EP4695627A1 - Verfahren zum betreiben eines lidar-systems, lidar-system, fahrerassistenzsystem und fahrzeug - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines lidar-systems, lidar-system, fahrerassistenzsystem und fahrzeug

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Publication number
EP4695627A1
EP4695627A1 EP24717692.8A EP24717692A EP4695627A1 EP 4695627 A1 EP4695627 A1 EP 4695627A1 EP 24717692 A EP24717692 A EP 24717692A EP 4695627 A1 EP4695627 A1 EP 4695627A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
receiving
lidar system
reception
group
image
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
EP24717692.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Parl
Thorsten BEUTH
Frank SELBMANN
Andreas Reichert
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 Detection 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 Valeo Detection Systems GmbH filed Critical Valeo Detection Systems GmbH
Publication of EP4695627A1 publication Critical patent/EP4695627A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—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

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a LiDAR system, in particular a LiDAR system of a vehicle, in which at least one optical scanning beam is generated with at least one transmitting device of the LiDAR system, the at least one scanning beam is sent into a monitoring area of the LiDAR system, at least one individual image is generated which characterizes a scene in the monitoring area with respect to at least one monitoring variable in at least one spatial dimension, wherein, in order to generate at least one individual image, output variables of at least two electro-optical receiving elements of a receiving field of a receiving device of the LiDAR system, which has a plurality of receiving elements, are recorded.
  • the invention relates to a LiDAR system, in particular a LiDAR system for a vehicle, with at least one transmitting device for transmitting optical scanning beams into a monitoring area, at least one receiving device for receiving optical beams and outputting corresponding output variables and at least one control and evaluation device for controlling the at least one transmitting device and the at least one receiving device and for processing output variables output by the at least one receiving device.
  • a LiDAR system in particular a LiDAR system for a vehicle, with at least one transmitting device for transmitting optical scanning beams into a monitoring area, at least one receiving device for receiving optical beams and outputting corresponding output variables and at least one control and evaluation device for controlling the at least one transmitting device and the at least one receiving device and for processing output variables output by the at least one receiving device.
  • the invention relates to a driver assistance system with at least one LiDAR system, in particular at least one LiDAR system for a vehicle, wherein the at least one LiDAR system has at least one transmitting device for transmitting optical scanning beams, at least one receiving device for receiving optical beams and outputting corresponding output variables and at least one control and evaluation device. Furthermore, the invention relates to a vehicle with at least one LiDAR system, wherein the at least one LiDAR system has at least one transmitting device for transmitting optical scanning beams, at least one receiving device for receiving optical beams and outputting corresponding output variables and at least one control and evaluation device.
  • a device which comprises one or more image sensors connected to a vehicle and at least one processor.
  • the at least one processor can be configured to capture multiple frames of an image of a scene in abrupt succession using the one or more image sensors, the multiple frames each having a relative offset of the image across the multiple frames, and to perform super-resolution calculations using the captured multiple frames of the image of the scene.
  • the at least one processor can also be configured to accumulate color planes based on the super-resolution calculations and to combine the accumulated color planes using the one or more processors to generate a super-resolution image of the scene.
  • the invention is based on the object of designing a method, a LiDAR system, a driver assistance system and a vehicle of the type mentioned at the outset, in which a performance of the LiDAR system, in particular the performance in terms of angular resolution, range and/or update speed, can be improved.
  • the object is achieved according to the invention in the method in that at least one reception group is formed to generate at least one individual image, to which at least two of the reception elements are assigned, wherein the at least one reception group is defined by a predefinable imaginary group frame which surrounds a specific arrangement of reception elements of the reception field and which is displaceable along the reception field, at least a portion of the output variables of at least a portion of the receiving elements belonging to the same receiving group are combined to form corresponding group output variables, wherein the method generates at least two individual images, between the generation of which the group frame for the at least one receiving group is shifted by a predetermined shift vector along the receiving field.
  • At least two receiving elements of a receiving field which has a large number of receiving elements, are combined to form a receiving group.
  • the receiving group is defined by a predefinable imaginary group frame.
  • the group frame surrounds a specific arrangement of receiving elements.
  • the arrangement of the receiving elements can be determined by the total number of receiving elements, the number of columns and the number of rows in which the receiving elements are arranged in the receiving group.
  • the imaginary group frame can be moved along the receiving field. In this way, the composition of the receiving group can be changed by moving the imaginary group frame.
  • At least part of the output size of at least part of the receiving elements that belong to the same receiving group are combined to form corresponding group output sizes.
  • the radiation that is detected by the receiving group can be better resolved quantitatively.
  • the amount of radiation received, in particular the received light power can thus be determined precisely.
  • the signal-to-noise ratio can be improved in this way.
  • differences in the sensitivity of the individual receiving elements, in particular a failure of individual receiving elements can be compensated for within the receiving group.
  • At least two individual images are generated, between which the group frame is shifted by a predetermined shift vector along the reception field.
  • a different composition of the reception group is used for each individual image.
  • a spatial resolution of radiation received by the reception device can be achieved via the position of the respective reception group on the Reception field can be improved and/or a signal-to-noise ratio with regard to the overall output variables can be improved and/or differences in the sensitivity of the individual reception elements can be better compensated.
  • the invention makes it possible to improve the angular resolution of LiDAR measurements without having to reduce the update rate of the receiving device when detecting the surveillance area or the range of the LiDAR system. It is not necessary to increase the power of the scanning beams in order to achieve the improvement in angular resolution. This means that, if necessary, limit values for eye safety can be complied with in relation to the emitted scanning beams.
  • At least one output variable can be detected in the form of an electrical variable, in particular a voltage.
  • at least one output variable can be detected in the form of a value, in particular a digital value.
  • At least a portion of the output variables of at least a portion of receiving elements belonging to the same receiving group are combined to form corresponding group output variables.
  • the combining can advantageously be carried out by means of cumulation, averaging, statistical processing or the like.
  • the receiving elements can also be referred to as pixels, in particular micropixels. Accordingly, the receiving groups can be referred to as “macropixels”.
  • the reception centers of the reception elements can advantageously be arranged on an imaginary reception field area, in particular a reception field plane.
  • the reception field area can advantageously be a reception field plane.
  • the reception elements can be arranged in a defined manner.
  • the reception field area, in particular reception field plane can advantageously be spanned by two imaginary, in particular orthogonal, reception field axes. In this way, the reception field area can be easily defined.
  • at least some of the receiving elements can be arranged along a line that runs parallel to at least one imaginary receiving field axis. In this way, at least some of the receiving elements can be arranged in a line.
  • at least some of the receiving elements can be arranged in an imaginary grid that is defined by imaginary orthogonal receiving field axes. In this way, the receiving elements can be arranged in rows and columns.
  • the LiDAR system can be arranged in a ready-to-use installation situation so that the reception field is aligned so that imaginary lines in the monitoring area that run parallel to the spatial horizontal are imaged with spatial resolution in the direction of one of the reception field axes. In this way, the LiDAR system can be used to monitor the monitoring area horizontally with spatial resolution.
  • the LiDAR system can advantageously be arranged in an operational installation situation so that the reception field is aligned so that imaginary lines in the monitoring area that run parallel to the spatial vertical are imaged with spatial resolution in the direction of one of the reception field axes. In this way, the LiDAR system can be used to monitor the monitoring area with vertical spatial resolution.
  • the LiDAR system can be arranged in a ready-to-use installation situation in a vehicle in such a way that the reception field is aligned in such a way that imaginary lines in the monitoring area that run parallel to a vehicle plane that is spanned by a vehicle longitudinal axis and a vehicle transverse axis are imaged in a spatially resolved manner in the direction of one of the reception field axes.
  • the LiDAR system can be used to monitor the monitoring area horizontally and spatially resolved in a normal operating situation of the vehicle in which the vehicle plane runs spatially horizontally.
  • the LiDAR system can advantageously be arranged in a ready-to-use installation situation in a vehicle so that the receiver reception field is aligned in such a way that imaginary lines in the monitoring area that run parallel to the vehicle's vertical axis are imaged in a spatially resolved manner in the direction of one of the reception field axes.
  • the LiDAR system can be used to monitor the monitoring area with vertical spatial resolution in a normal operating situation of the vehicle in which the vehicle's vertical axis runs spatially vertically.
  • the vehicle transverse axis, the vehicle vertical axis and the vehicle longitudinal axis can run perpendicular to each other. In this way, an orthogonal vehicle reference system can be formed.
  • the LiDAR system can advantageously be designed as a scanning system.
  • the monitoring area can be scanned using scanning beams.
  • the direction of propagation of the scanning beams, in particular scanning signals can be swung across the monitoring area.
  • At least one signal deflection device in particular a scanning device, a deflection mirror device or the like, can be used.
  • the LiDAR system can advantageously be designed as a laser-based distance measuring system.
  • Laser-based distance measuring systems can have lasers, in particular diode lasers, as signal sources. Lasers can be used to send pulsed laser beams as scanning beams. Lasers can be used to emit scanning beams in wavelength ranges that are visible or invisible to the human eye.
  • the receiving device of the LiDAR system can have or consist of detectors designed for the wavelength of the emitted scanning beams, in particular point sensors, line sensors and/or area sensors, in particular (avalanche) photodiodes, photodiode row(s), a photodiode matrix, CCD sensors, active pixel sensors, in particular CMOS sensors or the like.
  • Laser-based distance measuring systems can advantageously be designed as laser scanners.
  • Laser scanners can be used to scan monitoring areas with pulsed laser beams, in particular laser signals.
  • the invention can advantageously be used in vehicles, in particular motor vehicles.
  • the invention can advantageously be used in land vehicles, in particular passenger cars, trucks, buses, motorcycles, drones, mobile robots or the like, aircraft, in particular flying drones, and/or watercraft, in particular (underwater) drones.
  • the invention can also be used in vehicles that can be operated autonomously or at least partially autonomously.
  • the invention is not limited to vehicles. It can also be used in stationary operation, in robotics and/or in machines, in particular construction or transport machines, such as cranes, excavators or the like.
  • the LiDAR system can advantageously be connected to or be part of at least one electronic control device of a vehicle or machine, in particular a driver assistance system or the like. In this way, at least some of the functions of the vehicle or machine can be carried out autonomously or semi-autonomously using the information obtained with the LiDAR system.
  • the LiDAR system can be used to detect stationary or moving objects, in particular vehicles, persons, animals, plants, obstacles, ground, roadways, road bumps, in particular potholes or stones, road boundaries, (road) markings, (traffic) signs, open spaces, in particular parking spaces, precipitation or the like, and/or movements and/or gestures.
  • the orientation "spatially horizontal” and “spatially vertical” can refer to a chassis of the vehicle and thus to the vehicle's path.
  • a spatially horizontal plane of the vehicle can be spanned by a vehicle's longitudinal axis and a vehicle's transverse axis.
  • a spatially vertical direction can run perpendicular to said spatially horizontal plane of the vehicle.
  • the spatially horizontal plane can therefore be parallel to the geographical horizon and the spatial vertical direction is perpendicular to the geographical horizon.
  • At least two individual images can be generated which are combined to form an overall image.
  • the resolution in relation to the reception field in particular the angular resolution
  • the resolution in relation to the reception field in particular the angular resolution
  • the radiation sensitivity when determining the individual images is increased compared to using only individual reception elements.
  • shifting the group frames an overlap of the individual images is achieved, thereby improving the resolution, in particular the angular resolution.
  • an improvement in the resolution, in particular the angular resolution can be achieved without increasing the transmission power or reducing the range of the LiDAR system.
  • several individual images can be generated one after the other and the overall image can be updated with at least one individual image newly generated after the last combination, in particular the overall image can be updated continuously and/or smoothly, and/or several individual images can be generated one after the other and at least one of the individual images, in particular all individual images, can be processed separately.
  • the overall image can be updated with at least one individual image newly generated after the last combination.
  • the resolution in particular the angular resolution, can be improved with an increasing number of individual images.
  • the overall image can advantageously be updated continuously and/or smoothly.
  • the resolution in particular the angular resolution
  • at least one of the individual images can advantageously be processed separately. In this way, intermediate results can be obtained quickly. All individual images can be processed separately. This means that an intermediate result can be called up at any time.
  • an amount of the displacement vector can be specified as at most approximately 0.5 times, in particular 0.5 times, the extent of the group frame in the direction of the displacement vector and/or an amount of the displacement vector can be specified as the quotient of the extent of the group frame and the number of reception fields in the direction of the displacement vector within the group frame.
  • the amount of the displacement vector can be specified as a maximum of approximately 0.5 times the extent of the group frame. In this way, small-scale displacements can be achieved. In this way, a corresponding resolution, in particular angular resolution, can be increased.
  • an amount of the displacement vector can advantageously be specified as a quotient of the extent of the group frame and the number of reception fields in the direction of the displacement vector within the group frame. In this way, uniform overlaps between the individual images can be achieved. In this way, uniform resolutions, in particular angular resolutions, can be achieved over the course of the entire LiDAR measurement.
  • the displacement vector can be aligned parallel or obliquely, in particular diagonally, to a reception field axis of the reception field. In this way, a defined displacement direction can be achieved with respect to the orientation of the reception field.
  • an extension of the group frame can be specified in relation to the number of reception fields in the direction of said extension and/or at least one receiving group comprises a two-dimensional arrangement of receiving elements.
  • an extension of the group frame can be specified in relation to the number of reception fields.
  • the amount of the displacement vector can simply be specified as a whole number.
  • the amount of the displacement vector indicates the number of reception fields by which the group frame is to be shifted.
  • a reception field can have or consist of a sensor area that is functional for converting optical beams.
  • the reception field can also have an edge or frame area that at least partially surrounds the functional sensor area and is not functional for converting optical beams.
  • At least one receiving group can have a one-dimensional arrangement of receiving elements.
  • the receiving group can be realized more compactly.
  • the receiving elements can be arranged along a row of the receiving field.
  • the receiving elements can be arranged along a column of the receiving field.
  • the displacement vector can be aligned in a direction along the reception field in which a spatial resolution of the monitoring area can be achieved with the reception field; in particular, the displacement vector can be aligned vertically. In this way, the spatial resolution can be further improved.
  • the displacement vector can be aligned in a direction along the reception field in which no spatial resolution of the monitoring area can be achieved with the reception field.
  • the displacement vector can be aligned horizontally.
  • the signal-to-noise ratio with regard to the overall output variables can be improved and/or differences in the sensitivity of the individual reception elements can be better compensated.
  • several reception groups can be formed, each of which is assigned at least two of the reception elements, the respective group frames of at least two of the reception groups having the same extent. In this way, a uniform resolution can be achieved for the individual images across the reception field.
  • At least one individual image can be generated which characterizes a spatial course of at least one monitoring variable in the monitoring area in two spatial dimensions.
  • the scene can be characterized in relation to the at least one monitoring variable in at least one spatial dimension.
  • At least one individual image can be generated in the form of a data set and/or at least one overall image can be generated in the form of a data set, wherein in at least one data set, identifiers which characterize reception groups and the corresponding group output variables are assigned to one another.
  • the identifiers that characterize reception groups can be implemented as digital values, in particular numbers or letters. In this way, the reception groups can be assigned more easily.
  • distance variables, direction variables and/or speed variables which characterize distances, directions and/or speeds of objects present in the scene in the surveillance area relative to the LiDAR system, and/or power variables which characterize strengths of optical echo beams which originate from scanning beams reflected from objects present can be determined on the basis of the output variables and/or distances, directions and/or speeds of objects present in the scene in the surveillance area relative to the LiDAR system and/or strengths of optical echo beams which originate from scanning beams reflected from any objects present are used as monitoring variables and/or at least one distance image, at least one direction image, at least one speed image and/or at least one performance image are determined from at least one individual image and/or at least one overall image, which characterize distances, directions or speeds of detected objects relative to the LiDAR system or strengths of scanning beams reflected from objects and received as echo beams.
  • information about scenes in the surveillance area can be provided in an efficient and easily interpretable manner.
  • the information can be used directly with a
  • At least some of the receiving elements can be implemented as single-photon avalanche diodes. In this way, even radiation with low power can be received quickly.
  • the respective output sizes of the single-photon avalanche diodes can be combined and thus resolution in relation to the received radiation power can be improved.
  • Single-photon avalanche diodes are called single-photo avalanche diodes (SPADs).
  • the object is achieved according to the invention in the LiDAR system in that the at least one receiving device has at least one receiving field of a plurality of electro-optical receiving elements and the LiDAR system has at least some of the means for carrying out the method according to the invention.
  • the LiDAR system can be used to monitor a surveillance area, particularly for objects.
  • the means for carrying out the method according to the invention comprise means for generating individual images which characterize scenes in the surveillance area in relation to surveillance variables in at least one spatial dimension.
  • the means for generating individual images are designed to capture output variables from receiving elements.
  • the means for carrying out the method according to the invention comprise means for defining reception groups by means of predefinable imaginary group frames.
  • the group frame surrounds certain arrangements of reception elements.
  • the means for carrying out the method according to the invention comprise means for forming reception groups by means of group frames and for assigning reception elements to the reception groups.
  • the means for carrying out the method according to the invention comprise means for combining output variables of receiving elements belonging to the same receiving group into corresponding group output variables.
  • the means for carrying out the method according to the invention comprise means for shifting group frames by predetermined shift vectors along the reception field between the generation of at least two individual images.
  • the means for carrying out the method according to the invention can be implemented in software and/or hardware.
  • the object is achieved according to the invention in the driver assistance system in that the driver assistance system has at least some of the means for carrying out the method according to the invention.
  • the driver assistance system has at least one LiDAR system, in particular a LiDAR system according to the invention.
  • the at least one LiDAR system of the driver assistance system can have at least some of the means for carrying out the method according to the invention. Since the at least one LiDAR system is part of the driver assistance system, the means of the at least one LiDAR system are also part of the driver assistance system, i.e. also means of the driver assistance system. This applies accordingly with regard to means of the vehicle, which has at least one driver assistance system and/or at least one LiDAR system.
  • the object is achieved according to the invention in the vehicle in that the vehicle has at least some of the means for carrying out the method according to the invention.
  • the at least one LiDAR system can be used to scan the surroundings of the vehicle, in particular for objects.
  • the at least one LiDAR system can be used to determine quantities that characterize distances, directions and/or speeds of objects relative to the vehicle.
  • the at least one LiDAR system can be used to determine quantities that characterize the strength of received rays.
  • the reflectivity of objects can be determined using the strength of received rays.
  • the vehicle can have at least one driver assistance system.
  • the vehicle can be operated autonomously or semi-autonomously.
  • the at least one LiDAR system can be connected to a control device of the driver assistance system.
  • Information obtained with the at least one LiDAR system, in particular object information, can thus be transmitted to the control device of the driver assistance system.
  • At least parts of the LiDAR system can be part of the driver assistance system or implemented separately from it.
  • Figure 1 is a front view of a vehicle with a driver assistance system having a LiDAR system and a control device;
  • Figure 2 is a functional representation of the driver assistance system of the vehicle from Figure 1;
  • Figure 3 is a view of an irradiation side of a reception field of a reception device of the LiDAR system from Figures 1 and 2, wherein reception elements of the reception field are assigned to respective reception groups for generating a first individual image;
  • Figure 4 shows the view of the irradiation side of the reception field from Figure 3, wherein the reception groups are shifted by a shift vector in comparison to the first individual image in order to generate a second individual image;
  • Figure 5 shows the view of the irradiation side of the reception field from Figure 4, wherein the reception groups are shifted by the shift vector in comparison to the second individual image in order to generate a third individual image;
  • Figure 6 shows the view of the irradiation side of the reception field from Figures 3 to 5, with one of the reception groups from Figures 3 to 5 being compared by way of example.
  • identical components are provided with identical reference symbols.
  • FIG 1 shows a vehicle 10 in the form of a passenger car in the front view.
  • the vehicle 10 comprises a driver assistance system 12 with a LiDAR system 14 and a control device 16.
  • Figure 2 shows a functional diagram of the driver assistance system 12 with the LiDAR system 14 and the control device 16.
  • the LiDAR system 14 is arranged, for example, in the front bumper of the vehicle 10.
  • the field of view of the LiDAR system 14 is directed into a monitoring area 18 in the direction of travel in front of the vehicle 10.
  • the LiDAR system 14 can be used to monitor the monitoring area 18, for example for objects 20.
  • the LiDAR system 14 can also be arranged at another location on the vehicle 10 and aligned differently.
  • the vehicle 10 can also have several identical or similar LiDAR systems 14, which can be arranged and/or aligned differently.
  • the LiDAR system 14 can detect stationary or moving objects 20, for example vehicles, persons, animals, plants, obstacles, road surface irregularities, for example potholes or stones, road markings, traffic signs, open spaces, in particular parking spaces, precipitation or the like, and/or movements and/or gestures.
  • stationary or moving objects for example vehicles, persons, animals, plants, obstacles, road surface irregularities, for example potholes or stones, road markings, traffic signs, open spaces, in particular parking spaces, precipitation or the like, and/or movements and/or gestures.
  • the LiDAR system 14 is functionally connected to the control device 16 of the driver assistance system 12. In this way, information, for example object information, from the monitoring area 18, which can be obtained with the LiDAR system 14, can be transmitted to the control device 16. In this way, a scene that prevails in the monitoring area 18 can be recorded with the LiDAR system 14 and characterized with corresponding information. Scenes that do not contain any objects 18 can also be characterized.
  • control device 16 of the driver assistance system 14 functions of the vehicle 10, for example driving functions, for example, based on the information obtained with the LiDAR system 14. In this way, the vehicle 10 can be operated autonomously or semi-autonomously.
  • the LiDAR system 14 is designed, for example, as a scanning LiDAR system. With the LiDAR system 14, optical scanning beams 22 can be sent into the monitoring area 18, for example in the form of laser signals.
  • the scanning beams 22 can be reflected by any objects 20 and received as optical echo beams 24 by the LiDAR system 14.
  • the LiDAR system 14 can determine distances, directions and speeds of detected objects 20 relative to the LiDAR system 14. In a time of flight measurement, distances can be determined from the time of flight of the scanning beams 22 and the echo beams 24 from the emission of the scanning beams 22 to the reception of the echo beams 24.
  • the strengths of echo beams 24 can be recorded and from this the reflectivity of objects 20 from which the echo beams 24 come can be determined.
  • the strength of echo beams 24 can be defined, for example, by their power or energy.
  • the information about the absence of an object 20 in the field of view 18 can also be considered as object information.
  • the LiDAR system 14 comprises, as shown in Figure 2, a transmitting device 26, a receiving device 28 and a control and evaluation device 30.
  • the transmitting device 26 comprises a light source, for example in the form of one or more lasers. Laser signals can be generated as scanning beams 22 using the light source. To transmit scanning beams 22, the transmitting device 26 can be controlled accordingly via the control and evaluation device 30.
  • the transmitting device 26 can have a transmitting optics and/or at least parts of a beam deflection device with which the scanning beams 22 can be directed into the monitoring area 18.
  • the receiving device 28 is connected to the control and evaluation device 30 via a data and control line.
  • the receiving device 28 has a receiver 32 with which echo beams 24 coming from the monitoring area 18 can be received.
  • the receiving device 28, or the receiver 32 can be controlled and read out via the control and evaluation device 30.
  • the receiving device 28 can have a receiving optics and/or a beam deflection device. The echo beams 24 coming from the monitoring area 18 are focused on the receiver 32 using the receiving optics and/or the beam deflection device if necessary.
  • the beam deflection device of the transmitting device 26 can be combined with the beam deflection device, if present, of the receiving device 28.
  • the receiver 32 has a reception field 34 with a large number of reception elements 36.
  • the reception field 34 is shown in Figures 3 to 6 in a view of the irradiation side. For the sake of clarity, a reception field 34 with only 8 x 10 reception elements 36 is shown there. In reality, the reception field 34 can also have more or fewer reception elements 36, which can also be arranged in a different format.
  • the receiving elements 36 are implemented as single-photon avalanche diodes, so-called SPADs. With each of the receiving elements 36, optical echo beams 24 can be converted into a respective output variable 38 in the form of electrical signals.
  • each reception field 34 is shown as a square for the sake of simplicity. In reality, however, the reception fields 24 can also have other shapes. Each reception field 34 has a sensor area that is functional for converting echo beams 24. Depending on the design, the reception fields 34 can also have an edge or frame area that at least partially surrounds the functional sensor area and is not functional for converting the echo beams 24.
  • the reception centers 40 of the reception elements 36 are arranged on an imaginary reception field plane. In Figure 3, only one of the reception centers 40 is shown for the sake of clarity.
  • the reception field plane is spanned by two imaginary orthogonal reception field axes 42 and 44.
  • the reception field axes are referred to as the vertical reception field axis 42 and the horizontal reception field axis 44 for the sake of better differentiation.
  • the receiving elements 36 are arranged in an imaginary grid which is defined by the vertical receiving field axis 42 and the horizontal receiving field axis 46.
  • the receiving elements 36 are arranged in rows and columns.
  • the LiDAR system 14 is arranged in a ready-to-use installation situation in the vehicle 10 such that the reception field 34 is aligned such that the horizontal reception field axis 44 runs parallel to a vehicle plane 46, which is spanned by a vehicle longitudinal axis 48 and a vehicle transverse axis 50, and the vertical reception field axis 42 runs parallel to a vehicle vertical axis 52.
  • imaginary lines in the monitoring area 18 that run parallel to the spatial horizontal are mapped spatially resolved onto the reception field 34 in the direction 58 of the horizontal reception field axis 44.
  • Imaginary lines in the monitoring area 18 that run parallel to the spatial vertical are mapped spatially resolved onto the reception field 34 in the direction 58 of the vertical reception field axis 42.
  • the vehicle transverse axis 50, the vehicle vertical axis 52 and the vehicle longitudinal axis 48 run perpendicular to each other.
  • scanning beams 22 are sent into the monitoring area 18 using the transmitting device 26.
  • the receiving device 28 is activated to receive echo beams 24.
  • a plurality of individual images 54 are generated.
  • Each of the individual images 54 characterizes a scene in the surveillance area 18 in relation to surveillance sizes 54, 56, 58 and 60 in two dimensions of the surveillance area 18, namely the horizontal and vertical.
  • Individual images 54 can also be referred to as “frames”.
  • Distances 56, directions 58 and speeds 60 of objects 18 present in the scene in the monitoring area 18 relative to the LiDAR system 14 are used as monitoring variables.
  • strengths 62 of optical echo beams 24 coming from objects 18 in the monitoring area 18 are used as monitoring variables.
  • the individual images 54 each characterize a spatial progression of the monitoring variables 54, 56, 58 and 60 in the monitoring area 18 in two spatial dimensions. In the embodiment shown, the individual images 54 characterize the spatial progression of the monitoring variables 54, 56, 58 and 60 in the vertical dimension and the horizontal dimension.
  • each individual image 54 can be generated in the form of a data set.
  • identifiers which characterize reception groups 64 explained below and the corresponding group output variables 76 are assigned to one another.
  • the identifiers which characterize the reception groups 64 can be implemented as digital values, for example numbers or letters.
  • the data sets are processed using processors of the control and evaluation device. In the following, the generation of the individual images 54 is described using the example of an individual image 54.
  • reception groups 64 are formed, each of which is assigned several of the reception elements 36. The assignment is made, for example, using means of the control and evaluation device.
  • the reception groups 64 each have a two-dimensional arrangement of reception elements 36.
  • Each of the reception groups 64 is defined by a predefinable imaginary group frame 66.
  • the respective group frame 66 surrounds a specific arrangement of reception elements 36 of the reception field 34.
  • the vertical extent 68 of the group frame 66 is specified in relation to the number of reception fields 24 in the direction 58 of the vertical reception field axis 42.
  • the horizontal extent 70 of the group frame 66 is specified in relation to the number of reception fields 24 in the direction 58 of the horizontal reception field axis 44.
  • each group frame 66 comprises, for example, a receiving group 64 with 3x3 receiving elements 36. In other embodiments not shown, more or fewer, even differently arranged receiving elements 36 can be surrounded by a correspondingly extended group frame 66.
  • reception groups 64 In the exemplary embodiment, only a total of four reception groups 64 are shown in Figures 3 to 6 for the sake of better clarity. In reality, more or fewer reception groups 64 can be formed.
  • the respective group frames 66 of the reception groups 64 have the same dimensions 68 and 70.
  • the group frames 66 are displaceable along the reception field 34 by a displacement vector 72.
  • the displacement vector 72 is, for example, aligned in a direction along the reception field 34 in which a spatial resolution of the monitoring area 18 is realized with the reception field 34. In the embodiment shown, the displacement vector 72 is aligned parallel to the vertical reception field axis 42 of the reception field 34.
  • the displacement vector 72 can also be aligned in a direction along the reception field 34 in which no spatial resolution of the monitoring area 18 can be achieved with the reception field 34. In this way, the signal-to-noise ratio with regard to the total output variables 38 can be improved and differences in the sensitivity of the individual reception elements 36 can be compensated. For example, a failure of individual reception elements 36 can also be compensated in this way.
  • An amount of the displacement vector 72 is specified as a maximum of approximately 0.5 times the extent 68 of the group frame 66 in the direction 58 of the displacement vector 72.
  • the amount of the displacement vector 72 is specified as the quotient of the extent 68 of the group frame 66 and the number of reception fields 24 in the direction of the displacement vector 72 within the group frame 66.
  • the group frame 66 comprises a matrix of 3x3 reception elements 36.
  • the amount of the displacement vector 72 is specified as one third of the extent 68 of the group frame 66.
  • the amount of the displacement vector 72 corresponds to the extent 74 of a reception field 34 in the direction 58 of the displacement vector 72.
  • the output variables 38 of the receiving elements 36 are recorded.
  • the output variables 38 of the receiving elements 36 that belong to the same receiving group 64 are combined to form corresponding group output variables 76.
  • group output variables 76 are generated for the four receiving groups 64.
  • the individual image 54 is composed of the group output variables 76 of all receiving groups 64.
  • the group frames 66 for the reception groups 64 are shifted by the shift vector 72 along the reception field 34. This results in a new assignment of the reception elements 36 to the reception groups 64.
  • Figure 3 shows the arrangement of the group frames 66 with the corresponding reception groups 64 for the first individual image 54.
  • Figure 4 shows the arrangement of the group frames 66 with the corresponding reception groups 64 for the second individual image 54.
  • Figure 5 shows the arrangement of the group frames 66 with the corresponding reception groups 64 for the third individual image 54.
  • Figure 6 shows the group frames of the three consecutive individual images 54. For better clarity, only one of the four group frames 66 is indicated in the three positions.
  • the reception groups 64 of successive individual images 54 each overlap by one row of the reception elements 36, as shown in Figure 6.
  • the extent 78 of the overlaps of the reception groups 64 between the individual images 54 is the same.
  • the individual images 54 generated one after the other are combined to form an overall image 80.
  • the overall image 80 has the form of a data set corresponding to the individual images 54.
  • the overall image 80 is updated after each new individual image 54 is generated with the individual image 54 newly generated after the last combination. In this way, the overall image 80 is continuously updated. The update can be carried out continuously.
  • individual or all individual images 54 can be processed separately.
  • a resolution is improved with respect to the reception field 34.
  • the radiation sensitivity is increased when determining the individual images 54.
  • the resolution is improved.
  • Distance variables, direction variables and speed variables are determined on the basis of the group output variables 76 of the overall image 80.
  • the distance variables characterize distances 56
  • the direction variables characterize directions 58
  • the speed variables characterize speeds 60 of objects 18 present in the scene in the surveillance area 18 relative to the LiDAR system 14.
  • power variables are determined which characterize strengths of optical echo beams 24 that originate from scanning beams 22 reflected from objects 18 that may be present.
  • a distance image containing the distance variables, a direction image containing the direction variables, a speed image containing the speed variables, and a power image containing the power variables are determined from the overall image 80.
  • the distance image characterizes speeds 60
  • the direction image characterizes directions 58
  • the speed image characterizes speeds 60 of detected objects 18 relative to the LiDAR system 14.
  • the power image characterizes powers of received echo beams 24.
  • Information about scenes captured by the LiDAR system 14 in the surveillance area 18 is provided via the distance image, the direction image, the speed image and the performance image. This information can be used directly with the driver assistance system 12 to control the autonomous or semi-autonomous operation of a vehicle 10.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines LiDAR-Systems für ein autonom oder wenigstens teilautonom betriebenes Fahrzeug beschrieben, bei dem wenigstens ein optischer Abtaststrahl mit wenigstens einer Sendeeinrichtung des LiDAR-Systems erzeugt und in einen Überwachungsbereich des LiDAR-Systems gesendet wird. Wenigstens ein Einzelbild wird erzeugt, welches eine Szene in dem Überwachungsbereich bezogen auf wenigstens eine Überwachungsgröße in wenigstens einer räumlichen Dimension charakterisiert. Zur Erzeugung eines Einzelbildes werden Ausgabegrößen von wenigstens zwei elektrooptischen Empfangselementen (36) eines Empfangsfeldes (34) einer Empfangseinrichtung des LiDAR-Systems, welches eine Vielzahl von Empfangselementen (36) aufweist, erfasst. Es wird wenigstens eine Empfangsgruppe (64) gebildet, der wenigstens zwei der Empfangselemente (36) zugeordnet werden, wobei die wenigstens eine Empfangsgruppe (64) durch einen vorgebbaren gedachten Gruppenrahmen (66) definiert ist, welcher eine bestimmte Anordnung von Empfangselementen (36) des Empfangsfeldes (34) umgibt und der entlang des Empfangsfeldes (34) verschiebbar ist. Wenigstens ein Teil der Ausgabegrößen wenigstens eines Teils der Empfangselemente (36), die zur selben Empfangsgruppe (64) gehören, wird zu entsprechenden Gruppen-Ausgabegrößen zusammengeführt. Es werden wenigstens zwei Einzelbilder erzeugt, zwischen deren Erzeugung der Gruppenrahmen (66) für die wenigstens eine Empfangsgruppe (64) um einen vorgegeben Verschiebevektor entlang des Empfangsfeldes (34) verschoben wird. Dadurch, dass der Betrag des Verschiebevektors kleiner ist als die vertikale Ausdehnung der Gruppenrahmen (66) und damit der Empfangsgruppen (64) in Richtung des Verschiebevektors, überlappen sich die Empfangsgruppen (64) von nacheinander folgenden Einzelbildern jeweils um eine Zeile der Empfangselemente (36). Durch die Überlappung der Einzelbilder wird die Auflösung verbessert.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben eines LiDAR-Systems, LiDAR-System, Fahrerassistenzsystem und Fahrzeug
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines LiDAR-Systems, insbesondere eines LiDAR-Systems eines Fahrzeugs, bei dem wenigstens ein optischer Abtaststrahlen mit wenigstens einer Sendeeinrichtung des LiDAR-Systems erzeugt wird, der wenigstens eine Abtaststrahl in einen Überwa- chungsbereich des LiDAR-Systems gesendet wird, wenigstens ein Einzelbild erzeugt wird, welches eine Szene in dem Überwachungsbe- reich bezogen auf wenigstens eine Überwachungsgröße in wenigstens einer räumlichen Dimension charakterisiert, wobei zur Erzeugung wenigstens eines Einzelbildes Ausgabegrößen von wenigstens zwei elektrooptischen Empfangselementen eines Empfangsfeldes einer Empfangseinrichtung des LiDAR-Systems, welches eine Vielzahl von Empfangselementen aufweist, erfasst werden.
Ferner betrifft die Erfindung ein LiDAR-System, insbesondere ein LiDAR-System für ein Fahrzeug, mit wenigstens einer Sendeeinrichtung zum Senden von optischen Abtaststrahlen in einen Überwachungsbereich, wenigstens einer Empfangseinrichtung zum empfangen von optischen Strahlen und ausgeben von entsprechenden Ausgabegrößen und wenigstens einer Steuer- und Auswerteeinrichtung zum Steuern der wenigstens einen Sendeeinrichtung und der wenigstens einen Empfangseinrichtung und zum Verarbeiten von mit der wenigstens einen Empfangseinrichtung ausgegebenen Ausgabegrößen.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrerassistenzsystem mit wenigstens einem LiDAR-System, insbesondere wenigstens einem LiDAR-System für ein Fahrzeug, wobei das wenigstens eine LiDAR-System wenigstens eine Sendeeinrichtung zum Senden von optischen Abtaststrahlen, wenigstens eine Empfangseinrichtung zum empfangen von optischen Strahlen und ausgeben von entsprechenden Ausgabegrößen und wenigstens eine Steuer- und Auswerteeinrichtung aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit wenigstens einem LiDAR-System, wobei das wenigstens eine LiDAR-System wenigstens eine Sendeeinrichtung zum Senden von optischen Abtaststrahlen, wenigstens eine Empfangseinrichtung zum empfangen von optischen Strahlen und ausgeben von entsprechenden Ausgabegrößen und wenigstens eine Steuer- und Auswerteeinrichtung aufweist.
Stand der Technik
Aus der WO 2022/146639 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, die einen oder mehrere mit einem Fahrzeug verbundene Bildsensoren und mindestens einen Prozessor umfasst. Der mindestens eine Prozessor kann so konfiguriert sein, dass er unter Verwendung des einen oder der mehreren Bildsensoren mehrere Einzelbilder eines Bildes einer Szene in abrupter Folge aufnimmt, wobei die mehreren Einzelbilder jeweils einen relativen Versatz des Bildes über die mehreren Einzelbilder aufweisen, und dass er unter Verwendung der aufgenommenen mehreren Einzelbilder des Bildes der Szene Superauflösungsberechnungen durchführt. Der mindestens eine Prozessor kann auch so konfiguriert sein, dass er auf der Grundlage der Superauflösungsberechnungen Farbebenen akkumuliert und unter Verwendung des einen oder der mehreren Prozessoren die akkumulierten Farbebenen kombiniert, um ein Superauflösungsbild der Szene zu erzeugen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, ein LiDAR-System, ein Fahrerassistenzsystem und ein Fahrzeug der eingangs genannten Art zu gestalten, bei denen eine Leistungsfähigkeit des LiDAR-Systems, insbesondere die Leistungsfähigkeit in Bezug auf Winkelauflösung, Reichweite und/oder Aktualisierungsgeschwindigkeit, verbessert werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass zur Erzeugung wenigstens eines Einzelbildes wenigstens eine Empfangsgruppe gebildet wird, der wenigstens zwei der Empfangselemente zugeordnet werden, wobei die wenigstens eine Empfangsgruppe durch einen vorgebbaren gedachten Gruppenrahmen definiert ist, welcher eine bestimmte Anordnung von Empfangselementen des Empfangsfeldes umgibt und der entlang des Empfangsfeldes verschiebbar ist, wenigstens ein Teil der Ausgabegrößen wenigstens eines Teils der Empfangselemente, die zu derselben Empfangsgruppe gehören, zu entsprechenden Gruppen- Ausgabegrößen zusammengeführt wird, wobei bei dem Verfahren wenigstens zwei Einzelbilder erzeugt werden, zwischen deren Erzeugung der Gruppenrahmen für die wenigstens eine Empfangsgruppe um einen vorgegeben Verschiebevektor entlang des Empfangsfeldes verschoben wird.
Erfindungsgemäß werden wenigstens zwei Empfangselemente eines Empfangsfeldes, welche eine Vielzahl von Empfangselementen aufweist, als Empfangsgruppe zusammengefasst. Die Empfangsgruppe wird durch einen vorgebbaren gedachten Gruppenrahmen definiert. Der Gruppenrahmen umgibt eine bestimmte Anordnung von Empfangselementen. Die Anordnung der Empfangselemente kann durch die Gesamtzahl der Empfangselemente, die Anzahl der Spalten und der Anzahl der Zeilen, in denen die Empfangselemente in der Empfangsgruppe angeordnet sind, bestimmt werden. Der gedachte Gruppenrahmen ist entlang des Empfangsfeldes verschiebbar. Auf diese Weise kann durch Verschieben des gedachten Gruppenrahmens die Zusammensetzung der Empfangsgruppe verändert werden.
Wenigstens ein Teil der Ausgabegröße wenigstens eines Teils der Empfangselemente, die zu derselben Empfangsgruppe gehören, werden zu entsprechenden Gruppenausgabegrößen zusammengeführt. Auf diese Weise kann die Strahlung, welche mit der Empfangsgruppe erfasst wird, quantitativ besser aufgelöst werden. So kann die empfangene Strahlungsmenge, insbesondere die empfangene Lichtleistung genau bestimmt werden. Außerdem kann so das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert werden. Ferner können Unterschiede bezüglich der Empfindlichkeit der einzelnen Empfangselemente, insbesondere ein Ausfall einzelner Empfangselemente, innerhalb der Empfangsgruppe ausgeglichen werden.
Bei dem Verfahren werden wenigstens zwei Einzelbilder erzeugt, zwischen deren Erzeugung der Gruppenrahmen um einen vorgegebenen Verschiebevektor entlang des Empfangsfeldes verschoben wird. Auf diese Weise wird für jedes Einzelbild eine andere Zusammensetzung der Empfangsgruppe verwendet. Je nach Verwendungsform des LiDAR-Systems kann so eine räumliche Auflösung von mit der Empfangseinrichtung empfangenen Strahlung über die Position der jeweiligen Empfangsgruppe auf dem Empfangsfeld verbessert und/oder ein Signal-Rausch-Verhältnis bezüglich der Gesamt- Ausgabegrößen verbessert und/oder Unterschiede bezüglich der Empfindlichkeit der einzelnen Empfangselemente besser ausgeglichen werden.
Insgesamt ermöglicht die Erfindung, dass eine Winkelauflösung bei LiDAR-Messungen verbessert werden kann, ohne dass die Aktualisierungsrate der Empfangseinrichtung bei der Erfassung des Überwachungsbereichs oder eine Reichweite des LiDAR- Systems verringert werden muss. Dabei ist es nicht erforderlich, die Leistung der Abtaststrahlen zu erhöhen, um die Verbesserung der Winkelauflösung zu erreichen. So können, falls erforderlich, Grenzwerte für die Augensicherheit bezogen auf die ausgesendeten Abtaststrahlen eingehalten werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Ausgabegröße in Form einer elektrischen Größe, insbesondere einer Spannung, erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich können wenigstens eine Ausgabegröße in Form eines Wertes, insbesondere digitalen Wertes, erfasst werden.
Wenigstens ein Teil der Ausgabegrößen wenigstens eines Teils Empfangselemente, die zu derselben Empfangsgruppe gehören, wird zu entsprechenden Gruppen- Ausgabegrößen zusammengeführt. Vorteilhafterweise kann das Zusammenführen mittels kumulieren, Mittelwertbildung, statistischer Verarbeitung oder dergleichen realisiert werden.
Vorteilhafterweise können die Empfangselemente auch als Pixel, insbesondere Mikropixel, bezeichnet werden. Entsprechend können die Empfangsgruppen als „Makropixel“ bezeichnet werden.
Vorteilhafterweise können sich die Empfangszentren der Empfangselemente auf einer gedachten Empfangsfeldfläche, insbesondere einer Empfangsfeldebene, angeordnet sein. Vorteilhafterweise kann die Empfangsfeldfläche eine Empfangsfeldebene sein. Auf diese Weise können die Empfangselemente in definierter Weise angeordnet werden. Vorteilhafterweise kann die Empfangsfeldfläche, insbesondere Empfangsfeldebene, durch zwei gedachte insbesondere orthogonale Empfangsfeldachsen aufgespannt werden. Auf diese Weise kann die Empfangsfeldfläche einfach definiert werden. Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Teil der Empfangselemente entlang einer Linie angeordnet sein, welche parallel zu wenigstens einer gedachten Empfangsfeldachse verläuft. Auf diese Weise kann wenigstens ein Teil der Empfangselemente in einer Linie angeordnet werden. Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Teil der Empfangselemente in einem gedachten Raster angeordnet sein, welches durch gedachte orthogonale Empfangsfeldachsen definiert ist. Auf diese Weise können die Empfangselemente in Zeilen und Spalten angeordnet werden.
Vorteilhafterweise kann das LiDAR-System in einer betriebsbereiten Montagesituation so angeordnet werden, dass das Empfangsfeld so ausgerichtet ist, dass gedachte Linien in dem Überwachungsbereich, welche parallel zur räumlich Horizontalen verlaufen, in Richtung einer der Empfangsfeldachsen ortsaufgelöst abgebildet werden. Auf diese Weise kann mit dem LiDAR-System eine horizontal ortsaufgelöste Überwachung des Überwachungsbereichs erfolgen.
Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise das LiDAR-System in einer betriebsbereiten Montagesituation so angeordnet werden, dass das Empfangsfeld so ausgerichtet ist, dass gedachte Linien in dem Überwachungsbereich, welche parallel zur räumlich Vertikalen verlaufen, in Richtung einer der Empfangsfeldachsen ortsaufgelöst abgebildet werden. Auf diese Weise kann mit dem LiDAR-System eine vertikal ortsaufgelöste Überwachung des Überwachungsbereichs erfolgen.
Vorteilhafterweise kann das LiDAR-System in einer betriebsbereiten Montagesituation in einem Fahrzeug so angeordnet werden, dass das Empfangsfeld so ausgerichtet ist, dass gedachte Linien in dem Überwachungsbereich, welche parallel zu einer Fahrzeugebene, welche durch eine Fahrzeuglängsachse und eine Fahrzeugquerachse aufgespannt wird, verlaufen, in Richtung einer der Empfangsfeldachsen ortsaufgelöst abgebildet werden. Auf diese Weise kann mit dem LiDAR-System in einer normalen Betriebssituation des Fahrzeugs, in welcher die Fahrzeugebene räumlich horizontal verläuft, eine horizontal ortsaufgelöste Überwachung des Überwachungsbereichs erfolgen.
Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise das LiDAR-System in einer betriebsbereiten Montagesituation in einem Fahrzeug so angeordnet werden, dass das Emp- fangsfeld so ausgerichtet ist, dass gedachte Linien in dem Überwachungsbereich, welche parallel zur Fahrzeug-Vertikalachse verlaufen, in Richtung einer der Empfangsfeldachsen ortsaufgelöst abgebildet werden. Auf diese Weise kann mit dem LiDAR-System in einer normalen Betriebssituation des Fahrzeugs, in welcher die Fahrzeug- Vertikalachse räumlich vertikal verläuft, eine vertikal ortsaufgelöste Überwachung des Überwachungsbereichs erfolgen.
Vorteilhafterweise können die Fahrzeugquerachse, die Fahrzeug-Vertikalachse und die Fahrzeuglängsachse senkrecht zueinander verlaufen. Auf diese Weise kann ein orthogonales Fahrzeug-Referenzsystem gebildet werden.
Vorteilhafterweise kann das LiDAR-System als scannendes System ausgestaltet sein. Dabei kann mit Abtaststrahlen der Überwachungsbereich abgetastet, also abgescannt, werden. Dazu können die Ausbreitungsrichtung der Abtaststrahlen, insbesondere Abtastsignalen, über den Überwachungsbereich geschwenkt werden. Hierbei kann wenigstens Signal-Umlenkeinrichtung, insbesondere eine Scaneinrichtung, eine Umlenkspiegeleinrichtung oder dergleichen, zum Einsatz kommen.
Vorteilhafterweise kann das LiDAR-System als laserbasiertes Entfernungsmesssystem ausgestaltet sein. Laserbasierte Entfernungsmesssysteme können Laser, insbesondere Diodenlaser, als Signalquellen aufweisen. Mit Lasern können insbesondere gepulste Laserstrahlen als Abtaststrahlen gesendet werden. Mit Lasern können Abtaststrahlen in für das menschliche Auge sichtbaren oder nicht sichtbaren Wellenlängenbereichen emittiert werden. Entsprechend kann die Empfangseinrichtung des LiDAR-Systems für die Wellenlänge der ausgesendeten Abtaststrahlen ausgelegte Detektoren, insbesondere Punktsensoren, Zeilensensoren und/oder Flächensensoren, im Besondere (Lawi- nen)fotodioden, Photodiodenzeile(n), eine Fotodiodenmatrix, CCD-Sensoren, Active- Pixel-Sensoren, insbesondere CMOS-Sensoren oder dergleichen, aufweisen oder daraus bestehen. Laserbasierte Entfernungsmesssysteme können vorteilhafterweise als Laserscanner ausgestaltet sein. Mit Laserscannern können Überwachungsbereiche mit insbesondere gepulsten Laserstrahlen, insbesondere Lasersignalen, abgetastet werden. Vorteilhafterweise kann die Erfindung bei Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, verwendet werden. Vorteilhafterweise kann die Erfindung bei Landfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bussen, Motorrädern, Drohnen, fahrbaren Robotern oder dergleichen, Luftfahrzeugen, insbesondere Flugdrohnen, und/oder Wasserfahrzeugen, insbesondere (Unter-)Wasser-Drohnen verwendet werden. Die Erfindung kann auch bei Fahrzeugen eingesetzt werden, die autonom oder wenigstens teilautonom betrieben werden können. Die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf Fahrzeuge. Sie kann auch im stationären Betrieb, in der Robotik und/oder bei Maschinen, insbesondere Bau- oder Transportmaschinen, wie Kränen, Baggern oder dergleichen, eingesetzt werden.
Das LiDAR-System kann vorteilhafterweise mit wenigstens einer elektronischen Steuervorrichtung eines Fahrzeugs oder einer Maschine, insbesondere einem Fahrerassistenzsystem oder dergleichen, verbunden oder Teil einer solchen sein. Auf diese Weise kann wenigstens ein Teil der Funktionen des Fahrzeugs oder der Maschine autonom oder teilautonom unter Verwendung der mit dem LiDAR-System gewonnenen Informationen ausgeführt werden.
Das LiDAR-System kann zur Erfassung von stehenden oder bewegten Objekten, insbesondere Fahrzeugen, Personen, Tieren, Pflanzen, Hindernissen, Boden, Fahrbahnen, Fahrbahnunebenheiten, insbesondere Schlaglöchern oder Steinen, Fahrbahnbegrenzungen, (Fahrbahn-)Markierungen, (Verkehrs-)Zeichen, Freiräumen, insbesondere Parklücken, Niederschlag oder dergleichen, und/oder von Bewegungen und/oder Gesten eingesetzt werden.
Insbesondere beim Einsatz des LiDAR-Systems in einem Fahrzeug zur Überwachung des Umfelds des Fahrzeugs, kann sich die Orientierung „räumlich horizontal“ und „räumlich vertikal“ auf ein Fahrwerk des Fahrzeugs und somit auf den Fahrweg des Fahrzeugs beziehen. Insbesondere kann eine bestimmungsgemäß räumlich horizontale Ebene des Fahrzeugs durch eine Fahrzeuglängsachse und eine Fahrzeugquerachse aufgespannt werden. Eine räumlich vertikale Richtung kann senkrecht zu besagter räumlich horizontaler Ebene des Fahrzeugs verlaufen. Je nach Ausrichtung des Fahrzeugs können demnach die räumlich horizontale Ebene parallel zum geographischen Horizont und die räumlich vertikale Richtung senkrecht zum geographischen Horizont verlaufen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können wenigstens zwei Einzelbilder erzeugt werden, die zu einem Gesamtbild kombiniert werden. Auf diese Weise kann die Auflösung bezogen auf das Empfangsfeld, insbesondere die Winkelauflösung, weiter verbessert werden. Dies wird dadurch erreicht, dass mehrere Einzelbilder erfasst werden, zwischen denen die Gruppenrahmen verschoben wurden. Durch die Gruppierung der Empfangselemente wird die Strahlungsempfindlichkeit bei der Ermittlung der Einzelbilder vergrößert gegenüber einer Verwendung von nur einzelnen Empfangselementen. Durch die Verschiebung der Gruppenrahmen wird eine Überlappung der Einzelbilder erreicht, wodurch die Auflösung, insbesondere Winkelauflösung, verbessert wird. So kann ohne eine Vergrößerung der Sendeleistung oder Verringerung der Reichweite des LiDAR-Systems eine Verbesserung der Auflösung, insbesondere der Winkelauflösung, erreicht werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können mehrere Einzelbilder zeitlich nacheinander erzeugt werden und das Gesamtbild mit wenigstens einem nach der letzten Kombination neu erzeugten Einzelbild aktualisiert werden, insbesondere das Gesamtbild fortlaufend und/oder gleitend aktualisiert werden, und/oder mehrere Einzelbilder zeitlich nacheinander erzeugt werden und wenigstens eines der Einzelbilder, insbesondere alle Einzelbilder, separat verarbeitet werden.
Vorteilhafterweise kann das Gesamtbild mit wenigstens einem nach der letzten Kombination neu erzeugten Einzelbild aktualisiert werden. Auf diese Weise kann die Auflösung, insbesondere die Winkelauflösung, mit zunehmender Anzahl der Einzelbilder verbessert werden.
Vorteilhafterweise kann alternativ oder zusätzlich das Gesamtbild fortlaufend und/oder gleitend aktualisiert werden. Auf diese Weise kann die Auflösung, insbesondere die Winkelauflösung, fortwährend verbessert werden. Vorteilhafterweise kann alternativ oder zusätzlich wenigstens eines der Einzelbilder separat verarbeitet werden. Auf diese Weise können schnell Zwischenergebnisse erhalten werden. Dabei können alle Einzelbilder separat verarbeitet werden. So kann jederzeit ein Zwischenergebnis abgerufen werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann ein Betrag des Verschiebevektors höchstens als etwa das 0,5-fache, insbesondere das 0,5-fache, der Ausdehnung des Gruppenrahmens in Richtung des Verschiebevektors vorgegeben werden und/oder ein Betrag des Verschiebevektors als Quotient der Ausdehnung des Gruppenrahmens und der Anzahl der Empfangsfelder in Richtung des Verschiebe vektors innerhalb des Gruppenrahmens vorgegeben werden.
Vorteilhafterweise kann ein Betrag des Verschiebevektors höchstens als etwa das 0,5 - fache der Ausdehnung des Gruppenrahmens vorgegeben werden. Auf diese Weise können kleinteilige Verschiebungen erreicht werden. So kann eine entsprechende Auflösung, insbesondere Winkelauflösung, vergrößert werden.
Vorteilhafterweise kann alternativ oder zusätzlich ein Betrag des Verschiebevektors als Quotient der Ausdehnung des Gruppenrahmens und der Anzahl der Empfangsfelder in Richtung des Verschiebe vektors innerhalb des Gruppenrahmens vorgegeben werden. Auf diese Weise können gleichmäßig Überlappungen zwischen den Einzelbildern erreicht werden. So kann über den Verlauf der gesamten LiDAR-Messung gleichmäßige Auflösungen, insbesondere Winkelauflösungen, erzielt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann der Verschiebevektor parallel oder schräg, insbesondere diagonal, zu einer Empfangsfeldachse des Empfangsfeldes ausgerichtet sein. Auf diese Weise kann eine definierte Verschieberichtung bezogen auf die Orientierung des Empfangsfeldes erreicht werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann eine Ausdehnung des Gruppenrahmens in Bezug auf die Anzahl der Empfangsfelder in Richtung der besagten Ausdehnung angegeben werden und/oder wenigstens eine Empfangsgruppe eine zweidimensionale Anordnung von Empfangselementen aufweisen.
Vorteilhafterweise kann eine Ausdehnung des Gruppenrahmens in Bezug auf die Anzahl der Empfangsfelder angegeben werden. Auf diese Weise kann der Betrag des Verschiebevektors einfach als ganze Zahl angegeben werden. Der Betrag des Verschiebevektors gibt dabei die Anzahl der Empfangsfelder an, um die der Gruppenrahmen jeweils verschoben werden soll.
Vorteilhafterweise kann ein Empfangsfeld einen zur Umwandlung von optischen Strahlen funktionalen Sensorbereich aufweisen oder daraus bestehen. Je nach Ausgestaltung der Empfangseinrichtung kann das Empfangsfeld auch einen den funktionalen Sensorbereich wenigstens teilweise umgebenden Rand oder Rahmenbereich aufweisen, welcher nicht für die Umwandlung von optischen Strahlen nicht funktional ist.
Vorteilhafterweise kann alternativ oder zusätzlich wenigstens eine Empfangsgruppe eine eindimensionale Anordnung von Empfangselementen aufweisen. Auf diese Weise die Empfangsgruppe kompakter realisiert sein. Dabei können die Empfangselemente entlang einer Zeile des Empfangsfeldes angeordnet sein. Alternativ können die Empfangselemente entlang einer Spalte des Empfangsfeldes angeordnet sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann der Verschiebevektor in einer Richtung entlang des Empfangsfeldes ausgerichtet werden, in der mit dem Empfangsfeld eine räumliche Auflösung des Überwachungsbereich realisiert werden kann, insbesondere kann der Verschiebe vektor vertikal ausgerichtet werden. Auf diese Weise kann das räumliche Auflösungsvermögen weiter verbessert werden.
Alternativ kann der Verschiebevektor in einer Richtung entlang des Empfangsfeldes ausgerichtet werden, in der mit dem Empfangsfeld keine räumliche Auflösung des Überwachungsbereichs realisiert werden kann. Insbesondere kann der Verschiebevektor horizontal ausgerichtet werden. Auf diese Weise kann das Signal-Rausch-Verhältnis bezüglich der Gesamt-Ausgabegrößen verbessert und/oder Unterschiede bezüglich der Empfindlichkeit der einzelnen Empfangselemente besser ausgeglichen werden. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können mehrere Empfangsgruppen gebildet werden, denen jeweils wenigstens zwei der Empfangselemente zugeordnet werden, wobei die jeweiligen Gruppenrahmen wenigstens zwei der Empfangsgruppen die gleiche Ausdehnung aufweisen. Auf diese Weise kann über das Empfangsfeld für die Einzelbilder jeweils eine gleichmäßige Auflösung erreicht werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann wenigstens ein Einzelbild erzeugt werden, welches einen räumlichen Verlauf wenigstens einer Überwa- chungsgröße in dem Überwachungsbereich in zwei räumlichen Dimensionen charakterisiert. Auf diese Weise kann die Szene in Bezug auf die wenigstens eine Überwa- chungsgröße in wenigstens einer Raumdimension charakterisiert werden
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann wenigstens ein Einzelbild in Form eines Datensatzes erzeugt werden und/oder wenigstens ein Gesamtbild in Form eines Datensatzes erzeugt werden, wobei in wenigstens einem Datensatz Kennungen, welche Empfangsgruppen charakterisieren, und die entsprechenden Gruppen- Ausgabegrößen einander zugeordnet werden. Auf diese Weise können die Informationen der Einzelbilder und der Gesamtbilder einfacher, insbesondere mithilfe von geeigneten Prozessoren, verarbeitet werden.
Vorteilhafterweise können die Kennungen, welche Empfangsgruppen charakterisieren, als digitale Werte, insbesondere Zahlen oder Buchstaben, realisiert werden. Auf diese Weise können die Empfangsgruppen einfacher zugeordnet werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können auf Basis der Ausgabegrößen Entfernungsgrößen, Richtungsgrößen und/oder Geschwindigkeitsgrößen, welche Entfernungen, Richtungen und/oder Geschwindigkeiten von etwa in der Szene in dem Überwachungsbereich vorhandenen Objekten relativ zum LiDAR-System charakterisieren, und/oder Leistungsgrößen, welche Stärken von optischen Echostrahlen, die von an etwa vorhandenen Objekten reflektierten Abtaststrahlen herrühren, charakterisieren, ermittelt werden und/oder als Überwachungsgrößen Entfernungen, Richtungen und/oder Geschwindigkeiten von etwa in der Szene in dem Überwachungsbereich vorhandenen Objekten relativ zum LiDAR-System und/oder Stärken von optischen Echostrahlen, welche von an etwa vorhandenen Objekten reflektierten Abtaststrahlen herrühren, verwendet werden und/oder aus wenigstens einem Einzelbild und/oder wenigstens einem Gesamtbild wenigstens ein Entfernungsbild, wenigstens ein Richtungsbild, wenigstens ein Geschwindigkeitsbild und/oder wenigstens ein Leistungsbild ermittelt werden, welche Entfernungen, Richtungen beziehungsweise Geschwindigkeiten von erfassten Objekten relativ zum LiDAR- System beziehungsweise Stärken von an Objekten reflektierten und als Echostrahlen empfangenen Abtaststrahlen charakterisieren. Auf diese Weise können Informationen über Szenen im Überwachungsbereich effizient und einfach interpretierbar bereitgestellt werden. So können die Informationen insbesondere mit einem Fahrerassistenzsystem direkt zum Steuern des autonomen oder teilautonomen Betriebs eines Fahrzeugs verwendet werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Teil der Empfangselemente als Einzelphoton-Avalanche-Dioden realisiert werden. Auf diese Weise kann auch Strahlung mit geringer Leistung schnell empfangen werden. Durch die Gruppierung mehrere Einzelphoton-Avalanche-Dioden als Empfangsgruppe können die jeweiligen Ausgabegrößen der Einzelphoton-Avalanche-Dioden kombiniert und somit Auflösung in Bezug auf die empfangene Strahlungsleistung verbessert werden.
Einzelphoton-Avalanche-Dioden werden im englischsprachigen als Single-Photo- Avanache-Diode (SPAD) bezeichnet.
Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem LiDAR-System dadurch gelöst, dass die wenigstens eine Empfangseinrichtung wenigstens ein Empfangsfeld einer Vielzahl von elektrooptischen Empfangselementen aufweist und das LiDAR-System wenigstens einen Teil von Mitteln zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist.
Mit dem LiDAR-System kann ein Überwachungsbereich insbesondere auf Objekte hin überwacht werden. Die Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Mittel zum Erzeugen von Einzelbildern, welche Szenen in dem Überwachungsbereich bezogen auf Überwa- chungsgrößen in wenigstens einer räumlichen Dimension charakterisieren, umfassen. Die Mittel zur Erzeugung von Einzelbildern sind ausgestaltet zum Erfassen Ausgabegrößen von Empfangselementen.
Ferner umfassen die Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Mittel zur Definition von Empfangsgruppen mittels vorgebbaren gedachten Gruppenrahmen. Dabei umgibt der Gruppenrahmen bestimmte Anordnungen von Empfangselementen.
Des Weiteren umfassen die Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Mittel zur Bildung Empfangsgruppen mittels Gruppenrahmen und zur Zuordnung von Empfangselemente zu den Empfangsgruppen.
Außerdem umfassen die Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Mittel zur Zusammenführung von Ausgabegrößen von Empfangselementen, die zu derselben Empfangsgruppe gehören, zu entsprechenden Gruppen-Ausgabegrößen.
Schließlich umfassen die Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Mittel zum Verschieben von Gruppenrahmen um vorgegebene Verschiebungsvektoren entlang des Empfangsfeldes zwischen der Erzeugung von wenigstens zwei Einzelbildern.
Die Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können auf softwaremäßigem und/oder hardwaremäßig im Wege realisiert sein.
Außerdem wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Fahrerassistenzsystem dadurch gelöst, dass das Fahrerassistenzsystem wenigstens einen Teil von Mitteln zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist.
Mit dem Fahrerassistenzsystem kann ein Fahrzeug autonom oder teilautonom insbesondere unter Berücksichtigung der mit dem wenigstens einen LiDAR-System ermittelten Informationen betrieben werden. Erfindungsgemäß weist das Fahrerassistenzsystem wenigstens ein LiDAR-System, insbesondere ein erfindungsgemäßes LiDAR-System, auf. Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine LiDAR-System des Fahrerassistenzsystems wenigstens einen Teil der Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweisen. Da das wenigstens eine LiDAR-System Teil des Fahrerassistenzsystems ist, sind somit die Mittel des wenigstens einen LiDAR-Systems ebenfalls Teil des Fahrerassistenzsystems, also auch Mittel des Fahrerassistenzsystems. In Bezug auf Mittel des Fahrzeugs, welches wenigstens ein Fahrerassistenzsystem und/oder wenigstens ein LiDAR-System aufweist, gilt dies entsprechend.
Des Weiteren wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Fahrzeug dadurch gelöst, dass das Fahrzeug wenigstens einen Teil von Mitteln zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist.
Mit dem wenigstens einen LiDAR-System kann die Umgebung des Fahrzeugs insbesondere auf Objekte hin abgescannt werden. Mit dem wenigstens einen LiDAR-System können Größen, welche Entfernungen, Richtungen und/oder Geschwindigkeiten von Objekten relativ zum Fahrzeug charakterisieren, ermittelt werden. Ferner können mit dem wenigstens ein LiDAR-System Größen, welche die Stärke von empfangenen Strahlen charakterisieren, ermittelt werden. Über die Stärke von empfangenen Strahlen kann die Reflexivität von Objekten ermittelt werden.
Vorteilhafterweise kann das Fahrzeug wenigstens ein Fahrerassistenzsystem aufweisen. Mit dem Fahrerassistenzsystem kann das Fahrzeug autonom oder teilautonom betrieben werden.
Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine LiDAR-System mit einer Steuereinrichtung des Fahrerassistenzsystems verbunden sein. So können mit dem wenigstens einen LiDAR-System gewonnenen Informationen, insbesondere Objektinformationen, an die Steuereinrichtung des Fahrerassistenzsystems übermittelt werden. Dabei können wenigstens Teile des LiDAR-Systems Teil des Fahrerassistenzsystems sein oder getrennt von diesem realisiert sein. Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen LiDAR-System, dem erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystem und dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und deren jeweiligen vorteilhaften Ausgestaltungen aufgezeigten Merkmale und Vorteile untereinander entsprechend und umgekehrt. Die einzelnen Merkmale und Vorteile können selbstverständlich untereinander kombiniert werden, wobei sich weitere vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch
Figur 1 eine Vorderansicht eines Fahrzeugs mit einem Fahrerassistenzsystem, welches ein LiDAR-System und eine Steuereinrichtung aufweist;
Figur 2 eine Funktionsdarstellung des Fahrassistenzsystems des Fahrzeugs aus Figur 1 ;
Figur 3 eine Ansicht einer Bestrahlungsseite eines Empfangsfeldes einer Empfangseinrichtung des LiDAR-Systems aus den Figuren 1 und 2, wobei Empfangselementen des Empfangsfeldes jeweiligen Empfangsgruppen zugeordnet sind zur Erzeugung eines ersten Einzelbildes;
Figur 4 die Ansicht der Bestrahlungsseite des Empfangsfeldes aus Figur 3, wobei die Empfangsgruppen zur Erzeugung eines zweiten Einzelbildes im Vergleich zum ersten Einzelbild um einen Verschiebe vektor verschoben sind;
Figur 5 die Ansicht der Bestrahlungsseite des Empfangsfeldes aus Figur 4, wobei die Empfangsgruppen zur Erzeugung eines dritten Einzelbildes im Vergleich zum zweiten Einzelbild um den Verschiebevektor verschoben sind;
Figur 6 die Ansicht der Bestrahlungsseite des Empfangsfeldes aus den Figuren 3 bis 5, wobei beispielhaft jeweils eine der Empfangsgruppen aus den Figuren 3 bis 5 gegenübergestellt sind. In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In der Figur 1 ist ein Fahrzeug 10 in Form eines Personenkraftwagens in der Vorderansicht gezeigt. Das Fahrzeug 10 umfasst Fahrerassistenzsystem 12 mit einem LiDAR- System 14 und einer Steuereinrichtung 16. In der Figur 2 ist ein Funktionsschaubild des Fahrerassistenzsystems 12 mit dem LiDAR-System 14 und der Steuereinrichtung 16 gezeigt.
Das LiDAR-System 14 ist beispielhaft in der vorderen Stoßstange des Fahrzeugs 10 angeordnet. Das Sichtfeld des LiDAR-Systems 14 ist in einen Überwachungsbereich 18 in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug 10 gerichtet. Mit dem LiDAR-System 14 kann der Überwachungsbereich 18, beispielsweise auf Objekte 20 hin, überwacht werden. Das LiDAR-System 14 kann auch an anderer Stelle des Fahrzeugs 10 auch anders ausgerichtet angeordnet sein. Das Fahrzeug 10 kann auch mehrere identische oder ähnliche LiDAR-Systeme 14 aufweisen, welche unterschiedlich angeordnet und/oder ausgerichtet sein können.
Mit dem LiDAR-System 14 können stehende oder bewegte Objekte 20, beispielsweise Fahrzeuge, Personen, Tiere, Pflanzen, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, beispielsweise Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen, Verkehrszeichen, Freiräume, insbesondere Parklücken, Niederschlag oder dergleichen, und/oder von Bewegungen und/oder Gesten erfasst werden.
Das LiDAR-System 14 ist funktional mit der Steuereinrichtung 16 des Fahrerassistenzsystems 12 verbunden. Auf diese Weise können Informationen, beispielsweise Objektinformation, aus dem Überwachungsbereich 18, welche mit dem LiDAR-System 14 gewonnen werden können, an die Steuereinrichtung 16 übermittelt werden. So kann eine Szene, welche in dem Überwachungsbereich 18 vorherrscht, mit dem LiDAR- System 14 erfasst und mit entsprechenden Informationen charakterisiert werden. Dabei können auch Szenen charakterisiert werden, welche keine Objekte 18 enthalten.
Mit der Steuereinrichtung 16 des Fahrassistenzsystems 14 können Funktionen des Fahrzeugs 10, beispielsweise Fahrfunktionen, beispielsweise unter anderem auf Basis der mit dem LiDAR-System 14 gewonnen Informationen gesteuert werden. Auf diese Weise kann das Fahrzeug 10 autonom oder teilautonom betrieben werden.
Das LiDAR-System 14 ist beispielsweise als scannendes LiDAR-System ausgestaltet. Mit dem LiDAR-System 14 können optische Abtaststrahlen 22 beispielsweise in Form von Lasersignalen in das Überwachungsbereich 18 gesendet werden.
Die Abtaststrahlen 22 können an etwaigen Objekten 20 reflektiert und als optische Echostrahlen 24 mit dem LiDAR-System 14 empfangen werden. Auf Basis der Abtaststrahlen 22 und der Echostrahlen 24 können mit dem LiDAR-System 14 Entfernungen, Richtungen und Geschwindigkeiten von erfassten Objekten 20 relativ zu dem LiDAR- System 14 ermittelt werden. Dabei können bei einer Laufzeitmessung Entfernungen aus Laufzeiten der Abtaststrahlen 22 und der Echostrahlen 24 vom Aussenden der Abtaststrahlen 22 bis zum Empfang der Echostrahlen 24 ermittelt werden. Ferner können die Stärken von Echostrahlen 24 erfasst werden und daraus auf die Reflexivität von Objekten 20, von welchen die Echostrahlen 24 kommen, ermittelt werden. Die Stärke von Echostrahlen 24 kann beispielsweise über deren Leistung oder Energie definiert werden.
Falls mit dem LiDAR-System 14 kein Objekt 20 im Sichtbereiche 18 erfasst wird, kann auch die Information über das Nichtvorhandensein eines Objekts 20 im Sichtbereich 18 als Objektinformation betrachtet werden.
Das LiDAR-System 14 umfasst, wie in der Figur 2 gezeigt, eine Sendeeinrichtung 26, eine Empfangseinrichtung 28 und eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 30.
Die Sendeeinrichtung 26 umfasst eine Lichtquelle beispielsweise in Form eines oder mehrerer Laser. Mit der Lichtquelle können Lasersignale als Abtaststrahlen 22 erzeugt werden. Zum Senden von Abtaststrahlen 22 kann die Sendeeinrichtung 26 über die Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 entsprechend angesteuert werden.
Ferner kann die Sendeeinrichtung 26 eine Sendeoptik und/oder wenigstens Teile einer Strahl-Umlenkeinrichtung aufweisen, mit welchen die Abtaststrahlen 22 in den Überwachungsbereich 18 gelenkt werden können. Die Empfangseinrichtung 28 ist über eine Daten- und Steuerleitung mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 verbunden.
Die Empfangseinrichtung 28 weist einen Empfänger 32 auf, mit welchem aus dem Überwachungsbereich 18 kommende Echostrahlen 24 empfangen werden können. Die Empfangseinrichtung 28, respektive der Empfänger 32, kann über die Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 gesteuert und ausgelesen werden. Ferner kann die Empfangseinrichtung 28 eine Empfangsoptik und/oder eine Strahl-Umlenkeinrichtung aufweisen. Mit der Empfangsoptik und/oder gegebenenfalls der Strahl-Umlenkeinrichtung werden die Echostrahlen 24, welche aus dem Überwachungsbereich 18 kommen auf den Empfänger 32 fokussiert.
Sofern vorhanden, kann die Strahl-Umlenkeinrichtung der Sendeeinrichtung 26 mit der Strahl-Umlenkeinrichtung, sofern vorhanden, der Empfangseinrichtung 28 kombiniert sein.
Der Empfänger 32 weist ein Empfangsfeld 34 mit einer Vielzahl von Empfangselementen 36 auf. Das Empfangsfeld 34 ist in der Figuren 3 bis 6 in einer Ansicht auf die Bestrahlungsseite gezeigt. Der einfachen Übersichtlichkeit wegen ist dort eine Empfangsfeld 34 mit lediglich 8 x 10 Empfangselementen 36 dargestellt. In der Realität kann das Empfangsfeld 34 auch mehr oder weniger Empfangselemente 36 aufweisen, welche auch in einem anderen Format angeordnet sein können.
Die Empfangselemente 36 sind als Einzelphoton-Avalanche-Dioden sogenanntes SPADs, realisiert. Mit jedem der Empfangselemente 36 können optische Echostrahlen 24 in eine jeweilige Ausgabegröße 38 in Form von elektrischen Signalen umgewandelt werden.
Die Ausgabegrößen 38 können über die Daten- und Steuerleitung an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 30 übermittelt und mit dieser verarbeitet werden. Die Empfangselemente 36 können getrennt voneinander „ausgelesen“ werden. Die Ausgabegrößen 38 der Empfangselemente 36 können so getrennt voneinander verarbeitet werden. Die Ausgabegrößen 38 können auch gezielt kombiniert werden. In den Figuren 3 bis 6 ist jedes Empfangsfeld 34 der Einfachheit wegen als Quadrat angedeutet. In der Realität können die Empfangsfelder 24 jedoch auch andere Formen aufweisen. Jedes Empfangsfeld 34 weist einen zur Umwandlung von Echostrahlen 24 funktionalen Sensorbereich auf. Je nach Ausgestaltung können die Empfangsfelder 34 auch einen den funktionalen Sensorbereich wenigstens teilweise umgebenden Rand oder Rahmenbereich aufweisen, welcher nicht für die Umwandlung der Echostrahlen 24 funktional ist.
Die Empfangszentren 40 der Empfangselemente 36 sind auf einer gedachten Empfangsfeldebene angeordnet. In der Figur 3 ist der besseren Übersichtlichkeit wegen lediglich eines der Empfangszentren 40 dargestellt. Die Empfangsfeldebene wird durch zwei gedachte orthogonale Empfangsfeldachsen 42 und 44 aufgespannt werden. Die Empfangsfeldachsen werden bei dem Ausführungsbeispiel der besseren Unterscheidung wegen als vertikale Empfangsfeldachse 42 und als horizontale Empfangsfeldachse 44 bezeichnet.
Die Empfangselemente 36 sind in einem gedachten Raster angeordnet, welches durch die vertikale Empfangsfeldachse 42 und die horizontal Empfangsfeldachse 46 definiert ist. Die Empfangselemente 36 sind in Zeilen und Spalten angeordnet.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das LiDAR-System 14 in einer betriebsbereiten Montagesituation in dem Fahrzeug 10 so angeordnet, dass das Empfangsfeld 34 so ausgerichtet ist, dass die horizontale Empfangsfeldachse 44 parallel zu einer Fahrzeugebene 46 verläuft, welche durch eine Fahrzeuglängsachse 48 und eine Fahrzeugquerachse 50 aufgespannt wird, und die vertikale Empfangsfeldachse 42 parallel zu einer Fahrzeug-Vertikalachse 52 verläuft. In der betriebsbereiten Montagesituation werden gedachte Linien in dem Überwachungsbereich 18, welche parallel zur räumlich Horizontalen verlaufen, in Richtung 58 der horizontalen Empfangsfeldachse 44 ortsaufgelöst auf das Empfangsfeld 34 abgebildet. Gedachte Linien in dem Überwachungsbereich 18, welche parallel zur räumlich Vertikalen verlaufen, werden in Richtung 58 der vertikalen Empfangsfeldachse 42 ortsaufgelöst auf das Empfangsfeld 34 abgebildet. Die Fahrzeugquerachse 50, die Fahrzeug-Vertikalachse 52 und die Fahrzeuglängsachse 48 verlaufen senkrecht zueinander.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Betreiben des LiDAR-Systems 14 näher erläutert.
Bei dem Verfahren werden Abtaststrahlen 22 mit der Sendeeinrichtung 26 in den Über- wachungsbereich 18 gesendet. Die Empfangseinrichtung 28 wird zum Empfang von Echostrahlen 24 aktiviert.
Mehrere Einzelbilder 54 werden erzeugt. Jedes der Einzelbilder 54 charakterisiert eine Szene in dem Überwachungsbereich 18 bezogen auf Überwachungsgrößen 54, 56, 58 und 60 in zwei Dimensionen des Überwachungsbereiches 18, nämlich der Horizontalen und Vertikalen. Einzelbilder 54 können auch als „Frames“ bezeichnet werden.
Als Überwachungsgrößen werden Entfernungen 56, Richtungen 58 und Geschwindigkeiten 60 von etwa in der Szene in dem Überwachungsbereich 18 vorhandenen Objekten 18 relativ zum LiDAR-System 14 verwendet. Außerdem werden als Überwachungsgrößen Stärken 62 von optischen Echostrahlen 24 verwendet, welche von Objekten 18 im Überwachungsbereich 18 kommen.
Die Einzelbilder 54 charakterisieren jeweils einen räumlichen Verlauf der Überwachungsgrößen 54, 56, 58 und 60 in dem Überwachungsbereich 18 in zwei räumlichen Dimensionen. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel charakterisieren die Einzelbilder 54 den räumlichen Verlauf der Überwachungsgrößen 54, 56, 58 und 60 in der vertikalen Dimensionen und der horizontalen Dimension.
Beispielsweise kann jedes Einzelbild 54 in Form eines Datensatzes erzeugt werden. In den Datensätzen werden Kennungen, welche weiter unten erläuterte Empfangsgruppen 64 charakterisieren, und die entsprechenden Gruppen-Ausgabegrößen 76 einander zugeordnet. Die Kennungen, welche die Empfangsgruppen 64 charakterisieren, können als digitale Werte, beispielsweise Zahlen oder Buchstaben, realisiert sein. Die Datensätze werden mithilfe von Prozessoren der Steuer- und Auswerteeinrichtung verarbeitet. Im Folgenden wird die Erzeugung der Einzelbilder 54 am Beispiel eines Einzelbildes 54 beschrieben.
Es werden mehrere Empfangsgruppen 64 gebildet, denen jeweils mehrere der Empfangselemente 36 zugeordnet werden. Die Zuordnung erfolgt beispielsweise mit Mitteln der Steuer- und Auswerteeinrichtung. Die Empfangsgruppen 64 weisen jeweils eine zweidimensionale Anordnung von Empfangselementen 36 auf. Jede der Empfangsgruppen 64 ist durch einen vorgebbaren gedachten Gruppenrahmen 66 definiert. Der jeweilige Gruppenrahmen 66 umgibt eine bestimmte Anordnung von Empfangselementen 36 des Empfangsfeldes 34.
Die vertikale Ausdehnung 68 des Gruppenrahmens 66 wird in Bezug auf die Anzahl der Empfangsfelder 24 in Richtung 58 der vertikalen Empfangsfeldachse 42 angegeben. Die horizontale Ausdehnung 70 des Gruppenrahmens 66 wird in Bezug auf die Anzahl der Empfangsfelder 24 in Richtung 58 der horizontalen Empfangsfeldachse 44 angegeben.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die vertikale Ausdehnung 68 und die horizontale Ausdehnung 70 beispielhaft jeweils 3. Jeder Gruppenrahmen 66 umfasst beispielhaft eine Empfangsgruppe 64 mit 3x3 Empfangselementen 36. In anderen nicht gezeigten Ausführungsbeispielen können auch mehr oder weniger, auch anders angeordnete Empfangselemente 36 mittels einem entsprechend ausgedehnten Gruppenrahmen 66 umgeben werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel sind in den Figuren 3 bis 6 der besseren Übersichtlichkeit wegen lediglich insgesamt vier Empfangsgruppen 64 dargestellt. In der Realität können auch mehr oder weniger Empfangsgruppen 64 gebildet werden. Die jeweiligen Gruppenrahmen 66 der Empfangsgruppen 64 weisen die gleichen Ausdehnungen 68 und 70 auf.
Die Gruppenrahmen 66 sind entlang des Empfangsfeldes 34 um einen Verschiebevektor 72 verschiebbar. Der Verschiebe vektor 72 ist beispielhaft in einer Richtung entlang des Empfangsfeldes 34 ausgerichtet, in der mit dem Empfangsfeld 34 eine räumliche Auflösung des Über- wachungsbereichs 18 realisiert werden. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Verschiebevektor 72 parallel zu der vertikalen Empfangsfeldachse 42 des Empfangsfeldes 34 ausgerichtet.
Stattdessen kann der Verschiebe vektor 72 auch in einer Richtung entlang des Empfangsfeldes 34 ausgerichtet werden, in der mit dem Empfangsfeld 34 keine räumliche Auflösung des Überwachungsbereichs 18 realisiert werden kann. So können das Signal-Rausch-Verhältnis bezüglich der Gesamt-Ausgabegrößen 38 verbessert und Unterschiede bezüglich der Empfindlichkeit der einzelnen Empfangselemente 36 ausgeglichen werden. Beispielsweise kann so auch ein Ausfall von einzelnen Empfangselementen 36 kompensiert werden.
Ein Betrag des Verschiebevektors 72 wird höchstens als etwa das 0,5-fache der Ausdehnung 68 des Gruppenrahmens 66 in Richtung 58 des Verschiebevektors 72 vorgegeben. Der Betrag des Verschiebevektors 72 wird als Quotient der Ausdehnung 68 des Gruppenrahmens 66 und der Anzahl der Empfangsfelder 24 in Richtung des Verschiebevektors 72 innerhalb des Gruppenrahmens 66 vorgegeben. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Gruppenrahmen 66 eine Matrix aus 3x3 Empfangselementen 36. Als Betrag des Verschiebevektors 72 wird ein Drittel der Ausdehnung 68 des Gruppenrahmens 66 vorgegeben. Der Betrag des Verschiebevektors 72 entspricht der Ausdehnung 74 eines Empfangsfeldes 34 in Richtung 58 des Verschiebevektors 72.
Zur Erzeugung des Einzelbildes 54 werden die Ausgabegrößen 38 der Empfangselemente 36 erfasst.
Die Ausgabegrößen 38 der Empfangselemente 36, die zu derselben Empfangsgruppe 64 gehören, werden zu entsprechenden Gruppen-Ausgabegrößen 76 zusammengeführt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden also vier Gruppen- Ausgabegrößen 76 für die beispielhaft vier Empfangsgruppen 64 erzeugt. Das Einzelbild 54 setzt sich zusammen aus den Gruppen-Ausgabegrößen 76 aller Empfangsgruppen 64. Nach der Erzeugung eines Einzelbildes 54 und vor der Erzeugung des nächsten Einzelbildes 54 werden die Gruppenrahmen 66 für die Empfangsgruppen 64 um den Verschiebevektor 72 entlang des Empfangsfeldes 34 verschoben. Dadurch erfolgt eine neue Zuordnung der Empfangselemente 36 zu den Empfangsgruppen 64.
Es werden beispielhaft drei Einzelbilder 54 zeitlich nacheinander erzeugt. In der Figur 3 ist die Anordnung der Gruppenrahmen 66 mit den entsprechenden Empfangsgruppen 64 für das erste Einzelbild 54 gezeigt. Figur 4 zeigt die Anordnung der Gruppenrahmen 66 mit den entsprechenden Empfangsgruppen 64 für das zweite Einzelbild 54. In Figur 5 ist die Anordnung der Gruppenrahmen 66 mit den entsprechenden Empfangsgruppen 64 für das dritte Einzelbild 54 gezeigt. Figur 6 zeigt die die Gruppenrahmen der drei nacheinander folgenden Einzelbilder 54. Dabei ist der besseren Übersichtlichkeit wegen lediglich einer der vier Gruppenrahmen 66 in den drei Positionen angedeutet.
Dadurch, dass der Betrag des Verschiebe vektors 72 kleiner ist, als die vertikale Ausdehnung 68 der Gruppenrahmens 66 und damit der Empfangsgruppen 64 in Richtung des Verschiebevektors 72, überlappen sich, wie der Figur 6 gezeigt, die Empfangsgruppen 64 von nacheinander folgenden Einzelbildern 54 jeweils um eine Zeile der Empfangselemente 36. Die Ausdehnung 78 der Überlappungen der Empfangsgruppen 64 zwischen den Einzelbildern 54 ist gleich.
Die nacheinander erzeugten Einzelbilder 54 werden zu einem Gesamtbild 80 kombiniert. Das Gesamtbild 80 hat die Form eines Datensatzes entsprechend der Einzelbilder 54. Das Gesamtbild 80 wird jeweils nach der Erzeugung eines neuen Einzelbildes 54 mit dem jeweils nach der letzten Kombination neu erzeugten Einzelbild 54 aktualisiert. So wird das Gesamtbild 80 fortlaufend aktualisiert. Die Aktualisierung kann gleitend erfolgen.
Optional können einzelne oder alle Einzelbilder 54 separat verarbeitet werden.
Durch die Kombination der Einzelbilder 54 wird eine Auflösung bezogen auf das Empfangsfeld 34 verbessert. Durch die Gruppierung der Empfangselemente 36 wird die Strahlungsempfindlichkeit bei der Ermittlung der Einzelbilder 54 vergrößert. Durch die Überlappung der Einzelbilder 54 wird die Auflösung verbessert. Auf Basis der Gruppen-Ausgabegrößen 76 des Gesamtbildes 80 werden Entfernungsgrößen, Richtungsgrößen und Geschwindigkeitsgrößen ermittelt. Die Entfernungsgrößen charakterisieren Entfernungen 56, die Richtungsgrößen charakterisieren Richtungen 58 und die Geschwindigkeitsgrößen charakterisieren Geschwindigkeiten 60 von etwa in der Szene in dem Überwachungsbereich 18 vorhandenen Objekten 18 relativ zum LiDAR-System 14. Ferner werden auf Basis der Gruppen-Ausgabegrößen 76 des Gesamtbildes 80 Leistungsgrößen, welche Stärken von optischen Echostrahlen 24, die von an etwa vorhandenen Objekten 18 reflektierten Abtaststrahlen 22 herrühren, charakterisieren, ermittelt.
Ferner werden aus dem Gesamtbild 80 ein Entfernungsbild, welches die Entfernungsgrößen enthält, ein Richtungsbild, welches die Richtungsgrößen enthält, ein Geschwindigkeitsbild, welches die Geschwindigkeitsgrößen enthält, und ein Leistungsbild, welches die Leistungsgrößen enthält, ermittelt. Das Entfernungsbild charakterisiert Geschwindigkeiten 60, das Richtungsbild charakterisiert Richtungen 58 und das Geschwindigkeitsbild charakterisiert Geschwindigkeiten 60 von erfassten Objekten 18 relativ zum LiDAR-System 14. Das Leistungsbild charakterisiert Leistungen von empfangenen Echostrahlen 24.
Über das Entfernungsbild, das Richtungsbild, das Geschwindigkeitsbild und das Leistungsbild werden Informationen über mit dem LiDAR-System 14 erfasste Szenen im Überwachungsbereich 18 bereitgestellt. Diese Informationen können mit dem Fahrerassistenzsystem 12 direkt zum Steuern des autonomen oder teilautonomen Betriebs eines Fahrzeugs 10 verwendet werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines LiDAR-Systems (14), insbesondere eines Li- DAR-Systems (14) eines Fahrzeugs (10), bei dem wenigstens ein optischer Abtaststrahl (22) mit wenigstens einer Sendeeinrichtung (26) des LiDAR-Systems (14) erzeugt wird, der wenigstens eine Abtaststrahl (22) in einen Überwachungsbereich (18) des LiDAR-Systems (14) gesendet wird, wenigstens ein Einzelbild (54) erzeugt wird, welches eine Szene in dem Überwachungsbereich (18) bezogen auf wenigstens eine Überwachungsgröße (56, 58, 60, 62) in wenigstens einer räumlichen Dimension charakterisiert, wobei zur Erzeugung wenigstens eines Einzelbildes (54) Ausgabegrößen (38) von wenigstens zwei elektrooptischen Empfangselementen (36) eines Empfangsfeldes (34) einer Empfangseinrichtung (28) des LiDAR-Systems (14), welches eine Vielzahl von Empfangselementen (36) aufweist, erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung wenigstens eines Einzelbildes (54) wenigstens eine Empfangsgruppe (64) gebildet wird, der wenigstens zwei der Empfangselemente (36) zugeordnet werden, wobei die wenigstens eine Empfangsgruppe (64) durch einen vorgebbaren gedachten Gruppenrahmen (66) definiert ist, welcher eine bestimmte Anordnung von Empfangselementen (36) des Empfangsfeldes (34) umgibt und der entlang des Empfangsfeldes (34) verschiebbar ist, wenigstens ein Teil der Ausgabegrößen (38) wenigstens eines Teils der Empfangselemente (36), die zu derselben Empfangsgruppe (64) gehören, zu entsprechenden Grup- pen-Ausgabegrößen (38) zusammengeführt wird, wobei bei dem Verfahren wenigstens zwei Einzelbilder (54) erzeugt werden, zwischen deren Erzeugung der Gruppenrahmen (66) für die wenigstens eine Empfangsgruppe (64) um einen vorgegeben Verschiebevektor (72) entlang des Empfangsfeldes (34) verschoben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Einzelbilder (54) erzeugt werden, die zu einem Gesamtbild (80) kombiniert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Einzelbilder (54) zeitlich nacheinander erzeugt werden und das Gesamtbild (80) mit wenigstens einem nach der letzten Kombination neu erzeugten Einzelbild (54) aktualisiert wird, insbesondere das Gesamtbild (80) fortlaufend und/oder gleitend aktualisiert werden, und/oder mehrere Einzelbilder (54) zeitlich nacheinander erzeugt werden und wenigstens eines der Einzelbilder (54), insbesondere alle Einzelbilder (54), separat verarbeitet wird.
4. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betrag des Verschiebe vektors (72) höchstens als etwa das 0,5-fache, insbesondere das 0,5-fache, der Ausdehnung (68) des Gruppenrahmens (66) in Richtung des Verschiebevektors (72) vorgegeben wird und/oder ein Betrag des Verschiebevektors (72) als Quotient der Ausdehnung (68) des Gruppenrahmens (66) und der Anzahl der Empfangsfelder (34) in Richtung des Verschiebevektors (72) innerhalb des Gruppenrahmens (66) vorgegeben wird.
5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschiebevektor (72) parallel oder schräg, insbesondere diagonal, zu einer Empfangsfeldachse (42) des Empfangsfeldes (34) ausgerichtet ist.
6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausdehnung (68, 70) des Gruppenrahmens (66) in Bezug auf die Anzahl der Empfangsfelder (34) in Richtung der besagten Ausdehnung (68, 70) angegeben wird und/oder wenigstens eine Empfangsgruppe (64) eine zweidimensionale Anordnung von Empfangselementen (36) aufweist.
7. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschiebe vektor (72) in einer Richtung entlang des Empfangsfeldes (34) ausgerichtet wird, in der mit dem Empfangsfeld (34) eine räumliche Auflösung des Überwachungsbereich (18) realisiert werden kann, insbesondere wird der wenigstens eine Verschiebevektor (72) vertikal ausgerichtet.
8. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Empfangsgruppen (64) gebildet werden, denen jeweils wenigstens zwei der Empfangselemente (36) zugeordnet werden, wobei die jeweiligen Gruppenrahmen (66) wenigstens zwei der Empfangsgruppen (64) die gleiche Ausdehnung (68, 70) aufweisen.
9. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Einzelbild (54) erzeugt wird, welches einen räumlichen Verlauf wenigstens einer Überwachungsgröße (56, 58, 60, 62) in dem Überwachungsbereich (18) in zwei räumlichen Dimensionen charakterisiert.
10. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Einzelbild (54) in Form eines Datensatzes erzeugt wird und/oder wenigstens ein Gesamtbild (80) in Form eines Datensatzes erzeugt wird, wobei in wenigstens einem Datensatz Kennungen, welche Empfangsgruppen (64) charakterisieren, und die entsprechenden Gruppen-Ausgabegrößen (38) einander zugeordnet werden.
11 . Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis der Ausgabegrößen (38) Entfernungsgrößen, Richtungsgrößen und/oder Geschwindigkeitsgrößen, welche Entfernungen (56), Richtungen (58) und/oder Geschwindigkeiten (70) von etwa in der Szene in dem Überwachungsbereich (18) vorhandenen Objekten (20) relativ zum LiDAR-System (14) charakterisieren, und/oder Leistungsgrößen, welche Stärken (62) von optischen Echostrahlen (24), die von an etwa vorhandenen Objekten (20) reflektierten Abtaststrahlen (22) herrühren, charakterisieren, ermittelt werden und/oder als Überwachungsgrößen Entfernungen (56), Richtungen (58) und/oder Geschwindigkeiten (60) von etwa in der Szene in dem Überwachungsbereich (18) vorhandenen Objekten (20) relativ zum LiDAR-System (14) und/oder Stärken (62) von optischen Echostrahlen (24), welche von an etwa vorhandenen Objekten (20) reflektierten Abtaststrahlen (22) herrühren, verwendet werden und/oder aus wenigstens einem Einzelbild (54) und/oder wenigstens einem Gesamtbild (80) wenigstens ein Entfernungsbild, wenigstens ein Richtungsbild, wenigstens ein Geschwindigkeitsbild und/oder wenigstens ein Leistungsbild ermittelt werden, welche Entfernungen (56), Richtungen (60) beziehungsweise Geschwindigkeiten (58) von erfassten Objekten (20) relativ zum LiDAR-System (14) beziehungsweise Stärken (62) von an Objekten (20) reflektierten und als Echostrahlen (24) empfangenen Abtaststrahlen (22) charakterisieren.
12. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Empfangselemente (36) als Einzelphoton-Avalanche- Dioden realisiert wird.
13. LiDAR-System (14), insbesondere LiDAR-System (14) für ein Fahrzeug (10), mit wenigstens einer Sendeeinrichtung (26) zum Senden von optischen Abtaststrahlen (22) in einen Überwachungsbereich (18), wenigstens einer Empfangseinrichtung (28) zum empfangen von optischen Strahlen (24) und ausgeben von entsprechenden Ausgabegrößen (38) und wenigstens einer Steuer- und Auswerteeinrichtung (30) zum Steuern der wenigstens einen Sendeeinrichtung (26) und der wenigstens einen Empfangseinrichtung (28) und zum Verarbeiten von mit der wenigstens einen Empfangseinrichtung (28) ausgegebenen Ausgabegrößen (38), dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Empfangseinrichtung (28) wenigstens ein Empfangsfeld (34) eine Vielzahl von elektrooptischen Empfangselementen (36) aufweist und das LiDAR-System (14) wenigstens einen Teil von Mitteln zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist.
14. Fahrerassistenzsystem (12) mit wenigstens einem LiDAR-System (14), insbesondere wenigstens einem LiDAR-System (14) für ein Fahrzeug (10), wobei das wenigstens eine LiDAR-System (14) wenigstens eine Sendeeinrichtung (26) zum Senden von optischen Abtaststrahlen (22), wenigstens eine Empfangseinrichtung (28) zum empfangen von optischen Strahlen (24) und ausgeben von entsprechenden Ausgabegrößen (38) und wenigstens eine Steuer- und Auswerteeinrichtung (30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrerassistenzsystem (12) wenigstens einen Teil von Mitteln zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist.
15. Fahrzeug (10) mit wenigstens einem LiDAR-System (14), wobei das wenigstens eine LiDAR-System (14) wenigstens eine Sendeeinrichtung (26) zum Senden von optischen Abtaststrahlen (22), wenigstens eine Empfangseinrichtung (28) zum empfangen von optischen Strahlen (24) und ausgeben von entsprechenden Ausgabegrößen (38) und wenigstens eine Steuer- und Auswerteeinrichtung (30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (10) wenigstens einen Teil von Mitteln zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist.
EP24717692.8A 2023-04-12 2024-04-09 Verfahren zum betreiben eines lidar-systems, lidar-system, fahrerassistenzsystem und fahrzeug Pending EP4695627A1 (de)

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