EP4049061A1 - Filterung von messdaten eines aktiven optischen sensorsystems - Google Patents

Filterung von messdaten eines aktiven optischen sensorsystems

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Publication number
EP4049061A1
EP4049061A1 EP20792342.6A EP20792342A EP4049061A1 EP 4049061 A1 EP4049061 A1 EP 4049061A1 EP 20792342 A EP20792342 A EP 20792342A EP 4049061 A1 EP4049061 A1 EP 4049061A1
Authority
EP
European Patent Office
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measurement signal
pulse
array
light pulses
detector
Prior art date
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Pending
Application number
EP20792342.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sergio Fernandez
Shuyun GUO
Christoph Pfrang
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.)
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Original Assignee
Valeo Schalter und Sensoren 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 Valeo Schalter und Sensoren GmbH filed Critical Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Publication of EP4049061A1 publication Critical patent/EP4049061A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • G01S7/487—Extracting wanted echo signals, e.g. pulse detection
    • G01S7/4876—Extracting wanted echo signals, e.g. pulse detection by removing unwanted signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/02—Measuring characteristics of individual pulses, e.g. deviation from pulse flatness, rise time or duration
    • G01R29/023—Measuring pulse width
    • 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
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a method for filtering measurement data from an active optical sensor system, with light pulses reflected in an environment of the sensor system being detected by means of an array of optical detectors of the sensor system and a plurality of measurement signals being generated by means of the array based on the detected light pulses.
  • the invention also relates to a corresponding sensor device, a motor vehicle, a computer program and a computer-readable storage medium.
  • a camera sensor which is connected to a control unit in order to measure the output signals of the camera sensor
  • the output signals or the associated output values of each pixel of the sensor are reduced depending on the amount of photo charges detected on neighboring pixels.
  • the output signals or the associated output values of each pixel of the sensor are reduced depending on the amount of photo charges detected on neighboring pixels.
  • the improved concept is based on the idea of comparing measurement signals from different detectors that are located in a defined environment with one another when one of the measurement signals indicates a light pulse with a predetermined minimum energy. Depending on the comparison, the other measurement signal can be at least partially rejected.
  • a method for filtering measurement data from an active optical sensor system in particular an active optical sensor system mounted on or in a motor vehicle.
  • light pulses reflected in an environment, or from objects in the environment of the sensor system are detected by means of an array of optical detectors of the sensor system.
  • a large number of measurement signals are generated by means of the array based on the detected light pulses, that is to say at least two measurement signals are generated.
  • a computing unit, in particular the sensor system is used to identify a first measurement signal of the plurality of measurement signals that corresponds to a detected light pulse with a pulse energy that is greater than or equal to a predetermined minimum energy.
  • the first measurement signal was generated by a first detector in the array.
  • a second measurement signal of the plurality of measurement signals is compared with the first measurement signal by means of the computing unit, the second measurement signal being generated by a second detector of the array.
  • the first and the second detector are at a distance from one another in the array which is less than or equal to a predetermined maximum distance.
  • an active optical sensor system has a light source for emitting the light or light pulses or light pulses.
  • the light source can in particular be designed as a laser.
  • an active optical sensor system has at least one optical detector in order to detect reflected components of the emitted light. According to the In an improved concept, the sensor system has at least the first and the second detector of the array.
  • the term “light” can be understood to include electromagnetic waves in the visible range, in the infrared range and / or in the ultraviolet range. Accordingly, the term “optical” can also be understood in such a way that it relates to light according to this understanding.
  • the array of detectors can be understood in particular as a defined or regular arrangement of the optical detectors, in particular the first and the second as well as one or more further optical detectors, in a linear or two-dimensional, regular arrangement.
  • the first and the second measurement signal are in particular respective output signals of the first and the second detector, for example respective voltage signals.
  • each of the optical detectors of the array generates one of the multiplicity of measurement signals.
  • the distance between the first and second detectors can be specified, for example, by corresponding positions of the first and second detectors in the array.
  • the predefined maximum distance can correspond to a predefined order of nearest neighbors.
  • the first and second detectors can be closest neighbors, next but one neighbors, third closest neighbors, and so on. The maximum distance then restricts the corresponding order.
  • the first measurement signal contains, in particular, a pulse which reproduces the corresponding detected light pulse or depends on it or corresponds to it.
  • the pulse energy of the light pulse can therefore be deduced from the pulse shape of the first measurement signal.
  • a maximum amplitude and / or a pulse width of the pulse of the first measurement signal can be used to calculate the pulse energy.
  • the discarding of the part of the second measurement signal corresponds in particular to deleting or marking or not reusing the corresponding part of the second measurement signal, in particular by subsequent algorithms or functions, which use the measurement signals of the active optical sensor system, for example for object recognition or the like.
  • the rejection can thus be viewed as filtering measurement data from the active optical sensor system, the measurement data including, in particular, the measurement signals or the corresponding parts thereof.
  • the fact that at least part of the second measurement signal is discarded can be understood to mean that the second measurement signal is discarded completely, or that only a certain time segment of the second measurement signal, in particular a time segment that indicates a false-positive sampling point. Further parts of the second measurement signal can, for example, continue to be used and, if necessary, can indicate actual sampling points.
  • false positive sampling points can be identified or the probability that the part of the second measurement signal corresponds to a false positive sampling point can be determined or estimated.
  • crosstalk i.e. optical or electrical crosstalk
  • the measurement signals of the first detector which corresponds, for example, to an actual sampling point
  • the part of the second measurement signal which, for example, corresponds to a false-positive sampling point
  • a false-negative determination can be understood as a false rejection of a part of the second measurement signal which actually corresponds to a real sampling point.
  • the risk for false-negative determinations can be reduced since the crosstalk is limited to a certain spatial area around the first detector.
  • the quality of the measurement data can be improved by filtering according to the improved concept, in that fewer false-positive sampling points occur, while at the same time the probability of false-negative determinations is kept low.
  • a pulse height and / or a pulse width of the first measurement signal are determined by means of the computing unit in order to determine the pulse energy.
  • the pulse energy can, for example, be viewed as proportional to the pulse height and proportional to the pulse width.
  • the identification of the first measurement signal can therefore include, for example, the identification of a measurement signal of the multiplicity of measurement signals with a correspondingly large pulse width and / or a correspondingly large pulse height.
  • the pulse height can correspond, for example, to a maximum amplitude of a pulse of the measurement signal.
  • the determination of the pulse energy of the detected light pulse can be understood as determining a measure for the pulse energy on the basis of the first measurement signal.
  • the pulse energy is not determined directly from the detected light pulse, but from the measurement signal that is caused by the light pulse.
  • both the maximum amplitude and the pulse width can be viewed as a measure of the energy.
  • a pulse area below the pulse of the measurement signal can be viewed as a measure of the pulse energy.
  • the computing unit determines a further pulse energy based on a pulse height and / or a pulse width of the second measurement signal and the part of the second measurement signal is discarded depending on a result of the comparison of the pulse energy with the further pulse energy.
  • the computing unit compares the pulse energy with the further pulse energy and the computing unit rejects the part of the second measurement signal as a function of a result of the comparison.
  • the crosstalk caused by a high-energy light pulse is usually not evenly divided between the different detectors, so that a large part of the pulse energy falls on the first optical detector, and thus to a certain extent on the correct detector, and only a smaller part on the second detector.
  • the part of the second measurement signal is only discarded by means of the arithmetic unit if a ratio of the pulse energy to the further pulse energy is less than or equal to a predetermined limit value.
  • pulses of the second measurement signal are not interpreted as false-positive sampling points if their pulse energy is greater than the limit value.
  • the computing unit determines a first acquisition time based on the first measurement signal, and a second acquisition time is determined based on the second measurement signal. The part of the second measurement signal is discarded as a function of a result of a comparison of the first acquisition time with the second acquisition time.
  • the first detection time corresponds in particular to a time at which the reflected light pulse is detected by the first detector, which is reflected in the signal shape or pulse shape of the first measurement signal.
  • the first detection point in time can correspond to a point in time at which a rising edge of the pulse of the first measurement signal exceeds a predetermined value.
  • a pulse center of the pulse of the first measurement signal can serve as the first acquisition time.
  • the second detection time corresponds to a time at which, according to the second measurement signal, a further light pulse appears to be by means of the second optical detector was recorded.
  • the second detection time can correspond, for example, to a time at which the rising edge of the second measurement signal exceeds the predetermined value or to a center of the pulse of the second measurement signal.
  • a pulse center of the pulse of the second measurement signal can serve as the second acquisition time.
  • the point in time at which the light pulse is actually detected by means of the first detector is correlated with the point in time at which the crosstalk becomes noticeable in the second measurement signal, since both effects are due to the same detected light pulse. Accordingly, the light transit time that results from the first light signal is similar to the apparent light transit time that results from the second measurement signal. In other words, a radial distance of a point from which the reflected light pulse is reflected to the first detector is approximately equal to an apparent radial distance of an apparent reflection point to the second detector.
  • the part of the second measurement signal is only discarded by means of the arithmetic unit if a difference between the first acquisition time and the second acquisition time is less than or equal to a predetermined maximum difference.
  • the part of the second measurement signal is only discarded, in particular discarded precisely when the difference is less than or equal to the maximum difference, the ratio of the pulse energy to the further pulse energy is less than or equal to the limit value, the distance between the first and the second detector is less than or equal to the maximum distance from one another and the first measurement signal corresponds to a detected light pulse with a pulse energy that is greater than or equal to the minimum energy.
  • light pulses are emitted into the surroundings of the sensor system by means of the sensor system, in particular by means of a light source of the sensor system, and the reflected light pulses correspond to reflected components of the emitted light pulses.
  • a sensor device with a computing unit and an active optical sensor system is also specified.
  • the sensor system has an array of optical detectors, the array being set up to detect light pulses reflected in the vicinity of the sensor system and to generate a multiplicity of measurement signals based on the detected light pulses.
  • the computing unit is set up to identify a first measurement signal of the plurality of measurement signals that corresponds to a captured light pulse with a pulse energy that is greater than or equal to a predetermined minimum energy, the first measurement signal being generated by a first detector of the array.
  • the computing unit is set up to compare a second measurement signal of the plurality of measurement signals with the first measurement signal, the second measurement signal being generated by a second detector of the array.
  • the first and the second detector are at a distance from one another in the array which is less than or equal to a predetermined maximum distance.
  • the computing unit is set up to discard at least part of the second measurement signal as a function of a result of the comparison.
  • the sensor system contains a deflection device which is set up to direct the reflected light pulses to different positions of the array depending on the direction of incidence of the light pulses.
  • the deflection device is designed such that it directs reflected light pulses, the directions of incidence of which correspond to a vertical scanning angle within a first angular range, onto the first detector.
  • the deflection device is also designed so that it can direct reflected light pulses, the directions of incidence of which correspond to a vertical scanning angle within a second angular range, onto the second detector.
  • the first and the second angular range differ from one another, in particular the first and the second angular range are disjoint.
  • the optical crosstalk can lead to parts of light pulses which are incident in accordance with the first angular range striking the second detector or partly striking the second detector.
  • the deflection device can contain, for example, a movable or rotatably mounted mirror or a mirror element which can be tilted or pivoted about one or two axes and which can be configured, for example, as a microelectromechanical system, MIMS.
  • the computing unit is set up to determine a further pulse energy based on a pulse height and / or a pulse width of the second measurement signal and to discard the part of the second measurement signal depending on a result of a comparison of the pulse energy with the further pulse energy.
  • the computing unit is set up to determine a first acquisition time based on the first measurement signal, to determine a second acquisition time based on the second measurement signal and the part of the second measurement signal depending on a result of a comparison of the first acquisition time with the discard the second acquisition time.
  • the sensor device can be set up or programmed to carry out a method according to the improved concept or the sensor device carries out a method according to the improved concept.
  • a motor vehicle is specified with a sensor device according to the improved concept, the sensor system of the sensor device being mounted in particular on or in the motor vehicle.
  • a computer program is specified with commands which, when the computer program is executed by a sensor device according to the improved concept, cause the sensor device to carry out a method according to the improved concept.
  • a computer-readable storage medium is specified on which a computer program according to the improved concept is stored.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a motor vehicle with an exemplary embodiment of a sensor device according to the improved concept
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an array of optical detectors and a deflection device of a further exemplary embodiment of a sensor device according to the improved concept
  • FIG. 3 shows a schematic representation of measurement signals of a further exemplary embodiment of a sensor device according to the improved concept
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of sampling points and filtered sampling points of a further exemplary embodiment of a sensor device according to the improved concept.
  • 1 shows a motor vehicle 1 which has a sensor device 13 according to the improved concept.
  • the sensor device 13 has an active optical sensor system 2, which is designed, for example, as a lidar system.
  • the sensor system 2 is set up to emit light pulses 4, in particular infrared laser light pulses, into the surroundings of the sensor system 2 and thus the motor vehicle 1 by means of a light source (not shown).
  • the emitted light pulses 4 can be at least partially reflected by an object 6 in the vicinity and thus send reflected light pulses 5 back in the direction of the sensor system 2.
  • the sensor system 2 has an array 7 of optical detectors 8, 9, 10 which detect the reflected light pulses 5 and can generate a large number of measurement signals based on the detected light pulses. In particular, each detector 8, 9, 10 generates a corresponding measurement signal.
  • the sensor system 2 has, for example, a deflection device 14 (see FIG. 2) which is able to deflect the reflected light pulses 5 onto different detectors 8, 9, 10 of the array 7 depending on their direction of incidence.
  • a deflection device 14 see FIG. 2 which is able to deflect the reflected light pulses 5 onto different detectors 8, 9, 10 of the array 7 depending on their direction of incidence.
  • the sensor device 13 has a computing unit 3 which is coupled to the sensor system 2, in particular to the array 7, in order to receive the measurement signals.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the array 7 and the deflection device 14 of the sensor system 2.
  • the optical detectors 8, 9, 10 are arranged, for example, linearly next to one another in order to form the array 7.
  • the deflection device 14 has, for example, a mirror 14 which is rotatably mounted about an axis of rotation 15 and which, depending on the rotational position, directs light pulses 5 onto the array 7 from different horizontal scanning angles or scanning directions.
  • the horizontal scanning angles can be understood as angles that include projections of the light pulses 5 in a plane perpendicular to the axis of rotation 15, for example with the axis of rotation 15.
  • the axis of rotation 15 is in particular parallel to a direction of arrangement of the detectors 8, 9, 10 in the array 7.
  • the light pulse 5 is directed onto different detectors 8, 9, 10 of the array 7. Accordingly, a two-dimensional resolution of the sensor system 2 is made possible by combining the horizontal and vertical scanning angles.
  • a radial distance of the corresponding reflection point on the object 6 from the array 7 or the respective detector 8, 9, 10 can be determined so that overall three-dimensional coordinates of the scanning points are given.
  • the vertical scanning angle corresponds to an angle that the light pulse 5 encloses with the axis of rotation 15.
  • the sensor system 2 can have one or more lenses or other optical elements 16 between the deflection device 14 and the array 7.
  • the sensor system 2 can have further optical elements in another part of the beam path of the reflected light pulses 5 and / or the emitted light pulses 4.
  • the reflected light pulse 5 is directed onto a first optical detector 8 of the array 7 in accordance with the radiation-optical imaging regulations. If the object 6 is an object with a high reflectivity, the energy or intensity of the reflected light pulse 5 can be comparatively high. On the one hand, this can lead to optical crosstalk between the first detector 8 and second detectors 9 in the vicinity of the first detector 8 on the array 7, for example via diffractive effects, and on the other hand also to electrical crosstalk between the first detector 8 and the second detectors 9.
  • the second detectors 9 are located within a predetermined maximum range around the first detector 8. In the example shown in FIG. 2, the second detectors 9 are the next or next but one neighbors of the first detector 8. Higher-order neighbors of the first detector 8 are shown in FIG. 2 as further optical detectors 10. The following describes how the measurement signals of the detectors 8, 9, 10, in particular of the second detectors 9, can be filtered using the improved concept in order to reduce the influence of electrical and / or optical crosstalk and associated false-positive sampling points.
  • a first measurement signal 11 corresponds, for example, to a measurement signal that was generated by the first detector 8 based on the reflected light pulse 5.
  • a second measurement signal 12 corresponds, for example, to a measurement signal that was generated by one of the second optical detectors 9.
  • the computing unit 3 is set up in particular to determine whether the second measurement signal 12 or a part of the second measurement signal 12 corresponds to a false positive sampling point.
  • the computing unit 3 can first determine whether the first measurement signal 11 corresponds to a detected light pulse whose pulse energy is greater than a predetermined minimum energy. Only such light pulses are likely to lead to optical or electrical crosstalk.
  • the pulse energy can be determined based on a pulse width of the first measurement signal 11.
  • the minimum energy can, for example, correspond to a pulse width that corresponds to a transit time difference.
  • the difference in transit time is equivalent to a difference in the radial distance.
  • the difference in the radial distance, which corresponds to the difference in transit time can for example be on the order of 50 to 150 centimeters, for example approximately 120 centimeters.
  • the arithmetic unit 3 can, for example, determine a time of detection of the first measurement signal 11 and a time of detection of the second measurement signal 12 of the respective measurement signal 11, 12 exceeds a predetermined minimum value, which is indicated in FIG. 3, for example, by a horizontal dashed line.
  • the second measurement signal 12 can contain several different pulses 12 ′, 12 ′′.
  • the first pulse 12 'delivers an earlier detection time than the second pulse 12 ".
  • the computing unit 3 compares the time of detection of the first measurement signal 11 with a time of detection of the second measurement signal 12, for example the respective times of detection of the first pulse 12 ′ and the second pulse 12 ′′. Only if the first acquisition time of the first measurement signal 11 and the corresponding second acquisition time of the second measurement signal 12 are close enough to one another can a false-positive detection by the measurement signal 12 be assumed with sufficient probability.
  • the time of detection of the first measurement signal 11 and the time of detection of the first pulse 12 'of the second measurement signal 12 are almost the same, so that the first pulse 12' can be considered as a false-positive sampling point.
  • the second pulse 12 ′′ has a detection time which is too far removed from the detection time of the first measurement signal 11 for it to be a false-positive sampling point with sufficient probability.
  • the second pulse 12 ′′ is therefore, with a high degree of probability, an actual scanning point that is in particular further away from the sensor system 2 than the first scanning point that is given by the first measurement signal 11.
  • the computing unit 3 can now also determine a pulse energy of the second measurement signal 12, in particular of the first pulse 12 '.
  • the computing unit 3 can relate the pulse energy of the first measurement signal 11 to the pulse energy of the first pulse 12 ′ of the second measurement signal 12 and calculate the ratio of the pulse energies.
  • a false-positive sampling point can only be assumed if the pulse energy of the first measurement signal 11 is significantly greater, that is to say is at least a predetermined factor greater than the pulse energy of the first pulse 12 'of the second measurement signal 12. This is the case in the present example, which can be seen, for example, from the significantly smaller pulse width of the first pulse 12 ′ compared to the pulse of the first measurement signal 11.
  • the computing unit 3 has found that the first pulse 12 'has a sufficiently small pulse energy compared to the pulse energy of the first measurement signal 11, indicates almost the same radial distance from the array 7 and was generated by a second detector 9, which is in the immediate vicinity Surrounding the first detector 8 is located. In addition, the pulse energy of the first measurement signal 11 is comparatively high. The computing unit 3 can therefore discard the first pulse 12 ′ of the second measurement signal 12, that is to say in particular mark it or store the information that the first pulse 12 ′ should not be used by further functions or algorithms.
  • FIG. 4 the surroundings of a motor vehicle 1, as shown in FIG. 1, are shown schematically.
  • the object 6 is shown, for example, as a traffic sign or the like.
  • first sampling points 17 of a first position correspond, for example, to scanning points that were generated by different detectors 8, 9, 10.
  • Each layer 17, 18, 19 contains a multiplicity of scanning points which correspond to different horizontal scanning angles.
  • the perspective lines connected to the points indicate schematically the associated pulse energies.
  • false-positive sampling points 20 marked with “x” are also shown. These have been generated in the manner described, for example by optical or electrical crosstalk.
  • measurement data from an active optical sensor system can be filtered in order to identify false-positive sampling points without significantly increasing the risk of false-negative determinations.

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Abstract

Gemäß einem Verfahren zur Filterung von Messdaten eines Sensorsystems (2) werden in einer Umgebung des Sensorsystems (2) reflektierte Lichtpulse (5) mittels eines Arrays (7) von optischen Detektoren (8, 9, 10) erfasst. Mittels des Arrays (7) wird basierend auf den erfassten Lichtpulsen eine Vielzahl von Messsignalen (11, 12) erzeugt. Mittels einer Recheneinheit (3) wird ein erstes Messsignal (11) identifiziert, dessen Pulsenergie größer ist als eine vorgegebene Mindestenergie, wobei das erste Messsignal (11) von einem ersten Detektor (8) erzeugt wurde. Mittels der Recheneinheit (3) wird ein zweites Messsignal (12) mit dem ersten Messsignal (11) verglichen, wobei das zweite Messsignal (12) von einem zweiten Detektor (9) erzeugt wurde, der von dem ersten Detektor (8) einen Abstand aufweist, der kleiner oder gleich einem vorgegebenen Maximalabstand ist. Die Recheneinheit verwirft wenigstens einen Teil des zweiten Messsignals abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs.

Description

Filterung von Messdaten eines aktiven optischen Sensorsystems
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Filterung von Messdaten eines aktiven optischen Sensorsystems, wobei in einer Umgebung des Sensorsystems reflektierte Lichtpulse mittels eines Arrays von optischen Detektoren des Sensorsystems erfasst werden und mittels des Arrays basierend auf den erfassten Lichtpulsen eine Vielzahl von Messsignalen erzeugt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Sensorvorrichtung, ein Kraftfahrzeug, ein Computerprogramm sowie ein computerlesbares Speichermedium.
Bei aktiven optischen Sensorsystemen, wie beispielsweise Lidarsystemen, die auch als Laserscanner bezeichnet werden können, kann es dazu kommen, dass falsch-positive Abtastpunkte identifiziert werden, die nicht auf in der Umgebung des Sensorsystems reflektiertes Licht zurückgehen. Diese falsch-positiven Abtastpunkte können beispielsweise durch Rauschen oder Übersprechen (englisch: „Crosstalk“) verursacht werden. Zum einen können diffraktive Effekte zu optischem Crosstalk zwischen benachbarten Detektoren des Sensorsystems führen. Zum anderen können in benachbarten Detektoren elektrische Signale von anderen Detektoren induziert werden, was als elektrischer Crosstalk bezeichnet wird.
Im Dokument WO 2018/075583 A1 wird ein Kamerasensor beschrieben, der mit einer Steuereinheit verbunden ist, um die Ausgangssignale des Kamerasensors bezüglich
Crosstalk zu bereinigen. Dazu werden die Ausgabesignale, beziehungsweise zugehörige Ausgabewerte jedes Pixels des Sensors, abhängig von der Menge von detektierten Fotoladungen auf benachbarten Pixeln reduziert. Im Kontext von aktiven optischen Sensorsystemen, die auf der Messung von
Signallaufzeiten zur Entfernungsbestimmung beruhen, wie dies für Lidarsysteme der Fall ist, ist ein solches Vorgehen jedoch nicht sinnvoll, da die Reduktion der Sensorausgabewerte eine Verfälschung der gemessenen Signallaufzeit und damit der gemessenen Distanz mit sich bringen würde. Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept zur Filterung von Messdaten eines aktiven optischen Sensorsystems anzugeben, durch das das Auftreten falsch-positiver Abtastpunkte reduziert werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, Messsignale von verschiedenen Detektoren, die in einer definierten Umgebung zueinander liegen, miteinander zu vergleichen, wenn eines der Messsignale auf einen Lichtpuls mit einer vorgegebenen Mindestenergie hinweist. Abhängig von dem Vergleich kann das andere Messsignal wenigstens teilweise verworfen werden.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird ein Verfahren zur Filterung von Messdaten eines aktiven optischen Sensorsystems, insbesondere eines an oder in einem Kraftfahrzeug montierten aktiven optischen Sensorsystems, angegeben. Dabei werden in einer Umgebung, beziehungsweise von Objekten in der Umgebung, des Sensorsystems reflektierte Lichtpulse mittels eines Arrays von optischen Detektoren des Sensorsystems erfasst. Mittels des Arrays wird basierend auf den erfassten Lichtpulsen eine Vielzahl von Messsignalen erzeugt, werden also mindestens zwei Messsignale erzeugt. Mittels einer Recheneinheit, insbesondere des Sensorsystems, wird ein erstes Messsignal der Vielzahl von Messsignalen identifiziert, das einem erfassten Lichtpuls mit einer Pulsenergie entspricht, die größer oder gleich einer vorgegebenen Mindestenergie ist. Das erste Messsignal wurde dabei von einem ersten Detektor des Arrays erzeugt. Mittels der Recheneinheit wird ein zweites Messsignal der Vielzahl von Messsignalen mit dem ersten Messsignal verglichen, wobei das zweite Messsignal von einem zweiten Detektor des Arrays erzeugt wurde. Der erste und der zweite Detektor weisen in dem Array einen Abstand voneinander auf, der kleiner oder gleich einem vorgegebenen Maximalabstand ist. Mittels der Recheneinheit wird wenigstens ein Teil des zweiten Messsignals abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs verworfen.
Ein aktives optisches Sensorsystem weist definitionsgemäß eine Lichtquelle zum Aussenden des Lichts beziehungsweise von Lichtpulsen oder Lichtpulsen auf. Die Lichtquelle kann insbesondere als Laser ausgestaltet sein. Des Weiteren weist ein aktives optisches Sensorsystem definitionsgemäß wenigstens einen optischen Detektor auf, um reflektierte Anteile des ausgesendeten Lichts zu erfassen. Gemäß dem verbesserten Konzept weist das Sensorsystem wenigstens den ersten und den zweiten Detektor des Arrays auf.
Hier und im Folgenden kann der Begriff "Licht" derart verstanden werden, dass damit elektromagnetische Wellen im sichtbaren Bereich, im infraroten Bereich und/oder im ultravioletten Bereich umfasst sind. Dementsprechend kann auch der Begriff "optisch" derart verstanden werden, dass er sich auf Licht nach diesem Verständnis bezieht.
Das Array von Detektoren kann insbesondere als definierte oder regelmäßige Anordnung der optischen Detektoren, insbesondere des ersten und des zweiten sowie einem oder mehrerer weiterer optischer Detektoren, in einer linearen oder zweidimensionalen, regelmäßigen Anordnung verstanden werden.
Bei dem ersten und dem zweiten Messsignal handelt es sich insbesondere um jeweilige Ausgabesignale des ersten beziehungsweise des zweiten Detektors, beispielsweise um jeweilige Spannungssignale.
Insbesondere erzeugt jeder der optischen Detektoren des Arrays eines der Vielzahl von Messsignalen.
Der Abstand des ersten und des zweiten Detektors voneinander kann beispielsweise durch entsprechende Positionen des ersten und des zweiten Detektors in dem Array angegeben werden. Insbesondere kann der vorgegebene Maximalabstand einer vorgegebenen Ordnung von nächsten Nachbarn entsprechen. Beispielsweise können der erste und der zweite Detektor nächste Nachbarn, übernächste Nachbarn, drittnächste Nachbarn und so weiter sein. Der Maximalabstand schränkt die entsprechende Ordnung dann ein.
Das erste Messsignal beinhaltet insbesondere einen Puls, der den entsprechenden erfassten Lichtpuls wiedergibt beziehungsweise von diesem abhängt oder diesem entspricht. Aus der Pulsform des ersten Messsignals kann daher auf die Pulsenergie des Lichtpulses geschlossen werden. Insbesondere kann eine maximale Amplitude und/oder eine Pulsbreite des Pulses des ersten Messsignals zur Berechnung der Pulsenergie herangezogen werden.
Das Verwerfen des Teils des zweiten Messsignals entspricht insbesondere einem Löschen oder Markieren oder nicht Weiterverwenden des entsprechenden Teils des zweiten Messsignals, insbesondere durch nachfolgende Algorithmen oder Funktionen, welche die Messsignale des aktiven optischen Sensorsystems nutzen, beispielsweise zur Objekterkennung oder dergleichen. Das Verwerfen kann somit als Filterung von Messdaten des aktiven optischen Sensorsystems angesehen werden, wobei die Messdaten insbesondere die Messsignale oder die entsprechenden Teile davon beinhalten.
Dass wenigstens ein Teil des zweiten Messsignals verworfen wird, kann derart verstanden werden, dass das zweite Messsignal vollständig verworfen wird, oder dass nur ein bestimmter Zeitabschnitt des zweiten Messsignals, insbesondere ein Zeitabschnitt, der auf einen falsch-positiven Abtastpunkt hinweist. Weitere Teile des zweiten Messsignals können beispielsweise weiterverwendet werden und können gegebenenfalls auf tatsächliche Abtastpunkte hinweisen.
Durch den Vergleich des ersten und des zweiten Messsignals miteinander können falsch positive Abtastpunkte identifiziert oder die Wahrscheinlichkeit dafür, dass der Teil des zweiten Messsignals einem falsch-positiven Abtastpunkt entspricht, ermittelt beziehungsweise eingeschätzt werden.
Da Übersprechen, also optischer oder elektrischer Crosstalk, beispielsweise durch reflektierte Lichtpulse von hochreflektiven Objekten verursacht werden, sind die Messsignale des ersten Detektors, welches beispielsweise einem tatsächlichen Abtastpunkt entspricht, und des Teils des zweiten Messsignals, welches beispielsweise einem falsch-positiven Abtastpunkt entspricht, miteinander korreliert und haben insbesondere bestimmte Eigenschaften, die miteinander in Beziehung stehen.
Durch die Beschränkung des Verfahrens auf erste Messsignale, die auf eine Pulsenergie mit der vorgegebenen Mindestenergie hinweisen, wird dem Umstand Rechnung getragen, dass nur reflektierte Lichtpulse mit ausreichend hoher Pulsenergie dazu in der Lage sind, ein signifikantes Maß an Übersprechen oder Crosstalk auf benachbarten oder angrenzenden optischen Detektoren zu erzeugen, sodass die Beschränkung das Risiko für falsch-negative Feststellungen reduziert. Eine falsch-negative Feststellung kann dabei als fälschliches Verwerfen eines Teils des zweiten Messsignals verstanden werden, das tatsächlich einem echten Abtastpunkt entspricht.
Auch durch die Beschränkung auf den zweiten Detektor, der höchstens den vorgegebenen Maximalabstand von dem ersten Detektor aufweist, kann das Risiko für falsch-negative Feststellungen reduziert werden, da das Übersprechen auf einen gewissen räumlichen Bereich um den ersten Detektor herum begrenzt ist.
Insgesamt kann die Qualität der Messdaten durch das Filtern nach dem verbesserten Konzept verbessert werden, indem weniger falsch-positive Abtastpunkte auftreten, wobei gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit falsch-negativer Feststellungen gering gehalten wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem verbesserten Konzept werden mittels der Recheneinheit eine Pulshöhe und/oder eine Pulsbreite des ersten Messsignals bestimmt, um die Pulsenergie zu bestimmen.
Die Pulsenergie kann beispielsweise als proportional zur Pulshöhe und proportional zur Pulsbreite angesehen werden. Das Identifizieren des ersten Messsignals kann daher beispielsweise das Identifizieren eines Messsignals der Vielzahl von Messsignalen mit einer entsprechend großen Pulsbreite und/oder einer entsprechend großen Pulshöhe beinhalten.
Die Pulshöhe kann beispielsweise einer maximalen Amplitude eines Pulses des Messsignals entsprechen.
Das Bestimmen der Pulsenergie des erfassten Lichtpulses kann als Bestimmen eines Maßes für die Pulsenergie auf Basis des ersten Messsignals verstanden werden. Insbesondere wird die Pulsenergie nicht direkt aus dem erfassten Lichtpuls bestimmt, sondern aus dem Messsignal, welches durch den Lichtpuls verursacht wird.
Je höher die Energie des erfassten Lichtpulses ist, desto höher ist in der Regel die maximale Amplitude des resultierenden Messsignals. Je nach Ausgestaltungsform des Detektors können jedoch ab einer bestimmten Amplitude Sättigungseffekte eintreten, sodass eine Verbreiterung der Pulse auftritt. Dementsprechend kann sowohl die maximale Amplitude als auch die Pulsbreite als Maß für die Energie angesehen werden. Insbesondere kann eine Pulsfläche unter dem Puls des Messsignals als Maß für die Pulsenergie angesehen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mittels der Recheneinheit eine weitere Pulsenergie basierend auf einer Pulshöhe und/oder einer Pulsbreite des zweiten Messsignals bestimmt und der Teil des zweiten Messsignals wird abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs der Pulsenergie mit der weiteren Pulsenergie verworfen. Insbesondere wird mittels der Recheneinheit die Pulsenergie mit der weiteren Pulsenergie verglichen und die Recheneinheit verwirft den Teil des zweiten Messsignals abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs.
Der Crosstalk durch einen hochenergetischen Lichtpuls teilt sich in der Regel nicht gleichmäßig auf die unterschiedlichen Detektoren auf, sodass ein Großteil der Pulsenergie auf den ersten optischen Detektor, und damit gewissermaßen auf den korrekten Detektor, entfällt und nur ein geringerer Teil auf den zweiten Detektor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Teil des zweiten Messsignals mittels der Recheneinheit nur dann verworfen, wenn ein Verhältnis der Pulsenergie zu der weiteren Pulsenergie kleiner oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert ist. Mit anderen Worten werden Pulse des zweiten Messsignals nicht als falsch-positive Abtastpunkte interpretiert, wenn deren Pulsenergie größer ist als der Grenzwert.
Dadurch wird dem Umstand Rechnung getragen, dass die falsch-positiven Abtastpunkte als Punkte mit einer geringeren Pulsenergie auftreten und entsprechend das Risiko für falsch-negative Feststellungen reduziert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mittels der Recheneinheit ein erster Erfassungszeitpunkt basierend auf dem ersten Messsignal bestimmt und ein zweiter Erfassungszeitpunkt wird basierend auf dem zweiten Messsignal bestimmt. Der Teil des zweiten Messsignals wird abhängig von einem Ergebnis eines Vergleichs des ersten Erfassungszeitpunkts mit dem zweiten Erfassungszeitpunkt verworfen.
Der erste Erfassungszeitpunkt entspricht dabei insbesondere einem Zeitpunkt, zu dem der reflektierte Lichtpuls durch den ersten Detektor erfasst wird, was sich in der Signalform oder Pulsform des ersten Messsignals niederschlägt. Beispielsweise kann der erste Erfassungszeitpunkt einem Zeitpunkt entsprechen, zu dem eine steigende Flanke des Pulses des ersten Messsignals einen vorgegebenen Wert überschreitet. Alternativ kann beispielsweise ein Pulszentrum des Pulses des ersten Messsignals als erster Erfassungszeitpunkt dienen.
Der zweite Erfassungszeitpunkt entspricht einem Zeitpunkt, zu dem gemäß dem zweiten Messsignal ein weiterer Lichtpuls scheinbar mittels des zweiten optischen Detektors erfasst wurde. Der zweite Erfassungszeitpunkt kann beispielsweise einem Zeitpunkt entsprechen, zu dem die steigende Flanke des zweiten Messsignals den vorgegebenen Wert überschreitet beziehungsweise einem Zentrum des Pulses des zweiten Messsignals. Alternativ kann beispielsweise ein Pulszentrum des Pulses des zweiten Messsignals als zweiter Erfassungszeitpunkt dienen.
Der Zeitpunkt, zu dem der Lichtpuls mittels des ersten Detektors tatsächlich erfasst wird, ist mit dem Zeitpunkt, zu dem sich das Übersprechen in dem zweiten Messsignal bemerkbar macht, korreliert, da beide Effekte auf denselben erfassten Lichtpuls zurückgehen. Dementsprechend ist die Lichtlaufzeit, die sich aus dem ersten Lichtsignal ergibt, ähnlich zu der scheinbaren Lichtlaufzeit, die sich aus dem zweiten Messsignal ergibt. Mit anderen Worten ist eine radiale Entfernung eines Punktes von dem der reflektierte Lichtpuls reflektiert wird zu dem ersten Detektor ungefähr gleich einer scheinbaren radialen Entfernung eines scheinbaren Reflektionspunktes zu dem zweiten Detektor.
Dadurch, dass das Verwerfen des Teils des zweiten Messsignals abhängig von dem Erfassungszeitpunkt eingeschränkt wird, kann das Risiko falsch-negativer Feststellungen weiter verringert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Teil des zweiten Messsignals mittels der Recheneinheit nur dann verworfen, wenn eine Differenz zwischen dem ersten Erfassungszeitpunkt und dem zweiten Erfassungszeitpunkt kleiner oder gleich einer vorgegebenen Maximaldifferenz ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Teil des zweiten Messsignals nur dann verworfen, insbesondere genau dann verworfen, wenn die Differenz kleiner oder gleich der Maximaldifferenz ist, das Verhältnis der Pulsenergie zu der weiteren Pulsenergie kleiner oder gleich dem Grenzwert ist, der Abstand des ersten und des zweiten Detektors voneinander kleiner oder gleich dem Maximalabstand ist und das erste Messsignal einem erfassten Lichtpuls mit einer Pulsenergie entspricht, die größer oder gleich der Mindestenergie ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden mittels des Sensorsystems Lichtpulse in die Umgebung des Sensorsystems ausgesendet, insbesondere mittels einer Lichtquelle des Sensorsystems, und die reflektierten Lichtpulse entsprechen reflektierten Anteilen der ausgesendeten Lichtpulse. Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch eine Sensorvorrichtung mit einer Recheneinheit und einem aktiven optischen Sensorsystem angegeben. Das Sensorsystem weist ein Array von optischen Detektoren auf, wobei das Array dazu eingerichtet ist, in einer Umgebung des Sensorsystems reflektierte Lichtpulse zu erfassen und basierend auf den erfassten Lichtpulsen eine Vielzahl von Messsignalen zu erzeugen. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, ein erstes Messsignal der Vielzahl von Messsignalen zu identifizieren, das einem erfassten Lichtpuls mit einer Pulsenergie entspricht, die größer oder gleich einer vorgegebenen Mindestenergie ist, wobei das erste Messsignal von einem ersten Detektor des Arrays erzeugt wurde. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, ein zweites Messsignal der Vielzahl von Messsignalen mit dem ersten Messsignal zu vergleichen, wobei das zweite Messsignal von einem zweiten Detektor des Arrays erzeugt wurde. Der erste und der zweite Detektor weisen in dem Array einen Abstand voneinander auf, der kleiner oder gleich einem vorgegebenen Maximalabstand ist. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, wenigstens einen Teil des zweiten Messsignals abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs zu verwerfen.
Gemäß zumindest einer Au sfüh rungsform der Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept enthält das Sensorsystem eine Ablenkvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, die reflektierten Lichtpulse je nach Einfallsrichtung der Lichtpulse auf verschiedene Positionen des Arrays zu lenken.
Gemäß zumindest einer Au sfüh rungsform ist die Ablenkvorrichtung derart ausgestaltet, dass sie reflektierte Lichtpulse, deren Einfallsrichtungen einem vertikalen Abtastwinkel innerhalb eines ersten Winkelbereichs entsprechen, auf den ersten Detektor zu lenken. Die Ablenkvorrichtung ist ferner dazu ausgestaltet, dass sie reflektierte Lichtpulse, deren Einfallsrichtungen einem vertikalen Abtastwinkel innerhalb eines zweiten Winkelbereichs entsprechen, auf den zweiten Detektor lenken kann. Der erste und der zweite Winkelbereich unterscheiden sich dabei voneinander, insbesondere sind der erste und der zweite Winkelbereich disjunkt.
Der optische Crosstalk kann dazu führen, dass Teile von Lichtpulsen, die gemäß dem ersten Winkelbereich einfallen, auf den zweiten Detektor treffen beziehungsweise zum Teil auf den zweiten Detektor treffen. Die Ablenkvorrichtung kann beispielsweise einen beweglichen oder drehbar gelagerten Spiegel beinhalten oder ein um eine oder zwei Achsen kipp- oder schwenkbares Spiegelelement, das beispielsweise als mikroelektromechanisches System, MIMS, ausgestaltet sein kann.
Gemäß zumindest einer Au sfüh rungsform ist die Recheneinheit dazu eingerichtet, eine weitere Pulsenergie basierend auf einer Pulshöhe und/oder einer Pulsbreite des zweiten Messsignals zu bestimmen und den Teil des zweiten Messsignals abhängig von einem Ergebnis eines Vergleichs der Pulsenergie mit der weiteren Pulsenergie zu verwerfen.
Gemäß zumindest einer Au sfüh rungsform ist die Recheneinheit dazu eingerichtet, einen ersten Erfassungszeitpunkt basierend auf dem ersten Messsignal zu bestimmen, einen zweiten Erfassungszeitpunkt basierend auf dem zweiten Messsignal zu bestimmen und den Teil des zweiten Messsignals abhängig von einem Ergebnis eines Vergleichs des ersten Erfassungszeitpunkts mit dem zweiten Erfassungszeitpunkt zu verwerfen.
Weitere Ausführungsformen der Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept ergeben sich direkt aus den verschiedenen Ausgestaltungsformen des Verfahrens nach dem verbesserten Konzept und umgekehrt. Insbesondere kann die Sensorvorrichtung dazu eingerichtet oder programmiert sein, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen oder die Sensorvorrichtung führt ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durch.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird ein Kraftfahrzeug mit einer Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept angegeben, wobei das Sensorsystem der Sensorvorrichtung insbesondere an oder in dem Kraftfahrzeug montiert ist.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird ein Computerprogramm mit Befehlen angegeben, welche bei Ausführung des Computerprogramms durch eine Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept die Sensorvorrichtung dazu veranlassen, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird ein computerlesbares Speichermedium angegeben, auf dem ein Computerprogramm nach dem verbesserten Konzept gespeichert ist. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als erfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von denen abweichen.
In den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer beispielhaften Ausführungsform einer Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Arrays optischer Detektoren und einer Ablenkvorrichtung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept;
Fig. 3 eine schematische Darstellung von Messsignalen einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer möglichen Umgebung einer Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept; und
Fig. 5 eine schematische Darstellung von Abtastpunkten und gefilterten Abtastpunkten einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept. In Fig. 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 dargestellt, das eine Sensorvorrichtung 13 nach dem verbesserten Konzept aufweist. Die Sensorvorrichtung 13 weist ein aktives optisches Sensorsystem 2 auf, das beispielsweise als Lidarsystem ausgestaltet ist. Das Sensorsystem 2 ist dazu eingerichtet, mittels einer Lichtquelle (nicht dargestellt) Lichtpulse 4, insbesondere infrarote Laserlichtpulse, in eine Umgebung des Sensorsystems 2 und damit des Kraftfahrzeugs 1 auszusenden.
Die ausgesendeten Lichtpulse 4 können von einem Objekt 6 in der Umgebung wenigstens teilweise reflektiert werden und so reflektierte Lichtpulse 5 in Richtung des Sensorsystems 2 zurücksenden. Das Sensorsystem 2 weist ein Array 7 aus optischen Detektoren 8, 9, 10 auf, das die reflektierten Lichtpulse 5 erfassen und basierend auf den erfassten Lichtpulsen eine Vielzahl von Messsignalen erzeugen kann. Insbesondere erzeugt jeder Detektor 8, 9, 10 ein entsprechendes Messsignal.
Das Sensorsystem 2 weist beispielsweise eine Ablenkvorrichtung 14 auf (siehe Fig. 2), die dazu in der Lage ist, die reflektierten Lichtpulse 5 je nach deren Einfallsrichtung auf unterschiedliche Detektoren 8, 9, 10 des Arrays 7 zu lenken.
Die Sensorvorrichtung 13 weist eine Recheneinheit 3 auf, die mit dem Sensorsystem 2 gekoppelt ist, insbesondere mit dem Array 7, um die Messsignale zu erhalten. In Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des Arrays 7 sowie der Ablenkvorrichtung 14 des Sensorsystems 2 gezeigt.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind die optischen Detektoren 8, 9, 10 beispielsweise linear nebeneinander angeordnet, um das Array 7 zu bilden.
Die Ablenkvorrichtung 14 weist beispielsweise einen um eine Rotationsachse 15 drehbar gelagerten Spiegel 14 auf, der je nach Rotationsposition Lichtpulse 5 aus unterschiedlichen horizontalen Abtastwinkeln oder Abtastrichtungen auf das Array 7 lenkt. Die horizontalen Abtastwinkel können dabei als Winkel verstanden werden, die Projektionen der Lichtpulse 5 in eine Ebene senkrecht zu der Rotationsachse 15 beispielsweise mit der Rotationsachse 15 einschließen. Die Rotationsachse 15 ist insbesondere parallel zu einer Anordnungsrichtung der Detektoren 8, 9, 10 in dem Array 7.
Je nachdem, welchen vertikalen Abtastwinkel der jeweils eintreffende Lichtpuls 5 aufweist, wird der Lichtpuls 5 auf verschiedene Detektoren 8, 9, 10 des Arrays 7 gelenkt. Dementsprechend wird durch Kombination der horizontalen und vertikalen Abtastwinkel eine zweidimensionale Auflösung des Sensorsystems 2 ermöglicht. Durch eine entsprechende Lichtlaufzeitmessung basierend auf der Vielzahl von Messsignalen kann zudem ein radialer Abstand des entsprechenden Reflexionspunktes auf dem Objekt 6 von dem Array 7 beziehungsweise dem jeweiligen Detektor 8, 9, 10 bestimmt werden, sodass insgesamt dreidimensionale Koordinaten der Abtastpunkte gegeben sind.
Der vertikale Abtastwinkel entspricht dabei einem Winkel, den der Lichtpuls 5 mit der Rotationsachse 15 einschließt.
Optional kann das Sensorsystem 2 zwischen der Ablenkvorrichtung 14 und dem Array 7 eine oder mehrere Linsen oder sonstige optische Elemente 16 aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Sensorsystem 2 in einem anderen Teil des Strahlengangs der reflektierten Lichtpulse 5 und/oder der ausgesendeten Lichtpulse 4 weitere optische Elemente aufweisen.
Im Beispiel der Fig. 2 wird der reflektierte Lichtpuls 5 gemäß den strahlenoptischen Abbildungsvorschriften auf einem ersten optischen Detektor 8 des Arrays 7 gelenkt. Handelt es sich bei dem Objekt 6 um ein Objekt mit einer hohen Reflektivität, so kann die Energie beziehungsweise Intensität des reflektierten Lichtpulses 5 vergleichsweise hoch sein. Dies kann zum einen, beispielsweise über diffraktive Effekte, zu optischem Crosstalk zwischen dem ersten Detektor 8 und zweiten Detektoren 9 in einer Umgebung des ersten Detektors 8 auf dem Array 7 führen und zum anderen auch zu elektrischem Crosstalk zwischen dem ersten Detektor 8 und den zweiten Detektoren 9.
Die zweiten Detektoren 9 befinden sich dabei innerhalb eines vorgegebenen Maximalbereichs um den ersten Detektor 8 herum. Im skizzierten Beispiel der Fig. 2 sind die zweiten Detektoren 9 nächste oder übernächste Nachbarn des ersten Detektors 8. Nachbarn höherer Ordnung des ersten Detektors 8 sind in Fig. 2 als weitere optische Detektoren 10 dargestellt. Im Folgenden wird beschrieben, wie anhand des verbesserten Konzepts die Messsignale der Detektoren 8, 9, 10, insbesondere der zweiten Detektoren 9, gefiltert werden können, um den Einfluss von elektrischem und/oder optischem Crosstalk und damit verbundenen falsch-positiven Abtastpunkten zu reduzieren.
In Fig. 3 sind dazu beispielhaft zwei Messsignale 11 , 12 als Funktion der Zeit t skizziert. Ein erstes Messsignal 11 entspricht beispielsweise einem Messsignal, das von dem ersten Detektor 8 basierend auf dem reflektierten Lichtpuls 5 erzeugt wurde. Ein zweites Messsignal 12 entspricht beispielsweise einem Messsignal, das von einem der zweiten optischen Detektoren 9 erzeugt wurde.
Die Recheneinheit 3 ist insbesondere dazu eingerichtet zu bestimmen, ob das zweite Messsignal 12 beziehungsweise ein Teil des zweiten Messsignals 12 einem falsch positiven Abtastpunkt entspricht.
Dazu kann die Recheneinheit 3 zunächst feststellen, ob das erste Messsignal 11 einem erfassten Lichtpuls entspricht, dessen Pulsenergie größer ist als eine vorgegebene Mindestenergie. Nur für solche Lichtpulse ist es wahrscheinlich, dass sie zu optischem oder elektrischem Crosstalk führen. Beispielsweise kann die Pulsenergie basierend auf einer Pulsbreite des ersten Messsignals 11 bestimmt werden. Die Mindestenergie kann beispielsweise einer Pulsbreite entsprechen, die einem Laufzeitunterschied entspricht. Der Laufzeitunterschied ist dabei gleichbedeutend zu einem Unterschied in der radialen Distanz. Der Unterschied der radialen Distanz, der dem Laufzeitunterschied entspricht, kann beispielsweise eine Größenordnung von 50 bis 150 Zentimeter, beispielsweise etwa 120 Zentimeter, betragen.
Ist die Pulsenergie gemäß dem ersten Messsignal 11 größer als die Minimalenergie, so kann die Recheneinheit 3 beispielsweise einen Erfassungszeitpunkt des ersten Messsignals 11 bestimmen sowie einen Erfassungszeitpunkt des zweiten Messsignals 12. Der jeweilige Erfassungszeitpunkt kann dann beispielsweise als Zeitpunkt bestimmt werden, zu dem eine steigende Flanke des jeweiligen Messsignals 11 , 12 einen vorgegebenen Minimalwert überschreitet, der in Fig. 3 beispielsweise durch eine horizontale gestrichelte Linie angedeutet ist.
Wie in Fig. 3 zu sehen, kann das zweite Messsignal 12 mehrere verschiedene Pulse 12‘, 12“ beinhalten. Der erste Puls 12‘ liefert dabei einen früheren Erfassungszeitpunkt wie der zweite Puls 12“. Die Recheneinheit 3 vergleicht den Erfassungszeitpunkt des ersten Messsignals 11 mit einem Erfassungszeitpunkt des zweiten Messsignals 12, beispielsweise den jeweiligen Erfassungszeitpunkten des ersten Pulses 12‘ und des zweiten Pulses 12“. Nur wenn der erste Erfassungszeitpunkt des ersten Messsignals 11 und der entsprechende zweite Erfassungszeitpunkt des zweiten Messsignals 12 nahe genug beieinander liegen, kann mit ausreichender Wahrscheinlichkeit von einer falsch-positiven Detektion durch das Messsignal 12 ausgegangen werden. Im vorliegenden Beispiel sind der Erfassungszeitpunkt des ersten Messsignals 11 und der Erfassungszeitpunkt des ersten Pulses 12‘ des zweiten Messsignals 12 nahezu gleich, sodass der erste Puls 12‘ als falsch-positiver Abtastpunkt infrage kommt. Der zweite Puls 12“ hat jedoch einen Erfassungszeitpunkt, der zu weit von dem Erfassungszeitpunkt des ersten Messsignals 11 entfernt ist, als dass es sich mit ausreichender Wahrscheinlichkeit um einen falsch-positiven Abtastpunkt handeln kann. Bei dem zweiten Puls 12“ handelt es sich daher mit hoher Wahrscheinlichkeit um einen tatsächlichen Abtastpunkt, der insbesondere weiter von dem Sensorsystem 2 entfernt ist, als der erste Abtastpunkt, der durch das erste Messsignal 11 gegeben ist. Die Recheneinheit 3 kann nun auch eine Pulsenergie des zweiten Messsignals 12, insbesondere des ersten Pulses 12‘, bestimmen. Die Recheneinheit 3 kann die Pulsenergie des ersten Messsignals 11 mit der Pulsenergie des ersten Pulses 12‘ des zweiten Messsignals 12 in Beziehung setzen und das Verhältnis der Pulsenergien berechnen. Nur wenn die Pulsenergie des ersten Messsignals 11 signifikant größer ist, also mindestens um einen vorgegebenen Faktor größer ist, als die Pulsenergie des ersten Pulses 12‘ des zweiten Messsignals 12, kann von einem falsch-positiven Abtastpunkt ausgegangen werden. Dies ist im vorliegenden Beispiel der Fall, was beispielsweise an der deutlich geringeren Pulsbreite des ersten Pulses 12’ im Vergleich zu dem Puls des ersten Messsignals 11 erkennbar ist.
Zusammenfassend hat die Recheneinheit 3 also festgestellt, dass der erste Puls 12‘ eine ausreichend kleine Pulsenergie im Vergleich zur Pulsenergie des ersten Messsignals 11 aufweist, nahezu denselben radialen Abstand von dem Array 7 anzeigt und von einem zweiten Detektor 9 erzeugt wurde, der sich in unmittelbarer Umgebung des ersten Detektors 8 befindet. Zudem ist die Pulsenergie des ersten Messsignals 11 vergleichsweise hoch. Die Recheneinheit 3 kann daher den ersten Puls 12‘ des zweiten Messsignals 12 verwerfen, also insbesondere markieren oder die Information speichern, dass der erste Puls 12‘ nicht von weiteren Funktionen oder Algorithmen verwendet werden sollte.
In Fig. 4 ist schematisch eine Umgebung eines Kraftfahrzeugs 1 , wie es in Fig. 1 dargestellt ist, gezeigt. Das Objekt 6 ist beispielsweise als Verkehrsschild oder dergleichen dargestellt.
Da es sich bei solchen Schildern regelmäßig um hochreflektive Zielobjekte handelt, ist die Gefahr von falsch-positiven Abtastpunkten hier besonders hoch.
In Fig. 5 sind schematisch entsprechende, mittels eines Sensorsystems 2, wie bezüglich Fig. 1 bis Fig. 3 beschrieben, dargestellt. Insbesondere sind erste Abtastpunkte 17 einer ersten Lage, zweite Abtastpunkte 18 einer zweiten Lage, dritte Abtastpunkte 19 einer dritten Lage gezeigt. Die unterschiedlichen Lagen entsprechen dabei beispielsweise Abtastpunkten, die von unterschiedlichen Detektoren 8, 9, 10 erzeugt wurden. Jede Lage 17, 18, 19 enthält eine Vielzahl von Abtastpunkten, die unterschiedlichen horizontalen Abtastwinkeln entsprechen.
Die mit den Punkten verbundenen perspektivischen Linien deuten schematisch die zugehörigen Pulsenergien an.
In Fig. 5 sind zudem mit "x" gekennzeichnet falsch-positive Abtastpunkte 20 dargestellt. Diese sind in der beschriebenen Weise beispielsweise durch optischen oder elektrischen Crosstalk erzeugt worden.
Anhand des verbesserten Konzepts können diese falsch-positiven Abtastpunkte 20, wie oben beschrieben, aus den Messdaten des Sensorsystems 2 herausgefiltert und nicht weiter berücksichtigt werden. Würde man diese Filterung nicht vornehmen, so wäre die scheinbare Ausdehnung des Objekts 6 größer, als seine tatsächliche Ausdehnung.
Gemäß dem verbesserten Konzept können, wie beschrieben, Messdaten eines aktiven optischen Sensorsystems gefiltert werden, um falsch-positive Abtastpunkte zu identifizieren, ohne das Risiko falsch-negativer Feststellungen signifikant zu erhöhen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Filterung von Messdaten eines aktiven optischen Sensorsystems (2), wobei in einer Umgebung des Sensorsystems (2) reflektierte Lichtpulse (5) mittels eines Arrays (7) von optischen Detektoren (8, 9, 10) des Sensorsystems (2) erfasst werden; und mittels des Arrays (7) basierend auf den erfassten Lichtpulsen eine Vielzahl von Messsignalen (11 , 12) erzeugt wird; dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Recheneinheit (3) - ein erstes Messsignal (11) der Vielzahl identifiziert wird, das einem erfassten
Lichtpuls mit einer Pulsenergie entspricht, die größer oder gleich einer vorgegebenen Mindestenergie ist, wobei die das erste Messsignal (11) von einem ersten Detektor (8) des Arrays (7) erzeugt wurde; ein zweites Messsignal (12) der Vielzahl mit dem ersten Messsignal (11) verglichen wird, wobei das zweite Messsignal (12) von einem zweiten Detektor (9) des Arrays
(7) erzeugt wurde und der erste und der zweite Detektor (8, 9) in dem Array (7) einen Abstand voneinander aufweisen, der kleiner oder gleich einem vorgegebenen Maximalabstand ist; und wenigstens ein Teil des zweiten Messsignals (12) abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs verworfen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Recheneinheit (3) eine Pulshöhe und/oder eine Pulsbreite des ersten Messsignals (11) bestimmt wird, um die Pulsenergie zu bestimmen.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Recheneinheit (3) eine weitere Pulsenergie basierend auf einer Pulshöhe und/oder einer Pulsbreite des zweiten Messsignals (12) bestimmt wird; und der Teil des zweiten Messsignals (12) abhängig von einem Ergebnis eines Vergleichs der Pulsenergie mit der weiteren Pulsenergie verworfen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil des zweiten Messsignals (12) nur dann verworfen wird, wenn ein Verhältnis der Pulsenergie zu der weiteren Pulsenergie kleiner oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Recheneinheit (3) ein erster Erfassungszeitpunkt basierend auf dem ersten Messsignal (11) bestimmt wird; ein zweiter Erfassungszeitpunkt basierend auf dem zweiten Messsignal (12) bestimmt wird; und der Teil des zweiten Messsignals (12) abhängig von einem Ergebnis eines Vergleichs des ersten Erfassungszeitpunkts mit dem zweiten Erfassungszeitpunkt verworfen.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil des zweiten Messsignals (12) nur dann verworfen wird, wenn eine Differenz zwischen dem ersten Erfassungszeitpunkt und dem zweiten Erfassungszeitpunkt kleiner oder gleich einer vorgegebenen Maximaldifferenz ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Sensorsystems (2) Lichtpulse (4) in die Umgebung ausgesendet werden; und - die reflektierten Lichtpulse (5) reflektierten Anteilen der ausgesendeten Lichtpulse
(4) entsprechen.
8. Sensorvorrichtung mit einer Recheneinheit (3) und einem aktiven optischen Sensorsystem (2), das ein Array (7) von optischen Detektoren (8, 9, 10) aufweist, wobei das Array (7) dazu eingerichtet ist, in einer Umgebung des Sensorsystems (2) reflektierte Lichtpulse (5) zu erfassen; und basierend auf den erfassten Lichtpulsen eine Vielzahl von Messsignalen (11 , 12) zu erzeugen; dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (3) dazu eingerichtet ist, ein erstes Messsignal (11) der Vielzahl zu identifizieren, das einem erfassten Lichtpuls mit einer Pulsenergie entspricht, die größer oder gleich einer vorgegebenen Mindestenergie ist, wobei die das erste Messsignal (11) von einem ersten Detektor (8) des Arrays (7) erzeugt wurde; ein zweites Messsignal (12) der Vielzahl mit dem ersten Messsignal (11 ) zu vergleichen, wobei das zweite Messsignal (12) von einem zweiten Detektor (9) des Arrays (7) erzeugt wurde und der erste und der zweite Detektor (8, 9) in dem Array (7) einen Abstand voneinander aufweisen, der kleiner oder gleich einem vorgegebenen Maximalabstand ist; und wenigstens einen Teil des zweiten Messsignals (12) abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs zu verwerfen.
9. Sensorvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem (2) eine Ablenkvorrichtung (14) enthält, die dazu eingerichtet ist, die reflektierten Lichtpulse (5) je nach Einfallsrichtung der Lichtpulse (5) auf verschiedene Positionen des Arrays (7) zu lenken.
10. Sensorvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkvorrichtung (14) ausgestaltet und angeordnet ist, reflektierte Lichtpulse (5), deren Einfallsrichtungen einem vertikalen Abtastwinkel innerhalb eines ersten Winkelbereichs entsprechen, auf den ersten Detektor (8) zu lenken; und reflektierte Lichtpulse (5), deren Einfallsrichtungen einem vertikalen Abtastwinkel innerhalb eines zweiten Winkelbereichs entsprechen, auf den zweiten Detektor (9) zu lenken.
11. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (3) dazu eingerichtet ist, eine weitere Pulsenergie basierend auf einer Pulshöhe und/oder einer Pulsbreite des zweiten Messsignals (12) zu bestimmen; und den Teil des zweiten Messsignals abhängig von einem Ergebnis eines Vergleichs der Pulsenergie mit der weiteren Pulsenergie zu verwerfen.
12. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (3) dazu eingerichtet ist, einen ersten Erfassungszeitpunkt basierend auf dem ersten Messsignal (11) zu bestimmen; einen zweiten Erfassungszeitpunkt basierend auf dem zweiten Messsignal (12) zu bestimmen; und den Teil des zweiten Messsignals (12) abhängig von einem Ergebnis eines Vergleichs des ersten Erfassungszeitpunkts mit dem zweiten Erfassungszeitpunkt zu verwerfen.
13. Kraftfahrzeug mit einer Sensorvorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 8 bis 12.
14. Computerprogramm mit Befehlen, welche bei Ausführung des Computerprogramms durch eine Sensorvorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 8 bis 12 die Sensorvorrichtung (13) dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
15. Computerlesbares Speichermedium, auf dem ein Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist.
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