EP4045931A1 - Multipuls-lidarsystem und verfahren zur erfassung eines objekts in einem beobachtungsbereich - Google Patents

Multipuls-lidarsystem und verfahren zur erfassung eines objekts in einem beobachtungsbereich

Info

Publication number
EP4045931A1
EP4045931A1 EP20772290.1A EP20772290A EP4045931A1 EP 4045931 A1 EP4045931 A1 EP 4045931A1 EP 20772290 A EP20772290 A EP 20772290A EP 4045931 A1 EP4045931 A1 EP 4045931A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sub
detectors
pixel
macro
laser beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20772290.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Reiner Schnitzer
Siegwart Bogatscher
Alexander Greiner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4045931A1 publication Critical patent/EP4045931A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates

Definitions

  • the present invention relates to a multipulse lidar system for detecting at least one object in an observation area and a method for detecting at least one object in an observation area with the aid of a multipulse lidar system.
  • a multi-pulse lidar system for detecting objects in an observation area, comprising: a transmission device with at least one laser source for generating a transmission laser beam from a temporal sequence of individual laser pulses which each illuminate a solid angle limited to a part of the observation area, and sample into at least one sample point; a receiving device with a detection surface comprising a line or matrix-shaped sub-detector arrangement of several sub-detectors arranged next to one another in a first direction of extent for receiving the transmitted laser beam reflected and / or scattered on objects in the observation area of the multi-pulse lidar system in the form of a received laser beam, the receiving device being designed to have a image the scanning point detected by the transmission laser beam on the detection surface in the form of an image point; a scanning device for generating a scanning movement of the transmission laser beam in a scanning direction for successive scanning of the entire observation area along a plurality of scanning points following one another in the scanning direction, the scanning movement of the transmission laser
  • the present invention is based on a multi-pulse lidar system for detecting at least one object in an observation area.
  • the multi-pulse lidar system comprises a transmission device with at least one laser source for generating a transmission laser beam from a time sequence of at least two individual laser pulses, which each illuminate a detection area limited to a part of the observation area, a receiving device with a detection area comprising a line or matrix-shaped sub-detector arrangement of several Sub-detectors arranged next to one another in a first extension direction for receiving the transmitted laser beam reflected and / or scattered on the object in the observation area of the multi-pulse lidar system in the form of a received laser beam, the receiving device being designed to image a detection area captured by the transmitted laser beam on the detection surface in the form of a pixel.
  • the multi-pulse lidar system further comprises a scanning device for generating a scanning movement of the transmitter laser beam and the receiving laser beam in one scanning direction for successive scanning of the entire observation area along several detection areas that follow one another in the scanning direction and a control device for determining distance information from the detection areas based on the transit times of the respective individual laser pulses .
  • the control device is designed to select an angular range of the observation area and to group sub-detectors for evaluation to form a first macro-pixel for at least one first individual laser pulse that can be illuminated in a first detection area; and for at least a second Individual laser pulse, by means of which at least a second detection area can be illuminated, to group sub-detectors for evaluation into at least one second macro-pixel.
  • the selected angular range can be mapped in each case by means of the sub-detectors of the first and the at least one second macro-pixel, and the sub-detectors are each captured by an image point currently mapped on the detection area.
  • a multi-pulse lidar system is a lidar system in which a detection area is illuminated by means of several individual laser pulses of lower power, which follow one another in rapid succession. By adding up the individual measurements, a suitable detector signal with a sufficient signal-to-noise ratio can be obtained.
  • a single-pulse lidar system can scan each detection area by means of a single laser pulse. For this, however, individual laser pulses with a relatively high laser power are required, which is why a correspondingly powerful laser source is required.
  • a multi-pulse lidar system manages with a significantly lower laser power.
  • the multi-pulse lidar system can be used, among other things, to detect objects in the vicinity of ego vehicles.
  • the transmission laser beam can be moved successively along a scanning direction, with the objects located in the observation area being able to be detected.
  • a relative position of a detected object in relation to an ego vehicle can be determined by a corresponding angle of the transmitted laser beam and distance information determined by measuring the transit time of the individual laser pulses.
  • the receiving device with the detection surface is designed in particular as a SPAD detector.
  • SPAD stands for Single Photon Avalanche Photodiode.
  • the SPAD detector can have so-called SPAD cells as sub-detectors.
  • a cell-shaped sub-detector arrangement comprises a plurality of sub-detectors arranged next to one another in a first direction of extent.
  • a matrix-like sub-detector arrangement comprises several sub-detectors arranged next to one another in a first direction of extent and several sub-detectors arranged one behind the other in a second direction of extent.
  • the advantage of the invention is that, despite the use of several pulses for a measurement, the same lateral resolution can be achieved as with a single-pulse lidar system, with the ability to separate objects being improved. A better ability to separate objects, especially in the horizontal direction, can be achieved. In particular, smaller objects, such as lost items of freight, within a greater range, i.e. greater distance from the multi-pulse lidar system, can be better detected. It can also prevent a lot of interfering background light from negatively influencing the measurements.
  • the components of the multi-pulse lidar system can also be easily implemented.
  • the effort involved in evaluating the measurement data, such as B. the determination of the distance information can be kept small. Required storage space and computing effort can be kept to a minimum.
  • control device is also designed to group the at least one second macro-pixel independently of the first macro-pixel.
  • distance information can be determined on the basis of the second macro-pixel independently of the first macro-pixel.
  • control device is set up to create and evaluate a first histogram for the first macro pixel and to create and evaluate a second histogram for the second macro pixel, the second histogram being able to be created and evaluated independently of the first histogram.
  • the second histogram can be created and evaluated without taking the first histogram into account. In other words, the first histogram is not temporarily stored but can be ignored.
  • the advantage of this embodiment is that the effort for evaluating the measurement data can be kept low. Little storage space and computing effort are required.
  • the transmission device comprises a plurality of laser sources, the detection areas of which are arranged one below the other orthogonally to the scanning direction.
  • the detection area for each laser source comprises a sub-detector arrangement individually assigned to the respective laser source, the sub-detector arrangements being arranged one below the other orthogonally to the scanning direction. This allows the vertical resolution of the lidar system to be increased.
  • the invention is also based on a method for detecting at least one object in an observation area with the aid of a multi-pulse lidar system.
  • the method comprises the steps of: generating a transmission laser beam in the form of a time sequence of at least two individual laser pulses, the transmission laser beam illuminating a detection area limited to a section of the observation area with each individual laser pulse; Generating a scanning movement of the transmitter laser beam and a received laser beam in a scanning direction, which causes a successive scanning of the entire observation area in several detection areas successive in the scanning direction; Receiving the received laser beam generated by reflection and / or scattering of the transmitter laser beam on the object in the observation area on a detection surface with a line or matrix-shaped sub-detector arrangement composed of several sub-detectors arranged next to one another in a first direction of extent, with a detection area currently detected by the transmission laser beam on the detection surface in the form of a pixel is mapped; Selection of an angular range of the observation area; Grouping of sub-detectors for at least one first individual laser pulse, which illuminates a first detection area, to form a first macro-pixel, and grouping of sub-de
  • the grouping of sub-detectors to form at least one second macro-pixel takes place independently of the grouping of sub-detectors to form the first macro-pixel.
  • distance information is determined on the basis of the second macro-pixel independently of the first macro-pixel.
  • a first histogram for the first macro-pixel is created and evaluated, and a second histogram for the second macro-pixel is created and evaluated independently of the first histogram.
  • the second histogram can be created and evaluated without taking the first histogram into account. In other words, the first histogram is not temporarily stored but can be ignored.
  • the advantage of this embodiment is that the effort for evaluating the measurement data can be kept low. Little storage space and computing effort are required.
  • the invention is also based on a computer program which is set up to carry out all steps of the method described.
  • the invention is also based on a machine-readable storage medium on which the described computer program is stored.
  • Figure 1 schematically shows a perspective view of a
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a rotating lidar system during the scanning of a vehicle arranged in its observation area
  • FIG. 3 illustrates the grouping of a first and subsequent macro-pixel
  • FIG. 7-9 a schematic representation of a scanning process of an object
  • FIG. 10 shows an exemplary embodiment of the method for detecting at least one object in an observation area.
  • FIG. 1 shows, by way of example, a macro lidar system 100 with a rotating sensor head 101, which has several transmitting and receiving units arranged at different angles, with only the transmitting device 110 being shown in the present example.
  • the sensor head 101 executes a rotating scanning movement 122, the axis of rotation 102 running parallel to the Z-axis in the present example.
  • the horizontal image resolution of the lidar system is determined by the rotational movement and the measuring rate.
  • the vertical image resolution is defined by the number and the respective angular spacing of the receiving units.
  • the sensor head 101 performs a complete rotation of 360 °. For each embodiment, however, the scanning movement can also be restricted to a defined angular range.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the macro lidar system 100 from FIG. 1 during a scanning process in which an object 400 (in the present case a vehicle) arranged in the observation area 300 of the lidar system 100 is scanned by means of laser radiation 200.
  • the lidar system 100 has a rotating sensor head 101 which comprises a transmitting device 110 with at least one laser source 111 and a receiving device 140 with a detection surface 141.
  • the detection area 141 comprises a line-shaped or matrix-shaped sub-detector arrangement 143 composed of a plurality of sub-detectors 142n arranged next to one another in a first direction of extent 144.
  • FIG. 2 shows only a cell-shaped sub-detector arrangement 143 with only three sub-detectors 142n.
  • the sensor head 101 further comprises an optical imaging device 150.
  • This can be, for example, one or more optical lens elements with the aid of which the laser beams 210, 220 are shaped in the desired manner.
  • the sensor head 101 can have a Beam splitter 121 for superimposing or separating the transmitted and received laser beams 210, 220.
  • Such an optical beam splitter 121 can be designed, for example, in the form of a partially transparent mirror.
  • the lidar system 100 typically also includes a control device 130 for controlling the transmitting and receiving devices 110, 140.
  • the control device 130 also includes a measuring device for determining the transit times of the emitted and re-received individual laser pulses and an evaluation device for determining distance information of the sampling points on the basis of the measured transit times.
  • the control device 130 or individual of its components can be arranged outside the sensor head 101 and connected to the respective devices in the sensor head 101 by means of corresponding signal and data lines.
  • the control device 130 or also individual components thereof can be accommodated within the sensor head 101.
  • each laser source of the transmission device 110 generates its own transmission laser beam 210 in the form of a chronological sequence of short individual laser pulses.
  • the transmission laser beam 210 illuminates a solid angle defining the detection area 310 of the respective individual laser pulse, which typically represents only a relatively small section of the entire observation area 300 of the lidar system 100. Scanning of the entire observation area 300 is only achieved through the rotating scanning movement 122 and the associated successive displacement of the detection areas 310 of successive individual laser pulses.
  • FIG. 2 shows an example of a measurement sequence with three individual laser pulses emitted one after the other and their respective detection areas 310-1 to 310-3. The detection areas 310-1 to 310-3 are drawn by means of a dashed line.
  • the detection areas 310-1 to 310-3 of the transmission laser beam 210 are shown in a circle in the present exemplary embodiment.
  • the cross section of the transmission laser beam 210 which defines the shape of a detection area 310, can, however, also be designed differently, for example elliptical or approximately square or rectangular. Due to the scanning movement 122 of the sensor head 101, the individual laser pulses are emitted at different angles, so that the transmission laser beam 210 with its current detection area 310 travels in predetermined angular steps over the object 400 being scanned.
  • the transmitted laser beam 210 reflected on the object 400 or backscattered from the object 400 is received in the form of a received laser beam 220 in the sensor head 101 and imaged on the detection surface 141.
  • a current detection area 310 is imaged on the detection surface 141, displaced by a defined distance in the case of successive laser pulses.
  • FIG. 3 shows a timing diagram with which the grouping of a first and subsequent macro-pixel is clarified.
  • the detection surface 141 in the present exemplary embodiment has a matrix-shaped sub-detector arrangement 143 which comprises a total of 21 sub-detectors 142 i, j arranged next to one another in a first direction of extent 144 and a total of eight sub-detectors 142 i, j arranged one behind the other in a second direction of extent 145.
  • this angular range 307 is first selected.
  • this angular range 307 or in other words this solid angle, could define the detection range 310-1 from FIG.
  • the middle sub-detectors 142i, j of the sub-detector arrangement 143 which are shown by way of example between the two vertical lines marked with the bracket 307, are designed in the present example to map the selected angular range 307.
  • a first detection area 310 n is now illuminated by means of a first individual laser pulse.
  • a transmission laser beam reflected on an object or scattered back from the object is received at time 301 in the form of a reception laser beam and imaged as image point 230 n on detection surface 141.
  • the lowermost sub-detector arrangement 143 illustrates which of the Sub-detectors 142i, j, which are designed to map the angular region 307, are each detected at the point in time 301 by an image point 230 n currently mapped on the detection surface 141. These are the dark hatched sub-detectors 142i, jA.
  • the sub-detectors 142i, jB arranged to the right of the sub-detectors 142i, jA are also designed to map the angular range 307, but are not detected at the time 301 by the image point 230 n currently mapped on the detection surface 141.
  • the lighter hatched sub-detectors 142i, jC which are arranged to the left of the sub-detectors 142i, jA at time 301, are indeed detected by the image point 230 n currently depicted on the detection surface 141, but are not designed to depict the angular range 307.
  • the sub-detectors 142i, jA are grouped into a first macro-pixel 160 n.
  • the signals of the grouped sub-detectors 142i, jA are jointly assigned to a histogram assigned to the first macro-pixel 160-1.
  • a second detection area 310 n is then illuminated by means of a second individual laser pulse.
  • a transmission laser beam reflected on an object or scattered back from the object is received at time 302 in the form of a reception laser beam and imaged as image point 230 n on detection surface 141.
  • the second sub-detector arrangement 143 illustrates which of the sub-detectors 142i, j, which are designed to map the angular range 307, are each detected at the point in time 302 by a pixel 230 n currently mapped on the detection surface 141. Again, these are the dark hatched sub-detectors 142i, jA.
  • the dark hatched sub-detectors are now also grouped into a second macropixel 160-2 for time 302.
  • the second macro-pixel 160-2 is grouped independently of the first macro-pixel 160-1.
  • the signals of the sub-detectors 142i, jA grouped for the time 302 are jointly assigned to a histogram assigned to the second macro-pixel 160-2.
  • the second histogram is created and evaluated independently of the histogram of the first macro-pixel 160-1.
  • the effort for evaluating the measurement data can be kept low as a result. The same applies to points in time 303 to 306.
  • FIG. 3 shows how a scanning movement in the scanning direction 123, by means of which a successive scanning of the entire observation area is made possible along several detection areas 310 n following one another in the scanning direction 123, creates the impression that the image point 230 n is moving over the sub-detector arrangement 143.
  • the impression also arises that the macropixels 160 n pass through the sub-detector arrangement 143, whereby they simultaneously change their size.
  • the number of sub-detectors 142i, jA which can be used for grouping to form the individual macropixels 160 n , differs depending on the point in time 301 to 306. The number thus increases from point in time 301 to point in time 303.
  • all sub-detectors 142i, j which are designed to image the angular range 307 are detected by the image point 230 n currently being imaged on the detection surface 141.
  • the detection range 310 n corresponds to the angular range 307.
  • the detection range 310 n lies exactly in the angular range 307.
  • all sub-detectors 142i, j, which are designed to image the angular range 307 can move to the third macro-pixel in this example 160-3 can be grouped. From time 303 to time 306, the number of sub-detectors 142i, jA decreases again.
  • FIGS. 4 to 6 show schematic representations of the lidar system according to the invention to illustrate the scanning process of an object by means of three successive individual laser pulses.
  • FIGS. 4 to 6 show the short scan sequence already shown in FIG. 2, which includes the scanning of the vehicle 400 by means of three individual laser pulses.
  • FIG. 4 shows a first individual measurement in which the vehicle 400 is illuminated by means of a first individual laser pulse. This first individual laser pulse illuminates a first detection area 310-1 that is limited to a part of the observation area 300.
  • the detection area 310-1 corresponds to the selected angular area 307.
  • the first detection area 310-1 detected by the transmission laser beam 210 in FIG Image point 230 n .
  • the image point 230 n thereby illuminates a total of 64 of the sub-detectors 142i, j of the matrix-shaped sub-detector arrangement 143, which are marked in FIG. 4 as the dark-hatched sub-detectors 142i, jA.
  • the first detection area 310-1 lies completely in a selected angular area 307 of the observation area 300 for the first individual measurement.
  • the selected angular area 307 can thus be mapped by means of all sub-detectors 142i, jA illuminated by the image point.
  • the sub-detectors 142i, jA are grouped to form a first macro-pixel 160 n for evaluation.
  • This first macro-pixel 160 n thus comprises the sub-detectors 142i, jA, which are detected by an image point 230 n currently depicted on the detection surface 141.
  • the signals of the grouped sub-detectors 142i, jA are jointly assigned to a histogram 170 n assigned to the first macro-pixel 160 n.
  • the transmission laser beam 210 has traveled further in the scanning direction 123 as a result of the scanning movement 122.
  • the currently emitted second individual laser pulse therefore has a detection area 310 - 2 shifted by a specific angular amount in the scanning direction 123.
  • the position of the first image point 230 n on the detection surface 141 is also shifted by a defined amount.
  • the displacement of the image point 230 n depends directly on the imaging properties of the optical components and the respective angular difference between the individual measurements and thus on the scanning speed and the measuring rate.
  • these parameters are coordinated with one another in such a way that, in subsequent individual measurements, the image point 230 n is mapped on the detection surface in each case shifted by a distance which corresponds as exactly as possible to the lateral width of the sub-detectors 142i, j.
  • the steps with which the image points 230 n are mapped on the detection surface in a shifted manner in subsequent individual measurements are an integral multiple of the lateral width of the sub-detectors 142i, j.
  • the corresponding parameters of the lidar system can, however, also turn out to be such that the steps with which the image points are mapped shifted on the detection surface in subsequent individual measurements are each a fraction the lateral width of the sub-detectors.
  • lidar systems can also be implemented in which the displacement of the image points 230 n on the detection surface is in no rational relationship to the lateral width of the sub-detectors 142 i J.
  • the first detection area 310-2 detected by the transmission laser beam 210 in FIG. 5 is imaged on the detection surface 141 in the form of an image point 230 n .
  • the image point 230 n illuminates a total of 64 of the sub-detectors 142i, j of the matrix-shaped sub-detector arrangement 143.
  • the second detection area 310-2 for the second individual measurement is no longer completely in the selected angular area 307 of the observation area 300. Only the 56 sub-detectors 142i, jA, which are designed to map the angular range 307 are captured by the image point 230 n currently mapped on the detection surface 141.
  • the lighter shaded sub-detectors 142i, jC which are arranged in Figure 5 to the right of the sub-detectors 142i, jA are indeed detected n of the on the detection area 141 currently imaged image point 230, but are not adapted to map the angular range 307th
  • the sub-detectors 142i, jB arranged to the left of the sub-detectors 142i, jA are designed to map the angular range 307, but are currently not detected by the image point 230 n mapped on the detection surface 141.
  • the sub-detectors 142i, jA are grouped into a second macro-pixel 160 n.
  • the second macro-pixel 160 n accordingly only comprises information from the sub-area 308 of the selected angular area 307.
  • the signals of the grouped sub-detectors 142i, jA are jointly assigned to a second histogram 170 n assigned to the second macro-pixel 160 n.
  • the second histogram 170 n is created and evaluated independently of the histogram of the first macro-pixel.
  • FIG. 6 shows a process status during a third individual measurement, which follows the second individual measurement shown in FIG.
  • the transmission laser beam has moved to the right by a further angular amount, so that the associated detection area 310-3 has now moved by a further amount compared to the first individual measurement shown in FIG.
  • the shift is twice the lateral width of the sub-detectors 142i, j.
  • the current image point 230 n thereby illuminates a total of 64 of the sub-detectors 142i, j of the matrix-shaped sub-detector arrangement 143.
  • the third detection area 310-3 for the third individual measurement lies even less in the selected angular area 307 of the observation area 300. Only the 40 sub-detectors 142i, jA, which are designed to map the angular range 307 are captured by the image point 230 n currently mapped on the detection surface 141.
  • the lighter shaded sub-detectors 142i, jC which are arranged in Figure 6 the right of the sub-detectors 142i, jA are indeed detected n of the on the detection area 141 currently imaged image point 230, but are not adapted to map the angular range 307th
  • the sub-detectors 142i, jB arranged to the left of the sub-detectors 142i, jA are designed to map the angular range 307, but are currently not detected by the image point 230 n mapped on the detection surface 141.
  • the sub-detectors 142i, jA are grouped into a third macro-pixel 160 n.
  • the third macro-pixel 160 n accordingly only includes information from the sub-area 309 of the selected angular range 307.
  • the signals of the grouped sub-detectors 142i, jA are jointly assigned to a histogram 170 n assigned to the third macro-pixel 160 n.
  • the third histogram 170 n is created and evaluated independently of the histogram of the first macro-pixel and independently of the histogram of the second macro-pixel.
  • FIGS. 7 to 9 show a schematic representation of a scanning process of an object 400 located in a selected angular range 307.
  • the relationship between the rotating scanning movement and the displacement of the macropixels 160 n over the detection surface 141 of the sub-detector arrangement 143 and the simultaneously variable size of the macro - Pixel 160 n clarified.
  • FIGS. 7 to 9 show a sequence of the scanning process comprising three individual measurements.
  • a simplified embodiment of the sensor head 101 is shown in each case, the laser beams 235 directly onto the detection surface 141 by means of an optical imaging device 150 without being deflected by a beam splitter can be mapped.
  • the emitted laser beam 210 detects an object 400 located in the selected angular range 307.
  • the laser beam 210 is reflected back on the object 400 and received again by the sensor head 101 of the lidar system 100 in the form of a received laser beam.
  • An image point 230 n is imaged on the detection surface 141.
  • the detection surface 141 which in the present exemplary embodiment is a two-dimensional sub-detector arrangement 143 in the form of a 12 * 8 matrix, is shown both in the side view and in a top view.
  • the image point 230 n is imaged on a central area of the sub-detector arrangement 143 for each of the individual measurements shown in FIGS. This area is marked with the thick border. For example, only the sub-detectors 142i, j arranged in this image point 230 n are activated.
  • FIG. 7 shows which of the sub-detectors 142 i, j, which are designed to map the angular range 307, are detected by the image point 230 n currently mapped on the detection surface 141.
  • These are the eight sub-detectors 142i, jA.
  • the eight sub-detectors 142i, jB arranged to the left of the sub-detectors 142i, jA are also designed to map the angular range 307, but are not detected by the image point 230 n currently mapped on the detection surface 141 in the first individual measurement.
  • the sub-detectors 142i, jB are currently not activated, for example.
  • the eight sub-detectors 142i, jC arranged to the right of the sub-detectors 142i, jA are detected by the image point 230 n currently depicted on the detection surface 141, but are not designed to depict the angular range 307.
  • the eight sub-detectors 142i, jA are grouped to form a first macro-pixel 160 n .
  • the signals of the grouped sub-detectors 142i, jA are jointly assigned to a histogram assigned to the first macro-pixel 160 n.
  • FIG. 8 shows the arrangement from FIG. 7 during the subsequent second individual measurement.
  • the transmission laser beam 210 has traveled further in the scanning direction 123 as a result of the scanning movement 122.
  • the 16 sub-detectors 142i, jA are adapted to map the angular range 307, and are recorded from the n on the detection area 141 currently imaged pixel 230th
  • the 16 sub-detectors 142i, jA are grouped to form a second macro-pixel 160 n .
  • the second macro-pixel 160 n is grouped independently of the first macro-pixel.
  • the signals of the grouped sub-detectors 142i, jA are jointly assigned to a histogram assigned to the second macro-pixel 160 n.
  • the second macro-pixel 160 n is thus shifted in the scanning direction 123 and is larger, that is to say comprises a higher number of sub-detectors 142i, jA, than the first macro-pixel 160 n .
  • the second histogram is created and evaluated independently of the histogram of the first macro pixel.
  • FIG. 9 shows the arrangement from FIGS. 7 and 8 during the subsequent third individual measurement.
  • the transmission laser beam 210 has traveled further in the scanning direction 123 as a result of the scanning movement 122.
  • the eight sub-detectors 142i, jA are adapted to map the angular range 307, and are recorded from the n on the detection area 141 currently imaged pixel 230th
  • the eight sub-detectors 142i, jB arranged to the right of the sub-detectors 142i, jA are also designed to map the angular range 307, but are not detected by the image point 230 n currently mapped on the detection surface 141 in the third individual measurement.
  • the sub-detectors 142i, jB are currently not activated, for example.
  • the eight sub-detectors 142i, jC arranged to the left of the sub-detectors 142i, jA are detected by the image point 230 n currently depicted on the detection surface 141, but are not designed to depict the angular range 307.
  • the eight sub-detectors 142i, jA are grouped to form a third macro-pixel 160 n .
  • the third macro-pixel 160 n is grouped independently of the first macro-pixel and also independently of the second macro-pixel.
  • the signals of the grouped sub-detectors 142i, jA are jointly assigned to a histogram assigned to the third macro-pixel 160 n.
  • the third macro-pixel 160 n is thus shifted in the scanning direction 123 and is smaller, that is to say comprises a smaller number of sub-detectors 142i, jA, than the second macro-pixel 160 n .
  • the third histogram is created and evaluated independently of the histogram of the first macro-pixel and also independently of the histogram of the second macro-pixel.
  • FIG. 10 shows once again, summarized, an exemplary embodiment of the method 1000 for detecting at least one object in one Observation area using a multi-pulse lidar system.
  • the method 1000 starts in step 1001. It comprises the further steps: generating 1002 a transmission laser beam in the form of a time sequence of individual laser pulses, the transmission laser beam illuminating a detection area limited to a section of the observation area with each individual laser pulse; Generating 1003 a scanning movement of the transmission laser beam in a scanning direction, which causes successive scanning of the entire observation area in a plurality of detection areas that follow one another in the scanning direction;
  • Receiving 1004 a received laser beam generated by reflection and / or scattering of the transmitted laser beam on the object in the observation area on a detection surface with a line or matrix-shaped sub-detector arrangement made up of several sub-detectors arranged next to one another in a first direction of extent, with a detection area currently detected by the transmitted laser beam on the detection surface in the form of a Image point is imaged; Selection 1005 of an angular range of the observation area; Grouping 1006 of sub-detectors for at least one first individual laser pulse, which illuminates a first detection area, to form a first macro-pixel, and grouping 1007 of sub-detectors for at least one second individual laser pulse, which illuminates at least a second detection area, to form at least one second macro-pixel, where the sub-detectors of the first and of the at least one second macro-pixel each image the selected angular range and are captured by an image point currently depicted on the detection area; and evaluating 1008 the first and the at least one second macro-pixel to

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

Multipuls-Lidarsystem (100) zur Erfassung wenigstens eines Objekts (400) umfassend: eine Sendeeinrichtung (110) mit wenigstens einer Laserquelle (111); eine Empfangseinrichtung (140) mit einer Detektionsfläche (141) umfassend eine zeilen- oder matrixförmige Subdetektoranordnung (143) zum Empfangen eines am Objekt (400) in einem Beobachtungsbereich (300) reflektierten und/oder gestreuten Sendelaserstrahls (210), wobei die Empfangseinrichtung (140) ausgebildet ist, einen vom Sendelaserstrahl (210) erfassten Erfassungsbereich (310n) auf der Detektionsfläche (141) in Form eines Bildpunkts (230n) abzubilden; eine Scaneinrichtung (120) zum Erzeugen einer Scanbewegung (122) des Sendelaserstrahls (210) und eines Empfangslaserstrahls (220); und eine Steuereinrichtung (130) zum Bestimmen von Entfernungsinformationen der Erfassungsbereiche (310n), wobei die Steuereinrichtung (130) ausgebildet ist, einen Winkelbereich (307) des Beobachtungsbereichs (300) auszuwählen und für wenigstens einen ersten Einzellaserpuls, mittels dem ein erster Erfassungsbereich (310n) beleuchtbar ist, Subdetektoren (142i,j) zur Auswertung zu einem ersten Makro-Pixel (160n) zu gruppieren; und für wenigstens einen zweiten Einzellaserpuls, mittels dem ein wenigstens zweiter Erfassungsbereich (310n) beleuchtbar ist, Subdetektoren (142i,j) zur Auswertung zu wenigstens einem zweiten Makro-Pixel (160n) zu gruppieren; wobei mittels der Subdetektoren (142i,j) des ersten und des wenigstens einen zweiten Makro- Pixels (160n) jeweils der ausgewählte Winkelbereich (307) abbildbar ist und wobei die Subdetektoren (142i,j) jeweils von einem auf der Detektionsfläche (141) aktuell abgebildeten Bildpunkt (230n) erfasst werden.

Description

Beschreibung
Titel
Multipuls-Lidarsystem und Verfahren zur Erfassung eines Objekts in einem
Beobachtungsbereich
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Multipuls-Lidarsystem zur Erfassung wenigstens eines Objektes in einem Beobachtungsbereich und ein Verfahren zur Erfassung wenigstens eines Objekts in einem Beobachtungsbereich mithilfe eines Multipuls-Lidarsystems.
Stand der Technik
Die DE 10 2017223 102 Al offenbart ein Multipuls-Lidarsystem zur Erfassung von Objekten in einem Beobachtungsbereich umfassend: eine Sendeeinrichtung mit wenigstens einer Laserquelle zum Erzeugen eines Sendelaserstrahls aus einer zeitlichen Abfolge von Einzellaserpulsen, welche jeweils einen auf einen Teil des Beobachtungsbereichs begrenzten Raumwinkel beleuchten, und in wenigstens einen Abtastpunkt abtasten; eine Empfangseinrichtung mit einer Detektionsfläche umfassend eine zeilen- oder matrixförmige Subdetektoranordnung aus mehreren in einer ersten Erstreckungsrichtung nebeneinander angeordneten Subdetektoren zum Empfangen des an Objekten im Beobachtungsbereich des Multipuls-Lidarsystems reflektieren und/oder gestreuten Sendelaserstrahls in Form eines Empfangslaserstrahls, wobei die Empfangseinrichtung ausgebildet ist, einen vom Sendelaserstrahl erfassten Abtastpunkt auf der Detektionsfläche in Form eines Bildpunkts abzubilden; eine Scaneinrichtung zum Erzeugen einer Scanbewegung des Sendelaserstrahls in einer Scanrichtung zu einer sukzessiven Abtastung des gesamten Beobachtungsbereichs entlang mehrerer in der Scanrichtung aufeinanderfolgenden Abtastpunkte, wobei die Scanbewegung des Sendelaserstrahls ausgebildet ist, einen Bildpunkt bei zeitlich nacheinander folgenden Einzellaserpulsen jeweils entlang der zeilen- oder matrixförmigen Subdetektoranordnung verschoben auf der Detektionsfläche abzubilden; und eine Steuereinrichtung zum Bestimmen von Entfernungsinformationen der Abtastpunkte anhand von Laufzeiten der jeweiligen Einzellaserpulse, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, Subdetektoren, welche von einem auf der Detektionsfläche aktuell abgebildeten Bildpunkt erfasst werden, zur gemeinsamen Auswertung zu einem dem jeweiligen Bildpunkt individuell zugeordneten Makro-Pixels zu gruppieren.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Multipuls-Lidarsystem zur Erfassung wenigstens eines Objekts in einem Beobachtungsbereich. Das Multipuls-Lidarsystem umfasst eine Sendeeinrichtung mit wenigstens einer Laserquelle zum Erzeugen eines Sendelaserstrahls aus einer zeitlichen Abfolge von mindestens zwei Einzellaserpulsen, welche jeweils einen auf einen Teil des Beobachtungsbereichs begrenzten Erfassungsbereich beleuchten, eine Empfangseinrichtung mit einer Detektionsfläche umfassend eine zeilen- oder matrixförmige Subdetektoranordnung aus mehreren in einer ersten Erstreckungsrichtung nebeneinander angeordneten Subdetektoren zum Empfangen des am Objekt im Beobachtungsbereich des Multipuls-Lidarsystems reflektierten und/oder gestreuten Sendelaserstrahls in Form eines Empfangslaserstrahls, wobei die Empfangseinrichtung ausgebildet ist, einen vom Sendelaserstrahl erfassten Erfassungsbereich auf der Detektionsfläche in Form eines Bildpunktes abzubilden. Das Multipuls-Lidarsystem umfasst weiterhin eine Scaneinrichtung zum Erzeugen einer Scanbewegung des Senderlaserstrahls und des Empfangslaserstrahls in einer Scanrichtung zu einer sukzessiven Abtastung des gesamten Beobachtungsbereichs entlang mehrerer in der Scanrichtung aufeinanderfolgender Erfassungsbereich und eine Steuereinrichtung zum Bestimmen von Entfernung Informationen der Erfassungsbereiche anhand von Laufzeiten der jeweiligen Einzellaserpulse. Die Steuereinrichtung ist hierbei dazu ausgebildet, einen Winkelbereich des Beobachtungsbereichs auszuwählen und für wenigstens einen ersten Einzellaserpuls, dass dem ein erster Erfassungsbereich beleuchtbar ist, Subdetektoren zur Auswertung zu einem ersten Makro-Pixel zu gruppieren; und für wenigstens einen zweiten Einzellaserpuls, mittels dem ein wenigstens zweiter Erfassungsbereich beleuchtbar ist, Subdetektoren zur Auswertung zu wenigstens einem zweiten Makro-Pixel zu gruppieren. Hierbei ist mittels der Subdetektoren des ersten und des wenigstens einen zweiten Makro-Pixels jeweils der ausgewählte Winkelbereich abbildbar und die Subdetektoren werden jeweils von einem auf der Detektionsfläche aktuell abgebildeten Bildpunkt erfasst.
Ein Multipuls-Lidarsystem ist ein Lidarsystem, bei dem ein Erfassungsbereich mittels mehrerer kurz hintereinander folgender Einzellaserpulse geringerer Leistung beleuchtet wird. Durch Aufsummieren der Einzelmessungen kann ein geeignetes Detektorsignal mit einem ausreichenden Signal-Rausch-Verhältnis erhalten werden. Im Gegensatz dazu kann ein Singlepuls-Lidarsystem jeden Erfassungsbereich mittels jeweils eines Einzellaserpulses abtasten. Hierfür sind jedoch Einzellaserpulse mit einer relativ hohen Laserleistung nötig, weshalb eine entsprechend leistungsfähige Laserquelle benötigt wird. Ein Multipuls- Lidarsystem hingegen kommt mit einer deutlich geringeren Laserleistung aus.
Das Multipuls-Lidarsystem kann unter anderem zur Erfassung von Objekten in der Umgebung von Ego- Fahrzeugen verwendet werden. Beim Scannen kann der Sendelaserstrahl dabei sukzessive entlang einer Scanrichtung bewegt werden, wobei die im Beobachtungsbereich befindlichen Objekte erfasst werden können. Eine relative Position eines erfassten Objekts in Bezug auf ein Ego- Fahrzeug kann dabei durch einen entsprechenden Winkel des Sendelaserstrahls und einer mittels Laufzeitmessung der Einzellaserpulse ermittelte Entfernungsinformation ermittelt werden.
Die Empfangseinrichtung mit der Detektionsfläche ist insbesondere als SPAD- Detektor ausgebildet. SPAD steht hierbei für Single Photon Avalanche Photodiode. Der SPAD-Detektor kann als Subdetektoren sogenannte SPAD- Zellen aufweisen. Eine zellenförmige Subdetektorandordnung umfasst mehrere in einer ersten Erstreckungsrichtung nebeneinander angeordnete Subdetektoren. Eine matrixförmige Subdetektorandordnung umfasst mehrere in einer ersten Erstreckungsrichtung nebeneinander angeordnete Subdetektoren und mehrere einer zweiten Erstreckungsrichtung hintereinander angeordnete Subdetektoren. Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass trotz Verwendung mehrerer Pulse für eine Messung dieselbe laterale Auflösung erzielt werden kann, wie bei einem Einzelpuls-Lidarsystem, wobei die Trennfähigkeit von Objekten verbessert ist. Es kann eine bessere Trennfähigkeit von Objekten, insbesondere in horizontaler Richtung erreicht werden. Insbesondere kleinere Objekte, wie beispielsweise verlorene Frachtstücke, in größerer Reichweite, sprich größerer Entfernung vom Multipuls-Lidarsystem können besser erfasst werden. Es kann außerdem verhindert werden, dass viel störendes Hintergrundlicht die Messungen negativ beeinflusst. Die Komponenten des Multipuls-Lidarsystems können zudem einfach implementiert werden. Der Aufwand für die Auswertung der Messdaten, wie z. B. das Bestimmen der Entfernungsinformationen kann geringgehalten werden. Benötigter Speicherplatz und Rechenaufwand können minimal gehalten werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung weiterhin dazu ausgebildet ist, den wenigstens einen zweiten Makro-Pixel unabhängig vom ersten Makro-Pixel zu gruppieren. Insbesondere sind Entfernungsinformationen anhand des zweiten Makro-Pixels unabhängig vom ersten Makro-Pixel bestimmbar. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, ein erstes Histogramm für das erste Makro- Pixel zu erstellen und auszuwerten, und ein zweites Histogramm für das zweite Makro-Pixel zu erstellen und auszuwerten, wobei das zweite Histogramm unabhängig vom ersten Histogramm erstellbar und auswertbar ist. Das zweite Histogramm kann ohne Berücksichtigung des ersten Histogramms erstellbar und auswertbar sein. Mit anderen Worten, das erste Histogramm wird nicht zwischengespeichert, sondern kann unberücksichtigt bleiben. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass der Aufwand für die Auswertung der Messdaten geringgehalten werden kann. Es wird wenig Speicherplatz und Rechenaufwand benötigt.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sendeeinrichtung mehrere Laserquellen umfasst, deren Erfassungsbereiche orthogonal zur Scanrichtung untereinander angeordnet sind. Dabei umfasst die Detektionsfläche für jede Laserquelle eine der jeweiligen Laserquelle individuell zugeordnete Subdetektoranordnung, wobei die Subdetektoranordnungen orthogonal zur Scanrichtung untereinander angeordnet sind. Hierdurch kann die vertikale Auflösung des Lidarsystems erhöht werden. Die Erfindung geht weiterhin aus von einem Verfahren zur Erfassung wenigstens eines Objekts in einem Beobachtungsbereich mithilfe eines Multipuls- Lidarsystems. Das Verfahren umfasst die Schritte: Erzeugen eines Sendelaserstrahls in Form einer zeitlichen Abfolge von mindestens zwei Einzellaserpulsen, wobei der Sendelaserstrahl mit jedem einzelnen Laserpuls einen auf einen Teilabschnitt des Beobachtungsbereichs begrenzten Erfassungsbereich beleuchtet; Erzeugen einer Scanbewegung des Senderlaserstrahls und eines Empfangslaserstrahls in einer Scanrichtung, welche eine sukzessive Abtastung des gesamten Beobachtungsbereichs in mehreren in der Scanrichtung aufeinanderfolgenden Erfassungsbereichen bewirkt; Empfangen des durch Reflexion und/oder Streuung des Senderlaserstrahls am Objekt im Beobachtungsbereich erzeugten Empfangslaserstrahl auf einer Detektionsfläche mit einer zeilen-oder matrixförmigen Subdetektoranordnung aus mehreren in einer ersten Erstreckungsrichtung nebeneinander angeordneten Subdetektoren, wobei ein vom Sendelaserstrahl aktuell erfasste Erfassungsbereich auf der Detektionsfläche in Form eines Bildpunktes abgebildet wird; Auswahl eines Winkelbereichs des Beobachtungsbereichs; Gruppieren von Subdetektoren für wenigstens einen ersten Einzellaserpuls, der einen ersten Erfassungsbereich beleuchtet, zu einem ersten Makro-Pixel, und Gruppieren von Subdetektoren für wenigstens einen zweiten Einzellaserpuls, der wenigstens einen zweiten Erfassungsbereich beleuchtet, zu wenigstens einem zweiten Makro-Pixel, wobei die Subdetektoren des ersten und des wenigstens einen zweiten Makro-Pixels jeweils den ausgewählten Winkelbereich abbilden und von einem auf der Detektionsfläche jeweils aktuell abgebildeten Bildpunkt erfasst werden; und Auswerten des ersten und des wenigstens einen zweiten Makro-Pixels zur Bestimmung von Entfernungsinformationen des ausgewählten Winkelbereichs anhand von Laufzeiten der jeweiligen Einzellaserpulse.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gruppieren von Subdetektoren zu wenigstens einem zweiten Makro-Pixel unabhängig von der Gruppierung von Subdetektoren zum ersten Makro-Pixel erfolgt. Insbesondere werden Entfernungsinformationen anhand des zweiten Makro-Pixels unabhängig vom ersten Makro-Pixel bestimmt. Insbesondere wird ein erstes Histogramm für den ersten Makro-Pixel erstellt und ausgewertet, und ein zweites Histogramm für den zweiten Makro-Pixel unabhängig vom ersten Histogramm erstellt und ausgewertet. Das zweite Histogramm kann ohne Berücksichtigung des ersten Histogramms erstellt und ausgewertet werden. Mit anderen Worten, das erste Histogramm wird nicht zwischengespeichert, sondern kann unberücksichtigt bleiben. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass der Aufwand für die Auswertung der Messdaten geringgehalten werden kann. Es wird wenig Speicherplatz und Rechenaufwand benötigt.
Die Erfindung geht weiterhin aus von einem Computerprogramm, welches eingerichtet ist, alle Schritte des beschriebenen Verfahrens auszuführen.
Die Erfindung geht weiterhin aus von einem maschinenlesbaren Speichermedium, auf dem das beschriebene Computerprogramm gespeichert ist.
Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente. Es zeigen:
Figur 1 schematisch eine perspektivische Darstellung eines
Ausführungsbeispiels des Multipuls-Lidarsystems;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines rotierenden Lidarsystems beim Scannen eines in seinem Beobachtungsbereich angeordneten Fahrzeuges;
Figur 3 Verdeutlichung der Gruppierung eines ersten und darauffolgender Makro- Pixel;
Figur 4-6 schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen
Lidarsystems zur Verdeutlichung des Abtastvorgangs eines Objektes mittels dreier aufeinander folgender Einzellaserpulse; Figur 7-9 eine schematische Darstellung eines Abtastvorgangs eines Objekts; Figur 10 ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Erfassung wenigstens eines Objekts in einem Beobachtungsbereich.
Figur 1 zeigt beispielhaft ein Makro-Lidarsystem 100 mit einem rotierenden Sensorkopf 101, welcher über mehrere in unterschiedlichen Winkeln angeordnete Sende- und Empfangseinheiten verfügt, wobei im vorliegenden Beispiel lediglich die Sendeeinrichtung 110 dargestellt ist. Der Sensorkopf 101 führt dabei eine rotierende Scanbewegung 122 aus, wobei die Rotationsachse 102 im vorliegenden Beispiel parallel zur Z-Achse verläuft. Bei dieser Anordnung wird die horizontale Bildauflösung des Lidarsystems durch die Rotationsbewegung und die Messrate bestimmt. Hingegen wird die vertikale Bildauflösung durch die Anzahl und den jeweiligen Winkelabstand der Empfangseinheiten definiert. Der Sensorkopf 101 führt im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine vollständige Drehung von 360° aus. Für jede Ausführungsform kann die Scanbewegung jedoch auch auf einen definierten Winkelbereich eingeschränkt sein.
Die Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung des Makro-Lidarsystems 100 aus Figur 1 während eines Scanvorgangs, bei dem ein im Beobachtungsbereich 300 des Lidarsystems 100 angeordnetes Objekt 400 (im vorliegenden Fall ein Fahrzeug) mittels einer Laserstrahlung 200 abgetastet wird. Das Lidarsystem 100 weist einen rotierenden Sensorkopf 101 auf, welcher eine Sendeeinrichtung 110 mit wenigstens einer Laserquelle 111 sowie eine Empfangseinrichtung 140 mit einer Detektionsfläche 141 umfasst. Die Detektionsfläche 141 umfasst pro Laserquelle eine zeilen- oder matrixförmige Subdetektoranordnung 143 aus mehreren in einer ersten Erstreckungsrichtung 144 nebeneinander angeordneten Subdetektoren 142n. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der Figur 2 lediglich eine zellenförmige Subdetektoranordnung 143 mit lediglich drei Subdetektoren 142n dargestellt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der Sensorkopf 101 ferner eine optische Abbildungseinrichtung 150. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein oder mehrere optische Linsenelemente handeln, mit deren Hilfe die Laserstrahlen 210, 220 in gewünschter Weise geformt werden. Ferner kann der Sensorkopf 101, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Fall, einen Strahlenteiler 121 zum Überlagern bzw. Trennen der Sende- und Empfangslaserstrahlen 210, 220 aufweisen. Ein solcher optischer Strahlenteiler 121 kann beispielsweise in Form eines teildurchlässigen Spiegels ausgebildet sein.
Wie die Figur 2 ferner zeigt, umfasst das Lidarsystem 100 typischerweise auch eine Steuereinrichtung 130 zum Steuern der Sende- und Empfangseinrichtungen 110, 140. Die Steuereinrichtung 130 umfasst im vorliegenden Beispiel auch eine Messeinrichtung zum Ermitteln der Laufzeiten der emittierten und wieder empfangenen Einzellaserpulse sowie eine Auswerteeinrichtung zum Ermitteln von Entfernungsinformationen der Abtastpunkte anhand der gemessenen Laufzeiten. Je nach Ausführungsform kann die Steuereinrichtung 130 oder einzelne ihrer Komponenten außerhalb des Sensorkopfes 101 angeordnet und mittels entsprechender Signal- und Datenleitungen mit den jeweiligen Einrichtungen in dem Sensorkopf 101 verbunden sein. Alternativ hierzu können die Steuereinrichtung 130 oder auch einzelne ihrer Komponenten innerhalb des Sensorkopfes 101 untergebracht sein.
Im Betrieb des Lidarsystems 100 erzeugt jede Laserquelle der Sendeeinrichtung 110 einen eigenen Sendelaserstrahl 210 in Form einer zeitlichen Abfolge kurzer Einzellaserpulse. Der Sendelaserstrahl 210 beleuchtet dabei mit jedem Einzellaserpuls einen den Erfassungsbereich 310 des jeweiligen Einzellaserpulses definierenden Raumwinkel, welcher typischerweise nur einen relativ kleinen Ausschnitt des gesamten Beobachtungsbereichs 300 des Lidarsystems 100 darstellt. Erst durch die rotierende Scanbewegung 122 und die damit einhergehende sukzessive Verschiebung der Erfassungsbereiche 310 aufeinander folgender Einzellaserpulse wird eine Abtastung des gesamten Beobachtungsbereichs 300 erzielt. In der Figur 2 ist beispielhaft eine Mess- Sequenz mit drei zeitlich nacheinander emittierten Einzellaserpulsen sowie ihren jeweiligen Erfassungsbereichen 310-1 bis 310-3 dargestellt. Die Erfassungsbereiche 310-1 bis 310-3 sind dabei mittels einer gestrichelten Linie gezeichnet. Die Erfassungsbereiche 310-1 bis 310-3 des Sendelaserstrahls 210 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel kreisförmig dargestellt. Je nach Anwendung kann der Querschnitt des Sendelaserstrahls 210, welcher die Form eines Erfassungsbereichs 310 definiert, jedoch auch anders gestaltet sein, beispielsweise elliptisch oder annähernd quadratisch oder rechteckig. Aufgrund der Scanbewegung 122 des Sensorkopfes 101 werden die einzelnen Einzellaserpulse unter verschiedenen Winkeln emittiert, so dass der Sendelaserstrahl 210 mit seinem jeweils aktuellen Erfassungsbereich 310 in vorgegebenen Winkelschritten über das jeweils abgetastete Objekt 400 wandert.
Wie in der Figur 2 gezeigt ist, wird der an dem Objekt 400 reflektierte bzw. von dem Objekt 400 zurück gestreute Sendelaserstrahl 210 in Form eines Empfangslaserstrahls 220 im Sensorkopf 101 empfangen und auf die Detektionsfläche 141 abgebildet. Infolge der Scanbewegung 122 wird ein aktueller Erfassungsbereich 310, bei aufeinander folgenden Laserpulsen jeweils um einen definierten Abstand verschoben auf der Detektionsfläche 141 abgebildet.
Die Figur 3 zeigt ein Zeitdiagramm, mit dem die Gruppierung eines ersten und darauffolgender Makro-Pixel verdeutlicht wird. Im Unterschied zur Figur 2 weist die Detektionsfläche 141 im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine matrixförmige Subdetektoranordnung 143 auf, welche in einer ersten Erstreckungsrichtung 144 insgesamt 21 nebeneinander angeordnete Subdetektoren 142 i , j und in einer zweiten Erstreckungsrichtung 145 insgesamt acht hintereinander angeordnete Subdetektoren 142i,j umfasst. Sollen Entfernungsinformationen aus einem bestimmten Winkelbereich 307 des Beobachtungsbereichs 300 erfasst werden, so wird dieser Winkelbereich 307 zunächst ausgewählt. Beispielsweise könnte dieser Winkelbereich 307, oder in anderen Worten dieser Raumwinkel, den Erfassungsbereich 310-1 aus Figur 2 definieren. Die mittleren Subdetektoren 142i,j der Subdetektoranordnung 143, welche beispielhaft zwischen den mit der Klammer 307 markierten zwei senkrechten Linien dargestellt sind, sind im vorliegenden Beispiel dazu ausgebildet, den ausgewählten Winkelbereich 307 abzubilden.
Mittels eines ersten Einzellaserpulses wird nun ein erster Erfassungsbereich 310n beleuchtet. Ein an einem Objekt reflektierter bzw. von dem Objekt zurück gestreuter Sendelaserstrahl wird zum Zeitpunkt 301 in Form eines Empfangslaserstrahls empfangen und als Bildpunkt 230n auf die Detektionsfläche 141 abgebildet. Die unterste Subdetektoranordnung 143 verdeutlicht, welche der Subdetektoren 142i,j, die dazu ausgebildet sind, den Winkelbereich 307 abzubilden zum Zeitpunkt 301 jeweils von einem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230n erfasst werden. Dies sind die dunkel schraffierten Subdetektoren 142i,j-A. Die rechts neben den Subdetektoren 142i,j-A angeordneten Subdetektoren 142i,j-B sind zwar auch dazu ausgebildet, den Winkelbereich 307 abzubilden, werden zum Zeitpunkt 301 jedoch nicht von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230n erfasst.
Die heller schraffierten Subdetektoren 142i,j-C, welche zum Zeitpunkt 301 links neben den Subdetektoren 142i,j-A angeordnet sind, werden zwar von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230n erfasst, sind jedoch nicht dazu ausgebildet, den Winkelbereich 307 abzubilden. Die Subdetektoren 142i,j-A werden zu einem ersten Makro-Pixel 160n gruppiert. Die Signale der gruppierten Subdetektoren 142i,j-A werden gemeinsam einem dem ersten Makro-Pixel 160-1 zugeordneten Histogramm zugewiesen.
Mittels eines zweiten Einzellaserpulses wird anschließend ein zweiter Erfassungsbereich 310n beleuchtet. Ein an einem Objekt reflektierter bzw. von dem Objekt zurück gestreuter Sendelaserstrahl wird zum Zeitpunkt 302 in Form eines Empfangslaserstrahls empfangen und als Bildpunkt 230n auf die Detektionsfläche 141 abgebildet. Die zweite Subdetektoranordnung 143 von unten verdeutlicht, welche der Subdetektoren 142i,j, die dazu ausgebildet sind, den Winkelbereich 307 abzubilden zum Zeitpunkt 302 jeweils von einem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230n erfasst werden. Dies sind wiederrum die dunkel schraffierten Subdetektoren 142i,j-A. Wie für den Zeitpunkt 301 beschrieben wurde, werden auch für den Zeitpunkt 302 die dunkel schraffierten Subdetektoren nun zu einem zweiten Makropixel 160-2 gruppiert. Hierbei wird der zweite Makro-Pixel 160-2 unabhängig vom ersten Makro-Pixel 160-1 gruppiert. Die Signale der für den Zeitpunkt 302 gruppierten Subdetektoren 142i,j-A werden gemeinsam einem dem zweiten Makro-Pixel 160-2 zugeordneten Histogramm zugewiesen. Das zweite Histogramm wird hierbei unabhängig vom Histogramm des ersten Makro-Pixels 160-1 erstellt und ausgewertet. Der Aufwand für die Auswertung der Messdaten kann hierdurch gering gehalten werden. Gleiches gilt für die Zeitpunkte 303 bis 306. Der Übersicht halber sind neben dem Zeitpunkt 301 nur für den Zeitpunkt 306 die Subdetektoren 142i,j-A, 142 i , j - B und 142i,j-C, sowie der Bildpunkt 230n und der sechste Makro-Pixel 160-6 markiert.
Figur 3 zeigt hierbei, wie durch eine Scanbewegung in der Scanrichtung 123, durch die eine sukzessiven Abtastung des gesamten Beobachtungsbereichs entlang mehrerer in der Scanrichtung 123 aufeinanderfolgender Erfassungsbereiche 310n ermöglicht wird, der Eindruck entsteht, dass der Bildpunkt 230n über die Subdetektoranordnung 143 wandert. Gleichzeitig entsteht auch der Eindruck, dass die Makropixel 160n über die Subdetektoranordnung 143, wobei sie gleichzeitig ihre Größe ändern. Die Anzahl der Subdetektoren 142i,j-A, welche für die Gruppierung zu den einzelnen Makropixeln 160n verwendet werden können, unterscheidet sich je nach Zeitpunkt 301 bis 306. So nimmt die Anzahl vom Zeitpunkt 301 zum Zeitpunkt 303 zu. Zum Zeitpunkt 303 werden beispielsweise alle Subdetektoren 142i,j, die dazu ausgebildet sind, den Winkelbereich 307 abzubilden, von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230n erfasst. Zu diesem Zeitpunkt entspricht der Erfassungsbereich 310n dem Winkelbereich 307. Der Erfassungsbereich 310n liegt genau im Winkelbereich 307. Zu diesem Zeitpunkt können in diesem Beispiel alle Subdetektoren 142i,j, die dazu ausgebildet sind, den Winkelbereich 307 abzubilden, zum dritten Makro-Pixel 160-3 gruppiert werden. Vom Zeitpunkt 303 bis zum Zeitpunkt 306 nimmt die Anzahl der Subdetektoren 142i,j-A wieder ab.
Die Figuren 4 bis 6 zeigen schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen Lidarsystems zur Verdeutlichung des Abtastvorgangs eines Objektes mittels dreier aufeinander folgender Einzellaserpulse. Hierzu zeigen die Figuren 4 bis 6 die bereits in der Figur 2 gezeigte kurze Scansequenz, welche die Abtastung des Fahrzeugs 400 mittels dreier Einzellaserpulse umfasst. Die Figur 4 zeigt dabei eine erste Einzelmessung, bei der das Fahrzeug 400 mittels eines ersten Einzellaserpulses beleuchtet wird. Dieser erste Einzellaserpuls beleuchtet hierbei einen auf einen Teil des Beobachtungsbereichs 300 begrenzten ersten Erfassungsbereich 310-1. Für die in den Figuren 4 bis 6 beispielhaft gezeigte Scansequenz entspricht der Erfassungsbereich 310-1 dem ausgewählten Winkelbereich 307. Der in Figur 4 vom Sendelaserstrahl 210 erfasste erste Erfassungsbereich 310-1 wird auf der Detektionsfläche 141 in Form eines Bildpunkts 230n abgebildet. Der Bildpunkt 230n beleuchtet dabei insgesamt 64 der Subdetektoren 142i,j der matrixförmigen Subdetektoranordnung 143, welche in Figur 4 als die dunkel schraffierten Subdetektoren 142i,j-A markiert sind. Der erste Erfassungsbereich 310-1 liegt für die erste Einzelmessung komplett in einem ausgewählten Winkelbereich 307 des Beobachtungsbereichs 300. Mittels aller vom Bildpunkt beleuchteten Subdetektoren 142i,j-A ist somit der ausgewählte Winkelbereich 307 abbildbar. Die Subdetektoren 142i,j-A werden zur Auswertung zu einem ersten Makro-Pixel 160n gruppiert. Dieser erste Makro- Pixel 160n umfasst somit die Subdetektoren 142i,j-A, welche von einem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230n erfasst werden. Die Signale der gruppierten Subdetektoren 142i,j-A werden gemeinsam einem dem ersten Makro-Pixel 160n zugeordneten Histogramm 170n zugewiesen.
Bei dem in der Figur 5 gezeigten Verfahrensstand ist der Sendelaserstrahl 210 infolge der Scanbewegung 122 in Scanrichtung 123 weitergewandert. Der aktuelle emittierte zweite Einzellaserpuls weist daher einen um einen bestimmten Winkelbetrag in Scanrichtung 123 verschobenen Erfassungsbereich 310-2 auf. Infolge dessen verschiebt sich auch die Position des ersten Bildpunkts 230n auf der Detektionsfläche 141 um einen definierten Betrag. Die Verschiebung des Bildpunkts 230n hängt dabei unmittelbar von den Abbildungseigenschaften der optischen Komponenten sowie der jeweiligen Winkeldifferenz zwischen den Einzelmessungen und damit von der Scangeschwindigkeit und der Messrate ab. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind diese Parameter so aufeinander abgestimmt, dass der Bildpunkts 230n bei nachfolgenden Einzelmessungen auf der Detektionsfläche jeweils um eine Strecke verschoben abgebildet wird, welche möglichst exakt der lateralen Breite der Subdetektoren 142i,j entspricht. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Subdetektoren 142i,j-A stets eindeutig einem der Makro-Pixel 160n zugeordnet werden können. Dies gilt auch für Ausführungsformen, bei denen die Schritte, mit denen die Bildpunkte 230n bei nachfolgenden Einzelmessungen verschoben auf der Detektionsfläche abgebildet werden, einem ganzzahligen Vielfachen der lateralen Breite der Subdetektoren 142i,j betragen. Abhängig von der jeweiligen Anwendung können die entsprechenden Parameter des Lidarsystems jedoch auch so ausfallen, dass die Schritte, mit denen die Bildpunkte bei nachfolgenden Einzelmessungen verschoben auf der Detektionsfläche abgebildet werden, jeweils einem Bruchteil der lateralen Breite der Subdetektoren betragen. Darüber hinaus können auch Lidarsysteme realisiert werden, bei denen die Verschiebung der Bildpunkte 230n auf der Detektionsfläche in keinem rationalen Verhältnis zu der lateralen Breite der Subdetektoren 142 i J steht.
Der in Figur 5 vom Sendelaserstrahl 210 erfasste erste Erfassungsbereich 310-2 wird auf der Detektionsfläche 141 in Form eines Bildpunkts 230n abgebildet. Der Bildpunkt 230n beleuchtet dabei insgesamt 64 der Subdetektoren 142i,j der matrixförmigen Subdetektoranordnung 143. Jedoch liegt der zweite Erfassungsbereich 310-2 für die zweite Einzelmessung nicht mehr komplett im ausgewählten Winkelbereich 307 des Beobachtungsbereichs 300. Nur noch die 56 Subdetektoren 142i,j-A, die dazu ausgebildet sind, den Winkelbereich 307 abzubilden, werden von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230n erfasst. Die heller schraffierten Subdetektoren 142i,j-C, welche in Figur 5 rechts neben den Subdetektoren 142i,j-A angeordnet sind, werden zwar von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230n erfasst, sind jedoch nicht dazu ausgebildet, den Winkelbereich 307 abzubilden. Die links neben den Subdetektoren 142i,j-A angeordneten Subdetektoren 142i,j-B sind zwar dazu ausgebildet, den Winkelbereich 307 abzubilden, werden aktuell jedoch nicht von dem auf der Detektionsfläche 141 abgebildeten Bildpunkt 230n erfasst. Die Subdetektoren 142i,j-A werden zu einem zweiten Makro-Pixel 160n gruppiert. Der zweite Makro-Pixel 160n umfasst entsprechend nur noch Informationen aus dem Teilbereich 308 des ausgewählten Winkelbereichs 307. Die Signale der gruppierten Subdetektoren 142i,j-A werden gemeinsam einem dem zweiten Makro-Pixel 160n zugeordneten zweiten Histogramm 170n zugewiesen. Das zweite Histogramm 170n wird hierbei unabhängig vom Histogramm des ersten Makro-Pixels erstellt und ausgewertet.
Die Figur 6 zeigt einen Verfahrensstand während einer dritten Einzelmessung, welche nach der in Figur 5 dargestellten zweiten Einzelmessung folgt. Hierbei ist der Sendelaserstrahl infolge der Scanbewegung um einen weiteren Winkelbetrag nach rechts gewandert, so dass der zugehörigen Erfassungsbereich 310-3 nunmehr um einen weiteren Betrag gegenüber der in der Figur 4 gezeigten ersten Einzelmessung gewandert ist. Infolge dessen verschiebt sich auch die Position des aktuellen Bildpunkts 230n auf der Detektionsfläche 141 um einen definierten Betrag. Die Verschiebung beträgt gegenüber der Situation aus Figur 5 dem zweifachen der lateralen Breite der Subdetektoren 142i,j. Der aktuelle Bildpunkt 230n beleuchtet dabei insgesamt 64 der Subdetektoren 142i,j der matrixförmigen Subdetektoranordnung 143. Jedoch liegt der dritte Erfassungsbereich 310-3 für die dritte Einzelmessung noch weniger im ausgewählten Winkelbereich 307 des Beobachtungsbereichs 300. Nur noch die 40 Subdetektoren 142i,j-A, die dazu ausgebildet sind, den Winkelbereich 307 abzubilden, werden von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230n erfasst. Die heller schraffierten Subdetektoren 142i,j-C, welche in Figur 6 rechts neben den Subdetektoren 142i,j-A angeordnet sind, werden zwar von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230n erfasst, sind jedoch nicht dazu ausgebildet, den Winkelbereich 307 abzubilden. Die links neben den Subdetektoren 142i,j-A angeordneten Subdetektoren 142i,j-B sind zwar dazu ausgebildet, den Winkelbereich 307 abzubilden, werden aktuell jedoch nicht von dem auf der Detektionsfläche 141 abgebildeten Bildpunkt 230n erfasst. Die Subdetektoren 142i,j-A werden zu einem dritten Makro-Pixel 160n gruppiert. Der dritte Makro-Pixel 160n umfasst entsprechend nur noch Informationen aus dem Teilbereich 309 des ausgewählten Winkelbereichs 307. Die Signale der gruppierten Subdetektoren 142i,j-A werden gemeinsam einem dem dritten Makro-Pixel 160n zugeordneten Histogramm 170n zugewiesen. Das dritte Histogramm 170n wird hierbei unabhängig vom Histogramm des ersten Makro-Pixels und unabhängig vom Histogramm des zweiten Makro-Pixels erstellt und ausgewertet.
Die Figuren 7 bis 9 zeigen eine schematische Darstellung eines Abtastvorgangs eines in einem ausgewählten Winkelbereichs 307 befindlichen Objekts 400. Es wird der Zusammenhang zwischen der rotierenden Scanbewegung und der Verschiebung der Makropixel 160n über die Detektionsfläche 141 der Subdetektoranordnung 143 und die gleichzeitig veränderliche Größe der Makro- Pixel 160n verdeutlicht. Hierzu zeigen die Figuren 7 bis 9 eine drei Einzelmessungen umfassende Sequenz des Scanvorgangs. Dargestellt ist jeweils eine vereinfachte Ausführungsform des Sensorkopfes 101, wobei die Laserstrahlen 235 ohne Umlenkung durch einen Strahlenteiler mittels einer optischen Abbildungseinrichtung 150 direkt auf die Detektionsfläche 141 abgebildet werden. Der emittierte Sendelaserstrahl 210 erfasst ein im ausgewählten Winkelbereich 307 befindliches Objekt 400. Der Sendelaserstrahl 210 wird am Objekt 400 zurück reflektiert und in Form eines Empfangslaserstrahls vom Sensorkopf 101 des Lidarsystems 100 wieder empfangen. Es wird ein Bildpunkts 230n auf der Detektionsfläche 141 abgebildet. Zur besseren Veranschaulichung ist die Detektionsfläche 141, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine zweidimensionale Subdetektoranordnung 143 in Form einer 12*8-Matrix ausgebildet ist, sowohl in der Seitenansicht als auch in einer Draufsicht dargestellt. Im vorliegenden Beispiel wird der Bildpunkt 230n bei jeder der in den Figuren 7 bis 9 gezeigten Einzelmessungen auf einem mittleren Bereich der Subdetektoranordnung 143 abgebildet. Dieser Bereich ist mittels des dicken Rands markiert. Beispielswiese sind nur die in diesem Bildpunkt 230n angeordneten Subdetektoren 142i,j aktiviert.
Figur 7 zeigt für die erste Einzelmessung, welche der Subdetektoren 142 i ,j , die dazu ausgebildet sind, den Winkelbereich 307 abzubilden, von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230n erfasst werden. Dies sind die acht Subdetektoren 142i,j-A. Die acht links neben den Subdetektoren 142i,j-A angeordneten Subdetektoren 142i,j-B sind zwar auch dazu ausgebildet, den Winkelbereich 307 abzubilden, werden bei der ersten Einzelmessung jedoch nicht von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230n erfasst. Die Subdetektoren 142i,j-B sind beispielsweise aktuell nicht aktiviert. Die acht rechts neben den Subdetektoren 142i,j-A angeordneten Subdetektoren 142i,j-C werden zwar von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230n erfasst, sind jedoch nicht dazu ausgebildet, den Winkelbereich 307 abzubilden. Die acht Subdetektoren 142i,j-A werden zu einem ersten Makro- Pixel 160n gruppiert. Die Signale der gruppierten Subdetektoren 142i,j-A werden gemeinsam einem dem ersten Makro-Pixel 160n zugeordneten Histogramm zugewiesen.
Die Figur 8 zeigt die Anordnung aus Figur 7 bei der anschließenden zweiten Einzelmessung. Dabei ist der Sendelaserstrahl 210 infolge der Scanbewegung 122 in Scanrichtung 123 weitergewandert. In Figur 8 sind die 16 Subdetektoren 142i,j-A dazu ausgebildet, den Winkelbereich 307 abzubilden und werden von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230n erfasst. Die 16 Subdetektoren 142i,j-A werden zu einem zweiten Makro-Pixel 160n gruppiert. Das zweite Makro-Pixel 160n wird unabhängig vom ersten Makropixel gruppiert. Die Signale der gruppierten Subdetektoren 142i,j-A werden gemeinsam einem dem zweiten Makro-Pixel 160n zugeordneten Histogramm zugewiesen. Der zweite Makro-Pixel 160n ist somit in Scanrichtung 123 verschoben und ist größer, sprich umfasst eine höhere Anzahl Subdetektoren 142i,j-A, als der erste Makro-Pixel 160n. Das zweite Histogramm wird unabhängig vom Histogramm des ersten Makro-Pixels erstellt und ausgewertet.
Die Figur 9 zeigt die Anordnung aus den Figuren 7 und 8 bei der anschließenden dritten Einzelmessung. Dabei ist der Sendelaserstrahl 210 infolge der Scanbewegung 122 in Scanrichtung 123 weitergewandert. In Figur 9 sind die acht Subdetektoren 142i,j-A dazu ausgebildet, den Winkelbereich 307 abzubilden und werden von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230n erfasst. Die acht rechts neben den Subdetektoren 142i,j-A angeordneten Subdetektoren 142i,j-B sind zwar auch dazu ausgebildet, den Winkelbereich 307 abzubilden, werden bei der dritten Einzelmessung jedoch nicht von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230n erfasst. Die Subdetektoren 142i,j-B sind beispielsweise aktuell nicht aktiviert. Die acht links neben den Subdetektoren 142i,j-A angeordneten Subdetektoren 142i,j-C werden zwar von dem auf der Detektionsfläche 141 aktuell abgebildeten Bildpunkt 230n erfasst, sind jedoch nicht dazu ausgebildet, den Winkelbereich 307 abzubilden. Die acht Subdetektoren 142i,j-A werden zu einem dritten Makro-Pixel 160n gruppiert. Das dritte Makro-Pixel 160n wird unabhängig vom ersten Makropixel und auch unabhängig vom zweiten Makro-Pixel gruppiert. Die Signale der gruppierten Subdetektoren 142i,j-A werden gemeinsam einem dem dritten Makro-Pixel 160n zugeordneten Histogramm zugewiesen. Der dritte Makro-Pixel 160n ist somit in Scanrichtung 123 verschoben und ist kleiner, sprich umfasst eine geringere Anzahl Subdetektoren 142i,j-A, als der zweite Makro-Pixel 160n. Das dritte Histogramm wird unabhängig vom Histogramm des ersten Makro- Pixels und auch unabhängig vom Histogramm des zweiten Makro-Pixels erstellt und ausgewertet.
Die Figur 10 zeigt noch einmal zusammengefasst ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens 1000 zur Erfassung wenigstens eines Objekts in einem Beobachtungsbereich mithilfe eines Multipuls-Lidarsystems. Das Verfahren 1000 startet im Schritt 1001. Es umfasst die weiteren Schritte: Erzeugen 1002 eines Sendelaserstrahls in Form einer zeitlichen Abfolge von Einzellaserpulsen, wobei der Sendelaserstrahl mit jedem Einzellaserpuls einen auf einen Teilabschnitt des Beobachtungsbereichs begrenzten Erfassungsbereich beleuchtet; Erzeugen 1003 einer Scanbewegung des Sendelaserstrahls in einer Scanrichtung, welche eine sukzessive Abtastung des gesamten Beobachtungsbereichs in mehreren in der Scanrichtung aufeinanderfolgenden Erfassungsbereichen bewirkt;
Empfangen 1004 eines durch Reflexion und/oder Streuung des Sendelaserstrahls am Objekt im Beobachtungsbereich erzeugten Empfangslaserstrahls auf einer Detektionsfläche mit einer zeilen- oder matrixförmigen Subdetektoranordnung aus mehreren in einer ersten Erstreckungsrichtung nebeneinander angeordneten Subdetektoren, wobei ein vom Sendelaserstrahl aktuell erfasster Erfassungsbereich auf der Detektionsfläche in Form eines Bildpunkts abgebildet wird; Auswahl 1005 eines Winkelbereichs des Beobachtungsbereichs; Gruppieren 1006 von Subdetektoren für wenigstens einen ersten Einzellaserpuls, der einen ersten Erfassungsbereich beleuchtet, zu einem ersten Makro-Pixel, und Gruppieren 1007 von Subdetektoren für wenigstens einen zweiten Einzellaserpuls, der wenigstens einen zweiten Erfassungsbereich beleuchtet, zu wenigstens einem zweiten Makro-Pixel, wobei die Subdetektoren des ersten und des wenigstens einen zweiten Makro-Pixels jeweils den ausgewählten Winkelbereich abbilden und von einem auf der Detektionsfläche jeweils aktuell abgebildeten Bildpunkt erfasst werden; und Auswerten 1008 des ersten und des wenigstens einen zweiten Makro-Pixels zur Bestimmung von Entfernungsinformationen des ausgewählten Winkelbereichs anhand von Laufzeiten der jeweiligen Einzellaserpulse. Das Verfahren endet im Schritt 1009.

Claims

Ansprüche
1. Multipuls-Lidarsystem (100) zur Erfassung wenigstens eines Objekts (400) in einem
Beobachtungsbereich (300) umfassend:
• eine Sendeeinrichtung (110) mit wenigstens einer Laserquelle (111) zum Erzeugen eines Sendelaserstrahls (210) aus einer zeitlichen Abfolge von mindestens zwei Einzellaserpulsen, welche jeweils einen auf einen Teil des Beobachtungsbereichs (300) begrenzten Erfassungsbereich (310n) beleuchten,
• eine Empfangseinrichtung (140) mit einer Detektionsfläche (141) umfassend eine zeilen- oder matrixförmige Subdetektoranordnung (143) aus mehreren in einer ersten Erstreckungsrichtung (144) nebeneinander angeordneten Subdetektoren (142ij) zum Empfangen des am Objekt (400) im Beobachtungsbereich (300) des Multipuls-Lidarsystems (100) reflektierten und/oder gestreuten Sendelaserstrahls (210) in Form eines Empfangslaserstrahls (220), wobei die Empfangseinrichtung (140) ausgebildet ist, einen vom Sendelaserstrahl (210) erfassten Erfassungsbereich (310n) auf der Detektionsfläche (141) in Form eines Bildpunkts (230n) abzubilden,
• eine Scaneinrichtung (120) zum Erzeugen einer Scanbewegung (122) des Sendelaserstrahls (210) und des Empfangslaserstrahls (220) in einer Scanrichtung (123) zu einer sukzessiven Abtastung des gesamten Beobachtungsbereichs (300) entlang mehrerer in der Scanrichtung (123) aufeinanderfolgender Erfassungsbereiche (310n), und
• eine Steuereinrichtung (130) zum Bestimmen von Entfernungsinformationen der Erfassungsbereiche (310n) anhand von Laufzeiten der jeweiligen Einzellaserpulse, wobei die Steuereinrichtung (130) ausgebildet ist, einen Winkelbereich (307) des Beobachtungsbereichs (300) auszuwählen und für wenigstens einen ersten Einzellaserpuls, mittels dem ein erster Erfassungsbereich (310n) beleuchtbar ist, Subdetektoren (142,j) zur Auswertung zu einem ersten Makro-Pixel (160n) zu gruppieren; und für wenigstens einen zweiten Einzellaserpuls, mittels dem ein wenigstens zweiter Erfassungsbereich (310n) beleuchtbar ist, Subdetektoren (142ij) zur Auswertung zu wenigstens einem zweiten Makro-Pixel (160n) zu gruppieren; wobei mittels der Subdetektoren (142,j) des ersten und des wenigstens einen zweiten Makro-Pixels (160n) jeweils der ausgewählte Winkelbereich (307) abbildbar ist und wobei die Subdetektoren (142,j) jeweils von einem auf der Detektionsfläche (141) aktuell abgebildeten Bildpunkt (230n) erfasst werden.
2. Multipuls-Lidarsystem (100) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (130) weiterhin dazu ausgebildet ist, den wenigstens einen zweiten Makro-Pixel unabhängig vom ersten Makro-Pixel zu gruppieren.
3. Verfahren zur Erfassung wenigstens eines Objekts in einem Beobachtungsbereich mithilfe eines Multipuls-Lidarsystems umfassend die Schritte:
• Erzeugen (1002) eines Sendelaserstrahls in Form einer zeitlichen Abfolge von mindestens zwei Einzellaserpulsen, wobei der Sendelaserstrahl mit jedem Einzellaserpuls einen auf einen Teilabschnitt des Beobachtungsbereichs begrenzten Erfassungsbereich beleuchtet,
• Erzeugen (1003) einer Scanbewegung des Sendelaserstrahls und eines Empangslaserstrahls in einer Scanrichtung, welche eine sukzessive Abtastung des gesamten Beobachtungsbereichs in mehreren in der Scanrichtung aufeinanderfolgenden Erfassungsbereichen bewirkt,
• Empfangen (1004) des durch Reflexion und/oder Streuung des Sendelaserstrahls am Objekt im Beobachtungsbereich erzeugten Empfangslaserstrahls auf einer Detektionsfläche mit einer zeilen- oder matrixförmigen Subdetektoranordnung aus mehreren in einer ersten Erstreckungsrichtung nebeneinander angeordneten Subdetektoren, wobei ein vom Sendelaserstrahl aktuell erfasster Erfassungsbereich auf der Detektionsfläche in Form eines Bildpunkts abgebildet wird,
• Auswahl (1005) eines Winkelbereichs des Beobachtungsbereichs,
• Gruppieren (1006) von Subdetektoren für wenigstens einen ersten Einzellaserpuls, der einen ersten Erfassungsbereich beleuchtet, zu einem ersten Makro-Pixel, und Gruppieren (1007) von Subdetektoren für wenigstens einen zweiten Einzellaserpuls, der wenigstens einen zweiten Erfassungsbereich beleuchtet, zu wenigstens einem zweiten Makro-Pixel, wobei die Subdetektoren des ersten und des wenigstens einen zweiten Makro-Pixels jeweils den ausgewählten Winkelbereich abbilden und von einem auf der Detektionsfläche jeweils aktuell abgebildeten Bildpunkt erfasst werden; und • Auswerten (1008) des ersten und des wenigstens einen zweiten Makro- Pixels zur Bestimmung von Entfernungsinformationen des ausgewählten Winkelbereichs anhand von Laufzeiten der jeweiligen Einzellaserpulse.
4. Verfahren (1000) nach Anspruch 3, wobei das Gruppieren von Subdetektoren zu wenigstens einem zweiten Makro-Pixel unabhängig von der Gruppierung von Subdetektoren zum ersten Makro-Pixel erfolgt.
5. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens (1000) nach einem der Ansprüche 3 und 4 auszuführen.
6. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gemäß Anspruch 5 gespeichert ist.
EP20772290.1A 2019-10-14 2020-09-16 Multipuls-lidarsystem und verfahren zur erfassung eines objekts in einem beobachtungsbereich Pending EP4045931A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019215751.3A DE102019215751A1 (de) 2019-10-14 2019-10-14 Multipuls-Lidarsystem und Verfahren zur Erfassung eines Objekts in einem Beobachtungsbereich
PCT/EP2020/075815 WO2021073824A1 (de) 2019-10-14 2020-09-16 Multipuls-lidarsystem und verfahren zur erfassung eines objekts in einem beobachtungsbereich

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4045931A1 true EP4045931A1 (de) 2022-08-24

Family

ID=72521632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20772290.1A Pending EP4045931A1 (de) 2019-10-14 2020-09-16 Multipuls-lidarsystem und verfahren zur erfassung eines objekts in einem beobachtungsbereich

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP4045931A1 (de)
JP (1) JP2022551193A (de)
CN (1) CN114556150A (de)
DE (1) DE102019215751A1 (de)
WO (1) WO2021073824A1 (de)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10324171B2 (en) * 2015-12-20 2019-06-18 Apple Inc. Light detection and ranging sensor
DE102016221049A1 (de) * 2016-10-26 2018-04-26 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Empfangen eines reflektierten Lichtpulses in einem Lidar-System
JP7169272B2 (ja) * 2016-11-16 2022-11-10 イノヴィズ テクノロジーズ リミテッド Ｌｉｄａｒシステム及び方法
EP4220230A1 (de) * 2017-09-26 2023-08-02 Innoviz Technologies Ltd. Lidar-systeme und verfahren
DE102017223102A1 (de) * 2017-12-18 2019-06-19 Robert Bosch Gmbh Multipuls-Lidarsystem zur mehrdimensionalen Erfassung von Objekten

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021073824A1 (de) 2021-04-22
DE102019215751A1 (de) 2021-04-15
CN114556150A (zh) 2022-05-27
JP2022551193A (ja) 2022-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3729137B1 (de) Multipuls-lidarsystem zur mehrdimensionalen erfassung von objekten
EP3168641B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur optischen distanzmessung
EP3611535B1 (de) Erfassen von licht mit einer vielzahl von lawinenphotodiodenelementen
EP3633405B1 (de) Messgerät zur geometrischen 3d-abtastung einer umgebung mit einer vielzahl sendekanäle und semiconductor-photomultiplier sensoren
DE60124647T2 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Abstandsmessung
DE102017222971A1 (de) LIDAR Empfangseinheit
DE102007004349A1 (de) Nachtsichtsystem, insbesondere für ein Fahrzeug, und Verfahren zum Erstellen eines Nachtsichtbildes
EP3029494A1 (de) Optoelektronischer Sensor
EP1953568A1 (de) Imager-Halbleiterbauelement, Kamerasystem und Verfahren zum Erstellen eines Bildes
DE102016220708A1 (de) Lidar-Sensor und Verfahren zum optischen Abtasten einer Umgebung
DE102018214140A1 (de) LIDAR-Sensor zur optischen Erfassung eines Sichtfeldes, Arbeitsvorrichtung oder Fahrzeug mit einem LIDAR-Sensor und Verfahren zur optischen Erfassung eines Sichtfeldes
EP3724681A1 (de) Lidar messsystem
DE60131289T2 (de) Sensor-array mit pulsverschiebung
WO2023247302A1 (de) Verfahren zur ermittlung wenigstens einer korrekturfunktion für ein lidarsystem, lidar-system, fahrzeug mit wenigstens einem lidar-system, messanlage
WO2019110206A1 (de) Lidar-system zur umfelderfassung und verfahren zum betreiben eines lidar-systems
EP4045931A1 (de) Multipuls-lidarsystem und verfahren zur erfassung eines objekts in einem beobachtungsbereich
DE102017101791A1 (de) Optoelektronische Sensoreinrichtung für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug
EP4172650A1 (de) Lidar-sensor, insbesondere vertical flash lidar-sensor
DE102019106411B4 (de) Laserscaneinrichtung und Verfahren zur dreidimensionalen Vermessung einer Szenerie in großer Entfernung
WO2019201515A1 (de) Abstandsmesseinheit
EP3329300B1 (de) Optische sensorvorrichtung für ein kraftfahrzeug zum zweidimensionalen abtasten eines umgebungsbereiches des kraftfahrzeugs, kraftfahrzeug sowie verfahren
EP1612583B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Auslesen von in einer Speicherphosphorschicht gespeicherten Röntgeninformationen
DE102019215813A1 (de) LIDAR-Sensor zur Erfassung eines Objekts und Verfahren für einen LIDARSensor
WO2021052859A1 (de) Sensoreinheit für ein lidar-system
DE102022115273A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines LiDAR-Systems, LiDAR-System und Fahrzeug aufweisend wenigstens ein LiDAR-System

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20220516

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20240502