EP4073542A1 - Einrichtung und verfahren zum erzeugen von testdaten zum testen einer distanzbestimmung bei einer optischen laufzeitmessung - Google Patents

Einrichtung und verfahren zum erzeugen von testdaten zum testen einer distanzbestimmung bei einer optischen laufzeitmessung

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Publication number
EP4073542A1
EP4073542A1 EP20780992.2A EP20780992A EP4073542A1 EP 4073542 A1 EP4073542 A1 EP 4073542A1 EP 20780992 A EP20780992 A EP 20780992A EP 4073542 A1 EP4073542 A1 EP 4073542A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
test
time
sequence
events
testing
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
EP20780992.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Beuschel
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.)
Microvision Inc
Original Assignee
Ibeo Automotive Systems 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 Ibeo Automotive Systems GmbH filed Critical Ibeo Automotive Systems GmbH
Publication of EP4073542A1 publication Critical patent/EP4073542A1/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
    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
    • 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
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4865—Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak

Definitions

  • the present invention relates generally to a device for generating test data for testing a distance determination in an optical transit time measurement, a measuring device for testing a distance determination in an optical transit time measurement and a method for generating test data for testing a distance determination in an optical transit time measurement.
  • various methods for optical transit time measurement are known which can be based on the so-called time-of-flight principle, in which the transit time of a light signal that is emitted and reflected by an object is measured in order to determine the distance to the object based on the transit time.
  • LIDAR systems in the motor vehicle environment typically have to meet at least one safety requirement level in accordance with IS026262 ASIL B (D) when determining distance in order to enable autonomous driving functions. Therefore, security analyzes are typically carried out that test various possible effects that can lead to a malfunction of the system.
  • the present invention provides a device for generating test data for testing a distance determination in an optical transit time measurement, comprising: a test pattern generator which is set up to generate a time sequence of test events in order to this to provide a test histogram channel for generating time-correlated test histogram data for testing the distance determination in the optical transit time measurement.
  • the present invention provides a measuring device for testing a distance determination in an optical transit time measurement, comprising: a device according to the first aspect; and at least one test histogram channel which is set up to receive the time sequence of test events generated by the test pattern generator and to generate time-correlated test histogram data based thereon.
  • the present invention provides a method for generating test data for testing a distance determination in an optical transit time measurement, comprising:
  • some exemplary embodiments relate to a device for generating test data for testing a distance determination in an optical transit time measurement, comprising: a test pattern generator which is configured to generate a time sequence of test events in order to add them to a test histogram channel to provide time-correlated test histogram data for testing the distance determination in the optical transit time measurement.
  • LIDAR systems in the motor vehicle environment typically have to meet at least one safety requirement level in accordance with IS026262 ASIL B (D) when determining distance in order to enable autonomous driving functions.
  • IS026262 ASIL B (D) IS026262 ASIL B
  • LIDAR systems there can be various causes for malfunctions in the distance determination. It is therefore fundamentally desirable to provide simple and reliable test methods for determining distance in LIDAR systems.
  • a possible cause of a malfunction in a distance determination in an optical transit time measurement can be an incorrect time scale and / or an incorrect time reference point of the system.
  • An incorrect timescale can result in incorrectly scaled distances; z.
  • an incorrect scaling factor that deviates by a factor of two can result in a distance determination of 20 m instead of 10 m.
  • an incorrect time scale can be caused by an incorrect configuration of a time-to-digital converter (also called “TDC”, time-to-digital converter).
  • an incorrect configuration of the data processing units can be the cause
  • An incorrect time reference point can result in a constant distance offset, for example 15 m instead of 10 m, 25 m instead of 20 m, etc.
  • an incorrect time reference point can be caused by incorrect determination of the start time of the optical transit time measurement
  • Another possible cause of a malfunction in the distance determination can be incorrect data processing in the case of a peak detection, which uses measurement data to determine a distance to an object which reflects the emitted light. Therefore, in some exemplary embodiments, the device is used in a LIDAR system or the like and, for example, used in the motor vehicle environment, without the invention being restricted to these cases.
  • generating test data can therefore include generating electrical signals at different predetermined times, which simulate a detection of light reflected back during an optical transit time measurement.
  • testing a distance determination can include that distances that were determined based on the generated test data are compared with nominal distances that were determined from the predetermined times.
  • a deviation between the determined distances and the nominal distances can be an indicator of a malfunction in the distance determination.
  • this is advantageous since it enables the peak detection to be checked regularly in order to ensure error-free functionality.
  • the optical transit time measurement is based on the so-called TCSPC (time correlated single photon counting) measurement principle, in particular in exemplary embodiments which are based on LIDAR.
  • Light pulses are periodically emitted, which are typically a few nanoseconds long and mark a starting point in time for a measurement.
  • the light reflected from objects or backscattered light is detected by a light-detecting receiving element (e.g. a single photon avalanche diode (SPAD)), with light also being used in a short period of time before the light pulse is emitted can be detected.
  • the measurement time is divided into a large number of short time intervals (e.g. 30 ps).
  • a point in time can then be assigned to each time interval, which corresponds to a time interval from the start point (e.g. a point in time of 15 ps can be assigned to a first time interval for time intervals of 30 ps and a point in time of 45 ps can be assigned to a second time interval, etc.).
  • the light reaches the light-detecting receiving element at different times. It generates an electrical signal in the light-detecting receiving element.
  • a time-to-digital converter also called "TDC", time-to-digital converter
  • the electrical signal can then be assigned to one of the time intervals.
  • LIDAR data can typically contain signal contributions from backscattering, light reflection from objects, ambient light, interfering light signals from other light sources in the vicinity and the like.
  • a test pattern generator can generate a time sequence of test events.
  • the time sequence can have several electrical signals that are generated at predetermined times, and the electrical signals can correspond to the test events.
  • the generated time sequence of test events is synchronized with a start time (time of emission of the light pulse) of the optical transit time measurement, so that the distance determination can be tested in parallel with a normal measurement.
  • the distance determination can be tested independently of a normal measurement (eg in standby mode).
  • the generated temporal sequence of test events can in principle change over time, ie a generated temporal sequence can differ from another generated temporal sequence.
  • the time sequence of test events can be generated based on at least one input parameter that is accessible to the test pattern generator.
  • the test events are identical, that is to say the electrical signals are identical, without the invention being restricted in this regard.
  • the number of test events is preferably in the generated temporal sequence of test events constant, but in some Aussper approximately examples the number of temporal sequence to temporal sequence can differ un.
  • the test pattern generator can in principle be an electronic circuit or an electronic circuit.
  • the electronic circuit can contain electronic cal components, digital storage elements, signal inputs (to receive analog and / or digital signals), signal outputs (to output analog and / or digital signals or electrical signals) and the like in order to carry out the functions described herein .
  • the electronic circuit can be implemented by an FPGA (Field Programmable Gate Array), DSP (Digital Signal Processor), a microprocessor or the like.
  • the test pattern generator can work with a resolution in the nanosecond range in the time domain.
  • a test histogram channel can generate time-correlated test histogram data.
  • time-correlated histogram data are data that are generated based on the electrical signals of the light-detecting receiving elements within the (associated) measurement time.
  • time-correlated test histogram data are generated analogously to this, which were generated based on a generated time sequence of test events (electrical signals of the test pattern generator (generated time sequence of test events)), and for testing a distance determination at an optical transit time measurement is used.
  • the test histogram channel can generate the time-correlated test histogram data based on the generated time sequence of test events in parallel with the normal measurement, without the invention being restricted in this regard.
  • the test histogram channel can basically have the same functionality and configuration as a normal histogram channel.
  • the test histogram channel can have a time-to-digital converter.
  • the test histogram channel can in principle be an electronic circuit or an electronic circuit.
  • the electronic circuit can contain electronic components, digital storage elements, signal inputs (to receive analog and / or digital signals), signal outputs (to receive analog and / or digital signals or time-correlated histogram data) and the like to perform the functions described herein.
  • the electronic circuit can be implemented by an FPGA (Field Programmable Gate Array), DSP (digital signal processor), a microprocessor or the like.
  • a time interval between two points in time of two test events following one another in time in the generated time sequence of test events is based on a time resolution of the optical transit time measurement.
  • a time resolution of the optical transit time measurement can correspond to a minimum time interval between two electrical signals (events) that can still be clearly distinguished.
  • the time resolution can be limited by the length of time of the electrical signals that are generated by light-detecting receiving elements in response to the incidence of light.
  • the time resolution can be limited by a time-to-digital converter.
  • the time resolution can be limited by the data processing.
  • the time resolution must therefore be taken into account in some exemplary embodiments when generating the time sequence of test events.
  • the time interval between two points in time of two chronologically successive test events in the generated time sequence of test events can consequently be greater in some exemplary embodiments than the time resolution of the optical transit time measurement.
  • the time resolution corresponds to a distance resolution of the optical transit time measurement over the speed of light.
  • the distance resolution in some embodiments in a LIDAR system can be 10 cm.
  • the time interval between two points in time of two successive test events in the generated time sequence of test events can be, for example, 50 cm. This allows a larger distance range to be tested in the LIDAR measurement.
  • the time sequence of test events is further generated based on at least one input parameter.
  • the input parameters can be transferred to the test pattern generator via signal inputs.
  • An input parameter can be, for example, an image counter, a row or column index, or a system time.
  • the input parameters can in principle be represented by analog and / or digital signals. In some exemplary embodiments, the number of test events and the times can therefore be coded based on the input parameters and generated accordingly.
  • the points in time of the time sequence can be encoded externally in a hash generator based on the input parameters.
  • the coding can be present, for example, as a binary sequence (sequence of bits) and transferred via a signal input to the test pattern generator, which generates the chronological sequence of test events based on the binary sequence obtained.
  • the hash generator can also be integrated into the test pattern generator. In principle, the input parameters are therefore known or specified to the test pattern generator.
  • Generating the temporal sequence of test events based on the input parameters allows the temporal sequence to change from time to time, whereby a large part of the possible times or time intervals can be tested over a certain period of time. This allows the entire system to be tested, malfunctions in the determination of the distance to be discovered and reliability to be increased.
  • a system for an optical transit time measurement in particular a LIDAR system, as provided herein, can in some exemplary embodiments have a receiving system, each of the light-detecting receiving elements being set up to detect light and to generate an electrical signal in response thereto.
  • the light-detecting receiving elements are arranged in columns and in rows in the receiving matrix (as is fundamentally known), with some exemplary embodiments, without restricting the generality, being provided with the same number of light-detecting receiving elements in each row.
  • the receiving system comprises several histogram channels, one histogram channel being connected to the light-detecting receiving elements in a column or one histogram channel being connected to the light-detecting receiving elements in a row.
  • each of the histogram channels is set up to generate the time-correlated histogram data based on the electrical signals of the light-detecting receiving elements.
  • the input parameter is an image counter.
  • an image counter can be the number of measurements carried out up to this point in time.
  • a measurement corresponds to the emission of one or more light pulses and the recording of time-correlated histogram data.
  • the input parameter is a row index of a reception matrix.
  • a system for optical transit time measurement can have a receiving system with a receiving matrix.
  • the row index can correspond to a row of the receiving matrix.
  • the input parameter is a system time.
  • a system time can be a time that is set in the system for the optical transit time measurement. In other exemplary embodiments, the system time can be a time that has passed since the system was commissioned or with regard to other reference times.
  • the device comprises a hash generator which is set up to generate a bit vector from the input parameters and to apply a hash function to this in order to generate a binary sequence.
  • the hash generator can receive the input parameters and generate a bit vector from the input parameters.
  • the bit vector can be a series or combination of binary sequences which represent the input parameters.
  • the hash generator can apply a hash function to this bit vector, which is known in principle, in order to generate a binary sequence.
  • the points in time of the chronological sequence of test events are coded, the points in time clearly proceeding from the binary sequence.
  • the number of bits in the bit vector is preferably greater (for example 64 bits) than the number of bits in the binary sequence (for example 8 or 16 bits), without the invention being restricted to these cases.
  • the hash generator can in principle be an electronic circuit or an electronic circuit.
  • the electronic circuit may contain electronic components, digital storage elements, signal inputs (to receive analog and / or digital signals), signal outputs (to output analog and / or digital signals) and the like in order to carry out the functions described herein
  • the circuit can be implemented by an FPGA (Field Programmable Gate Array), DSP (digital signal processor), a microprocessor or the like.
  • the hash generator can be integrated into the test pattern generator.
  • the time sequence of test events is further generated based on the binary sequence, as explained above.
  • test events are identical in terms of the time sequence of test events.
  • each test event is assigned the same relevance for testing the determination of the distance.
  • a first example of the coding of the points in time includes the generation of a binary sequence of two bits, which is determined from a bit vector from the input parameters via a hash function.
  • the time interval between possible test events corresponds without loss of generality to a distance of 1 m.
  • no test event is generated and at 1 m a synchronization event (first test event) is generated.
  • the two bits can then be used to encode four other possible test events:
  • a second example of the coding of the points in time includes the consideration of the time resolution (distance resolution) of the system, an image counter, a line index and a synchronization event.
  • the time resolution of the system can be, for example, 10 cm.
  • the time interval between two points in time can be, for example, 0.5 m.
  • a first test event is generated without loss of generality at 1 m (synchronization event).
  • the line index can assume 100 values in a reception matrix, for example.
  • a third test event can be generated in the distance range of 8 m - 58 m.
  • the distance shift can also be set relative to the previous test event.
  • a third example of the coding of the points in time includes the generation of a binary sequence of 16 bits, which is determined from a bit vector from the input parameters using a hash function.
  • the first 8 bits form a first hash vector and the second 8 bits form a second hash vector.
  • the time resolution of the system can be, for example, 10 cm.
  • the time interval between two points in time can be, for example, 0.5 m.
  • a synchronization event (first test event) is generated at 1 m.
  • the first and the second hash vector each encode 256 points in time. Accordingly a second test event in the distance range from 1.5 m - 129.5 m and a third test event in the distance range from 130 m - 258 m.
  • Some exemplary embodiments relate to a measuring device for testing a distance determination in an optical transit time measurement, comprising: a device as described herein; and at least one test histogram channel which is set up to receive the time sequence of test events generated by the test pattern generator and to generate time-correlated test histogram data based thereon.
  • the measuring device can in principle be part of a system for optical transit time measurement, which is set up to test the determination of the distance of the optical transit time measurement.
  • at least one test histogram channel can be included for generating time-correlated test histogram data in order to ensure continuous testing of the distance determination.
  • the test histogram channel provides the generated time-correlated test histogram data to a peak detection unit, which determines them from distances.
  • the peak detection unit can use time-correlated (test) histogram data in some exemplary embodiments based on signal levels and / or signal shapes of different signal contributions, points in time of signal contributions and / or similar points in time or distances, which is known in principle.
  • the time-correlated test histogram data are analyzed by the peak detection unit like the time-correlated histogram data of a normal measurement.
  • the peak detection unit outputs the determined distances from the corresponding time-correlated (test) histogram data to a test unit.
  • the peak detection unit can in principle be an electronic circuit or an electronic circuit.
  • the electronic circuit can electronic cal components, digital storage elements, signal inputs (to receive analog and / or digital signals), signal outputs (to receive analog and / or digital signals output) and the like to perform the functions described herein.
  • the electronic circuit can be implemented by an FPGA (Field Programmable Gate Array), DSP (digital signal processor), a microprocessor or the like.
  • the peak detection unit is implemented by software, the signal inputs in such exemplary embodiments corresponding to the parameters / attributes of a software function / method.
  • the determination of the distances then corresponds to an execution of a sequence of commands for the execution of certain arithmetic operations on a computer, so that the distances are available after all commands have been processed.
  • the peak detection unit is also implemented by a mixture of hardware- and software-based components, to which the functionalities described herein are appropriately distributed.
  • the measuring device further comprises a test unit which is set up to receive the distances determined by the peak detection unit and to obtain points in time of the chronological sequence of test events in order to determine nominal distances from these points in time.
  • the test unit can in principle be an electronic circuit or an electronic circuit.
  • the electronic circuit may contain electronic components, digital storage elements, signal inputs (to receive analog and / or digital signals), signal outputs (to output analog and / or digital signals) and the like in order to carry out the functions described herein
  • the circuit can be implemented by an FPGA (Field Programmable Gate Array), DSP (digital signal processor), a microprocessor or the like.
  • the test unit is implemented by software, the signal inputs in such exemplary embodiments corresponding to the parameters / attributes of a software function / method.
  • the determination of the nominal distances corresponds to an execution of a sequence of commands for carrying out certain arithmetic operations on a computer, so that the distances are available after all commands have been processed.
  • the peak detection unit is also implemented by a mixture of hardware- and software-based components, to which the functionalities described herein are appropriately distributed.
  • the test unit can receive the determined distances (which were determined from the time-correlated test histogram data) from the peak detection unit at a signal input.
  • the test unit can receive the points in time of the chronological sequence of test events from the test pattern generator.
  • the test unit can receive the input parameters and the points in time of the chronological sequence of test events therefrom.
  • the test unit can receive a binary sequence from a hash generator and from this can receive the times of the chronological sequence of test events.
  • the test unit can determine nominal distances from the points in time obtained in the chronological sequence of test events.
  • the nominal distances correspond to the distances specified by the points in time of the chronological sequence of test events.
  • a deviation between the determined distances from the peak detection unit and the nominal distances allows conclusions to be drawn about malfunctions when determining the distance in the optical transit time measurement.
  • the test unit is therefore further set up to generate an error signal based on a discrepancy between the determined distances and the nominal distances.
  • the error signal can indicate whether the deviation between the determined distances from the peak detection unit and the nominal distances lies within a tolerance range.
  • the tolerance range can be determined experimentally, gained from experience or from the system parameters (jitter, time resolution, etc.) or the like.
  • the error signal is generated due to a deviation that lies outside a tolerance range.
  • the testing of the distance determination of the optical transit time measurement based on a time sequence of test events can discover various malfunctions of the system, e.g. B .:
  • Some exemplary embodiments relate to a method for generating test data for testing a distance determination in an optical transit time measurement, including:
  • Fig.l illustrates a coding of the points in time of a time sequence of test events
  • FIG. 2 illustrates in a block diagram an embodiment of a system for an optical transit time measurement
  • Fig. 3 illustrates in a flowchart an embodiment of a method for generating test data for testing a distance determination in an optical transit time measurement.
  • Fig.l illustrates the coding of the points in time of the chronological sequence of test events.
  • the horizontal axis is a distance (time).
  • the vertical axis is dimensionless and only serves to illustrate the points in time.
  • the vertical lines show the distance (point in time) at which a test event is generated.
  • a binary sequence of three bits is generated by a hash generator (not shown).
  • the binary sequence was determined by applying a hash function to a bit vector generated from an image counter and a line index.
  • the first bit of the binary sequence is equal to 0, the second and third bit are each equal to 1.
  • the time interval between the test events is constant and corresponds to a distance of 1 m Test event is generated and at 1 m a synchronization event (first test event) is generated.
  • a second test event is generated at 3 m, a third test event at 4 m and a fourth test event at 6 m.
  • FIG. 2 illustrates in a block diagram the exemplary embodiment of the system 1 for optical transit time measurement.
  • the system 1 for the optical transit time measurement is a LIDAR system and operates as follows: a pulse generator 2 emits an electronic start signal to start the optical transit time measurement. In response to the electronic start signal, a transmission system 3 sends out a light pulse which is reflected on an object 4. The reflected light reaches a receiving system 5, which has a receiving matrix (not shown) with light-detecting receiving elements (here SPADs) arranged in 128 rows and 256 columns. In response to the incident light, the light-detecting receiving elements generate electrical signals that form a histogram channel
  • the histogram channel 6 receives.
  • the histogram channel 6 also receives the electronic start signal for synchronization and generates time-correlated histogram data based on the received electrical signals.
  • a device 7 In parallel with the optical transit time measurement, a device 7 generates a chronological sequence of test events.
  • the test events are identical and are generated at times according to FIG. 1.
  • the device 7 receives the electronic start signal to a test pattern generator 8 for synchronization.
  • the device
  • the 7 further has a hash generator 9 which generates the binary sequence from FIG. 1 based on an image counter and a line index.
  • the hash generator 9 passes the binary sequence to the test pattern generator 8, which generates the chronological sequence of test events based on the binary sequence. This is transferred from the test pattern generator 8 to a test histogram channel 10 which, based on the time sequence of test events obtained, generates time-correlated test histogram data.
  • the test histogram channel 10 receives the electronic start signal for synchronization.
  • a switch 11 switches between the time-correlated histogram data and the time-correlated test histogram data when the image counter has increased again by four. If the switch 11 is the time correlated Lets histogram data through, these are transferred to a peak detection unit 12, which determines object distances from the time-correlated histogram data. Another changeover switch 13 switches the determined object distances to a processor 14, which generates a three-dimensional image of the object 4 from the object distances.
  • the switch 11 allows the time-correlated test histogram data to pass, these are transferred to the peak detection unit 12, which determines distances from the time-correlated test histogram data.
  • the switch switches the certain distances to a test unit 15.
  • the test unit 15 receives the times of the chronological sequence of test events from the test pattern generator and uses them to determine nominal distances.
  • the test unit 15 compares the determined distances and the nominal distances and outputs an error signal.
  • Fig. 3 illustrates in a flowchart the embodiment for the method 20 for generating test data for testing the distance determination in the optical transit time measurement.
  • a time sequence of test events is generated in order to provide them to a test histogram channel for generating time-correlated test histogram data for testing the distance determination in the optical transit time measurement, as set out herein.

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Abstract

Einrichtung (7) zum Erzeugen von Testdaten zum Testen einer Distanzbestimmung bei einer optischen Laufzeitmessung, umfassend: einen Testmuster-Generator (8), der dazu eingerichtet ist, eine zeitliche Abfolge von Test-Events zu erzeugen, um diese einem Test-Histogrammkanal (10) zur Erzeugung von zeitkorrelierten Test-Histogrammdaten zum Testen der Distanzbestimmung bei der optischen Laufzeitmessung bereitzustellen.

Description

EINRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM ERZEUGEN VON TESTDATEN ZUM TESTEN EINER DISTANZBESTIMMUNG BEI EINER OPTISCHEN LAUFZEITMESSUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Einrichtung zum Erzeugen von Test daten zum Testen einer Distanzbestimmung bei einer optischen Laufzeitmessung, ei ne Messeinrichtung zum Testen einer Distanzbestimmung bei einer optischen Lauf zeitmessung und ein Verfahren zum Erzeugen von Testdaten zum Testen einer Dis tanzbestimmung bei einer optischen Laufzeitmessung.
Allgemein sind verschiedene Verfahren zur optischen Laufzeitmessung bekannt, die auf dem sogenannten Time-of-Flight Prinzip beruhen können, bei dem die Laufzeit eines ausgesendeten und von einem Objekt reflektierten Lichtsignals gemessen wird, um die Distanz zu dem Objekt auf Grundlage der Laufzeit zu bestimmen.
Es ist bekannt, im Kraftfahrzeugumfeld Sensoren einzusetzen, die auf dem sogenann ten LIDAR-Prinzip beruhen (Light Detection and Ranging), bei dem zum Abtasten der Umgebung periodisch Pulse ausgesendet und die reflektierten Pulse detektiert wer den. Ein entsprechendes Verfahren und eine Vorrichtung sind beispielsweise aus WO 2017/081294 bekannt.
LIDAR-Systeme im Kraftfahrzeugumfeld müssen typischerweise mindestens eine Si cherheitsanforderungsstufe gemäß IS026262 ASIL B (D) bei einer Distanzbestimmung erfüllen, um autonome Fahrfunktionen zu ermöglichen. Daher werden typischerweise Sicherheitsanalysen durchgeführt, die verschiedene mögliche Auswirkungen testen, die zu einer Fehlfunktion des Systems führen können.
Auch wenn aus dem Stand der Technik Lösungen zum Testen einer Distanzbestim mung bei einer optischen Laufzeitmessung bekannt sind, ist es eine Aufgabe der vor liegenden Erfindung, eine Einrichtung zum Erzeugen von Testdaten zum Testen einer Distanzbestimmung bei einer optischen Laufzeitmessung, eine Messeinrichtung zum Testen einer Distanzbestimmung bei einer optischen Laufzeitmessung und ein Verfah- ren zum Erzeugen von Testdaten zum Testen einer Distanzbestimmung bei einer opti schen Laufzeitmessung bereitzustellen.
Diese Aufgabe lösen die Einrichtung nach Anspruch 1, die Messeinrichtung nach An spruch 10 und das Verfahren nach Anspruch 15.
Gemäß einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Einrichtung zum Er zeugen von Testdaten zum Testen einer Distanzbestimmung bei einer optischen Lauf zeitmessung bereit, umfassend: einen Testmuster-Generator, der dazu eingerichtet ist, eine zeitliche Abfolge von Test-Events zu erzeugen, um diese einem Test-Histogrammkanal zur Erzeugung von zeitkorrelierten Test-Histogrammdaten zum Testen der Distanzbestimmung bei der optischen Laufzeitmessung bereitzustellen.
Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Messeinrichtung zum Testen einer Distanzbestimmung bei einer optischen Laufzeitmessung bereit, um fassend: eine Einrichtung nach dem ersten Aspekt; und mindestens einen Test-Histogrammkanal, der dazu eingerichtet ist, die vom Testmuster-Generator erzeugte zeitliche Abfolge von Test-Events zu erhalten und da rauf basierend zeitkorrelierte Test-Histogrammdaten zu erzeugen.
Gemäß einem dritten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Er zeugen von Testdaten zum Testen einer Distanzbestimmung bei einer optischen Lauf zeitmessung bereit, umfassend:
Erzeugen einer zeitlichen Abfolge von Test-Events, um diese einem Test- Histogrammkanal zur Erzeugung von zeitkorrelierten Test-Histogrammdaten zum Tes ten der Distanzbestimmung bei der optischen Laufzeitmessung bereitzustellen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran sprüchen, den Zeichnungen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausfüh rungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Wie erwähnt, betreffen manche Ausführungsbeispiele eine Einrichtung zum Erzeugen von Testdaten zum Testen einer Distanzbestimmung bei einer optischen Laufzeitmes sung, umfassend: einen Testmuster-Generator, der dazu eingerichtet ist, eine zeitliche Abfolge von Test-Events zu erzeugen, um diese einem Test-Histogrammkanal zur Erzeugung von zeitkorrelierten Test-Histogrammdaten zum Testen der Distanzbestimmung bei der optischen Laufzeitmessung bereitzustellen.
Wie eingangs ausgeführt, müssen LIDAR-Systeme im Kraftfahrzeugumfeld typischer weise mindestens eine Sicherheitsanforderungsstufe gemäß IS026262 ASIL B (D) bei einer Distanzbestimmung erfüllen, um autonome Fahrfunktionen zu ermöglichen. In solchen LIDAR-Systemen können verschiedene Ursachen für Fehlfunktionen bei der Distanzbestimmung vorliegen. Daher ist es grundsätzlich wünschenswert, einfache und zuverlässige Testverfahren der Distanzbestimmung in LIDAR-Systemen bereitzu stellen.
Eine mögliche Ursache für eine Fehlfunktion bei einer Distanzbestimmung bei einer optischen Laufzeitmessung, insbesondere bei solchen die auf LIDAR basiert, kann eine falsche Zeitskala und/oder ein falscher Zeitbezugspunkt des Systems sein. Eine falsche Zeitskala kann in falsch skalierten Distanzen resultieren; z. B. kann ein falscher Skalie rungsfaktor, der um einen Faktor zwei abweicht, bei einer Distanzbestimmung ein Resultat von 20 m anstatt 10 m ergeben. In manchen Ausführungsbeispielen kann bspw. kann eine falsche Zeitskala durch eine fehlerhafte Konfiguration eines Zeit- Digital-Wandlers verursacht sein (auch „TDC", time-to-digital Converter, genannt). In anderen Ausführungsbeispielen wiederum kann eine fehlerhafte Konfiguration der Datenverarbeitungseinheiten ursächlich sein. Ein falscher Zeitbezugspunkt kann in einem konstanten Distanzversatz resultieren, z.B. 15 m anstatt 10 m, 25 m anstatt 20 m, usw. Zum Beispiel kann ein falscher Zeitbezugspunkt in manchen Ausführungsbei spielen durch eine falsche Bestimmung eines Startzeitpunkts der optischen Laufzeit messung verursacht sein. Eine weitere mögliche Ursache für eine Fehlfunktion bei der Distanzbestimmung kann eine fehlerhafte Datenverarbeitung bei einer Peak- Detektion sein, die aus Messdaten eine Distanz zu einem Objekt bestimmt, welches das ausgesendete Licht reflektiert. Daher wird die Einrichtung in manchen Ausführungsbeispielen in einem LIDAR-System oder dergleichen verwendet und bspw. im Kraftfahrzeugumfeld eingesetzt, ohne dass die Erfindung auf diese Fälle beschränkt ist.
Ein Erzeugen von Testdaten kann daher in manchen Ausführungsbeispielen umfassen, dass zu verschiedenen vorgegebenen Zeitpunkten elektrische Signale erzeugt werden, die eine Detektion von zurückreflektierten Licht bei einer optischen Laufzeitmessung simulieren.
Ein Testen einer Distanzbestimmung kann in manchen Ausführungsbeispielen umfas sen, dass Distanzen, die basierend auf den erzeugten Testdaten bestimmt wurden, mit nominellen Distanzen verglichen werden, die aus den vorgegebenen Zeitpunkten bestimmt wurden. Eine Abweichung zwischen den bestimmten Distanzen und den nominellen Distanzen kann in solchen Ausführungsbeispielen ein Indikator für eine Fehlfunktion bei der Distanzbestimmung sein.
Dies ist bei manchen Ausführungsbeispielen vorteilhaft, da dadurch eine regelmäßige Überprüfung der Peak-Detektion ermöglicht wird, um eine fehlerfreie Funktionalität zu gewährleisten.
Bei manchen Ausführungsbeispielen basiert die optische Laufzeitmessung auf dem sogenannten TCSPC (time correlated single photon counting) Messprinzip, insbeson dere bei Ausführungsbeispielen, welche auf LIDAR basieren. Dabei werden periodisch Lichtpulse ausgesandt, welche typischerweise einige Nanosekunden lang sind und einen Startzeitpunkt einer Messung markieren. Während der Zeit bis zum nächsten Lichtpuls (Messzeit) wird das von Objekten reflektierte Licht oder zurückgestreute Licht durch ein lichtdetektierendes Empfangselement (z.B. eine single photon avelan- che diode (SPAD)) detektiert, wobei in einem kurzen Zeitbereich vor der Aussendung der Lichtpulse ebenfalls Licht detektiert werden kann. Dabei wird die Messzeit in eine Vielzahl von kurzen Zeitintervallen (bspw. 30 ps) eingeteilt. Jedem Zeitintervall kann dann ein Zeitpunkt zugeordnet werden, der einem zeitlichen Abstand zum Startzeit punkt entspricht (z.B. kann bei Zeitintervallen von 30 ps einem ersten Zeitintervall ein Zeitpunkt von 15 ps zugeordnet werden und einem zweiten Zeitintervall ein Zeitpunkt von 45 ps zugeordnet werden usw.). Abhängig von der Distanz zum Objekt erreicht das Licht das lichtdetektierende Emp fangselement zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Dabei erzeugt es im lichtdetektieren- den Empfangselement ein elektrisches Signal. Mithilfe eines Zeit-Digital-Wandlers (auch „TDC", time-to-digital Converter, genannt) lässt sich dann das elektrische Signal einem der Zeitintervalle zuordnen. Durch das Zählen der elektrischen Signale („Events"), die einem Zeitintervall zugeordnet werden, entstehen sogenannte Histo gramme bzw. zeitkorrelierte Histogramme (auch TCSPC-Histogramme genannt), wo bei diese Histogramme bspw. auch nur als reine Daten vorliegen können und bspw. als Wertepaare aus Zeitintervall und zugehöriger Anzahl von Einträgen (Ereignissen oder Events) abgespeichert sind. Die Zeitintervalle zusammen mit der jedem Zeitin tervall zugeordneten Anzahl an Events bilden dementsprechend Histogrammdaten, die grundsätzlich durch digitale Signale (oder auch analoge Signale) repräsentiert werden können. Die Erzeugung solcher Histogrammdaten kann in einem Histogramm kanal ausgeführt werden. Allgemein können LIDAR-Daten bei manchen Ausführungs beispielen typischerweise Signalbeiträge aus einer Rückstreuung, einer Lichtreflexion an Objekten, Umgebungslicht, Störlichtsignale durch weitere Lichtquellen in der Um gebung und dergleichen enthalten.
Ein Testmuster-Generator kann in manchen Ausführungsbeispielen eine zeitliche Ab folge von Test-Events erzeugen. Dabei kann die zeitliche Abfolge bei manchen Ausfüh rungsbeispielen mehrere elektrische Signale aufweisen, die an vorgegebenen Zeit punkten erzeugt werden, wobei die elektrischen Signale den Test-Events entsprechen können. Bei manchen Ausführungsbeispielen ist die erzeugte zeitliche Abfolge von Test-Events mit einem Startzeitpunkt (Zeitpunkt der Aussendung des Lichtpulses) der optischen Laufzeitmessung synchronisiert, sodass ein Testen der Distanzbestimmung parallel zu einer normalen Messung durchgeführt werden kann. In anderen Ausfüh rungsbeispielen kann ein Testen der Distanzbestimmung unabhängig von einer nor malen Messung durchgeführt werden (z.B. im Standby-Modus). Die erzeugte zeitliche Abfolge von Test-Events kann sich grundsätzlich zeitlich verändern, d.h. eine erzeugte zeitliche Abfolge kann sich von einer anderen erzeugten zeitlichen Abfolge unter scheiden. In solchen Ausführungsbeispielen kann die zeitliche Abfolge von Test-Events basierend auf mindestens einem Eingangsparameter erzeugt werden, die dem Test muster-Generator zugänglich sind. In manchen Ausführungsbeispielen sind die Test- Events identisch, d.h. die elektrischen Signale sind identisch, ohne dass die Erfindung in dieser Hinsicht beschränkt ist. Vorzugsweise ist die Anzahl der Test-Events in der erzeugten zeitlichen Abfolge von Test-Events konstant, aber in manchen Ausfüh rungsbeispielen kann sich die Anzahl von zeitlicher Abfolge zu zeitlicher Abfolge un terscheiden.
Der Testmuster-Generator kann dabei grundsätzlich ein elektronischer Schaltkreis bzw. eine elektronische Schaltung sein. Der elektronische Schaltkreis kann elektroni sche Komponenten, digitale Speicherelemente, Signaleingänge (um analoge und/oder digitale Signale zu erhalten), Signalausgänge (um analoge und/oder digitale Signale bzw. elektrische Signale auszugeben) und dergleichen enthalten, um die hierin be schriebenen Funktionen auszuführen. Der elektronische Schaltkreis kann bei manchen Ausführungsbeispielen durch ein FPGA (Field Programmable Gate Array), DSP (Digita ler Signalprozessor), einen Mikroprozessor oder dergleichen realisiert sein. Der Test muster-Generator kann dabei in der Zeitdomäne in manchen Ausführungsbeispielen mit einer Auflösung im Nanosekundenbereich arbeiten.
Ein Test-Histogrammkanal kann in manchen Ausführungsbeispielen zeitkorrelierte Test-Histogrammdaten erzeugen. Zeitkorrelierte Histogrammdaten sind bei manchen Ausführungsbeispielen solche Daten, die basierend auf den elektrischen Signalen der lichtdetektierenden Empfangselemente innerhalb der (zugehörigen) Messzeit erzeugt werden. Bei manchen Ausführungsbeispielen werden analog dazu zeitkorrelierte Test- Histogrammdaten erzeugt, die basierend auf einer erzeugten zeitlichen Abfolge von Test-Events erzeugt wurden (elektrischen Signale des Testmuster-Generators (erzeug te zeitliche Abfolge von Test-Events)), und zum Testen einer Distanzbestimmung bei einer optischen Laufzeitmessung verwendet. Der Test-Histogrammkanal kann bei manchen Ausführungsbeispielen die zeitkorrelierten Test-Histogrammdaten basie rend auf der erzeugten zeitlichen Abfolge von Test-Events parallel zur normalen Mes sung erzeugen, ohne dass die Erfindung in dieser Hinsicht beschränkt ist.
Der Test-Histogrammkanal kann dabei grundsätzlich die gleiche Funktionalität und Ausgestaltung wie ein normaler Histogrammkanal haben. Der Test-Histogrammkanal kann in manchen Ausführungsbeispielen einen Zeit-Digital-Wandler aufweisen. Der Test-Histogrammkanal kann dabei grundsätzlich ein elektronischer Schaltkreis bzw. eine elektronische Schaltung sein. Der elektronische Schaltkreis kann elektronische Komponenten, digitale Speicherelemente, Signaleingänge (um analoge und/oder digi tale Signale zu erhalten), Signalausgänge (um analoge und/oder digitale Signale bzw. zeitkorrelierte Histogrammdaten auszugeben) und dergleichen enthalten, um die hierin beschriebenen Funktionen auszuführen. Der elektronische Schaltkreis kann bei manchen Ausführungsbeispielen durch ein FPGA (Field Programmable Gate Array), DSP (Digitaler Signalprozessor), einen Mikroprozessor oder dergleichen realisiert sein.
In manchen Ausführungsbeispielen basiert ein zeitlicher Abstand zweier Zeitpunkte zweier zeitlich aufeinanderfolgenden Test-Events in der erzeugten zeitlichen Abfolge von Test-Events auf einer Zeitauflösung der optischen Laufzeitmessung.
Eine Zeitauflösung der optischen Laufzeitmessung kann bei manchen Ausführungsbei spielen einem minimalen zeitlichen Abstand zweier elektrischer Signale (Events) ent sprechen, die noch eindeutig unterschieden werden können. Die Zeitauflösung kann bei manchen Ausführungsbeispielen durch die zeitliche Länge der elektrischen Signale limitiert sein, die von lichtdetektierenden Empfangselementen in Reaktion auf einen Lichteinfall erzeugt werden. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Zeitauflösung durch einen Zeit-Digital-Wandler limitiert sein. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Zeitauflösung durch die Datenverarbeitung limitiert sein.
Die Zeitauflösung muss daher in manchen Ausführungsbeispielen bei der Erzeugung der zeitlichen Abfolge von Test-Events berücksichtigt werden. Der zeitliche Abstand zweier Zeitpunkte zweier zeitlich aufeinanderfolgenden Test-Events in der erzeugten zeitlichen Abfolge von Test-Events kann folglich in manchen Ausführungsbeispielen größer sein als die Zeitauflösung der optischen Laufzeitmessung. Die Zeitauflösung entspricht über die Lichtgeschwindigkeit einer Distanzauflösung der optischen Lauf zeitmessung.
Z.B. kann die Distanzauflösung (entspricht Zeitauflösung) in manchen Ausführungsbei spielen bei einem LIDAR-System 10 cm betragen. In solchen Ausführungsbeispielen kann dann der zeitliche Abstand zweier Zeitpunkte zweier zeitlich aufeinanderfolgen den Test-Events in der erzeugten zeitlichen Abfolge von Test-Events bspw. 50 cm be tragen. Dadurch kann ein größerer Distanzbereich bei der LIDAR-Messung getestet werden.
In manchen Ausführungsbeispielen wird die zeitliche Abfolge von Test-Events weiter basierend auf mindestens einem Eingangsparameter erzeugt. Die Eingangsparameter können in manchen Ausführungsbeispielen dem Testmuster- Generator über Signaleingänge übergeben werden. Ein Eingangsparameter kann bspw. ein Bildzähler, ein Zeilen- oder Spaltenindex, eine Systemzeit sein. Die Ein gangsparameter können grundsätzlich durch analoge und/oder digitale Signale reprä sentiert sein. Bei manchen Ausführungsbeispielen können daher die Anzahl der Test- Events und die Zeitpunkte basierend auf den Eingangsparametern kodiert und ent sprechend erzeugt werden.
In anderen Ausführungsbeispielen können die Zeitpunkte der zeitlichen Abfolge ex tern in einem Hash-Generator basierend auf den Eingangsparametern kodiert wer den. In solchen Ausführungsbeispielen kann die Kodierung bspw. als binäre Sequenz vorliegen (Abfolge von Bits) und über einen Signaleingang an den Testmuster- Generator übergeben werden, der basierend auf der erhaltenen binären Sequenz die zeitliche Abfolge von Test-Events erzeugt. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Hash-Generator auch in den Testmuster-Generator integriert sein. Grundsätzlich sind die Eingangsparameter dem Testmuster-Generator somit bekannt bzw. vorgegeben.
Eine Erzeugung der zeitlichen Abfolge von Test-Events basierend auf den Eingangspa rametern erlaubt, dass sich dadurch die zeitliche Abfolge von Mal zu Mal ändert, wodurch über einen gewissen Zeitraum betrachtet ein Großteil der möglichen Zeit punkte bzw. Zeitintervalle getestet werden können. Dadurch lässt sich das gesamte System testen, Fehlfunktionen in der Distanzbestimmung entdecken und die Zuverläs sigkeit erhöhen.
Ein System für eine optische Laufzeitmessung, insbesondere ein LIDAR-System, wie hierin vorausgesetzt, kann in manchen Ausführungsbeispielen ein Empfangssystem aufweisen, wobei jedes der lichtdetektierenden Empfangselemente dazu eingerichtet ist, Licht zu detektieren und in Reaktion darauf ein elektrisches Signal zu erzeugen.
In manchen Ausführungsbeispielen sind die lichtdetektierenden Empfangselemente in der Empfangsmatrix in Spalten und in Zeilen angeordnet (wie es grundsätzlich be kannt ist), wobei bei manchen Ausführungsbeispielen ohne Beschränkung der Allge meinheit in jeder Zeile gleich viele lichtdetektierende Empfangselemente vorgesehen sind. In manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Empfangssystem mehrere Histo grammkanäle, wobei jeweils ein Histogrammkanal mit den lichtdetektierenden Emp fangselementen in einer Spalte oder jeweils ein Histogrammkanal mit den lichtdetek tierenden Empfangselementen in einer Zeile verbunden ist.
In manchen Ausführungsbeispielen ist jeder der Histogrammkanäle dazu eingerichtet, die zeitkorrelierten Histogrammdaten basierend auf den elektrischen Signalen der lichtdetektierenden Empfangselemente zu erzeugen.
In manchen Ausführungsbeispielen ist der Eingangsparameter ein Bildzähler.
Ein Bildzähler kann bei manchen Ausführungsbeispielen die Anzahl der bis zu diesem Zeitpunkt durchgeführten Messungen sein. Eine Messung entspricht in solchen Aus führungsbeispielen dem Aussenden eines oder mehrerer Lichtpulse und der Aufnah me von zeitkorrelierten Histogrammdaten.
In manchen Ausführungsbeispielen ist der Eingangsparameter ein Zeilenindex einer Empfangsmatrix.
Wie oben erwähnt, kann ein System für die optische Laufzeitmessung ein Empfangs system mit einer Empfangsmatrix aufweisen. In solchen Ausführungsbeispielen kann der Zeilenindex einer Zeile der Empfangsmatrix entsprechen.
In manchen Ausführungsbeispielen ist der Eingangsparameter eine Systemzeit.
Eine Systemzeit kann in manchen Ausführungsbeispielen eine Uhrzeit sein, die in dem System für die optische Laufzeitmessung eingestellt ist. In anderen Ausführungsbei spielen kann die Systemzeit eine Zeit sein, die seit der Inbetriebnahme des Systems oder bezüglich anderer Referenzzeitpunkte vergangen ist.
In manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Einrichtung einen Hash-Generator, der dazu eingerichtet, aus den Eingangsparametern einen Bitvektor zu erzeugen und auf diesen eine Hash-Funktion anzuwenden, um eine binäre Sequenz zu erzeugen. Der Hash-Generator kann bei manchen Ausführungsbeispielen die Eingangsparameter erhalten und aus den Eingangsparametern einen Bitvektor erzeugen. Der Bitvektor kann in manchen Ausführungsbeispielen eine Aneinanderreihung bzw. Zusammenfas sung von binären Sequenzen sein, die die Eingangsparameter repräsentieren. Der Hash-Generator kann in manchen Ausführungsbeispielen auf diesen Bitvektor eine Hash-Funktion anwenden, was grundsätzlich bekannt ist, um eine binäre Sequenz zu erzeugen. In solchen Ausführungsbeispielen sind die Zeitpunkte der zeitlichen Abfolge von Test-Events kodiert, wobei die Zeitpunkte eindeutig aus der binären Sequenz her vorgehen. Vorzugsweise ist die Anzahl der Bits des Bitvektors größer (bspw. 64 Bits) als die Anzahl der Bits der binären Sequenz (bspw. 8 oder 16 Bits), ohne dass die Er findung auf diese Fälle beschränkt ist.
Der Hash-Generator kann dabei grundsätzlich ein elektronischer Schaltkreis bzw. eine elektronische Schaltung sein. Der elektronische Schaltkreis kann elektronische Kom ponenten, digitale Speicherelemente, Signaleingänge (um analoge und/oder digitale Signale zu erhalten), Signalausgänge (um analoge und/oder digitale Signale auszuge ben) und dergleichen enthalten, um die hierin beschriebenen Funktionen auszufüh ren. Der elektronische Schaltkreis kann bei manchen Ausführungsbeispielen durch ein FPGA (Field Programmable Gate Array), DSP (Digitaler Signalprozessor), einen Mikro prozessor oder dergleichen realisiert sein. Der Hash-Generator kann in manchen Aus führungsbeispielen in den Testmuster-Generator integriert sein.
Folglich wird die zeitliche Abfolge von Test-Events in manchen Ausführungsbeispielen weiter basierend auf der binären Sequenz erzeugt, wie oben ausgeführt.
In manchen Ausführungsbeispielen sind die Test-Events in der zeitlichen Abfolge von Test-Events identisch.
Dies ist vorteilhaft, da ein entsprechender elektronischer Schaltkreis in dem Testmus ter-Generator kostengünstiger hergestellt werden kann. Außerdem wird in solchen Ausführungsbeispielen jedem Test-Event die gleiche Relevanz für das Testen der Dis tanzbestimmung beigemessen.
Im Folgenden werden Beispiele zur Kodierung der Zeitpunkte der zeitlichen Abfolge von Test-Events basierend auf den Eingangsparametern beschrieben. Ein erstes Beispiel der Kodierung der Zeitpunkte beinhaltet die Erzeugung einer binä ren Sequenz aus zwei Bits, welche aus einem Bitvektor aus den Eingangsparametern über eine Hash-Funktion bestimmt wird. Der zeitliche Abstand zwischen möglichen Test-Events entspricht dabei ohne Beschränkung der Allgemeinheit einer Distanz von 1 m. Am Startzeitpunkt wird kein Test-Event erzeugt und bei 1 m wird ein Synchroni sationsevent (erstes Test-Event) erzeugt. Durch die zwei Bits können dann vier weite re mögliche Test-Events kodiert werden:
• erstes Bit = 1, Test-Event bei 2 m;
• erstes Bit = 0, Test-Event bei 3 m;
• zweites Bit = 1, Test-Event bei 4 m; und
• zweites Bit = 0, Test-Event bei 5 m.
Ein zweites Beispiel der Kodierung der Zeitpunkte beinhaltet die Berücksichtigung der Zeitauflösung (Distanzauflösung) des Systems, einen Bildzähler, einen Zeilenindex und ein Synchronisationsevent. Die Zeitauflösung des Systems kann bspw. 10 cm sein. Der zeitliche Abstand zweier Zeitpunkte kann bspw. 0.5 m sein. Ein erstes Test-Event wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit bei 1 m erzeugt (Synchronisationsevent). Der Bildzähler kann bspw. in einer Berechnung einer Modulo-Operation verwendet wer den: Bildzähler mod 16. Entsprechend dem erhaltenen Modulo wird ein zweites Test- Event in dem Distanzbereich von 1.5 m - 7.5 m erzeugt, z.B. Bildzähler mod 16 = 1 erzeugt ein zweites Test-Event bei 1.5 m usw. Der Zeilenindex kann in einer Emp fangsmatrix bspw. 100 Werte annehmen. Entsprechend dem Zeilenindex kann in dem Distanzbereich von 8 m - 58 m ein drittes Test-Event erzeugt werden. Durch eine Dis tanzverschiebung bezüglich des Synchronisationsevents können mehrere Distanzbe reiche erhalten werden. Die Distanzverschiebung kann auch relativ zum vorherigen Test-Event gesetzt werden.
Ein drittes Beispiel der Kodierung der Zeitpunkte beinhaltet die Erzeugung einer binä ren Sequenz aus 16 Bits, welche aus einem Bitvektor aus den Eingangsparametern über eine Hash-Funktion bestimmt wird. Die ersten 8 Bits bilden einen ersten Hash- Vektor und die zweiten 8 Bits bilden einen zweiten Hash-Vektor. Die Zeitauflösung des Systems kann bspw. 10 cm sein. Der zeitliche Abstand zweier Zeitpunkte kann bspw. 0.5 m sein. Ein Synchronisationsevent (erstes Test-Event) wird bei 1 m erzeugt. Der erste und der zweite Hash-Vektor kodieren jeweils 256 Zeitpunkte. Entsprechend wird ein zweites Test-Event in dem Distanzbereich von 1.5 m - 129.5 m und ein drittes Test-Event in dem Distanzbereich von 130 m - 258 m.
Manche Ausführungsbeispiele betreffen eine Messeinrichtung zum Testen einer Dis tanzbestimmung bei einer optischen Laufzeitmessung, umfassend: eine Einrichtung wie hierin beschrieben; und mindestens einen Test-Histogrammkanal, der dazu eingerichtet ist, die vom Testmuster-Generator erzeugte zeitliche Abfolge von Test-Events zu erhalten und da rauf basierend zeitkorrelierte Test-Histogrammdaten zu erzeugen.
Die Messeinrichtung kann dabei grundsätzlich ein Teil eines Systems zur optischen Laufzeitmessung sein, die zum Testen der Distanzbestimmung der optischen Lauf zeitmessung eingerichtet ist. Mindestens ein Test-Histogrammkanal kann in manchen Ausführungsbeispielen zur Erzeugung von zeitkorrelierten Test-Histogrammdaten enthalten sein, um ein kontinuierliches Testen der Distanzbestimmung zu gewährleis ten.
In manchen Ausführungsbeispielen stellt der Test-Histogrammkanal die erzeugten zeitkorrelierten Test-Histogrammdaten einer Peak-Detektionseinheit bereit, die dar aus Distanzen bestimmt.
Die Peak-Detektionseinheit kann aus zeitkorrelierten (Test-)Histogrammdaten in man chen Ausführungsbeispielen basierend auf Signalhöhen und/oder Signalformen von verschiedenen Signalbeiträgen, Zeitpunkte von Signalbeiträgen und/oder dergleichen Zeitpunkte bzw. Distanzen bestimmen, was grundsätzlich bekannt ist. In manchen Ausführungsbeispielen werden die zeitkorrelierten Test-Histogrammdaten von der Peak-Detektionseinheit wie die zeitkorrelierten Histogrammdaten einer normalen Messung analysiert. Die Peak-Detektionseinheit gibt bei manchen Ausführungsbei spielen die bestimmten Distanzen aus den korrespondierenden zeitkorrelierten (Test- )Histogrammdaten an eine Test-Einheit aus.
Die Peak-Detektionseinheit kann dabei grundsätzlich ein elektronischer Schaltkreis bzw. eine elektronische Schaltung sein. Der elektronische Schaltkreis kann elektroni sche Komponenten, digitale Speicherelemente, Signaleingänge (um analoge und/oder digitale Signale zu erhalten), Signalausgänge (um analoge und/oder digitale Signale auszugeben) und dergleichen enthalten, um die hierin beschriebenen Funktionen aus zuführen. Der elektronische Schaltkreis kann bei manchen Ausführungsbeispielen durch ein FPGA (Field Programmable Gate Array), DSP (Digitaler Signalprozessor), ei nen Mikroprozessor oder dergleichen realisiert sein. In weiteren Ausführungsbeispie len ist die Peak-Detektionseinheit durch eine Software realisiert, wobei in solchen Ausführungsbeispielen die Signaleingänge den Parametern/Attributen einer Software- Funktion/-Methode entsprechen. Die Bestimmung der Distanzen entspricht dann ei ner Ausführung einer Abfolge von Befehlen zur Ausführung bestimmter Rechenopera tionen auf einem Computer, sodass nach Abarbeitung aller Befehle die Distanzen vor liegen. Bei manchen Ausführungsbeispielen ist die Peak-Detektionseinheit auch durch eine Mischung von hard- und softwarebasierten Komponenten realisiert, auf welche die hierin beschriebenen Funktionalitäten entsprechend verteilt sind.
In manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Messeinrichtung weiter eine Test- Einheit, die dazu eingerichtet ist, die von der Peak-Detektionseinheit bestimmten Dis tanzen zu erhalten und Zeitpunkte der zeitlichen Abfolge von Test-Events zu erhalten, um aus diesen Zeitpunkten nominelle Distanzen zu bestimmen.
Die Test-Einheit kann dabei grundsätzlich ein elektronischer Schaltkreis bzw. eine elektronische Schaltung sein. Der elektronische Schaltkreis kann elektronische Kom ponenten, digitale Speicherelemente, Signaleingänge (um analoge und/oder digitale Signale zu erhalten), Signalausgänge (um analoge und/oder digitale Signale auszuge ben) und dergleichen enthalten, um die hierin beschriebenen Funktionen auszufüh ren. Der elektronische Schaltkreis kann bei manchen Ausführungsbeispielen durch ein FPGA (Field Programmable Gate Array), DSP (Digitaler Signalprozessor), einen Mikro prozessor oder dergleichen realisiert sein. In weiteren Ausführungsbeispielen ist die Test-Einheit durch eine Software realisiert, wobei in solchen Ausführungsbeispielen die Signaleingänge den Parametern/Attributen einer Software-Funktion/-Methode entsprechen. Die Bestimmung der nominellen Distanzen entspricht dann einer Aus führung einer Abfolge von Befehlen zur Ausführung bestimmter Rechenoperationen auf einem Computer, sodass nach Abarbeitung aller Befehle die Distanzen vorliegen. Bei manchen Ausführungsbeispielen ist die Peak-Detektionseinheit auch durch eine Mischung von hard- und softwarebasierten Komponenten realisiert, auf welche die hierin beschriebenen Funktionalitäten entsprechend verteilt sind. Die Test-Einheit kann bei manchen Ausführungsbeispielen die bestimmten Distanzen (welche aus den zeitkorrelierten Test-Histogrammdaten bestimmt wurden) von der Peak-Detektionseinheit an einem Signaleingang erhalten. In manchen Ausführungs beispielen kann die Test-Einheit die Zeitpunkte der zeitlichen Abfolge von Test-Events von dem Testmuster-Generator erhalten. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Test-Einheit die Eingangsparameter erhalten und die Zeitpunkte der zeitlichen Abfolge von Test-Events daraus erhalten. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Test- Einheit eine binäre Sequenz von einem Hash-Generator erhalten und daraus die die Zeitpunkte der zeitlichen Abfolge von Test-Events erhalten.
Aus den erhaltenen Zeitpunkten der zeitlichen Abfolge von Test-Events kann die Test- Einheit nominelle Distanzen bestimmen. Die nominellen Distanzen entsprechen dabei den durch die Zeitpunkte der zeitlichen Abfolge von Test-Events vorgegebenen Dis tanzen. Eine Abweichung zwischen den bestimmten Distanzen von der Peak- Detektionseinheit und den nominellen Distanzen erlaubt Rückschlüsse auf Fehlfunkti on bei der Distanzbestimmung bei der optischen Laufzeitmessung.
Daher ist die Test-Einheit in manchen Ausführungsbeispielen weiter dazu eingerichtet, basierend auf einer Abweichung zwischen den bestimmten Distanzen und den nomi nellen Distanzen ein Fehlersignal zu erzeugen.
Das Fehlersignal kann dabei anzeigen, ob die Abweichung zwischen den bestimmten Distanzen von der Peak-Detektionseinheit und den nominellen Distanzen innerhalb eines Toleranzbereichs liegt. Der Toleranzbereich kann experimentell bestimmt wor den sein, aus der Erfahrung gewonnen sein oder aus den Systemparametern (Jitter, Zeitauflösung, etc.) oder dergleichen.
Folglich wird das Fehlersignal in manchen Ausführungsbeispielen aufgrund einer Ab weichung erzeugt, die außerhalb eines Toleranzbereichs liegt.
Das Testen der Distanzbestimmung der optischen Laufzeitmessung basierend auf ei ner zeitlichen Abfolge von Test-Events kann verschiedene Fehlfunktionen des Systems entdecken, z. B.:
• eine fehlerhafte Konfiguration der Zeitskala;
• eine fehlerhafte Konfiguration der Distanzskalierung; • eine fehlerhafte Konfiguration oder Fehlfunktion der Peak-Detektionseinheit;
• ein falscher Zeitbezugspunkt; oder
• einen falschen Zeilenindex oder Bildzähler (bspw. wiederholte Daten).
Manche Ausführungsbeispiele betreffen ein Verfahren zum Erzeugen von Testdaten zum Testen einer Distanzbestimmung bei einer optischen Laufzeitmessung, umfas send:
Erzeugen einer zeitlichen Abfolge von Test-Events, um diese einem Test- Histogrammkanal zur Erzeugung von zeitkorrelierten Test-Histogrammdaten zum Tes ten der Distanzbestimmung bei der optischen Laufzeitmessung bereitzustellen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in der:
Fig.l eine Kodierung der Zeitpunkte einer zeitlichen Abfolge von Test-Events veran schaulicht;
Fig.2 in einem Blockdiagramm ein Ausführungsbeispiel eines Systems für eine opti sche Laufzeitmessung veranschaulicht; und
Fig. 3 in einem Ablaufdiagramm ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Er zeugen von Testdaten zum Testen einer Distanzbestimmung bei einer opti schen Laufzeitmessung veranschaulicht.
Fig.l veranschaulicht die Kodierung der Zeitpunkte der zeitlichen Abfolge von Test- Events.
In dem Diagramm in Fig. 1 ist die horizontale Achse eine Distanz (Zeit). Die vertikale Achse ist dimensionslos und dient nur der Veranschaulichung der Zeitpunkte. Die ver tikalen Striche zeigen die Distanz (Zeitpunkt) bei denen ein Test-Event erzeugt wird.
In diesem Ausführungsbeispiel wird eine binäre Sequenz aus drei Bits von einem Hash-Generator (nicht gezeigt) erzeugt. Die binäre Sequenz wurde durch Anwenden einer Hash-Funktion auf einem Bitvektor bestimmt, welcher aus einem Bildzähler und einem Zeilenindex erzeugt wurde. Das erste Bit der binären Sequenz ist gleich 0, das zweite und dritte Bit ist jeweils gleich 1. Der zeitliche Abstand zwischen den Test- Events ist konstant und entspricht einer Distanz von 1 m. Am Startzeitpunkt wird kein Test-Event erzeugt und bei 1 m wird ein Synchronisationsevent (erstes Test-Event) erzeugt. Basierend auf der binären Sequenz wird bei 3 m ein zweites Test-Event, bei 4 m ein drittes Test-Event und bei 6m ein viertes Test-Event erzeugt.
Fig. 2 veranschaulicht in einem Blockdiagramm das Ausführungsbeispiel des Systems 1 für die optische Laufzeitmessung.
Das System 1 für die optische Laufzeitmessung ist ein LIDAR-System und operiert wie folgt: ein Puls-Generator 2 gibt ein elektronisches Startsignal zum Starten der opti schen Laufzeitmessung aus. Ein Sendesystem 3 sendet in Reaktion auf das elektroni sche Startsignal einen Lichtpuls aus, welcher an einem Objekt 4 reflektiert wird. Das reflektierte Licht erreicht ein Empfangssystem 5, welches eine Empfangsmatrix (nicht gezeigt) mit lichtdetektierenden Empfangselementen (hier SPADs) angeordnet in 128 Zeilen und 256 Spalten aufweist. Die lichtdetektierenden Empfangselemente erzeu gen in Reaktion auf das einfallende Licht elektrische Signale, die ein Histogrammkanal
6 erhält. Der Histogrammkanal 6 erhält außerdem das elektronische Startsignal zur Synchronisation und erzeugt basierend auf den erhaltenden elektrischen Signalen zeitkorrelierte Histogrammdaten.
Parallel zur optischen Laufzeitmessung erzeugt eine Einrichtung 7 eine zeitliche Abfol ge von Test-Events. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Test-Events identisch und werden an Zeitpunkten gemäß Fig. 1 erzeugt. Die Einrichtung 7 erhält zur Synchroni sation das elektronische Startsignal an einem Testmuster-Generator 8. Die Einrichtung
7 weist weiter einen Hash-Generator 9 auf, der basierend auf einem Bildzähler und einem Zeilenindex die binäre Sequenz aus Fig. 1 erzeugt. Der Hash-Generator 9 über gibt die binäre Sequenz an den Testmuster-Generator 8, der basierend auf der binä ren Sequenz die zeitliche Abfolge von Test-Events erzeugt. Diese wird von dem Test muster-Generator 8 an einen Test-Histogrammkanal 10 übergeben, welcher basierend auf der erhaltenen zeitlichen Abfolge von Test-Events, zeitkorrelierte Test- Histogrammdaten erzeugt. Der Test-Histogrammkanal 10 erhält zur Synchronisation das elektronische Startsignal.
In diesem Ausführungsbeispiel schaltet ein Umschalter 11 zwischen den zeitkorrelier ten Histogrammdaten und den zeitkorrelierten Test-Histogrammdaten, wenn der Bildzähler sich wieder um vier erhöht hat. Falls der Umschalter 11 die zeitkorrelierten Histogrammdaten durchlässt, werden diese einer Peak-Detektionseinheit 12 überge ben, die aus den zeitkorrelierten Histogrammdaten Objekt-Distanzen bestimmt. Ein weiterer Umschalter 13 schaltet die bestimmten Objekt-Distanzen zu einem Prozessor 14, der aus den Objekt-Distanzen ein dreidimensionales Abbild des Objekts 4 erzeugt.
Falls der Umschalter 11 die zeitkorrelierten Test-Histogrammdaten durchlässt, wer den diese der Peak-Detektionseinheit 12 übergeben, die aus den zeitkorrelierten Test- Histogrammdaten Distanzen bestimmt. Der Umschalter schaltet die bestimmten Dis tanzen zu einer Test-Einheit 15. Die Test-Einheit 15 erhält von dem Testmuster- Generator die Zeitpunkte der zeitlichen Abfolge von Test-Events und bestimmt daraus nominelle Distanzen. Die Test-Einheit 15 vergleicht die bestimmten Distanzen und die nominellen Distanzen und gibt ein Fehlersignal aus.
Fig. 3 veranschaulicht in einem Ablaufdiagramm das Ausführungsbeispiel für das Ver fahren 20 zum Erzeugen von Testdaten zum Testen der Distanzbestimmung bei der optischen Laufzeitmessung.
Bei 21 wird eine zeitliche Abfolge von Test-Events erzeugt, um diese einem Test- Histogrammkanal zur Erzeugung von zeitkorrelierten Test-Histogrammdaten zum Tes ten der Distanzbestimmung bei der optischen Laufzeitmessung bereitzustellen, wie hierin ausgeführt.
Bezugszeichen
1 System
2 Puls-Generator
3 Sendesystem
4 Objekt
5 Empfangssystem
6 Histogrammkanal
7 Einrichtung
8 Testmuster-Generator
9 Hash-Generator
10 Test-Histogrammkanal 11, 13 Umschalter
12 Peak-Detektionseinheit
14 Prozessor
15 Test-Einheit
20 Verfahren
21 Erzeugen einer zeitlichen Abfolge von Test-Events, um diese einem Test- Histogrammkanal zur Erzeugung von zeitkorrelierten Test-Histogrammdaten zum Testen der Distanzbestimmung bei der optischen Laufzeitmessung be reitzustellen

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung (7) zum Erzeugen von Testdaten zum Testen einer Distanzbestim mung bei einer optischen Laufzeitmessung, umfassend: einen Testmuster-Generator (8), der dazu eingerichtet ist, eine zeitliche Abfol ge von Test-Events zu erzeugen, um diese einem Test-Histogrammkanal (10) zur Erzeugung von zeitkorrelierten Test-Histogrammdaten zum Testen der Dis tanzbestimmung bei der optischen Laufzeitmessung bereitzustellen.
2. Einrichtung (7) nach Anspruch 1, wobei ein zeitlicher Abstand zweier Zeitpunk te zweier zeitlich aufeinanderfolgenden Test-Events in der erzeugten zeitlichen Abfolge von Test-Events auf einer Zeitauflösung der optischen Laufzeitmessung basiert.
3. Einrichtung (7) nach Anspruch 2, wobei die zeitliche Abfolge von Test-Events basierend auf mindestens einem Eingangsparameter erzeugt wird.
4. Einrichtung (7) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Eingangsparameter ein Bild zähler ist.
5. Einrichtung (7) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Eingangsparame ter ein Zeilenindex einer Empfangsmatrix ist.
6. Einrichtung (7) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Eingangsparame ter eine Systemzeit ist.
7. Einrichtung (7) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, weiter umfassend: einen Hash-Generator (9), der dazu eingerichtet, aus den Eingangsparametern einen Bitvektor zu erzeugen und auf diesen eine Hash-Funktion anzuwenden, um eine binäre Sequenz zu erzeugen.
8. Einrichtung (7) nach Anspruch 7, wobei die zeitliche Abfolge von Test-Events weiter basierend auf der binären Sequenz erzeugt wird.
9. Einrichtung (7) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Test-Events in der zeitlichen Abfolge von Test-Events identisch sind.
10. Messeinrichtung zum Testen einer Distanzbestimmung bei einer optischen Laufzeitmessung, umfassend: eine Einrichtung (7) nach einem der vorherigen Ansprüche; und mindestens einen Test-Histogrammkanal (10), der dazu eingerichtet ist, die vom Testmuster-Generator (8) erzeugte zeitliche Abfolge von Test-Events zu erhalten und darauf basierend zeitkorrelierte Test-Histogrammdaten zu erzeu gen.
11. Messeinrichtung nach Anspruch 10, wobei der Test-Histogrammkanal (10) die erzeugten zeitkorrelierten Test-Histogrammdaten einer Peak-Detektionseinheit (12) bereitstellt, die daraus Distanzen bestimmt.
12. Messeinrichtung nach Anspruch 11, weiter umfassend: eine Test-Einheit (15), die dazu eingerichtet ist, die von der Peak- Detektionseinheit (12) bestimmten Distanzen zu erhalten und Zeitpunkte der zeitlichen Abfolge von Test-Events zu erhalten, um aus diesen Zeitpunkten no minelle Distanzen zu bestimmen.
13. Messeinrichtung nach Anspruch 12, wobei die Test-Einheit (15) weiter dazu eingerichtet ist, basierend auf einer Abweichung zwischen den bestimmten Dis tanzen und den nominellen Distanzen, ein Fehlersignal zu erzeugen.
14. Messeinrichtung nach Anspruch 13, wobei das Fehlersignal aufgrund einer Ab weichung erzeugt wird, die außerhalb eines Toleranzbereichs liegt.
15. Verfahren (20) zum Erzeugen von Testdaten zum Testen einer Distanzbestim mung bei einer optischen Laufzeitmessung, umfassend:
Erzeugen (21) einer zeitlichen Abfolge von Test-Events, um diese einem Test- Histogrammkanal zur Erzeugung von zeitkorrelierten Test-Histogrammdaten zum Testen der Distanzbestimmung bei der optischen Laufzeitmessung bereit zustellen.
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