird angesteuert, um das Lichtsignal an unterschiedliche Positionen auszusenden und entsprechend Detektionen der unterschiedlichen Positionen zu empfangen. Ins besondere wird dabei ein erstes Sichtfeld der ersten Lidar-Messvorrichtung 22 zei lenweise abgetastet. Es gibt insoweit eine schnelle Horizontalachse und eine langsa mere Vertikalachse, die jeweils von zugehörigen Aktoren ansteuerbar sind. Die 2D- Scannereinheit 38 bietet insbesondere eine entsprechende Steuerschnittstelle, um die vertikale und horizontale Bewegung des Spiegels ansteuern zu können. Insbeson dere kann für die Achsen festgelegt werden, welcher Winkel zwischen zwei Zeilen bzw. Spalten verwendet werden soll. Beispielsweise kann eine erste Auflösung 0,1° x 0,1° in Horizontal- und Vertikalrichtung betragen. Der Zeilenabstand entspricht inso weit einer Winkelangabe. Weiterhin umfasst die erste Lidar-Messvorrichtung 22 eine Kombinationseinheit 40. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kombinationseinheit 40 als Zirkulator ausgebildet. Ebenfalls ist es möglich, dass die Kombinationseinheit 40 einem Beamsplitter entspricht. Die Verwendung eines Beamsplitters hat den Nachteil, dass ein Signalanteil verloren geht. Allerdings ergeben sich Vorteile hinsichtlich der Reakti onsgeschwindigkeit und hinsichtlich des Fertigungsaufwands.
Dadurch, dass für das gesendete Lichtsignal und für das empfangene Lichtsignal zwi schen 2D-Scannereinheit 38 und Kombinationseinheit 40 derselbe Pfad verwendet wird, wird die dargestellte erste Lidar-Messvorrichtung 22 auch als Koaxiallidar- Messvorrichtung bzw. als Lidar-Messvorrichtung in Koaxialbauweise bezeichnet.
In der Fig. 5 ist eine Empfangseinheit 42 einer zweiten Lidar-Messvorrichtung schema tisch illustriert. Die Empfangseinheit 42 ist in Focal Plane Array-Konfiguration ausge bildet und umfasst mehrere einzelne Empfangselemente 44, die im Wesentlichen in einer Ebene auf einem entsprechenden Chip in mehreren Zeilen ZI, Z2, Z3 angeordnet sind. Es versteht sich, dass die erste Lidar-Messvorrichtung 22 eine entsprechend aus gebildete Sendeeinheit umfasst, die ebenfalls in Focal Plane Array-Konfiguration aus gebildet sein kann. Eine zeilenweise Auslesung ist möglich. Zudem ist es möglich, eine Anpassung des zweiten Sichtfelds dadurch vorzunehmen, dass die Zeilen nur teilweise aktiviert bzw. ausgelesen werden.
In der Fig. 6 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Detektieren eines Objekts in einer Umgebung eines Fahrzeugs dargestellt. Das Verfahren umfasst Schrit te des Abtastens S10 eines ersten Sichtfelds und des Abtastens S12 eines zweiten Sichtfelds.32 Das Verfahren kann beispielsweise in Software implementiert sein, die auf einem Mikroprozessor eines Fahrzeugsteuergeräts oder eines Lidar-Messsystems ausgeführt wird. Insbesondere kann das Verfahren als Steuerungssoftware eines Li dar-Messsystems verwendet werden.
Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend be schrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht ein schränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsfor men beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen" und „mit" nicht das Vor handensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der Undefinierte Artikel „ein" oder „eine" schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprü chen genannten Einheiten ausführen. Ein Element, eine Einheit, eine Schnittstelle, eine Vorrichtung und ein System können teilweise oder vollständig in Hard- und/oder in Software umgesetzt sein. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren ver schiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.
Bezugszeichen
10 Fahrzeug
12 Lidar-Messsystem
14 Objekt
15 Fahrbahn
16 Umgebung
18 erstes Sichtfeld
20 zweites Sichtfeld
22 erste Lidar-Messvorrichtung
24 zweite Lidar-Messvorrichtung
26 Eingangsschnittstelle
28 Lagesensor
30 Umgebungssensor
32 Kartendatenbank
33 Mobilkommunikationseinheit
34 Sender
36 Empfänger
38 2D-Scannereinheit
40 Kombinationseinheit
42 Empfangseinheit
44 Empfangselement

Claims

Patentansprüche
1. Lidar-Messsystem (12) zum Detektieren eines Objekts (14) in einer Umgebung (16) eines Fahrzeugs (10), mit: einer ersten Lidar-Messvorrichtung (22), die zum Abtasten eines ersten Sicht felds (18) mit einer ersten vertikalen Auflösung ausgebildet ist; und einer zweiten Lidar-Messvorrichtung (24), die zum Abtasten eines zweiten Sichtfelds (20) mit einer zweiten vertikalen Auflösung ausgebildet ist, wobei das zweite Sichtfeld in einer Vertikalrichtung innerhalb des ersten Sichtfelds liegt und einen Bereich einer Fahrbahn (15) vor dem Fahrzeug umfasst; und die zweite vertikale Auflösung höher als die erste vertikale Auflösung ist.
2. Lidar-Messsystem (12) nach Anspruch 1, wobei die erste Lidar-Messvorrichtung (22) als scannende Lidar-Messvorrichtung mit eine 2D-Scannereinheit (38) aus gebildet ist.
3. Lidar-Messsystem (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite Lidar-Messvorrichtung (24) eine Empfangseinheit (42) in Focal Plane Ar- ray-Anordnung umfasst.
4. Lidar-Messsystem (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Eingangsschnittstelle (26) zum Empfangen eines Eingangssignals mit In formationen zu einer Lage der Fahrbahn (15) in Bezug zu dem Lidar- Messsystem, wobei die zweite Lidar-Messvorrichtung (24) zum Anpassen des zweiten Sichtfelds (20) basierend auf dem Eingangssignal ausgebildet ist.
5. Lidar-Messsystem (12) nach Ansprüchen 3 und 4, wobei die zweite Lidar- Messvorrichtung (24) zum Auswählen von aktiven Zeilen (ZI, Z2, Z3) der Emp fangseinheit (42) basierend auf dem Eingangssignal ausgebildet ist.
6. Lidar Messsystem (12) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei die Eingangs schnittstelle (26) zum Empfangen eines Umgebungssensorsignals eines Umgebungssensors (30) als Eingangssignal ausgebildet ist; zum Empfangen eines Lagesensorsignals eines Lagesensors (28) als Eingangs signal ausgebildet ist; zum Empfangen von Kartendaten einer Kartendatenbank (32) als Eingangssig nal ausgebildet ist; und/oder zum Empfangen eines Ausgangssignals der ersten Lidar-Messvorrichtung (22) als Eingangssignal ausgebildet ist.
7. Lidar-Messsystem (12) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die zweite Li- dar-Messeinheit (24) zum Anpassen einer vertikalen Ausdehnung des zweiten Sichtfelds (20) basierend auf dem Eingangssignal ausgebildet ist.
8. Lidar-Messsystem (12) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die zweite Li dar-Messvorrichtung (24) zum Ermitteln einer Horizontlinie basierend auf dem Eingangssignal und zum Anpassen des zweiten Sichtfelds (20) basierend auf der Horizontlinie ausgebildet ist.
9. Lidar-Messsystem (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Sichtfeld (18) einen vertikalen Winkel zwischen 20° und 30° umfasst, vorzugsweise 25°, und die erste vertikale Auflösung zwischen 0,2° und 0,8° be trägt, vorzugsweise höchstens 0,4°; und/oder das zweite Sichtfeld (20) einen vertikalen Winkel zwischen 1° und 15°umfasst, vorzugsweise 5° bis 8°, und die zweite vertikale Auflösung zwischen 0,05° und 0,15° liegt, vorzugsweise 0,1°.
10. Lidar-Messsystem (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine erste Abtastrate der ersten Lidar-Messvorrichtung (22) kleiner ist als eine zweite Abtastrate der zweiten Lidar-Messvorrichtung (24), die erste Abtastrate zwischen 10 Hz und 15 Hz liegt, vorzugsweise bei 12,5 Hz, und die zweite Abtastrate zwischen 20 Hz und 70 Hz liegt, vorzugsweise zwi schen 25 Hz und 50 Hz.
11. Lidar-Messsystem (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das zweite Sichtfeld mindestens zwischen 20 und 100 Zeilen umfasst, vorzugsweise 50 bis 80 Zeilen.
12. Fahrzeug (10) mit einem Lidar-Messystem (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
13. Verfahren zum Detektieren eines Objekts (14) in einer Umgebung (16) eines Fahrzeugs (10), mit den Schritten:
Abtasten (S10) eines ersten Sichtfelds (18) mit einer ersten Lidar-
Messvorrichtung (22) mit einer ersten vertikalen Auflösung; und
Abtasten (S12) eines zweiten Sichtfelds (20) einer zweiten Lidar-
Messvorrichtung (24) mit einer zweiten vertikalen Auflösung, wobei das zweite Sichtfeld in einer Vertikalrichtung innerhalb des ersten Sichtfelds liegt und einen Bereich einer Fahrbahn (15) vor dem Fahrzeug umfasst; und die zweite vertikale Auflösung höher als die erste vertikale Auflösung ist.
14. Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen der Schritte des Verfahrens nach Anspruch 13, wenn der Programmcode in einem Compu ter ausgeführt wird.
EP20734357.5A 2019-08-06 2020-06-19 Lidar-messsystem mit zwei lidar-messvorrichtungen Pending EP4010737A1 (de)

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